피뢰침

Lightning rod
1938년 영화는 번개 지휘자(영화)를 참조한다.2016년 롤러코스터는 피뢰침(롤러코스터)을 참조하십시오.미국 음악가는 잘랄 만수르 누리딘을 보라.
A lightning rod at the highest point of a tall building, connected to a ground rod by a wire.
단순 낙뢰 방지 시스템 다이어그램

피뢰침(US, AUS, CA) 또는 피뢰도체(영국)는 구조물에 탑재된 금속 막대로 낙뢰로부터 구조물을 보호하기 위한 것이다.낙뢰가 구조물에 닿으면 우선 봉에 부딪혀 화재가 발생하거나 감전될 수 있는 구조물을 통과하지 않고 철사를 통해 접지한다.피뢰침은 피니얼, 공중단말기 또는 타격종단장치라고도 불린다.

피뢰침은 피뢰침의 단일 구성요소다.피뢰침은 보호기능을 수행하기 위해 접지에 연결되어야 한다.피뢰침은 속이 빈 것, 단단한 것, 뾰족한 것, 둥근 것, 납작한 것, 심지어 털이 많은 붓처럼 생긴 것 등 다양한 형태로 나타난다.모든 피뢰침에서 공통되는 주요 속성은 모두 구리, 알루미늄과 같은 전도성 물질로 만들어졌다는 것이다.구리와 그 합금은 번개 방지에 사용되는 가장 일반적인 물질이다.[1]

역사

피뢰침의 원리는 1753년 현재 체코 공화국이 된 Phimětice에 있는 Prokop Divish에 의해 처음으로 자세히 설명되었다.

디비시가 발명한 '마치나 유성'은 피뢰침처럼 작용했다.
러시아의 네비얀스크 타워는 복잡한 철근 시스템을 통해 접지된 금속 막대로 왕관을 씌웠다(몇 개는 지하실에서 보인다).
프랭클린의 전기[2] 관련 초창기 논문
"테슬라 드래곤".테슬라 과학 센터의 구리 피뢰침, 헤밍레이 절연체 기반

빌딩이 커질수록 번개는 더 위협적이 된다.번개는 석조, 목재, 콘크리트, 철강과 같은 대부분의 재료로 만들어진 구조물을 손상시킬 수 있는데, 왜냐하면 관련된 거대한 전류와 전압은 물질을 고온으로 가열시킬 수 있기 때문이다.그 열은 구조물 화재의 가능성을 야기한다.

러시아

네비얀스크의 기울어진 탑에서 번개 도체가 의도적으로 사용되었을지도 모른다.탑의 첨탑은 뾰족한 금박을 입힌 구 모양의 금속 막대로 장식되어 있다.이 피뢰침은 철근의 사체를 통해 접지되어 건물 전체를 관통한다.

네비얀스크 타워는 1721년에서 1745년 사이에 산업가 아킨피 데미도프의 명령으로 지어졌다.네비얀스크 타워는 벤자민 프랭클린의 실험과 과학적 설명보다 28년 전에 지어졌다.그러나 금속 지붕과 철근 뒤에 숨겨진 진정한 의도는 아직 밝혀지지 않았다.[3]

유럽

평소 이 도시에서 가장 높은 건축물이었던 유럽 여러 도시의 교회탑이 벼락을 맞을 것 같았다.일찍부터 기독교 교회들은 기도를 통해 번개의 해로운 영향의 발생을 막으려고 노력했다.피터 알워츠("번개와 번개에 대한 합리적이고 신학적 고려", 1745년)는 번개로부터 덮개를 찾으려는 개인들에게 교회 안이나 주변을 제외한 다른 곳으로 가라고 충고했다.[4]

예멘스트라텐스 사제 프로코프 디비시에 의해 발명되어 1754년 6월, 모라비아(현 체코 공화국)의 Přimětice(현 Znojmo의 일부)에 세워진 '금속 기계'가 피뢰침의 개별 발명품으로 간주되는지에 대해 논란이 계속되고 있다.디비쉬의 기구는, 그의 개인적인 이론에 따르면, 끊임없이 공기의 불필요한 전기를 빼앗음으로써 뇌우를 완전히 방지하는 것을 목표로 했다.그러나 그 기구는 독립된 기둥에 탑재되어 있었고 아마도 그 당시 프랭클린의 피뢰침보다 더 잘 접지되어 있었기 때문에 피뢰침의 목적에 부합했을 것이다.[5]지역 시위 후, 디비쉬는 1760년경 기상 실험을 중단해야 했다.

미국

나중에 미국이 된 것에서, 번개 끌기 또는 프랭클린 막대로도 불리는 뾰족한 피뢰침 도체는 벤자민 프랭클린이 전기의 획기적인 탐구의 일환으로 1752년에 발명했다.비록 전기와 번개의 상관관계를 제시한 첫 번째 제안은 아니지만, 프랭클린은 그의 가설을 시험하기 위해 실행 가능한 시스템을 제안한 첫 번째 제안자였다.[6]프랭클린은 쇠막대를 뾰족하게 깎은 채 "전기적 불이 구름 속에서 조용히 끌어내려질 것 같다"고 추측했다.프랭클린은 자신이 보고한 연 실험 전에 몇 년 동안 피뢰침들에 대해 추측했다.[citation needed]

19세기에 피뢰침은 장식적인 모티브가 되었다.피뢰침은 장식용 유리 공으로[7] 장식되었다(지금은 수집가들이 소중히 여긴다).이 유리공들의 장식적인 매력은 날씨 베인에서 사용되어 왔다.그러나 이 공들의 주된 목적은 산산이 부서지거나 떨어져 낙뢰의 증거를 제공하는 것이다.만약 폭풍이 지나간 후에 공이 분실되거나 부서진 것이 발견되면, 재산 소유자는 건물, 막대, 그리고 접지선의 손상 여부를 확인해야 한다.

