[교육용 자료]

K	S	K	S	K	S	K	S
								KS C IEC 62305-1
S	K	S	K	S	K	S
K	S	K	S	K	S
S	K	S	K	S
K	S	K	S			KS
S	K	S
K	S
			피뢰시스템-제1부 : 일반 원칙
			KS C IEC 62305-1: 2007

이 해설서는 피뢰시스템분야 국제표준(IEC 62305)의 이행 및 확산을 위해 전기전력산업분야 국제표준화 기반구축사업의 일환으로 배포되었습니다.

KS C IEC 62305-1의 해설은 TC81 국내 전문위원에서 작성하였습니다.

여기에 실린 국가표준(KS C IEC 62305-1)은 국가표준 제정을 위해 지식경제부 기술표준원 TC81(피뢰설비)에 제출한 초안에 기초하여 해설을 하였습니다.

이 해설서의 내용을 인용할 때, 반드시 지식경제부에서 시행한 인프라 사업임과  TC81 국내전문위원에서 작성하였음을 밝혀야 합니다.

목   차

서문	1

1. 적용범위	1

2. 인용 규격	3

3. 용어 및 정의	3

4. 뇌격전류 파라미터	11

5. 뇌격으로 인한 손상	11

5.1 구조물의 손상	11

5.2 인입설비의 손상	15

5.3 손실의 유형	17

6. 피뢰시스템의 필요성과 경제적 이점	18

6.1 피뢰시스템의 필요성	18

6.2 피뢰시스템의 경제적 이점	19

7. 보호대책	20

7.1 접촉전압 및 보폭전압에 의한 인축에 대한 상해를 줄이기 위한 보호대책	20

7.2 물리적 손상을 줄이기 위한 보호대책	20

7.3 전기·전자 시스템의 고장을 줄이기 위한 보호대책	20

7.4 보호대책의 선정	21

8. 구조물과 인입설비의 보호에 대한 기본기준	21

8.1 피뢰레벨(LPL)	21

8.2 피뢰구역(LPZ)	25

8.3 구조물에 대한 보호	26

8.4 인입설비에 대한 보호	27

부속서 A : 뇌격전류 파라미터	28

부속서 B : 분석 목적을 위한 뇌격전류의 시간함수	44

부속서 C : 시험용 뇌격전류의 모의	48

부속서 D : LPS 구성요소에 대한 뇌격의 영향을 모의하는 시험파라미터	51

부속서 E : 설비의 다른 점에 입사한 뇌격에 의한 서지	64

그림 목차

그림 1 다양한 손상 유형에 의해 기인된 손실 유형과 상응하는 리스크	23

그림 2 LPS에 의해 정의된 LPZ (KS C IEC 62305-3)	29

그림 3 LEMP에 대한 보호대책에 의해 정의된 LPZ (KS C IEC 62305-4)	30

그림 A.1 단시간 뇌격 파라미터의 정의(일반적으로  < 2 ms)	34

그림 A.2 장시간 뇌격 파라미터의 정의(일반적으로 2 ms <  < 1 s)	35

그림 A.3 하향 낙뢰에 의해 발생할 수 있는 구성요소(일반적으로 평지나 낮은 구조물에서 발생)	35

그림 A.4 상향 낙뢰에 의해 발생할 수 있는 구성요소(일반적으로 노출되거나 높은 구조물에서 발생)	36

그림 A.5 뇌격전류 파라미터의 누적빈도분포(95 %에서 5 %까지의 그래프 )	40

그림 B.1 최초 단시간 뇌격전류 파두부의 파형	45

그림 B.2 최초 단시간 뇌격전류 파미부의 파형	46

그림 B.3 후속 단시간 뇌격전류 파두부의 파형	47

그림 B.4 후속 단시간 뇌격전류 파미부의 파형	48

그림 B.5 LPLⅠ에 따른 뇌격전류 크기의 밀도	49

그림 C.1 최초 단시간 뇌격의 비에너지와 장시간 뇌격의 전하량의 모의에 대한 시험발생기의 예	51

그림 C.2 표C.3에 따른 전류상승률의 정의	52

그림 C.3 대형 시험체에 대한 최초 단시간 뇌격전류의 파두준도를 모의하기 위한 시험발생기의 예

53

그림 C.4 대형 시험체에 대한 후속 단시간 뇌격전압의 파두준도를 모의하기 위한 시험발생기의 예

53

그림 D.1 전기력 계산을 위한 두 도체의 일반적인 배치	61

그림 D.2 LPS에서 전형적인 도체 배치	61

그림 D.3 그림D.2의 구조에 대한 응력분포도	62

그림 D.4 그림D.2의 수평도체를 따라 작용하는 단위길이당의 힘	62

표 목차

표 1 대표적인 구조물에 대한 뇌격의 영향	17

표 2 대표적인 인입설비에 대한 뇌격의 영향	20

표 3 다양한 뇌격점에 따른 구조물의 손상과 손실	22

표 4 뇌격점의 위치에 따른 인입설비의 손상과 손실	23

표 5 피뢰레벨에 따른 뇌격파라미터의 최대값	28

표 6 뇌격전류 파라미터의 최소값과 LPL에 상응하는 회전구체법의 반지름	31

표 7 뇌격전류 파라미터의 제한을 위한 확률	31

표 A.1 CIGRE에서 채택된 뇌격전류 파라미터 값 (Electra No.41 또는 No.69*)	38

표 A.2 뇌격전류 파라미터의 대수정규분포- CIGRE(Electra No.41 or NO.69) 데이터의 95 %와 5 %로부터 계산된 평균 [eqn: mu] 와 분산 [eqn: sigma _{log}]	39

표 B.1 식(B.1)에 대한 파라미터	44

표 C.1 최초 단시간 뇌격의 시험파라미터	51

표 C.2 장시간 뇌격의 시험파라미터	51

표 C.3 단시간 뇌격의 시험파라미터	52

표 D.1 여러 가지 피뢰시스템의 구성요소와 피뢰레벨에 대한 시험값의 계산에 고려되어야 하는 뇌위협 파라미터의 요약	55

표 D.2 LPS구성요소로 사용되는 전형적인 재료의 물리적 특성	58

표 D.3 비에너지의 함수로서 여러 가지 단면적의 도체에 대한 온도상승	58

표 E.1 대지저항률에 따른 규약 접지임피던스  와	72

표 E.2 뇌격으로 인해 예상되는 서지과전류	73

한 국 산 업 규 격	KS C  IEC

피뢰시스템 - 제1부 : 일반 원칙           62305-1 : 2007

Protection against lightning  - Part 1 : General principles

서문 이 규격은 2006년에 제1판으로 발행된 IEC 62305-1,  Protection against lightning -  Part 1 : General principles을 기술적인 내용과 규격의 양식을 변경하지 않고 한국산업규격으로 제정한 것이다.

1. 적용범위

KS C IEC 62305의 제1부에서는 다음 설비의 피뢰시스템 시설을 위해 따라야 할 일반원칙에 대해서 기술한다.

- 사람은 물론 설비 및 내용물을 포함하는 구조물

- 구조물에 접속된 인입설비

다음의 경우는 이 규격의 범위에서 제외한다.

- 철도시스템

- 차동차, 선박, 항공, 항만시설

- 지중 고압관로

- 구조물에 연결되지 않은 배관, 전력선 또는 통신선

해  설

건축물 등의 부대설비인 발변전시스템, 전력선과 통신시스템은 적용범위에 속한다. 예를 들면 건축물의 옥상 혹은 측벽에 설치된 인입용 송전철탑, 배전선 인입용 금구류, 수전설비, 통신용 철탑, TV 안테나 등은 본 규격의 적용범위이다. 우리나라의 피뢰설비의 설치에 관한 현행법은 다음과 같은 것이 있다.

건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 [건설교통부령 제512호]

제20조 (피뢰설비) 영 제87조제2항의 규정에 의하여 낙뢰의 우려가 있는 건축물 또는 높이 20미터 이상의 건축물에는 다음 각 호의 기준에 적합하게 피뢰설비를 설치하여야 한다.

1. 피뢰설비는 한국산업규격이 정하는 보호등급의 피뢰설비일 것. 다만, 위험물저장 및 처리시설에 설치하는 피뢰설비는 한국산업규격이 정하는 보호등급 Ⅱ 이상이어야 한다.

2. 돌침은 건축물의 맨 윗부분으로부터 25센티미터 이상 돌출시켜 설치하되, 「건축물의 구조 기준 등에 관한 규칙」 제13조의 규정에 의한 풍하중에 견딜 수 있는 구조일 것

3. 피뢰설비의 재료는 최소 단면적이 피복이 없는 동선을 기준으로 수뢰부 35제곱밀리미터 이상, 인하도선 16제곱밀리미터 이상, 접지극 50제곱밀리미터 이상이거나 이와 동등 이상의 성능을 갖출 것

4. 피뢰설비의 인하도선을 대신하여 철골조의 철골구조물과 철근콘크리트조의 철근구조체 등을 사용하는 경우에는 전기적 연속성이 보장될 것. 이 경우 전기적 연속성이 있다고 판단되기 위하여는 건축물 금속 구조체의 상단부와 하단부 사이의 전기저항이 0.2옴 이하이어야 한다.

5. 측면 낙뢰를 방지하기 위하여 높이가 60미터를 초과하는 건축물 등에는 지면에서 건축물 높이의 5분의 4가 되는 지점부터 상단부분까지의 측면에 수뢰부를 설치할 것. 다만, 높이가 60미터를 초과하는 부분 외부의 각 금속 부재(부재)를 2개소 이상 전기적으로 접속시켜 제4호 후단의 규정에 적합한 전기적 연속성이 보장된 경우에는 측면 수뢰부가 설치된 것으로 본다.

6. 접지(接地)는 환경오염을 일으킬 수 있는 시공방법이나 화학 첨가물 등을 사용하지 아니할 것

7. 급수·급탕·난방·가스 등을 공급하기 위하여 건축물에 설치하는 금속배관 및 금속재 설비는 전위(電位)가 균등하게 이루어지도록 전기적으로 접속할 것

8. 그 밖에 피뢰설비와 관련된 사항은 한국산업규격에 적합하게 설치할 것

산업안전기준에 관한 규칙 [노동부령 제293호]

제357조 (피뢰침의 설치) ①사업주는 화약류 또는 위험물을 저장하거나 취급하는 시설물에는 낙뢰에 의한 산업재해를 예방하기 위하여 피뢰침을 설치하여야 한다.

②사업주는 제1항에 따라 피뢰침을 설치할 때에는 「산업표준화법」에 따른 한국산업표준 중 피뢰설비 표준에 적합한 것을 설치해야 한다.

광산보안법시행규칙 [산업자원부령 제429호]

제124조 (피뢰장치) ①갱내의 고압배선을 낙뢰 또는 이상전압으로 인한 사고로부터 보호하기 위하여 갱구부근에 피뢰기를 설치하여야 한다. 다만, 갱의 가공선로가 짧을 때에는 그러하지 아니하다.

②갱내의 전환회로에는 낙뢰 또는 전등선이나 동력선과의 접촉으로 인한 사고를 방지하기 위하여 밀봉가용차단기를 설치하여야 한다.

위험물안전관리법 시행규칙 [행정자치부령 407호]

제28조 (제조소의 기준) 법 제5조제4항의 규정에 의한 제조소 등의 위치·구조 및 설비의 기준 중 제조소에 관한 것은 별표 4와 같다.

[별표 4]제조소의 위치․구조 및 설비의 기준

7. 피뢰설비

지정수량의 10배 이상의 위험물을 취급하는 제조소(제6류 위험물을 취급하는 위험물제조소를 제외한다)에는 한국산업규격에 적합한 피뢰설비를 설치하여야 한다(개정요구). 다만, 제조소의 주위의 상황에 따라 안전상 지장이 없는 경우에는 피뢰설비를 설치하지 아니할 수 있다.

방송공동수신설비의 설치기준에 관한 규칙 [정보통신부령 229호]

제2조 (정의) ① 이 규칙에서 사용하는 용어의 뜻은 다음과 같다.

3. “보호기”란 벼락이나 강전류 전선과의 접촉 등에 따라 발생하는 이상전류 또는 이상전압이 수신안테나 등으로 흘러들어오는 것을 제한하거나 차단하는 장치를 말한다.

제6조 (수신안테나의 설치방법) ③수신안테나는 벼락으로부터 보호될 수 있도록 설치하되, 피뢰시설과 1미터이상의 거리를 두어야 한다.

전기통신설비의 기술기준에 관한 규칙 [정보통신부령 제231호

제7조 (보호기 및 접지) ①낙뢰 또는 강전류전선과의 접촉 등에 의하여 이상전류 또는 이상전압이 유입될 우려가 있는 전기통신설비에는 과전류 또는 과전압을 방전시키거나 이를 제한 또는 차단하는 보호기가 설치되어야 한다.

②제1항의 규정에 의한 보호기와 금속으로 된 주배선반·지지물·단자함 등이 사람 또는 전기통신설비에 피해를 줄 우려가 있을 때에는 접지되어야 한다.

③제1항 및 제2항의 규정에 의한 전기통신설비의 보호기 성능 및 접지에 대한 세부기술기준은 전파연구소장이 이를 정하여 고시한다.

제24조 (국선접속설비) ①기간통신사업자 및 별정통신사업자는 당해 역무에 사용되는 전기통신설비가 낙뢰 또는 강전류전선과의 접촉 등에 의하여 그에 접속된 이용자전기통신설비 등에 피해를 줄 우려가 있는 경우에는 이를 방지하기 위하여 국선접속설비 또는 그 주변에 제7조의 규정에 의한 보호기를 설치하여야 한다.

2. 인용 규격

아래의 인용규격은 이 규격의 적용에 필수적이다. 발행년도가 표기된 인용규격의 경우 언급된 판만이 적용된다. 발행년도가 표기되지 않은 인용규격의 경우 인용규격(모든 개정판 포함)의 최신본을 적용한다.

KS C IEC 62305-2  피뢰시스템 - 제2부 : 위험성 관리

KS C IEC 62305-3  피뢰시스템 - 제3부 : 구조물에 대한 물리적 손상과 인명 위험

KS C IEC 62305-4  피뢰시스템 - 제4부 : 구조물 내부의 전기전자시스템

해  설

KS C IEC 62305-2는 IEC/TS 61662의 주요 내용과 새로이 도입된 일부의 내용으로 구성되었다. KS C IEC 62305-3은 폐지된 KS C IEC 61024-1, KS C IEC 61024-1-1, KS C IEC 61024-1-2의 주요 내용과 새로이 추가로 도입된 내용으로 구성되었다. 또한 KS C IEC 62305-4는 KS C IEC 61312-1, IEC/TS 61312-2, IEC/TS 61312-3과 IEC/TS 61312-4의 주요 내용과 새로이 도입된 일부의 내용으로 구성되었다.

3 용어 및 정의

이 규격의 목적을 위하여 아래의 용어와 정의가 적용된다.

3.1 낙뢰 (lightning flash to earth)

1회 이상의 뇌격으로 구성된 구름과 대지사이에서 발생하는 전기적 방전

3.2 하향 뇌방전 (downward flash)

구름에서 대지로 향하는 하향 리더에 의해 발단된 뇌방전

비고 최초 단시간 뇌격과 계속 이어지는 단시간 후속뇌격들로 구성된 하향 뇌방전. 장시간 뇌격 후에 1회 이상의 단시간 뇌격이 이어서 발생한다.

3.3 상향 뇌방전 (upward flash)

접지된 구조물로부터 구름으로 향하는 상향 리더에 의해 발단된 뇌방전

비고 상향 뇌격은 다중 중첩 단시간 뇌격을 수반하거나 수반하지 않는 최초 장시간 뇌격으로 구성된다. 장시간 뇌격 후에 1회 이상의 단시간 뇌격이 이어서 발생한다.

3.4 뇌격 (lightning stroke)

낙뢰에 있어서 단일의 전기적 방전

3.5 단시간 뇌격 (short stroke)

임펄스전류에 상응하는 뇌방전의 일종

비고 이 전류의 크기가 1/2이 되는 시간 는 대체로 2 ms 이하이다. (그림 A.1 참조)

3.6 장시간 뇌격 (long stroke)

지속성 전류에 상응하는 뇌방전의 일종

비고 지속성 전류의 지속시간 (시작점으로부터 파두부의 크기가 피크값의 10 %가 되는 시간에서 파미부의 크기가 10 %로 되기까지의 시간)은 일반적으로 2 ms보다 길고 1 s 이하이다.

3.7 다중 뇌격 (multiple strokes)

대체로 뇌격 사이의 시간간격이 약 50 ms이며, 평균 3-4개의 뇌격으로 구성된 뇌방전.

비고 뇌격 사이의 시간간격이 10 ms에서 250 ms 범위인 수십 개의 뇌격으로 구성된 다중 뇌격도 보고된 바가 있다.

3.8 뇌격점 (point of strike)

대지 또는 돌출 물체(예 구조물, LPS, 인입설비, 나무 등)와 뇌방전이 일어나는 점

비고 뇌방전은 한 개 이상의 뇌격점에 방전하기도 한다.

3.9 뇌격전류 [eqn: i`] (lightning current)

뇌격점에서 흐르는 전류

3.10 피크값 [eqn: I]  (peak value)

뇌격전류의 최대값

3.11 단시간 뇌격전류 파두의 평균준도 (average steepness of the front of short stroke current)

시간간격  동안 전류의 평균변화율

비고 이것은 시간간격의 시작점과 끝점에서의 전류크기의 차 을 시간 으로 나눈 값이다.

3.12 단시간 뇌격전류의 파두시간  (front time of short stroke current)

피크값의 10 %와 90 %에 도달하는 순간의 시간간격에 1.25를 곱한 시간으로 정의된 가상파라미터(그림 A.1 참조)

3.13 단시간 뇌격전류의 규약원점  (virtual origin of short stroke current)

뇌격전류의 파두부에서 피크값의 10 %와 90 % 기준점을 통과하도록 그은 직선과 시간축의 교점(그림  A.1 참조); 규약원점은 피크값의 10 %가 되는 순간보다 에 앞선다.

3.14 단시간 뇌격전류의 파미시간  (time to half value of short stroke current)

규약원점과 파미부에서 피크값의 1/2이 되는 순간까지의 시간간격으로 정의된 가상파라미터(그림 A.1 참조)

3.15 뇌방전 지속시간  (flash duration)

뇌격점에 뇌격전류가 흐르는 시간

3.16 장시간 뇌격전류의 지속시간   (duration of long stroke current)

장시간 뇌격전류의 상승부에서 파고값의 10 %가 되는 순간에서 하강부에서 피크값의 10 %가 되는 순간까지 지속되는 시간(그림 A.2 참조)

3.17 뇌방전 전하  (flash charge)

전체 뇌방전 시간동안 뇌격전류를 시간으로 적분한 값

3.18 단시간 뇌격 전하  (short stroke charge)

단시간 뇌격에서 뇌격전류를 시간으로 적분한 값

3.19 장시간 뇌격전하  (long stroke charge)

장시간 뇌격에서 뇌격전류를 시간으로 적분한 값

3.20 비에너지  (specific energy)

전체 뇌방전 지속시간 동안 뇌격전류의 제곱을 시간으로 적분한 값

비고 단위 저항에서 뇌격전류에 의해 방산되는 에너지를 말한다.

