피뢰설비 설치대상 구성 보호방식 고려사항

피뢰설비 설치대상 구성 보호방식 고려사항에 대하여 알아보겠습니다. 피뢰설비는 낙뢰로부터 건축물, 설비, 사람과 동물 등을 보호하기 위해 설치하는 안전 설비입니다. 피뢰설비의 주된 목적은 낙뢰가 건축물 등에 직접 내리치는 것을 막고, 낙뢰로 인해 발생하는 전류를 안전하게 대지로 방류하여 화재, 파손, 감전 등 2차 피해를 예방하는 데 있습니다.

1. 피뢰설비 설치대상

1.1 법령별 설치대상

대상	해당 규칙
낙뢰 우려가 있거나 높이 20m 이상의 건축물	건축물 설비기준 등에 관한 규칙
화약류 또는 위험물을 저장하거나 취급하는 시설	산업안전기준 등에 관한 규칙
지정수량 10배 이상의 위험물을 취급하는 제조소	위험물안전관리법 시행규칙
TV 수신 안테나	방송공동 수신설비의 설치기준에 관한 규칙
낙뢰 또는 강전류 전선과의 접촉 등에 의하여 이상전류 또는 이상전압이 유입될 우려가 있는 전기통신설비	전기통신설비기술기준 등에 관한 규칙
가공선로가 인입되는 갱	광산보안법 시행규칙

1.2 건축물 설비기준 등에 관한 규칙

1.2.1 설치대상

다음의 건축물 또는 공작물에는 피뢰설비를 설치해야 합니다.

• 낙뢰의 우려가 있는 건축물: 법규에서 명확히 정의된 높이 기준을 충족하지 않더라도, 지리적 특성, 주변 환경 등으로 인해 낙뢰 위험이 있다고 판단되는 건축물은 피뢰설비를 설치해야 합니다.
• 높이 20미터 이상의 건축물: 일반적인 건축물 중 높이가 20미터를 초과하는 경우 반드시 피뢰설비를 설치해야 합니다.
• 높이 20미터 이상의 공작물: 「건축법 시행령」 제118조 제1항에 따른 공작물(예: 굴뚝, 장식탑, 기념탑, 첨탑, 광고탑, 광고판, 고가수조, 옹벽, 담장, 골프연습장 철탑, 주거/상업지역 통신용 철탑 등) 중 높이가 20미터를 초과하는 경우에도 피뢰설비를 설치해야 합니다. 건축물에 공작물을 설치하여 전체 높이가 20미터 이상이 되는 경우도 포함됩니다.

1.2.2 설치기준

1. 피뢰레벨 등급 적합: 피뢰설비는 한국산업표준(KS C IEC 62305)이 정하는 피뢰레벨 등급에 적합해야 합니다. 단, 위험물 저장 및 처리 시설에 설치하는 피뢰설비는 피뢰시스템레벨 Ⅱ 이상이어야 합니다.
2. 돌침 설치 기준: 돌침(피뢰침)은 건축물의 맨 윗부분으로부터 25센티미터 이상 돌출시켜 설치해야 하며, 설계하중에 견딜 수 있는 구조여야 합니다.
3. 재료 및 최소 단면적: 피뢰설비의 재료는 최소 단면적이 피복이 없는 동선(銅線)을 기준으로 수뢰부, 인하도선 및 접지극은 50제곱밀리미터 이상이거나 이와 동등 이상의 성능을 갖추어야 합니다.
4. 자연구성부재 활용 및 전기적 연속성: 철골조의 철골구조물이나 철근콘크리트조의 철근구조체 등을 피뢰설비의 인하도선으로 대신 사용하는 경우, 전기적 연속성이 보장되어야 합니다. 이 경우, 건축물 금속 구조체의 최상단부와 지표레벨 사이의 전기저항이 0.2옴 이하여야 합니다.
5. 측면 수뢰부 설치: 측면 낙뢰를 방지하기 위해 다음 기준에 따라 측면 수뢰부를 설치해야 합니다.
   • 높이 60미터를 초과하는 건축물: 지면에서 건축물 높이의 5분의 4가 되는 지점부터 최상단부분까지의 측면에 수뢰부를 설치해야 합니다.
   • 지표레벨에서 최상단부의 높이가 150미터를 초과하는 건축물: 120미터 지점부터 최상단부분까지의 측면에 수뢰부를 설치해야 합니다.
   • 예외: 건축물의 외벽이 금속부재로 마감되고, 금속부재 상호 간에 전기적 연속성이 보장되며 피뢰시스템레벨 등급에 적합하게 설치하여 인하도선에 연결한 경우에는 측면 수뢰부가 설치된 것으로 간주합니다.
6. 접지 방법: 접지는 환경오염을 일으킬 수 있는 시공 방법이나 화학 첨가물 등을 사용하지 않아야 합니다.
7. 등전위 본딩: 급수, 급탕, 난방, 가스 등을 공급하기 위해 건축물에 설치하는 금속배관 및 금속재 설비는 전위(電位)가 균등하게 이루어지도록 전기적으로 접속(등전위 본딩)해야 합니다.
8. 통합접지 및 서지보호장치(SPD): 전기설비의 접지계통과 건축물의 피뢰설비 및 통신설비 등의 접지극을 공용하는 통합접지공사를 할 수 있습니다. 이 경우 낙뢰 등으로 인한 과전압으로부터 전기설비 등을 보호하기 위해 한국산업표준에 적합한 서지보호장치(SPD)를 설치해야 합니다.
9. 한국산업표준 적합: 그 밖에 피뢰설비와 관련된 사항은 한국산업표준에 적합하게 설치해야 합니다.