고체 유리 공은 때때로 배나 다른 물체에 번개가 치는 것을 막기 위한 방법으로 사용되었다.비전도체인 유리 물체는 좀처럼 번개를 맞지 않는다는 생각이었다.따라서, 이론에 따르면, 유리에 번개를 물리치는 무언가가 있을 것이다.따라서 목선에 번개가 치는 것을 막는 가장 좋은 방법은 가장 높은 돛대 끝에 작은 단단한 유리 공을 묻는 것이었다.관찰자의 확인 편향과 번개의 무작위적인 행동은 프랭클린의 초기 작업 직후에 해양 피뢰침이 개발된 후에도 그 방법이 상당한 신빙성을 얻도록 했다.

선박의 첫 번개 도체는 번개가 예상될 때 들어올리도록 되어 있었고, 성공률이 낮았다.1820년 윌리엄 스노우 해리스는 당시의 목조 항해 선박에 번개 보호장치를 장착하는 성공적인 시스템을 발명했지만, 1830년부터 시작된 성공적인 재판에도 불구하고, 영국 왕립 해군은 1842년까지 이 제도를 채택하지 않았는데, 그 무렵에는 러시아 제국 해군이 이미 이 제도를 채택하고 있었다.

1990년대에는 워싱턴 D.C.에 있는 미국 국회의사당 건물의 꼭대기에 있는 자유의 여신상이 복원되면서 원래 지어진 대로 '조명 포인트'가 교체되었다.[8]그 조각상은 백금이 달린 여러 개의 장치로 디자인되었다.워싱턴 기념물에도 번개가 여러 개 설치됐고,[9] 뉴욕항 자유의 여신상에도 번개가 쳐져 땅으로 흔들린다.

번개보호계통

케이프 커내버럴 우주기지 발사대의 번개 보호 시스템.

낙뢰방호시스템은 낙뢰로 인한 구조물 손상으로부터 그러한 타격을 차단하고 극도의 높은 전류를 지상으로 안전하게 전달함으로써 구조물을 보호하기 위한 것이다.낙뢰 방지 시스템에는 잠재적 타격을 위해 접지에 낮은 임피던스 경로를 제공하도록 설계된 공기 단자, 본딩 도체 및 접지 전극의 네트워크가 포함된다.

낙뢰 방지 시스템은 구조물에 대한 낙뢰 타격 피해를 방지하기 위해 사용된다.낙뢰 방지 시스템은 낙뢰가 구조물에 가해지는 화재 위험을 완화한다.낙뢰 방지 시스템은 번개 전류에 낮은 임피던스 경로를 제공하여 가연성 구조 물질을 통과하는 전류의 가열 효과를 감소시킨다.만약 번개가 다공성 물질과 수분이 함유된 물질을 통해 이동한다면, 이러한 물질들은 높은 전류에서 생성되는 열로 인해 수분이 증기로 번뜩이면 말 그대로 폭발할 수 있다.번개가 치면서 나무가 산산조각 나는 경우가 많은 이유다.

번개와 관련된 높은 에너지 및 전류 수준(전류가 15만 A를 초과할 수 있음)과 매우 빠른 번개 타격 상승 시간 때문에 어떤 보호 시스템도 번개로부터 절대 안전을 보장할 수 없다.번개는 지상으로 가는 모든 전도성 경로를 따라 갈라지며, 갈라진 전류도 피해를 입힐 수 있다.2차 "측면 충돌"은 화재에 발화하거나 벽돌, 돌 또는 콘크리트를 폭파하거나 구조물이나 건물 내에서 탑승자에게 부상을 입힐 수 있다.하지만, 기본적인 번개 보호 시스템의 이점은 한 세기가 훨씬 넘도록 명백했다.[10]

[모든 번개 조사 연구]의 효과에 대한 실험실 규모 측정은 자연 번개를 수반하는 적용 분야로 확장되지 않는다.[11]현장 적용은 주로 매우 복잡하고 가변적인 현상에 대한 최선의 의도된 실험실 연구에 기초한 시행착오에서 도출되었다.

낙뢰 방지 시스템의 부품은 공기 단자(조명봉 또는 타격 종단 장치), 본딩 도체, 접지 단자(접지 또는 "접지" 로드, 플레이트 또는 메쉬) 및 시스템 완료를 위한 모든 커넥터와 지지대들이다.공기 단자는 일반적으로 지붕 구조의 상단 지점 또는 그 위에 배치되며, 하나 이상의 접지 단자에 가장 직접적인 경로로 연결되는 도체("하향 도체" 또는 "하향 도체"라 함)를 접합하여 전기적으로 결합된다.[12]접지 전극에 대한 연결부는 저항이 낮을 뿐만 아니라 자체 인덕턴스가 낮아야 한다.