3.21 단시간 뇌격전류의 비에너지 (specific energy of short stroke current)

단시간 뇌격 지속시간동안 뇌격전류 제곱을 시간으로 적분한 값

비고 장시간 뇌격의 비에너지는 의미가 없다.

3.22 보호대상물 (object to be protected)

뇌격의 영향으로부터 보호되는 구조물 또는 인입설비

3.23 보호대상 구조물 (structure to be protected)

이 규격에 따라 뇌격의 영향으로부터 보호를 필요로 하는 구조물

비고 보호대상 구조물은 대형 구조물의 일부분일 수도 있다.

3.24 보호대상 인입설비 (service to be protected)

이 규격에 따라 뇌격의 영향으로부터 보호를 필요로 하는 구조물에 접속된 인입설비

3.25 보호대상물에 대한 뇌격 (lightning flash to an object)

보호대상물에 직접 입사한 뇌격

3.26 보호대상물 근처의 뇌격 (lightning flash near an object)

위험한 과전압을 일으킬 정도로 보호대상물 근처에 떨어진 뇌격

3.27 전기시스템 (electrical system)

저전압 전력 공급 요소로 구성된 시스템

3.28 전자시스템 (electronic system)

통신장비, 컴퓨터, 제어계측시스템, 라디오시스템, 전력전자설비 같이 민감한 전자소자로 구성된 시스템

3.29 내부시스템 (internal systems)

구조물 내부의 전기·전자시스템

3.30 물리적 손상 (physical damage)

뇌방전의 기계적, 열적, 화학적, 폭발적인 영향에 의한 구조물(또는 내용물) 또는 인입설비의 손상

3.31 인축에 대한 상해 (injury of living beings)

뇌방전에 의해 발생한 접촉전압과 보폭전압으로 인한 동물이나 사람의 사상

3.32 전기·전자시스템의 고장 (failure of electrical and electronic systems)

뇌전자계임펄스에 의한 전기·전자시스템의 영구적 손상

3.33 뇌전자계임펄스 LEMP (lightning electromagnetic impulse)

뇌격전류에 의한 전자기 영향

비고 방사임펄스전자계 영향은 물론 전도성 서지도 포함된다.

3.34 서지 (surge)

뇌전자계임펄스에 의해 발생한 과전압 또는 과전류로서 나타나는 일시적인 파동

비고 뇌전자기임펄스에 의한 서지는 (일부)뇌격전류와 설비루프의 유도영향으로 발생할 수 있으며, SPD의 하위에 위협을 남기게 된다.

해  설

서지란 전기회로나 전기기기 내에 운전중에 고장의 제거나 제어 등을 위한 개폐조작 혹은 뇌방전에 의해서 과도적으로 발생하여 진행하는 과전압 또는 과전류를 말한다. 이에 반하여 고전압시험 또는 연구에 사용할 목적으로 서지전압을 모의하기 위해서 인위적으로 발생시킨 충격파를 임펄스라한다.

3.35 피뢰구역 LPZ (lightning protection zone)

뇌전자기적 환경이 정의된 구역

비고 LPZ의 경계는 물리적 경계가 필요한 것은 아니다.(예: 벽, 바닥, 천장)

3.36 위험성  (risk)

보호대상물의 가치(사람과 제품)와 관련되어 뇌방전으로 인해 야기될 수 있는 연간 평균손실의 값(사람과 제품)

3.37 허용위험성  (tolerable risk)

보호대상물에 대해서 허용할 수 있는 리스크의 최대가치

3.38 피뢰레벨 LPL (lightning protection level)

자연적으로 발생하는 뇌방전를 초과하지 않는 최대 그리고 최소 설계값에 대한 확률에 관련된 일련의 뇌격전류 파라미터로 정해지는 레벨

비고 피뢰레벨은 일련의 뇌격전류 파라미터에 따라 보호대책을 설계하는데 이용된다.

해  설

피뢰레벨은 피뢰시스템이 뇌방전의 영향으로부터 보호대상물을 보호하는 확률을 나타내며, 피뢰등급 또는 보호등급과 동의어로 사용되고 있다.

3.39 보호대책 (protection measures)

리스크를 줄이기 위해 보호대상물에 적용하는 보호수단

3.40 피뢰시스템 LPS (lightning protection system)

구조물에 입사하는 낙뢰로 인한 물리적 손상을 줄이기 위해 사용되는 모든 시스템

비고 피뢰시스템은 외부 피뢰시스템과 내부 피뢰시스템으로 구성된다.

3.41 외부피뢰시스템 (external lightning protection system)

수뢰부시스템, 인하도선시스템, 접지시스템으로 구성된 피뢰시스템의 일종

3.42 내부피뢰시스템 (internal lightning protection system)

뇌등전위본딩 및/또는 외부 피뢰시스템의 전기적 절연으로 구성된 피뢰시스템의 일부

3.43 수뢰부시스템 (air-termination system)

낙뢰를 받아들일 목적으로 피뢰침, 메시도체, 가공지선 등과 같은 금속 물체를 이용한 외부 피뢰시스템의 일부

3.44 인하도선시스템 (down-conductor system)

뇌격전류를 수뢰시스템에서 접지시스템으로 흘리기 위한 외부 피뢰시스템의 일부

3.45 접지시스템 (earth-termination system)

뇌격전류를 대지로 흘려 방출시키기 위한 외부 피뢰시스템의 일부

3.46 외부 도전성 부분 (external conductive parts)

뇌격전류의 일부가 흐를 수 있는 배관, 케이블의 금속요소, 금속덕트 등과 같은 보호대상구조물에 인입 또는 인출되는 외부로 연장된 금속물체

해  설

KS C IEC 62305시리즈에서 금속구조체와 계통외도전성부분에 대하여는 정의되어 있지 않다. 건축전기설비에 관한 규격 KS C IEC 60364-1: 2001에는 계통외도전성부분(Extraneous-conductive-parts)은 건축물 구조체의 금속부분과 가스, 상하수도, 난방 등의 금속제 배관계통 및 절연되지 않은 마루와 벽을 의미하는 것으로 정의되어 있다. 금속구조체란 철골, 철근 등과 같은 건축물 구조체를 구성하는 부재 중에서 금속제의 것을 의미한다. KS C IEC 62305-3의 용어 정의에서 금속제 설비란 배관구조물, 계단, 엘리베이터가이드레일, 환기용, 난방용 및 공조용 덕트, 상호 접속된 보강용 철골 등과 같이 뇌격전류의 경로를 형성할 수 있는 보호대상구조물 내의 금속제 부분을 의미한다. 건축전기설비에 관한 규격 KS C IEC 60364규격군과 피뢰설비에 관한 KS C IEC 62305규격에서 사용되는 외부도전성부분, 계통외도전성부분과 금속제 설비 사이의 차이는 명확하지 않다.

3.47 피뢰등전위본딩 EB (lightning equipotential bonding)

뇌격전류에 의한 전위차를 감소시키기 위해 직접적인 도전접속 또는 서지보호장치를 통한 분리된 금속의 피뢰시스템에 대한 전기적으로 접속시키는 것

해  설

보호대상물 내에서 화재 및 폭발위험과 더불어 인명에 대한 위험을 줄이기 위해서 등전위화는 대단히 중요한 방법이다. 등전위본딩은 피뢰시스템, 금속구조체, 금속제 설비, 계통외도전성부분, 보호대상물 내의 전력선 및 통신선을 본딩용도체 혹은 서지보호장치로 접속하는 것으로 피뢰설비에 있어서 기본이다.

3.48 차폐선 (shielding wire)

인입설비에 입사하는 낙뢰로 인한 손상을 줄이기 위해 사용되는 금속선

3.49 LEMP에 대한 보호시스템 LPMS (LEMP protection measures system)

뇌전자계임펄스에 대한 내부시스템 보호를 위한 모든 시스템

3.50 자기차폐 (magnetic shield)

전기·전자시스템의 고장을 줄이기 위해 보호대상물을 감싸는 폐회로의 금속으로 된 격자모양 또는 연속적 차폐물 또는 그 일부분

3.51 서지보호장치 SPD (surge protective device)

과전압을 제한하고 서지전류를 전류(轉流)시키는 적어도 하나의 비선형 소자를 포함하는 장치

해 설
금속산화물 바리스터, 서지억제기, 반도체소자, 스파크갭 등 보호대상물 내의 2점 사이의 서지전압을 제한하기 위한 장치를 말한다. 서지보호장치는 정상적인 운전상태에서는 절연물로 작용하고, 서지가 침입한 때만 전압을 제한하여 위험한 불꽃방전의 발생을 방지하는 역할을 한다. 서지보호장치는 후단에 접속되는 전기전자 설비를 과전압으로부터 보호하는 기능을 가지며, 저압 서지보호장치에 관한 한국산업규격은 다음과 같은 것이 있다.
규격번호	규격명
KS C IEC 61643-1: 2007	저압 배전계통의 서지보호장치 : 제1부 : 성능 및 시험방법
KS C IEC 61643-12: 2007	저압 서지보호장치: 제12부 저압 배전계통의 서지보호장치 - 선정 및 지침
KS C IEC 61643-21: 2007	저압 서지보호장치 : 제21부 통신 및 신호망에 연결된 서지보호장치 - 성능요건 및 시험방법
KS C IEC 61643-22: 2007	저압 서지보호장치 : 제22부 통신망과 신호망 접속용 서지보호장치
KS C IEC 61643-311: 2003	저압 서지보호장치의 부품 : 제311부 가스방전관 규정
KS C IEC 61643-321: 2006	저압 서지보호장치의 부품 : 제321부 아발란체 다이오드(ABD)에 대한 규정
KS C IEC 61643-331: 2006	저압 서지보호장치의 부품 : 제331부 산화금속 배리스터(MOV)에 대한 규정
KS C IEC 61643-341: 2005	저압 서지보호장치를 위한 부품들 : 제341부 사이리스터 서지차단기를 위한 명세(TSS)
전압스위칭형 서지보호장치에 사용하는 소자에는 스파크갭, 가스방전관, 싸이리스터형 서지보호소장 등이 있다. 전압제한형 서지보호장치용 소자로는 주로 바리스터 및 정전압다이오드가 사용된다. 조합형 서지보호장치는 인가되는 전압의 특성에 따라 전압스위칭형, 전압제한형 혹은 전압스위칭 및 전압제한형 두 가지 유형의 동작을 해도 된다.

3.52 SPD 협조보호 (coordinated SPD protection)

전기·전자시스템의 고장을 줄이기 위해 적절히 선택, 조합, 설치된 SPD

3.53 정격임펄스내전압  (rated impulse withstand voltage)

과전압에 대한 기기 절연내력을 나타내며, 기기 또는 그 일부에 대한 제조자에 의해 지정된 임펄스내전압

비고 이 규격에서는 도체와 대지 사이의 내전압만 고려한다.

3.54 규약접지임피던스 (conventional earthing impedance)

일반적으로 동시에 발생하지 않지만, 접지전압과 접지전류의 피크값의 비

해  설

접지전극에 임펄스전류 [eqn: i(t)]가 유입된 때에는 단순히 저항만이 아니라 인덕턴스 [eqn: (L)]나 정전용량 [eqn: (C)]의 영향 때문에 일반적으로 접지전극과 무한원점 사이에는 아래의 그림에 나타낸 바와 같은 전압 [eqn: v(t)]가 나타난다. 이 때 전압과 전류의 피크값의 비 [eqn: V _{p} /I _{p}]를 규약접지임피던스라 하며, 접지시스템의 임펄스전류에 대한 과도적인 특성을 간이적으로 나타낸 것이다. 규약접지임피던스가 낮은 것이 뇌격전류가 흐를 때 전위상승이 낮으므로 피뢰설비용으로 성능이 양호한 접지시스템이라고 볼 수 있다.

임펄스전류에 의해 나타나는 접지전극의 전압

4 뇌격전류 파라미터

KS C IEC 62305시리즈에 사용된 뇌격전류 파라미터는 부속서 A에 기술되어 있다.

분석을 목적으로 사용되는 뇌격전류의 시간함수는 부속서 B에 기술되어 있다.

시험을 목적으로 하는 뇌격전류의 모의에 대한 사항은 부속서 C에 기술되어 있다.

LPS 구성요소에 대한 뇌격의 영향을 모의하기 위해 실험실에서 사용되는 기본 파라미터는 부속서 D에 기술되어 있다.

설비의 뇌격점 위치에 따라 발생하는 서지에 관한 사항은 부속서 E에 기술되어 있다.

5 뇌격으로 인한 손상

5.1 구조물의 손상

구조물에 가해진 뇌격은 구조물 자체나, 그 거주자 또는 내부시스템의 고장을 포함한 내용물에 손상을 일으킨다. 그 피해나 고장들은 구조물 주변으로 확산되고 심지어 그 국소적인 환경에도 영향을 미친다. 이러한 피해 확산의 정도는 구조물과 뇌방전 특성에 따라 다르다.

5.1.1 구조물에 대한 뇌격의 영향

뇌격의 영향과 관련된 구조물의 주요 특성은 다음과 같다.

- 구조 (예, 나무, 벽돌, 콘크리트, 철근콘크리트, 강철구조물)

- 기능 (거주지, 사무실, 농장, 극장, 호텔, 학교, 병원, 미술관, 교회, 감옥, 백화점, 은행, 공장, 산업용 공장, 경기장)

- 거주자 또는 내용물 (사람과 동물, 가연성 또는 비가연성 물질, 폭발성 또는 비폭발성 물질, 낮거나 높은 내전압의 전기·전자 시스템의 존재)

- 접속된 인입설비 (전력선, 통신선, 배관)

- 현재 시설되어 있거나 시설할 보호대책 (예, 물리적 손상이나 생명에 대한 위험을 줄이기 위한 보호대책, 내부시스템의 고장을 줄이기 위한 보호대책)

- 위험이 늘어나는 정도 (대피가 어려운 구조물 또는 심리적 공황을 일으킬 수 있는 구조물, 주변에 위험을 주는 구조물, 환경에 위험을 주는 구조물)

표 1 - 대표적인 구조물에 대한 뇌격의 영향

기능이나 내용물에 따른 구조물의 유형	뇌격의 영향
거주지	전기설비의 절연파괴, 화재나 물건의 손상 뇌격점이나 뇌격전류에 노출된 물체의 제한된 손상 전기·전자 장비나 시스템의 고장
농장 구조물	물체의 손상 뿐 아니라 화재유발의 위험성및 위험한 보폭전압 전기공급의 중단에 따른 간접적인 리스크, 통풍과 사료공급시스템의 전자제어시스템의 고장으로 인한 가축의 폐사 위험 등
극장, 호텔, 학교, 백화점, 경기장	공황을 야기할 수 있는 전기설비(조명등)의 손상 화재진압을 지연시킬 수 있는 화재경보기의 고장
은행, 보험회사, 일반회사 등	위 내용에 추가해서, 통신두절에 따른 문제, 컴퓨터의 고장과 데이터의 손실
병원, 요양시설, 감옥	위 내용에 추가해서, 집중적인 치료를 받고 있던 환자의 문제, 거동할 수 없는 환자를 대피시키는 어려움
산업	공장의 내용물에 따르는 추가적인 영향, 광범위한 피해 및 생산손실
박물관과 유적지 교회	복원할 수 없는 문화유산의 소실
통신소/ 발전소	공공서비스의 막대한 손실
화약공장/ 탄약창	공장이나 그 주변지역에서의 화재나 폭발
화학공장, 정제소, 원자력발전소, 생화학실험실과 공장	일부 또는 전 지역 환경에 결정적인 피해를 가져올 수 있는 공장의 화재나 운전중지

해  설

주택, 아파트 등 주거용 건물, 농장 구조물, 극장, 호텔, 학교, 백화점, 경기장, 은행, 보험회사, 일반회사, 병원, 요양시설, 감옥, 공장, 산업시설, 박물관, 유적지, 교회 등은 일반건축물로 간주한다. 통신소, 발전소, 화약공장, 탄약창, 화학공장, 정제소, 원자력발전소, 생화학실험실과 생화학공장 등은 위험의 정도가 높고 공공에 대한 영향이 대단히 크므로 주위에 위험을 미치는 건축물 또는 환경에 위험을 미치는 건축물로 분류하며, 건축물의 설비기준에 관한 규칙 제20조의 위험물을 저장하거나 처리하는 시설에 해당하는 보호등급 Ⅱ를 적용하는 대상으로 한다. 나무, 벽돌, 콘크리트, 철근콘크리트 등에 낙뢰가 침입하게 되면 물리적인 손상을 입게 되며, 낙뢰에 의한 구조물의 손상 및 피해의 예를 아래의 그림에 나타내었다.

낙뢰에 의해 고사된 천연기념물 곰솔의 사진

콘크리트 및 벽돌 건축물이 낙뢰에 의해 피해를 입은 예

5.1.2 구조물의 손상에 대한 원인과 유형

뇌격전류는 손상의 원인이다. 구조물에 관련된 뇌격점의 위치에 따라 다르며, 다음의 상황을 고려해야 한다.

- S1 : 구조물에 대한 뇌격

- S2 : 구조물 근처의 뇌격

- S3 : 구조물에 접속된 인입설비에 대한 뇌격

- S4 : 구조물에 접속된 인입설비 근처의 뇌격

구조물에 대한 뇌격은 다음과 같은 피해를 일으킬 수 있다.

- 직접적인 기계적 손실, 고온 뇌플라즈마 아크, 도체의 저항발열(도체과열)을 일으키는 전류, 아크침식(금속용해)을 일으키는 전하로 인한 화재 또는 폭발

- 뇌격전류 일부의 통과와 저항성 결합이나 유도성 결합에 의한 과전압으로 발생하는 불꽃방전으로 점화되는 화재 또는 폭발

- 저항성이나 유도성 결합으로 형성된 접촉전압과 보폭전압에 의한 인체의 상해

- LEMP에 의한 내부시스템의 고장이나 오동작

구조물 근처의 뇌격은 다음과 같은 피해를 일으킬 수 있다.

- LEMP에 의한 내부시스템의 고장이나 오동작

구조물과 접속된 인입설비에 대한 뇌격은 다음과 같은 피해를 일으킬 수 있다.

