[교육용 자료]

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								KS C IEC 62305-4
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K	S	K	S			KS
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			피뢰시스템-제4부 : 구조물 내부의 전기전자시스템
			KS C IEC 62305-4: 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	5

1. 적용범위	5

2. 인용규격	5

3. 용어 및 정의	7

4. LEMP보호대책시스템(LPMS)의 설계 및 시공	11

4.1 LPMS의 설계	15

4.2 피뢰구역 (LPZ)	16

4.3 LPMS에서 기본보호대책	19

5. 접지와 본딩	20

5.1 접지시스템 (earth termination system)	21

5.2 본딩망	22

5.3 본딩 바	28

5.4 LPZ 경계에서 본딩	30

5.5 본딩 부품의 재료와 치수	31

6. 자기차폐와 선로경로	31

6.1 공간차폐물	32

6.2 내부선로의 차폐	32

6.3 내부선로의 경로	3

6.4 외부선로의 차폐	32

6.5 자기차폐의 재료 및 치수	32

7. 협조된 SPD 보호	32

8. LPMS의 관리	34

8.1 LPMS 관리계획	34

8.2 LPMS의 검사	36

8.3 유지관리	38

부속서 A(참고) : LPZ에서 전자계 환경의 평가에 대한 기초	39

부속서 B(참고) : 기존 구조물의 전자시스템에 대한 LEMP보호대책의 시공	62

부속서 C(참고) : SPD 협조	78

부속서 D(참고) : 협조된 SPD 보호의 선택과 설치	94

그림 목차

그림 1 - 여러 가지 LPZ로 분할하는 일반적인 원리	12

그림 2 - LEMP에 대한 보호 - 가능한 LEMP보호대책시스템(LPMS)의 예	15

그림 3 - 상호 접속된 LPZ의 예	18

그림 4 - 확장된 피뢰구역의 예	19

그림 5 - 접지시스템에 상호 접속된 본딩망으로 구성된 3차원 접지시스템의 예	21

그림 6 - 공장의 메시접지시스템	22

그림 7 - 등전위 본딩을 위한 구조물 보강봉의 이용	24

그림 8 - 강철 보강재를 갖는 구조물의 등전위본딩	25

그림 9 - 본딩망으로 전기시스템의 통합	26

그림 10 - 본딩망으로 전기시스템 통합방법의 조합	27

그림 A.1 - 뇌방전으로 인한 LEMP 상태	41

그림 A.2 - 감쇠진동을 하는 자계의 상승에 대한 모의	42

그림 A.3 - 금속 보강재와 철골조로 이루어진 대형 공간차폐물	43

그림 A.4 - 내부 LPZ n 안쪽에서 전기전자시스템에 대한 보호 공간	44

그림 A.5 - 선로경로와 차폐대책에 의한 유도효과의 감소	46

그림 A.6 - 사무실 건물에 대한 LPMS의 예	47

그림 A.7 - 직격뢰의 경우 자계의 세기에 대한 평가	49

그림 A.8 - 근방 뇌격의 경우 자계 세기의 평가	51

그림 A.9 - 회전구체의 반경과 구조물 치수에 의존하는 거리	53

그림 A.10 - 격자형 대형 차폐물의 유형	55

그림 A.11 - 유형 1 격자형 차폐물 내부에서 자계의 세기	56

그림 A.12 - 유형 1 격자형 차폐물 내부에서 자계의 세기	56

그림 A.13 - 차폐된 구조물 내부의 자계를 평가하기 위한 낮은 레벨(low level) 시험	58

그림 A.14 - 선으로 만들어진 루프에 유도된 전압과 전류	59

그림 B.1 - 기존 구조물에서 LEMP 보호대책과 전자계 적합성의 개선	64

그림 B.2 - 기존 구조물에서 LPZ를 설립하는 가능성	69

그림 B.3 - 금속판에 가까운 차폐 케이블을 이용한 루프면적의 감소	71

그림 B.4 - 추가차폐를 위한 금속판의 예	72

그림 B.5 - 가공선과 다른 외부 장비의 보호	74

그림 B.6 - 본딩된 사다리와 배관에 의해 제공되는 고유의 차폐	75

그림 B.7 - 지지봉 상의 전선의 이상적 위치(강철제 격자기둥의 단면)	76

그림 C.1 - 배전계통에서 SPD의 적용에 대한 예	79

그림 C.2 - SPD의 에너지협조에 대한 기본 모델	80

그림 C.3 - 두 개의 전압제한형 SPD의 조합	82

그림 C.4 - 두 개의 전압제한형 MOV 1과 MOV 2 조합의 예	83

그림 C.5 - 전압스위칭형 스파크 갭과 전압제한형 MOV의 조합	84

그림 C.6 - 전압스위칭형 스파크 갭과 전압제한형 MOV 협조의 예	85

그림 C.7 - 10/350 μs와 0.1 kA/μs 서지에 대한 감결합인덕턴스의 결정	87

그림 C.8 - 10/350 μs 서지에 대한 스파크 갭과 MOV 협조의 예	88

그림 C.9 - 0.1 kA/μs 서지에 대한 스파크 갭과 MOV 협조의 예	90

그림 C.10 - 협조 변이 Ⅰ - 전압제한형 SPD	91

그림 C.11 - 협조 변이 Ⅱ - 전압제한형 SPD	91

그림 C.12 - 협조 변이 Ⅲ - 전압스위칭형 SPD와 전압제한형 SPD	92

그림 C.13 - 협조 변이 Ⅳ - 하나의 요소 내에 몇 개의 SPD	92

그림 C.14 - “통과에너지”에 따른 협조	93

그림 D.1 - 충전도체와 본딩 바 사이의 서지전압	95

표 목 차

표 1 - 본딩 부품의 최소단면적	31

표 2 - 신축 건물과 건물의 시공 또는 사용 중 확장 변경에 대한 LPMS 관리계획	35

표 A.1 - [eqn: i _{eqalign{0/max# }} =100] kA와  = 2 m에 대한 예	50

표 A.2 - 평면파에 대한 격자형 공간차폐물의 자계의 감쇠	51

표 A.3 - 최대 뇌격전류에 상응하는 회전구체의 반경	54

표 A.4 -  = 12.6 dB에 상응하는[eqn: i _{eqalign{0/max# }} =100] kA와  = 2 m에 대한 예	54

표 B.1 - 구조적 특성과 환경	62

표 B.2 - 설비 특성	63

표 B.3 - 기기 특성	63

표 B.4 - 보호 개념에 대하여 고려할 다른 질문	63

한 국 산 업 규 격	KS C  IEC

피뢰시스템 - 제4부 : 구조물 내부의 전기전자시스템  62305-4 : 2007

Protection against lightning - Part 4 : Electrical and electronic systems within structures

서문 이 규격은 2006년에 제1판으로 발행된 IEC 62305-4, Protection against lightning - Part 4 : Electrical and electronic systems within structures를 번역하여 기술적인 내용과 규격의 양식을 변경하지 않고 한국산업규격으로 제정한 것이다.

1. 적용범위

KS C IEC 62035의 제4부에서는 뇌전자 임펄스로 인한 영구적 고장의 위험을 감소시킬 수 있는 구조물 내부의 전기전자시스템에 대한 LEMP 보호 대책시스템(LPMS)의 설계, 시공, 검사, 유지관리와 시험에 관한 정보를 제공한다.

본 규격은 전자시스템의 오동작을 일으킬 수 있는 뇌격에 의한 전자계 장해에는 적용되지 않는다. 그러나 부속서 A에 기술된 사항은 뇌격에 의한 전자계 교란 등의 평가에 사용할 수 있다. 전자계 장해에 대한 보호대책은 KS C IEC 60364-4-44와 KS C IEC 61000 시리즈에 기술되어 있다.

본 규격은 전기전자시스템 자체의 설계에 대한 상세한 내용은 언급하지 않고 있으나, 최적의 보호효과를 얻을 수 있도록 전기전자시스템 설계자와 뇌전자계임펄스 보호대책(LEMP)의 설계자 사이의 협조를 위한 지침을 제공한다.

해 설

우리나라의 서지보호장치의 설치에 관한 현행 법적 규칙은 다음과 같은 것이 있다.

- 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.

- 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. 인용규격

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 60364-4-44:2005, 건축전기설비 - 제4-44부 : 안전을 위한 보호 - 전압 및 전자파 장해에 대한 보호

KS C IEC 60364-5-53:2005, 건축전기설비 - 제5-53부 : 전기기기의 선정 및 시공 - 절연, 개폐 및 제어

KS C IEC 60664-1:2002, 저전압기기의 절연협조 - 제1부 : 원칙 요구사항, 시험

KS C IEC 61000-4-5:2003, 전기자기적합성(EMC) - 제4-5부 : 시험 및 측정 기술 - 서지 내성시험

KS C IEC 61000-4-9:2003, 전기자기적합성(EMC) - 제4-9부 : 시험 및 측정 기술 - 펄스자계 내성시험

KS C IEC 61000-4-10:2004, 전기자기적합성(EMC) - 제4-10부 : 시험 및 측정 기술 - 감쇄진동 자기장 내성 시험 - EMC기본규격

IEC 61000-5-2:1997, 전기자기적합성(EMC) - 제5부 : 설비 및 완화 지침 제 2절 : 접지 및 케이블링

KS C IEC 61643-1:2003, 저전압 배전계통의 서지보호장치 - 제1부 : 성능 및 시험방법

KS C IEC 61643-12:2005, 저전압 서지보호장치 - 제12부 : 저전압 배전계통의 서지보호장치 선정 및 지침

KS C IEC 61643-21:2005, 저전압 서지보호장치 - 제21부 : 통신망 및 신호망에 접속된 서지보호장치 - 성능요건과 시험방법

KS C IEC 61643-22:2004, 저전압 서지보호장치 - 제22부 : 통신망 및 신호망 접속용 서지보호장치 - 선정 및 적용원칙

KS C IEC 62305-1, 피뢰시스템-제1부 : 일반 원칙

KS C IEC 62305-2, 피뢰시스템-제2부 : 위험성 관리

KS C IEC 62305-3, 피뢰시스템-제3부 : 구조물의 물리적 손상 및 인명위험

ITU-T 권고 K.20:2003, 과전압과 과전류에 대한 통신선 중심에 설치된 통신 장비의 내력

ITU-T 권고 K.21:2003, 과전압과 과전류에 대한 가입자 부지에 설치된 통신 장비의 내력

해 설

피뢰설비는 건축물에 시설하게 되므로 KS C IEC 62305규격군을 비롯하여 저압 서지보호장치에 관한 KS C IEC 61643규격군과 건축전기설비에 관한 KS C IEC60364규격군을 적용해야 한다. 내부피뢰설비의 시설에 관한 주요 규격과 내용의 관련성을 아래의 그림에 나타내었으며, 이들 규격군의 규정을 적절히 반영해야 합리적인 피뢰설비의 설계 및 시공이 이루어지게 된다. 특히 서지보호장치는 전력선 또는 통신/신호선에 설치하므로 이들 설비의 시설기준과도 밀접한 관련성이 검토되어야 한다.

피뢰설비 관련 규격의 상관성

3. 용어 및 정의

이 규격의 목적을 위하여 아래의 용어와 정의가 적용된다.

3.1 전기시스템 (electrical system)

저전압 전력 공급 요소로 구성된 시스템

3.2 전자시스템 (electronic system)

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

3.3 내부시스템 (internal system)

구조물 내부의 전기·전자시스템

3.4 뇌전자계임펄스 LEMP (lightning electromagnetic impulse)

뇌격전류에 의한 전자계 영향

비고 방사임펄스전자계 영향은 물론 전도성 서지도 포함된다.

3.5 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 운전 중에 고장의 제거나 제어 등을 위한 개폐조작 혹은 뇌방전에 의해서 과도적으로 발생하여 진행하는 과전압 또는 과전류를 말한다. 이에 반하여 고전압시험 또는 연구에 사용할 목적으로 서지를 모의하기 위해서 인위적으로 발생시킨 충격파를 임펄스라 한다.

3.6 정격임펄스내전압  (rated impulse withstand voltage level)

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

비고 이 규격에서는 도체와 대지 사이의 내전압만 고려한다.

3.7 피뢰레벨 LPL (lighting 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.

3.8 피뢰구역 LPZ (lighting protection zone)

뇌전자 환경이 정의된 구역

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

3.9 LEMP에 대한 보호시스템 LPMS (LEMP protection measures system)

뇌전자계임펄스에 대한 내부시스템 보호를 위한 모든 시스템

3.10 격자형 공간차폐 (grid-like spatial shield)

개방으로 특징지어진 자기차폐

비고 건물이나 방에서 구조물의 자연적 금속구성부재를 상호 접속하여 시설하는 것이 바람직하다. (콘크리트내의 보강재 봉, 금속프레임과 금속지지물)

3.11 접지시스템 (earth-termination system)

뇌격전류를 대지로 흘려 방출시키기 위한 외부 피뢰시스템의 일부

3.12 본딩망 (bonding network)

구조물의 모든 도전성 부분과 내부시스템(충전도체 제외)을 접지시스템에 상호 접속하는 망

3.13 접지시스템 (earthing system)

접지시스템과 본딩망을 결합한 전체시스템

3.14 서지보호장치 SPD (surge protective device)

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

해 설

금속산화물바리스터, 서지억제기, 반도체소자, 스파크갭 등 보호대상물 내의 2점 사이의 서지전압을 제한하기 위한 장치

3.15 로 시험한 SPD (SPD tested with )

전형적인 파형 10/350 μs의 부분 뇌격전류에 견디며, 상응하는 임펄스시험전류 로 시험한 SPD

비고 전원선에 대해 적절한 시험전류 는 KS C IEC 61643-1의 레벨 Ⅰ 시험절차에 정의되어 있다.

3.16 으로 시험한 SPD (SPD tested with )

전형적인 파형 8/20 μs의 유도서지전류에 견디며, 상응하는 임펄스시험전류 으로 시험한 SPD

비고 전원선에 대해 적절한 시험전류 은 KS C IEC 61643-1의 레벨 Ⅱ 시험절차에 정의되어 있다.

3.17 조합파로 시험한 SPD (SPD tested with a combination wave)

전형적인 파형 8/20 μs의 유도서지전류에 견디며, 상응하는 임펄스시험전류 로 시험한 SPD

비고 전원선에 대해 적절한 조합파 시험은 출력저항 2 Ω 조합파 발생기의 개방회로전압  1.2/50 μs와 단락회로전류  8/20 μs를 정의한 KS C IEC61643-1의 레벨 Ⅲ 시험절차에 정의되어 있다.

3.18 전압스위칭형 SPD (voltage switching type SPD)

서지가 인가되지 않을 때 높은 임피던스이고, 전압서지에 의해 동작하면 임피던스가 급격히 낮아지는 SPD

비고 1 전압스위칭소자로 사용되는 부품의 대표적인 예로는 스파크 갭, 가스방전관(GDT), 싸이리스터(실리콘제어정류기), 트라이액 등이 있다. 이런 SPD는 때론 “클로바형(crowbar type)”이라 한다.

비고 2 전압스위칭소자는 불연속적인 전압/전류 특성을 갖는다.

3.19 전압제한형 SPD (voltage-limiting type SPD)

서지가 인가되지 않은 때 높은 임피던스이지만 서지전류와 전압이 증가함에 따라 연속적으로 임피던스가 감소하는 SPD

비고 1 비선형 소자로 사용되는 부품의 대표적인 예로는 바리스터, 억제다이오드가 있다. 이런 SPD는 때때로 “차단형(clamping type)"이라 한다.

비고 2 전압제한형 소자는 연속적인 전압/전류 특성을 갖는다.

3.20 조합형 SPD (combination type SPD)

전압스위칭형과 전압제한형 2가지 소자로 조합된 SPD. 인가전압의 특성에 따라 전압스위칭형, 전압제한형 또는 전압스위칭형과 전압제한형 모두의 특성을 나타낸다.

3.21 SPD 보호협조 (coordinated SPD protection)

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

해 설

서지보호장치란 침입하는 서지를 분류시켜 접속부분에서 서지전압을 제한하는 것으로 1개 이상의 비선형 소자로 구성된다. 서지보호장치는 정상 운전상태에서는 절연물로 작용하고, 서지가 침입한 때만 전압을 제한하여 위험한 불꽃방전의 발생을 방지하는 역할을 한다. 서지보호장치는 후단에 접속되는 전기전자설비를 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 서지보호장치로 사용하는 소자에는 스파크갭, 가스방전관, 사이리스터형 서지보호소자 등이 있다. 전압제한형 서지보호장치용 소자로는 주로 바리스터 및 정전압다이오드가 사용된다. 조합형 서지보호장치(SPD협조보호)는 인가되는 전압의 특성에 따라 전압스위칭형, 전압제한형 혹은 전압스위칭 및 전압제한형 두 가지 유형의 동작을 해도 된다.

4. LEMP보호대책시스템(LPMS)의 설계 및 시공

전기전자시스템은 뇌전자계임펄스(LEMP)에 의해 손상을 입게 된다. 그러므로 내부시스템의 고장을 막기 위하여 LEMP 보호대책을 할 필요가 있다.

LEMP에 대한 보호는 피뢰구역(LPZ)의 개념을 기본으로 하고 있다: 보호대상 시스템을 포함한 영역을 LPZ로 나누어야 한다. 이 구역은 이론상으로 LEMP 위험성이 둘러싸인 내부시스템의 내량과 양립되는 공간영역으로 지정된다(그림 1 참조). 연속적인 구역은 LEMP의 가혹성의 큰 변동에 의해 특징지어진다. LPZ의 경계는 채용된 보호대책에 의해 정의된다(그림 2 참조).

비고 이 그림은 구조체를 내부 LPZ로 나누는 예를 나타낸 것이다. 구조물에 인입하는 모든 금속 인입설비는 LPZ 1 경계에서 본딩 바를 통해 본딩한다. 추가로, LPZ 2 (예 : 컴퓨터실)에 인입하는 도전성 인입설비는 LPZ 2의 경계에서 본딩 바를 통해 본딩한다.

그림 1 - 여러 가지 LPZ로 분할하는 일반적인 원리

그림 2a - 공간차폐물과 협조된 SPD 보호를 이용한 LPMS - 전도성                        서지(≪와 ≪)와 방사자계(≪)에 대해 잘 보호된 장치

그림 2b - LPZ 1의 입구에 SPD의 설치와 LPZ 1의 공간차폐물을 이용한 LPMS -               전도성 서지(<와 <)와 방사자계(<)에 대해 보호된 장비

그림 2c - LPZ1 입구에 SPD의 설치와 내부선 차폐물을 이용한 LPMS -                        전도성 서지(<와 <)와 방사자계(<)에 대해 보호된 장비

그림 2d - “협조된 SPD 보호”만 이용한 LPMS -                                              전도성 서지(≪와 ≪)와 방사자계()에 대해 보호된 장비

비고 1 SPD는 다음 지점에 설치할 수 있다(D1.2절 참조).

- LPZ 1의 경계(예 : 주 배전반 MB)

- LPZ 2의 경계(예 : 2차 배전반 SB)

- 장비 또는 장비의 근접지역(예 : 콘센트 SA)

비고 2 상세한 시공규칙에 대해서는 KS C IEC 60364-5-53을 참조한다.

비고 3 차폐물(  )과 비차폐(  )경계

그림 2 - LEMP에 대한 보호 - 가능한 LEMP보호대책시스템(LPMS)의 예

LEMP로 인한 다음의 원인에 의해 전기전자시스템의 영구적 고장이 발생될 수 있다.

- 접속배선을 통하여 장치로 전달되는 전도성 서지 및 유도서지

- 장치에 직접 침투하는 방사전자계의 영향

비고 1 장치에 직접 침투하는 전자계에 의한 고장은 관련된 EMC 제품규격에 정의된 것과 같은 RF주파수 방사시험과 내성시험을 통과한 장치에 대해서는 무시할 수 있다.

비고 2 관련된 EMC 제품규격을 만족하지 못하는 장치를 위해서 이들 장치에 직접 침투하는 전자계에 대한 보호방법의 관련정보는 부속서 A에 기술되어 있다. 방사자계에 대한 장치의 내량은 KS C IEC 61000-4-9와 KS C IEC 61000-4-10에 따라 선택할 필요가 있다.

