피뢰시스템 (KEC 150)

 

1. 피뢰시스템의 적용범위 및 구성 (KEC 151)

가. 적용범위 (KEC 151.1)

  1) 전기 · 전자설비가 설치된 건축물 · 구조물로서 낙뢰로 부터 보호가 필요한 것 또는 지상으로 부터 높이가 20m 이상인 것 (시행

       령 제87조(설치의 원칙) 건축법 설비기준 등에 관한 규칙 제20조 (피뢰설비)

  2) 전기설비 및 전자설비 중 낙뢰로 부터 보호가 필요한 설비

나. 피뢰시스템의 구성 (KEC 151.2)

  ▣ 피뢰시스템(LPS : Lightning Protection System)이란 구조물 뇌격으로 인한 물리적 손상을 줄이기 위해 사용되며, 직격뢰로

                                  부터 대상물을 보호하기 위한 외부 피뢰시스템과 간접뢰 및 유도뢰로 부터 대상물을 보호하기 위한 내부피뢰

                                  시스템으로 구성된다.

다. 피뢰시스템 등급선정 (KEC 151.3)

  ▣ 피뢰시스템의 레벨과 등급은 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ, Ⅳ의 4개가 있으며 필요한 곳에는 적합한 피뢰시스템을 시설하여야 한다. 피뢰등급은

        낙뢰빈도 등의 지역특성이나 시설의 중요도 등을 종합적으로 판단하여 영향을 미치는 각종 요소 및 조건을 고려해서 KS C

        IEC 62305-2 (제2부 리스크 관리)에 의한 피뢰레벨에 따라 보호수준을 선정한다. 일반적으로 Ⅳ등급으로 시설하고 국가의

        중요 시설물에는 Ⅲ등급으로 한다. 다만, 위험물의 제조소 등에 설치하는 피뢰시스템은 Ⅱ등급 이상으로 하여야 한다.

[표 7-1] 피뢰레벨과 해당 건축물의 예

피뢰레벨	낙뢰의 영향	해당 건축물의 예
Ⅰ	그 자체로 가장 큰 피해가 우려되는 건축물	화학, 원자력, 생화학 건물
Ⅱ	건축물 주변에 피해 (화재, 폭발)를 줄 우려가 있는 건축물	정유공장, 주유소
Ⅲ	공공 서비스 상실의 피해가 우려되는 건축물	전신전화국, 발전소
Ⅳ	일반 건축물	주택, 농장

 

2. 외부 피뢰시스템 (KEC 152)

  ▣ 외부 피뢰시스템은 수뢰부시스템, 인하도선시스템, 접지극시스템으로 구성된다.

가. 수뢰부시스템(KEC 152.1)

  1) 수뢰부시스템의 선정

    ▣ 돌침, 수평도체, 메시도체의 요소 중의 하나 또는 이를 조합한 형식으로 시설하여야 하며, 구성요소로 자연적 구성부재를 이용

         할 수 있다.

  2) 수뢰부시스템의 배치

    ▣ 보호각법, 회전구체법, 메시법 중 하나 또는 조합된 방법으로 배치하여야 하며, 건축물 · 구조물의 뾰족한 부분, 모서리 등에

         우선하여 배치한다.

    ① 보호각법

      ⊙ 보호각법은 간단한 형상의 건축물 등에 적용하며 기하학적인 한계가 있기 때문에 건축물 등의 지상고가 60m 이하일 때 적용

           할 수 있으며, 60m를 초과하면 회전구체법을 적용하여야 한다.

    ② 회전구체법

      ⊙ 회전구체법은 [표 7-2]와 같이 피뢰등급에 따라 정해지는 회전구체 반지름인 가상의 구체를 건축물의 상부, 둘레, 대지상에서

           모든 방향으로 굴렸을 때, 보호대상 어느 곳에든 회전구체 표면이 닿는 곳에는 수뢰부를 설치하여, 직격뢰로 부터 보호해야

           한다.

[표7-2] 피뢰시스템의 등급별 회전구체 반지름 및 메시 치수

피뢰시스템의 등급	보호방법
	회전구체 반지름 r, [m]	메시 치수 Wm, [m]
Ⅰ	20	5 × 5
Ⅱ	30	10 × 10
Ⅲ	45	15 × 15
Ⅳ	60	20 × 20

  [그림 7-1] (a)는 회전구체법을 적용한 예이며, 회전구체 표면이 닿는 3개소에 수뢰부를 설치하여 직격뢰로 부터 건축물을 보호하

                           고 있음을 나타내고 있다. 여기서 회전구체 반지름 r은 [표 7-2]와 같이 보호 등급에 따라 다르게 된다.