- 인입설비를 통해 전도된 과전압과 뇌격전류로 인한 불꽃방전으로 점화되는 화재나 폭발

- 인입설비를 통해 전도된 뇌격전류에 의해 발생한 구조물 내부의 접촉전압으로 인한 인체의 상해

- 구조물에 침입하고 접속된 배관에 나타나거나 구조물로 전도되어 나타나는 과전압으로 인한 내부시스템의 고장 또는 오동작

구조물에 접속된 인입설비 근처의 뇌격은 다음과 같은 피해를 일으킬 수 있다.

- 구조물에 침입하고 접속된 배관에 유도되어 나타나거나 구조물에 전도되어 나타나는 과전압으로 인한 내부시스템의 고장 또는 오동작

비고 1 내부시스템의 오동작은 KS C IEC 62305시리즈 범위에 해당되지 않으며, 참고규격은 KS C IEC 61000-4-5 이다.

비고 2 단지 뇌격전류(전체 또는 일부분)를 흘리는 불꽃방전만이 화재를 일으킬 수 있는 것으로 여겨진다.

비고 3 인입 배관이 등전위본딩 바에 본딩되어 있으면 인입배관에 직접 또는 근처에 입사한 뇌격은 구조물에 손상을 주지 않는다.

결국, 뇌격은 기본적인 3가지 유형의 손상을 일으킨다.

- D1 : 접촉전압이나 보폭전압으로 인한 인축이 상해

- D2 : 불꽃방전을 포함하여 뇌격전류의 영향에 의한 물리적 손상(화재, 폭발, 기계적인 파괴, 화학적 물질의 방출)

- D3 : LEMP로 인한 내부시스템의 고장

해  설

접촉전압(touch voltage)이란 사람이 접지를 한 시설물 또는 구조물에 접촉하였을 때 접촉한 구조물의 전위와 사람이 서 있는 지점의 바닥(대지)표면전위의 차를 말하며, 일반적으로 구조물과 바닥표면상의 거리 1 m인 지점사이의 전위차로 나타낸다. 보폭전압(step voltage)란 접지전극 또는 접지를 한 구조물 주변에서 인체의 안전에 대한 중요한 척도로서, 뇌격전류나 지락고장전류 등으로 접지전극 부근에 전위가 형성되었을 때 사람의 양쪽 발 사이에 나타나는 전위차를 말한다. 보폭전압의 크기는 어느 접지를 한 구조물에 접촉하지 않은 상태에서 사람이 보행하는 상태의 양쪽 발 사이의 거리(통상 1 m를 기준으로 한다)에 발생하는 바닥표면에서 전위의 차로 정의한다.

낙뢰에 의한 서지로 전기전자시스템(내부시스템)이 손상을 입게 되며, 뇌서지에 의한 전자회로의 파손된 예를 아래의 사진에 나타내었다.

뇌서지에 의해 파손된 전자기기의 회로기판의 예

5.2 인입설비의 손상

인입설비에 영향을 미치는 뇌격은 접속된 전기·전자기기 뿐만 아니라 인입을 위해 사용된 설비(선로나 배관)에 손상을 줄 수 있다.

비고 고려되는 인입설비는 다음과 같은 설비 상호간의 물리적 접속이다.

- 전화선에 대해서 전화국 건물과 가입자 건물, 두 전화국 건물, 또는 두 가입자 건물

- 전화선에 대해서 전화국 건물 또는 가입자 건물, 분배기반 또는 두 분배기반

- 전력선에 대해서 고압 변전소와 수용가 건물

- 배관에 대해서 주 배급소와 사용자 건물

이러한 영향의 확대 규모는 인입설비의 특성, 전기·전자시스템의 유형과 범위, 뇌방전의 특성에 따라 다르다.

5.2.1 인입설비에 대한 뇌격 영향

뇌격의 영향에 관련된 인입설비의 주요 특징은 다음과 같다.

- 구조 (전선: 가공, 지중, 차폐, 비차폐, 광섬유; 배관: 지상, 매설, 금속, 플라스틱)

- 기능 (통신선, 전력선, 배관)

- 공급되는 구조물 (구조, 내용물, 규모, 위치)

- 현재 시설되어 있거나 시설할 보호대책 (예, 차폐선, SPD, 경로여유, 액체저장시스템, 발전기, 무정전전원장치)

여러 가지 종류의 인입설비들에 대한 뇌격의 영향을 표 2에 나타내었다.

표 2 - 대표적인 인입설비에 대한 뇌격의 영향

인입설비의 유형	뇌격의 영향
통신선	전선의 기계적 손상, 차폐선이나 도체의 융해, 인입설비의 직접적인 손실과 더불어 주요한 고장을 일으키는 케이블과 기기의 절연파괴 인입설비의 손상 없이 케이블의 손상으로 인한 광케이블의 2차 고장
전력선	인입설비의 중대한 손실을 가져오는 저압 가공선용 애자의 손상, 케이블 절연체의 관통, 변압기와 기기의 절연파괴
수도관	인입설비의 손실을 가져오는 전기·전자 제어장치의 손상
가스관 석유관	화재 폭발을 야기할 수 있는 비금속 플랜지가스켓트의 관통파괴 인입설비의 손실을 가져오는 전기·전자 제어장치의 손상

5.2.2 인입설비의 손상 원인과 유형

뇌격전류는 손상의 원인이다. 고려되는 인입설비는 관련된 뇌격점의 위치에 따라 다르며, 다음의 상황을 고려해야 한다.

- S1 : 구조물 직격뢰

- S2 : 구조물 근처 뇌격

- S3 : 구조물에 접속된 인입설비 직격뢰

- S4 : 구조물에 접속된 인입설비 근처 뇌격

공급되는 구조물에 대한 뇌격은 다음과 같은 손상을 일으킬 수 있다.

- 인입설비에 흐르는 뇌격전류에 의한 금속선이나 케이블 차폐선의 용해(저항발열에 의한 결과)

- 전선이나 접속된 기기의 절연파괴(저항결합에 의해 발생)

- 절연접속점 내의 가스켓트와 마찬가지로 배관의 플랜지부에서 비금속 가스켓트의 관통파괴

비고 금속성 도체가 포함되지 않은 광케이블은 공급된 구조물에 대한 낙뢰의 영향을 받지 않는다.

구조물에 접속된 인입설비 직격뢰는 다음과 같은 손상을 일으킬 수 있다.

- 뇌격전류에 의해 발생하는 전기력 또는 열적 영향(도선, 차폐선, 배관의 파괴 또는 용해)과 뇌플라즈마아크열(플라스틱 보호덮개의 관통)에 의한 금속선이나 배관에 직접적인 기계적 손상

- 전선(절연파괴)과 전선에 접속된 기기의 직접적인 전기적 손상

- 운반되는 유체의 성질에 따라 화재나 폭발을 일으킬 수 있는 얇은 가공금속배관과 플랜지 내의 비금속 가스켓트의 관통파괴

구조물에 접속된 인입설비 근처의 뇌격은 다음과 같은 손상을 일으킬 수 있다.

- 유도결합(유도전압)에 의한 전선과 전선에 접속된 기기의 절연파괴

비고 금속성 도체가 포함되지 않은 광케이블은 대지에 대한 뇌격의 영향을 받지 않는다.

결론적으로, 낙뢰는 다음의 두 가지 기본적인 손상을 일으킨다.

- D2 : 뇌격전류의 열적 영향으로 인한 물리적 손상(화재, 폭발, 기계적인 파괴, 화학물질의 방출)

- D3 : 과전압으로 인한 전기·전자시스템의 고장

5.3 손실의 유형

단독이거나 다른 손상과 결합하여 나타나는 각종 손상은 보호대상물에 다양하고 중대한 손실을 가져오며, 손실의 유형은 보호대상물의 특성에 따라 다르다. 이 표준규격에서는 다음과 같은 유형의 손실을 고려한다.

- L1 : 인명 손실

- L2 : 공공시설에 대한 손실

- L3 : 문화유산의 손실

- L4 : 경제적 가치(구조물과 그 내용물, 공공시설과 작업 손실 등)의 손실

L1, L2, L3의 손실유형은 사회적 가치의 손실로 여겨지며, 반면에 L4는 순수한 경제적 손실로 여겨진다.

구조물에서 발생하는 손실

- L1 : 인명 손실

- L2 : 공공시설에 대한 손실

- L3 : 문화유산의 손실

- L4 : 경제적 가치(구조물과 그 내용물)의 손실

공공시설에 나타나는 손실

- L2 : 공공시설의 손실

- L4 : 경제적 가치(공공설비와 작업 손실)의 손실

비고 공공시설의 경우 이 규격에서는 인명 손실은 고려하지 않는다.

손상의 원인, 손상과 손실의 유형사이의 관계를 구조물에 대해서는 표 3에, 인입설비에 대해서는 표 4에 나타내었다.

표 3 - 다양한 뇌격점에 따른 구조물의 손상과 손실

표 4 - 뇌격점의 위치에 따른 인입설비의 손상과 손실

뇌격점	손상 원인	손상 유형	손실 유형
인입설비	S3	D2 D3	L2, L4
인입설비 근처	S4	D3
설치된 구조물	S1	D2 D3

손상 유형들에 따른 손실 유형과 그에 상응하는 리스크를 그림 1에 나타내었다.

그림 1 - 다양한 손상 유형에 의해 기인된 손실 유형과 상응하는 리스크

6 피뢰시스템의 필요성과 경제적 이점

6.1 피뢰시스템의 필요성

사회적 가치 L1, L2, L3의 손실을 줄이기 위해 보호대상물에 대한 피뢰시스템의 필요성이 평가되어야 한다. 대상물에 대한 피뢰시스템이 필요한지 아닌지를 평가하기 위해서 KS C IEC 62305-2에 기술된 절차에 따라 리스크평가를 해야 한다. 5.3절에 기록된 손실 유형에 상응하는 다음의 리스크를 고려해야 한다.

-  : 인명 손실에 대한 리스크

-  : 공공시설의 손실에 대한 리스크

-  : 문화유산 손실에 대한 리스크

만약 위험성[eqn: R(R _{1} SIM R _{3} )]이 허용레벨  보다 크다면 피뢰시스템이 필요하다.

이러한 경우에, 위험성을 허용레벨 까지 줄이기 위한 보호대책을 해야 한다.

보호대상물에 하나 이상의 손실 유형이 나타난다면, 의 조건이 각각의 손실 유형(L1, L2, L3)에 대해 만족되어야 한다.

사회적 가치가 있는 대상이 낙뢰로 인해 손실을 초래할 수 있는 경우 허용위험성의 값은 소관국가기관의 책임 하에 지정하는 것이 바람직하다.

비고 1 관할권을 갖은 기관이 리스크평가를 할 필요 없이 구체적인 적용에 의한 피뢰시스템의 필요성을 구체화할 수도 있다. 이러한 경우에, 요구되는 피뢰레벨은 관할권을 갖은 기관에 의해 구체화된다. 어떠한 경우에는, 리스크평가가 이러한 요건에 대한 포기를 정당화시키기 위한 기술로서 이루어질 수도 있다.

비고 2 위험성평가와 보호대책의 선정을 위한 절차에 대한 상세한 사항은 KS C IEC 62305-2에 기술되어 있다.

해  설

소관국가기관이란 지식경제부 기술표준원이며, 산업표준심의회 전력기기부회 피뢰설비(IEC/TC81) 전문위원회가 허용위험성에 대하여 결정한다.

6.2 피뢰시스템의 경제적 이점

보호대상물에 대한 피뢰시스템의 필요성 이외에도, 경제적 손실 L4를 줄이기 위해서 보호대책을 하는 경제적 이점을 평가하는 것이 유용하다.

이러한 경우에, 경제적 가치의 손실에 대한 위험성를 평가하는 것이 좋다. 위험성의 평가는 허용된 보호대책이 있는 경우와 없는 경우의 경제적 손실 비용을 산출하게 된다.

보호대책을 한 경우 잔존 손실액 과 보호대책의 비용 의 합이 보호대책이 없을 때의 총 손실비용보다 낮다면 피뢰시스템은 비용면에서 효과적이다.

비고 피뢰시스템의 경제적 이점에 대한 평가를 위한 세부적인 사항은 KS C IEC 62305-2에 기술되어있다.

해  설

IEC/TC81 위원회에서는 2007년 9월에 열린 작업그룹회의에서도 이 규격에 대한 협의가 많이 이루어졌으며, 현재도 IEC 62305-2규격의 완성을 위한 작업이 계속되고 있다. 부속서 G에서 손실비용에 대한 계수 [eqn: C _{A}], [eqn: C _{B}], [eqn: C _{C}], [eqn: C _{S}] 등의 값이 검토되고 있으며, 현재까지 주어진 값은 없다. 따라서 본 규격을 적용하여 보호대책의 비용 효과를 의 조건을 만족하는 정확한 평가는 할 수가 없다.

7. 보호대책

피뢰대책은 손상의 유형에 따라 리스크를 줄이기 위해 적용된다.

7.1 접촉전압 및 보폭전압에 의한 인축에 대한 상해를 줄이기 위한 보호대책

가능한 보호대책은 다음과 같다.

- 노출도전성 부분의 적절한 절연

- 메시접지시스템을 이용한 등전위화

- 물리적 제한과 경고표시

비고 1 등전위화는 접촉전압에 대해 효과적이지 않다.

비고 2 구조물 내부나 외부의 대지 표면저항률의 증가는 인체에 대한 위험을 줄인다.

7.2 물리적 손상을 줄이기 위한 보호대책

가능한 보호대책은 다음과 같다.

a) 구조물의 경우

- 피뢰시스템(LPS)

비고 1 LPS가 설치될 때, 등전위화는 화재, 폭발, 인체의 위험 등을 줄이는 매우 중요한 수단이며, 상세한 사항은 KS C IEC 62305-3에 기술되어 있다.

비고 2 방화벽, 소화기, 소화전, 화재경보기, 화재소화설비와 같은 화재의 확산과 전파를 제한하는 설비는 물리적 손상을 감소시킨다.

비고 3 비상구는 인명을 보호한다.

b) 인입설비의 경우

- 차폐선

비고 지중케이블의 경우, 금속 덕트에 의해 가장 효과적인 보호가 이루어진다.

7.3 전기·전자시스템의 고장을 줄이기 위한 보호대책

가능한 보호대책은 다음과 같다.

a) 구조물의 경우

- 단일 또는 조합으로 사용되는 다음 수단으로 구성된 LEMP 보호대책시스템(LPMS)

․ 접지 및 본딩 대책

․ 자기차폐

․ 선로의 경로

․ 협조된 SPD보호

b) 인입설비의 경우

- 선로의 말단과 선로상의 여러 위치에 설치된 서지보호장치

- 케이블의 자기차폐

비고 1 지중케이블의 경우, 적당한 두께의 금속차폐층에 의해서 매우 효과적인 보호가 이루어진다.

비고 2 경로 및 기기의 다중화, 독립된 발전시설, 무정전전원공급장치, 액체저장시스템, 자동고장검출시스템은 인입설비에 의한 손실을 줄이기 위한 효과적인 보호대책이다.

비고 3 기기와 케이블의 증강된 절연내전압은 과전압으로 인한 고장에 대한 효과적인 보호대책이다.

7.4 보호대책의 선정

가장 적합한 보호대책이 각종 손상의 유형과 정도, 여러 가지 보호대책의 기술적 경제적인 관점에 따라 설계자나 소유자에 의해 선정되어야 한다.

가장 적합한 보호대책의 선정과 위험성평가의 기준은 KS C IEC 62305-2에 기술되어 있다.

관련규격의 요구를 만족하고, 설치장소에서 발생할 것으로 예상되는 스트레스를 견딜 수 있는 보호대책이 효과적이다.

8 구조물과 인입설비의 보호에 대한 기본기준

구조물과 인입설비에 대한 이상적인 보호는 보호대상물을 접지하고 적절한 두께의 완전한 도전성의 연속 차폐공간 내에 놓이도록 하고, 구조물에 접속된 인입설비를 차폐물의 인입구에서 적절한 본딩을 하면 된다.

이렇게 하면 보호대상물로 뇌격전류와 전자계가 침투하는 것을 막을 수 있고 또한 내부시스템에 대한 위험한 불꽃방전이나 과전압뿐만 아니라 전류의 위험한 열적, 전기역학적 영향을 방지할 수 있다. 실제로, 그러한 최적의 보호를 하는 것은 불가능하거나 비용적인 면에서 비효율적이다.

차폐물의 두께가 부적합하고 연속성이 유지되지 않으면 뇌격전류는 차폐물을 관통하여 다음과 같은 손상을 가져오게 된다.

- 물리적 손상이나 인체의 위험

- 내부시스템의 고장

- 인입설비와 인입설비에 접속된 시스템의 고장

위와 같은 손상이나 관련된 중대한 손실을 줄이기 위해서 설치할 보호대책은 요구되는 보호대책(피뢰레벨)에 대한 뇌격전류 파라미터의 특성을 고려하여 설계해야 한다.

8.1 피뢰레벨(LPL)

이 규격에서는 4개의 피뢰레벨(Ⅰ～Ⅳ)을 적용한다. 각 피뢰레벨에 대한 최대 또는 최소 뇌격전류 파라미터가 정해져 있다.

비고 1 이 규격에서는 LPLⅠ에 관련된 최대, 최소 뇌격전류 파라미터를 초과하는 뇌격에 대한 보호는 고려하지 않는다.

비고 2 LPLⅠ에 정의된 값의 범주 밖의 최대 또는 최소 뇌격전류 파라미터를 갖는 뇌격의 발생확률은 2 % 이하이다.

LPLⅠ과 관련된 뇌격전류 파라미터의 최대값은 99 %의 확률을 초과하지 않는다. 추정된 극성비율에 따라 정극성 낙뢰로부터 얻은 값은 10 % 이하(부속서 A.2절 참조), 반면에 부극성 낙뢰에 의한 값은 1 % 이하의 확률을 유지한다(부속서 A.3 참조).

LPLⅠ과 관련된 뇌격전류 파라미터의 최대값은 LPL Ⅱ에 대해 75 %, LPL Ⅲ와 LPL Ⅳ에 대해 50 %로 줄어든다. ( , , 에 선형적이며, 반면에 의 제곱에 비례한다). 시간파라미터는 변하지 않는다.

여러 가지 보호레벨에 대한 뇌격전류 파라미터의 최대값을 표 5에 나타내었으며, 이는 피뢰시스템 구성요소(예, 도체의 단면적, 금속판의 두께, SPD의 전류용량, 위험한 방전에 대한 이격거리)를 설계하는데 이용되며, 그러한 구성요소에 대한 뇌격 영향을 모의하는 시험파라미터를 정의하는데 이용된다(부속서 D 참조).