해 설

(1) 전도성 서지란 뇌격전류가 공통모드임피던스를 통하여 흐를 때 두 점 사이에 형성되는 일시적 과전압을 말하며, 유도성 서지는 뇌격전류의 변동과 상호결합인덕턴스에 의해 과도적으로 발생되는 과전압을 의미한다.

(2) LEMP에 의한 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)과 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, 전산실 등

4.1 LPMS의 설계

LPMS는 서지와 전자계에 대한 장치의 보호를 위해 설계될 수 있다. 그림 2는 이러한 예이다.

• 공간차폐물과 협조된 SPD 보호를 이용한 LPMS는 방사자계와 전도성 서지에 대하여 보호한다.(그림 2a 참조) 일련의 공간차폐물과 SPD 보호협조는 자계와 서지를 위험레벨보다 낮은레벨로 낮출 수 있다.

• LPZ 1의 입구에 SPD의 설치와 공간차폐물을 이용한 LPMS는 방사자계와 전도성 서지에 대하여 장치를 보호할 수 있다.(그림 2b 참조)

비고 1 만약 너무 높은 자계가 남아 있거나(LPZ 1의 낮은 차폐 효과 때문에) 또는 서지의 크기가 너무 크게 남아 있으면(SPD의 높은 전압보호레벨과 SPD 하위 배선에 나타나는 유도 영향 때문에) 그 보호는 충분하지가 않다.

• 장비의 차폐외함에 결합된 차폐선을 이용하여 만들어진 LPMS는 방사자계에 대해 보호하게 된다. LPZ 1입구에 SPD의 설치는 전도성 서지에 대해 보호를 한다(그림 2c 참조). 더 낮은 위험 서지레벨을 이루기 위해서는 낮은 전압 보호레벨을 충분히 만족하는 특별한 SPD를 설치할 필요가 있다(예 : 내부에 추가적인 협조단계).

• SPD는 단지 전도성 서지에 대하여 보호하기 때문에 협조된 SPD 보호시스템을 이용하는 LPMS는 방사자계에 민감하지 않은 장치의 보호에만 적합하다.(그림 2d 참조) 더 낮은 위험 서지레벨은 SPD간의 협조를 통해 달성할 수 있다.

비고 2 그림 2a와 2c에 의한 해결방법은 관련된 EMC 제품규격을 만족하지 못하는 장치에만 특별히 권고한다.

비고 3 KS C IEC 62305-3에 따라 단지 등전위본딩 SPD만을 적용하는 LPS는 민감한 전기전자시스템의 고장에 대하여 효율적인 보호를 하지 못한다. LPS는 LPMS의 효율적인 구성요소로 만들기 위해서는 적절한 SPD을 선정하고, 접지망의 치수를 줄임으로써 향상될 수 있다.

해 설

등전위본딩은 보호대상물 내에서 화재 및 폭발위험과 더불어 인명에 대한 위험을 줄이기 위해서 등전위화는 대단히 중요한 방법으로 뇌서지로부터 전기전자기기를 보호하는 대단히 유효한 수단이다. 등전위본딩이란 피뢰시스템, 금속구조체, 금속제 설비, 계통외도전성부분, 보호대상물 내의 전력선 및 통신선을 본딩용 도체 혹은 서지보호장치로 접속하는 것으로 피뢰설비에 있어서 기본이다.

4.2 피뢰구역 (LPZ)

뇌격의 위협에 대하여 다음의 LPZ가 정의된다(KS C IEC 62305-1 참조).

외부 구역

LPZ 0	뇌전자계가 감쇠되지 않은 위험구역과 뇌서지전류의 전체 또는 일부가 내부시스템에 흐를 수 있는 위험구역. LPZ 0은 다음과 같이 세분화된다.

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

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

내부 구역 (직격뢰에 대하여는 보호된 구역)

LPZ 1	전류분배기나 경계지역의 SPD에 의해 서지전류가 제한된 지역. 공간적인 차폐는 뇌격에 의한 전자계의 형성을 약하게 한다.

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

이런 LPZ은 LPMS(협조된 SPD 설치, 자기차폐)의 시설로 얻어진다(그림 2 참조). 보호대상 기기의 수, 유형과 내량에 따라 적절한 LPZ를 정의할 수 있다. 이것은 소규모 구역(예 : 장비 외함) 또는 대규모 구역(전체 구조물의 공간)을 포함한다(그림 B.2 참조).

만약 서로 분리된 구조물이 전원선 혹은 신호선으로 접속되거나 또는 필요한 SPD의 수를 줄였다면 같은 레벨의 LPZ를 상호 접속할 필요가 있다(그림 3 참조).

비고 그림 3a는 전원선 혹은 신호선으로 접속된 두 개의 LPZ 1을 나타낸다. 만약 두 LPZ 1 이 서로 수십에서 수백 m 떨어져 있어서 분 리된 접지시스템을 구비한 분리된 구조물이 라면 특별한 주의가 필요하다. 이 경우에 뇌 격전류의 많은 부분이 보호되지 않은 접속 선을 통하여 흐를 수 있다. 그림 3a - SPD를 이용한 두 LPZ 1의 상호 접속		비고 그림 3b는 만약 차폐물이 뇌격전류의 일부를 흘릴 수 있다면 두 LPZ 1의 상호 접속에 차 폐케이블이나 차폐케이블 덕트를 이용함으로 써 문제를 해결할 수 있음을 나타낸다. 만약 차폐물에서의 전압강하가 매우 크지 않다면 SPD는 생략할 수 있다. 그림 3b - 차폐케이블이나 차폐케이블 덕트를 이용한 두 LPZ 1의 상호 접속

비고 그림 3c는 전원선 혹은 신호선으로 접속된 두 개의 LPZ 2를 나타낸다. 전원선과 신호 선은 LPZ 1의 위험레벨에 노출되어 있으므 로 각 LPZ 2의 입구에 SPD를 설치할 필요 가 있다. 그림 3c - SPD를 이용한 두 LPZ 2의 상호 접속		비고 그림 3d는 만약 차폐케이블 또는 차폐케이 블 덕트를 두 LPZ 2의 상호 접속에 이용된 다면 SPD는 생략될 수 있고, 그러한 장해는 피할 수 있음을 나타내고 있다. 그림 3d - 차폐케이블 또는 차폐케이블 덕트를 이용한 두 LPZ 2의 상호 접속

그림 3 - 상호 접속된 LPZ의 예

LPZ를 또 다른 LPZ로 확장하는 것은 특별한 경우에 요구되며 혹은 필요한 SPD의 수를 줄이는데 이용하기도 한다(그림 4참조).

LPZ 내에서 전자계 환경의 세부적인 평가에 대해서는 부속서 A에 기술되어 있다.

비고 그림 4a는 변압기에 의해 전원이 공급되는 구조물을 나타낸다. 만약 이 변압기가 구조 물 외부에 위치한다면, 구조물에 인입하는 저전압선만 SPD로 보호할 필요가 있다. 만약 변압기가 구조물 내부에 위치한다면, 그 건물의 소유자는 고압측의 보호대책을 채택하도록 허가되지 않는다. 그림 4a - 구조물 외부 변압기		비고 그림 4b는 저전압측에 재차 SPD가 필요한 LPZ 1을 LPZ 0까지 확장함으로써 문제점 이 해결됨을 나타낸다. 그림 4b - 구조물 내부 변압기(LPZ 1을 LPZ 0까지 확장)

비고 그림 4c는 전원선 또는 신호선에 의해 공급 되는 LPZ 2를 나타낸다. 전원선 또는 신호 선은 두 개의 협조된 SPD를 필요로 한다: 하나는 LPZ 1 경계, 또 다른 하나는 LPZ 2 경계. 그림 4c - 두 개의 협조된 SPD(0/1)와 SPD(1/2)가 필요		비고 그림 4d는 만약 LPZ 2가 LPZ 1까지 차폐케 이블이나 차폐케이블 덕트를 통해 확장된다 면, 선로가 LPZ 2로 직접 인입할 수 있고, 단 하나의 SPD가 필요함을 나타낸다. 그러 나 이 SPD는 위험을 LPZ 2의 레벨까지 직 접 감소시킨다. 그림4d - 단 하나의 SPD(0/1/2)가 필요(LPZ 2에서 LPZ 1으로 확장)

그림 4 - 확장된 피뢰구역의 예

4.3 LPMS에서 기본보호대책

LEMP에 대한 기본보호대책은 다음의 보호방법을 포함한다.

• 접지와 본딩(5절 참조)

접지시스템은 뇌격전류를 대지로 흘리고 분산시킨다.

본딩망은 전위차를 최소화하고, 자계를 감소시킨다.

• 자기차폐와 선로경로(6절 참조)

공간차폐물은 구조물 또는 구조물 근처의 직격뢰에 의해 발생하는 LPZ 내부의 자계를 감쇠시키고 내부서지를 감소시킨다.

차폐케이블이나 케이블 덕트를 이용한 내부 배선의 차폐는 내부유도서지를 최소화시킨다.

내부 선로경로는 유도루프를 최소화시킬 수 있으며 내부서지를 감소시킨다.

비고 1 공간차폐물, 차폐와 내부 배선경로는 결합하거나 또는 분리하여 사용할 수 있다.

구조물 외부 인입선의 차폐는 내부시스템으로 전도되는 서지를 감소시킨다.

• 협조된 SPD 보호(7절 참조)

협조된 SPD 보호는 내부서지와 외부서지의 영향을 제한한다.

접지와 본딩은 항상, 특히 구조물의 인입점에서 등전위 본딩 SPD를 통해서나 또는 직접 모든 도전성 인입설비에서 본딩을 확실하게 한다.

비고 2 KS C IEC 62305에 따른 피뢰등전위본딩(EB)은 단지 위험한 불꽃방전에 대해서 보호를 한다. 서지에 대한 내부시스템의 보호는 본 규격에 따르는 협조된 SPD 보호가 필요하다.

다른 LEMP 보호대책은 단독 또는 조합으로 이용할 수 있다.

LEMP 보호대책은 설치장소에 예상되는 운전상의 스트레스(예 : 온도, 습도, 부식성 대기, 진동, 전압과 전류의 스트레스)에 견뎌야 한다.

가장 적절한 LEMP 보호대책의 선정은 기술적, 경제적 요인을 고려하는 KS C IEC 62305-2에 따른 위험성 평가를 통해 이루어져야 한다.

기존 구조물의 전자시스템에 대한 LEMP 보호대책의 실행에 대한 실제적인 사항은 부속서 B에 기술되어 있다.

비고 3 LEMP 보호대책의 실행에 관한 더 많은 사항은 KS C IEC 60364-4-44에 기술되어 있다.

해 설

독립된 피뢰시스템과 보호대상물을 지표면보다 높은 위치에서 본딩하면 수뢰시스템에 뇌격이 입사한 경우 뇌격전류가 보호대상물 내부로 분류되어 흐르므로 등전위본딩은 지표면의 위치에서 하여 보호대상물 내부로 뇌격전류가 분류되어 흐르는 것을 방지해야 한다.

5. 접지와 본딩

적절한 접지와 본딩은 다음의 사항이 조합된 전체 접지시스템을 기본으로 하고 있다(그림 5참조).

- 접지시스템(뇌격전류를 대지로 분산시킨다.)

- 본딩망(전위차를 최소화하고 자계를 감소시킨다.)

비고 모든 접속점은 본딩접속점 또는 구조물 금속요소에 본딩한다. 그들 중 일부는 대지로 뇌격전류를 포착, 전도, 분산시키게 된다.

그림 5 - 접지시스템에 상호 접속된 본딩망으로 구성된 3차원 접지시스템의 예

5.1 접지시스템 (earth termination system)

구조물의 접지시스템은 KS C IEC 62305-3에 따른다. 단지 전기시스템만이 설치되는 구조물에서는 A형 접지극을 사용해도 되지만 B형의 접지극을 사용하는 것이 더 바람직하다. 전자시스템이 시설된 구조물에서는 B형 접지극이 바람직하다.

구조물 주변의 환상 접지극 또는 기초 둘레 콘크리트 내의 환상 접지극은 전형적으로 5 m의 폭을 갖는 구조물 주변 및 지하의 메시망과 통합해야 한다. 이것은 접지시스템의 성능을 크게 향상시킨다. 만약 기초철근콘크리트의 바닥이 상호 잘 접속된 메시를 형성하거나 접지시스템에 매 5 m 마다 접속되면 또한 접지시스템으로 적합하다. 공장의 메시접지시스템의 예는 그림 6에 나타내었다.

범 례

1 보강된 메시망이 설비된 건물	2 공장 내의 탑

3 독립 장비	4 케이블 트레이

그림 6 - 공장의 메시접지시스템

독립 접지시스템으로 된 내부시스템 사이의 전위차를 감소시키기 위해 다음의 방법을 적용해도 된다.

- 두 개의 접지시스템을 통합한 격자형 철근콘크리트 덕트(또는 연속적으로 본딩된 금속 도관)에 설치된 케이블 또는 전력케이블과 동일한 경로로 배치된 수 개의 평행 본딩도체.

- 적당한 단면적의 차폐선으로 차폐된 케이블, 양 끝에서 별개 접지시스템에 본딩된 케이블.

5.2 본딩망

LPZ 내부에 있는 모든 장비 사이의 위험한 전위차를 피하기 낮은 임피던스의 본딩망이 필요하다. 더욱이 그러한 본딩망은 또한 자계를 감소시킨다(부속서 A 참조).

이것은 구조물의 도전성 부분 또는 내부시스템의 일부분을 통합하는 메시본딩망으로 실현될 수 있고, 그리고 각 LPZ의 경계에서 금속부분 또는 도전성 인입설비를 직접 본딩하거나 적당한 SPD의 적용으로 실현될 수 있다.

본딩망은 전형적인 5 m의 메시폭을 가진 3차원 메시 구조물처럼 배열할 수 있다(그림 5참조). 이것은 구조물과 구조물 내부에 있는 금속 부분(콘크리트보강재, 엘리베이터 레일, 크레인, 금속 지붕, 금속 외장, 창문이나 문의 금속프레임, 금속바닥프레임, 인입금속관과 케이블트레이 등)의 다중 접속을 요구한다. 본딩 바(환상 본딩 바, 구조물의 여러 층에 있는 수 개의 본딩 바)와 LPZ의 자기차폐는 같은 방식으로 통합되어야 한다. 본딩망의 예는 그림 7과 그림 8에 나타내었다.

범 례

1	수뢰도체	2	지붕 난간의 금속 덮개

3	강철 보강봉	4	보강용 철근에 중첩시킨 메시도체

5	메시도체의 접속	6	내부 본딩 바에 대한 접속

7	용접과 죔쇠에 의한 접속	8	단독 접속

9	콘크리트 내의 강철 보강재(메시도체에 중첩)

10	환상 접지극	11	기초 접지극

a	메시도체를 중첩시키는 5 m의 전형적인 거리

b	메시도체를 보강재에 접속하는 1 m의 전형적인 거리

그림 7 - 등전위본딩을 위한 구조물 보강봉의 이용

범 례

1	전력설비	2	철골 대들보

3	외장의 금속 덮개	4	본딩접속

5	전기전자계비	6	본딩 바

7	콘크리트 내의 강철 보강재(메시 도체에 중첩)	8	기초 접지극

9	다른 인입설비의 공통 입구

그림 8 - 강철 보강재를 갖는 구조물의 등전위본딩

해 설

금속제 설비인 가스관 또는 상하수도관의 도중에 절연부품이 삽입되어 있는 경우에는 적절한 동작조건을 가지는 서지보호장치로 아래의 그림과 같이 등전위본딩을 해야 한다. 이는 뇌격전류에 의해서 가스관 또는 상하수도관의 도중에 삽입된 절연부품에서 불꽃방전이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로 절연부품의 내전압에 적합한 동작전압과 방전전류내량을 가지는 서지보호장치를 설치해야 한다.

서지보호장치를 이용한 가스관 또는 상하수도관의 등전위본딩의 예

내부시스템의 도전성 부분(캐비넷, 외함, 선반 등)과 보호접지도체는 다음의 형상으로 본딩망에 접속해야 한다.(그림 9 참조)

본딩망

본딩도체

장비

●	본딩망에서 본딩점

ERP	접지기준점

방사점으로 통합된 방사형

메시로 통합된 메시형

그림 9 - 본딩망으로 전기시스템의 통합

만약 형상 S가 이용된다면, 내부시스템의 모든 금속부분(캐비넷, 외함, 선반 등)은 접지시스템으로부터 이격되어야 된다. 형상 S는 S형상에 대한 접지기준점(ERP)으로 작용하는 단일 본딩 바에 의해 접지시스템에 통합되어야 한다. 형상 S가 이용될 때, 각각의 장비 사이의 모든 선로는 유도루프의 형성을 피하기 위해서 방사형으로 본딩 도체와 병렬로 배열되어야 한다. 형상 S는 내부시스템이 비교적 작은 구역에 위치하고 단지 한 지점에서 모든 선로가 인입하는 장소에 이용된다.

만약 형상 M이 이용된다면, 내부시스템의 금속부분(캐비넷, 외함, 선반 등)은 접지시스템으로부터 분리되면 안된다. 그러나 M형상의 다중 본딩지점에 의해 통합되어야 한다. 형상 M은 장비 개별 부품 사이에 여러 선로가 배열되고, 여러 지점에서 인입선이 구조물로 인입되는 비교적 넓은 구역이나 구조물 전체에 걸쳐 시설된 내부시스템에 보다 효과적이다.

복잡한 시스템에서 두 형상(형상 M, S)의 장점은 그림 10의 예처럼 조합 1(S를 M과 조합) 또는 조합2(M를 M과 조합)와 같이 조합할 수 있는 것이다.

본딩망

본딩도체

장비

●	본딩망에서 본딩점

ERP	접지기준점

방사점에 의한 통합방사형

메시에 의한 통합메시형

방사점에 의한 통합메시형

그림 10 - 본딩망으로 전기시스템 통합방법의 조합

해 설

등전위본딩에는 그림 9에 나타낸 바와 같이 방사형과 메시형의 기본형 및 통합본딩망이 있다. 방사형은 모든 전자기기를 1점에 접속시켜 등전위화를 이루는 것이며, 메시형은 전자기기를 서로 접속시키는 방법이다. 이들 시스템을 실제의 건물에 적용한 경우 시스템이 건물의 바닥, 벽과 완전히 절연되어 있는가 혹은 견고하게 접속되어 있는가에 따라서 2개의 형태로 분류된다. 그림 9의 상부에 나타낸 Ⓢ와 Ⓜ은 구조체와는 절연되어 있으며, 이른바 절연계 1점접지(isolated grounding)라 하며, 접지대상기기를 건축물과 완전히 절연시켜서 1점에 접지하는 시스템이다. 이 방법은 외부로부터의 잡음의 영향을 받지 않으며, 보수와 점검이 용이하므로 직류전원으로 운전되는 대상기기에 유효하다. 그림 9의 하부의 접지방법을 통합접지라고 하며, 접지선을 철근이나 철골에 접속하여 공용으로 하는 방법이다. 이 방법은 등전위화가 용이하지만 외부로부터의 잡음의 영향을 받기 쉬우며, 접지계가 복잡하다.

5.3 본딩 바

본딩 바는 다음의 사항을 본딩하기 위해 시설해야 한다.

- LPZ 에 인입하는 모든 도전성 인입설비(직접 또는 적절한 SPD의 사용)

- 보호접지도체(PE)

- 내부시스템의 금속 부분(캐비넷, 외함, 선반 등)

- 구조물의 내부와 주변에서 LPZ의 자기차폐

효율적인 본딩을 위해서 다음의 시공규칙은 중요하다 :

- 모든 본딩 대책에 대한 기본은 낮은 임피던스 본딩망이다.

- 본딩 바는 가능한 가장 짧은 경로를 통해 접지시스템에 접속한다(0.5 m 이하의 본딩 도체 이용).

- 본딩 바와 도체의 재료와 치수는 5.5절의 규격에 따른다.

- SPD는 충전도체에 유도되는 전압강하가 최소가 되도록 본딩 바에 가능한 가장 짧게 접속한다.

- 회로(SPD 이후)의 보호되는 쪽에서 회로루프를 최소화하거나 차폐케이블 또는 케이블 덕트를 이용하여 상호유도의 영향이 최소가 되도록 한다.