2. 구성

피뢰설비는 낙뢰로부터 건축물, 내부 설비, 그리고 인명까지 보호하기 위한 종합적인 시스템으로, 크게 외부 피뢰설비(External Lightning Protection System, E-LPS)와 내부 피뢰설비(Internal Lightning Protection System, I-LPS)로 구성됩니다. 한국산업표준(KS C IEC 62305)은 이 두 가지 시스템을 포괄하는 ‘피뢰시스템(LPS)’이라는 용어를 사용하며, 각 구성 요소에 대한 상세한 기준을 제시하고 있습니다.

2.1 외부 피뢰설비 (E-LPS)

외부 피뢰설비는 낙뢰를 직접 포착하여 안전하게 대지로 흘려보내는 역할을 합니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

2.1.1 수뢰부 (Air-termination System)

• 역할: 낙뢰를 가장 먼저 받아들이는 부분으로, 주로 건축물의 최상단에 설치됩니다.
• 종류:
  • 돌침 (Lightning Rod): 흔히 ‘피뢰침’이라고 부르는 뾰족한 형태의 도체입니다.
  • 수평도체 (Horizontal Conductor): 건물의 지붕이나 옥상에 수평으로 배치되는 도체입니다.
  • 메시도체 (Mesh Conductor): 지붕 전체를 그물망 형태로 덮는 도체로, 넓은 면적의 보호에 효과적입니다.
• 설치 기준: 보호각법, 회전구체법, 메시법 등의 설계 방법으로 건물의 보호 범위와 피뢰레벨에 따라 적절한 수와 위치에 배치됩니다. 건축물 금속 구조체(철골, 철근) 등도 일정 기준을 만족하면 수뢰부로 활용될 수 있습니다.

2.1.2 인하도선 (Down Conductor)

• 역할: 수뢰부에서 포착된 뇌격 전류를 대지(접지 시스템)로 안전하고 신속하게 흘려보내는 통로입니다.
• 설치 기준:
  • 다수의 병렬 통로를 구성하여 뇌격 전류를 분산시킵니다.
  • 가능한 한 최단 거리로 설치하고, 꺾임이나 급격한 굴곡을 피해야 합니다.
  • 일정한 간격(예: 20m)으로 배치하여 뇌격 전류의 흐름을 원활하게 합니다.
  • 건축물의 금속 구조체(철골, 철근)를 인하도선으로 활용할 수 있으며, 이 경우 전기적 연속성(0.2Ω 이하)이 보장되어야 합니다.
  • 지표면 가까이에 접지시험단자를 설치하여 접지 저항을 측정하고 관리할 수 있도록 합니다.

2.1.3 접지 시스템 (Earth-termination System)