번개에 취약한 구조물의 한 예가 나무 헛간이다.낙뢰가 헛간에 부딪힐 때, 목조 구조물과 그 내용물은 구조물의 일부를 통해 행해지는 낙뢰 전류에 의해 발생하는 열로 인해 발화될 수 있다.기본적인 번개 보호 시스템은 공기 터미널과 지구 사이에 전도성 경로를 제공하여 번개의 대부분의 전류가 번개 보호 시스템의 경로를 따르도록 하며, 가연성 물질을 통해 이동하는 전류는 상당히 적다.

원래, 과학자들은 그러한 공기 터미널과 "다운라이드"의 번개 보호 시스템이 번개의 흐름을 지구로 "분산"하도록 지시했다고 믿었다.그러나 고속 촬영은 번개가 실제로 구름 요소와 반대로 충전된 접지 요소 둘 다로 구성되어 있다는 것을 분명히 보여주었다."구름대 지면" 번개 동안, 이러한 반대방향으로 충전된 구성 요소는 보통 지구 위 대기 어딘가에서 이전에 불균형했던 전하를 균등하게 하기 위해 만난다.이 전류가 가연성 물질을 통해 흐를 때 발생하는 열은 번개 회로에 저저항 경로를 제공하여 번개 보호 시스템이 완화를 시도하는 위험이다.어떤 낙뢰 보호 시스템도 낙뢰를 완전히 "포함"하거나 "통제"하는 데 의존할 수 없지만(지금까지는 낙뢰가 완전히 부딪히는 것을 방지하는 데에도 도움이 되는 것 같다) 대부분의 번개가 치는 경우에 크게 도움이 되는 것 같다.

철골 구조물은 구조 부재를 접지에 결합하여 번개를 보호할 수 있다.지구상에 그것의 기초가 있는 금속 깃대는 그 자체의 매우 단순한 번개 보호 시스템이다.단, 낙뢰 때 극에서 날아오는 깃발은 완전히 소각될 수 있다.

오늘날 사용되고 있는 대부분의 번개 보호 시스템은 전통적인 프랭클린 설계의 것이다.[12]프랭클린형 번개 보호 시스템에서 사용되는 기본 원리는 번개가 건물을 손상시키지 않고 지면에 도달할 수 있도록 충분히 낮은 임피던스 경로를 제공하는 것이다.[13]이것은 일종의 패러데이 케이지 안에 있는 건물을 둘러싸는 것으로 이루어진다.건물 옥상에 낙뢰 방지 도체와 피뢰침 시스템이 설치되어 낙뢰가 건물에 닿기 전에 어떤 낙뢰도 차단한다.

구조물 보호기

풍경 설명을 목적으로:(1)은 region[해명 필요한]의 켈빈 경은의"감소"지역을 나타냅니다;적합한[14](2)지구와 동심 포장하다는 양 그것에 따라 저장된 평등하다. 그러한(3)과도한 electrostaticcharge 밀도의 현장을 구축하는;(4) 낮은 정전기 드의 부지 위 건물.nsity.(미국 특허 1,266,175를 통한 이미지)
동상에 피뢰침.

피뢰기

주요 기사:피뢰기

피뢰기는 낙뢰의 피해로부터 시스템의 단열재와 도체를 보호하기 위해 전력계통 및 통신계통에 사용되는 장치다.일반적인 피뢰기는 고압 단자와 접지 단자가 있다.

전신과 전화에서 피뢰기는 구조물에 전선이 들어가는 곳에 전선을 배치하는 장치로, 구조 내부의 전자기기 손상을 방지하고 구조물 주변의 개인의 안전을 보장하기 위해서입니다.소형 버전의 피뢰기는 서지 보호기라고도 불리며, 전력이나 통신 시스템의 각 전기 도체와 지면 사이에 연결되는 장치다.그것들은 정상적인 전원이나 신호 전류가 지면으로 흐르지 않도록 돕지만, 연결된 장비를 우회하여 고전압 번개 전류가 흐르는 경로를 제공한다.피뢰기는 통신이나 전력선이 낙뢰에 부딪히거나 낙뢰에 가까울 때 전압 상승을 제한하는 데 사용된다.

배전 시스템 보호

주요 기사:오버헤드 전원 라인 § 접지선

오버헤드 전기 송전 시스템에서는 그리드를 통해 전기를 송전하는 데 특별히 사용되지 않는 파이론, 폴 또는 타워의 상단에 하나 또는 두 개의 더 가벼운 접지선을 장착할 수 있다.흔히 "정적", "시범" 또는 "차폐" 와이어로 불리는 이러한 도체는 고전압 라인 자체가 아닌 번개 종단점이 되도록 설계된다.이 도체는 1차 동력 도체를 낙뢰로부터 보호하기 위한 것이다.

이러한 도체는 극이나 탑의 금속 구조를 통해 또는 선을 따라 일정한 간격으로 설치된 추가 접지 전극에 의해 접지에 접합된다.일반적으로 전압이 50kV 미만인 오버헤드 전원 라인은 "정적" 도체를 가지고 있지 않지만, 50kV를 초과하는 대부분의 라인은 그러한 도체를 가지고 있다.또한 접지 도체 케이블은 데이터 전송을 위한 광섬유 케이블을 지원할 수 있다.