여러 가지 피뢰레벨에 대한 뇌격전류 크기의 최소값은 직격뢰(8.2절 그림 2와 그림 3 참조)가 도달할 수 없는 피뢰구역 LPZ 0B을 정의하기 위해 회전구체 반경(부속서 A.4절 참조)의 결정에 사용된다. 관련된 회전구체 반경과 함께 뇌격전류 파라미터의 최소값을 표 6에 나타내었다. 그들은 수뢰부시스템의 배치와 피뢰구역 LPZ 0B을 정의하기 위해 사용된다(8.2절 참조).

표 5 - 피뢰레벨에 따른 뇌격전류 파라미터의 최대값

최초 단시간 뇌격			피뢰레벨
전류파라미터	기호	단위	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
피크전류		kA	200	150	100
단시간 뇌격 전하량		C	100	75	50
비에너지		MJ/Ω	10	5.6	2.5
시간파라미터		㎲/㎲	10/350
후속 단시간 뇌격			피뢰레벨
전류파라미터	기호	단위	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
피크전류		kA	50	37.5	25
평균준도		kA/㎲	200	150	100
시간파라미터		㎲/㎲	0.25/100
장시간 뇌격			피뢰레벨
전류파라미터	기호	단위	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
장시간 뇌격 전하량		C	200	150	100
시간파라미터		s	0.5
뇌방전			피뢰레벨
전류파라미터	기호	단위	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
뇌방전 전하량		C	300	225	150

1   구조물                                          S1   구조물 뇌격

2   수뢰부시스템                                    S2   구조물 근처 뇌격

3   인하도선시스템                                  S3   구조물에 접속된 인입설비 뇌격

4   접지시스템                                      S4   구조물에 접속된 인입설비 근처 뇌격

5   인입설비                                             회전구체반지름

위험한 불꽃에 대한 이격 거리

∇  대지표면

○  SPD에 의한 뇌등전위본딩

LPZ 0A    직격뢰, 전체뇌격전류

LPZ 0B    직격뢰가 아니며, 부분적인 뇌격전류 또는 유도전류

LPZ 1    직격뢰가 아니며, 제한된 뇌격전류 또는 유도전류

LPZ 1 내부의 보호구역은 반드시 이격 거리 s를 고려해야 한다.

그림 2 - LPS에 의해 정의된 LPZ (KS C IEC 62305-3)

1   구조물(LPZ 1의 차폐)                            S1   구조물 뇌격

2   수뢰부시스템                                    S2   구조물 근처 뇌격

3   인하도선시스템                                  S3   구조물에 접속된 인입설비 뇌격

4   접지시스템                                      S4   구조물에 접속된 인입설비 근처 뇌격

5   방(LPZ 2의 차폐)                                     회전구체반지름                    6   구조물에 접속된 인입설비                            매우 강한 자계에 대한 안전거리

∇  대지표면

○  SPD에 의한 뇌등전위본딩

LPZ 0A     직격뢰, 전체 뇌격전류

LPZ 0B     직격뢰가 아니며 부분적인 뇌격전류 또는 유도전류, 전체자계

LPZ 1     직격뢰가 아니며, 제한된 뇌격전류 또는 유도전류, 전체자계

LPZ 2     직격뢰가 아니며, 유도전류, 감쇠된 자계

LPZ 1과 LPZ 2 내부의 보호구역은 반드시 안전거리 ds를 고려해야 한다.

그림 3 - LPMP에 대한 보호대책에 의해 정의된 LPZ(KS C IEC 62305-4)

표 6 - 뇌격전류 파라미터의 최소값과 LPL에 상응하는 회전구체의 반지름

수뢰기준			LPL
	기호	단위	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
최소 피크전류		kA	3	5	10	16
회전구체반지름		m	20	30	45	60

그림 A.5에 주어진 통계적인 분포로부터 가중된 확률은 뇌격전류 파라미터가 최대값보다 작고, 각각의 보호레벨을 위해 정해진 최소값보다 상당히 크게 결정된다(표 7 참조).

표 7 - 뇌격전류 파라미터의 제한에 대한 확률

뇌격전류 파라미터의 확률	LPL
	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
표 5에 정의된 최대값 보다 작은 확률	0.99	0.98	0.97	0.97
표 6에 정의된 최소값 보다 큰 확률	0.99	0.97	0.91	0.84

KS C IEC 62305-3, KS C IEC 62305-4에 구체화된 보호대책들은 설계를 위해 가정된 LPL에서 규정된 뇌격전류 파라미터를 갖는 뇌에 대해 효과적이다. 그러므로 보호대책의 효율성은 뇌격전류 파라미터가 그러한 범위 안에 존재할 확률과 같다고 가정된다.

해  설

뇌방전에 대한 피뢰시스템의 보호효율을 시설상태에 따라서 확률적으로 고려하는 것이 적절하며, 피뢰레벨(보호레벨)은 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ의 4단계로 설정한다. 피뢰레벨(보호레벨)은 피뢰시스템등급(보호등급)과 동의어로 사용한다. 보호효율은 표 7에 제시되어 있는 바와 같이 표 6에 정의된 최소피크전류보다 큰 확률의 낙뢰에 대하여 보호레벨은 Ⅰ은 99%, 보호레벨 Ⅱ는 97%, 보호레벨 Ⅲ은 91%, 보호레벨 Ⅳ는 84%이상으로 된다. 보호대상물의 종류, 중요도에 따라 실제로 타당한 것으로 생각되는 보호레벨을 설계자 또는 소유자가 선정하며, 이에 대응하는 피뢰시스템을 시설해야 한다. 또한 KS C IEC 62305-2의 부속서 J의 구조물의 위험성 평가를 위한 간이소프트웨어를 이용하여 피뢰설비의 보호레벨을 결정할 수도 있다. 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 제20조 (피뢰설비)에는 위험물저장 및 처리시설에 설치하는 피뢰설비는 보호등급 Ⅱ이상을 적용하도록 규정되어 있다. 또한 피뢰설비를 구성하는 수뢰부시스템, 인하도선시스템과 접지시스템의 모든 부품은 10/350 ㎲의 뇌격전류에 대한 전기적, 기계적, 열적 내력을 가지는 것이어야 한다.

8.2 피뢰구역(LPZ)

LPS, 차폐선, 자기차폐, SPD와 같은 보호대책은 피뢰구역(LPZ)을 결정한다.

하위 LPZ의 보호대책은 상위 LPZ의 보호대책보다 LEMP가 현저하게 감소하는 특징이 있다.

뇌격의 위협에 대하여 아래의 LPZ들이 정의된다(그림 2,3 참조).

LPZ 0A 직격뢰에 의한 뇌격과 전반적인 뇌전자계의 위협이 있는 지역. 내부시스템은 뇌서지전류의 전체 또는 일부분이 흐르기 쉽다.

LPZ 0B 직격뢰에 의한 뇌격은 보호되나 전반적인 뇌전자계의 위협이 있는 지역. 내부시스템은 뇌서지전류의 일부분이 흐르기 쉽다.

LPZ 1 경계지역의 전류의 분류나 SPD에 의해 서지전류가 제한된 지역. 뇌격에 의한 전자계를 약화시키기 위해서는 공간차폐가 이용된다.

LPZ 2,...,n 전류의 분류나 경계지역의 SPD에 의해 서지전류가 더욱 제한된 지역. 뇌전자계의 형성을 더욱 약하게 하기위해 추가적인 공간 차폐가 이용된다.

비고 일반적으로, 개개의 구역의 수가 많을수록 전자계의 환경 파라미터들의 값이 적어진다.

보호에 대한 일반적인 법칙으로서, 보호대상물은 줄이고자하는 손상수준(물리적 손상, 과전압에 의한 전기·전자 시스템의 고장)의 스트레스에 견딜 수 있는 능력에 상응하는 LPZ 내부에 있어야 한다.

비고 대부분의 전기·전자시스템 및 기구들이 견딜 수 있는 레벨에 관한 정보들은 제조자에 의해 제공된다.

해  설

LEMP에 의해서 발생하는 전자계에 의해서 건축물 내부의 설비나 전기전자기기에 장해가 발생하지 않도록 LEMP의 세기가 다른 영역 즉, 피뢰구역을 정하며, 피뢰구역 내부에 이상전압이 발생하지 않도록 금속물이나 전력선, 통신선, 수도관 등을 피뢰영역의 경계부분에서 확실하게 공통접지로 본딩하여 등전위화가 이루어지도록 한다. 외부구역(LPZ 0)와 내부구역(LPZ 1)의 구분은 명확하지만 그 외의 피뢰구역의 구분은 명확하게 규정되어 있지 않다. 피뢰구역 내의 설비에 대한 구체적인 예는 다음의 표와 같다.

피뢰영역	구체적인 대상설비의 예
LPZ 0A	외등(가로등, 보안등), 감시카메라 등
LPZ 0B	옥상수전(큐비클)설비, 공조옥외기, 항공장해등, 안테나 등
LPZ 1	건물내 인입부분의 설비 : 수변전설비, MDF, 전화교환기 등
LPZ 2	방재센터, 중앙감시실, 전산센터 등

8.3 구조물에 대한 보호

8.3.1 물리적 손상과 생명체의 위험을 줄이기 위한 보호

보호대상 구조물은 LPZ 0B 내부나 더 높은 레벨에 위치해야 한다. 이것은 피뢰시스템(LPS)으로 이룰 수 있다.

하나의 LPS는 외부와 내부 피뢰시스템으로 구성된다.

외부LPS의 기능

- 구조물 뇌격을 받아들인다(수뢰부시스템)

- 뇌격전류를 안전하게 대지로 보낸다(인하도선시스템)

- 뇌격전류를 대지로 방류시킨다(접지시스템)

내부LPS의 기능은 피뢰등전위본딩이나 LPS구성요소와 구조물 내부에 다른 전기적 도체사이에 떨어진 거리  (결과적으로 전기적 고립)를 사용하므로써 위험한 불꽃을 막는다.

LPS(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)의 4등급은 상응하는 LPL에 기초한 시공규칙의 조합으로 정의된다. 각각의 집합은 레벨종속형(예 회전구체 반지름, 메시폭)과 레벨독립형(예, 단면적, 재료 등)의 시공규칙이다.

외부의 토양이나 구조물 내부 바닥의 표면저항률이 충분히 높지 않다면 접촉과 보폭전압으로 인한 생명의 위협은 줄어든다.

- 구조물 외부의 경우 외부로 들어난 도체부분의 절연, 메시 접지시스템을 이용한 토양의 피뢰등전위화, 경보표시, 물리적 제한에 의해 가능

- 구조물 내부의 경우 구조물의 인입점에서 인입설비의 피뢰등전위본딩에 의해 가능

LPS는 KS C IEC 62305-3의 조건에 따른다.

8.3.2 내부시스템의 고장을 줄이기 위한 보호

내부시스템의 고장을 줄이기 위한 LEMP에 대한 보호는 다음을 제한한다.

- 저항이나 유도결합을 일으키는 구조물로의 뇌격으로 인한 과전압

- 유도결합을 일으키는 구조물 근처의 뇌격으로 인한 과전압

- 전선에 대한 뇌격이나 주변의 뇌격에 의해 구조물과 연결된 전선에 의해 전달된 과전압

- 내부시스템과 직접 결합하는 자기장

비고 만약 장비들이 EMC제품표준에 규정된 라디오주파수 방출 및 내성시험에 적합한 것이라면 전자계가 직접적으로 장비에 발산되는 것으로 인한 고장은 무시할 수 있다.

보호대상시스템은 LPZ 1 내부나 보호레벨이 LPZ 1보다 높은 구역에 위치해야 한다. 이것은 유도자계를 감쇠시키는 자계차폐의 수단 및/또는 유도루프를 감소시키는 배선의 적절한 경로에 의해 이루어진다. 경계를 지나는 금속부분이나 시스템을 위한 LPZ의 경계부에는 본딩이 이루어져야 한다. 이러한 본딩은 본딩용 도체나, 서지보호장치(SPD)에 의해 이루어진다.

LPZ를 위한 보호대책은 KS C IEC 62305-4의 조건에 따른다.

내부시스템의 고장을 야기하는 과전압에 대한 효과적인 보호는 과전압을 보호대상 시스템의 정격임펄스내전압 이하로 제한하는 협조된 SPD보호에 의해 이루어 진다.

SPD는 KS C IEC 62305-4의 기준에 따라 선택, 설치해야 한다.

8.4 인입설비에 대한 보호

보호대상 인입설비는 다음과 같이 설치해야 한다.

- 물리적인 손상을 줄이기 위해 LPZ 0B  또는 보호레벨이  LPZ 0B보다 더 높은 구역에 존재해야 한다. 이것은 공기 중의 경로 대신 지중경로를 택하거나 전선의 특성에 따라 적절하게 배치된 차폐선을 사용하거나, 배관의 경우 두께를 적절한 값까지 증가시키거나 금속의 연속성을 확실히 하는 것에 의해 이루어진다.

- 인입설비는 고장을 유발하는 과전압에 대한 보호를 위해 LPZ 1 내부나  LPZ 1보다 더 높은 보호구역에 위치해야 한다. 이것은 적절한 케이블의 자기차폐방법으로 뇌격전류에 의해 유도된 과전압을 줄이거나, 적절한 SPD에 의해 과전류의 방향을 바꾸거나 과전압을 제한함으로써 이루어진다.

부속서 A (참고)

뇌격전류 파라미터

A.1 낙뢰

뇌방전 형태는 기본적으로 2가지이다.

- 뇌운에서 대지로 향하는 하향리더에 의해 진전하는 하향 낙뢰

- 접지된 구조물에서 뇌운으로 향하는 상향리더에 의해 진전하는 상향 낙뢰

대부분의 하향 낙뢰는 평지나 낮은 구조물에서 발생하는 반면에 노출되거나 높은 구조물의 경우 상향 낙뢰가 지배적으로 많다. 실효높이에 따라 구조물에 대한 직격뢰의 확률은 증가하고(KS C IEC 62305-2 부속서 A 참조), 물리적 조건이 변한다.

뇌격전류는 하나 이상의 여러 뇌격으로 구성된다.

- 지속시간이 2 ms 이하인 단시간 뇌격(그림 A.1 참조).

- 지속시간이 2 ms를 넘는 장시간 뇌격(그림 A.2 참조).

규약원점

피크전류

파두시간

파미시간

그림 A.1 - 단시간 뇌격파라미터의 정의 (일반적으로  < 2 ms)

지속시간

장시간 뇌격 전하량

그림 A.2 - 장시간 뇌격 파라미터의 정의(일반적으로 2 ms <  < 1 s)

이 외에 뇌격의 특성은 낙뢰의 극성(정극성 또는 부극성)이나 뇌격(최초 뇌격, 후속뇌격, 중첩뇌격)이 진전하는 동안의 위치에 따라 달라진다. 뇌격전류의 구성요소를 하향 뇌격의 경우 그림 A.3, 상향 뇌격의 경우 그림 A.4에 나타내었다.

그림 A.3 - 하향 낙뢰에 의해 발생할 수 있는 구성요소

(일반적으로 평지나 낮은 구조물에서 발생)

그림 A.4 - 상향 낙뢰에 의해 발생할 수 있는 구성요소

(일반적으로 노출되거나 높은 구조물에서 발생)

상향 뇌격의 추가 구성요소는 단일 장시간 뇌격 또는 최초 장시간 뇌격에 수십 개의 단시간 뇌격이 중첩된 경우이다. 하지만 상향 뇌격의 모든 단시간 뇌격파라미터는 하향 뇌격의 단시간 뇌격파라미터보다 작다. 상향 뇌격의 큰 장시간 뇌격 전하량은 아직 확정되지 않았다. 그러므로 상향 뇌격의 뇌격전류 파라미터는 하향 뇌격의 최대값의 범위 내에 있는 것으로 생각할 수 있다. 뇌격전류 파라미터 및 상향 또는 하향 뇌격에 대한 크기 의존성에 대한 정확한 평가는 검토 중에 있다.

해  설

뇌방전의 종류에는 뇌운에서 대지로 전하를 방출하는 낙뢰(cloud-to-ground lightning discharges)와 뇌운 내부에서 방전이 일어나는 운내방전(intracloud lightning discharges), 뇌운과 뇌운사이에서 일어나는 운간방전(intercloud lightning discharges), 뇌운과 주위 대기사이에서 일어나는 대기방전(cloud-to-air lightning discharges) 등이 있다.

뇌방전현상 중에서 가장 빈번하게 발생하는 방전 형태는 운방전이지만, 여러 가지 형태의 뇌방전 현상 중에서 사람과 가축의 생명 또는 시설물에 직접적으로 영향을 미치는 요인이 되는 뇌방전의 진전기구와 특성에 대해서 가장 많이 연구된 분야는 뇌운과 대지간의 방전 즉, 낙뢰현상이며, 이의 발생과 진전 형태는 다음의 4가지로 분류할 수 있다.

ⓐ 부(-)극성 하향 리더에 의한 낙뢰 : 그림 A-1-1의 1a, 1b의 경우로 뇌운의 부(-)전하의 부분이 대지를 향해 리더 방전이 하향으로 진전된 후 지면으로부터 귀환뇌격이 발생하는 형태로 가장 일반적인 대지 방전이다.

ⓑ 정(+)극성 상향 리더에 의한 낙뢰 : 그림 A-1-1의 2a, 2b의 경우로 대지의 정(+)전하의 리더가 뇌운을 향해 상향으로 진전하여 발생하는 뇌격이다. 이런 형태의 뇌격은 높은 철탑이나 산정상 등의 낙뢰에서 볼 수 있다.

ⓒ 정(+)극성 하향 리더에 의한 낙뢰 : 그림 A-1-1의 3a, 3b의 경우로 정(+)극성의 리더가 대지를 향하는 진전으로 일어나는 뇌격이다.

ⓓ 부(-)극성 상향 리더에 의한 낙뢰 : 그림 A-1-1의 4a, 4b의 경우로 대지로부터 부(-)극성의 리더가 뇌운을 향하는 방향으로 진전하여 발생한다.

l : 리더,  r : 귀환뇌격,  : 진행방향

그림 A-1-1 낙뢰의 종류

해  설

그림 A-1-1에서 보는 바와 같이 하향으로 진전하는 계단상 리더의 앞단이 다른 극성의 전하와 결합하는 순간 리더 앞단 부근은 실효적으로 대지전위와 같아지며 나머지 선행 방전로는 부(-)로 대전된다. 이 때 선행 방전로는 강한 빛을 발하는 귀환뇌격을 통과시키는 전송로로 작용한다. 귀환뇌격의 파두와 대지 사이에 대전류가 흐르고 선행 방전로 위에 분포한 부(-)전하는 귀환뇌격에 의해 급속도로 중성화되며, 귀환뇌격에 의해 정(+)전하가 뇌운 방향으로 이동한다.

