Transcript 낙뢰 및 서지 보호설비 최신기술 소개(주식회사 티지오 상무 장웅범)

환경형 피뢰시스템
T
환경형 피뢰시스템
G
O
환경형 피뢰시스템
Index
피뢰시스템 일반
E.F. Terminal
E.F. Carrier
E.F. Counter
SurgeKiller
환경형 피뢰시스템 실적
T
G
O
피뢰설비일반
피뢰설비 목적
* 보호하려고 하는 건축물 등 대상물에 접근하는 뇌격을
막아내고, 뇌격 전류를 대지로 방류
* 뇌격에 기인하여 생기는 건축물 등의 화재, 파손 및
사람 또는 동물에 대한 장애를 방지
* 뇌격 자체에 의한 직접적인 재해뿐만 아니라, 이것에
따르는 2차 재해도 방지
T
G
O
피뢰설비일반
피뢰설비 보호범위 결정법
* 보 호 각 법 (Cone of Protection)
* 회전구체법 (Rolling Sphere Method)
* 메 시 법 (Mesh Method)
* 집전체적법 (Collection Volume Method)
* 선행스트리머방사법 (Early Streamer Emission Method)
T
G
O
피뢰설비일반
여러 나라의 건축물의 뇌보호에 관련된 기술기준 또는 규격
항목
T
G
O
수뢰방식
인하도선
접지저항
보호범위
보호범위
결정법
한 국
(KS C 9609)
돌침 수평도체
2조 이상
10 Ω 이하
60° (45°)
보호각법
일 본
(JIS A 4201)
돌침 수평도체
2조 이상
10 Ω 이하
60° (45°)
보호각법
개 정
진행중
미 국
(NEPA 780)
전도체 마스트
2조 이상
뇌격거리
45m
회전구체법
보폭전압
접촉전압
프랑스
(NFC 17-102)
ESE 피뢰침
*높이 20m 미만 : 1조 이상
10 Ω 이하
*높이 20m 이상 : 2조 이상
ESE 피뢰침에 의
한 보호각법
선행스트리머
방사법
영 국
(BS 6651)
수직도체
수평도체
*높이 20m 이하 : 1조
*높이 20m 초과 : 10m미만 10 Ω 이하
1조씩 추가
60° (45°)
보호각법
회전구체법
IEC
(IEC 1024)
돌침 수평도체
메시도체
피뢰침의 높이와
보호레벨에 따라
보호각이 다름
보호각법
회전구체법
메 시 법
국가별
(규격, 규정)
2조 이상
* 보호범위의 ( )내의 값은 화약, 가연성 액체, 가연성 가스 등의 위험물을
저장 또는 처리하는 용도에 사용하는 피뢰침에 해당한다.
비
고
피뢰설비일반
피뢰설비 관련 국내 규격
분류
주요
법
/
영
기
술
기
준
기
타
법
령
법 / 영 / 기준
특
징
T
G
O
건축법
피뢰침은 건축물
건축법 시행령
건축설비의 설치에 관한 기술적 기준은 건설교통부령[제87조]
건축물의 설비기준 등에 관한 규칙
낙뢰의 우려가 있는 건축물에는 피뢰설비를 설치 [제20조]
피뢰침의 설치에 관한 기술상의 지침
KS C 9609 <피뢰침>
제목은 피뢰침
내용은 일반적 건축물의 피뢰설비에 대한 것
내선규정 1998
전력용 등의 접지극은 피뢰침용의 접지극에서 2미터 이상
격리
*
*
*
*
*
*
총포, 도검, 화학류 등 단속법 시행규칙
소방기술기준에 관한 규칙
산업안전기준에 관한 규칙
항공법 시행규칙
전파법 시행령
석유광산 보안 규칙
환경형 피뢰시스템
ESL System
E.F. Terminal
E.F. Carrier
E.F. Counter
SurgeKiller
T
G
O
환경형 피뢰시스템
ESL System
T
G
O
환경형 피뢰시스템 설명
피뢰침의 주변환경
Attraction
피뢰침부분
광역피뢰침 (*E.F.* Terminal) 사용
Air Natural Gradient를 이용하여 Free
Primary Electron을 방출
인하도선의 주변환경
인하도선 부분
밀폐형 인하도선 (*E.F.* Carrier) 사용
특수 동축케이블
Carrying
계수기부분
낙뢰계수기 (*.E.F.* Counter) 사용
외부 전력 불필요
접지의 주변환경
접 지 부 분
써지킬러 (Surgekiller) 사용
서지임피던스 저감 및 서지에너지 조기 소멸
통 상 접 지
통상적인 사용주파수 접지저항을 확보하기 위
하여 통상적 개념의 접지봉 혹은 접지망 설치
Early
Sealed
Low
Discharge
환경형 피뢰시스템
ESL 보호범위
건물 높이 [m]
피뢰침 높이 [m]
보호반경 [m]
10
15
100
20
25
110
30
35
120
40
45
130
50
55
140
60
65
150
70
75
160
80
85
170
90
95
180
100
105
190
110
115
200
120
125
200
130
135
200
140
145
200
150
155
200
Note
T
G
O
1.