구형 라인은 접지와의 직접 결합으로부터 전도선을 절연하는 서지 방지기를 사용할 수 있으며 저전압 통신 라인으로 사용될 수 있다.도체에 대한 번개 종단 중과 같이 전압이 일정한 임계값을 초과하면 절연체를 "점프"하여 토지로 전달한다.

변전소 보호는 피뢰침 자체만큼이나 다양하며, 흔히 전기회사의 소유물이다.

마스트 라디에이터의 번개 보호

무선 마스트 라디에이터는 베이스의 스파크 갭에 의해 지면에서 절연될 수 있다.번개가 돛대에 부딪히면, 이 틈새를 뛰어넘는다.마스트와 튜닝 유닛 사이의 공급 라인의 작은 인덕턴티(보통 한 권선)는 전압 증가를 제한하여 송신기를 위험할 정도로 높은 전압으로부터 보호한다.송신기에는 안테나의 전기적 특성을 감시할 수 있는 장치가 장착되어야 한다.번개가 친 후에도 전하가 남아 간격이나 절연체를 손상시킬 수 있기 때문에 이것은 매우 중요하다.

안테나가 원하지 않는 전하의 결과로 부정확한 동작을 보일 때, 감시 장치는 송신기를 끈다.송신기가 꺼지면 이러한 전하가 소멸한다.모니터링 장치는 다시 켜려고 여러 번 시도한다.여러 번 시도한 후에도 안테나가 계속 부적절한 동작을 보일 경우, 구조 손상으로 인해 송신기가 꺼진 상태로 유지된다.

번개 도체 및 접지 주의사항

이상적으로는 어셈블리의 지하 부분이 높은 접지 전도도 영역에 있어야 한다.지하케이블이 부식에 잘 견디면 소금으로 덮어서 지반과의 전기적 연결을 개선할 수 있다.공기 단자와 지구 사이의 번개 도체의 전기 저항이 중요한 반면, 도체의 유도 리액턴스는 더 중요할 수 있다.이 때문에 하행 도체 경로는 짧게 유지되며, 어떤 곡선도 반경이 크다.이러한 조치를 취하지 않을 경우 낙뢰 전류가 도체에서 부딪히는 저항성 또는 반응성 장애물 위에 아크를 형성할 수 있다.최소한 아크 전류는 번개 전도체를 손상시키고 배선이나 배관 등 다른 전도성 경로를 쉽게 찾아 화재나 기타 재해를 일으킬 수 있다.지면에 대한 저저항성이 없는 접지 시스템은 여전히 낙뢰 손상으로부터 구조물을 보호하는 데 효과적일 수 있다.지반 토양이 전도성이 불량하거나 매우 얕거나 존재하지 않는 경우 접지봉, 역점(접지 링) 도체, 건물에서 멀리 돌출하는 케이블 방사형 또는 콘크리트 건물의 철근 배근(우퍼 접지)을 추가하여 접지 시스템을 증강할 수 있다.이러한 추가는, 어떤 경우에는 여전히 시스템의 저항을 감소시키지는 못하지만, 구조물의 손상 없이 지구로 번개의 [분산]을 가능하게 할 것이다.[15]

구조물 위 또는 구조물 내 전도성 물체와 낙뢰 방지 시스템 사이의 측면 점화를 방지하기 위해 추가 예방 조치를 취해야 한다.번개 보호 도체를 통해 번개 전류가 급증하면 그 도체와 그 근처에 있는 전도성 물체 사이에 전압 차이가 생긴다.이 전압 차이는 특히 가연성 또는 폭발성 물질이 있는 구조물에서 둘 사이에 심각한 손상을 일으킬 수 있는 위험한 측면 플래시(스파크)를 발생시킬 수 있을 정도로 충분히 클 수 있다.이러한 잠재적 손상을 방지하는 가장 효과적인 방법은 번개 보호 시스템과 사이드 플래시에 취약한 물체 사이의 전기적 연속성을 보장하는 것이다.효과적인 결합을 통해 두 물체의 전압 전위가 동시에 상승하거나 하강할 수 있으므로 사이드 플래시의 위험이 제거된다.[16]

낙뢰 방지 시스템 설계

낙뢰 방지 시스템을 구성하는 데 상당한 재료가 사용되므로, 공기 터미널이 가장 큰 보호를 제공할 위치를 신중하게 고려하는 것이 현명하다.벤 프랭클린의 진술로부터, 번개에 대한 역사적 이해는 각 피뢰침이 45도의 원뿔을 보호한다고 가정했다.[17]이는 건물 측면에 번개가 칠 수 있어 높은 구조물을 보호하는 데 만족스럽지 못한 것으로 밝혀졌다.