해 설

본딩 바(bonding bar)란 금속제 설비, 계통외도전성부분, 전력선, 통신선, 기타 케이블을 피뢰시스템에 접속할 수 있는 바를 말한다. 대형 구조물에서는 본딩 바를 2개 이상으로 해도 되며, 이들은 서로 접속해야 한다. 대형 구조물에서는 외부 도전성 부분, 전력선, 통신선 등이 구조물 내부로 여러 장소에서 인입되기도 한다. 이들의 위치가 다른 도전성 부분을 등전위본딩할 필요가 있으므로 1개의 구조물에 다음의 그림에 나타낸 바와 같이 여러 개의 본딩 바를 설치할 수도 있다. 여러 개의 본딩 바에는 뇌격전류의 대부분이 흐를 수 있으므로 서로 접속해야 한다.

외부 도전성 부분, 전력선 및 통신선이 지상으로 여러 장소에서 인입되는 경우의 본딩

또한 소형 구조물에서는 외부 도전성 부분, 전력선, 통신선 등이 동일한 위치에서 인입되므로 아래의 그림과 같이 1개의 본딩 바에 접속하는 것이 바람직하다. 외부 도전성 부분은 가스관, 상하수도관, 금속전선관, 케이블의 금속시스 등 외부에서 구조물 등에 인입되는 계통외도전성부분과 같은 것으로 보아도 된다. 상세한 내용은 KS C IEC 62305-3규격 부속서 E에 기술되어 있다.

외부 도전성 부분, 전력선 및 통신선이 1개소에서 인입되는 경우의 본딩

5.4 LPZ 경계에서 본딩

LPZ가 정의되는 구역에서 LPZ의 경계를 관통하는 인입설비(금속관, 전원선 또는 신호선)와 모든 금속 부분을 본딩해야 한다.

비고 서로 상반되는 요건이 있을 수 있기 때문에 LPZ 1 인입설비의 본딩은 관련된 인입설비망 공급자와 함께 협의한다(전기사업자 또는 통신사업자).

본딩은 경계 입구점에 가능한 가깝게 설치된 본딩 바를 통해 이루어져야 한다.

가능하면 인입설비는 같은 장소에서 LPZ로 들어와 같은 본딩 바로 접속한다. 만약 다른 장소에서 LPZ로 인입설비가 들어온다면, 각 인입설비는 본딩 바에 접속되어야 하고, 이 본딩 바는 서로 접속되어야 한다. 결국 환상 본딩 바(환상 도체)에 본딩하는 것이 바람직하다.

등전위본딩 SPD는 LPZ 내부의 내부시스템에 접속되는 인입선을 본딩 바에 본딩하기 위해서 항상 LPZ의 입구에 설치할 필요가 있다. 상호 접속되거나 확장된 LPZ를 이용하면 필요한 SPD의 수를 줄일 수 있다.

각 LPZ 경계에 본딩된 차폐케이블 또는 상호 접속된 금속케이블 덕트는 한 개의 접속 LPZ에 같은 레벨의 LPZ를 여러 개 상호 접속하거나 또는 다음 경계에 LPZ를 확장하기 위해 이용할 수 있다.

해 설

등전위본딩을 인입구 부근에서 실시하는 것은 아래의 그림 (a)에 나타낸 바와 같이 구조물 내로 흐르는 뇌격전류의 경로를 짧게 하는 것으로 등전위본딩을 한 외부 도전성 부분에 발생하는 뇌격전류에 의한 전자계 영향을 억제하기 위함이다.

구조물 등에 낙뢰가 침입하면 금속구조체와 외부에서 인입되는 금속제 가스관, 상하수도관 등 전기설비가 아닌 외부 도전성 부분 사이에 전위차가 생기며, 그림 (b)와 같이 인입구에서 떨어진 위치에서 본딩을 하면 최악의 경우 위험한 불꽃방전이 발생하게 된다. 따라서 외부 도전성 부분을 인입구 부근에서 등전위본딩을 해야 한다.

5.5 본딩 부품의 재료와 치수

사용하는 재료, 크기와 조건은 KS C IEC 62305-3을 따라야 한다. 본딩 부품의 최소단면적은 표 1을 따른다.

죔쇠는 LPL의 뇌격전류 값(KS C IEC 62305-1 참조)과 전류분배분석(부속서 B, KS C IEC 62305-3 참조)에 따라 치수를 정해야 한다.

SPD는 7절에 따라 크기를 정한다.

표 1 - 본딩 부품의 최소단면적

본딩 부품		재료	단면적 mm2
본딩 바(구리 또는 아연도금강)		Cu, Fe	50
본딩 바에서 접지시스템 또는 다른 본딩 바까지 접속도체		Cu Al Fe	14 22 50
내부 금속설비에서 본딩 바까지 접속도체		Cu Al Fe	5 8 16
SPD용 접속도체	레벨 Ⅰ 레벨 Ⅱ 레벨 Ⅲ	Cu	5 3 1
비고 사용되는 다른 재료는 동일한 저항을 보증하는 단면적이다.

해 설

KS C IEC 61312-1 : 2003 뇌전자파임펄스보호 제1부 -일반원칙의 제 3.4.1.1항의 뇌보호구역 LPZ 0A, LPZ 0B, LPZ 1 사이의 경계에서 본딩에 의하면 본딩 바에서 접지시스템 또는 다른 본딩 바까지에는 뇌격전류의 25% 이상이 흐르며, 내부 금속설비에서 본딩 바까지는 뇌격전류의 25% 미만이 흐르는 것으로 간주하여 본딩 부품의 최소단면적을 정한 것으로 판단된다.

6. 자기차폐와 선로경로

자기차폐는 내부에서의 유도서지의 크기뿐만 아니라 전자계도 줄일 수 있다. 또한 내부선로의 적절한 배치도 유도서지를 최소화할 수 있다. 2가지 대책은 내부시스템의 영구적인 고장을 감소시키는데 효과적이다.

6.1 공간차폐물

공간차폐물은 구조물 전체나 일부 혹은 단일 차폐실, 기기 외함으로 보호되는 구역을 의미한다. 이들은 격자형, 연속 금속차폐물 혹은 구조물 자체의 구성부재로 구성된다.

공간차폐물은 몇몇 장비 부품 대신에 구조물의 정해진 구역을 보호하기 위해 실용적이고 유용한 장소에 사용하는 것이 더 적합하다. 공간차폐물은 신축 구조물 또는 내부시스템의 초기 계획단계에서부터 검토 한다. 기존 설비의 개보수는 고비용으로 되며, 기술적으로도 매우 어렵다.

6.2 내부선로의 차폐

차폐는 보호대상시스템의 배선과 기기에 제한될 수 있다. 내부선로의 차폐물에는 케이블의 금속차폐물, 폐쇄형 금속 케이블덕트, 기기의 금속 외함을 이용한다.

6.3 내부선로의 경로

내부선로의 적절한 경로는 유도루프를 최소화시키며, 구조물 내부에서 서지전압의 발생을 감소시킨다. 폐회로 면적은 접지된 구조물의 자연적 구성부재 가까이에 케이블을 배선하거나 전원선과 신호선을 함께 배선하여 최소화시킬 수 있다.

비고 상호간의 간섭을 피하기 위해서는 전원선과 차폐되지 않은 신호선 사이에는 어느 정도 간격을 유지시킬 필요가 있다.

6.4 외부선로의 차폐

구조물로 인입하는 외부선로의 차폐에는 케이블차폐와 폐쇄형 금속케이블 덕트, 철근에 접속된 콘크리트 케이블덕트 등이 있다. 외부선로의 차폐는 유용하지만, LPMS 설계자의 의무는 아니다.(그 이유는 외부선의 소유자가 보통 네트워크공급자이기 때문이다.)

6.5 자기차폐물의 재료 및 치수

LPZ 0A와 LPZ 1의 경계에서 자기차폐물(격자형 공간차폐물, 케이블차폐, 기기 외함)의 재료 및 치수는 수뢰도체나 인하도선에 대해서는 KS C IEC 62305-3의 요건에 따른다. 특히

- 판상 금속부분, 금속덕트, 배관 혹은 케이블차폐물의 최소 두께는 KS C IEC 62305-3의 표 3에 따른다.

- 격자형 공간차폐물의 구획이나 그 도체의 최소단면적은 KS C IEC 62305-3의 표 6에 따른다.

뇌격전류를 흘리는 것이 목적이 아닌 자기차폐의 경우 다음의 위치에서 자기차폐물의 치수는 KS C IEC 62305-3의 표 3과 표 6을 따르지 않아도 된다.

- 만약 자기차폐물과 LPS 사이의 이격거리 를 만족한다면 LPZ 1/2 혹은 더 높은 레벨 구역의 경계점 (KS C IEC 62305-3의 6.3 참조)

- 만약 구조물에 대한 뇌격으로 인한 위험위험성 를 무시할 수 있다면 LPZ의 경계점 (KS C IEC 62305-2참조)

7 협조된 SPD보호

서지에 대한 내부시스템의 보호는 전원선과 신호선 모두가 협조된 SPD 보호를 이루는 계통적인 접근이 필요하다. SPD 협조에 대한 기본적인 접근(부속서 C 참조)은 두 경우 모두 동일하지만, 전자시스템과 특성(아날로그, 디지털, d.c. 또는 a.c., 저주파수, 고주파수)의 광범위한 다양성 때문에 협조된 SPD 보호시스템의 선정과 시설에 대한 규칙은 전기시스템 단독에 적용하는 SPD의 선정과 시설과는 다르다.

하나 이상의 LPZ(LPZ 1, LPZ 2 보다 높은 레벨)를 갖는 피뢰구역 개념을 이용한 LPMS에서 SPD를 각 LPZ의 선로 인입점에 설치해야 한다(그림 2 참조).

LPZ 1만을 이용하는 LPMS에서 SPD를 적어도 LPZ 1 선로 인입점에 설치해야 한다.

두 경우 모두, 만약 SPD의 위치와 보호대상 기기의 거리가 멀면 추가 SPD를 설치한다(부속서 D 참조).

SPD의 시험요건은 다음의 사항에 따른다.

- 전원계통에 대해서는 KS C IEC 61643-1

- 통신 및 신호시스템에 대해서는 KS C IEC 61643-21

SPD에 의한 협조의 선정 및 설치는 다음 사항을 따른다.

- 전원계통의 보호에 대해서는 KS C IEC 61643-12와 KS C IEC 60364-5-53

- 통신 및 신호시스템의 보호에 대해서는 KS C IEC 61643-22.

협조된 SPD 보호의 선정 및 설치에 관한 일부 기본적인 사항은 부속서 D에 기술되어 있다.

구조물 여러 지점에 설치하는 SPD의 크기(용량)를 결정하기 위한 뇌격에 의해 발생된 서지 크기에 관한 사항은 KS C IEC 62305-1의 부속서 E에 기술되어 있다.

해 설

전위본딩을 해야 할 때 본딩용 도체로 본딩 바에 직접 접속할 수 없는 경우로는 절연된 금속가스관, 상하수도관, 전력용 및 통신용 설비 등이 있으며, 이러한 경우 서지보호장치를 사용하여 본딩 바에 접속한다. 서지보호장치는 평상상태에서는 절연물로 작용하지만 서지가 침입하여 동작상태로 되면 거의 단락상태로 되어 등전위화를 이루게 된다. 전력용 및 통신용 설비에 적용하는 서지보호장치는 평상상태에서는 전력용 및 통신용 설비의 운용에 지장이 없는 동작특성이어 하며, 그리고 뇌서지가 침입하여 동작하면 커다란 뇌서지전류를 흘릴 수 있는 충분한 전류내량을 가져야 한다. 전자회로나 기기가 내장된 설비는 뇌방전에 의해 발생하는 과전압에 매우 취약하기 때문에 등전위본딩 등의 내부피뢰시스템만으로는 확실하게 보호할 수 없는 경우도 있다. 따라서 컴퓨터나 전자회로가 내장된 설비를 보호하기 위해서는 서지보호장치를 설치해야 한다. 보호대상 장치 및 기기의 전기적 내성에 적합한 제한전압, 방전내량 등 보호성능을 구비한 적절한 서지보호장치의 선정과 적용에 관해서는 다음의 KS규격을 참조하는 것이 바람직하다. 우리나라의 서지보호장치의 성능에 대한 한국인증기구(KOLAS)인  공식인증시험기관은 기초전력연구원 등이 있다.

규격번호	규격명
KS C IEC 61312-1: 2003	뇌전자파임펄스보호 제1부 일반원칙
KS C IEC 61643-1: 2003	저압 배전계통의 서지보호장치 - 제1부 : 성능 및 시험방법
KS C IEC 61643-12: 2003	저압 서지보호장치 - 제12부 저압 배전계통의 서지보호장치 - 선정 및 지침
KS C IEC 61643-311: 2003	저압 서지보호장치의 부품 - 제311부 가스방전관 규정
KS C IEC 61643-22: 2008	저압 서지보호장치 - 제22부 통신망과 신호망 접속용 서지보호장치
KS C IEC 60364-4-443: 2002	건축전기설비- 제4부 안전보호 제443절 대기현상 또는 개폐에 기인한 과전압보호
KS C IEC 60364-5-548: 2002	건축전기설비 - 제5부 전기기기의 선정 및 시공 제548절 정보통신설비용 접지설비 및 등전위본딩

8. LPMS의 관리

경제성이 있고 효율적인 보호시스템을 구성하기 위해서 내부시스템에 대한 보호시스템의 설계는 구조물의 시공 전 건물 설계단계에서 이루어지도록 해야 한다. 이것은 구조물의 구성부재 이용으로 최적화 할 수 있으며, 케이블 배치와 기기 위치에 대한 최적조건의 선택이 가능하다.

기존 구조물에 LPMS를 시설하는 비용은 일반적으로 신축 구조건물보다 더 많이 든다. 그러나 LPZ의 적절한 선정과 기존시설의 이용 또는 개량을 통해 투자비용을 최소화할 수 있다.

적절한 보호는

- 설비가 피뢰전문가에 의해 명확하게 제시되고

- LPMS와 건물 시공에 관련된 여러 전문가(예 : 토목기술자와 전기기술자) 사이의 충실한 협조가 이루어지고

- 8.1절의 관리 계획을 따르는

조건에서만 이루어진다.

LPMS는 검사와 유지관리가 이루어져야 한다. 구조물 또는 보호대책에 적절한 변경이 있은 후에는 새로운 위험성평가를 한다.

8.1 LPMS 관리계획

LPMS의 계획과 협조에는 위험성을 허용레벨로 줄이기 위하여 요구된 보호대책을 결정하기 위해 초기위험성평가(KS C IEC 62305-2)로 시작되는 관리계획(표 2 참조)이 필요하다. 이를 달성하게 위해서는 피뢰구역을 결정해야 한다.

표 2 - 신축 건물과 건물의 시공 또는 사용 중 확장 변경에 대한 LPMS 관리계획

단계	목표	실행자
초기위험성분석	LPMS보호의 필요성을 점검한다. 필요시 위험성평가법을 이용하여 적절한 LMPS를 선정한다.	피뢰전문가 건물소유자
최종위험성분석	선정된 보호대책의 가격/이득비를 다시 위험성평가법을 사용하여 최적화해야 한다. 그 결과로 다음 사항을 정한다. - LPL과 뇌격 파라미터 - LPL과 그의 경계	피뢰전문가 건물소유자
LPMS 계획	LPMS의 정의 - 공간차폐 대책 - 본딩망 - 접지시스템 - 선로차폐와 경로 - 인입설비의 차폐 - 협조된 SPD 보호조	피뢰전문가 건물소유자 건축설계자 내부시스템 계획자 관련설비 계획자
LPMS 설계	일반 도면과 설명서 관리자를 위한 목록 준비 시공용 상세도면과 공정표	담당기술자 또는 그와 동등한 자격자
감독을 포함한 LPMS의 시공	시공의 품질 문서화 가능하면 상세도의 수정	피뢰전문가 LPMS의 시공자 담당기술자 감독자
LPMS의 승인	시스템의 상태를 점검하고 문서화한다.	독립 피뢰전문가 감독자
정기적인 검사	LPMS의 타당성을 확인	피뢰전문가 감독자
KS C IEC 62305-2 참조 시공에 대한 지식과 EMC에 관한 넓은 지식이 있는 자

KS C IEC 62305-1에 정의된 LPL에 따르면 채택된 보호대책은 다음 단계로 실행되어야 한다.

- 본딩망과 접지시스템으로 구성되는 접지시스템을 시설해야 한다.

- 외부 금속 부분과 인입설비는 직접 또는 적절한 SPD를 사용하여 본딩해야 한다.

- 내부시스템은 본딩망으로 통합되어야 한다.

- 선로 경로와 선로 차폐가 결합하여 공간차폐가 이루어진다.

- SPD에 의한 보호 협조에 대한 요건을 결정해야 한다.

- 기존 구조물에 대해서는 특별한 대책이 필요할 수도 있다(부속서 B 참조).

이러한 사항을 실행한 후, 선택된 보호대책에 대한 가격/이득비를 다시 위험성 평가법을 사용하여 재평가하고 최적화한다.

8.2 LPMS의 검사

검사는 기술문서의 점검과 육안검사, 시험측정으로 이루어진다. 검사의 목적은

- LPMS가 적절하게 설계되었는지

- LPMS는 설계기능을 실행할 수 있는지

- 새롭게 추가된 보호대책이 LPMS와 적절하게 통합되었는지

를 확인하는 것이다.

검사는

- LPMS를 시공하는 동안

- LPMS를 시공한 후

- 정기적으로

- LPMS와 관련된 부품의 교체 후

- 가능한 경우 구조물에 뇌격이 친 후(뇌격 카운터가 지시한 장소, 구조물에 섬광이 비칠 때 목격자의 증언으로 확인된 장소, 구조물에 뇌격 관련 손상을 육안으로 확인된 장소)

로 이루어진다.

정기적인 검사의 빈도는

- 부식성 토양, 부식성 대기조건과 같은 지역 환경

- 사용된 보호대책의 유형

을 고려하여 결정해야 한다.

해 설

해설 : (1) KS C IEC 62305규격군은 기본적으로 성능에 관한 규격으로 구체적인 대응에 대해서는 관계자의 결정사항으로 되어 있으므로 정기검사에 대한 구체적인 회수는 규정되어 있지 않다. 그러나 정기검사는 기본조건이며, 검사의 빈도, 검사항목 등은 피뢰시스템에 대한 환경조건, 주위에 미치는 영향 등 여러 가지 조건을 고려하여 피뢰시스템의 관리책임자가 결정해야 한다. 피뢰시스템의 기능을 유지하기 위해서는 피뢰시스템 구성요소의 단선, 부식, 용해, 접속불량 등을 미연에 방지하고, 접지저항의 변화에도 유의해야 한다. 피뢰시스템의 기능을 떨어뜨리거나 상실하게 하는 부식, 파손, 접속 상태 및 접지저항의 변동 등의 요인은 보호대상물의 입지조건, 환경조건, 용도 등에 크게 영향을 받으므로 피뢰설비 관리책임자는 이들 요인의 정도를 고려하여 피뢰시스템의 검사주기, 검사항목 등을 결정해야 한다.

건축물의 옥상에 설치된 수뢰부시스템은 대기오염에 의한 부식, 경년에 따른 접속의 풀림, 기계적 손상을 받을 위험성이 있다. 또한 지중에 시설되어 있는 접지극시스템도 부식될 수 있으며, 접지저항도 변동될 수 있으므로 감시해야 한다.

피뢰시스템의 기능을 안전하게 확보하기 위해서는 정기적으로 피뢰시스템을 검사할 필요가 있으며, 연 1회 이상 검사하는 것이 바람직하다. 또한 건축물의 증축, 개보수 및 낙뢰가 입사된 것이 확인되었을 때는 임시검사를 할 필요가 있다.

(2) 접지극을 시공 중에 검사하는 목적은 접지시스템을 시설한 후 무엇인가의 원인에 의해서 시험용 접속점보다 하부에 위치한 인하도선 및 접지시스템이 시공 도중에 절단 혹은 형상이 파손되지는 않았는지를 확인하는 것이다. 접지시스템의 ① 부품의 재질과 치수의 확인, ② 접지극 형상과 설치위치의 확인, ③ 인하도선과의 접속 상태의 확인, ④ 접지저항의 측정에 의한 확인 등의 항목에 대하여 검사한다.