• 역할: 인하도선을 통해 유도된 뇌격 전류를 최종적으로 대지로 방출하여 전위를 안전하게 낮추는 부분입니다.
• 구성:
  • 접지극 (Earth Electrode): 뇌격 전류를 대지로 흘려보내는 도체로, 접지봉, 접지판, 접지선 등이 있습니다.
  • 접지도체 (Earth Conductor): 인하도선과 접지극을 연결하는 도체입니다.
• 설치 기준:
  • 최소 0.5m 이상의 깊이에 매설하고, 지중에서 전기적 결합 효과를 최소화하기 위해 일정한 간격으로 배치합니다.
  • 환경오염을 일으킬 수 있는 시공 방법이나 화학 첨가물 사용은 지양합니다.
  • 접지 저항을 낮추기 위해 필요시 접지봉 개수를 늘리거나 접지 저항 저감제를 사용할 수 있으나, 친환경적인 방법을 우선합니다.
  • A형 접지극: 방사상, 판상, 수직 접지극 등. 소규모 구조물에 적합하며, 토양 저항률이 낮을 때 유리합니다.
  • B형 접지극: 환상, 메시 접지극, 건축물 기초구조체 대용 접지극 등. 암반 지역이나 대규모 구조물에 유리하며, 건물의 기초 콘크리트 내 철근망을 활용하는 경우가 많습니다.

2.2 내부 피뢰설비 (I-LPS)

내부 피뢰설비는 직격뢰 또는 인근 낙뢰에 의해 발생하는 유도뢰 및 서지(과전압)로부터 건축물 내부의 전기·전자 설비를 보호하는 역할을 합니다.

2.2.1 등전위 본딩 (Equipotential Bonding)

• 역할: 건물 내 모든 금속 설비(급수, 급탕, 난방, 가스 배관, 전선관 등)와 접지 시스템을 전기적으로 연결하여, 낙뢰 발생 시 각 금속 부분 간의 전위차를 없애 과전압 발생을 억제하고 스파크를 방지합니다.
• 설치: 주 접지 단자(Main Earthing Terminal, MET)를 중심으로 모든 금속부를 연결합니다.

2.2.2 서지 보호 장치 (Surge Protective Device, SPD)

• 역할: 낙뢰 또는 개폐 서지 등 일시적인 과전압이 전기·전자 설비에 유입되는 것을 방지하고, 이를 안전하게 대지로 방출하여 기기 손상을 막습니다.
• 설치 위치: 전력선, 통신선, 신호선 등 외부에서 건물 내부로 인입되는 모든 선로에 설치합니다. 피뢰구역(LPZ) 경계를 따라 단계별로 설치하여 보호 효과를 극대화합니다.
• 종류:
  • Type 1 SPD: 건물 인입부에 설치하여 직격뢰에 의한 대규모 서지 전류를 방출합니다.
  • Type 2 SPD: 배전반에 설치하여 잔류 서지를 흡수합니다.
  • Type 3 SPD: 민감한 전자 기기 가까이에 설치하여 미세한 서지로부터 최종 보호를 제공합니다.

2.2.3 자기 차폐 (Magnetic Shielding)

• 역할: 도체 주변에 발생하는 강한 자기장으로 인한 유도 전압을 줄이기 위해 전자기적으로 차폐된 공간을 제공합니다. 이는 주로 금속 덕트, 금속 관로, 철근 콘크리트 구조물 등을 활용하여 이루어집니다.

이러한 외부 및 내부 피뢰설비는 유기적으로 결합되어 낙뢰로부터 건축물과 그 내부를 포괄적으로 보호하는 시스템을 구축합니다. 피뢰설비의 설계와 시공은 KS C IEC 62305와 같은 관련 표준 및 규정에 따라 전문가에 의해 신중하게 이루어져야 합니다.

3. 보호방식

피뢰설비의 보호 레벨은 낙뢰 위험도 평가를 통해 결정되며, 숫자가 낮을수록 더 높은 수준의 보호(더 낮은 피해 위험)를 의미합니다. 즉, 레벨 I이 가장 강력한 보호를 제공하고, 레벨 IV가 상대적으로 낮은 보호를 제공합니다.

3.1 완전보호 (피뢰시스템 레벨 I)

• 목표: 가장 높은 수준의 보호를 제공하여 극도로 민감하거나 인명 피해 및 경제적 손실이 매우 큰 시설에 적용됩니다. 낙뢰로 인한 피해 위험을 최소화하는 것이 주된 목적입니다.
• 적용 대상: 폭발 위험이 있는 시설(정유 공장, 가스 저장 시설), 중요 데이터 센터, 발전소, 군사 시설, 문화재 등.
• 주요 특징:
  • 수뢰부: 회전구체 반경이 가장 작아(20m), 매우 촘촘하게 수뢰부를 설치합니다. 이는 낙뢰를 놓치지 않고 포착할 확률을 극대화하기 위함입니다. 메시 간격도 가장 조밀합니다.
  • 인하도선: 인하도선의 수가 가장 많고, 설치 간격도 가장 좁습니다(예: 10m). 이는 뇌격 전류를 최대한 분산시켜 국부적인 피해를 줄이고, 대지로 신속하게 흘려보내기 위함입니다.
  • 접지 시스템: 가장 낮은 접지 저항을 목표로 하며, 복잡하고 넓은 범위의 접지망을 구축하여 뇌격 전류를 안전하게 대지로 방출합니다.
  • 내부 피뢰: 모든 인입선에 최고 등급(Type 1)의 서지 보호 장치(SPD)를 설치하고, 매우 철저한 등전위 본딩을 수행합니다.