Rolling Sphere Method라고 불리는 번개의 종단 타겟팅에 대한 더 나은 이해를 바탕으로 한 모델링 시스템은 Tibor Horvath 박사에 의해 개발되었다.그것은 전통적인 프랭클린 로드 시스템이 설치되는 표준이 되었다.이것을 이해하려면 번개가 어떻게 '모브'인지 알아야 한다.번갯불의 스텝 리더가 땅을 향해 뛰어오르자, 그것은 자신의 경로에 가장 가까운 접지된 물체를 향해 걸어간다.각 단계가 이동할 수 있는 최대 거리를 임계 거리라고 하며 전류에 비례한다.물체는 이 임계 거리보다 리더에 가까우면 부딪힐 가능성이 높다.구의 반지름을 지상에서 46m로 추정하는 것이 표준관행이다.[18]

임계 거리 밖에 있는 물체가 임계 거리 내에 견고하게 접지된 물체가 있다면 리더에 의해 부딪힐 가능성은 낮다.번개로부터 안전하다고 여겨지는 위치는 지도자의 잠재적 경로를 구름에서 지상으로 이동하는 구라고 상상함으로써 결정할 수 있다.번개 보호를 위해 가능한 모든 구가 잠재적 타격 지점에 닿을 때 고려하는 것으로 충분하다.스트라이크 포인트를 결정하려면 지형을 구르는 구를 고려하십시오.각 지점에서 잠재적인 리더 위치를 시뮬레이션한다.번개는 구가 땅에 닿는 곳에 부딪힐 가능성이 가장 높다.구가 구르고 만질 수 없는 지점은 번개로부터 가장 안전하다.번개 보호기는 구가 구조물에 닿지 않는 곳에 배치해야 한다.그러나 대부분의 번개 전환 시스템의 약점은 피뢰침에서 포착된 방전물을 지상으로 운반하는 것이다.[19]피뢰침은 일반적으로 평탄한 지붕의 둘레에 설치되거나, 봉의 높이에 따라 6.1m 또는 7.6m 간격으로 경사 지붕의 봉우리를 따라 설치된다.[20]평탄한 지붕의 치수가 15m x 15m 이상인 경우, 직사각형 그리드 패턴으로 15m 이하의 간격으로 지붕의 중앙에 추가 공기 단자를 설치한다.[21]

둥근 끝 대 뾰족한 끝

건물의 뾰족한 피뢰침

피뢰침 끝의 최적 형태는 18세기 이후 논란이 되어왔다.영국과 미국 식민지의 정치적 대립 기간 동안, 영국 과학자들은 피뢰침 끝에 공이 있어야 한다고 주장한 반면, 미국 과학자들은 일리가 있어야 한다고 주장했다.2003년 현재 이 논란은 완전히 해결되지 않았다.[22]제대로 통제된 실험은 거의 불가능하기 때문에 논란을 해결하기는 어렵지만 찰스 B가 수행한 작업이다. 2000년 무어 외 [23]연구진은 적당히 둥글거나 뭉툭한 피뢰침이 타격 수용체 역할을 조금 더 잘 한다는 사실을 밝혀내면서 이 문제에 대해 어느 정도 조명했다.그 결과, 대부분의 기존 시스템은 여전히 뾰족한 로드를 가지고 있지만, 미국의 대부분의 새로운 시스템에 원형 테이핑 로드가 설치된다.연구에 따르면,

[c]비슷하게 노출된 날카롭고 무딘 막대의 전기장의 상대적 강도에 대한 측정은 방출 이전에 전기장이 날카로운 막대의 끝에서 훨씬 강하지만 거리에 따라 더 빠르게 감소한다는 것을 보여준다.그 결과 직경 20mm의 무딘 막대기 끝에서 몇 센티미터 위에 있는 필드의 강도는 같은 높이의 다른 유사하고 더 날카로운 막대를 넘는 것보다 더 크다.날카로운 막대 끝에 있는 자기장 강도는 주변 공기의 이온의 쉬운 형성에 의해 제한되는 경향이 있기 때문에, 무딘 막대보다 1 cm 이상의 거리에 있는 자기장 강도는 훨씬 더 강할 수 있다.
이 연구 결과는 적당히 무딘 금속 막대(끝에서 끝까지의 곡률 반경이 약 680:1인 경우)가 날카로운 막대나 매우 무딘 수용체보다 번개 타격 수용체가 더 낫다는 것을 시사한다.

또한 보호해야 할 구조물과 지구 자체에 상대적인 번개 보호기의 높이도 영향을 미칠 것이다.[24][25]

전하전달이론

전하 전달 이론은 보호 구조물과 천둥 구름 사이의 전기 전위를 감소시킴으로써 보호 구조물에 대한 낙뢰 타격을 방지할 수 있다고 기술하고 있다.이것은 전하(예: 가까운 지구에서 하늘로 또는 그 반대로)를 전송함으로써 이루어진다.[26][27]지구에서 하늘로 전하를 전달하는 것은 구조물 위에 여러 점으로 구성된 공학적 제품을 설치함으로써 이루어진다.뾰족한 물체는 실제로 주변 대기로[28][29] 전하를 전달하며, 뇌운이 머리 위에 있는 것과 같이 전기장이 존재하는 지점에서 이온화가 일어나므로 도체를 통해 상당한 전류를 측정할 수 있다는 점에 유의한다.