(3) 피뢰시스템에서 자연적 구성부재의 접지극(구조체 접지극)으로 구성된 접지시스템의 접지저항의 측정은 필요하지 않다. 그러나 구조체 접지극을 접지저항 값의 확인이 요구되는 보안용 및 기능용 접지와 겸용하는 경우는 접지저항의 측정이 필요하다. 구조체 접지극의 접지저항은 주로 ① 전위강하법, ② 대지저항률의 측정을 기초로 하는 예측방법 등으로 측정/산출한다.

8.2.1 검사 절차

8.2.1.1 기술문서의 점검

새로운 LPMS의 시공 후에 관련된 규격의 적합성과 완성도를 점검하여 기술문서를 작성해야 한다. 결국, 기술문서는 LPMS의 확장 또는 교체 후에 계속적으로 개선해야 한다.

8.2.1.2 육안검사

육안검사는

- 느슨한 접속점이 없는지 또는 도체와 접속점에 우연히 발생한 파손은 없는지

- 특히 지표면에서 부식으로 인한 피뢰시스템의 약화된 부분은 없는지

- 본딩도체와 케이블차폐는 건전한지

- 보다 높은 레벨의 보호대책이 요구되는 추가 또는 변경해야 할 것은 없는지

- SPD와 SPD의 퓨즈, 단로기에 대한 손상 징후는 없는지

- 적절한 선로 경로가 유지되었는지

- 공간차폐에 안전거리가 유지되는지

를 확인하기 위해 실행해야 한다.

8.2.1.3 측정

검사과정에서 육안으로 볼 수 없는 접지시스템과 본딩망의 일부분에 대해서는 전기적 연속성 측정을 실행한다.

8.2.2 검사 문서

검사 지침은 절차가 용이하도록 준비한다. 지침에는 설비와 그 부품, 시험 방법, 시험 자료의 모든 상태를 기록할 수 있도록 검사자의 업무에 도움이 되는 충분한 정보를 문서화할 수 있다.

검사자는 기술문서와 이전의 검사기록이 첨부된 보고서를 작성해야 한다. 검사보고서에는

- LPMS의 전반적인 상태

- 기술문서로부터 벗어난 정도

- 측정 결과

에 관련된 정보를 포함시켜야 한다.

8.3 유지관리

검사 후에 확인된 모든 결함은 지체 없이 수정해야 한다. 필요하다면 기술문서를 갱신해야 한다.

해 설

피뢰시스템의 성능유지와 신뢰성 확보를 위해서 정기검사 기본요건이다. 피뢰시스템에서 결함이 확인되면 지체없이 수리해야 한다.

부속서 A (참고)

LPZ에서 전자계 환경의 평가에 대한 기초

이 부속서는 LEMP에 대한 보호에 사용될 수 있는 LPZ 내부에서 전자계 환경을 평가하기 위한 정보를 제공한다. 또한 이러한 정보는 전자계 장해에 대한 보호에도 적합하다.

A.1 낙뢰에 기인되는 전기전자시스템에 대한 악영향

A.1.1 손상 원인

손상의 주요 원인은 뇌격전류와 뇌격전류에 의한 자계이며, 이 자계는 뇌격전류와 같은 파형을 갖는다.

비고 보호 측면에서 낙뢰에 관련된 전계의 영향은 보통 미미하다.

A.1.2 손상 대상물

단지 서지와 자계에 대한 제한된 내력을 갖는 구조물 또는 구조물 내부에 설치된 내부 시스템은 뇌격과 수반되는 자계의 영향을 받을 때 손상을 입게 되거나 비정상적으로 동작한다.

구조물 외부에 설치한 시스템이 만약 노출된 장소에 위치한다면 감쇠되지 않은 자계와 직격뢰의 전 뇌격전류로 된 서지에 의해 위험에 처할 수 있다.

구조물 내부에 설치한 시스템은 남아 있는 감쇠된 자계와 전도 또는 유도 내부서지 및 인입선을 통해 전도된 외부서지에 의해 위험에 처할 수 있다.

기기 내력에 관한 세부 사항은 다음의 규격과 관련된다.

- 전원설비의 내력은 KS C IEC 60664-1에 정의되어 있다.

- 통신장비의 내력은 ITU-T K.20과 K.21에 정의되어 있다.

- 일반 기기의 내력은 제품규격에 정의되어 있거나 다음과 조건으로 시험될 수 있다.

• 1.2/50 μs 파형의 시험전압 : 0.5-1-2-4 kV 및 8/20 μs 파형의 시험전류 : 0.25-0.5-1-2 kA로 KS C IEC 61000-4-9에 따르는 전도서지에 대한 시험.

비고 특정 기기에 대하여 앞에서 언급한 규격의 요건을 만족시키기 위하여, 요건들은 내부 SPD에 부합되도록 한다. 이런 내부 SPD의 특성은 협조 요건에 영향을 미치게 된다.

• 100-300-1000 A/m의 8/20 μs 파형으로 KS C IEC 61000-4-9 및 10-30-100 A/m의 1 MHz 파형으로 KS C IEC 61000-4-10을 이용한 자계에 대한 시험

관련 EMC 제품규격으로 정의된 것처럼 무선 주파수(RF), 방사성분 방출 및 내성 시험을 따르지 않는 장비는 장비 내부로 직접 방사된 자계에 의해 위험에 처할 수 있다. 한편 이들 규격에 따르는 장비의 고장은 무시할 수 있다.

A.1.3 손상 대상물과 손상 원인 사이의 결합메카니즘

장비의 내력은 손상의 원인과 양립될 필요가 있다. 이것을 달성하려면 결합메카니즘은 적당한 피뢰구역(LPZ)을 만들어 적절하게 조절될 필요가 있다.

A.2 공간차폐 및 선로경로와 선로차폐

A.2.1 일반사항

구조물 또는 부근의 대지에 발생한 뇌격으로 인한 LPZ 내부에 발생된 자계는 단지 LPZ 공간차폐만으로 감소시킬 수 있다. 전자시스템에 유도된 서지는 공간차폐, 또는 선로 경로와 차폐, 또는 두 가지 방법의 결합으로 최소화할 수 있다.

피뢰구역 LPZ 0, LPZ 1, LPZ 2로 구성된 구조물에 뇌격이 친 경우 LEMP 예를 그림 A.1에 나타내었다. 보호하고자 하는 전자시스템은 LPZ 2 내부에 설치된다.

1. 손상의 주 원인 - LEMP

LPL Ⅰ부터 Ⅳ에 따른 파라미터의 정의에 따라

KS C IEC 62305-1           임펄스 10/350 μs (그리고 0.25/100 μs)	200-150-100-100 kA

임펄스 10/350 μs (그리고 0.25/100 μs)	로부터 유도

2. 전력설비의 내력

공칭전압 230/400 V와 277/480 V에 대한 과전압 범주 Ⅰ에서 Ⅳ에 대한 정의에 따라

KS C IEC 60664-1       U   과전압 범주 Ⅰ에서 Ⅳ	6-4-2.5-1.5 kV

3. 통신설비의 내력

ITU 권고 K.20 또는 K.21

4. 적절한 제품 규격이 없는 장비에 대한 시험

장치(손상 대상물)의 내력

전도성(U,I) 뇌격의 영향에 대한 정의로부터

KS C IEC 61000-4-5         임펄스 1.2/50 μs	4-2-1-0.5 kV

임펄스 8/20 μs	2-1-0.5-0.25 kA

5. 관련 EMC 제품 규격을 따르지 않는 장비에 대한 시험

장치(손상 대상물)의 내력

방사된(H) 뇌격의 영향에 대한 정의로부터

KS C IEC 61000-4-9       H   임펄스 8/20 μs	4-2-1-0.5 kV

(감쇠진동 25 kHz), =10 μs

KS C IEC 61000-4-10      H   임펄스 0.2/0.5 μs,

(감쇠진동 1 MHz), =0.25 μs	100-30-10 A/m

그림 A.1 - 뇌방전으로 인한 LEMP 상태

전자시스템에 대한 주요 전자계 손상 원인은 뇌격전류 와 자계 이다. 뇌격전류의 일부는 인입설비에 흐르며, 이 전류와 자계의 파형은 동일하다. 여기에 고려하는 뇌격전류는 최초뇌격 (전형적으로 긴 파미를 가지는 10/350 μs 파형)와 후속뇌격 (0.25/100 μs 파형)로 구성된다. 최초 뇌격전류 는 자계 를 발생시키고, 후속 뇌격전류 는 자계 를 발생시킨다.

자계유도영향은 주로 자계의 상승하는 파두에 의해 발생된다. 그림 A.2에 나타낸 바와 같이  의 상승하는 파두는 최대값 를 갖는 25 kHz의 감쇠진동파와 10 μs의 최대 값까지의 시간 으로 특성을 나타낼 수 있다. 같은 방법으로 의 상승하는 파두는 0.25 μs의 최대 값까지의 시간  시간과 최대 값 를 갖는 1 MHz의 감쇠진동파로 나타낼 수 있다.

최초 뇌격의 자계는 전형적인 주파수 25 kHz로 나타나며, 후속뇌격의 자계는 전형적인 주파수 1 MHz로 나타난다. 이런 주파수의 감쇠진동 자계는 KS C IEC 61000-4-9와 KS C IEC 61000-4-10 규격에서 시험을 목적으로 정의된다.

LPZ의 경계점에 SPD의 설치와 자기차폐를 시설함으로써, 와 로 정의된 비감쇠 뇌격의 영향은 손상 대상물의 내력으로 감소된다. 그림 A.1에 나타낸 바와 같이, 손상 대상물은 주변 자계 와 전도성 뇌격전류 와 전압 에 견딜 수 있게 된다.

에서 로, 에서 로의 감소에 대한 설명은 부속서 C에 기술되어 있다. 그러나 의 매우 작은 값인 로의 감소에 대한 설명은 다음과 같다.

격자형 공간차폐물인 경우, LPZ 내부의 자계(, ) 파형이 외부의 자계() 파형과 같다고 가정한다.

그림 A.2에 나타낸 감쇠진동 파형은 KS C IEC 61000-4-9와 KS C IEC 61000-4-10 규격에 정의된 시험을 따르고, 최초 뇌격 와 후속뇌격  자계의 상승으로 인하여 발생된 자계에 대한 장비의 내력을 결정하는데 이용할 수 있다.

유도 폐회로(A.4절 참조)에 결합되어 자계에 의해 발생된 유도서지는 장비의 내력과 같거나 더 작도록 한다.

기본 규격 : KS C IEC 61000-4-9

그림 A.2a - 단일 임펄스 8/20 μs (감쇠 25 kHz 진동)에 의한 최초뇌격(10/350 μs)의 자계 상승의 모의

기본 규격 : KS C IEC 61000-4-10

그림 A.2b - 감쇠 1 MHz 진동(다중 임펄스 0.2/0.5 μs)에 의한 후속뇌격(0.25/100 μs)의 자계 상승 모의

비고 1 비록 최대값까지의 시간 와 파두시간 의 정의가 다르지만, 적정한 근사를 위해 여기에서는 이들 값의 동일한 것으로 간주한다.

비고 2 최대값의 비율  :  = 4 : 1

그림 A.2 - 감쇠진동을 하는 자계의 상승에 대한 모의

A.2.2 격자형 공간차폐물

실제로 LPZ의 대형 공간차폐물은 보통 천장, 벽, 바닥 내부의 금속 보강재, 철골, 금속 지붕, 금속 외관 같은 구조물의 구성부재에 의해 만들어진다. 더불어 이런 구성부재는 격자형 공간차폐물을 형성한다. 효과적인 차폐를 위해서는 보통 메시폭을 5 m 이하로 할 필요가 있다.

비고 1 만약 LPZ 1이 5 m 이상인 전형적인 간격과 폭으로 KS C IEC 62305-3에 따라 표준 외부 LPS에 의해 만들어진다면 차폐효과는 무시될 수도 있다. 반면에 많은 구조적 철근 기둥으로 이루어진 대형 철골조 건물은 충분한 차폐효과를 가진다.

비고 2 후속 내부 LPZ 차폐는 공간차폐대책의 채택, 폐쇄된 금속 선반이나 캐비넷의 사용, 또는 장비의 금속 외함을 이용함으로써 달성될 수 있다.

그림 A.3은 실제로 콘크리트 내의 철근과 철골조가 방이나 건물에서 큰 공간차폐가 되도록 어떻게 이용되는지를 나타내고 있다.

• 모든 철근과 교차점에서 용접과 클램프(죔쇠)로 이음

비고 실제로 대형의 구조물에 대해서 모든 점에서 클램프하거나 용접을 할 수는 없다. 그러나 각 지점의 대부분은 자연스럽게 직접 접촉되어 접속되거나 또는 추가적인 선으로 접속된다. 그러므로 실질적인 방법으로 약 매 1 m 지점마다 접속될 수 있다.

그림 A.3 - 금속 보강재와 철골조로 이루어진 대형 공간차폐물

전자시스템은 LPZ의 차폐물로부터 안전거리를 고려한 “안전 공간” 안에 위치해야 한다(그림 A.4 참조). 그 이유는 차폐물에 흐르는 뇌격전류의 일부분(특히, LPZ 1)에 의해 차폐물 근처에는 비교적 높은 자계가 발생하기 때문이다.

비고 보호 공간 는 LPZ n의 차폐물로부터 안전거리  또는 를 유지한다.

그림 A.4 - 내부 LPZ n 안쪽에서 전기전자시스템에 대한 보호 공간

A.2.3 선로경로와 선로차폐

전자시스템에 유도되는 서지는 적절한 선로경로(유도 폐회로면적의 최소화), 차폐케이블이나 금속제 케이블덕트(내부 유도효과의 최소화) 또는 그 두 개를 결합하여 사용함으로써 감소시킬 수 있다(그림 5참조).

전자시스템에 접속된 도전케이블은 가능한 한 본딩망의 금속 성분에 가까운 경로로 배치한다. 본딩망의 금속 외함, 예를 들면 U자형 관 또는 금속 간선로에 이런 케이블을 배치하는 것이 이롭다(IEC 61000-5-2 참조).

LPZ의 영역에서 상당한 크기의 자계가 발생하므로 LPZ(특히 LPZ 1)의 차폐물 가까이에 케이블을 설치할 때 특별한 주의를 기울인다.

분리된 구조물 사이에서 설치된 케이블의 보호가 필요할 때 케이블은 금속 케이블 덕트에 설치한다. 이런 덕트의 양 끝점을 분리된 구조물의 본딩 바에 본딩한다. 만약 케이블차폐물(두 끝점에 저속된)에 예상되는 뇌격전류의 일부가 흐를 수 있다면, 추가적인 금속 케이블 덕트는 불필요하다.

설비에 의하여 형성된 폐회로에 유도된 전압과 전류는 전자시스템에서 공통모드 서지를 유발시키며, 이런 유도전압과 전류의 계산은 A.4절에 설명되어 있다.

그림 A.6은 대형 사무실 건물의 예를 나타낸다.

- 차폐물은 LPZ 1에 대해는 금속 외관과 철근 보강재로, LPZ 2 내의 민감한 전자시스템에 대해서는 차폐된 외함으로 이루어진다. 좁은 메시 본딩시스템을 설치하기 위해서는 각 방에 수 개의 본딩단자를 시설한다.

- LPZ 0는 20 kV의 전원장치를 수용하기 위해서 LPZ 1으로 확장되어야 한다. 그 이유는 이러한 특별한 경우에는 입구에 들어서자마자 고압 측에 SPD의 설치가 불가능하기 때문이다.

그림 A.5a - 보호되지 않은 시스템

그림 A.5b - 공간차폐에 의한 내부 LPZ 안쪽 자계의 감소

그림 A.5c - 선로차폐를 통하여 선로에 대한 자계의 영향 감소

그림 A.5d - 적절한 선로경로에 의한 유도 폐회로 면적의 감소

범 례

1. 금속 외함 내의 장치                           2. 전원선

3. 데이터선로                                    4. 유도 폐회로

5. 외부 공간차폐                                 6. 선로의 금속차폐

그림 A.5 - 선로경로와 차폐대책에 의한 유도효과의 감소

그림 A.6 - 사무실 건물에 대한 LPMS의 예

A.3 LPZ내부의 자계

A.3.1 LPZ내부의 자계에 대한 개산

만약 차폐의 효용성에 대한 이론적, 실험적 조사가 수행되지 않는다면 감쇠는 다음과 같이 평가되어야 한다.

A.3.1.1 직격뢰의 경우 LPZ 1의 격자형 공간차폐물

건물의 차폐물(LPZ 1을 둘러싸는 차폐물)은 외부 LPS의 일부분이며, 직격뢰로 인한 전류는 차폐물을 따라 흐른다. 이 상황은 뇌격이 지붕 임의의 한 지점에 내려쳤을 때를 가정하여 그림 A.7a에 나타내었다.

LPZ 1의 내부

비고 거리 와 은 고려되는 지점에 의해 결정된다.

그림 A.7a - LPZ 1 내부의 자계

비고 거리 와 은 LPZ 2의 경계에 의해 결정된다.

그림 A.7b - LPZ 2 내부의 자계

그림 A.7 - 직격뢰의 경우 자계의 세기에 대한 평가

LPZ 1 내부 임의의 지점에서 자계의 세기 의 평가에는 다음의 공식을 적용한다.

[eqn: H _{1} =k _{H} ․i _{0} ․w/(d _{w} ․ sqrt {d _{r}} )``] (A/m)	(A.1)

여기에서

고려하는 점과 차폐된 LPZ 1 지붕사이의 가장 짧은 거리 m

고려하는 점과 차폐된 LPZ 1 벽사이의 가장 짧은 거리 m

LPZ 0A에 흐르는 뇌격전류 A

구조계수, [eqn: (1/ sqrt {m} )], 전형적으로 [eqn: k _{H} =0.001`(1/ sqrt {m} )]

LPZ 1의 격자형 차폐물의 메시폭 m

이 공식의 결과는 LPZ 1 내부에서 자계의 최대값이다. (아래 비고의 조건을 고려할 때)

- 최초뇌격에 의한 경우 : [eqn: H _{1/f/max} =k _{H} ․i _{f/maz} ․w/(d _{w} ․ sqrt {d _{r}} )] (A/m)	(A.2)

- 후속뇌격에 의한 경우 : [eqn: H _{1/s/max} =k _{H} ․i _{s/maz} ․w/(d _{w} ․ sqrt {d _{r}} )] (A/m)	(A.3)

여기서,

[eqn: i _{eqalign{f/max# }}]   피뢰레벨에 따른 최초뇌격전류의 최대값 A

[eqn: i _{eqalign{s/max# }}]   피뢰수준에 따른 후속뇌격전류의 최대값 A

비고 만약 메시 본딩망이 5.2절에 따라 설치된다면 자계의 세기는 1/2로 감소한다.

이 자계의 세기는 차폐물로부터 안전거리 [eqn: d _{s/1}]만큼 떨어진 격자형 차폐물 내부의 안전 공간 Vs에만 유효하다.

[eqn: d _{s/1} =w] (m)	(A.4)

예

예를 들어, 표 A.1에 제시된 치수와 평균 메시 폭 w = 2 m를 갖는 3가지 구리 격자형 차폐물을 고려한다(그림 A.10 참조). 이 경우 안전 공간[eqn: V _{s}] 를 정의하는 안전거리 [eqn: d _{s/1} =2.0] m이다. [eqn: V _{s}] 내부에서 유효한 [eqn: H _{1/max}]값은 [eqn: i _{eqalign{0/max# }} =100] kA로 계산되며, 그 값을 표 A.1에 나타내었다. 지붕까지의 거리는 높이의 반(1/2)이다 : [eqn: d _{r} =H/2]. 벽까지 거리는 길이의 반(1/2) : [eqn: d _{w} =L/2] (중앙) 또는 [eqn: d _{w} =d _{s/1}](벽 근처에 있을 때가 최악의 경우)이다.

