피뢰설비

왜 배우는가: 피뢰설비는 건축물과 내부 설비를 낙뢰로부터 보호하는 기본 설비이며, 건축법령의 설치 대상과 기준이 명확히 정해져 있어 기술사 시험에서 반복적으로 출제된다. 건축전기설비와 접지(통합접지) 이해의 출발점이기도 하다.

출제 이력: 제109회 3교시 6번, 제101회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

피뢰설비는 낙뢰의 우려가 있는 건축물과 높이 20m 이상의 건축물을 낙뢰 피해로부터 보호하기 위하여 수뢰부, 인하도선, 접지극으로 구성하는 설비이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 피뢰설비
• 수뢰부(돌침·메시도체)
• 인하도선
• 접지극
• 측면 수뢰부
• 서지보호장치(SPD)
• 통합접지
• 등전위 본딩

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 피뢰설비는 번개가 건물에 떨어질 때 전류를 건물 밖으로 안전하게 흘려보내는 장치다. 번개를 먼저 받아들이는 부분을 수뢰부라 한다. 수뢰부가 받은 뇌전류는 인하도선을 따라 땅으로 내려가고, 접지극이 이를 대지에 방전한다.

정식 정의는 '낙뢰에 의한 직격뢰와 측면 뇌격으로부터 건축물과 내부 인명·설비를 보호하기 위하여 수뢰부, 인하도선, 접지극을 연결한 시스템'이다. 건축법 체계에서는 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제20조가 설치 대상과 기준을 정한다.

설치 대상은 다음 세 가지다. 낙뢰의 우려가 있는 건축물, 높이 20m 이상의 건축물, 영 제118조제1항에 따른 공작물로서 높이 20m 이상인 것(건축물에 공작물을 설치하여 전체 높이가 20m 이상인 것 포함)이다. 공작물이 붙은 건축물의 전체 높이도 판단 기준에 포함된다.

수뢰부는 뇌격을 직접 받는 부분이다. 돌침과 메시도체(수평도체)가 대표적이다. 인하도선은 수뢰부와 접지극을 잇는 도체다. 접지극은 뇌전류를 대지로 방전하는 부분이다. 세 부분은 최소 단면적과 연결 조건이 함께 정해져 있다.

측면 수뢰부는 건물 옆면으로 들어오는 낙뢰를 막기 위한 장치다. 높이가 60m를 넘는 건축물은 지면에서 건축물 높이의 5분의 4가 되는 지점부터 최상단부분까지의 측면에 수뢰부를 설치해야 한다. 다만 외벽이 금속부재로 마감되고 기준에 적합하게 설치된 경우에는 측면 수뢰부가 설치된 것으로 본다.

통합접지는 전기설비, 피뢰설비, 통신설비의 접지극을 하나로 공용하는 방식이다. 이때 낙뢰 과전압으로부터 설비를 지키기 위해 서지보호장치(SPD)를 설치한다.

등전위 본딩은 건물 안의 도전성 부분을 같은 전위로 묶는 접속이다. 뇌보호용 등전위 본딩은 인하도선에 뇌전류가 흐를 때 외부 도전성 부재 사이의 불꽃 방전을 막는다.

3. 등장 배경과 필요성

건축물이 고층화되고 전자·정보통신 설비가 많아지면서 낙뢰 피해 규모가 커졌다. 건물 내부 IT 설비와 위험물 저장시설은 뇌서지 한 번으로 큰 손실이 날 수 있다. 이 때문에 설비 기준을 법령으로 명시할 필요가 생겼다.

국내 기준은 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제20조로 정해져 있으며, 한국산업표준의 피뢰레벨·피뢰시스템레벨을 참조한다. 국제적으로는 IEC 62305 계열이 피뢰 표준의 기반이 된다.

또한 접지 관점에서 피뢰설비는 전기설비·통신설비와 접지를 공용하는 통합접지 체계와 연결된다. 피뢰설비의 접지가 제대로 되지 않으면 다른 설비의 등전위가 깨져 오동작과 감전 위험이 커진다. 따라서 피뢰설비는 건축설비 전체의 안전·기능 확보와 맞닿아 있다.

4. 구성요소·원리·절차

피뢰설비는 수뢰부, 인하도선, 접지극의 세 부분으로 구성된다. 낙뢰 전류를 받아 인하도선으로 흘려보내고 접지극에서 대지로 방전시키는 것이 기본 원리다. 여기에 등전위 본딩과 서지보호장치를 더해 건축설비의 과전압 피해까지 막는다.

표의 구성요소는 모두 피뢰설비 기본 구성이다. 수뢰부 재료와 접지극 재료는 같은 기준을 따른다. 등전위 본딩과 SPD는 통합접지를 할 때 추가로 요구되는 설비다.

원리는 다음과 같다. 뇌운과 지표면 사이의 전하 차이가 공기 절연을 넘으면 방전이 일어난다. 피뢰설비는 이 방전이 건축물 대신 수뢰부로 향하도록 유도한다. 뇌전류는 인하도선을 따라 흐르고 접지극에서 대지로 빠진다. 접지저항이 낮을수록 뇌전류가 빨리 방전되어 건축물 내부의 전위 상승이 줄어든다.

보호 범위는 회전구체법으로 검토한다. 회전구체법은 뇌격거리를 반지름으로 한 구체가 건축물에 닿는 부분을 수뢰부 설치 위치로 정하는 방법이다. 돌침방식, 수평도체방식, 케이지방식, 가공지선방식이 함께 쓰인다.

절차는 다음 순서로 진행한다.

• 피뢰설비 설치 대상 여부를 확인한다(낙뢰 우려 건축물, 높이 20m 이상 건축물 또는 공작물).
• 피뢰레벨 등급과 위험물 여부에 따라 피뢰시스템 레벨을 정한다.
• 회전구체법으로 수뢰부 위치와 돌침 높이를 정한다.
• 측면 수뢰부 설치 대상(60m 초과)이면 지정 높이부터 최상단까지 수뢰부를 배치한다.
• 인하도선 경로와 철골·철근 구조체의 전기적 연속성을 확인한다.
• 접지극을 시공하고 접지저항과 연속성을 측정한다.
• 통합접지 여부를 정하고, 통합접지 시 SPD와 금속배관 등전위 본딩을 설치한다.

피뢰설비는 수뢰부–인하도선–접지극의 연속 경로로 뇌전류를 대지에 방전하는 설비다.

5. 관련 법령·기준·표준

피뢰설비 설치기준은 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제20조(피뢰설비)가 기본이다. 이 조문은 설치 대상과 구조 기준을 정한다. 세부 피뢰레벨과 시스템 등급은 한국산업표준(KS)을 따른다. 건축설비 설계는 건축법 시행령 제87조제2항에 근거한다.

설치 대상은 낙뢰 우려가 있는 건축물, 높이 20m 이상 건축물, 높이 20m 이상 공작물(건축물에 설치된 공작물 포함)이다.

표의 값은 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제20조 원문을 따른 것이다. 측면 수뢰부 높이 기준은 건축물 높이에 비례하므로 계산할 때 건축물 전체 높이를 기준으로 한다. 예를 들어 높이 100m 건축물이면 지면에서 80m 지점부터 최상단까지 측면 수뢰부를 설치한다.

통합접지 시에는 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제20조 제8호에 따라 서지보호장치를 설치한다. 금속배관과 금속재 설비는 제7호에 따라 전위가 균등하도록 전기적으로 접속한다. 접지는 제6호에 따라 환경오염을 일으키는 시공법이나 화학 첨가물을 쓰지 않는다.