피뢰침 높이 = 건물높이 + 5[m]
2.
보호반경은 실험치에 근거
광역피뢰침
E.F. Terminal
• 일반피뢰침의 원리
피뢰침에서 나오는 상향 Leader가 지표면의 다른 부분에서 나오는 상향 Leader
보다 먼저 하향 Leader를 만나도록 하여 뇌격이 피뢰침에 가해지도록 함으로서
시설과 인축을 보호한다는 것이다.
• 광역피뢰침의 원리
뇌운 접근시 각각의 point 끝에 강한 전계를 형성하여 방전을 일으키고
많은 양의 이온방출로 인하여 낙뢰의 하향 Leader를 조기에 흡입할 수 있는
상향리더를 발생시킨다.
이러한 특징으로 인하여 낙뢰시의 보호범위는 일반 피뢰침의 보호범위와는
차별화 되는 광역화가 이루어지게 된다.
T
G
O
광역피뢰침
• E.F. Terminal 구 조
295
280
Φ 100
50
Φ 70
Φ 60
T
G
O
광역피뢰침
• E.F. Terminal 원 리
Point 1과 Point 2의 거리는
매우 가깝다. 뇌운이 다가오면
이곳에 높은 전계가 형성되고
Arc가 발생한다.
Point 1
Point 2
Point 3
뇌운으로 인하여 피뢰침 부분의 전계강도가 높아지면 그림의 Point 1과
Point 2 사이에 불꽃방전이 개시되고,
이로 인하여 피뢰침 주변의 공기가 이온화되며 조기에 스트리머가
발생하여 낙하하고 있는 하향 선행방전의 선단과 만나게 된다.
T
G
O
광역피뢰침
• E.F. Terminal 이온발생의 메커니즘
대기중의 전하가 콜렉션
암으로 들어 온다.
대지의 전하가 Point 1
으로 올라온다.
1단계
2단계
3단계
대전단계
방전단계
수집단계
T
G
O
상기 과정을 1초에 수백 회 반복하면서 예비 방전을 지속적으로 유지한다. 이 메커
니즘의 핵심은 Point 1과 Point 2 사이에 강한 전계가 형성된다는 점이다. 만약 이
러한 구조가 아니라면 이러한 강한 전계는 형성되지 못하고 예비 방전도 없을 것이
다. 단순 돌침에서도 물론 강한 전계가 형성되면 코로나 현상이 발생하고 이온이
방출될 것이다. 그러나 *E.F.* Terminal과 같은 다량의 이온발생은 없다.
광역피뢰침
• E.F. Terminal 특 징
• 일반 피뢰침과는 달리 광역 보호범위를 가진다.
• 기계적 강도가 우수하기 때문에 낙뢰발생시 파손의 문제가 없다.
• 낙뢰를 조기에 흡입할 수 있기 때문에 상대적으로 주위의 다른 시설물에도
피해가 적다.