  [그림 7-1](b) 에 제시된 것과 같이 보호각법의 보호범위는 직선적으로 표현되며, 회전구체법은 포물선 형태의 곡선적으로 표현된

                       다. 뇌격의 특성으로 볼 때, 회전구체법의 표현이 효율적이라 할 수 있다.

 

  3) 높이 60m를 초과하는 건축물 · 구조물의 측격뢰 보호용 수뢰부시스템

    ⊙ 측뢰는 회전구체 반지름 r보다 높은 건축물 등에 입사할 수 있다. 측뢰 보호 대상은 지상으로 부터 높이가 60m를 초과하는

        건축물 등의 최상부로 부터 20% 부분이므로 ([그림 7-2] 참조) 최대 높이가 80m인 경우, 최상부로 부터 16m만 해당된다.

        이 경우 회전구체법은 단지 건축물 등의 상층부 수뢰시스템의 배치에 적용된다.

    ① 사다리 등 자연적 구성부재를 측뢰보호용 수뢰부로 사용할 수 있다.

    ② 수뢰부는 구조물의 철골 프레임 또는 전기적으로 연결된 철골 콘크리트의 금속과 같은 자연부재 인하 도선에 접속 또는 인하

         도선을 설치한다.

 

나. 인하도선 시스템 (KEC 152.2)

  ▣ 인하도선 시스템이란 뇌전류를 수뢰시스템에서 접지극으로 흘리기 위한 외부피뢰시스템의 일부로 뇌격점에서 대지까지의 뇌전

       류를 안전하게 방류하는 최적경로를 선정한다.

  1) 수뢰부 시스템과 접지시스템의 연결은 복수의 인하도선을 병렬로 구성 (건축물과 분리된 피뢰시스템 제외)해야 하며 경로의

       길이가 최소가 되도록 한다.

    ① 벽이 불연성 재료로 된 경우에는 벽의 표면 또는 내부에 시설할 수 있다. 다만, 벽이 가연성 재료인 경우에는 0.1m 이상 이격하

         고, 이격이 불가능한 경우에는 도체의 단면적을 100㎟ 이상으로 한다.

    ② 인하도선의 수는 2가닥으로 한다.

    ③ 보호대상 건축물 · 구조물의 투영에 다른 둘레에 가능한 한 균등한 간격으로 배치한다. 다만, 노출된 모서리 부분에 우선하여

         설치한다.

KEC 핸드북 표 H152.2-1 피뢰시스템의 등급별 인하도선 사이의 최대간격

피뢰시스템의 등급	인하도선의 간격 [m]
Ⅰ	10
Ⅱ	10
Ⅲ	15
Ⅳ	20

  2) 수뢰부시스템과 접지극시스템 사이에 전기적 연속성이 형성되도록 다음에 따라 시설하여야 한다.

    ① 경로는 가능한 한 최단거리로 곧게 수직으로 시설하되 루프 형성이 되지 않아야 하며, 처마 또는 수직으로 설치된 홈통 내부에

         시설하지 말 것

    ② 자연적 구성부재를 사용하는 경우에는 전기적 연속성이 보장되어야 한다. 다만, 전기적 연속성 적합성은 해당하는 금속부재의

         최상단부와 지표레벨 사이의 4단자 측정 단자함에서 직류전기저항을 0.2[Ω] 이하로 한다.

 

다. 접지극시스템 (KEC 152.3)

  1) 접지극 시스템은 위험한 과전압을 발생시키지 않고 뇌 전류를 대지로 안전하게 방류시키는 것을 목적으로 접지극의 저항값,

       접지극시스템의 형상 · 치수 등을 최적화한다. 접지극은 하나 또는 복수의 접지극을 적절히 시설하고, 접지극을 시공할 때는

       땅속에서 상호 전기적 결합의 영향이 최소가 되도록 시설한다. 건축물 등의 철근콘크리트 기초 내부의 상호 접속된 철근 또는

       금속제 지하구조물을 접지극으로 사용할 경우는 대지와의 전기저항값이 충분히 작은 값 (10 [Ω] 이하의 접지저항)으로 유지되

       고 있는 것을 확인하고 이용한다. 접지극의 형태로는 A형 접지극(판상 접지극, 수직 접지극 등 개별 접지극)과 B형 접지극(환상

       접지극, 기초 접지극, 메시 접지극)이 있으므로 보호수준 및 입지조건에 따라 적절한 접지형태와 접지재료를 사용하고, 접지저

       항값은 최대한 작은 것이 바람직하다.