표 A.1 - [eqn: i _{eqalign{0/max# }} =100] kA와  = 2 m에 대한 예

차폐물의 유형 (그림 A.10 참조)	[eqn: L TIMES W TIMES H] m	[eqn: H _{1/max}](중앙) A/m	[eqn: H _{1/max}]([eqn: d _{w} =d _{s/1}]) A/m
1	10×10×10	179	447
2	50×50×10	36	447
3	10×10×50	80	200

A.3.1.2 근방 뇌격의 경우 LPZ 1의 격자형 공간차폐물

근방 뇌격의 경우를 그림 A.8에 나타내었다. LPZ 1로 차폐된 공간 주변의 입사 자계는 평면파로 근사화할 수 있다.

비차폐

내부 LPZ 1

내부 LPZ 2

그림 A.8 - 근방 뇌격의 경우 자계의 세기의 평가

평면파에 대한 격자형 공간차폐물의 차폐계수 를 아래 표 A.2에 나타내었다.

표 A.2 - 평면파에 대한 격자형 공간차폐물의 자계의 감쇠

재료	(dB) (비고 1과 2 참조)
	25 kHz (최초뇌격에 대해 유효)	1 MHz (후속뇌격에 대해 유효)
구리 또는 알루미늄	[eqn: 20․log(8.5/w)]	[eqn: 20․log(8.5/w)]
강철(비고 3 참조)	[eqn: 20․log[(8.5/w)/ sqrt {1+18․10 ^{-6} /r ^{2}} ]]	[eqn: 20․log(8.5/w)]
격자형 차폐물의 메시폭 m 격자형 차폐물의 봉(rod)의 반경 m
비고 1 공식의 결과가 음(-)인 경우 = 0 비고 2 만약 5.2절에 따른 메시형 본딩망이 설치된다면 는 6 dB까지 증가한다. 비고 3 비투자율 [eqn: mu _{r} APPROX 200]

입사 자계의 세기 [eqn: H _{0}]는 다음 공식을 이용하여 계산한다.

[eqn: H _{0} =i _{0} /(2 pi ․s _{a} )] (A/m)	(A.5)

여기서

[eqn: i _{0}]    LPZ [eqn: 0 _{A}]에서 뇌격전류 A

뇌격지점과 차폐된 공간 중심사이의 거리 m

이로부터 LPZ 0에서 자계의 최대값은 다음과 같다.

• 최초뇌격의 경우 : [eqn: H _{0/f/max} =i _{f/max} /(2․ pi ․s _{a} )] (A/m)	(A.6)

• 후속뇌격의 경우 : [eqn: H _{0/s/max} =i _{s/max} /(2․ pi ․s _{a} )] (A/m)	(A.7)

여기서

[eqn: i _{eqalign{f/max# }}]   선택된 피뢰레벨에 따른 최초뇌격전류의 최대값 A

[eqn: i _{eqalign{s/max# }}]   선택된 피뢰레벨에 따른 후속뇌격전류의 최대값 A

LPZ 1 내부에서 [eqn: H _{0}]의 [eqn: H _{1}]로 감소는 표 A.2에서 주어진 값을 이용하여 산출할 수 있다.

[eqn: H _{1/max`} =H _{0/max} /10 ^{SF/20}] (A/m)	(A.8)

여기서

dB  표 A.2의 공식으로부터 구한 차폐계수

[eqn: H _{0/max}]   LPZ 0에서 자계의 세기 A/m

이로부터 LPZ 1에서 자계의 최대값은 다음과 같다.

최초뇌격의 경우 : [eqn: H _{1/f/max`} =H _{0/f/max} /10 ^{SF/20}] (A/m)	(A.9)

후속뇌격의 경우 : [eqn: H _{1/s/max`} =H _{0/s/max} /10 ^{SF/20}] (A/m)	(A.10)

이 자계의 세기는 차폐물로부터 안전거리 [eqn: d _{s/2}]를 갖는 격자형 차폐물 내부에 안전 공간[eqn: V _{s}] 에 대해서만 유효하다(그림 A.4 참조).

[eqn: d _{s/2} =w․SF/10] (m),	(A.11)

[eqn: d _{s/2} =w`] (m),	(A.12)

여기에서

표 A.2의 공식으로부터 구한 차폐계수 dB

격자형 차폐물의 메시폭 m

근방 뇌격의 경우 격자형 차폐물 내부에서 자계의 세기의 계산에 관한 추가적인 사항은 A.3.3절을 참조하라.

예)

근방 뇌격의 경우 LPZ 1 내부의 자계의 세기 [eqn: H _{1/max}]는 뇌격전류 [eqn: i _{eqalign{0/max# }}]와 LPZ 1의 차폐물의 차폐계수 및 뇌격 채널과 LPZ 1 중심사이의 거리 [eqn: s _{a}]에 의존한다(그림 A.8 참조).

뇌격전류 [eqn: i _{eqalign{0/max# }}]는 선택된 LPL에 의존한다(KS C IEC 62305-1 참조). 차폐계수 (표 A.2 참조)는 주로 격자형 차폐물의 메시폭의 함수이며, 거리[eqn: s _{a}]는 다음 둘 중 하나이다.

- 보호대상물에 뇌격이 친 경우 LPZ 1의 중심과 보호대상물 근처(예, 기둥) 사이의 거리

- LPZ 1 근방 대지에 뇌격이 친 경우 뇌격 채널과 LPZ 1 중심 사이의 최소 거리

그 때 최악의 조건은 가장 가까운 거리 [eqn: s _{a}]와 결합된 가장 높은 전류 [eqn: i _{eqalign{0/max# }}]이다. 그림 A.9에서 나타낸 바와 같이 이 최소거리 [eqn: s _{a}]는 구조물(LPZ 1)의 높이 와 길이 (각각 폭 ), 그리고 전기기하학적 모델(KS C IEC 62305-1, A.4절 참조)로부터 정의된 [eqn: i _{eqalign{0/max# }}](표 A.3 참조)에 상응하는 회전구체의 반경 의 함수이다.

그림 A.9 - 회전구체의 반경과 구조물 치수에 의존하는 거리[eqn: s _{a}]

이 거리는 다음과 같이 계산할 수 있다.

[eqn: s _{a} = sqrt {2․r․H-H ^{2}} ```+L/2`],  <	(A.13)

[eqn: s _{a} =r+L/2``],	(A.14)

비고 구조물에 직접 뇌격이 내려친 경우의 최소값보다 더 작은 거리

표 A.4에 주어진 치수를 갖는 전형적인 3가지 차폐물이 정의된다. 평균 메시폭  = 2 m를 갖는 구리 격자형 차폐라고 가정한다. 이 경우 안전 공간 [eqn: V _{s}]를 정의하는 차폐계수  = 12.6 dB와 안전거리[eqn: d _{s/2} =2.5] m이다. [eqn: V _{s}] 내부 어디서든 유효하다고 가정되는 [eqn: H _{0/max}]와 [eqn: H _{1/max}]값은 [eqn: i _{eqalign{0/max# }} =100] kA에 대하여 계산되며, 이 결과를 표 A.4에 나타내었다.

표 A.3 - 최대 뇌격전류에 상응하는 회전구체의 반경

피뢰레벨	최대 뇌격전류 [eqn: i _{eqalign{0/max# }}] kA	회전구체의 반지름 m
Ⅰ	200	313
Ⅱ	150	260
Ⅲ-Ⅳ	100	200

표 A.4 -  = 12.6 dB에 상응하는[eqn: i _{eqalign{0/max# }} =100] kA와  = 2 m에 대한 예

차폐물의 유형 (그림 A.10 참조)	[eqn: L TIMES W TIMES H] m	[eqn: S _{a}] m	[eqn: H _{0/max}] A/m	[eqn: H _{1/max}] A/m
1	10×10×10	67	236	56
2	50×50×10	87	182	43
3	10×10×50	137	116	27

A.3.1.3 LPZ 2와 더 높은 구역의 격자형 공간차폐물

LPZ 2와 더 높은 구역의 격자형 차폐물에는 뇌격전류가 많이 흐르지 않을 것이다. 그러므로 첫 번째 접근방법으로 LPZ n+1 내부에서 Hn을 Hn+1로의 감소는 근방 뇌격에 대하여 A.3.1.2절에 주어진 것처럼 평가할 수 있다.

(A/m)	(A.15)

여기에서

: 표 A.2의 차폐계수 dB

: LPZ n 내부의 자계의 세기 A/m

만약 이면 이 영역의 자계의 세기는 다음과 같이 평가할 수 있다.

- LPZ 1의 격자형 차폐물에 직격뢰가 친 경우 A.3.11절과 그림 A.7b를 참조하고, 동시에 와 은 각각 LPZ 2의 차폐물과 벽사이 그리고 LPZ 2의 차폐물과 지붕 사이의 거리이다.

- LPZ 1 근처에 뇌격이 친 경우 A.3.1.2절과 그림 A.8을 참조한다.

이 자계의 세기는 단지 A.3.1.2절에 정의된 것처럼 차폐물로부터 안전거리 인 격자형 차폐물 내부의 안전 공간 에 대해서만 타당하다(그림 A.4 참조).

A.3.2 직격뢰에 의한 자계의 이론적 평가

A.3.1.1.에서 자계의 세기 을 평가하는 공식은 그림 A.10에 나타낸 것처럼 3가지 유형의 격자형 차폐물에 대하여 수치적 자계의 계산을 기초로 한다. 이 계산을 위해 지붕의 끝 중 하나에서의 뇌격이 친 것으로 가정한다. 뇌격 채널은 지붕꼭대기에 세운 길이 100 m의 수직도체 봉으로 모의한다. 이상적인 도전성 판은 대지면을 모의한다.

그림 A.10 - 격자형 대형 차폐물의 유형

계산에서 모든 봉과 모의 뇌격채널을 포함하여 격자형 차폐물 내부의 모든 봉의 자기적 결합을 고려하며, 격자 내의 전류분포를 계산하기 위한 일련의 방정식을 구한다. 이 전류분포로부터 차폐물 내부의 자계의 세기를 유도하며, 봉의 전기저항은 무시할 수 있다. 그러므로 격자형 차폐물 내의 전류분포와 자계의 세기는 주파수와 관계없다. 또한 용량성 결합도 과도적 영향을 피하기 위해 무시된다.

유형 1인 차폐물의 경우(그림 A.10 참조)에 대한 결과의 일부를 그림 A.11과 그림 A.12에 나타내었다.

그림 A.11 - 유형 1 격자형 차폐물 내부에서 자계의 세기

그림 A.12 - 유형 1 격자형 차폐물 내부에서 자계의 세기

모든 경우 최대 뇌격전류  = 100 kA로 가정하였다. 두 그림에서  은 한 점의 최대 자계의 세기이고, 벡터성분 , , 으로부터 얻어진다.

= [eqn: sqrt {H _{x} ^{2} +H _{y} ^{2} +H _{z} ^{2}}]	(A.16)

그림 A.11에서 는 뇌격점(x = y = 0, z = 10 m)에서 출발하여 공간의 중앙(x = y = 5 m, z = 5 m)까지 이어지는 직선을 따라 계산한 결과이다. 는 이 선상의 각 점에서 x좌표의 함수로 나타내었으며, 여기서 파라미터는 격자형 차폐물의 메시폭 이다.

그림 A.12에서 는 차폐물 안의 두 점(점 A : x = y = 5 m, z = 5 m, 점 B : x = y = 7 m, z = 7 m)에 대하여 계산한 결과이다. 이 결과를 메시폭 의 함수로 나타내었다.

두 그림은 격자형 차폐물 내의 자계 분포를 지배하는 벽이나 지붕으로부터의 거리, 그리고 메시 폭과 같은 주 파라미터의 영향을 나타낸다.

그림 A.11에서 차폐공간을 통과하는 다른 선을 따라서는 자계의 세기 의 벡터성분의 0-축과의 교차 및 부호의 변화를 관찰할 수 있다. 그러므로 A.3.1.1절의 공식은 격자형 차폐물 내의 실제 자계 분포와 더 복잡한 차폐물 내의 자계분포에 대한 제1차 근사이다.

A.3.3 직격뢰에 의한 자계의 실험적 평가

차폐된 구조물 내부의 자계는 또한 실험적 방법을 사용하여 결정할 수 있다. 그림 A.13은 뇌격전류발생기를 이용하여 차폐된 구조물의 임의의 점에 직격뢰가 친 것에 대한 모의를 위한 방안을 나타낸다. 보통 이런 실험은 낮은 전류레벨로 실행되지만 모의하는 뇌격전류의 파형은 실제의 뇌방전과 동일하다.

그림 A.13a - 시험 배치

범 례

일반적으로 약 10 kV

일반적으로 약 10 nF

그림 A.13b - 뇌격전류발생기

그림 A.13 - 차폐된 구조물 내부의 자계를 평가하기 위한 낮은 레벨(low level) 시험

A.4 유도전압과 전류의 계산

단지 그림 A.14와 같은 직사각형 루프를 고려한다. 다른 모양의 루프는 동일한 루프면적을 가지는 직사각형 구조로 변형시킨다.

그림 A.14 - 선으로 만들어진 루프에 유도된 전압과 전류

A.4.1 직격뢰의 경우 LPZ 1 내부의 상태

LPZ 1의 공간  내부의 자계의 세기 에 대해서는 다음 수식을 적용한다(A.3.1.1절 참조).

= ․․/(․[eqn: sqrt {d _{r}}]) (A/m)	(A.17)

개방회로 전압 는 다음과 같다.

= ․․ln․․(/[eqn: sqrt {d _{l/r}}])․ (V)	(A.18)

피크값 는 파두시간  동안에 발생한다.

= ․․ln․․(/[eqn: sqrt {d _{l/r}}])․ (V)	(A.19)

여기에서

은 4π⋅10-7 Vs/Am 이다.

는 루프의 폭 m이다

는 차폐물 벽에서 루프회로까지의 거리이며,  m이다.

는 차폐물 지붕에서 루프까지 평균 거리 m이다.

는 LPZ 0A의 뇌격전류 A이다.

는 LPZ 0A에서 뇌격전류의 최대값이다.

(1/)는 구조계수  = 0.01⋅(1/)이다.

은 회로의 길이 m이다.

은 LPZ 0A에서 뇌격전류의 파두시간 s이다.

는 격자형 차폐물의 메시폭 m이다.

단락전류 는 다음과 같다.

=  ․․ln․․(/[eqn: sqrt {d _{l/r}}])․ (A)	(A.20)

여기에서 전선의 전기저항은 무시한다(최악의 경우).

최대값 는 다음과 같다.

=  ․․ln․․(/[eqn: sqrt {d _{l/r}}])․ (A)	(A.21)

여기서 은 루프의 자기인덕턴스 (H)이다.

직사각형 루프의 자기인덕턴스 은 다음과 같이 계산된다.

= ․[eqn: sqrt {l ^{2} +b ^{2}}]-․( + ) +․․ln

+․․ln․10 (H)	(A.22)

여기서 은 전선의 반경 m이다.

최초뇌격의 ( =) 자계에 의한 유도전압과 전류는 다음과 같다.

ln (V)	(A.23)

ln (A)	(A.24)

후속뇌격(= )의 자계에 의한 유도전압과 전류는 다음과 같다.

ln (V)	(A.25)

ln (A)	(A.26)

여기에서

는 최초 뇌격전류의 최대값 kA 이고,

는 후속 뇌격전류의 최대값 kA 이다.

A.4.2 근방 뇌격의 경우 LPZ 1 내부의 상태

LPZ 1의 공간  내부의 자계의 세기 은 선형성을 갖는다고 가정한다(A.3.1.2절 참조).

개방회로전압 는 다음과 같다.

(V)	(A.27)

피크값 는 파두시간 동안에 발생한다.

(V)	(A.28)

여기에서

은 4π⋅10-7 Vs/Am 이다.

는 루프의 폭 m 이다.

은 LPZ 1 내부의 시간의존성 자계 A/m이다.

는 LPZ 1 내부의 자계의 최대값 A/m이다.

은 루프의 길이 m이다.

는 자계의 파두시간으로 뇌격전류의 파두시간 s과 동일하다.

단락전류 는 다음과 같다.

(A)	(A.29)

전선의 전기저항은 무시한다(최악의 경우).

최대값 는 다음과 같다.

(A)	(A.30)

여기서 은 루프의 자기인덕턴스 H이다(A.4.1절에서 이 계산됨).

최초뇌격 ( =10 μs)의 자계의 세기  에 의한 유도전압과 전류는 다음과 같다.

(V)	(A.31)

(A)	(A.32)

후속뇌격( = 0.25 μs)의 자계의 세기 에 의한 유도전압과 전류는 다음과 같다.

(V)	(A.33)

(A)	(A.34)

여기서

는 최초뇌격(A/m)에 의해 생기는 LPZ 1 내부의 자계 최대값이다.

는 후속뇌격(A/m)에 의해 생기는 LPZ 1 내부의 자계 최대값이다.

A.4.3 LPZ 2와 더 높은 구역 내부의 상태

n≥2에 대한 LPZ n 내부의 자계의 세기 은 선형성을 갖는 것으로 가정한다(A.3.1.3절 참조).

그러므로 유도전압과 전류의 계산에 같은 공식을 적용하여 으로 을 대체하면 된다.

부속서 B (참고)

기존 구조물의 전자시스템에 대한 LEMP보호대책의 시공

B.1 점검표

뇌격의 영향에 대한 기존 구조물의 적절한 보호 대책은 그 구조물의 구조와 상태 그리고 설치되어 있는 전기전자시스템에 맞게 고려하는 것이 필요하다.

점검표는 가장 적합한 보호대책의 위험성분석과 선택을 용이하게 한다.

특히 기존 구조물에 대하여, 구역개념과 접지, 본딩, 선로경로와 차폐에 대한 체계적인 계획이 이루어지도록 한다.

표 B.1에서 표 B.4까지의 점검표는 기존 구조물과 설비에 대하여 요구되는 데이터를 수집하는데 사용한다. 이 데이터를 기초로 하여, KS C ICE 62305-2를 따르는 위험성평가가 보호의 필요성을 결정하고, 필요하다면 가장 효과적인 비용의 보호대책임을 확인하기 위하여 이루어져야 한다.

비고 건물 설비의 전자계 간섭(EMI)에 대한 보호에 관한 더 많은 정보는 KS C IEC 60364-4-44를 참조한다.

표 B.1 - 구조적 특성과 환경

항목	질문
1	석조건물, 벽돌, 목재, 철근콘크리트, 철골조 구조물, 금속외장인가?
2	하나의 단일 구조물 또는 신축이음으로 된 상호 접속된 블록인가?
3	평평하고 낮은 구조물 또는 높은 구조물인가? (구조물의 크기는?)
4	보강봉이 구조물 전체에 걸쳐 전기적으로 접속되어 있는가?
5	금속지붕재료의 종류와 형태, 품질은?
6	금속외장은 본딩되어 있는가?
7	창문의 금속제 문틀은 본딩되어 있는가?
8	창문의 크기는?
9	외부 LPS를 갖추고 있는 구조물인가?
10	LPS의 유형과 품질은?
11	대지의 재질(바위, 흙)은?
12	인근 구조물의 높이, 거리와 접지는?
비고 자세한 사항은 KS C ICE 62305-2를 참조한다.

표 B.2 - 설비 특성

항목	질문
1	인입설비의 유형(지중 또는 가공)은?
2	가공설비의 유형(안테나나 다른 외부설비)은?
3	전원의 유형(고압, 저전압, 가공 또는 지중)은?
4	선로경로(입상체(riser)와 케이블 덕트의 수와 위치)는?
5	금속케이블덕트의 사용은?
6	구조물 안에 자립형 전자기기가 있는지?
7	다른 구조물에 금속도체로 접속되었는지?
비고 자세한 사항은 KS C ICE 62305-2를 참조한다.

표 B.3 - 기기 특성

항목	질문
1	전자시스템의 상호접속의 유형(차폐되었거나 차폐되지 않은 다심케이블, 동축 케이블, 아날로그 그리고/또는 디지털, 평형이거나 불평형인, 광섬유케이블)은? (비고 1 참조)
2	지정된 전자시스템의 내력은? (비고 1, 2 참조)
비고 1 자세한 사항은 KS C ICE 62305-2를 참조한다. 비고 2 자세한 사항은 ITU-T K.21, KS C IEC 61000-4-5, KS C ICE 61000-4-9, KS C ICE 61000-4- 10를 참조한다.