• 다른 형태의 광역피뢰침과는 달리 전원을 필요치 않는다.
• 설치가 간편하다.
• 재래식 피뢰침과의 비교
구 분
보호범위
재래식 피뢰침
작
다
유지보수
용이하다
비
용
저렴하다
미
관
불 량
(다수설치)
보호여유
없
다
E.F. Terminal
크 다
(면적기준 약 100배 증가)
용이하다
단가는 다소 고가
전체 소요량 감안시 저렴
미 려
(1개 혹은 소수 설치)
T
G
O
여유 많다. 건물 중측, 광고물 혹은 안테나
설치시 피뢰시스템 중축 불필요
인하도선
E.F. Carrier
종래의 인하도선은 측방섬락(side flashing)과 구조물전화(building electrification)
라는 단점을 가지고 있다.
구조물 전화는 피뢰시스템 근처뿐만 아니라 원격지에 있는 전자, 통신장비의 파손
및 오작동을 초래할 수가 있다.
그렇지만, E.F. Carrier는 특수 차폐구조로 되어 있어 이러한 단점이 없다.
T
G
O
인하도선
• E.F. Carrier 구 조
E.F.* Carrier의 구조는 그림과 같이 중심절연체부, 중심도체부, 중간절연체부,
외부도체부, 외부보호절연시스(sheath)로 되어 있다.
중심도체와 외부도체는 섬유모양의 금속도체로 구성되며 이들 도체는 모두
중심선에 평행하게 배치된다.
외부보호절연시스 OD 31[mm]
외부도체
중간절연체
중심도체부
중심절연체
T
G
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인하도선
• E.F. Carrier 효 과
•측방섬락(Side Flashing)이 없다!
T
G
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측방섬락은 비절연 혹은 절연의 통상적 인하도선에 있어서 전압구배가 내구한계치 초과시 발생한다.
인하도선의 전압상승으로 측방섬락이 발생하는 것을 예시하면 아래 그림과 같다.
통상의 절연 인하도선
E.F. Carrier
높은 전계의 존재가
측방섬락을 야기할 수
있다.
낙뢰 발생전
낙뢰 진행중
인하도선
• 구조물 전화가 없다!
T
G
O
그림에서 보듯 통상의 인하도선에서는 낙뢰전류로 인한 자력선이 인접하는 Loop와 쇄교하
면 큰 유도기전력이 그 Loop내에 형성되나 E.F. Carrier에 있어서는 차폐도체를 통하여 낙
뢰전류를 상쇄시키는 전류가 흐르므로 Loop에 유도되는 기전력은 매우 작다.
그림에서 차폐 도체를 통하여 상향으로 흐르는 전류는 직류 혹은 교류에서는 이해할 수 없
는 전류이지만 서지(surge)에서는 존재하는 전류이다.
(실제 서지의 경우 진행파 전류가 인하도선 전장을 왕복하게 된다)
통상의
인하도선
E.F.Carrier
인하도선
• E.F. Carrier 특 징
• 피보호 구조물은 전화(electrification)하지 않으면서 방전전하를 대지로 보낼 수 있다.
• 측방섬락(side flashing)의 위험이 제거된다.
• 굴곡부분에도 측방섬락의 염려없이 안전하게 Carrier를 포설할 수 있다.
• 높은 정전용량(capacitance) 성분 때문에 서지전류를 대폭 흡수할 수 있다.
• 매우 낮은 서지임피던스(surge impedance) 값을 가진다.
• 통신분야 등에서 철탑, 안테나 등의 전화(electrification) 예방이 필요할 때,
E.F. Carrier의 특징이 잘 활용될 수 있다.
• 재래식 인하도선과의 비교
구 분
유도뢰
재래식 인하도선
크
다
E.F. Carrier
거의 없다
T
G
O
유지보수
용이하다
용이하다
비
용
저렴하다
다소 고가이나, 부담이 될 만한 수준은 아니다
미
관
불 량 (다수설치)
미 려 (1개 혹은 소수 설치, 건물내 설치가능)
낙뢰계수기
E.F. Counter
E.F. Counter는 E.F. Terminal에서 조기흡입한 낙뢰를 Count 해주는 기능을 한다.