3.2 증강보호 (피뢰시스템 레벨 II)

• 목표:높은 수준의 보호를 제공하며, 레벨 I 다음으로 강력한 보호 능력을 가집니다. 일반적인 고층 건축물이나 중요한 공공 시설에 적용됩니다. 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」에서 위험물 저장 및 처리 시설에 요구하는 최소 피뢰시스템 레벨이 II입니다.
• 적용 대상: 일반 고층 건축물, 대규모 상업 시설, 병원, 학교, 주요 관공서, 데이터 센터 등.
• 주요 특징:
  • 수뢰부: 회전구체 반경(30m)이 레벨 I보다 약간 크지만, 여전히 촘촘한 수뢰부 설치를 요구합니다.
  • 인하도선: 인하도선 수가 많고 설치 간격도 비교적 좁습니다(예: 10m).
  • 접지 시스템: 충분히 낮은 접지 저항을 확보하며, 안정적인 접지망을 구축합니다.
  • 내부 피뢰: 주요 인입선에 고성능 SPD를 설치하고, 등전위 본딩을 철저히 합니다.

3.3 보통보호 (피뢰시스템 레벨 III)

• 목표:일반적인 수준의 보호를 제공하며, 대부분의 상업용 또는 주거용 건축물에 적용되는 가장 일반적인 보호 레벨입니다. 합리적인 비용으로 적절한 낙뢰 보호를 제공하는 것을 목표로 합니다.
• 적용 대상: 일반 주거용 건물, 중소형 상업 건물, 사무실 건물, 공장 등.
• 주요 특징:
  • 수뢰부: 회전구체 반경(45m)이 레벨 II보다 커져 수뢰부 설치가 레벨 I, II에 비해 상대적으로 덜 조밀합니다.
  • 인하도선: 인하도선 수가 적절하며, 설치 간격도 비교적 넓습니다(예: 15m).
  • 접지 시스템: 일반적인 요구사항에 부합하는 접지 저항을 목표로 합니다.
  • 내부 피뢰: 필수적인 서지 보호 장치(SPD)를 설치하고 등전위 본딩을 수행합니다.

3.4 간이보호 (피뢰시스템 레벨 IV)

• 목표:최소한의 보호를 제공하며, 낙뢰로 인한 피해 위험이 상대적으로 낮거나 피해 발생 시 영향이 크지 않은 시설에 적용됩니다.
• 적용 대상: 농업용 건물, 창고, 낮은 높이의 비중요 시설 등.
• 주요 특징:
  • 수뢰부: 회전구체 반경(60m)이 가장 커 수뢰부 설치가 가장 성깁니다.
  • 인하도선: 인하도선 수가 가장 적고, 설치 간격도 가장 넓습니다(예: 20m).
  • 접지 시스템: 기본적인 접지 요건을 충족합니다.
  • 내부 피뢰: 필수적인 부분에만 최소한의 서지 보호 장치를 설치할 수 있습니다.

4. 고려사항

이러한 보호 레벨은 낙뢰 위험도 평가(Risk Assessment)를 통해 결정됩니다. 건축물의 용도, 높이, 재질, 주변 환경, 내부 설비의 중요도, 인명 피해 가능성, 경제적 손실 규모 등을 종합적으로 고려하여 가장 적합한 보호 레벨을 선택하고, 이에 맞춰 피뢰설비를 설계 및 시공해야 합니다.

4.1 건축물의 용도

건축물의 용도는 피뢰설비의 보호 레벨을 결정하는 핵심 요소입니다.