표 B.4 - 보호개념에 대하여 고려할 다른 질문

항목	질문
1	TN (TN-S 또는 TN-C), TT 또는 IT접지계통인지?
2	전자기기의 위치는? (비고 참조)
3	본딩망과 전자시스템의 기능성 접지도체의 상호접속은?
비고 자세한 사항은 부속서 A를 참조한다.

B.2 기존 구조물 내부에 새로운 전자시스템의 통합

새로운 전자시스템을 기존 구조물에 추가할 때, 기존 설비 때문에 사용할 수 있는 보호대책이 제한될 수 있다.

그림 B.1은 왼쪽의 기존 설비와 오른쪽의 새로운 설비를 상호 접속하는 예를 나타내며, 기존 설비 때문에 사용할 수 있는 보호대책이 제한된다. 그러나 새로운 설비의 설계와 계획에서는 모든 필요한 보호대책을 채택할 수 있다.

범 례

1 기존 전원선(TN-C, TT, IT)	E   전원선

2 새로운 전원선(TN-S, TN-CS, TT, IT)	S   신호선(차폐 또는 비차폐)

3 서지보호장치(SPD)	ET 접지시스템

4 레벨 Ⅰ 표준절연	BN 본딩망

5 PE없는 레벨 Ⅱ 2중 절연	PE 보호도체

6 절연변압기	FE 기능성 접지도체

7 포토커플러 또는 광섬유케이블	3선 전원선 : L, N, PE

8 전원선과 신호선의 근접경로	2선 전원선 : L, N

9 차폐케이블 덕트	∙  본딩점(PE, FE, BN)

그림 B.1 - 기존 구조물에서 LEMP 보호대책과 전자계 적합성의 개선

B.2.1 가능한 보호대책의 개요

B.2.1.1 전원

구조물에서 기존 주전원(그림 B.1 No.1 참조)은 거의 대부분 상용주파수 장해를 일으킬 수 있는 TN-C계통이다. 이런 간섭은 절연인터페이스를 설치하면 피할 수 있다(아래 참조).

만약 새로운 전원(그림 B.1 No.2 참조)을 설치한다면 TN-S계통이 매우 바람직하다.

B.2.1.2 서지보호장치

선로를 통하여 전도되는 서지를 억제하기 위해서는 LPZ로 들어가는 입구와 보호대상 기기에 가능하면SPD를 설치해야 한다(그림 B.1 No. 3, 그림 B.2 참조).

B.2.1.3 절연인터페이스

간섭을 피하기 위해 기존 기기와 새로운 기기 사이에 레벨 Ⅱ로 절연된 기기(그림 B.1, No.5 참조), 절연변압기(그림 B.1, No.6 참조), 광섬유케이블이나 광결합기와 같은(그림 B.1, No.7 참조) 절연인터페이스를 사용할 수 있다.

B.2.1.4 선로경로와 차폐물

배선경로에서 큰 루프는 매우 큰 유도전압과 유도전류를 발생시킨다. 이것은 전원선과 신호선을 서로 인접하는 경로로 하여 피할 수 있으며, 루프의 면적은 최소로 된다. 확장된 구조물에 대하여 예를 들어 본딩된 금속케이블덕트(그림 B.1, No.9 참조)에 의한 추가 차폐가 바람직하다. 모든 이들 차폐물은 양쪽 끝이 본딩되어야 한다. 선로경로와 차폐대책은 LPZ 1 공간차폐의 차폐효과가 작을수록 그리고 루프의 면적이 클수록 더 중요하다.

B.2.1.5 공간차폐물

뇌격에 의한 자계에 대한 LPZ의 공간차폐에는 일반적으로 5 m 이하의 메시폭이 필요하다.

KS C ICE 62305-3에 따른 표준 외부 LPS (수뢰부, 인하도선, 접지시스템)에 의해 형성되는 LPZ 1은 5 m를 넘는 메시폭과 전형적인 거리로 이루어지며, 차폐효과가 거의 없다. 만약 보다 높은 차폐효과가 요구된다면 외부 LPS는 상향 조정해야 한다(B.7절 참조).

LPZ 1과 더 높은 구역은 전자시스템을 보호하기 위해서 방사성 무선주파수 방출과 내성 요건에 적합하지 않은 공간차폐를 요구한다.

B.2.1.6 본딩

수 MHz의 주파수에 이르는 뇌격전류에 대한 등전위본딩은 일반적으로 5 m의 메시폭을 가지는 낮은 임피던스의 메시형 본딩망으로 한다. LPZ에 들어가는 모든 설비는 가능한 한 LPZ의 경계와 가까이에서 직접 또는 적절한 SPD를 통하여 본딩해야 한다. 만약 기존 구조물에서, 이 조건을 만족시킬 수 없으면 다른 적절한 보호대책을 해야 한다.

B.2.2 전기전자시스템에 대한 LPZ의 설정

전기전자시스템의 수, 유형 및 민감도에 따라 국소구역(단일 전자기기의 외함)에서 넓은 전체 구역(빌딩 전체 공간)까지 적절한 내부 LPZ가 정의된다.

그림 B.2는 특히 기존 구조물에 대하여 여러 가지 적절한 해결방안을 제공하는 전자시스템의 보호를 위한 전형적인 LPZ 구역을 나타낸다.

그림 B.2a는 전체 건물 내부의 보호공간을 형성하는 예를 들어 전자시스템의 강화된 내전압레벨에 대한 단일 LPZ 1의 설비를 나타낸다.

- 이 LPZ 1은 KS C IEC 62305-3에 따라 외부 LPS (수뢰부, 인하도선, 접지 시스템)와 내부의 LPS (피뢰등전위본딩과 이격거리의 충족)로 구성된 LPS를 이용해서 만들 수 있다.

- 외부 LPS는 구조물에 치는 뇌격으로부터 LPZ 1을 보호하지만 LPZ 1 내부의 자계는 거의 감소되지 않은 상태로 된다. 왜냐하면 수뢰부와 인하도선은 5 m 이상의 메시폭과 전형적인 거리이므로 앞에서 설명한 것처럼 공간차폐효과는 무시할 수 있다. 만약 구조물에 대한 뇌격의 위험성 가 매우 낮다면 외부 LPS는 생략해도 된다.

- 내부 LPS는 LPZ 1의 경계에서 전원선과 신호선용 로 시험한 SPD 설비를 포함하여 구조물로 들어가는 모든 인입설비의 본딩을 필요로 한다. 이것은 인입설비를 통하여 전도되는 서지가 SPD에 의해 입구에서 제한된다는 것을 보장한다.

비고 저주파수의 간섭을 피하기 위해서 절연인터페이스는 LPZ 1 내부에서 유용하게 될 수 있다.

그림 B.2a - LPS를 이용한 비차폐 LPZ 1 및 구조물로 들어가는 선로 입구의 SPD

(예를 들어 시스템의 강화된 내전압 레벨 또는 구조물 내부의 작은 루프에 대한)

그림 B.2b - 차폐신호선과 전원선에서 협조된 SPD를 이용한 새로운 전자시스템을 보호하는 비차폐 LPZ 1

그림 B.2c - 비차폐 LPZ 1과 새로운 전자시스템에 위한 차폐 LPZ 2

그림 B.2d - 비차폐 LPZ 1과 새로운 전자시스템을 위한 두 국소 LPZ 2

그림 B.2 - 기존 구조물에서 LPZ를 설립하는 가능성

그림 B.2b는 차폐되지 않은 LPZ 1에서, 또한 새로운 설비는 전도성 서지에 대한 보호가 필요하다는 것을 나타내고 있다. 예를 들어 신호선은 차폐선을 사용하여 그리고 전원선은 협조된 SPD를 사용함으로써 보호할 수 있다. 이것은 장비 근처에 설치되고 인입구의 SPD와 협조된 으로 실험한 SPD와 조합파로 실험한 SPD를 요구한다. 또한 이것은 장비의 추가적인 레벨 Ⅱ의 2중 절연을 요구한다.

그림 B.2c는 새로운 전자시스템을 수용하는 LPZ 1 내부의 크고 완전한 LPZ 2의 설비를 나타낸다. LPZ 2의 격자형 차폐물은 뇌격에 의한 자계를 상당히 감쇠시킨다. 왼쪽의 LPZ 1의 경계와 다음에 LPZ 2의 경계에 설치된 SPD는 부속서 C에 따라 협조되어야 한다. 오른쪽에 LPZ 1의 경계면에 설치된 SPD는직접 전이 LPZ 0/1/2에 대하여 선택되어야 한다.(C.3.4절 참조)

그림 B.2d는 LPZ 1 내부의 두 개의 작은 LPZ 2 설비를 나타낸다. LPZ 2의 경계에 신호선 뿐만 아니라 전원선을 위한 추가 SPD를 설치해야 한다. 이 SPD는 부속서 C를 따라 LPZ 1의 경계에 설치한 SPD와 협조되어야 한다.

B.3 구조물 내부의 전원선과 케이블 설비의 향상

오래된 구조물의 전력공급방식(그림 B.1, No.1 참조)은 보통 TN-C방식이다. 접지된 신호선과 PEN도체의 접속에 의해 일어나는 50/60 Hz의 간섭은 다음과 같은 방법으로 피할 수 있다.

-레벨 Ⅱ인 전기기기 또는 이중 절연변압기를 사용하는 절연인터베이스(isolating interface). 이것은 단지 적은 수의 전기기기인 경우 해결할 수 있다(B.5절 참조).

-전력공급방식을 TN-S방식으로 변환(그림 B.1, No. 2 참조). 이것은 특히 전자기기의 광범위한 시스템에 대하여 바람직한 해결방법이다.

접지, 본딩과 배선경로의 요건을 충족해야 한다.

B.4 서지보호장치에 의한 보호

뇌격에 의해 전원선에 발생하는 전도성 서지를 제한하기 위해서 SPDs를 모든 내부 LPZ의 입구에 설치해야 한다.(그림 B.1, No.3과 그림 B.2 참조) 이러한 SPD는 부속서 C에 자세하게 기술된 것처럼 협조를 이루어야 한다.

협조를 이루지 못하는 SPD를 시설한 건물은 하위 SPD 또는 장비에 내장한 SPD가 인입구에 설치한 SPD의 적절한 동작을 방해하면 전자시스템은 손상될 수 있다. 적용된 보호대책의 효용성을 유지하기 위해서는 설치된 모든 SPD의 위치에 대한 정보를 제공할 필요가 있다.

B.5 절연인터페이스에 의한 보호

큰 루프나 충분히 낮은 임피던스 본딩망의 결함으로 장비와 장비에 접속된 신호선을 통하여 전원 주파수 간섭전류가 발생할 수 있다. 이런 간섭을 방지하기 위하여(주로 TN-C설비에서), 기존 설비와 새로운 설비 사이의 적절한 분리가 다음과 같은 절연인터페이스를 사용하여 이루어질 수 있다.

- 레벨 Ⅱ 절연장비 (즉, PE-도체가 없는 이중 절연)

- 절연변압기

- 금속물이 없는 광섬유 케이블

- 광결합기

뇌유도 과전압을 피하기 위해 사용되는 절연인터페이스에 대하여 강화된 내전압이 필요하다. 전형적으로 1.2/50 파형에 대하여 5 kV의 내전압이 요구된다. 필요한 경우, 높은 과전압에 절연인터페이스의 보호는 SPD를 사용하여 이루어진다. SPD의 전압보호레벨 는 단지 절연인터페이스의 내전압보다 약간 낮은 값을 선택할 필요가 있다. 이보다 더 낮은 는 안전요건을 충족시키지 못한다.

비고 금속제 기기 외함은 본딩망 또는 다른 금속 부분과 의도하지 않은 전기가 흐르는 접속이 되지 않도록 절연시켜야 한다. 이것은 대부분 경우 주택의 방이나 사무실에 설치된 전자기기가 단지 접속케이블을 통하여 기준대지에 결합되기 때문에 나타나는 상태이다.

B.6 선로경로와 차폐에 의한 보호대책

적당한 배선경로와 차폐는 유도 과전압을 줄이기 위한 효과적인 방법이다. 이 대책은 특히 LPZ 1의 공간차폐효과를 무시할 수 있을 때 중요하다. 이 경우 다음의 원리는 향상된 보호를 제공한다.

- 유도루프면적의 최소화

- 새로운 장비에 대한 기존 전원선으로 전력공급은 피하는 것이 좋다. 왜냐하면 이것은 분리손상의 위험성을 상당히 증가시킬 수 있는 커다란 폐유도루프면적을 형성하기 때문이다. 더욱이, 서로 인접한 전원선과 신호선의 경로는 큰 루프를 피할 수 있다(그림 B.1, No.8 참조).

- 차폐 케이블 사용 - 이 신호선의 차폐층은 최소한 양 끝단에 본딩한다.

- 금속 케이블 덕트 또는 본딩된 금속판의 사용 - 분리된 금속 부분은 전기적으로 잘 상호 접속한다. 접속은 중복된 부분을 볼트로 조이거나 본딩도체를 사용한다. 케이블 덕트의 저임피던스를 유지하기 위해 다수의 나사 또는 금속편을 케이블 덕트의 둘레에 분포시키는 것이 좋다(IEC 61000-5-2 참조).

양호한 배선경로와 차폐기술의 예를 그림 B.3과 B.4에 나타내었다.

비고 전자시스템에 대해 특별히 지정되지 않은 일반 장소 내에서 신호선과 전자기기의 거리가 10 m를 넘는 경우, 광결합기, 신호 절연변압기 또는 절연증폭기와 같은 적당한 갈바니 절연단자를 가지는 평형 신호선을 사용하는 것이 바람직하다. 더불어, 3축 케이블 사용이 효율적이다.

범 례

1 PE, 단지 레벨Ⅰ장비가 사용될 때

2 광학케이블 차폐물은 양쪽 끝의 본딩이 필요하다.

3 추가차폐물로의 금속판

4 작은 루프 영역

비고 작은 루프면적 덕분에 케이블 차폐와 금속판 사이의 유도전압이 작다.

그림 B.3 - 금속판에 가까운 차폐 케이블을 이용한 루프면적의 감소

범 례

1 케이블 차폐층을 금속판에 본딩을 하거나 또는 하지 않는 고정시키는 케이블

2 자계는 판의 중간보다 가장자리에서 더 높다.

3 전원선

4 신호선

그림 B.4 - 추가차폐를 위한 금속판의 예

B.7 LPZ 1의 공간차폐물을 이용한 기존 LPS의 향상

LPZ 1 주위의 기존 LPS (KS C ICE 62305-3에 따라)는 다음과 같은 방법에 의해 향상된다.

- 기존 금속 외면과 금속지붕을 외부 LPS와 통합시킨다.

- 구조물의 상부 지붕에서 접지시스템까지 전기적으로 연속성을 가지는 보강 바를 사용한다.

- 인하도선 사이의 간격을 줄이고 수뢰시스템의 메시폭을 일반적으로 5 m 이하로 줄인다.

- 구조적으로 분리된 인접한 강화블록 사이의 팽창접속을 가로지르는 가요성 본딩 도체를 설치한다.

B.8 본딩망을 이용한 보호

상용주파수 접지시스템의 임피던스는 뇌격전류의 주파수에서 너무 높기 때문에 기존 상용주파수 접지시스템은 수 MHz를 넘는 주파수를 가지는 뇌격전류에 대하여는 만족스러운 등전위면을 제공하지 못한다.

메시폭이 전형적으로 5 m를 넘고, 내부 LPS의 필수요건으로 피뢰등전위본딩을 포함하는 KS C IEC 62305-3에 따라 설계된 LPS조차 민감한 전자시스템에 대하여는 충분하지 않다. 왜냐하면 이 본딩시스템의 임피던스는 여전히 이 용도로 이용되기에 너무 높기 때문이다.

전형적인 메시폭 5 m 이하인 저임피던스 본딩망이 매우 바람직하다.

일반적으로 본딩망은 전원회로 또는 신호, 귀로로 사용하지 않는 것이 좋다. 그러므로 PE도체는 본딩망으로 통합시키지만 PEN도체는 본딩망에 통합시키지 않는 편이 좋다.

저임피던스 본딩망에 기능성 접지도체(예를 들어 전자시스템에서 요구되는 완벽한 접지)의 직접 본딩은 허용된다. 왜냐하면 이 경우 전원선이나 신호선과의 간섭결합이 매우 낮기 때문이다. 전자시스템에 대한 상용주파수 간섭을 피하도록 PEN도체 또는 PEN에 접속된 다른 금속 부분에 직접 본딩하는 것은 허용되지 않는다.

B.9 외부에 설치된 장비의 보호대책

외부에 설치된 장비의 예로는 대기, 기상센서, 감시TV카메라, 제조공장의 노출센서(압력, 온도, 유량, 밸브 위치 등) 등의 모든 종류의 센서와 구조물의 외부에 위한 전기, 전자, 방송설비, 지지봉 그리고 돌출용기 등이 있다.

B.9.1 외부 장비의 보호

어떤 장소라도 장비는 예를 들면 직격뢰로부터 장비를 보호하기 위한 국소 수뢰부를 사용하여 보호구역 LPZ 0B의 범위 안에 놓이도록 한다.

범 례

1	피뢰침

2	안테나 설치용 기둥

3	난간

4	상호 접속된 보강재

5	LPZ 0B에서 들어오는 선로는 입구에 SPD가 필요하다.

6	LPZ 1(기둥 내측)에서 들어오는 선로는 입구에 SPD가 필요하지 않다.

회전구체의 반경

그림 B.5 - 가공선과 다른 외부 장비의 보호

높은 구조물에서, 만약 건물의 꼭대기나 측면에 설치된 장비에 직격뢰가 입사할 가능성이 있으면 회전구체법(KS C IEC 62305-3 참조)으로 결정하는 것이 바람직하다. 이러한 경우 추가 수뢰부를 사용하는 것이 좋다. 대개의 경우 난간, 사다리, 배관 등은 수뢰부의 기능을 적절히 수행할 수 있다. 몇 가지 유형의 공중선을 제외한 모든 장비는 이와 같은 방법으로 보호할 수 있다. 때때로 공중선은 근방의 피뢰도체에 의한 악영향을 피하기 위해서 노출된 장소에 위치해야 한다. 단지 잘 접지된 도체만이 뇌격에 노출되어 있기 때문에 몇 가지 공중선 설계는 고유한 자기보호기능을 가진다. 수신기 또는 송신기에 케이블을 통하여 침입하는 과도과전압을 막기 위해서 간선케이블에 SPD를 설치할 필요가 있다. 외부 LPS를 이용할 수 있을 때 공중선 지지물을 외부 LPS에 본딩하는 것이 좋다.

B.9.2 케이블에서 과전압의 감소

높은 유도전압과 전류는 본딩된 덕트, 간선로와 금속관 내에 케이블을 배선함으로써 예방할 수 있다. 특수한 장비로 통하는 모든 케이블은 케이블 덕트의 한 점으로 출발하는 것이 좋다. 가능하면, 구조물의 관로 내에 모든 케이블을 배선하여 구조물 자체의 고유차폐특성을 이용하는 것이 최대의 장점이다. 이것이 불가능한 경우, 돌출용기의 경우처럼 케이블은 외부로 배선하지만 구조물 가까이에 설치하고, 그림 B.6에 나타낸 바와 같이 금속관, 철재 사다리와 다른 본딩된 금속재료에 의해 제공되는 자연구성부재 차폐를 가능한 한 많이 사용하는 것이 바람직하다. L-형 모퉁이 구조재를 사용하는 지지봉에 대해서 그림 B.7에서와 같이 케이블은 최대로 보호할 수 있는 L 모퉁이의 안에 배치하는 것이 좋다.

범 례

1 돌출용기	2 사다리

3 배관

비고 A, B, C는 케이블 트레이 배치에 대한 좋은 대안이다.

그림 B.6 - 본딩된 사다리와 배관에 의해 제공되는 고유의 차폐

범 례

1 L-대들보의 모퉁이에서 케이블의 이상적인 배치

2 지지봉 내의 본딩된 케이블 트레이에 대한 대안 위치

그림 B.7 - 지지봉 상의 전선의 이상적 위치 (강철제 격자기둥의 단면)

B.10 구조물 사이 상호접속의 개선

개별 구조물을 서로 접속하는 선은 다음 중 하나이다.