  2) 구조체 통합접지 철근, 철골조 전기접촉 연속성 전기저항 측정

    ① KSC IEC 62305-3 구조물의 물리적 손상 및 인명 위험 적용

    ② 철근 콘크리트 구조물에서 강제 철골조 또는 철근에 전기적 접촉 전기저항 측정은 최상부와 지표레벨 사이의 4단자 배선으로

         저저항계측기로 측정을 하여 전기저항값이 0.2[Ω] 이하가 되도록 한다.

    ③ 정기검사는 연 1회 이상 측정 기록을 보존하여야 한다.

    ④ 전기저항 측정방법은 4단자 측정 단자함을 설치하여 측정하여야 한다.

 

다. 내부피뢰시스템(KEC 153)

  ▣ 내부피뢰시스템은 외부피뢰시스템 혹은 피 보호 구조물의 도전성 부분을 통하여 흐르는 뇌전류에 의해 구조물의 내부에서 위험

       한 불꽃방전의 발생을 방지하기 위해 시설한다. 이러한 불꽃방전은 외부피뢰시스템과 금속제 설비, 내부시스템, 외부 도전성

       부분과 선로사이에서 발생할 수 있다.

  1) 일반사항 (KEC 153.1.1)

    (1) 피뢰구역의 구분은 KS C IEC 62305-4의 피뢰구역(LPZ : Lightning Protection Zone)에 의한다.

    (2) 피뢰구역의 경계부분에서는 접지 또는 본딩을 하여야 한다. 다만, 직접 본딩이 불가능한 경우에는 서지보호장치를 설치한다.

 

  ① 구조물         ② 수뢰부시스템          ③ 인하도선시스템         ④ 접지극시스템        ⑤ 방 (LPZ 2의 차폐)

  ⑥ 구조물에 접속된 선로 S1 : 구조물 뇌격

                                        S2 : 구조물 근처 뇌격

                                        S3 : 구조물에 접속된 선로 뇌격

                                        S4 : 구조물에 접속된 선로 근처 뇌격

                                         r : 회전구체 반지름

                                        O : 직접 또는 SPD에 의한 본딩

                                        LPZ OA : 직격뢰, 전체 뇌전류와 전체 자계의 위험에 노출된 구역(ex : 가로등 보안등 등)

                                        LPZ OB : 직격뢰는 침입하지 않으며, 부분뇌전류 또는 유도전류 및 전체 자계의 위험에 노출된 구역

                                                         (옥외 상수전설비, 실외기, 안테나 등)

                                        LPZ 1 : 직격뢰는 침입하지 않으며 Ⅰ등급 SPD의 설치로 제한된 뇌전류, 유도전류 및 감쇄된 자계의

                                                     구역 (수변전설비, MDF 등)

                                        LPZ 2 : 직격뢰는 침입하지 않으며 유도전류 및 훨씬 감쇄된 자계의 구역, Ⅱ등급(분전함, 전산실,

                                                     방재실 등)

KEC 핸드북 표 H153.1-1 저압기기에 요구되는 임펄스 내전압

설비의 공칭전압[V]		요구되는 임펄스 내전압a [kV]
설비의 공칭전압[V]	교류 또는 직류 공칭전압에서 산출한 상전압[V]	과전압 범주 Ⅳ 설비 전력 공급점에 있는 기기	과전압 범주 Ⅲ 배전 및 회전기기	과전압 범주Ⅱ 전기제품 및 전류 사용기기	과전압 범주 Ⅰ 특별히 보호된 기기
120/208	150	4	2.5	1.5	0.8
(220/380)b 230/440 277/480	300	6	4	2.5	1.5
400/690	600	8	6	4	2.5
1,000	1,000	12	8	6	4
1,500 DC	1,500 DC	-	-	8	6
출처 : KS C IEC 60364-4-44 표 448 a 는 임펄스 내전압은 활성 도체와 PE 사이에 적용된다. b는 국내에서 사용하는 전압이다.