• 주거 시설 (아파트, 주택): 일반적인 낙뢰 보호가 필요하며, 주로 피뢰시스템 레벨 III 또는 IV가 적용됩니다. 인명 피해 최소화에 중점을 둡니다.
• 상업 시설 (오피스 빌딩, 쇼핑몰): 많은 사람들이 드나들고 고가 장비가 많으므로, 피뢰시스템 레벨 II 또는 III 정도의 보호가 필요합니다.
• 산업 시설 (공장, 발전소): 생산 설비의 연속성 유지가 중요하고, 화재나 폭발 위험이 있는 경우도 있어 피뢰시스템 레벨 I 또는 II 등 높은 수준의 보호가 필수적입니다.
• 병원, 통신 시설, 데이터 센터: 전력 공급 중단이나 시스템 마비가 치명적인 영향을 미치므로, 최고 수준의 완전보호 (피뢰시스템 레벨 I)가 요구됩니다.
• 문화재, 박물관: 복구 불가능한 손실을 막기 위해 역시 레벨 I 또는 II의 강력한 보호가 필요합니다.

4.2 건축물의 높이

건축물의 높이는 낙뢰를 맞을 확률과 직결됩니다.

• 높이 증가: 건축물이 높을수록 낙뢰를 맞을 확률이 기하급수적으로 증가합니다. 특히 60m 이상의 고층 건물은 측면 뇌격의 위험도 커지기 때문에 측면 수뢰부 설치 등 추가적인 고려가 필요합니다.
• 보호각 및 회전구체 반경: 높은 건축물일수록 보호각법 적용이 어려워지거나, 회전구체 반경이 작아져 더 촘촘한 수뢰부 배치가 요구됩니다.

4.3 건축물의 재질

• 금속 구조물 (철골조): 철골 자체가 인하도선 역할을 할 수 있으므로, 자연구성부재로 활용하여 효율적인 시스템 구축이 가능합니다. 이 경우 전기적 연속성(0.2Ω 이하)을 확보하는 것이 중요합니다.
• 철근 콘크리트조: 내부의 철근망을 인하도선이나 접지극으로 활용하는 자연구성부재로 사용할 수 있습니다.
• 비금속 재질 (목재, 벽돌): 자체적으로 뇌격 전류를 흘려보내지 못하므로, 외부 피뢰설비(돌침, 인하도선, 접지)를 더욱 명확하게 설치하고 배치해야 합니다.

4.4 주변 환경 (지리적 요인)

• 평지 또는 고지대: 주변에 높은 구조물이 없는 평지나 고지대에 위치한 건물은 낙뢰의 타겟이 되기 쉬우므로 더 강화된 보호가 필요합니다.
• 뇌우 빈도: 해당 지역의 연간 낙뢰 발생 빈도가 높다면, 더 높은 보호 레벨의 피뢰설비 설치를 고려해야 합니다. 기상청 등의 자료를 통해 지역별 뇌우 일수를 확인할 수 있습니다.
• 토양 저항률: 접지 시스템 설계에 직접적인 영향을 줍니다. 토양 저항률이 높으면 더 넓은 접지 면적이나 깊은 매설, 또는 접지 저감제 사용 등을 고려해야 합니다.
• 주변 구조물: 주변에 더 높은 건축물이나 자연 지형(산)이 있다면, 해당 건축물이 낙뢰를 대신 맞아줄 가능성이 있어 보호 레벨 결정에 영향을 줄 수 있습니다.

4.5 내부 설비의 중요도

• 민감성 장비: 컴퓨터 서버, 통신 장비, 의료 장비, 정밀 제어 시스템 등은 서지(과전압)에 매우 취약하므로, 다단계의 서지 보호 장치 (SPD) 설치와 철저한 등전위 본딩이 필수적입니다.
• 생산 라인: 산업 시설의 생산 라인 중단은 막대한 경제적 손실로 이어지므로, 전력선 및 제어선에 대한 강력한 서지 보호가 필요합니다.

4.6 인명 피해 가능성

• 상주 인원 및 유동 인구: 사람들이 많이 모이는 장소(병원, 학교, 대형 쇼핑몰, 공연장 등)는 낙뢰 발생 시 인명 피해 위험이 높으므로, 최고 수준의 보호를 제공해야 합니다.
• 피난 경로: 낙뢰로 인한 화재나 폭발 시 피난 경로의 안전도 함께 고려되어야 합니다.

4.7 경제적 손실 규모

• 설비 교체 비용: 고가의 장비가 손상될 경우 발생하는 교체 및 수리 비용.
• 업무 중단 손실: 생산 라인 중단, 데이터 손실 등으로 인한 업무 마비 및 이로 인한 영업 손실.
• 복구 비용 및 시간: 피해 복구에 드는 비용과 복구 기간 동안 발생하는 추가 손실. 이러한 잠재적 손실 규모가 클수록 더 높은 보호 레벨의 피뢰설비 투자가 경제적으로 합리적입니다.