원자력발전소낙뢰보호설비 - KINS · 2018-01-01 · BS 6651(1999) : Protection of Structures Against Lightning 낙뢰보호의일반사항. 7 원자력발전소낙뢰보호설비

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2007. 04. 06

김점범([email protected])

원자력발전소 낙뢰보호설비

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설 명 순 서

낙뢰보호의 일반사항

낙뢰보호의정의/용어의정의

적용기준및규격

국제규격(IEC)의동향/KS C IEC 61024 적용범위

보호레벨/건축물등급및수뢰부시스템/배치

수뢰부보호범위

인하도선/접지계통

낙뢰보호선정절차

원자력발전소 낙뢰보호

설계개요/적용기준

설계방법/설치/검사/시험

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낙뢰보호의 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


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용어의 정의

낙뢰(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)

건축물에대한연간평균직격뢰예상뇌우일수

허용낙뢰빈도(Tolerable Lightning Frequency)

건축물에손상을일으킬수있는최대허용연간평균빈도

수뢰부시스템(Air-terminal System)

뇌격을포착하기위한뇌보호시스템

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적용기준 및 규격낙뢰보호설비(피뢰설비)에적용되는각국의주요기준및규격은아래

와같음.

JIS A 4201 : 건축물등의낙뢰보호(IEC 61024로대체)

NFPA 780 (2004) : Standard for the Installation of Lightning Protection System

IEEE 665 (1995) : Standard for Generating Station Grounding

IEC 62305(2006) : Protection Against Lightning

KS C IEC 61024(2003) : 뇌보호시스템

UL 96A(2001) : Installation Requirements for Lightning Protection System

BS 6651(1999) : Protection of Structures Against Lightning


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국제규격(IEC)의 동향

낙뢰보호국제규격인 IEC 61024는 IEC 62305(2006년 1월제정) 시리즈로대체

되어현재폐지된규격이나국내에서는 IEC 61024 를 KS C IEC 61024로재정

운영중임

KS C IEC 61024-1 : 일반원칙

KS C IEC 61024-1-1 : 뇌보호시스템의보호등급선정

KS C IEC 61024-1-2 : 뇌보호시스템의설계, 시공, 유지관리및검사

KS C IEC 61024 적용범위

높이가 60m이하의일반건축물에대한뇌보호시스템의설계와시공에적용하

고있으나 철도시스템, 건축물외부의송전, 배전및발전시스템, 차량, 선박, 항공기, 해양설비에대해서는관련기관이제정한규정에따르도록하고있음.


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보호레벨(Protection Level)KS C IEC 61024-1-1은보호등급을일반건축물의경우는보호등급 IV, 특수건

축물의경우에는보호등급 II 이상으로하되낙뢰빈도, 입지조건및중요도에

따라보호등급을적용하도록하고있음.


0.80IV

0.90III

0.95II

0.98I

뇌보호시스템의효율(E)보호등급

주) 뇌보호시스템의효율(E)≥(1 - 허용낙뢰빈도/연간뇌우일수)

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건축물 등급 및 수뢰부 시스템


전화국, 발전소,정유공장, 주유소, 화학공장, 원자력플랜트

주택,극장, 병원, 공장, 박물관

특수건축물

회전구체법

(Rolling Sphere)

보호각법

회전구체(Rolling Sphere)법메쉬크기(Mesh Size)법

수뢰부배치

돌침돌침, 수평도체, 메쉬(Mesh) 도체수뢰부시스템

일반건축물

주택, 농장, 극장, 은행,공장, 박물관

일반건축물

건축물의등급

분류

NFPA 780KS C IEC 61024-1-1항 목

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수뢰부 시스템 배치


보호각법의 보호범위 회전구체법의 보호범위

메쉬크기법의 보호범위

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수뢰부보호범위(KS C IEC 61024-1)


* 표시는 회전구체법 및 메쉬법만을 적용

202535455560IV10*25354545III10**253530II5***2520I

αααα

메쉬간격[m]

60453020h[m]R[m] 보호레벨

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수뢰부의 보호범위(NFPA 780)


IEEE 665 및 IEEE 142에서는

뇌격거리(R)을 100ft(30m)로추천하고있음.

뇌격거리(R)

150ft(46m)

100ft(30m)

75ft(23m)

50ft(15m)

25ft(7.6m)

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인하도선

인하도선의 조수 및 간격

인하도선의평균간격은보호등급에따라서;

- 보호등급 I : 10 m 간격

- 보호등급 II : 15 m 간격

- 보호등급 III : 20 m 간격

- 보호등급 IV : 25 m 간격

2조이상KS C IEC 61024-1

250ft(76m)를초과하는구조물은 100ft(30m)

마다 1조설치

인하도선의거리는평균 100ft(30m)이내로함2조이상NFPA 780

규정내용인하도선조수기준

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접지계통

접지계통은다음의목적을달성하여야함;

뇌전류를대지로안전하게유도

인하도선간의등전위본딩

도전성건물의전위를제어

KS C IEC 61024-1에서는낮은접지저항을권장하나접지저항값을규정하

고있지는않음

KS C IEC 61024 및 NFPA 780은통합접지시스템인공통접지를권장하고있

음

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낙뢰보호 선정 절차(KS C IEC 61024-1-1)

입력자료

구조물의위치및치수

대지뇌격방전밀도(Ng)

구조물의등가포집면적(Ae) 계산

연간뇌우일수(Nd) 계산허용낙뢰빈도(Nc) 계산

Nd ≤ Nc

낙뢰보호시스템불필요적합한보호레벨확정

낙뢰보호시스템 확정

YES

NO보호효율의계산

E=1-(Nc/Nd)