T
G
O
E.F. Counter는 아주 작은 사이즈로 되어 있으며, 주위환경에 영향을 받지 않는 완전
방수구조이고, 전원을 필요로 하지 않는다.
69
69
190
낙뢰계수기
• E.F. Counter 특 징
• 0.4kg으로 작고 가벼우며 방수구조로 되어 있다.
• 작동을 위하여 전지를 필요로 하지 않으며, 정기적인 점검도 할 필요가 없다.
• 낙뢰 횟수를 999,999회까지 계수할 수 있다.
• 리세트 될 수가 없다.
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G
O
써지킬러
SurgeKiller
T
G
O
SurgeKiller는 정상저항뿐만 아니라 서지(surge) 내습시 구조물 전위를 빠르게 저하시키고,
서지를 단시간에 소멸시키는 접지전극으로써, 서지 내습시
침단에서 방전(Arc Discharge, Corona Discharge)이 용이하게 발생하기 때문에
다른 접지전극과 비교하여 방전량, 시간적 특성이 상당히 우수한 효과를 보인다.
써지킬러
• SurgeKiller 구 조
링
(총 14EA 105mm간격)
바늘전극
동압착 연결 리듀서
단부 캡
31
31
열수축 튜브
Φ 14.2
단부 바늘전극
20
105
1,575
링부 단면도
본체 상세도
T
G
O
GV선
스테인리스 스틸
알루미늄
폴리에틸렌
외형도
본체 단면도
써지킬러
• SurgeKiller 특 징
• 서지임피던스 값을 낮추어 준다.
• 방전개시전압이 일반 접지봉에 비하여 낮다.
(일반 접지봉 약 50kV, 써지킬러 24kV)
• 전식/부식이 일어나지 않아 반영구적이다.
• 설치가 간편하다(수평매설).
• 대지전위상승을 최소화한다.
• 뛰어난 방전특성으로 인하여 역섬락이 일어나지 않는다.
• 대지저항률이 높을수록 뛰어난 방전특성을 보인다.
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G
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써지킬러
• SurgeKiller 효 과
• 서지(surge)가 인가되었을 때 대지의 절연을 파괴, 이 때 방전(섬락)이 발생
• 일반접지봉에 비해 방전개시시간 단축
• 일반접지봉에 비해 방전개시전압 저감 -> 낮은 “서지임피던스”
• 극열한 지중방전으로 서지에너지를 열에너지로 변환
• SurgeKiller 용 도
• ‘상용접지저항’의 확보에는 기존의 접지봉, 접지망, 접지판 등을 이용
• 서지(surge)가 문제가 되는 경우에 SurgeKiller를 사용
• 특별히 SurgeKiller의 사용이 추천되는 시설 예시
- 방송, 이동통신 기지국용 송수신 철탑의 접지
- 전기철도 매설지선, 통신선로 가공지선 등의 중간 보조접지
- 발/변전기기, 송전선, 철탑 피뢰용 접지
- 위험물 저장 탱크류의 피뢰용 접지
- 각종 건축물 및 구조물의 피뢰시스템 접지
- 접지저항이 높은 접지시스템에서 서지(surge) 대비용 접지
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G
O
써지킬러
• 접지종류별 특성비교
항
목
상용주파접지저항
일반접지봉
써지킬러
동판접지
동 일
동 일
낮 다
지중방전개시전압
높 다 (51.48kV)
낮 다 (23.59kV)
일반봉과 동일
지중방전개시시간
길 다 (12.5s)
짧 다 (5.4s)
일반봉과 동일
서지임피던스
크 다 (153.5)
작 다 (81.5)
일반봉과 동일
경
제
성
T
G
O
낮 다
일반봉과 동일
일반봉과 동일
일반봉과 동일
거의 없다
지중방전을 통해
서지흡수/소멸 크다
거의 없다
재 질
동피막 강봉
스테인레스
동 판
전 식
크 다
작 다
크 다
부 식
크 다
작 다
크 다
비 용
저 가 (5,000원)
고 가 (250,000원)
저 가 (20,000원)
고 가 (400,000원)
수 명
5년 주기로 재시공
가정시 고비용
영구적
10 년
10 년
서지흡수효과
내
구
성
보링접지
인증여부
NT, 특허,
전력연구원 실증시험
거의 없다
그린어스
그린어스 green earth (접지저감재)
* green-earth는 20㎏/포로 포장된 분말로서 무공해 제품이며,
한번 시공으로 경년변화 없이 30년 이상 접지성능 보장
T
G
O
* green-earth의 일관된 성능은 장기간의 시험결과에서도 증명되고,
green-earth로 감싼 구리전극은 일반구리전극 보다
10배 이상 긴 수명
* 일반구리전극에 비해 접지저항 및 서지임피던스가