가장 발생빈도가 많은 부극성 낙뢰의 진전 형태와 특성에 대하여 보다 자세하게 설명한다. 낙뢰의 전구방전인 리더는 그림 A-1-2에 나타낸 바와 같이 부극성 전하로 이루어진 뇌운의 하단에서 직경 2~30 m의 뇌운 전하로 충만된 원주형의 도전통로와 직경 약 1 cm의 가늘고 강하게 이온화된 플라즈마핵이 간헐적으로 300 ㎞/sec의 속도로 대지를 향하여 진전한다. 이러한 리더는 간헐적으로 수십 m의 계단상으로 진전하며, 간헐적 단계사이의 휴지시간은 수십 ㎲ 정도이다.

그림 A-1-2 부극성 낙뢰에서 리더의 진전과 귀환뇌격

리더가 지상에서 수십 m 정도의 거리에 도달하면 지상의 돌기물 끝단의 전장의 세기가 높아지며, 이것이 공기의 절연내력을 넘어서면 귀환뇌격이 리더를 향하여 진전하여 리더와 부착되어 리더는 대지에 접속된다. 귀환뇌격의 진전속도는 광속의 약 1/3정도이며, 그림 A-1-3에 나타낸 바와 같이 수십 ~ 수백 ㎲ 동안에 리더 도전통로에 축적되어 있던 전하를 대지로 방출시킨다.

해  설

이 과정 동안에 대단히 밝은 불빛이 발생하며, 이것이 번갯불이다. 리더의 진전에 의해서 형성된 도전통로의 임펄스상의 방전을 주 방전이라 하며, 주 방전에 의해서 낙뢰 대상물에 대단히 많은 에너지가 전달되며, 단시간의 임펄스전류가 흐르게 된다. 또한 주 방전과정 동안 불꽃도전통로의 폭발에 의해서 발생하는 높은 압력으로 천둥소리가 울리게 된다.

그림 A-1-3 주 방전(귀환뇌격)에 의한 리더도전통로의 방전

A.2 뇌격전류 파라미터

이 규격에서 뇌격전류 파라미터는 표 A.1에 주어진 대전력계통국제위원회(CIGRE) 자료의 결과에 기초한 것이다. 통계분포는 대수정규분포를 갖는 것으로 볼 수 있다. 상응하는 평균 [eqn: mu] 와 분산 [eqn: sigma _{log}]를 표 A.2, 그리고 분포함수를 그림 A.5에 나타내었다. 이것을 바탕으로 각각의 파라미터 값이 발생할 확률을 결정할 수 있다.

10 % 정극성과 90 % 부극성 낙뢰의 비율로 추정한 것이다. 극성비는 지역에 따라 다르며, 만약 어느 지역에서 이용할 수 있는 정보가 없으면, 여기에 주어진 비율을 이용하면 된다.

해  설

(1) 뇌격전류의 극성과 파형

뇌운을 형성하고 있는 전하가 이동하여 뇌격전류가 흐르게 되며, 뇌운으로부터 대지로 향하여 이동하는 전하의 극성을 기준으로 뇌격전류의 극성을 나타낸다. 운방전에서도 이동하는 전하의 극성을 기준으로 뇌격전류의 극성을 나타낸다. 대개의 경우 뇌운의 상부에는 정(+)전하가 그리고 하부에는 부(-)전하가 위치하게 되므로 부전하의 이동에 의한 대지뇌격이 많이 발생하기 때문에 부극성 낙뢰의 발생빈도가 많다. 특히 기온이 높은 하절기에는 부극성 낙뢰의 비율이 매우 높다.

뇌운에 존재하는 전하의 대지뇌격에 의해서 흐르는 뇌격전류의 파형은 뇌운의 규모, 뇌격지점의 형상과 도전율 등 여러 가지 요소에 의해 영향을 받게 되며, 매우 다양한 형상을 나타낸다. 일반적으로 전력시설물에 침입하는 낙뢰의 전류 파형은 대지뇌격의 전류 파형과는 매우 다르다. 피뢰설비의 수뢰장치에 입사한 부극성 낙뢰에 의한 뇌격전류의 개략적인 파형의 예를 그림 A-2-1에 나타내었다.

그림 A-2-1 수뢰장치에 입사한 부극성 낙뢰에 의한 뇌격전류 파형의 개략도

귀환뇌격을 이루는 대지 또는 수뢰장치에서 방사된 상향 스트리머와 최종 하향 리더와의 접합 이후 선행 계단상 리더의 도전통로를 이루고 있는 전하축적통로의 방전에 의해서 주 방전이 개시된다. 선행의 계단상 리더의 도전통로에 축적된 전하는 광속의 약 1/3의 속도로 수뢰장치를 경유하여 대지로 방출된다.

해  설

(2) 뇌격전류 파라미터

1) 뇌격전류 파형의 표시법

일반적으로 뇌격전류 파형은 그림 A-2-2에 나타낸 바와 같이 2중 지수형의 펄스 형상을 가진다. 뇌격전류 파형은 파두시간/파미시간([eqn: ±T_f ~/T_t ~~㎲])으로 나타내며, 크기는 파고값으로 표시한다.

그림 A-2-2 뇌격전류 파형의 파라미터

2) 뇌격전류 파라미터

일시적 충격전류 및 지속전류로 구성된 뇌격전류 파형은 뇌격이 입사하는 물체에는 거의 영향을 받지 않으나 뇌격전류가 흐르는 경로에는 영향을 받는다. 또한 뇌방전의 형태나 극성에 따라 뇌격전류 파형은 다양하며, 피뢰기술에 있어서 특히 중요한 요소인 뇌격전류의 작용파라미터에 대하여 살펴본다.

① 뇌격전류의 최대값

뇌격전류의 최대값 [eqn: i_max] (A)는 뇌격을 받은 물체의 접지저항 [eqn: R] (Ω)에 나타나는 저항강하의 최대치 [eqn: V_max] (V)를 접지저항으로 나눈 값으로

[eqn: i_max ~ =~ V_max over R]                                                       (A.2.1)

이며, 뇌격지점의 무한 원점에 대한 전위상승의 척도이다. 다중 뇌격의 경우에는 임펄스전류의 최초의 최대값으로 나타낸다.

해  설

② 뇌격전류의 전하량

뇌격전류에 의해서 대지로 방출되는 전하량으로 A․s 또는 C의 단위로 나타낸다. 뇌격전류의 전하량은 뇌격전류의 시간에 대한 적분으로 그리고 지속뇌격전류의 전하량은 지속전류의 시간에 대한 적분으로 구해진다. 즉, 뇌격전류의 전하량은

[eqn: Q ~=~ int idt]                                                     (A.2.2)

이며, 뇌격전류가 아크상태로 뇌격점 및 절연된 경로를 통과할 때에 발생하는 에너지의 척도이다. 즉, 이 전하량은 수뢰장치의 끝단이나 피뢰용 방전갭의 전극을 용융시키게 된다. 아크방전의 발생점에 공급되는 에너지는 뇌격전류의 전하량과 수뢰장치의 끝단 미소영역에 발생하는 양극강하 또는 음극강하 [eqn: V_A,K]의 곱이다. 그림 A-2-3에 나타낸 바와 같이 뇌격점에서의 전압강하 즉, 양극강하 또는 음극강하 [eqn: V_A,K]는 뇌격전류의 최대값과 파형에 의해서 결정되며, 대략 수십 V정도이다.

그림 A-2-3 뇌격점의 전압강하

③ 뇌격전류의 비에너지

전기저항이 [eqn: R] (Ω)인 도선에 전류 [eqn: i] (A)가 흐를 때에 소비되는 에너지 [eqn: W] (J)는

[eqn: W~=~R․int i^2 dt]                                              (A.2.3)

이다.  전기저항이 1 (Ω)일 때의 에너지

[eqn: W/R= int _{} ^{} {} i ^{2} dt]                                               (A.2.4)

를 비에너지(specific energy)라고 한다.

뇌격전류의 흐름에 의한 금속체의 온도상승 및 전자력학적 작용의 척도이며, 뇌격전류 파라미터인 뇌격전류 최대값, 전하량, 비에너지의 개략을 그림 A-2-4에 나타내었다. 또한 뇌격점에 지속전류가 흐르고 있을 때는 전류의 제곱에 비례하는 전자력이 전류가 흐르는 도선에 작용하지만 임펄스와 같이 도선의 기계적 진동주기에 비해서 대단히 짧은 시간동안의 전류작용의 경우에는 전류의 제곱임펄스 [eqn: int i^2 dt]  즉, 뇌격전류의 비에너지에 비례하는 임펄스력이 작용한다.

그림 A.2.4 뇌격전류 파라미터

④ 뇌격전류의 상승률

뇌격전류 파두의 상승부분의 시간 [eqn: Δt] 동안의 전류상승률 [eqn: Δi/Δt]는 뇌격전류가 흐르는 도체 주변에 있는 설비 내의 개회로 또는 폐회로에 전자유도작용에 의해 고전압을 유도시키는 원인이 되므로 내부 피뢰설비에 있어 이에 대하여 규제하고 있다.

이들 4가지 뇌격전류 파라미터 즉, 뇌격전류의 최대값, 전하량, 비에너지, 전류상승률 등에 대하여 피뢰설비의 보호등급별 한계값이 규정되어 있으며, 피뢰설비를 설계할 때에는 이를 적용하여야 한다.

표 A.1 - CIGRE에서 채택된 뇌격전류 파라미터 값 (Electra No.41 또는 No.69*)

파라미터	LPL I에 대한 고정값	값			뇌격의 유형	그림 A.5의 직선
		95 %	50 %	5 %
(kA)	50 200	4(98 %)	20(80 %)	90	*최초 부극성 단시간 뇌격	1A+1B
		4.9	11.8	28.6	*후속 부극성 단시간 뇌격	2
		4.6	35	250	최초 정극성 단시간 뇌격(단일)	3
Qshort (C)	300	1.3	7.5	40	부극성 낙뢰	4
		20	80	350	정극성 낙뢰	5
t (C)	100	1.1	4.5	20	최초 부극성 단시간 뇌격	6
		0.22	0.95	4	후속 부극성 단시간 뇌격	7
		2	16	150	최초 정극성 단시간 뇌격(단일)	8
(kJ/Ω)	10 000	6	55	550	최초 부극성 단시간 뇌격	9
		0.55	6	52	후속 부극성 단시간 뇌격	10
		25	650	15 000	최초 정극성 단시간 뇌격(단일)	11
(kA/㎲)	20	9.1	24.3	65	*최초 부극성 단시간 뇌격	12
		9.9	39.9	161.5	*후속 부극성 단시간 뇌격	13
		0.2	2.4	32	최초 정극성 단시간 뇌격(단일)	14
(kA/㎲)	200	4.1	20.1	98.5	*후속 부극성 단시간 뇌격	15
(C)	200				장시간 뇌격
(s)	0.5				장시간 뇌격
파두시간 (㎲)		1.8	5.5	18	최초 부극성 단시간 뇌격
		0.22	1.1	4.5	후속 부극성 단시간 뇌격
		3.5	22	200	최초 정극성 단시간 뇌격(단일)
뇌격시간 (㎲)		30	75	200	최초 부극성 단시간 뇌격
		6.5	32	140	후속 부극성 단시간 뇌격
		25	230	2 000	최초 정극성 단시간 뇌격(단일)
시간 간격 (ms)		7	33	150	다중 부극성 뇌격
전체 방전시간 (ms)		0.15	13	1 100	부극성 낙뢰(모두)
		31	180	900	부극성 낙뢰(단일 낙뢰는 없음)
		14	85	500	정극성 낙뢰
주) kA 와 kA의 값은 각각 98 %와 80 %에 확률에 상응한다.

표 A.2 - 뇌격전류 파라미터의 대수정규분포- CIGRE(Electra No.41 or NO.69) 데이터의 95 %와        5 %로부터 계산된 평균 [eqn: mu] 와 분산 [eqn: sigma _{log}]

파라미터	평균 [eqn: mu]	분산 [eqn: sigma _{log}]	뇌격의 유형	그림 A.5의 직선
(kA)	(61.1) 33.3 11.8 33.9	0.576 0.263 0.233 0.527	*최초 부극성 단시간 뇌격(80 %)	1A
			*최초 부극성 단시간 뇌격(80 %)	1B
			*후속 부극성 단시간 뇌격	2
			최초 정극성 단시간 뇌격(단일)	3
(C)	7.21 83.7	0.452 0.378	부극성 낙뢰	4
			정극성 낙뢰	5
(C)	4.69 0.938 17.3	0.383 0.383 0.570	최초 부극성 단시간 뇌격	6
			후속 부극성 단시간 뇌격	7
			최초 정극성 단시간 뇌격(단일)	8
(kJ/Ω)	57.4 5.35 612	0.596 0.600 0.844	최초 부극성 단시간 뇌격	9
			후속 부극성 단시간 뇌격	10
			최초 정극성 단시간 뇌격	11
(kA/㎲)	24.3 40.0 2.53	0.260 0.369 0.670	*최초 부극성 단시간 뇌격	12
			*후속 부극성 단시간 뇌격	13
			*최초 정극성 단시간 뇌격	14
(kA/㎲)	20.1	0.420	후속 부극성 단시간 뇌격	15
(C)	200		장시간 뇌격
(s)	0.5		장시간 뇌격
파두시간 (㎲)	5.69 0.995 26.5	0.304 0.398 0.534	최초 부극성 단시간 뇌격
			후속 부극성 단시간 뇌격
			최초 정극성 단시간 뇌격(단일)
뇌격시간 (㎲)	77.5 30.2 224	0.250 0.405 0.578	최초 부극성 단시간 뇌격
			후속 부극성 단시간 뇌격
			최초 정극성 단시간 뇌격(단일)
시간 간격 (ms)	32.4	0.405	다중 부극성 뇌격
전체 방전시간 (ms)	12.8 167 83.7	1.175 0.445 0.472	부극성 낙뢰(모두)
			부극성 낙뢰(단독 낙뢰는 없음)
			정극성 낙뢰

비고 그래프의 번호에 대해서는 표 A.1과 표 A.2 참조..

그림 A.5 - 뇌격전류 파라미터의 누적빈도분포 (95 %에서 5 %까지의 그래프)

이 규격에 주어진 LPL에 대해 규정된 모든 값은 하향 낙뢰와 상향 낙뢰 모두에 관련된다.

비고 뇌격전류 파라미터의 수치는 통상 높은 구조물에 측정한 결과로부터 산출된 것이다. 또한, 높은 구조물의 영향이 고려되지 않은 추정뇌격전류값의 통계분포는 낙뢰위치표정시스템으로부터 얻을 수 있다.

해  설

KS C IEC 62305규격군의 보호효율과 보호등급은 그림 A.5에 나타낸 뇌격전류의 파라미터를 기초로 하며, 우리나라의 상황에 적합한지를 검토하기 위하여 주요 파라미터에 대하여 우리나라의 기상청과 한국전력공사 전력연구원에서 측정한 데이터를 비교하여 나타낸 것이 아래의 그림이다.

대체적으로 우리나라에서 측정된 뇌격전류 파라미터들은 IEC 62305규격군에서 적용한 파라미터의 범위 내에 있으므로 보호효율이나 보호등급은 우리나라의 피뢰설비 규격으로 적합한 것을 알 수 있다.

A.3 LPL I에 대한 최대 뇌격전류 파라미터의 결정

낙뢰의 기계적 영향은 뇌격전류()의 피크값과 비에너지()에 관련된다. 열적 영향은 저항성 결합일 때는 비에너지 그리고 설비에 아크가 발생할 때는 전하량()과 관련된다. 유도성 결합에 의한 과전압과 위험한 불꽃방전은 뇌격전류 파두의 평균상승률()과 관련된다.

각각의 단독 파라미터( , , , )는 각각의 고장메카니즘을 지배하게 된다. 이러한 점은 시험과정에서 반드시 고려되어야 한다.

A.3.1 최초 단시간 뇌격과 장시간 뇌격

기계적, 열적 영향과 관련된 , ,  값은 정극성 낙뢰로부터 결정된다(왜냐하면 정극성 낙뢰 10 % 값은 그에 상응하는 부극성 낙뢰 1 % 값보다 훨씬 크기 때문이다). 그림 A.5(직선 3, 5, 8, 11, 14)로부터 10 % 이하의 확률인 파라미터의 값은 다음과 같다.

kA

C

C

MJ/Ω

kA/㎲

그림 A.1에 따라 이들의 값으로부터 최초 단시간 뇌격에 대한 파두시간의 최초 근사값은 다음과 같이 산출된다.

㎲ (은 관심이 작다)

지수적으로 감소하는 뇌격전류에 대해서, 전하량과 에너지의 근사적인 산출에는 다음의 공식을 적용한다() :

위에 주어진 수치와 더불어 이러한 공식으로부터 파미시간이 근사적으로 산출된다.

㎲

장시간 뇌격의 경우, 전하량은 다음과 같이 개략적으로 계산된다.

C

그림 A.2에 따라 지속시간은 다음과 같은 낙뢰지속시간으로 추정될 것이다.

s

A.3.2 후속 단시간 뇌격

유도결합에 의해 발생되는 위험한 불꽃방전에 관련된 평균상승률 의 최대값은 부극성 낙뢰의 후속 단시간 뇌격에 의해 결정된다(왜냐하면 후속 단시간 뇌격의 1 % 값은 최초 부극성 뇌격 1 % 또는 그에 상응하는 정극성 낙뢰 10 %의 값보다 훨씬 크기 때문이다). 그림 A.5(직선 2와 15)로부터 1 % 이하의 확률을 갖는 값은 다음과 같다.

kA

kA/㎲

그림 A.1에 따르는 후속 단시간 뇌격에 대해서 이러한 값으로부터 파두시간의 최초 근사값은 다음과 같다.

㎲

파미시간은 후속 단시간 부극성 뇌격의 지속시간으로부터 다음과 같이 추정된다.

㎲ (는 관심이 작다)

A.4 최소 뇌격전류 파라미터의 결정

LPS의 포착효율은 최소 뇌격전류 파라미터와 관련된 회전구체의 반경에 의존한다. 직격뢰로부터 보호되는 범위의 기하학적 경계는 회전구체법을 이용하여 결정할 수 있다.

전기기하학적 모델에 따라, 회전구체의 반경 (최종 섬락거리)은 최초 단시간 뇌격전류의 최대값과 상호관계가 있다. IEEE 작업그룹보고서[5]에 따르면 그 관계는 다음과 같다.

