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전기기사 전기설비기술기준 · 피뢰시스템

Lightning Protection System

피뢰 시스템은 건물에 떨어진 낙뢰 전류를 수뢰부 · 인하 도선 · 접지극을 거쳐 대지로 흘려보내는 시설이다. 건물 밖에서 직격뢰를 받는 외부 피뢰와, 건물 안으로 들어온 서지를 SPD 와 본딩으로 누르는 내부 피뢰로 나뉜다. 수뢰부를 어디에 얼마나 촘촘히 둘지는 보호 레벨에 따라 정해요. 그림은 지붕의 돌침과 수평 도체, 양쪽 벽의 인하 도선, 땅속 접지극(외부)과 건물 안의 SPD · 등전위 본딩 바(내부)를 한 단면에 그렸어요.

낙뢰: 가장 강한 서지

⛈️ 낙뢰의 크기
①낙뢰 전류는 수 kA 에서 200 kA 에 이르고, 10 μs 안팎에 최댓값에 오른다
②직격뢰가 건물에 떨어지면 화재 · 구조물 파손 · 감전이 생길 수 있다
③가까운 곳에 떨어진 낙뢰도 전선에 유도 과전압을 일으켜 전자 기기를 망가뜨려요
④피뢰 시스템은 이 뇌전류를 정해 둔 길로 대지까지 흘려보내는 시설이다

피뢰 시스템의 구성

외부 피뢰 시스템
수뢰부 + 인하 도선 + 접지극
직격뢰를 받아 대지로 흘려보내는 길
내부 피뢰 시스템
등전위 본딩 + SPD(서지 보호 장치)
건물 안 금속부의 전위차를 없애고 전선으로 들어온 뇌서지를 억제한다

외부 피뢰: 수뢰부 · 인하 도선 · 접지극

수뢰부(Air-termination)
돌침 · 수평 도체 · 메시 도체
낙뢰를 맨 먼저 받는 부분으로, 건물 꼭대기와 모서리에 둔다
인하 도선(Down-conductor)
수뢰부 → 접지극 연결
뇌전류를 땅까지 내려보내는 도체로, 건물 외벽을 따라 여러 가닥을 나눠 세운다
접지극(Earth electrode)
뇌전류를 대지로 분산 방류
건물을 두르는 환상 접지극이나 기초 접지극을 쓴다
💡 수뢰부 배치: 보호각법 · 회전 구체법 · 메시법
①보호각법: 수뢰부 끝에서 보호각(α) 안쪽을 보호 범위로 본다
②회전 구체법: 반지름 r 인 구를 건물 위로 굴렸을 때 구가 닿지 않는 부분이 보호 범위다
③메시법: 지붕 위에 격자 모양 도체를 깔아 면 전체를 보호해요

피뢰기 시설 장소

피뢰기를 시설해야 하는 곳(KEC 341.13)

피뢰기 시설 장소
발전소 · 변전소의 가공 전선 인입구 · 인출구
송전선을 타고 들어오는 뇌서지를 변전 설비 앞에서 대지로 돌린다
시설
배전용 변압기의 고압 · 특고압 측
특고압 가공 전선로에 접속하는 주상 변압기를 지킨다
시설
고압 · 특고압 수용 장소의 인입구
가공 전선로로 전기를 받는 수용가로 서지가 들어오는 첫 자리다
시설
가공 전선로와 지중 전선로의 접속점
선로 임피던스가 바뀌어 서지가 반사되는 곳으로, 한번 상하면 회복되지 않는 케이블 절연을 지킨다
시설
⚠️ 피뢰기와 피뢰침
①피뢰침(수뢰부)은 직격뢰를 직접 받아 대지로 흘려보내는 도체이고, 건물 꼭대기에 선다
②피뢰기(LA)는 전로에 들어온 과전압 서지를 대지로 방전시키고 곧 원래 상태로 돌아가는 장치이며, 전로의 인입구와 접속점에 둔다
③이름이 한 글자 차이라 문제에서 서로 바꿔 내기 쉬워요

풍력 터빈 피뢰와 SPD

🌬️ 풍력 터빈 피뢰(KEC 532.3.5)
①수뢰부는 블레이드 선단(tip)과 가장자리(edge)에 두고, 뇌격 전류의 열에 녹지 않게 재질 · 굵기를 고른다
②「중앙 부분에 둔다」는 보기는 틀린 문장으로 자주 나온다
③인하 도선은 잘 부식되지 않는 금속선을 되도록 곧게 시설하고, 계측 센서 케이블은 금속관이나 차폐 케이블로 뇌 유도 과전압을 막아요
SPD (Surge Protective Device)
서지 보호 장치: 과전압 억제
유도 뇌서지와 개폐 서지를 대지로 흘려 기기를 보호한다

SPD 등급별 설치 위치

SPD 등급
Type 1
직격뢰 전류 대응: 10/350 μs 파형
인입구(주 분전반 주차단기 앞)
Type 2
유도 뇌서지 대응: 8/20 μs 파형
분전반
Type 3
남은 서지 대응: 민감한 기기 보호
기기 바로 앞(콘센트 가까이)
⚠️ 통합 접지에는 SPD 가 필수
①통합 접지에서는 낙뢰 때 접지 전위가 한꺼번에 올라, 전원선 · 통신선과 접지 사이에 큰 전위차가 생긴다
②그래서 KEC 는 통합 접지 시스템에 SPD 를 반드시 설치하게 한다
③SPD 가 없으면 건물 안 전자 기기가 한꺼번에 손상될 수 있어요

정리: 자주 나오는 내용

외부 피뢰
수뢰부 + 인하 도선 + 접지극
직격뢰 방류
내부 피뢰
SPD + 등전위 본딩
유도뢰 억제
수뢰부 배치법
보호각 · 회전 구체 · 메시
세 가지 방법
SPD 등급
Type 1→2→3
인입구 → 분전반 → 기기
🎯 시험 포인트
①피뢰 시스템 = 외부(수뢰부 + 인하 도선 + 접지극) + 내부(SPD + 본딩)
②피뢰기 시설 장소: 발전소 · 변전소 인입구 · 인출구, 배전용 변압기 고압 · 특고압 측, 수용 장소 인입구, 가공 · 지중 전선로 접속점
③풍력 터빈 수뢰부: 블레이드 선단과 가장자리(중앙 부분이 아님)
④SPD 등급: Type 1(인입구) → Type 2(분전반) → Type 3(기기)
⑤통합 접지 건물은 SPD 설치가 의무예요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 피뢰기를 시설해야 하는 곳은? (답: 발전소 · 변전소 가공 전선 인입구 · 인출구, 배전용 변압기 고압 · 특고압 측, 고압 · 특고압 수용 장소 인입구, 가공 전선로와 지중 전선로 접속점)
②[기출유형] 풍력 터빈의 수뢰부 설치 위치는? (답: 블레이드 선단과 가장자리)
③[기출유형] SPD Type 1 의 설치 위치와 대응 파형은? (답: 인입구, 10/350 μs)
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