Lightning Protection 발표자료-김점범.ppt [읽기 전용] · 2018-01-01 ·...

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2006. 04. 06

김점범([email protected])

원자력발전소 낙뢰보호설비

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설 명 순 서

낙뢰보호의 정의

용어 및 기준/규격

낙뢰보호의 일반사항

원자력 발전소 낙뢰보호

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정의

보호 대상물에 근접하는 뇌격을 흡입하고 뇌격전류를 대지로 안전하게

방류하여 인명 및 보호 대상물을 안전하게 보호하고자 함.

보호건물에 위험이 없도록 뇌격을 차폐

뇌격전류를 접지계통에 유도하여 대지에 방류

뇌격전류에 의해 생기는 전계와 자계로 인한 영향을 방지

적절한 접지계통의 구성

전력선 및 통신선 등의 인입선으로 진입하는 뇌서지에 대한 절연협조

낙뢰보호의 정의

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용어의 정의낙뢰(Lightning Flash to Earth)

뇌운과대지사이에발생하는 1회이상의방전

뇌격(Lightning Stroke)낙뢰에있어서단일방전

뇌격점(Point of Strike)뇌격이대지, 건물또는낙뢰보호시스템과접촉하는점

보호범위(Space to be Protected)뇌의영향으로부터보호가필요한건축물또는지역의부분

뇌격전류(Lightning Current)뇌격점에서대지로흐르는전류


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용어의 정의

직격뢰섬락빈도(Direct Lightning Strike Frequency to Structure)건축물에대한연간평균직격뢰예상수

뇌방전허용빈도(Tolerable Lightning Frequency)건축물에손상을일으킬수있는최대허용연간평균빈도

수뢰부시스템(Air-terminal System)뇌격을포착하기위한뇌보호시스템

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적용기준 및 규격

낙뢰보호설비(피뢰설비)에 적용되는 각국의 주요 기준 및 규격은 아래

와 같음.

KS C9609 : 피뢰침

JIS A4201 : 건축물등의피뢰설비(피뢰침)

NFPA 780 : Standard for the Installation of Lightning Protection System

IEC 1024-1 : Protection of Structures Against Lightning

(KS IEC 61024-1)

UL 96A : Installation Requirements for Lightning Protection System

BS 6651 : Protection of Structures Against Lightning


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낙뢰보호 공간

보호각법

수뢰부 도체상의 점을 기준 평면에 수직방향에대한각도(α)로투사함으

로써 생기는 에워싸인 표면내에 보호 건축물이 들어가도록 수평 도체,

피뢰침, 지주를 설치한다.


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낙뢰보호 공간

회전구체법

보호공간의 어느 지점에 반경(R)을 가지는 회전구체를 모든 가능한

방향으로 지표면, 주변 및 구조물 상부에서 회전시켰을 때 접촉 하

지 않게 되는 영역을 보호공간으로 한다.


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낙뢰보호공간

보호각과 회전구체법의 비교

보호각 개념과 회전구체법이 적용된 수직 피뢰침의 낙뢰보호 공간은

피뢰침의 설치 높이가 높아질수록 회전구체법이 보호각법 보다 좁아지

게 된다.


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뇌격거리

구름 속의 전하 량에 의한

뇌격전류.

보호영역은 뇌격거리에 비

례하여 증가한다.

IEEE 665 및 IEEE142에서뇌

격거리는100ft(30m) 추천함.


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낙뢰전류와 발생빈도

18KA : 약 50%220KA : 약 0.02%

Ref. IEEE Std C62.42-1992

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인하도선

뇌격전류를 대지로 안전하게 방류하기 위하여 인하도선에는 접지망에 접속

되어야 하며, 인하도선의 조수는 아래 표와 같이 규정되어 있음.

구조물의높이 20m이하의경우20m이내 1조

한 개의피보호물에대해서 2조이상

인하도선은피보호물주위에 50m이내의간격으로설치

피보호물의수평투영면적이 50m2이하의것에대해서는

1조로가능함. 2조이상KS/JIS

전체구조물에대해서최소 2조이상으로한다.250ft(76m)를 초과하는구조물은 100ft(30m)마다 1조설치

인하도선의거리는평균 100ft(30m)이내로함.2조이상NFPA

구조물의높이 20m초과하는경우10m이내 1조BS

규정 내용인하도선 조수기준

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낙뢰보호 선정 절차

입력자료

구조물의 위치 및 치수

대지뇌격 방전 밀도(Ng)

구조물의 등가포집면적(Ae) 계산

직격뢰 섬락빈도(Nd) 계산

뇌방전 허용빈도(Nc) 계산

Nd ≤ Nc낙뢰보호 시스템 불필요

낙뢰보호시스템 필요

YES

NO

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설계개요원자력 발전소의 낙뢰보호(피뢰설비)는 NFPA 780 및 UL 96A를기준하여

설계, 설치, 검사 및 시험을 수행하며, NFPA 780의위험 평가지침에 따라

주요건물 및 보호될 필요성이 있는 건물에 낙뢰보호설비가 설치되어 발전

소 접지계통에 접속된다.