(A.1)

여기서,

은 회전구체의 반경 m

는 피크전류 kA

주어진 회전구체의 반지름 에 대해서 그에 상응하는 최소 피크값 보다 큰 피크값을 가지는 모든 낙뢰는 자연적 구성부재 또는 인위적으로 설치한 수뢰부에 의해 포착될 것으로 가정할 수 있다. 그러므로 그림 A.5(직선 1A와 3)에서 최초 정극성과 부극성 뇌격의 피크값에 대한 확률은 포착확률로 가정된다. 10 % 정극성과 90 % 부극성 낙뢰의 극성비율을 고려할 때 전체 포착확률은 계산할 수 있다(표 7 참조).

부속서 B (참고)

분석 목적을 위한 뇌격전류의 시간함수

- 10/350 ㎲의 최초 단시간 뇌격

- 0.25/100 ㎲의 후속 단시간 뇌격

의 뇌격전류 파형은 다음과 같이 정의된다.

[eqn: i= {I} over {k} BULLET {(t/ tau _{1} ) ^{10}} over {1+(t/ tau _{1} ) ^{10}} BULLET exp(-t/ tau _{2} )]                           (B.1)

여기서,

: 피크전류

: 피크전류에 대한 교정계수

: 시간

[eqn: tau _{1}] : 파두시간 정수

[eqn: tau _{2}] : 파미시간 정수

여러 가지 보호레벨에 대한 최초 단시간 뇌격과 후속 단시간 뇌격의 전류 파형을 산출하기 위해서는 표 B.1에 주어진 파라미터를 적용하면 된다. 해석적 곡선을 그림 B.1부터 B.4까지에 나타내었다.

표 B.1 - 식 (B.1)에 대한 파라미터

파라미터	최초 단시간 뇌격			후속 단시간 뇌격
	LPL			LPL
	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ-Ⅳ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ-Ⅳ
(kA)	200	150	100	50	37.5	25
	0.93	0.93	0.93	0.993	0.993	0.993
[eqn: tau _{1}] (㎲)	19	19	19	0.454	0.454	0.454
[eqn: tau _{2}] (㎲)	485	485	485	143	143	143

그림 B.1 - 최초 단시간 뇌격전류 파두부의 파형

그림 B.2 - 최초 단시간 뇌격전류 파미부의 파형

그림 B.3 - 후속 단시간 뇌격전류 파두부의 파형

그림 B.4 - 후속 단시간 뇌격전류 파미부의 파형

장시간 뇌격은 표 5에 따라 평균 전류  와 지속시간 인 구형파로 나타낼 수 있다. 해석적 곡선으로부터 뇌격전류(그림 B.5)의 크기 밀도를 유도할 수 있다.

1	장시간 뇌격	400 A	0.5 s
2	최초 단시간 뇌격	200 kA	10/350 ㎲
3	후속 단시간 뇌격	50 kA	0.25/10 ㎲
4	외곽 그래프

그림 B.5 - LPL Ⅰ에 따른 뇌격전류 크기의 밀도

부속서 C (참고)

시험용 뇌격전류의 모의

C.1 일반사항

만약 어떠한 물체에 낙뢰가 치면, 뇌격전류는 물체의 내부에 분산되어 흐르게 된다. 각각의 보호대책 요소에 대해 시험할 때, 각각의 구성요소에 대한 적절한 시험파라미터를 선택하여 시험해야 한다. 시험의 최종단계에서, 시스템 분석이 이루어져야 한다.

C.2 최초 단시간 뇌격의 비에너지와 장시간 뇌격의 전하량에 대한 모의

시험파라미터는 표 C.1에 정의되어 있으며, 시험발생기의 예를 그림 C.1에 나타내었다. 이 발생기는 장시간 뇌격 전하량과 결합된 최초 단시간 뇌격의 비에너지(specific energy)를 모의하는데 사용된다. 이 시험은 기계적 완전성(integrity) 및 가열과 용해의 악영향으로부터의 자유도 평가에 이용된다.

최초 단시간 뇌격의 모의에 관련된 시험파라미터(피크전류 , 비에너지 , 전하량 )를 표 C.1에 나타내었다. 이러한 파라미터는 동일한 임펄스로부터 얻어야 한다. 이것은 350 ㎲ 범위 내에서 동안 대략 지수함수적으로 감소하는 전류에 의해 얻어진다.

장시간 뇌격의 모의에 관련된 시험파라미터(전하량 과 지속시간 )를 표 C.2에 나타내었다.

시험 항목과 예상되는 손상메카니즘에 따라, 최초 단시간 뇌격 또는 장시간 뇌격에 대한 시험은 단일 시험 또는 장시간 뇌격이 최초 뇌격에 바로 뒤이어지는 경우 결합 시험으로 할 수 있다. 아크용해시험은 정부 양극성에 대해 실행하는 것이 바람직하다.

비고 파라미터값은 LPLⅠ에 적용한다.

그림 C.1 - 최초 단시간 뇌격의 비에너지와 장시간 뇌격의 전하량의 모의에 대한 시험발생기의 예

표 C.1 - 최초 단시간 뇌격의 시험파라미터

시험 파라미터	피뢰레벨			허용범위 %
	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ-Ⅳ
피크전류 (kA)	200	150	100	±10
전하량 (C)	100	75	50	±20
비에너지 (MJ/Ω)	10	5.6	2.5	±35

표 C.2 - 장시간 뇌격의 시험파라미터

시험 파라미터	피뢰레벨			허용범위 %
	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ-Ⅳ
전하량 (C)	200	150	100	±20
지속시간 (s)	0.5	0.5	0.5	±10

C.3 단시간 뇌격전류 파두의 상승률에 대한 모의

전류의 기울기는 뇌격전류를 운반하는 도선 가까이에 설치된 루프에 자기적으로 유도된 전압을 결정한다.

단시간 뇌격전류의 상승률은 상승시간  동안 전류의 상승 로 결정된다. 이러한 전류상승률의 모의에 관련된 시험파라미터를 표 C.3에 나타내었다. 직격뢰와 관련된 뇌격전류 파두의 상승률의 모의에 사용되는 시험발생기의 예를 그림 C.3과 그림C.4에 나타내었다. 모의는 최초 단시간 뇌격과 후속 단시간 뇌격에 대해서 이루어질 수 있다.

비고 이 모의는 단시간 뇌격전류 파두의 상승률을 포함한다. 전류의 파미는 이러한 모의에 영향을 미치지 않는다.

C.3절에 따른 모의는 독립적으로 적용되거나 C.2절에 따른 모의와 조합하여 적용될 수 있다.

LPS 구성요소에 대한 낙뢰의 영향을 모의하는 시험파리미터에 대한 사항은 부속서 D에 기술되어 있다.

표 C.3 - 단시간 뇌격의 시험파라미터

시험 파라미터	피뢰레벨			허용범위 %
	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ-Ⅳ
최초 단시간 뇌격 (kA) (㎲)	200 10	150 10	100 10	±10 ±20
후속 단시간 뇌격 (kA) (㎲)	50 0.25	37.5 0.25	25 0.25	±10 ±20

그림 C.2 - 표 C.3에 따른 전류상승률의 정의

비고 이들 값은 LPLⅠ을 적용한다.

그림 C.3 - 대형 시험체에 대한 최초 단시간 뇌격전류의 파두준도를 모의하기 위한 시험발생기의 예

비고 이들 값은 LPLⅠ을 적용한다.

그림 C.4 - 대형 시험체에 대한 후속 단시간 뇌격전압의 파두준도를 모의하기 위한 시험발생기의 예

부속서 D (참고)

LPS 구성요소에 대한 뇌격의 영향을 모의하는 시험파라미터

D.1 일반사항

부속서 D에는 뇌격의 영향을 모의하기 위해 시험소에서 사용되는 기본적인 파라미터에 대해 기술한다. 이 부속서는 뇌격전류의 전체 또는 대부분이 흐르는 LPS의 모든 구성요소를 다루며, 각각의 특별한 구성요소에 대한 요구조건과 시험을 명확하게 하는 표준규격에 관련하여 사용해야 한다.

비고 이 부속서에서 시스템 양상에 관련된 파라미터(예, 서지보호장치의 조합)는 고려하지 않는다.

D.2 뇌격점에 관련된 전류파라미터

LPS의 물리적 완전성에 역할을 하는 뇌격전류 파라미터는 일반적인 피크전류 , 전하량 , 비에너지 , 지속시간 , 평균 전류상승률 이다. 각 파라미터는 아래에서 자세히 분석된 것과 같이 다양한 고장메카니즘을 지배하는 경향이 있다. 시험에 고려되는 전류파라미터는 시험소에서 시험되는 LPS의 실제적인 고장메카니즘을 나타내기 위해 선정된 값들의 조합이다. 특정한 양을 선정하는 기준을 D.5절에 나타내었다.

요구되는 보호레벨의 함수로써, 시험에 고려되는 , , , , 의 최대값을 표 D.1에 나타내었다.

표 D.1 - 여러 가지 피뢰시스템의 구성요소와 피뢰레벨에 대한 시험값의 계산에 고려되어야 하는 뇌위협 파라미터의 요약

구성요소	주요 문제점	뇌위협파라미터					비고
수뢰부	부착점의 부식(예 얇은 금속판)	LPL	C
		Ⅰ Ⅱ Ⅲ-Ⅳ	200 150 100	< 1 s(단일뇌격에 을 적용 )
수뢰부와 인하도선	저항열	LPL	KJ/Ω				KS C IEC 62305-3에 따른 수치는 과잉시험값을 제공한다.
		Ⅰ Ⅱ Ⅲ-Ⅳ	10 000 5 600 2 500	단열 구성에 을 적용
	기계적 영향	LPL	kA	KJ/Ω
		Ⅰ Ⅱ Ⅲ-Ⅳ	200 150 100	10 000 5 600 2 500
접속 요소	복합적 영향(열적, 기계적, 아크발생)	LPL	kA	KJ/Ω
		Ⅰ Ⅱ Ⅲ-Ⅳ	200 150 100	10 000 5 600 2 500	< 2 ms(단일펄스에서 와 을 적용)

접지	부착점의 부식	LPL	C				통상 기계적/화학적 관점 (부식 등)에 의해서 항상 결정된 치수
		Ⅰ Ⅱ Ⅲ-Ⅳ	200 150 100	<1 s(단일뇌격에서 을 적용 )
스파크갭을 포함하는 SPD	복합적 영향(열적, 기계적, 아크발생)	LPL	C		KJ/Ω	kA/㎲	단일펄스에서 , , 를 적용 (지속시간 < 2 ms); 개별 펄스에서 를 적용
		Ⅰ Ⅱ Ⅲ-Ⅳ	200 150 100	100 75 50	10 000 5 600 2 500	200 150 100
산화금속 저항체를 포함하는 SPD	열적 영향 (과부하)	LPL	C				2 가지 관점 모두 점검이 필요하다. 개별적 시험을 고려할 수 있다.
		Ⅰ Ⅱ Ⅲ-Ⅳ	100 75 50
	절연적 영향 (섬락/균열)	LPL	kA
		Ⅰ Ⅱ Ⅲ-Ⅳ	200 150 100	<2 ms (당펄스에서 를 적용)

D.3 전류의 분류

표 D.3에 주어진 파라미터는 뇌격점에 흐르는 뇌격전류와 관련된다. 사실상, 외부LPS는 여러 개의 인하도선과 자연적 구성부재로 이루어지므로 뇌격전류는 하나 이상의 경로를 통하여 대지로 흐르게 된다. 추가적으로, 여러 가지 인입설비가 보호대상 구조물에 들어간다(수도관, 가스관, 전력선, 전화선 등). LPS의 특정한 구성요소에 흐르는 실제 전류의 파라미터의 결정을 위해, 전류의 분류를 고려해야 한다. 가급적, LPS의 특정한 위치에 있는 구성요소를 통해 흐르는 전류의 크기와 파형을 평가한다. 각각의 평가를 할 수 없는 경우, 전류파라미터는 다음 과정에 따라 산정해도 된다.

외부LPS 내에 분류되는 전류의 평가를 위해, 형상계수 (KS C IEC 62305-3의 부속서 C 참조)를 채택한다. 이 계수로부터 최악의 상황에서 외부LPS의 인하도선에 흐르는 뇌격전류의 분류비율을 예상하게 된다.

보호대상 구조물에 접속된 외부 도전성 부분과 전력선 그리고 통신선에 분류하는 전류의 평가를 위해서, 부속서 E에 고려된 와 의 근사값을 채택해도 된다.

위에 설명된 접근법은 하나의 특별한 경로를 통해 대지로 흐르는 전류의 피크값에 대한 평가에 적용될 수 있다. 전류의 다른 파라미터의 계산은 다음과 같이 실행된다:

(D.1)

(D.2)

(D.3)

(D.4)

여기서,

는 특정한 대지로의 경로 "p"와 관련되어 고려되는 양(피크전류 , 전하량 , 비에너지, 전류 상승률의 값이다.

는 전체 전류에 관련되어 고려되는 값(피크전류 , 전하량 , 비에너지 (), 전류의 상승률()이다.

는 전류의 분류계수:

외부 LPS에 대한 전류의 분류계수(KS C IEC 62305-3의 부속서 C 참조)

,	보호대상 구조물로 인입되는 외부 도전성 부분과 전력선 그리고 통신선에 대한 전류의 분류계수

D.4 손상을 일으키는 뇌격전류의 영향

D.4.1 열적 영향

뇌격전류와 관련된 열적 영향은 도체의 저항을 통하거나 LPS에 흐르는 전류의 순환에 의해 발생하는 저항성 발열에 관계된다. 또한, 열적 영향은 부착점에서 아크의 발생부와 아크진전에 따라 피뢰시스템의 모든 분리된 부분(예 스파크갭)에서 발생하는 열에 관련된다.

D.4.1.1 저항성 발열

저항성 발열은 뇌격전류를 많이 흘리는 LPS의 구성요소에서 일어난다. 도체의 최소 단면적은 주변에 화재를 일으킬 위험이 나타나는 수준까지 도체가 과열되는 것을 막기에 충분해야 한다. D.4.1에 검토된 열적 양상에도 불구하고, 기계적 내구성과 지속성 기준은 대기상태와/또는 부식에 노출된 부분에 대해서 고려되어야 한다. 사람의 상해와 화재 또는 폭발 손상의 위험 때문에 문제가 발생할 때 뇌격전류에 인한 도체의 과열에 대한 평가가 필요하다.

뇌격전류의 흐름에 따른 도체의 온도상승에 대한 평가의 지침을 아래에 기술하였으며, 해석적 접근법은 다음과 같다.

전류에 의해 도체 내에 열로 소비되는 순시전력은 다음과 같이 표현된다.

[eqn: P(t)=i ^{2} R]                                          (D.5)

그러므로 전체 뇌격전류펄스에 의해 발생하는 열에너지는 고려하는 LPS 구성요소를 통과하는 뇌격전류경로의 저항에 뇌격전류펄스의 곱으로 된다. 에너지는 주울(J) 또는 와트․초(W․s)의 단위로 표현된다.

[eqn: W=R BULLET int _{} ^{} {i ^{2} BULLET dt}]                                       (D.6)

뇌방전 동안, 낙뢰의 큰 비에너지상태는 구조물에 발생된 열의 지속시간동안 충분히 방산되기에는 너무 짧다. 따라서 그러한 현상은 단열적으로 고려되어야 한다. LPS 도체의 온도는 다음과 같이 평가할 수 있다.

[eqn: theta - theta _{0} = {1} over {alpha } [exp {{W} over {R} BULLET alpha BULLET rho _{0}} over {q ^{2} BULLET gamma BULLET C _{W}} -1]]                           (D.7)

여기서,

[eqn: theta ``-` theta _{0}]	: 도체의 온도상승 K

[eqn: alpha]	: 저항의 온도계수 1/K

: 전류임펄스의 비에너지 J/Ω

[eqn: rho _{0}]	: 주위온도에서 도체의 비저항 Ω․m

: 도체의 단면적 m2

[eqn: gamma]	: 재료의 밀도 kg/m3

[eqn: C _{w}]	: 열용량 J/kg․K

[eqn: theta _{s}]	: 용융점 ℃

LPS에 사용되는 여러 가지 재료에 대해서 식 (D.7)로 표현된 물리적 파라미터의 특성값을 표 D.2에 나타내었다. 이 방정식의 응용 예로서, 과 도체단면적에 대한 여러 가지 재료로 만든 도체의 온도상승을 표 D.3에 나타내었다.

전형적인 뇌격은 단시간 뇌격(수백 ㎲의 파미시간)과 높은 전류피크에 의해  특징지어진다. 또한 이러한 상황에서는 표피효과를 고려하는 것이 좋다. 하지만, LPS와 관련된 대부분의 실제 경우, 재료 특성(LPS 도체의 투자율)과 기하학적 구성(LPS도체의 단면적)은 도체온도의 상승으로 표피효과의 영향을 무시할 수 있는 정도로 감소시킨다.

이러한 가열메카니즘과 관련된 대부분 낙뢰의 구성요소는 최초 복귀뇌격이다.

표 D.2 - LPS 구성요소로 사용되는 전형적인 재료의 물리적 특성

양	재료
	알루미늄	연철	동	스테인리스강*
[eqn: rho _{0}] (Ω․m)	29[eqn: ×10 ^{-9}]	120[eqn: ×10 ^{-9}]	17.7[eqn: ×10 ^{-9}]	0.7[eqn: ×10 ^{-6}]
[eqn: alpha] (1/K)	4.0[eqn: ×10 ^{-3}]	6.5[eqn: ×10 ^{-3}]	3.92[eqn: ×10 ^{-3}]	0.8[eqn: ×10 ^{-3}]
[eqn: gamma] (kg/m3)	2 700	7 700	8 920	8[eqn: ×10 ^{3}]
[eqn: theta _{S}] (℃)	658	1 530	1 080	1 500
[eqn: C _{S}] (J/kg)	397[eqn: ×10 ^{3}]	272[eqn: ×10 ^{3}]	209[eqn: ×10 ^{3}]	-
[eqn: C _{w}](J/kg․K)	908	469	385	500
* 오스테나이트계 비자성체

표 D.3 - 비에너지 W/R의 함수로서 여러 가지 단면적의 도체에 대한 온도상승

단면적 mm2	재료
	알루미늄			연철			동			스테인리스강*
	MJ/Ω			MJ/Ω			MJ/Ω			MJ/Ω
	2.5	5.6	10	2.5	5.6	10	2.5	5.6	10	2.5	5.6	10
4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
10	564	-	-	-	-	-	169	542	-	-	-	-
16	146	454	-	1120	-	-	56	143	309	-	-	-
25	52	132	283	211	913	-	22	51	98	940	-	-
50	12	28	52	37	96	211	5	12	22	190	460	940
100	3	7	12	9	20	37	1	3	5	45	100	190
* 오스테나이트계 비자성체

D.4.1.2 뇌격점의 열적 손상

뇌격점의 열적손상은 아크진전이 일어나는 LPS의 모든 구성요소 예로 수뢰부시스템, 스파크 갭 등에서 볼 수 있다.