미국에서는 현재[when?] 미국화재예방협회(NFPA)가 낙뢰를 예방하거나 줄일 수 있는 장치를 승인하지 않고 있다.NFPA 표준 위원회는 방산 어레이[tm] 시스템 및 과금 전송 시스템(Charge Transfer Systems)에 대한 프로젝트 요청에 따라 이러한 기술에 대한 표준 형성을 시작하라는 요청을 거부했다(그러나 위원회는 기본 기술과 scie의 유효성을 입증하는 신뢰할 수 있는 출처 후 미래 표준 개발을 포기하지는 않았다).(nce)가 제출되었다.[30]

조기 스트림러머 방출(ESE) 이론

성 수도원에 설치된 EESE 피뢰침.니콜라스 아나파우사스(Nicholas anapausas, μοήυυαγουυυυυυ),), 그리스 마테라

초기 스트림러머 방출 이론은 피뢰침이 그것의 끝 근처에 이온화를 생성하는 메커니즘을 가지고 있다면, 그 번개 포획 면적이 크게 증가한다고 제안한다.처음에는 1930년부터 1980년 사이에 소량의 방사성 동위원소(라디움-226 또는 아메리슘-241)가 이온화의[31] 원천으로 사용되었고, 이후 다양한 전기·전자 소자로 대체되었다.초기 특허에 따르면 대부분의 낙뢰 보호기의 지상 전위가 상승하기 때문에 선원에서 지상점까지의 경로 거리가 짧아져 더 강한 장(단위 거리당 볼트 단위로 측정)이 생성되고 그 구조는 이온화 및 파괴되기 쉽다.[32]

프랑스 국가표준화 기구인 AFNOR는 이 기술을 다루는 표준인 NF C 17-102를 발행했다.NFPA도 이 주제에 대해 조사했고 미국에서도 이와 유사한 기준을 발표하자는 제안이 있었다.당초 NFPA 독립적인 제3자 패널은 "[Early Streamer Discovery] 낙뢰 방지 기술이 기술적으로 건전한 것으로 보인다"면서 "물리적 관점에서 [Early Streamer Discovery] 공기 터미널 개념 및 설계에 대한 적절한 이론적 근거가 있다"[33]고 밝혔다.또한 같은 패널은 "권장 [NFPA 781 표준] 번개 보호 시스템은 과학적으로 또는 기술적으로 검증된 적이 없으며, 프랭클린 로드 공기 터미널은 뇌우 조건 하에서 현장 시험에서 검증되지 않았다"고 결론지었다.

이에 대해 미국 지구물리학연합은 "브라이언 패널이 전통적인 번개 보호 시스템의 효과와 과학적 근거에 대해 본질적으로 아무런 연구와 문헌도 검토하지 않았으며, 표준에 대한 근거가 없다는 결론에 오류가 있었다"고 결론지었다.AGU는 보고서에서 기존 시스템에 대해 제안된 수정의 효과를 평가하려고 시도하지 않았다.[34]NFPA는 제안된 표준 781 초안을 기존 공기 터미널보다 얼리 스트림러머 방출 기반 보호 시스템의 효율성이 증가했다는 증거가 부족하여 철회했다.

ICLP(International Conference on Lightweight Protection, ICLP) 과학위원회 위원들이 얼리 스트림러머 배출 기술에 대한 반대 입장을 담은 공동성명을 발표했다.[35]ICLP는 EISE 및 관련 기술 관련 정보가 포함된 웹 페이지를 유지한다.[36]여전히 유럽, 미주, 중동, 러시아, 중국, 한국, 아세안 국가, 호주 등지의 EESE 항공 터미널 제조사와 더불어 EESE 낙뢰 방지 시스템을 갖춘 건물과 구조물의 수가 증가하고 있다.[citation needed][37]

스트라이크 분석

금속 구조물에 대한 낙뢰 타격은 금속의 작은 구덩이를 제외하고 어떤 증거도 남기지 않는 것에서부터 구조물의 완전한 파괴에 이르기까지 다양할 수 있다.[38]증거가 없을 때는 파업을 분석하기 어렵다.즉, 비인기적 구조물에 대한 타격은 육안으로 확인해야 하며, 번개의 무작위적인 행동은 그러한 관측을 어렵게 한다.[38][39][40][41]또한 번개 로켓을 통한 것과 같은 [42][43]이 문제에 대해 연구하고 있는 발명가들도 있다.미래에는 통제된 실험이 중단될 수 있지만, 고정된 방향 안테나를 사용하여 번개 타격의 특징적인 전기적 '신호'를 감시하는 라디오 수신기를 사용하는 기술을 통해 매우 좋은 데이터를 얻고 있다.[44][45][46][47]정확한 타이밍과 삼각측량 기법을 통해 번개가 매우 정밀하게 위치할 수 있어 특정 물체에 대한 타격은 자신 있게 확인할 수 있는 경우가 많다.

번개가 치는 에너지는 일반적으로 10억 줄에서 100억 줄의 범위에 있다.이 에너지는 보통 적은 수의 개별 스트로크로 방출되는데, 각 스트로크는 수 십마이크로초(일반적으로 30~50마이크로초)의 지속 시간으로 약 1/5초에 걸쳐 방출된다.대부분의 에너지는 대기의 열, 빛, 소리로 소멸된다.

항공기 보호장치

항공기는 항공기 구조에 탑재된 장치와 내부 시스템 설계에 의해 보호된다.번개는 보통 기체의 외부 표면이나 정전기 방전자를 통해 항공기를 드나든다.낙뢰 방지 시스템은 전자 장비 손상을 방지하고 스파크로부터 인화성 연료나 화물을 보호하기 위해 출입 지점 사이에 안전한 전도성 경로를 제공한다.