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낙뢰보호 선정 절차(NFPA 780)

입력자료

구조물의위치및치수

대지뇌격방전밀도(Ng)

구조물의등가포집면적(Ae) 계산

연간뇌우일수(Nd) 계산허용낙뢰빈도(Nc) 계산

Nd ≤ Nc

낙뢰보호시스템불필요

낙뢰보호시스템필요

YES

NO

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설계개요

원자력발전소의낙뢰보호(피뢰설비)는 IEEE 665의발전소낙뢰보호 요건과

NFPA 780 및 UL 96A를기준하여설계, 설치, 검사및시험을수행하며, NFPA 780의위험 평가지침에따라주요건물 및보호될필요성이있는 건물에낙뢰

보호설비가설치되어발전소주접지계통에접속함.

설계적용 기준

NFPA 780 : Standard for the Installation of Lightning Protection

UL 96A : Installation Requirements for Lightning Protection System

IEEE 665 : Standard for Generating Station Grounding


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설계 방법낙뢰적용평가

연간뇌우일수(Nd)“NFPA 780-2004, 부록 L (Lightning Risk Assessment)”을참조.

Nd = (Ng)(Ae)(C1)(10-6)

Ng = 0.04 x (Nk )1.25Ae = LW + 6H(L+W)+π9H2

여기서, Ng : 구조물이위치한지역의연평균밀도분포(회/km2/년)

Nk : 연간뇌우일수

Ae :구조물의등가면적(km2)

C1 : 환경계수(Environmental Coefficient)


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설계 방법낙뢰적용평가

허용낙뢰빈도(Nc)“NFPA 780-2004, 부록 L (Lightning Risk Assessment)”을참조.

Nc = (1.5 x 10-3)/C

여기서, C = (C2) (C3) (C4) (C5)

C2 : 구조물계수(Structural Coefficient)

C3 : 구조물용도계수(Structural Content Coefficient)

C4 : 구조물점유계수(Structural Occupancy Coefficient)

C5 : 낙뢰피해계수(Lightning Consequence Coefficient)


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설계 방법

낙뢰적용 평가

설계자료


높이폭길이

금속1130.50.25112199315터빈건물

11310.25112199315취수구조물

51310.2597112104핵연료건물

51310.259551300복합건물

51310.25117209235보조건물

103310.5 206160160원자로건물

비고C5C4C3C2C1

건물크기(ft)건물명

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설계 방법

낙뢰위험 평가

낙뢰보호시스템 적용여부

Nd ≤ Nc : 낙뢰보호시스템불필요

Nd > Nc : 낙뢰보호시스템적용


불필요0.000500.00042취수구조물

필요0.000200.01091터빈건물

필요0.000100.00577핵연료건물

필요0.000100.00819복합건물

필요0.000100.01070보조건물

필요0.000020.04638원자로건물

낙뢰보호시스템적용여부

허용낙뢰빈도 (Nc)연간뇌우일수 (Nd)건물명

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설계 방법

낙뢰전류

“Transmission Line Reference Book-1982”을 참조.I0 = 0.029S1.54 × 1,000 Amps IPC = 1.1 I0

where, S : maximum strike distance

인하도선크기및접지계통

인하도선의굵기는 IEEE Std 80의접지도체크기계산식을참조

인하도선의조수및간격은 NFPA 780에따라최소 2조이상으로하며

250ft(78m)를초과하는구조물에는 100ft(30m)마다 1조를 설계함

주접지망은메쉬(Mesh)접지로구성되며접지저항은 1Ω이하로함

낙뢰보호설비는주접지망에직접연결되며공통접지를적용함


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설계 방법

보호영역의 범위

평면상에 설정된 보호거리뇌격거리 R : 90ft피뢰침길이 : 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 방법보호영역의범위

인접한건물들의고도차에의한보호


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

보호영역의 범위

인접한 건물들의 고도 차에 의한 보호


90´- 0"155´- 0"765kV 스위치야드

GIS15´- 0"

765kV 스위치야드GANTRY TOWER

170´-0"

59´- 0"22'- 0"보조건물밸브실상부216´- 0"

75´- 0"41´- 0"핵연료건물상부197´- 0"

81´- 0"50´- 0"보조건물상부188´- 0"

원자로건물상부238´-0"

수평보호거리

(L)고도차

(H, ① - ②) 인접건물높이(②)

건물높이

(건물+돌침, 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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설치

낙뢰보호설치는 NFPA780, UL96A 및설계도면에따라설치

인하도선은발전소주접지망까지 2조이상설치

인하도선은최단으로대지에가장직접적인경로를구성하도록곧게수직

으로설치(인하도선의 Bend는 90°이상)

피뢰침은건물지붕의가장자리나지붕마루, 코너끝부분의 2ft(60cm) 이내에

설치

금속지붕, 통풍기, 항공장애등과같은금속물도체는낙뢰보호의인하도선

에전기적으로연결


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검사 및 시험

낙뢰보호설비의설치후 NFPA 780-2004, 부록 D (Inspection and Maintenance

of Lightning Protection Systems)요건에따라검사및시험을함

주요검사항목

설계도면에따라설치

낙뢰보호설비의시스템구성부재의점검

낙뢰보호설비의전기적인연속성점검

인하도선의적절한보호

인하도선과주접지망과의적절한연결

접지계통의접지저항측정


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감감감사사사합합합니니니다다다...

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