재료의 융해와 부식은 뇌격의 부착점에서 발생한다. 사실상, 아크의 발생점에서 높은 전류밀도로 인한 저항성 가열의 집중 뿐 아니라, 아크핵심 자체에서 높은 열적 입력이 나타난다. 대부분의 열에너지는 금속표면이나 금속표면 매우 가까운 곳에서 발생된다. 아크핵심에 아주 가까운 위치에 발생된 열은 전도에 의해서 금속이 흡수할 수 있는 양을 초과하고, 그 초과량은 복사에너지로 발산하거나 금속의 용해와 기화로 잃게 된다. 그러한 과정의 격렬함은 전류의 크기와 지속시간에 연관된다.

D.4.1.2.1 일반사항

뇌격점에서 금속표면에 미치는 열적 영향의 계산에 대한 여러 가지 이론적 모델이 개발되었다. 간략화를 위해, 이 표준규격은 단지 양극 또는 음극 전압강하모델만을 보고한다. 이 방식의 적용은 특별히 얇은 금속표면에 효과적이다. 모든 경우에서, 이 방법은 뇌격점에 주입된 에너지는 금속 내의 열확산을 무시할 때 금속의 용해와 증발에만 사용됨으로써 보수적인 결과를 가져온다. 다른 방법들은 임펄스전류의 지속시간에 대한 뇌격점 손상의 의존성을 나타낸다.

D.4.1.2.2  양극-또는- 음극 전압강하모델

아크핵심에서 에너지입력 는 양극/음극전압강하 [eqn: u _{a,c}]에 뇌격전류의 전하량 가 곱해진 것으로 가정된다.

[eqn: W= int _{} ^{} {u _{a,c} idt} =u _{a,c} int _{} ^{} {idt} =u _{a,c} BULLET Q]                         (D.8)

[eqn: u _{a,c}]는 여기서 고려되는 전류 범위에 거의 일정하므로 뇌격전류의 전하량()는 아크핵심에서 에너지변환에 중요한 역할을 한다.

양극-또는 음극 전압강하[eqn: u _{a,c}]는 수십 볼트이다.

간이접근법은 아크핵심에서 발생한 모든 에너지는 용해에 사용되는 것으로 가정한다. 식 (D.9)는 이러한 가정을 이용하지만, 용해량에 대한 과도한 추정을 가져온다.

[eqn: V= {u _{a,c} Q} over {gamma } BULLET {1} over {C _{w} ( theta _{s} - theta _{u} )+c _{s}}]                           (D.9)

여기서,

: 용해된 금속의 부피 m3

[eqn: u _{a,c}]	: 양극-또는 -음극 전압강하(일정한 것으로 가정됨) V

: 뇌격전류의 전하량

[eqn: gamma]	: 재료의 밀도 kg/m3

[eqn: C _{W}]	: 열용량 J/kg․K

[eqn: theta _{s}]	: 용융점 ℃

[eqn: theta _{u}]	: 주위온도 ℃

[eqn: c _{s}]	: 융해의 잠열 J/kg

LPS에 사용되는 여러 가지 재료에 대해 이 식으로 보고된 물리적 파라미터의 특성값을 표 D.2에 나타내었다.

기본적으로, 고려된 전하량은 복귀뇌격과 뇌격지속전류 전하량의 합이다. 시험소에서의 연구결과 복귀뇌격 전하의 영향은 지속전류의 영향에 비해 중요도가 작은 것으로 나타났다.

D.4.2 기계적 영향

뇌격전류에 의해 일어나는 기계적 영향은 영향 받는 기계적 구조물의 탄성 특성은 물론 전류의 크기와 지속시간에 의존한다. 기계적 영향은 또한 서로 접촉하고 있는 LPS의 구성부품 사이에 작용하는 마찰력에 의존한다.

D.4.2.1 자기적 상호작용

전류가 흐르는 두 도선 사이에는 자기력이 작용하며, 또는 전류가 흐르는 단 하나의 도선이라도 모퉁이 또는 루프를 형성하면 자기력이 작용한다.

회로를 통해 전류가 흐를 때, 그 회로의 여러 위치에서 발생하는 전자기력의 크기는 뇌격전류의 크기와 회로의 기하학적인 구조 모두에 의존한다. 하지만, 이러한 힘의 기계적인 영향은 전기력의 크기뿐 아니라 전류의 일반적 형태, 지속시간, 설비의 기하학적 구조에 의존한다.

D.4.2.1.1 전자기력

그림 D.1에 나타낸 것과 같은 이격거리 와 길이(길고 짧은 루프)인 긴 평행한 도체에 흐르는 전류 에 의해 발생된 전자기력은 다음의 식을 이용하여 개략적으로 계산할 수 있다.

[eqn: F(t)= {mu _{0}} over {2 pi } i ^{2} (t) {l} over {d} =2 BULLET 10 ^{-7} i ^{2} (t) {l} over {d}]                        (D.10)

여기서,

: 전자기력 (N);

: 전류 (A);

[eqn: mu _{0}]	: 진공 중의 투자율 (4×10-7 H/m);

: 도체의 길이 (m);

: 도체의 평행한 직선부분 사이의 거리 (m);

그림 D.1 - 전자기력 계산을 위한 두 도체의 일반적인 배치

그림 D.2에 나타낸 것과 같이, LPS에 있어서 전형적인 예로 모퉁이 부분에 클램프가 위치하고, 90[eqn: DEG] 각을 이루는 도체의 대칭적인 배열을 나타내었다. 이 구조에 대해서 작용하는 기계적 응력을 도식적으로 그림 D.3에 나타내었다. 수평도체의 축에 작용하는 힘은 도체를 클램프 밖으로 끌어내는 경향이 있다. 최대전류가 100 kA이고, 길이가 0.5 m인 수직도체를 고려할 때 수평도체를 따라 작용하는 힘을 그림 D.4에 나타내었다.

그림 D.2 - LPS에서 전형적인 도체 배치

그림 D.3 - 그림 D.2의 구조에 대한 응력분포도

비고 전류 피크는 100 kA이고, 수직도체의 길이는 0.5 m이다.

그림 D.4 - 그림 D.2의 수평도체를 따라 작용하는 단위길이당의 힘

D.4.2.1.2  전기력의 영향

작용하는 힘의 크기의 측면에서, 전자기력 의 순시값은 순시전류의 제곱 에 비례한다. LPS 구조의 탄성 변형력 와 탄성계수 의 곱으로 표현되는 기계적인 LPS구조 내에 작용하는 응력발생의 측면에서, 두 가지 영향을 고려하는 것이 좋다. LPS 구조의 탄성거동과 관련된 기계적 고유진동주파수와 소성거동과 관련된 LPS 구조의 영구적인 변형은 가장 중요한 파라미터이다. 더욱이, 많은 경우에 구조물 내부에서 마찰력 또한 매우 중요하다.

뇌격전류에 의해 발생되는 전자기력에서 기인한 탄성 LPS 구조의 진동 크기는 2계 미분방정식으로 평가할 수 있다. 핵심요소는 임펄스전류의 지속시간과 LPS 구조의 고유 기계적 진동주기 사이의 비이다. LPS를 적용할 때 당면하는 전형적인 조건은 뇌격전류임펄스의 지속시간동안 작용하는 힘의 진동주기보다 훨씬 긴 구조물의 고유진동주기이다. 이러한 경우, 최대 기계적 응력은 임펄스전류의 중단 이후 나타나고, 작용하는 힘의 값보다 낮은 피크값을 갖는다. 대부분의 경우, 최대 기계적 응력은 무시할 수 있다.

장력이 재료의 탄성한계를 초과하면, 소성변형이 일어난다. 만약 LPS를 구성하는 재료가 알루미늄 또는 동선과 같이 연성이면, 도체의 모퉁이나 루프부분은 전자기력에 의해 변형될 수 있다. 따라서 LPS 구성요소은 이러한 힘에 견디고, 근본적으로 탄력성을 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.

LPS에 작용하는 기계적인 전체 응력은 작용하는 힘의 시간에 대한 적분 즉, 임펄스전류에 따르는 비에너지에 의존한다. 또한 그것은 임펄스전류의 파형과 지속시간(구조물의 고유진동 주기와 비교되는)에 의존한다. 따라서 파라미터에 영향을 미치는 모든 요인을 시험기간 동안 고려해야 한다.

D.4.2.2 충격음파에 의한 손상

뇌격전류가 아크 내부에 흐를 때, 충격파가 발생한다. 충격의 강도는 피크전류와 전류상승률에 의존한다.

일반적으로, 충격음파에 의한 손상은 LPS의 금속부분에서는 중요하지 않다, 하지만 주변 물체에 손상을 일으킬 수 있다.

D.4.2.3 결합효과

실제적으로, 열적이고 기계적인 2가지 영향이 동시에 일어난다. 만약 구성요소(피뢰침, 클램프 등) 재료의 가열이 재료를 열화시키기에 충분하다면, 그렇지 않은 경우에 비해 훨씬 더 큰 손상이 발생할 수 있다. 극단적인 경우, 도체가 폭발적으로 녹을 수 있고, 주변 구조물에 상당한 손상을 일으킬 수 있다. 만약 금속의 단면적이 전반적인 작동을 안전하게 수행하기에 충분하다면, 단지 기계적 완성도의 점검이 필요하다.

D.4.3 불꽃방전

일반적으로, 불꽃은 단지 가연성 환경에만 중요하게 여겨 왔다. 대부분의 실제 경우, 불꽃은 LPS 구성요에 중요하지 않다.

두 가지 다른 유형의 불꽃이 발생할 수 있다. 즉, 열적 불꽃과 전압불꽃이다. 열적 불꽃은 두 도전도체 사이의 접속부에 매우 높은 전류가 집중적으로 흐를 때 발생한다. 만약 결속압력이 너무 낮으면, 주로 높은 전류밀도와 부적합한 접촉압력 때문에 대부분의 열적 불꽃은 결합부분 내측 가장자리 근처에서 발생 한다. 열적 불꽃의 강도는 비에너지와 관련되므로 낙뢰의 가장 위험한 상태는 최초 귀환뇌격이다. 만약 루프에 유도된 전압이 금속부분 사이의 절연파괴전압을 초과하면, 예를 들면 접속점 내부와 같은 회선상의 경로로 전류가 집중적으로 흐르는 위치에서 전압불꽃이 발생한다. 유도전압은 뇌격전류의 상승률과 자기인덕턴스의 곱에 비례한다. 따라서 전압불꽃에 대한 가장 위험한 뇌격요소는 부극성 후속뇌격이다.

D.5 LPS 구성요소, 관련문제점 및 시험파라미터

피뢰시스템은 시스템 내부에 특별한 역할을 하는 여러 가지 구성요소로 만들어진다. 구성요소와 이에 작용하는 특별한 응력의 성질은 그 성능을 점검하기 위한 시험소 시험설비를 설치할 때 특별한 주의를 필요로 한다.

D.5.1 수뢰부

수뢰부시스템에 대한 영향은 기계적이고 열적인 2가지 영향(D.5.2절에 기술된 것처럼, 하지만 낙뢰가 떨어진 수뢰도체 내에는 상당히 많은 양의 뇌격전류가 흐른다)과 또한 어떠한 경우 특히 얇은 금속지붕표면(구멍이나 과도한 배후표면 온도의 상승이 발생할 수 있는)과 매달린 도체와 같은 자연적 LPS 구성부재 내부에 아크부식을 일으킨다.

아크부식의 영향에 대해, 두개의 주요한 파라미터를 고려하는 것이 바람직하다. 즉, 지속시간이 긴 뇌격전류의 전하량과 지속시간.

전하량은 아크핵심부로 입력되는 에너지를 지배한다. 특히, 짧은 지속시간의 뇌격에서 무시될 수 있는 이 영향은 긴 지속시간의 뇌격에서는 가장 심각하게 나타난다.

전류의 지속시간은 재료 내부로의 열전달 현상에서 중요한 역할을 한다. 시험기간 동안 인가전류의 지속시간은 긴 지속시간 뇌격의 지속시간(0.5 초 ~ 1 초)정도이어야 한다.

D.5.2 인하도선

낙뢰에 의해 인하도선에 미치는 영향은 두 개의 주요 범주로 나누어진다.

- 저항성 발열에 의한 열적 영향

- 뇌격전류가 서로 가깝게 배치된 도체에 분류되는 곳이나 전류의 흐름 방향이 바뀔 때(서로 주어진 각도로 배치된 도체 사이의 접속점 또는 굽은 부분)의 자기적 상호작용으로 발생하는 기계적 영향

대부분의 경우 이러한 두 가지 영향은 각기 독립적으로 작용하며, 각각의 영향을 확인하기 위해 별도의 시험소 시험을 수행할 수 있다. 이러한 접근법은 뇌격전류의 흐름에 의해 발생한 열이 기계적 특성을 상당히 변화시키지 않는 모든 경우에 채용될 수 있다.

D.5.2.1 저항성 열

도체를 통하여 흐르는 뇌격전류에 의해 여러 가지 단면적과 재료에서 도체의 열에 관련된 계산과 측정 결과는 여러 저자들에 의해서 출판되었다. 도표나 공식에 대한 주요한 결과는 D.4.1.1항에 요약되어 있다. 일반적으로 온도상승에 대한 도체의 특성을 점검하기 위한 시험소 시험은 필요하지 않다.

시험소 내의 시험이 요구되는 모든 경우에 대해, 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.

이러한 경우에 고려햐야 할 주요 시험 파라미터는 비에너지와 임펄스전류지속시간이다.

비에너지는 뇌격전류의 흐름에 의해 발생하는 주울열에 의한 온도상승이 지배적이다. 고려해야 할 수치는 최초 뇌격과 관련된 것들이다. 보수적인 데이터는 정극성 뇌격을 고려하여 얻는다.

임펄스전류의 지속시간은 고려하는 도체를 에워싸고 있는 주위 상태에 따라 열교환과정에 대하여 결정적인 영향을 미친다. 대개의 경우, 임펄스전류의 지속시간은 매우 짧기 때문에 발열과정은 단열적인 것으로 고려할 수 있다.

D.5.2.2 기계적 영향

D.4.2.1항에서 검토한 것처럼, 뇌격전류가 흐르는 도체사이에는 기계적인 상호작용이 발생한다. 상호작용하는 힘은 도체에 흐르는 전류의 곱(또는 하나의 굽은 도체일 경우 전류의 제곱)에 비례하고, 도체사이 거리에 역비례한다.

시각적인 영향을 미칠 수 있는 보통의 상황은 도체가 루프를 형성하거나 굽었을 때이다. 그러한 도체에 뇌격전류가 흐를 때, 루프를 늘리고 모서리부분이 직선이 되도록 바깥쪽으로 굽게 하는 기계적 힘이 작용하게 된다. 이 힘의 크기는 전류의 크기의 제곱에 비례한다. 하지만, 전류의 크기에 제곱에 비례하는 전기력과 기계적 LPS 구조의 탄성특성에 상응하는 응력 사이에는 분명한 차이가 있다. 비교적 낮은 고유주파수의 LPS 구조에 대해, LPS 구조 내에 발생하는 응력은 전기력보다 상당히 낮다. 이러한 경우에, 현재 기준 요구의 단면적이 만족되는 한, 직각으로 굽은 도체의 기계적 특성을 점검하기 위한 시험소 시험은 필요하지 않다.

시험소 시험이 요구되는 모든 경우(특별히 연성 재료에 대해), 다음의 사항을 고려해야 한다. 다음의 최초 복귀뇌격의 세 가지 파라미터를 고려한다: 지속시간, 비에너지, 그리고 정밀한 시스템의 경우 임펄스 전류의 크기.

LPS 구조의 기계적 고유진동의 주기와 대비되는 임펄스전류의 지속시간이 변위에 대한 그 시스템의 기계적인 응답 유형을 결정한다.

- 만약 임펄스지속시간이 LPS구조의 기계적인 고유진동주기보다 훨씬 짧다면(뇌임펄스에 의해 영향 받는 LPS 구조에 대한 통상의 경우), 시스템의 질량과 탄성이 LPS구조가 변위되는 것을 상당히 방지하고, 관련된 기계적인 응력은 기본적으로 임펄스전류의 비에너지와 관련된다. 임펄스전류 피크값의 영향은 제한적이다.

- 만약 임펄스지속시간이 구조물의 고유 기계적 진동주기 정도이거나 더 길면, 시스템구조의 변위는 인가되는 응력의 파형에 더욱 민감하다. 이러한 경우에, 임펄스전류의 피크값과 비에너지는 시험기간 동안 재생시킬 필요가 있다.

임펄스전류의 비에너지는 LPS 구조의 탄성 및 소성 변형을 일으키는 응력을 결정한다. 고려할 수치는 최초 뇌격과 관련된 것이다.

임펄스전류의 최대값은, 높은 고유진동주파수를 갖는 강성계통의 경우, 임펄스의 최대값이 LPS 구조의 최대변위의 길이를 결정한다. 고려할 수치는 최초 뇌격과 관련된 것이다.

D.5.3 접속용 부품

LPS의 인접한 도체들을 접속하는 부품은 매우 큰 응력이 작용하는 곳에서 기계적, 열적으로 취약한 부분이다.

도체를 직각이 되도록 설치하는 곳의 접속재의 경우, 응력의 주요 영향은 도체를 직선화하려는 기계적인 힘과 접속이 분리되도록 당기는 도체와 접속재 사이에 이에 저항하는 마찰력과 연계되어 있다. 다른 부품의 접촉점에서 아크가 발생할 수 있다. 더욱이, 작은 접촉표면에 전류의 집중으로 인해 발생하는 가열효과는 주목할 만한 영향을 미친다.

시험소 시험으로 복잡한 공동작용이 일어나기 때문에 각각의 영향을 서로 분리시키는 것은 어렵다는 것이 밝혀졌다. 기계적 강도는 접촉면적의 국소적 용융에 의해서 영향을 받는다. 접속부분사이의 상대적 변위는 아크의 발생과 매우 강렬한 열의 발생을 촉진시킨다.

유효한 모델이 제시되지 않는 상황에서, 시험소 시험은 가장 가혹한 상황인 뇌격전류의 적절한 파라미터를 가능한 한 가깝게 나타내는 방법으로 실행한다. 즉, 뇌격전류의 적절한 파라미터는 단일 전기적 시험에 의해서 적용되어야 한다.

이러한 경우에 다음의 세 가지 파라미터를 고려한다: 피크값, 비에너지와 임펄스전류의 지속시간.

임펄스전류의 최대값은 최대 힘을 결정하며, 또한, 만약 전기적 흡인력이 마찰력을 초과한 후에는, LPS 구조의 최대 변위의 길이를 결정한다. 고려할 수치는 최초 뇌격과 관련된 값이다. 보수적 데이터는 정극성 뇌격를 고려하여 얻는다.