이 길들은 전도성 물질로 구성되어 있다.전기 절연체는 차단된 번개가 절연체의 파괴 전압을 쉽게 초과할 수 있기 때문에 전도성 경로와 결합해야만 효과적이다.복합 재료는 철망 층으로 시공되어 충분히 전도성이 있으며, 접합부를 전기적으로 연결하여 구조용 접합부를 보호한다.

차폐 케이블과 전도성 엔클로저는 전자 시스템에 대부분의 보호를 제공한다.낙뢰 전류는 케이블에 의해 형성된 루프를 통해 전류를 유도하는 자기 펄스를 방출한다.루프 실드에 유도된 전류는 반대 방향으로 루프를 통해 자속을 생성한다.이것은 루프와 그 주변의 유도 전압을 통한 총 유량을 감소시킨다.

낙뢰 전도 경로와 전도성 차폐는 대부분의 전류를 전달한다.나머지는 과도 전압 억제기를 사용하여 민감한 전자장치를 우회하고, 통과 전압이 충분히 낮으면 전자 필터를 사용하여 차단한다.필터는 절연체와 마찬가지로 번개와 서지 전류가 대체 경로를 통해 흐를 수 있을 때만 효과가 있다.

워터크래프트 프로텍터

수공예에 낙뢰방호설치는 돛대나 상부구조물 상부에 설치된 낙뢰보호대와 물과 접촉하는 접지 도체로 구성된다.전기 도체는 보호기에 부착되어 도체까지 흐른다.전도(철 또는 강철) 선체가 있는 선박의 경우 접지 도체가 선체다.비전도성 선체가 있는 선박의 경우 접지 도체를 수축하거나 선체에 부착하거나 중앙 보드에 부착할 수 있다.

위험도 평가

어떤 구조물은 본질적으로 벼락을 맞을 위험이 있다.구조물에 대한 위험은 구조물의 크기(면적)와 높이 및 지역에 대한 연간 mi당2 번개 타격 횟수의 함수다.[48]예를 들어 작은 건물은 큰 건물보다 부딪힐 확률이 적고, 낙뢰의 밀도가 높은 지역의 건물은 낙뢰의 밀도가 낮은 지역보다 부딪힐 확률이 높다.소방방재협회는 위험도 평가 워크시트를 번개 보호 표준으로 제공한다.[49]

국제전기기술위원회(IEC) 번개 위험평가는 생명체 상실, 공공에 대한 서비스 상실, 문화유산 상실, 경제적 가치 상실 등 네 부분으로 구성된다.[50]생명체의 손실은 가장 중요한 것으로 평가되며, 많은 필수적이지 않은 산업 및 상업적 용도에 대해 고려되는 유일한 손실이다.

표준

번개 보호 시스템을 표준에 도입함으로써 다양한 제조업체가 다수의 규격으로 보호 시스템을 개발할 수 있었다.국제, 국가, 기업 및 군사용 번개 보호 표준이 여러 개 있다.

  • NFPA-780: "번개 보호장치 설치기준"(2014)
  • M440.1-1, 전기 폭풍 및 번개 보호, 에너지부
  • AFI 32-1065 – 지상 시스템, 미국 공군 우주사령부
  • FAA STD 019e, 번개 및 서지 보호, 접지, 본딩 및 실드 요구사항
  • 번개 방지에 대한 UL 표준
    • UL 96: "번개 보호 구성 요소 표준" (제5판, 2005년)
    • UL 96A: "번개 보호 시스템 설치 요구 사항 표준" (2007년 12월호)
    • UL 1449: "서지 보호 장치 표준" (제4판, 2014년)
  • IEC 표준
    • EN 61000-4-5/IEC 61000-4-5: "전자파 적합성(EMC) – Part 4-5: 시험 및 측정 기법 – 서지 내성 시험"
    • EN 62305/IEC 62305: "번개로부터 보호"
    • EN 62561/IEC 62561: "조명 보호 시스템 구성품(LPSC)"
  • ITU-T K Series 권장사항: "간섭으로부터 보호"
  • 접지용 IEEE 표준
    • IEEE SA-142-2007: "IEEE 권장 산업용 및 상용 전원 시스템 접지 관행"(2007)
    • IEEE SA-1100-2005: "IEEE 권장 전자 장비 전원 공급 및 접지 관행"(2005)
  • AFNOR NF C 17-102 웨이백 머신에 보관된 2015-04-02: "조명 보호 – 초기 스트리머 배출 공기 단자를 이용한 낙뢰로부터 구조물과 개방 구역 보호"(1995)
  • GB 50057-2010 건물 낙뢰방지를 위한 설계기준
  • AS / NZS 1768:2007: "조명 보호"