 

  2) 전기적 절연 (KEC 153.1.2)

    ① 뇌전류가 흐르는 인하도선과 전기 · 전자기기가 근접하여 설치되면 뇌전류에 의하여 전기 · 전자기기에 과전압이 유기되어

         손상될 수 있다.

    ② 수뢰부 또는 인하도선과 구조체의 금속설비, 내부시스템 사이의 전기적 절연은 각 부분 사이의 거리 d를 안전 이격거리 s보다

         크게 하여 확보할 수 있다.

 

  3) 안전 이격거리 미 충족 시 현상 및 대책

 

    ▣ 인하도선과 내부설비 사이의 거리가 계산된 이격거리 이상으로 증가할 수 없을 때 가장 먼 점에서 본딩 한다. 즉, 고려하는

         대상설비의 전체 길이에 대해 이격거리 s 보다 더 먼 거리를 유지할 수 없을 때 설비와 피뢰시스템의 본딩은 기준 본딩점에서

         가장 멀리 떨어진 점에서 실시한다.

  4) 서지보호장치(SPD : Surge Protective Device)시설 (KEC 153.1.4)

    ① 전기 · 전자설비 등에 연결된 전선로를 통하여 서지가 유입되는 경우, 해당 선로에는 서지보호장치를 설치해야 한다.

    ② 전기접지와 피뢰접지가 연결된 통합접지인 경우 의무적으로 SPD를 설치해야 한다.

    ③ SPD 설치 위치 : 저압수전설비 또는 변압기 2차측 주 배전반에 설치

    ④ SPD 및 외부분리기의 정격을 도면에 표기해야 한다.

    ⑤ SPD 등급의 적용 [(KEC 142)의 5), (2)참조

    ⑥ SPD 보호장치 선정시 고려사항

      ㉠ SPD용 누전차단기 부하측에 설치하는 경우는 임펄스부동작형 RCD(누전차단기) 설치

      ㉡ SPD용 누전차단기 전원측에 설치하는 경우의 외부분리기는 제조사가 보증하는 것을 사용한다.

   ⑦ SPD 접속도체 최소단면적 및 길이

[표 7-3] SPD 접속도체 최소단면적

항목	SPD 등급	재료	단면적 [㎟]
SPD 접속도체	Ⅰ등급 SPD	구리	16
	Ⅱ등급 SPD		6
	Ⅲ등급 SPD		6

 

SPD 연결도체 길이 1. SPD 연결도체 : 상전선에서 SPD까지 (a)와 SPD에서 주 접지단자까지 (b)의 도체를 말한다. 2. 연결도체의 길이는 0.5m 이하일 것 3. 연결도체의 길이가 0.5m를 초과할 경우 SPS 연결도체의 전압강하를 고려한 실효보호레벨이 기기에 요구되는 임펄스내전압을 초과      하지 않아야 한다. (KEC 핸드북 표 H153.1-1 저압기기에 요구되는 임펄스 내전압 참조)

  5) 피뢰등전위본딩 (KEC 153.2)

    ▣ 뇌전류에 의한 전위차를 줄이기 위해 직접적인 도전접속 또는 서지보호장치를 통해 분리된 금속부를 피뢰시스템에 본딩하는

         것을 말한다.

 

  ① 일반사항 (KEC 153.2.1)

    ㉠ 등전위본딩의 상호접속은 다음에 의한다.

      ⓐ 자연적 구성부재의 본딩으로 전기적 연속성을 확보할 수 없는 장소 : 본딩도체로 연결

      ⓑ 본딩도체로 직접 접속할 수 없는 장소 : 서지보호장치 (SPD)

      ⓒ 본딩도체로 직접 접속이 허용되지 않는 장소 : 절연방전갭 (ISG)

[표 7-4] 본딩바 상호 또는 본딩바를 접지극시스템에 접속하는 도체의 최소단면적

피뢰등급	재료	단면적 [㎟]
Ⅰ~Ⅳ	구리	16
	알루미늄	25
	강철	50

[표 7-5] 내부 금속설비를 본딩바에 접속하는 도체의 최소단면적

피뢰등급	재료	단면적 [㎟]
Ⅰ~Ⅳ	구리	6
	알루미늄	10
	강철	16

 

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