60 ~ 70% 감소
그린어스
• 그린어스(green earth) 특 징
서지임피던스저감
접지저항의 무변동
동선 접지전극에 비하여
접지저항 및 서지임피던스는
60% ~ 70%까지 저감
특별히 환경변화가 없는 한,
시공년도로부터 30년 이상 접지저
항이 변동하지 않음 (경년변화 無)
시공의 용이성
토양 및 지하수를 오염시키는
공해가 발생하지 않음
(일본공업시험소로부터
무공해 물질 인증품)
물이 귀한 곳이나 산악지대 등에서
물이 없어도 시공이 가능
(공법 특허)
• 그린어스(green earth) 사 양
green-earth
• 송배전 철탑
• 발전소 접지망
• 변전소 접지시스템
무공해
분
용
• 마이크로파 송신탑
green - earth
구
T
G
O
적
• 이동통신 중계국
• 접지저감을 필요로
하는 모든 접지개소
포장단위
굴곡강도
압축강도
접지저감율
20 [kg/포]
49 [㎏/㎠]
204 [㎏/㎠]
압축압력 1.0[kg/㎠]시
평균 2.5[Ω-㎝] 저감
(구)무안기상대 연구용 도플러 기상레이더 관측소 실적
구
분
대지저항률
접지저항치
접지공사방법
피뢰 접지
200 [m]
1.85 []
띠접지 + 서지방전봉 4EA
기기 접지
200 [m]
1.50 []
띠접지 + 서지방전봉 4EA
UPS 접지
200 [m]
1.50 []
띠접지 + 서지방전봉 4EA
TVSS 접지
200 [m]
1.50 []
띠접지 + 서지방전봉 4EA
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
진 도 기 상 대
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
한국수자원공사
상사댐 역조정수문
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
한국수자원공사
상사댐 취수탑
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
한국수자원공사
주암댐 수문
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
한국수자원공사
임하댐
관리단
T
G
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환경형 피뢰시스템 실적
한국수자원공사
보
령
댐
T
G
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환경형 피뢰시스템 실적
영산강 홍수통제소
T
G
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환경형 피뢰시스템 실적
금강 홍수통제소
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
금강 홍수통제소
계룡산 중계소
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
M B C 여의도 본관
T
G
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환경형 피뢰시스템 실적
한국통신 구로전화국
T
G
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환경형 피뢰시스템 실적
제 주 전 력 소
154kV 송전철탑
T
G
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환경형 피뢰시스템 실적
한밭대학교 본관
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
한국방송통신대학교
충북지역 학습관
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환경형 피뢰시스템 실적
88 컨트리클럽
클럽하우스
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
88 컨트리클럽
필
드
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
뉴스프링빌 컨트리클럽 (구 동진)
클럽하우스
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
뉴스프링빌 컨트리클럽 (구 동진)
클럽하우스 부속건물
T
G
O
환경형 피뢰시스템 실적
미사리조정 경기장
T
G
O
환경형 피뢰시스템
감사합니다
T
G
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