전류임펄스의 비에너지는 전류가 좁은 면적에 집중되는 접속표면의 가열에 지배적이다. 고려할 수치는 최초 뇌격과 관련된 값이다. 보수적 데이터는 정극성 뇌격를 고려하여 얻는다.

임펄스전류의 지속시간은 마찰력이 초과된 후에 LPS구조물의 최대변위를 결정하고, 재료 내부로 열전달 현상에 중요한 역할을 한다.

D.5.4 접지극

접지극에 나타나는 실제적인 문제점은 화학적 부식과 전기력보다 오히려 다른 힘에 의한 기계적인 손상에 관계된다. 실제적인 경우, 아크핵심부에서 접지극의 부식은 중요하지 않다. 그러나 수뢰부와는 달리, 전형적인 LPS는 여러 개의 접지극을 갖는다는 사실을 고려한다. 뇌격전류는 여러 접지극을 통해 분류되므로 아크핵심부에 중대한 영향을 유발시키지는 않는다.

이러한 경우에 다음의 두개의 주요 시험파라미터를 고려한다: 긴 지속시간을 갖는 임펄스 전류의 전하량과 지속시간.

전하량은 아크핵심부에 입력되는 에너지를 결정한다. 특히, 긴 지속시간을 갖는 뇌격이 이러한 요소에 가장 크게 영향을 미치므로 최초 뇌격의 기여도는 무시할 수 있다.

임펄스전류의 지속시간은 재료 내부로의 열전달 현상에 중요한 역할을 한다. 시험기간 동안 적용된 임펄스전류의 지속시간은 장시간 뇌격의 지속시간(0.5초 ~ 1 초) 정도이어야 한다.

D.6 서지보호장치(SPD)

뇌격에 의해 발생되는 SPD에 대한 스트레스의 영향은 특히 갭의 유무에 따라 고려하는 SPD의 유형에 의존한다.

D.6.1 스파크갭을 포함하는 SPD

뇌격에 의하여 발생되는 스파크 갭에 대한 영향은 다음의 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있다.

- 재료의 발열, 용해, 기화에 의한 갭 전극의 부식

- 방전의 충격파에 의한 기계적인 스트레스

이 두 가지는 주로 뇌격전류 파라미터와 복잡한 관계로 연관되기 때문에 두 영향을 따로 조사하는 것은 매우 어렵다.

스파크 갭의 경우, 시험소 시험은 가장 가혹한 상황에서 뇌격전류의 적당한 파라미터와 가능한 한 가깝게 나타내는 방법으로 실행되어야 한다. 즉, 뇌격전류의 모든 적절한 파라미터를 단일 전기적 스트레스에 의해 적용해야 한다.

이러한 경우 임펄스전류의 피크값, 전하량, 지속시간, 비에너지, 상승률 5가지 파라미터를 고려해야 한다.

전류의 피크값은 충격파의 가혹성을 결정한다. 고려되는 수치는 최초 뇌격과 관련된 값이다. 보존성 데이터는 정극성 뇌격를 고려하여 얻는다.

아크에 입력되는 에너지는 전하량에 의해 결정된다. 아크 내의 에너지는 아크의 발생점에서 전극 재료의 일부를 가열하고, 용해시키며, 기화시킬 수도 있다. 고려되는 수치는 뇌방전 전체 과정의 값과 연관된다. 그러나 긴 지속시간을 갖는 전류의 전하량은 많은 경우 전원공급시스템의 구성(TN, TT, IT)에 따라 무시될 수 있다.

임펄스전류의 지속시간은 전극 내부의 열전도현상과 용해면의 확산을 좌우한다.

임펄스전류의 비에너지는 자기적 압축, 전극표면과 (용해 물질의 상당량을 분출할 수 있는) 아크 사이의 경계면에서 발생된 전극 플라즈마 분출의 물리적 현상을 좌우한다. 고려할 수치는 최초 뇌격과 관련된 값이다. 보존성 데이터는 정극성 뇌격를 고려하여 얻는다.

비고 전원공급계에 사용되는 스파크 갭에 대해, 가능한 상용 주파수 속류의 크기는 고려해야만 하는 중요한 스트레스요인이다.

D.6.2 금속산화물 바리스터를 포함하고 있는 SPD

뇌격에 의해 발생하는 금속산화물 바리스터에 대한 스트레스는 과부하 및 섬락 두 가지의 주요 범주로 나눌 수 있다. 각각의 범주는 여러 가지 현상에 의해 발생된 고장모드에 의해 특징지어지고, 다양한 파라미터에 의해 지배된다. 금속산화물 SPD의 고장은 그것의 가장 약한 특성과 관련되므로 여러 치명적인 스트레스 사이의 공동작용이 발생할 수 있는 것은 아니다.  따라서 각각의 고장모드에 대한 특성의 점검을 위해 개별적 시험의 수행이 가능하다.

흡수된 에너지가 SPD의 용량을 초과하면 과부하로 된다. 여기서 고려되는 과잉에너지는 낙뢰의 스트레스 자체에 관련된다. 하지만 전원공급시스템에 설치된 SPD의 경우, 뇌격전류의 흐름이 멈춘 직후 전원공급시스템에 의해 SPD에 주입되는 속류가 SPD에 치명적인 손상을 가져오는 중요한 역할을 한다. 결론적으로 SPD는 SPD자체 저항의 전압-전류특성에 관한 부온도계수와 관련된 인가전압에서 열적인 불안정성에 의해 치명적으로 손상될 수 있다. 금속산화 바리스터의 과부하에 대하여 고려되는 하나의 주요한 파라미터는 전하량이다.

전하량은 금속산화물 저항블럭의 잔류전압이 일정하다고 할 때 금속산화 저항블럭 내로 유입되는 에너지에 의해 지배되며, 수치는 뇌방전과 관련된 값을 고려한다.

섬락과 균열(크래킹)은 SPD자체 저항의 용량을 초과하는 임펄스전류의 크기에 의해 발생된다. 이러한 고장모드는 일반적으로 SPD 외깃 주변을 따라 생기는 외부 섬락에 의해 입증되고, 때때로 SPD 외깃에 수직인 틈 또는 구멍을 생기게 하여 저항블럭의 내부로 침투한다. 고장은 주로 저항블럭 외깃의 절연파괴와 관련된다.

뇌격현상을 모의하기 위해, 임펄스전류의 최대값과 지속시간 두 개의 주요한 파라미터를 고려한다.

임펄스전류의 최대값은 잔류전압에 상응하는 수준을 통하여, SPD저항블럭의 최대절연파괴강도가 초과하는지를 결정한다. 고려할 수치는 최초 뇌격과 관련된 값이며, 보존성 데이터는 정극성 뇌격를 고려하여 얻는다.

임펄스전류의 지속시간은 SPD 저항블럭 외깃에 대한 내전압 스트레스의 인가지속시간을 결정한다.

D.7 LPS구성요소의 시험에 채택할 시험파라미터의 요약

표 D.1은 LPS가 기능을 수행하는 동안 각각의 LPS구성요소의 가장 중요한 점을 요약하고, 시험소 내의 시험에서 재현시켜야 할 뇌격전류의 파라미터를 나타내었다. 표 D.1에 나타낸 수치는 뇌격점에서 중요한 낙뢰 파라미터에 관련된다.

시험결과는 D.3절에 기술된 것과 같이 전류분류계수에 의해서 표현될 수 있는 전류의 분류를 고려하여 산출한다.

따라서 시험동안 사용된 파라미터의 수치적 값은 D.3절에 기술된 공식에 의해서 표현된 것처럼 전류분류와 관련된 감소계수를 적용할 때 표 D.1에 주어진 데이터를 기초해 산출할 수 있다.

부속서 E (참고)

설비의 다른 점에 입사한 뇌격에 의한 서지

개요

도체, SPD, 기계장치의 범위에 걸쳐, 이들 구성요소의 특별한 설치지점에서 서지에 의한 위협이 결정되어야 한다. 서지는 뇌격전류(일부)와 설비 루프의 유도영향으로부터 발생될 수 있다. 이러한 서지로 인한 위협은 사용된 구성요소의 내량(필요하다면 적당한 시험에 의해서 정의된)보다 낮아야 한다.

E.1 구조물 뇌격(손상원인 S1)에 의한 서지

E.1.1 외부 도체부분과 구조물에 접속된 선로를 통해 흐르는 서지

뇌격전류가 대지로 흐를 때, 뇌격전류는 접지시스템, 외부 도전성 부분과 선로 사이를 직접적 또는 이들에 접속된 SPD를 경유하여 분류된다.

만약                                    [eqn: I _{f} =k _{e} I]                                           (E.1)

이 각각의 외부 도전성 부분 또는 선로에 관련된 뇌격전류의 일부분이라 할 때 [eqn: k _{e}]는 다음과 같은 요인에 영향을 받는다.

- 병렬경로의 수

- 지중부분에 대하여는 규약 접지임피던스, 가공 부분에 대하여는 가공부분이 지중부분에 접속된 경우 접지저항

- 접지시스템의 규약 접지임피던스

지중설비	[eqn: k _{e} = {Z} over {Z _{1} +Z(n _{1} +n _{2} {Z _{1}} over {Z _{2}} )}]                              (E.2)

가공설비	[eqn: k _{e} = {Z} over {Z _{2} +Z(n _{2} +n _{1} {Z _{2}} over {Z _{1}} )}]                              (E.3)

여기서,

접지시스템의 규약 접지임피던스

지하로 설치되어 있는 외부 도전성 부분 또는 선로(표 1)의 규약 접지임피던스;

가공선로를 대지에 접속하는 접지극의 접지저항

만약 접지점의 접지저항을 모른는 경우, 표 E1에 주어진 [eqn: Z _{1}]값을 사용해도 된다(대지저항률은 접지지점과 관련된다).

비고 이 값은 위의 공식에서 각각의 접지점에 모두 같다고 가정된다. 만약 그렇지 않은 경우에는 더 복잡한 방정식의 사용이 필요하다.

[eqn: n _{1}]    지하에 설치되어 있는 외부 도전성 부분 또는 선로의 전체적인 수

[eqn: n _{2}]    가공에 설치되어 있는 외부 도전성 부분 또는 선로의 전체적인 수

LS 레벨과 관련된 뇌격전류

근사적으로 최초 뇌격전류의 1/2이 접지시스템으로 흐르고 [eqn: Z _{2} =Z _{1}]이라 가정하면, 외부 도전체와 선로에 대하여 [eqn: k _{e}]값은 다음의 식으로 평가해도 된다.

[eqn: k _{e} =0.5/(n _{1} +n _{2} )]                                  (E.4)

만약 인입선로(예, 전원선과 통신선)가 차폐되어 있지 않거나 금속관에 배선되어 있지 않았다면, 그 선로의 [eqn: n ^{'}]개의 도체에는 각각 같은 양의 뇌격전류가 흐른다.

[eqn: k _{e} ' =k _{e} /n ']                                        (E.5)

[eqn: n']    도체의 전체 수

인입구에 본딩된 차폐선로의 경우, 차폐인입선로 [eqn: n']개의 도체 각각에 대해 흐르는 전류 [eqn: k' _{e}]의 값은 다음과 같이 주어진다.

[eqn: k' _{e} =k _{e} BULLET R _{s} /(n' BULLET R _{s} +R _{c} )]                            (E.6)

여기서

[eqn: R _{s}] 는 차폐선 단위 길이당의 전기저항

[eqn: R _{c}] 는 내부 도체 단위 길이당의 전기저항

비고 이 공식은 심선과 차폐선 사이에 상호인덕턴스에 의한 뇌격전류의 분류에 대한 차폐선의 역할을 과소평가할 수도 있다.

표 E.1 - 대지저항률에 따른 규약 접지임피던스 [eqn: Z] 와  [eqn: Z _{1}]

[eqn: `````rho] Ω․m	[eqn: Z _{1}] Ω	LPS레벨에 관련된 규약 접지임피던스 [eqn: Z] Ω
		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ～Ⅳ
[eqn: LEQ 100] 200 500 1 000 2 000 3 000	8 11 16 22 28 35	4 6 10 10 10 10	4 6 10 15 15 15	4 6 10 20 40 60

비고 이 표에 기록된 값은 임펄스조건(10/350 ㎲)에서 지중 도체의 규정 접지임피던스를 나타낸다.

E.1.2 전원선에서 뇌격전류의 분류에 영향을 미치는 요인

세부적인 계산에 대하여 다음과 같은 몇 가지 요인이 그러한 서지의 크기나 파형에 영향을 미칠 수 있다.

- 케이블의 길이는  비율에 의한 전류의 분류와 파형 특성에 영향을 미칠 수 있다.

- 중성선과 상도체의 다양한 임피던스는 선로도체 사이의 전류의 분류에 영향을 미칠 수 있다.

비고 예를 들면, 만약 중성선(N)이 다중 접지라면, L1, L2, L3에 비해 N의 낮은 임피던스는 다른 3선에 의해 나머지 50 %가 분류되고(각각 17 %), 50 %의 전류가 중성선을 통해 흐르는 결과를 가져온다.

- 다양한 변압기의 임피던스는 전류분류에 영향을 미친다(만약 변압기가 변압기의 임피던스를 바이패스하는 SPD에 의해 보호된다면 이 영향은 무시할 수 있다.)

- 변압기와 부하측 기기의 규약 접지임피던스 사이의 관계는 전류분류에 영향(변압기의 임피던스가 낮을수록, 더 많은 서지전류가 저압 계통으로 흐른다)을 미칠 수 있다.

- 병렬 수용가는 이 시스템에 흐르는 뇌격전류의 비율을 증가시킬 수 있는 저압 계통의 실효임피던스를 감소시킨다.

E.2 구조물에 접속된 인입설비에 관련된 서지

E.2.1 인입설비 뇌격에 의한 서지 (손상 요인 S3)

구조물에 접속된 인입설비에 대한 뇌격에 대하여, 인입설비의 양쪽 방향으로 흐르는 뇌격전류의 비율과 절연파괴를 고려해야 한다.

값의 선정은 표 E.2에 주어진 값을 기초로 할 수 있으며, 표 E.2에서 의 추정값은 피뢰레벨(LPL)에 관련된다.

표 E.2 - 뇌격으로 인해 예상되는 서지과전류

LPL	저압 계통			통신선
	인입설비 뇌격	인입설비 근처 뇌격	구조물 또는 구조물 근처 뇌격	인입설비 뇌격	인입설비 근처 뇌격	구조물 또는 구조물 근처 뇌격
	손상원인 S3(직격뢰) 파형 10/350 ㎲(kA)	손상원인 S4(간접뢰) 파형 8/20 ㎲(kA)	손상원인 S2 또는 S1(단지 S1에 대하여는 유도전류만) 파형 8/20 ㎲(kA)	손상원인 S3(직격뢰) 파형 10/350 ㎲(kA)	손상원인 S4(간접뢰) 측정값: 5/300 ㎲ (8/20 ㎲로 추정값)(kA)	손상원인 S2 (유도전류) 파형 8/20 ㎲(kA)
Ⅲ-Ⅳ	5	2.5	0.1	1	0.01(0.05)	0.05
Ⅰ-Ⅱ	10	5	0.2	2	0.02(0.1)	0.1

차폐선에 대하여 표 E.2에 주어진 과전류 값은 계수 0.5 비율로 줄어들 수 있다.

비고 차폐선의 저항은 병행하는 모든 인입설비 도체의 저항과 거의 같은 것으로 볼 수 있다.

E.2.2 인입설비 근처 뇌격에 의한 서지 (손상원인 S4)

인입설비 근처 뇌격으로 인한 서지는 인입설비 뇌격(손상원인 S3)에 관련된 것에 비교해 매우 낮은 에너지를 갖는다.

지정된 피뢰레벨(LPL)에 관련된 예상 과전류를 표 E.2에 나타내었다. 차폐선로에 대하여 표 E.2에 주어진 과전류 값은 0.5 비율로 감소될 수 있다.

E.3 유도효과에 의한 서지 (손상원인 S1 또는 S2)

근처 뇌격(손상원인 S2)이나 외부 LPS 또는 LPZ 1(손상원인 S1)의 공간차폐 내부에 흐르는 뇌격전류에 의해 발생되는 자계의 유도작용(효과)으로 인한 서지는 전형적인 8/20 ㎲ 파형을 갖는다. 그러한 서지는 LPZ 1 내부와 LPZ 1/2의 경계에 있는 장치의 단자나 단자 가까이에서 고려한다.

E.3.1 차폐되지 않은 LPZ 1 내부의 서지

차폐되지 않은 LPZ 1 내부에는(예, KS C IEC 62305-3에 따라 메시 폭이 5 m를 넘는 외부 LPS에 의해서 단지 보호되는) 감쇠되지 않은 자계의 유도영향으로 인해 비교적 높은 서지의 발생이 예상된다.

지정된 피뢰레벨(LPL)에 관련된 예상 과전류를 표 E.2에 나타내었다.

E.3.2 차폐된 LPZ 내부의 서지

효과적인 공간차폐를 갖는 LPZ (KS C IEC 62305-4의 부속서 A에 따라 5 m 이하의 메시폭이 요구되는) 내부에는 자계의 유도영향에 의한 서지의 발생은 매우 감소된다. 그러한 경우 서지는 E.3.1절에 주어진 것보다 매우 낮다.

LPZ 1 내부에서 공간차폐의 감쇠효과로 인해 유도영향은 낮다.

LPZ 2 내부에서 LPZ 1과 LPZ 2 두 공간차폐의 연속적인 효과에 의해 서지는 훨씬 감소한다.

E.4 SPD에 관한 일반적 사항

SPD의 사용은 전원계통에 대한 KS C IEC 61643-1규격과 통신시스템에 대한 KS C IEC 61643-21규격에 분류된 내량에 의존한다. 설비 위치에 따라 사용할 SPD는 다음과 같다.

a) 구조물의 인입구 (LPZ 1의 경계, 예 주 분배반 MB):

● 로 시험한 SPD (전형적인 10/350 ㎲ 파형, 예 등급Ⅰ에 따라 시험한 SPD)

● 으로 시험한 SPD (전형적인 8/20 ㎲ 파형, 등급Ⅱ에 따라 시험한 SPD).

b) 보호대상 기구의 근처 (LPZ 2와 그보다 높은 등급의 경계, 예 분배반 SB, 또는 콘센트 SA)

● 으로 시험한 SPD (전형적인 8/20 ㎲ 파형, 예 등급Ⅱ에 따라 시험한 SPD)

● 조합파로 시험한 SPD (전형적인 8/20 ㎲ 파형, 예 등급Ⅲ에 따라 시험한 SPD)