- 절연 (금속이 포함되지 않은 광섬유 케이블)

- 금속제 (예를 들어 전선 쌍, 다심, 도파관, 동축케이블 또는 연속성의 금속부분을 갖는 광섬유 케이블)

보호 요건은 선의 종류와 수, 구조물의 접지시스템이 서로 접속되었는지의 여부에 따라 다르다.

B.10.1 절연선

만약 금속이 포함되지 않은 광섬유 케이블(즉, 금속외장, 습기 장벽 금속판막 또는 금속 내부선)로 별개의 구조물을 서로 접속하면 이 케이블에 대한 보호대책은 필요가 없다.

B.10.2 금속선

별개 구조물의 접지시스템 사이에 적당한 상호 접속이 되지 않은 경우, 상호 접속선은 뇌격전류에 대해서 저임피던스 회로를 가진다. 따라서 뇌격전류의 상당한 부분이 이 접속선을 통하여 흐른다.

- 두 구조물의 양 LPZ 1의 입구에 요구되는 직접 또는 SPD를 경유하는 본딩은 단지 내측만의 장비를 보호할 수 있으며, 반면에 선 외부는 보호받지 못한 상태로 남는다.

- 이 선은 추가 본딩도체를 병렬로 설치하면 보호된다. 이 때 뇌격전류는 금속선과 추가 본딩도체로 분류한다.

- 이 선을 폐쇄하고 서로 접속된 금속케이블 덕트 내에 배선하는 것이 바람직하다. 이 경우 이 선은 장비와 마찬가지로 보호된다.

별개 구조물의 접지시스템 사이에 적당한 상호 접속이 되어 있는 경우, 상호 접속된 금속 덕트에 의한 선의 보호가 여전히 필요하다. 상호 접속된 구조물 사이에 많은 케이블이 배선되어 있는 경우 어느 한 쪽 끝이 접지된 케이블의 차폐층이나 외장을 케이블 덕트 대신에 사용할 수 있다.

부속서 C (참고)

SPD 협조

C.1 일반사항

두 개 또는 그 이상의 SPD를 같은 회로에 잇따라 설치하는 경우 이들은 에너지 흡수용량에 따라 에너지를 분담하는 방법으로 협조되어야 한다. 효과적인 협조를 위해 개개의 SPD의 특성(제조자가 제공한), 설치 점에서 위협과 보호하고자 하는 장비를 고려할 필요가 있다. 주요한 뇌격의 위협은 3개의 뇌격전류 요소로 주어진다.

- 최초 단시간 뇌격

- 후속 단시간 뇌격

- 장시간 뇌격

모든 세 가지 요소는 전류의 특성을 부여한다. 하위 SPD의 협조에서 최초 단시간 뇌격은 에너지 분담(전하량과 크기)을 고려할 때 주된 요소이다. 후속 단시간 뇌격은 적은 비에너지 값을 가지지만 높은 전류 상승률을 가진다. 장시간 뇌격은 협조 목적을 위한 고려가 필요하지 않은 추가적인 스트레스 인자이다.

비고 1 만약 SPD가 최초 단시간 뇌격 위협에 대하여 지정되면, 후속 뇌격은 추가적인 문제를 야기하지 않는다. 만약 임피던스가 감결합요소로 사용된다면 높은 전류상승률은 SPD 사이의 협조를 용이하게 한다.

여러 가지 LPL에 대한 전체 뇌격 전류의 파라미터를 KS C 62305-1의 표 3에 나타내었다. 그러나 단일 SPD는 단지 이 전체 뇌격 전류의 일부분에 의해서 스트레스를 받는다. 이것은 네트워크 분석소프트웨어를 사용하는 컴퓨터 모의든지 또는 KS C IEC 62305-1의 부속서 E에 주어진 근사 값으로 전류분포의 결정을 필요로 한다.

비고 2 해석목적을 위한 단시간 뇌격의 해석함수는 KS C IEC 62305-1 부속서 B에 주어진다.

직격뢰의 최초 단시간 뇌격전류는 10/350 μs 파형을 사용하여 모의할 수 있다. 계통 내의 부분뇌격전류 또는 유도전류는 뇌격전류와 저전압설비 사이의 상호작용에 의해 다른 파형을 가질 수도 있다. 그러므로 협조를 위해서 다음 임펄스시험전류를 고려한다.

10/350 파형의 시험전류 - 특히 SPD의 에너지협조 시험에 사용된다. 전원선용 SPD에 대하여 이 파형은 피크값 와 전하량 Q에 의해 정의된 레벨 I 시험(KS C IEC 61643-1 참조)에 사용된다.

8/20 μs 파형의 시험전류 - 전원선용 SPD에 대하여 이 파형은 레벨 II 시험(KS C IEC 61643-1 참조)에 사용된다.

조합파 발생기의 출력전류(KS C IEC 61000-4-5참조). 이 파형(개방회로 전압 1.2/50 μs와 단락회로 전류 8/20 μs)은 부하에 의존한다. 이 출력전류는 레벨 III 시험(KS C IEC 61643-1)에 사용된다.

전류상승률이 0.1 kA/μs인 시험전류. 이것은 뇌격전류와 저전압설비 사이의 상호작용에 의한 최소상승률을 가지는 시스템 내의 부분 뇌격전류를 모의하기 위해서 정의한다. 특히, 이 전류는 특히 후비 SPD의 감결합시험에 사용된다.

그림 C.1은 피뢰구역 개념에 따라 배전계통에서 SPD의 적용에 대한 예를 나타낸다. SPD는 순서대로 설치하며, 특히 설치점에서의 요구사항에 따라 선택한다.

그림 C.1 - 배전계통에서 SPD의 적용에 대한 예

SPD의 선정과 구조물 내부의 전체 전기시스템과 SPD의 통합은 부분 뇌격전류가 LPZ 0A/LPZ 1의 경계면에서 접지시스템으로 주로 전환되는 것을 보증해야 한다.

부분 뇌격전류의 대부분의 에너지가 최초 SPD를 통하여 전환될 때, 후비 SPD는 단지 LPZ 0A의 경계에서 LPZ 1까지 남아있는 위협과 LPZ 1 내의 전자계에 의한 유도영향(특히 LPZ에 전자차폐가 없다면)에 대처하도록 설계하는 것이 필요하다.

비고 3 후비 SPD를 선택할 때, 전압스위칭형 SPD는 동작개시조건에 도달하지 않을 수도 있음을 고려해야 한다.

직격뢰가 침입할 수 있는 LPZ 0A에 인입되는 선로에는 부분 뇌격전류가 흐른다. 그러므로 LPZ 0A에서 LPZ 1의 경계에는 로 시험한 SPD(레벨 I으로 시험한 SPD)를 부분 뇌격전류를 전환시키기 위해 설치할 필요가 있다.

직격뢰가 침입하지 않지만 감쇠되지 않은 전자계가 발생하는 LPZ 0B에서 인입되는 선로에는 단지 유도서지가 흐른다. LPZ 0B에서 LPZ 1의 경계에서 유도영향에 대해서는 KS C IEC 61643-1에 따라 8/20 μs 파형의 서지전류(레벨 II로 시험한 SPD) 또는 적절한 조합파 시험(레벨 III으로 시험한 SPD)으로 모의하는 것이 좋다.

LPZ 0에서 LPZ 1의 전이구역에 남아 있는 위협과 LPZ 1내의 전자계 유도영향은 LPZ 1에서 LPZ 2의 경계에 설치하는 SPD의 요건을 정의한다. 만약 위협의 자세한 분석이 불가능하다면 지배적인 스트레스는 KS C IEC 61643-1에 따라 8/20 μs 파형의 서지전류(레벨 II로 시험한 SPD) 또는 적절한 조합파 시험(레벨 III으로 시험한 SPD)으로 모의하는 것이 좋다. 만약 LPZ 0과 LPZ 1의 경계에 설치하는 SPD가 전압스위칭형이면 침입하는 뇌격전류 레벨이 SPD를 트리거하기에 충분하지 않을 수도 있다. 이런 경우 하위 SPD는 10/350 μs 파형 전류의 영향을 받게 된다.

C.2 SPD협조의 일반적 목적

에너지 협조는 계통 내의 SPD에 과도한 스트레스가 가해지는 것을 피하기 위해서 필요하다. 따라서 SPD의 특성과 설치위치에 의존하는 SPD의 각각의 스트레스를 검토해야 한다. 두개나 그 이상의 SPD가 종속으로 설치되자마자 SPD의 협조와 보호하고자 하는 장치에 대한 검토가 필요하다. 각 SPD에 입사하는 에너지량이 견딜 수 있는 에너지보다 낮거나 같으면 에너지협조는 이루어진 것이다. 이러한 에너지 협조는 C.1절에서 검토한 4가지 파형에 대하여 고려할 필요가 있다.

견딜 수 있는 에너지는 다음과 같이 얻으면 된다.

- KS C IEC 61643-1에 따른 전기적 시험

- SPD 제조자가 제공하는 기술 정보

그림 C.2는 SPD에 대한 에너지협조의 기본 모델을 나타낸다. 이 모델은 단지 본딩망의 임피던스와 본딩망과 SPD 1과 SPD 2의 접속으로 형성된 상호인덕턴스가 무시될 수 있을 때 유효하다.

비고 만약 에너지협조가 다른 적절한 방법의 사용(예를 들어 SPD의 전압/전류특성의 협조 또는 저전압에서 트리거 되도록 특수하게 설계된 전압스위칭형 SPD “트리거 SPD”의 사용)으로 보증할 수 있으면 감결합요소는 필요하지 않다.

그림 C.2 - SPD의 에너지협조에 대한 기본 모델

C.2.1 협조 원리

SPD 사이에 협조는 다음의 원리 중 하나를 이용하여 이룰 수 있다.

- (감결합요소가 없는) 전압/전류특성의 협조

이 방법은 전압/전류특성을 기초로 하며, 전압제한형 SPD(예를 들어 MOV나 억제다이오드)에 적용할 수 있다. 이 방법은 전류파형에 매우 민감하지 않다.

비고 1 이 방법은 어느 고유의 감결합 선로 자체 임피던스에 의해 주어지는 경우조차 감결합은 필요하지 않다.

- 전용 감결합요소를 사용하는 협조

협조목적을 위하여, 충분한 서지 내용량을 가지는 추가 임피던스를 감결합요소로 사용할 수 있다. 정보시스템에서는 저항감결합요소가 주로 사용된다. 전원계통에서는 유도성 감결합요소를 주로 사용한다. 인덕턴스의 협조효율에 대하여 전류상승률 는 결정적인 파라미터이다.

비고 2 감결합요소는 분리장치 또는 후비 SPD 사이 케이블의 자체 임피던스에 의해 이루어질 수 있다.

비고 3 선의 인덕턴스는 두 개의 병렬 도체의 인덕턴스이다. 만약 두 도체(상도체과 접지선)가 하나의 케이블 내에 있으면 그 때 인덕턴스는 도체의 단면적에 의존하며 약 0.5 μH/m에서 1 μH/m 사이이다. 만약 두 도체가 각각 분리되어 있다면, 두 도체 사이의 이격거리에 의존하며)높은 인덕턴스 값으로 된다.

- (감결합요소 없이)트리거 SPD를 사용한 협조

협조는 또한 전자 트리거 회로가 후위 SPD의 에너지 내량을 초과하지 않도록 보증할 수 있다면 트리거 SPD를 사용하여 이룰 수 있다.

비고 4 이 방법은 어느 고유의 감결합 선로 자체 임피던스에 의해 제공되는 경우에도 추가 감결합요소를 필요로 하지 않는다.

C.2.2 두 개의 전압제한형 SPD의 협조

그림 C.3a는 두 개의 전압제한형 SPD의 협조에 대한 기본 회로도를 나타낸다. 그림 C.3b는 회로 내의 에너지 방산을 설명한다. 시스템으로 유입하는 전체 에너지는 임펄스전류의 증가와 더불어 증가한다. 두 개의 SPD 각각에서 방산되는 에너지가 이들의 에너지 내량을 초과하지 않는 한 협조는 이루어진다.

범 례

MOV(metal oxide varistor) 금속산화물 바리스터

그림 C.3a - 두 개의 전압제한형 SPD를 갖는 회로

그림 C.3b - MOV 1과 MOV 2 사이의 에너지협조의 원리

그림 C.3 - 두 개의 전압제한형 SPD의 조합

전용 감결합요소가 없는 두 개의 전압제한형 SPD의 에너지협조는 적절한 전류범위에서 SPD의 전압/전류특성의 협조에 의해 이루어지는 것이 좋다. 이 방법은 해당 전류파형에 매우 의존적이지 않다. 만약 감결합요소로 추가 인덕턴스가 필요하다면 서지전류 파형(예를 들어 10/350 또는 8/20 μs)를 고려해야 한다.

SPD에서 다른 단계 사이의 감결합요소로 인덕턴스의 사용은 전류상승률이 낮을 때(예를 들어 0.1 kA/μs) 매우 효과적이지 못하다. 신호용 SPD에서 이러한 협조는 감결합요소로 저항(또는 배선의 자체 저항)의 사용으로 보다 우수하게 이룰 수 있다.

만약 두 개의 전압제한형 SPD가 협조를 이룬다면 두 SPD는 각각의 서지전류와 에너지에 대한 규격으로 하면 된다. 해당 전류파형의 지속시간은 입사전류의 지속시간만큼 길어야 한다. 그림 C.4a와 C.4b는 10/350 μs 서지의 경우에서 두 개의 전압제한형 SPD사이의 에너지협조의 예를 나타낸 것이다.

비고 이 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 단지 MOV의 기준전압 ref만을 아는 것은 협조목적을 위해서는 충분하지 않다.

그림 C.4a - MOV 1과 MOV 2의 전압/전류특성

그림 C.4b - 10/350 μs 서지에 대한 MOV 1과 MOV 2의 전류/전압특성

그림 C.4 - 두 개의 전압제한형 MOV 1과 MOV 2 조합의 예

C.2.3 전압스위칭형과 전압제한형 SPD사이의 협조

그림 C.5a는 예시적 기술로 스파크 갭(SPD 1)과 MOV(SPD 2)를 사용한 협조변이(coordination variant)에 대한 기본 회로도를 나타낸다. 그림 C.5b는 전압스위칭형 SPD 1과 전압제한형 SPD 2의 특성을 사용하는 에너지협조의 기본 원리를 설명한다.

그림 C.5a - 스파크 갭과 MOV로 구성한 회로

그림 C.5b - 스파크 갭과 MOV의 에너지협조에 대한 원리

그림 C.5 - 전압스위칭형 스파크 갭과 전압제한형 MOV의 조합

스파크 갭 (SPD 1)의 점화는 MOV(SPD 2) 양단의 잔류전압 와 감결합요소 양단의 동적 전압강하 DE의 합에 의존한다. 전압 은 동적 불꽃방전전압 를 초과하자마자 스파크 갭은 방전되고, 협조는 이루어진다. 이것은 단지 다음에 의존한다.

- MOV의 특성

- 입사 서지전류의 상승률과 크기

- 감결합요소(인덕턴스 또는 저항)

인덕턴스가 감결합요소로 사용될 때 서지전류의 상승시간과 피크 크기를 고려해야 한다. 감결합을 위해서는 전류상승률 이 크면 클수록 더 작은 인덕턴스가 요구된다. (레벨 I)로 시험한 SPD와 (레벨 II)로 시험한 SPD가 협조를 이루도록 할 때 0.1 kA/μs의 최소 전류상승률을 가지는 뇌격전류를 사용하는 것이 좋다. 이들 SPD의 협조는 0.1 kA/μs의 최소 전류상승률에 대해서는 물론 10/350 μs 뇌격전류에 대해서도 보증되어야 한다.

다음의 두 가지 기본적인 경우를 고려하는 것이 바람직하다.

- 스파크 갭이 점화되지 않는 경우(그림 C.6a)

만약 스파크 갭이 점화되지 않으면 모든 서지전류는 MOV를 통하여 흐른다. 만약 이 서지에 의해 방출된 에너지가 MOV가 견딜 수 있는 에너지보다 크면 그림 C.5b에 나타낸 것처럼 협조가 이루어지지 않은 것이다. 만약 감결합요소로 추가 인덕턴스가 요구되면 협조는 최악의 경우인 0.1 kA/μs의 최소 전류상승률을 사용하여 평가하는 것이 좋다.

- 스파크 갭이 점화되는 경우(그림 C.6b)

만약 스파크 갭이 동작하면 MOV를 통하여 흐르는 전류의 지속시간은 상당히 감소한다. 그림 C.5b에 나타낸 바와 같이 스파크 갭이 MOV가 견딜 수 있는 에너지를 초과하기 전에 점화될 때 적당한 협조가 이루어진다.

그림 C.6a - 10/350 μs 서지에 대한 스파크 갭 및 MOV의 전류와 전압 (SPD 1이 점화되지 않은 경우)

그림 C.6b - 10/350 μs 서지에 대한 스파크 갭 및 MOV의 전류과 전압(SPD 1이 점화된 경우)

그림 C.6 - 전압스위칭형 스파크 갭과 전압제한형 MOV 협조의 예

그림 C.7은 0.1 kA/μs 최소 뇌격전류상승률뿐만 아니라 10/350 μs 뇌격전류 두 가지 기준에 대하여 요구되는 감결합인덕턴스의 결정에 대한 과정을 나타낸다. 요구되는 감결합인덕턴스를 결정하기 위해서 두 SPD의 동적 전압/전류특성을 고려해야 한다. 성공적인 협조는 MOV가 견딜 수 있는 에너지를 초과하기 전에 스파크 갭의 점화가 필요하다.

여기서
μs	kA/μs
는 인덕턴스 와 보다 큰 값이다.

그림 C.7 10/350 μs와 0.1 kA/μs 서지에 대한 감결합인덕턴스의 결정

스파크 갭의 점화는 스파크갭 자체의 불꽃방전  및 MOV 양단의 전압 와 감결합요소 양단의 전압 의 합에 의존한다. 전압 는 전류  (MOV의 전압/전류 특성 참조)에 의존하고, 반면에 전압  = DE 전류상승률에 의존한다.

10/350 μs서지에 대하여, 전류상승률 [eqn: di/dt APPROX I _{max} /10] μs는 MOV의 허용할 수 있는 크기 에 의존한다(MOV의 에너지내량 으로 결정되는). 두 전압 와 는 의 함수이므로 스파크 갭 양단의 전압  또한 에 의존한다. 가 클수록 스파크 갭 양단의 전압 의 상승률이 커진다. 그러므로 이러한 기준에 대하여 스파크 갭의 불꽃방전전압 은 항상 1 kA/μs에서 임펄스불꽃방전전압으로 나타낸다.

0.1 kA/μs의 경사(ramp)파에 대하여, 전류상승률 = 0.1 kA/μs 는 일정하다. 따라서 전압 DE는 역시 일정하고, 그에 반하여 전압 는 앞에서와 마찬가지로 의 함수이다. 그러므로 스파크 갭 양단의 전압 의 상승률은 MOV의 전압/전류 특성을 따르며, 첫 번째 경우와 비교해서 훨씬 작다. 스파크 갭의 동적 동작전압 특성 때문에 스파크 갭의 불꽃방전은 스파크 갭 양단 전압강하의 지속시간이 길어짐에 따라 감소한다.(이 지속시간은 MOV가 견딜 수 있는 에너지에 의해 산출된 에 의존한다.) 따라서 불꽃방전전압 는 MOV를 통하여 흐르는 전류의 지속시간을 증가시켜 500 V/s에서 거의 직류 동작전압으로 감소하는 것으로 가정해도 좋다.

결국 두 인덕턴스 DE-10/350 μs와 DE-0.1kA/μs의 큰 값을 감결합 인덕턴스 로 적용해야 한다. 예로써 그림 C.8과 C.9를 참조하다.

비고 저전압 전원 계통에서 감결합요소를 결정하는 경우 최악의 경우 SPD 2에서 단락(=0)되면 요구되는 전압 는 최대로 된다. SPD 2가 제한전압형인 경우 이의 잔류전압은 >0이 요구되는 전압 는 상당히 줄어든다. 이 잔류전압은 최소한 전원의 피크전압보다 높게 된다.(예를 들면 AC 공칭전압 230 V : 피크 값 [eqn: sqrt {2}]×230 V = 325 V) SPD 2의 잔류전압을 고려하여 감결합요소의 적절한 규격을 결정하게 된다. 반면에 감결합요소가 과대한 규격이 되기도 한다.