설계적용 기준NFPA 780 : Standard for the Installation of Lightning Protection

UL 96A : Installation Requirements for Lightning Protection System

IEEE 665 : Standard for Generating Station Grounding

원자력발전소 낙뢰보호

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설계 방법

낙뢰적용 평가

직격뢰 섬락빈도(Nd)“NFPA 780-2004 Annex L, Lightning Risk Assessment”를 참조.

Direct Lightning strike frequency (Nd) = (Ng)(Ae)(C1)

where, Ng : the yearly lightning strike frequency to the structureNg = 0.04 x (Nk)1.25, Nk : local isokeraunic levelAe : the equivalent collective area of the structure in km2

For a rectangular structure, Ae = LW + 6H(L+W)+π9H2

L : the length of structureW : the width of structureH : the height of structure

C1 : the environmental coefficient(structure location)


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설계 방법

낙뢰적용 평가

허용 낙뢰빈도(Nc) “NFPA 780-2004 Annex L, Lightning Risk Assessment”를 참조.

Tolerable lightning frequency (Nc) = (1.5 x 10-3)/C

Where, C = (C2) (C3) (C4) (C5)C2 : Structural coefficient(structure material to roof material) C3 : Structural content coefficientC4 : the structural occupancy coefficientC5 : the lightning consequence coefficient

Nd ≤ Nc : 낙뢰보호시스템 불필요

Nd > Nc : 낙뢰보호시스템 적용


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설계 방법

낙뢰적용 평가

설계자료

RCB : REACTOR CONTAINMENT BUILDING AB : AUX BUILDING

CPB : COMPOUND BUILDING FHB : FUEL HANDLING BUILDING

TGB : TURBINE GENERATOR BUILDING CWIS: CW INTAKE STRUCTURE


Metal 1130.50.25112199315TGB

1130.50.25112199315CWIS

51310.2597112104FHB

51310.259551300CPB

51310.25117209235AB

103310.5 206160160RCB

RemarkC5C4C3C2C1H(ft)W(ft)L(ft)Building

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설계 방법

낙뢰위험 평가

낙뢰보호시스템 적용여부


불 필요0.000500.00042CWIS

필요0.000200.01091TGB

필요0.000100.00577FHB

필요0.000100.00819CPB

필요0.000100.01070AB

필요0.000020.04638RCB

낙뢰보호시스템적용여부

뇌방전허용빈도 (Nc)직격뢰섬락빈도 (Nd)Building

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설계 방법

낙뢰전류 및 인하도선 크기

낙뢰전류

“Transmission Line Reference Book-1982”을 참조.

I0 = 0.029S1.54 × 1,000 Amps IPC = 1.1 I0

where, S : maximum strike distance

인하도선 크기IEEE Std 80-2000 접지도체크기계산식을참조.


][

ln10

1 2

0

04

mm

TKTK

tTCAP

IA

a

m

rrc⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++

×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

×××

×=−

ρα

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설계 방법

보호영역의 범위

평면상에 설정된 보호거리

뇌격거리 R : 90ft

피뢰침 길이: 4ft


X2+Y2=R2

Y2=R2-X2 X=R-4=86 Y=(902-862)1/2 =26.5 2Y=53ft

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설계 방법


인접한 건물들의 고도 차에 의한 보호


R2=L2+(R-H)2

=L2+R2-2RH+H2

L2=2RH-H2

L=(2RH-H)1/2

뇌격거리 R : 90ft피뢰침길이: 4ft

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설계 방법


인접한 건물들의 고도 차에 의한 보호


R2=L2+(R-H)2

=L2+R2-2RH+H2

L2=2RH-H2

L=(2RH-H2)1/2

90´155´765kV SWYD Area765kV SWYD T/L No.1 Gantry Tower, 170´

70´33'Aux. Bldg, 205´

75´41´Fuel Bldg, 197´

81´50´Aux. Bldg, 188´

Reactor Containment Building Roof, 238´

Horizontal Distance, L

Extra Elevation, H( ① - ② ) Lower Structure(② )Higher Structure

(Bldg Roof +Rod, ① )

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설계 방법

원자로건물 보호


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설계 방법



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설계 방법



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설계 방법

기타건물 보호


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설치낙뢰보호설치는 NFPA780, UL96A 및설치도면에따라설치한다.

인하도선은발전소주접지망까지 2조이상설치한다.

인하도선은최단으로대지에가장직접적인경로를구성하도록곧게수

직으로설치한다(인하도선의 Bend는 90°이상).

피뢰침은건물지붕의가장자리나지붕마루, 코너끝부분의 2ft 이내에

설치한다.

금속지붕, 통풍기, 항공장애등, TV안테나등금속물도체는낙뢰보호의

도체계통(인하도선)에전기적으로연결한다.


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검사 및 시험낙뢰보호설비의설치후 NFPA 780-2004 Annex D “Inspection and Maintenance of Lightning Protection Systems”요건에따라검사 및시험을한다.

주요검사항목

설계도면에따라설치

낙뢰보호설비의시스템구성부재의점검

낙뢰보호설비의전기적인연속성점검

인하도선의적절한보호

인하도선과주접지망과의적절한연결

접지계통의접지저항측정


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감감감사사사합합합니니니다다다...

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