그림 C.8a - 10/350 μs 서지에 대한 협조의 회로도

그림 C.8.b - DE = 8 μH 에 대한 전류/전압/에너지 특성 - 10/350 μs 서지에 대한 에너지협조가 이루어지지 않은 경우(스파크 갭이 점화되지 않은 경우)

그림 C.8c - DE = 10 μH에 대한 전류/전압/에너지 특성 - 10/350 μs 서지에 대한 협조가 이루어진 경우(스파크 갭이 점화된 경우)

그림 C.8 - 10/350 μs 서지에 대한 스파크 갭과 MOV 협조의 예

그림 C.9a - 0.1 kA/μs 서지에 대한 협조의 회로도

그림 C.9b - DE = 8 μH에 대한 전류/전압/에너지 특성 - 0.1 kA/μs 서지에 대한 협조가 이루어지지 않은 경우

그림 C.9c - DE = 12 μH에 대한 전류/전압/에너지 특성 - 0.1 kA/μs서지에 대하여 협조가 이루어진 경우

그림 C.9 - 0.1 kA/μs 서지에 대한 스파크 갭과 MOV 협조의 예

C.2.4 두 개의 전압스위칭형 SPD의 협조

예시적 기술로 스파크 갭(SG)을 사용하는 협조변이에 대하여 기술한다. 스파크 갭 사이의 협조에 대하여 동적 동작 특성을 고려해야 한다. SG 2의 방전 후 협조는 감결합요소에 의해서 이루어진다. 감결합 요소의 요구되는 값을 결정하기 위해서 SG 2는 단락회로로 대체할 수 있다. SG 2의 방전 후, 감결합요소 양단의 동적 전압강하는 SG 1의 동작전압보다 높아야 한다.

감결합요소로 인덕턴스를 사용할 때 요구되는 는 주로 서지전류의 상승률에 의존한다. 따라서 서지의 파형과 상승률을 고려해야 한다. 감결합요소로 저항을 사용할 때 요구되는 는 주로 서지전류의 피크 값에 의존한다. 이 값은 또한 감결합요소의 펄스정격파라미터를 선택할 때 고려해야 한다. SG 1의 방전 후, 전체 에너지는 개별 요소의 전압/전류 특성에 따라 나누어진다.

비고 스파크 갭이나 가스방전관의 경우, 임펄스상승률이 가장 중요하다.

C.3 보호시스템에 대한 기본 협조변이

보호시스템에 대한 협조변이는 4가지가 있다. 처음 세 개는 SPD의 1-포트로 사용되는 반면에 4번째는 통합된 감결합요소를 가지는 2-포트 SPD를 사용한다. 이러한 협조변이는 또한 보호하고자 하는 기기 내에 통합된 SPD를 고려한다.

C.3.1 변이 Ⅰ

모든 SPD는 연속적인 전압/전류특성(예를 들어 MOV 또는 억제다이오드)과 동일한 잔류전압 를 가진다. SPD와 보호되는 기기는 통상 이들 사이의 임피던스로 이루어진다(그림 C.10 참조).

그림 C.10 - 협조변이 Ⅰ - 전압제한형 SPD

C.3.2 변형 Ⅱ

모든 SPD는 연속적인 전압/전류특성(예를 들어 MOV 또는 억제다이오드)을 가진다. 잔류전압 는 SPD 1에서 SPD 2까지 계단상으로 증가한다(그림 C.11 참조). 이것은 전원계통용 협조변이이다.

비고 이 변이는 보호하고자 하는 기기 내측의 보호소자(SPD 4)의 잔류전압이 (SPD 3) 바로 앞에 설치된 SPD의 잔류전압보다 높을 것을 요구한다.

그림 C.11 - 협조변이 Ⅱ - 전압제한형 SPD

C.3.3 변형 Ⅲ

SPD 1은 불연속적인 전압/전류특성(예를 들어 스파크 갭)을 가지며, 후위 SPD는 연속적인 전압/전류특성(예를 들어 MOV 또는 억제다이오드)을 가진다. 모든 SPD는 동일한 잔류전압 를 가진다.(그림 C.12 참조) 이 변이는 SPD 1의 스위칭 특성에 의하여 원래 전류임펄스 10/350 μs의 파미시간이 감소하며, 후위 SPD의 부담을 상당히 경감시킨다.

그림 C.12 - 협조변이 Ⅲ - 전압스위칭형 SPD와 전압제한형 SPD

C.3.4. 변이 Ⅳ

2-포트 SPD는 직렬임피던스 또는 필터와 내부적으로 협조를 이루는 SPD의 종속단계를 결합시킬 수 있다(그림 C.13 참조). 성공적인 내부 협조는 하위 SPD 또는 기기로 최소 에너지가 전달되도록 한다. 이들 SPD는 적절한 변이Ⅰ,Ⅱ 또는 Ⅲ에 따라 계통 내의 다른 SPD와 완전히 협조를 이루는 것이 좋다.

비고 이 직렬임피던스 또는 필터는 만약 에너지 협조가 다른 적절한 방법을 통해서 확실히 이루어진다면 생략할 수 있다(예를 들면 전압/전류특성의 또는 트리거 SPD의 사용).

그림 C.13 - 협조변이 Ⅳ - 하나의 요소 내에 몇 개의 SPD

C.4 "통과에너지"에 따른 협조

조합파 발생기에서 발생하는 임펄스는 SPD를 선택하고 협조하는데 사용된다. 이 방법의 주요 이득은 SPD를 블랙박스로 다룰 수 있는 것이다.(그림 C.14 참조) SPD 1의 입력단자에 주어진 서지에 대하여  단락전류뿐만 아니라 개방회로 전압의 출력 값이 결정된다.(“통과에너지(let-through energy)”법) 이 출력 특성은 등가 2 Ω의 조합파 스트레스로 변환된다.(개방회로 전압 1.2/50 μs, 단락전류 8/20 μs) 이 방법의 장점은 SPD의 내부 설계에 어떤 특별한 지식도 필요하지 않다는 것이다.

비고 이 방법은 SPD 2가 SPD 1로 피드백이 없을 때 좋은 결과를 나타낸다. 이것은 SPD 2의 입력단자에서의 서지조건이 의사인가전류(quasi-impressed current) 조건임을 의미한다. 이것은 SPD 1과 SPD 2의 전압/전류특성이 매우 상이할 때 주어진다.(예를 들어 MOV와 스파크 갭의 협조)

SPD1의 (out) ≤ SPD 2의 (in)

(out)와 (out)의 등가조합파로 변환 :

(1.2/50 μs 파형), (8/20 μs 파형),  = 2 Ω

그림 C.14 - "통과에너지"에 따른 협조

이 협조방법의 목적은 SPD 1의 출력 값(예를 들어 전압 보호레벨)에 비교할 수 있는 SPD 2의 입력 값(예를 들어 방전전류)을 알아내는 것이다. 적당한 협조에 대하여, SPD 1의 출력단자에서의 등가 조합파는 손상 없이 SPD 2에 의해 흡수될 수 있는 조합파를 초과하면 안 된다. SPD 1의 출력단자에서 등가 조합파는 최악의 경우에 대하여 결정해야 한다.(, , 통과에너지)

비고 이 협조방법에 대한 추가적인 정보는 KS C IEC 61643-12에 기술되어 있다.

C.5 협조의 증명

에너지협조는 다음과 같이 증명하는 것이 바람직하다.

1) 협조 시험

협조는 상황에 맞는 근거로 증명할 수 있다.

2) 계산

복잡한 시스템은 컴퓨터모의가 필요한 반면 단순한 경우에는 개략적으로 할 수 있다.

3) 협조를 이루는 SPD 단위의 적용

SPD 제조자는 협조가 이루어지는 것을 증명해야 한다.

부속서 D (참고)

협조된 SPD 보호의 선택과 설치

복잡한 전기전자시스템에서 전원회로와 신호회로 모두는 적절히 협조된 SPD 보호의 선택과 설치에 대해 고려해야 한다.

D.1 SPD의 선택

D.1.1 전압보호레벨에 관한 선택

보호하고자 하는 장비의 임펄스내전압 을 다음에 대하여 정의하는 것이 바람직하다.

- KS C IEC 60664-1에 따라 전원선과 장비의 단자.

- ITU-T K.20과 K.21에 따라 통신선과 장비의 단자.

- 제조자가 제공하는 정보에 따라 기타 선로와 장비의 단자.

만약 다음과 같은 경우에는 내부시스템은 보호되는 것으로 간주한다.

- 내부시스템의 임펄스내전압 가 SPD의 전압보호 레벨과 접속도체의 전압강하를 고려할 필요가 있는 여유분의 합보다 더 크거나 같을 경우

- 내부시스템이 상위 SPD와 에너지협조를 이루는 경우

비고 1 SPD의 보호레벨 는 정의된 공칭전류 에 대한 잔류전압과 관련된다. 높거나 낮은 전류가 SPD를 통과하는 전류의 크기 따라 SPD 단자전압 값은 변한다.

비고 2 SPD가 보호하고자 하는 장비에 접속된 때, 접속도체의 유도성 전압강하 는 SPD의 보호레벨 에 추가된다. 보호레벨과 접속선/접속(그림 D.1 참조)에 의한 배선전압강하로 결정되는 SPD 출력단자의 전압으로 정의된 실효보호레벨 는 다음과 같이 가정할 수 있다.

전압제한형 SPD :  =  +

전압스위칭형 SPD :  = max(, )

일부 스위치형 SPD에 대하여는 아크전압을 에 더하는 것이 요구된다. 이 아크전압은 수백 V로 높을 수도 있다. 조합형 SPD에 대하여는 보다 복잡한 공식이 필요하다.

SPD에 뇌격전류의 일부가 흐를 때, 단위길이당의 전압강하  = 1 kV/m 또는 최소한 20 %의 안전에 대한 여유는 접속도체의 길이가 0.5 m 이하일 때 가정로 가정하는 것이 좋다. SPD에 단지 유도서지만이 흐를 때는 를 무시할 수 있다.

비고 3 전압보호레벨 는 SPD와 동일한 조건(과전압과 과전류의 파형과 에너지, 전압을 인가한 장비 등)으로 시험한 장비의 임펄스내전압 와 비교하는 것이 좋다.

비고 4 장비의 내부에 SPD가 포함될 수도 있다. 이들 내부 SPD의 특성은 협조에 영향을 미친다.

범 례

[eqn: I]                      부분 뇌격전류

=  +       충전도체와 본딩 바 사이의 서지전압

SPD의 제한전압

=  +    본딩도체의 유도성 전압강하

[eqn: H,```dH/dt]              자계, 자계의 시도함수

본딩도체에서의 유도성 전압강하  때문에 (의 최대값과 는 반드시 동시에 나타나지 않을 때 조차) 충전도체와 본딩 바 사이의 서지전압 는 SPD의 보호레벨 보다 높다. 주로 SPD를 통하여 흐르는 부분 뇌격전류는 SPD 이후 회로의 보호되는 측 루프에 추가 전압을 유도시킨다. 그러므로 접속된 장비에 위험을 주는 최대 전압은 SPD의 보호레벨 보다 훨씬 높아질 수 있다.

그림 D.1 - 충전도체와 본딩 바 사이의 서지전압

D.1.2 위치 및 방전전류에 관한 선택

SPD는 KS C IEC 62305-1의 부속서 E에 따라 SPD의 설치점에 흐를 것으로 예상되는 방전전류에 견딜 수 있어야 한다. SPD의 사용은 전원계통에 대해서는 KS C IEC 61643-1에, 통신계통에 대해서는 KS C IEC 61643-21에 분류된 SPD의 내용량에 의존한다.

SPD는 그들의 의도된 설계 위치에 따라 다음에 따라 선택해야 한다.

a) 구조물로 인입하는 선로인입구 (LPZ 1의 경계, 예를 들어 주 배전반 MB)

∙ imp로 시험된 SPD (레벨 I 시험)

SPD에 요구되는 임펄스전류 imp는 KS C IEC 62305-1의 E.1절과/또는 E.2절에 따라 선택된 LPL을 기초로 설치점에 발생할 것으로 예상되는 (부분)뇌격전류를 공급해야 한다.

∙ n으로 시험된 SPD (레벨 II 시험)

이 SPD 유형은 인입선이 완전히 LPZ 0B 내부에 있을 때 또는 손상의 근원 S1과 S3에 의한 SPD의 고장 확률이 무시될 때 사용할 수 있다. SPD의 요구되는 공칭방전전류 n은 KS C IEC 62305-1의 E.2.2절에 따라 선택된 LPL에 기초를 둔 설치점에서 발생할 것으로 예상되는 서지레벨을 공급해야 한다.

b) 보호하고자 하는 장치 근방(LPZ 2의 경계 그리고 더 높은 레벨의 위치, 예를 들어 2차 배전반 SB, 또는 콘센트 SA)

∙ n으로 시험된 SPD(레벨 I 시험)

SPD의 요구되는 공칭방전전류 n은 KS C IEC 62305-1의 E.3절에 따라 선택된 LPL에 기초를 둔 설치점에서 발생할 것으로 예상되는 서지레벨을 공급해야 한다.

∙ 조합파로 시험된 SPD(레벨 III 시험)

조합파 발생기의 요구되는 개방회로 전압 OC은 해당 단락전류 SC가 KS C IEC 62305-1의 E.3절에 따라 선택된 LPL에 기초를 둔 설치점에서 발생할 것으로 예상되는 서지레벨을 공급해야 하는 것을 보장하도록 선택해야 한다.

D.2 협조된 SPD보호의 설치

협조된 SPD 보호의 효용성은 SPD의 적절한 선택뿐만 아니라 그들의 정확한 설치에 의존하며, 고려사항은 다음과 같다.

- SPD의 위치

- 접속도체

- 진동현상에 의한 보호거리

- 유도현상에 의한 보호거리

D.2.1 SPD의 위치

SPD의 위치는 D.1.2절에 따라야 하며, 주로 다음과 같은 요인의 영향을 받는다.

- 손상의 명확한 원인 (예를 들면 구조물(S1), 선로(S3), 구조물 근방의 대지(S2) 또는 선로 근방의 대지(S4)에 대한 낙뢰)

- 서지전류를 대지로 전류시키기 위한 가장 가까운 기회(가능한 한 구조물로 들어오는 선로의 인입점에 가까운)

고려해야 할 첫 번째 기준 : SPD가 인입선의 인입점에 가까울수록 이 SPD에 의해 보호되는 구조물 내의 장비의 양(경제적 이득)은 많다. 이 때 SPD가 보호하고자 하는 장비에 가까울수록 보호가 더욱 효과적(기술적 이득)이라는 두 번째 기준도 고려한다.

D.2.2 접속도체

SPD를 접속하는 도체의 최소 단면적은 표 1에서 주어진 값 이상으로 한다.

D.2.3 진동보호거리

SPD의 동작상태 동안 SPD 단자 사이의 전압은 SPD가 설치된 위치에서 로 제한된다. 만약 SPD와 장비 사이의 회로 길이가 너무 길면 서지의 전파에 의해 진동현상이 발생할 수 있다. 장비의 단자에서 개방회로의 경우, 이것은 과전압을 2⋅까지 증가시킬 수 있고, 심지어 ≤일 때조차 장비의 고장을 초래할 수 있다.

진동보호거리 는 장비와 SPD 사이 회로의 최대길이이며, 이 조건에서 SPD 보호는(진동현상과 용량성 부하를 고려할 때) 여전히 적절하다. 이것은 SPD 기술, 설치 규정, 부하 용량에 의존한다. 만약 회로의 길이가 10 m 이하이거나  ≤  이면 보호거리 는 무시해도 된다.

비고 장비와 SPD 사이 회로의 최대길이가 10 m를 넘거나  ≥  이면 진동보호거리는 다음의 식으로 추정할 수 있다.

(m)

여기서 k = 25 (V/m) 이다.

D.2.4 유도보호거리

구조물 또는 구조물 근방의 대지에 친 뇌격에 의해 SPD와 장비사이의 회로에 과전압이 유도될 수 있고, 과전압은 에 더해지고 그로 인하여 SPD의 보호효율이 감소한다. 유도과전압은 루프의 면적(선로의 경로, 회로 길이, PE와 충전도체 사이의 거리, 전원선과 신호선 사이의 루프면적)의 증가와 더불어 증가하고, (공간 차폐와/또는 선로차폐로) 자계의 세기가 감쇠하면 줄어든다.

유도보호거리 는 SPD와 장비 사이의 회로의 최대길이이며, 이 조건에서 (유도현상을 고려할 때) SPD보호는 여전히 적절하다. 일반적으로 뇌격에 의해서 발생되는 자계의 세기가 너무 높을 때는 SPD와 장비 사이의 루프를 최소화하는 방안을 강구하는 것이 좋다. 반면에 자계의 세기와 유도영향은 다음과 같은 방법으로 줄일 수 있다.

- 건물(LPZ 1) 또는 방(LPZ 2와 더 높은 레벨)의 공간차폐

- (차폐케이블과 케이블 덕트를 사용하는) 선로차폐

이러한 예방대책을 하였을 때 유도보호거리 는 무시할 수 있다.

비고 매우 심각한 조건(차폐되지 않은 선의 대형 루프와 유도를 일으키는 뇌격전류가 매우 큰 경우)에서 유도보호거리 는 다음의 식으로 추정할 수 있다.

=  (m)

여기서

구조물 근방에 친 뇌격에 대하여 :  (V/m)

구조물에 친 뇌격(최악의 경우)에 대하여 :  (V/m)

, , 은 주로 KS C IEC 62305-2의 B.3절에 공표된 계수.

: LPS 또는 LPZ 0/1의 경계에서 다른 차폐물에 의한 공간차폐

: LPZ 1/2 또는 그 보다 높은 레벨의 경계에서 차폐물에 의한 공간차폐

: 내부배선의 특성

는 LPZ 0/1 경계에서 LPS에 의한 차폐 효용성을 고려하는 계수이며, 다음과 같이 주어진다.

메시폭  m 인 격자형 LPS에 대하여 :

격자형이 아닌 LPS (KS C IEC 62305-3의 부속서 C 참조)에 대하여 :

D.2.5 SPD의 협조

협조된 SPD 보호에서 종속 SPD는 KS C IEC 61643-12나 KS C IEC 61643-22에 따라 에너지협조가 이루어져야 한다. SPD 제조자는 SPD 사이의 에너지협조를 이루는 방법에 관한 충분한 정보를 제공해야 한다. SPD 협조에 관한 정보는 부속서 C에 기술되어 있다.

D.2.6 협조된 SPD보호의 설치 과정

협조된 SPD 보호는 다음과 같이 설치하는 것이 바람직하다.

1) 구조물에 인입하는 선로인입구(LPZ 1의 경계, 예를 들면 설치점 MB)에 SPD 1(D.1.2절)을 설치한다.

2) 보호하고자 하는 내부시스템의 임펄스내전압 를 결정한다.

3) 효과적인 보호레벨  ≤ 을 보장할 수 있도록 SPD 1의 전압보호레벨 [eqn: U _{p1}]을 선택한다.

4) 보호거리 과 에 대한 요건(D.2.3절과 D.2.4절)을 점검한다.

만약 조건 3)과 4)가 만족되면 장비는 SPD 1에 의해 보호된다. 그렇지 않으면 추가 SPD 2가 필요하다.

5) 장비에 보다 가깝게(LPZ 2의 경계에, 예를 들면 설치점 SB 또는 SA에) SPD 2(D.1.2절)를 설치하고상위 SPD 1(D.2.5절)과 에너지협조를 이루도록 한다.

6) 효과적인 보호레벨  ≤ 을 보장하도록 SPD 2의 보호레벨 [eqn: U _{p2}]를 선택한다.

7) 보호거리 와 의 요건(D.2.3절과 D.2.4절)을 점검한다.

만약 조건 6)과 7)이 만족되면 장비는 협조된 SPD 1과 SPD 2에 의해서 보호된다.

그렇지 않으면 추가 SPD 3을 장비 가까이(예를 들면 설치점 SA)에 설치하고, 상위 SPD 1과 SPD 2(D.2.5절)가 에너지협조를 이루도록 할 필요가 있다.