참고 항목

참조

인용구

  1. ^ 구리 번개 보호 시스템은 생명을 구하고 수십억 달러를 절약한다; 건축 및 건축 뉴스 #80, 1995년 겨울;"Archived copy". Archived from the original on 2013-03-15. Retrieved 2012-09-11.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  2. ^ I. Bernard Cohen, Benjamin Franklin의 두 번의 번개 실험과 피뢰침의 도입 200주년: 미국철학회의 절차, 96권, 3번 (1952년 6월 20일), 페이지 331–366.
  3. ^ "History of Rebar". Whaley Steel. Archived from the original on 2011-11-27.
  4. ^ 세켈, 알, 존 에드워즈, "프랑클린의 운홀리 피뢰침 2006-05-26 웨이백머신에 보관" 1984.
  5. ^ 디비시에 의해 독립된 발명품이라는 상반된 견해에 대해서는 다음 두 가지 기사를 참조하십시오.
    Hujer, Karel (December 1952). "Father Procopius Diviš — The European Franklin". Isis. 43 (4): 351–357. doi:10.1086/348159. ISSN 0021-1753. JSTOR 227388. S2CID 144939221.
    Cohen, I. Bernard; Schofield, Robert (December 1952). "Did Diviš Erect the First European Protective Lightning Rod, and Was His Invention Independent?". Isis. 43 (4): 358–364. doi:10.1086/348160. ISSN 0021-1753. JSTOR 227389. S2CID 144820851.
  6. ^ Recovering Benjamin Franklin: an exploration of a life of science and service. Open Court Publishing. 1999. ISBN 978-0-8126-9387-4.
  7. ^ '안티크 피뢰침 볼 명예의 전당'앤티크 보틀 수집가 안식처(유리 번개볼 수집가)
  8. ^ 자유의 여신상 http://www.aoc.gov/cc/art/freedom.cfm
  9. ^ 기념비의 포인트: 워싱턴 기념물의 알루미늄 캡의 역사:기능적 목적
  10. ^ NFPA-780 번개 보호 시스템 설치 표준 2008년판
  11. ^ 버논 코오레이(ed.) 번개 보호, 엔지니어링 및 기술 연구소, 2010, ISBN 978-1-84919-106-7 페이지 240-260, 페이지 320
  12. ^ a b 벤자민 프랭클린과 피뢰침 – 2006년 1월 오늘, GMT 2008-06-1:00에 액세스.
  13. ^ NFPA-780 번개 보호 시스템 설치 표준 2008년판 – 부록 B.3.2
  14. ^ 윌리엄 톰슨 경, 전기와 자력에 관한 논문들.
  15. ^ NFPA-780 번개 보호 시스템 설치 표준 2008년판 – 부록 B – B.4.3
  16. ^ NFPA-780 낙뢰 방지 시스템 설치 표준 2008년판 - 부록 C
  17. ^ Donlon, Tim, "역사적 건축물에 대한 조명 보호".2001년 성당 통신 유한회사.
  18. ^ 낙뢰 방지 시스템 설치 요구 사항 – UL 96A 4.7.3.4.2
  19. ^ 낙뢰 방지 설치, 미국 특허 3,919,956
  20. ^ 번개 보호 시스템을 위한 설치 요구 사항 – UL 96A 8.2.2
  21. ^ 낙뢰 방지 시스템 2008년판 – NFPA-780 4.8.2.4
  22. ^ Ian Godwin (March 26, 2003). "Franklin letter to King fans flames of lightning debate". ABC Science Online. Australian Broadcasting Corporation. Retrieved July 29, 2011.
  23. ^ C. B. Moore, William Rison, James Mathis, Graydon Aulich, "조명봉 개선 연구".적용 기상학 저널: 39권, 5권, 593-609페이지.뉴멕시코 주 소코로 뉴멕시코 광산기술 연구소의 랑무어 대기 연구소.1999년 4월 10일.
  24. ^ 미국 특허 126만6175호, 테슬라 '라이트닝 프로텍터'
  25. ^ 미국 특허 3,371,144, 그리스컴 "전송선 낙뢰 방지 구조물"25페이지, 5열 (cf.[…] 지상고 함수로써 리더에 대한 충전[…]
  26. ^ 미국 특허 6,307,149, 리처드 랠프 지니 등, 비투명 번개 보호 시스템.1을 청구하고 10을 청구한다.
  27. ^ John Richard Gumley, 미국 특허 6,320,119, 번개 공기 터미널 및 설계 및 적용 방법
  28. ^ 포물선 반사체가 있는 피뢰침용 이온 방출기 마누엘 도밍고 바렐라, 미국 특허 6,069,314.
  29. ^ 전기 전도체용 번개 보호기 조하탄 H. 베일, 미국 특허 357,050.
  30. ^ 케이시 C. 그랜트, "To: 이해관계자"
  31. ^ B. 샤르펜티어, S. 로드드: "프랑스에서의 방사성 피뢰침 해체", ASN(Autorité de sûreté nucleéaire), 2012년 3월
  32. ^ 미국 특허 1,869,661, 범브라우 "조명보호시스템 및 방법"
  33. ^ 브라이언, R. G. 외, 1999년 "조기 스트리머 방출 번개 보호 기술에 관한 제3자 독립 평가단 보고서"
  34. ^ 미국 지구물리학연합의 대기 및 우주전기위원회 보고서
  35. ^ 무사, 압둘 M. "과학자들은 초기 스트리머 항공 터미널에 반대한다.", 1999.
  36. ^ ICLP EESE 문제 웹 페이지 Wayback Machine에 2013-11-26 보관
  37. ^ "Statistics - ILPA". Intlpa.org. Archived from the original on 2015-12-24. Retrieved 2015-12-24.
  38. ^ a b 라코프, 외, 번개: 물리학과 효과, 페이지 364
  39. ^ 마틴 A.우만, 번개 방전.Courier Dover Publishes, 2001. 377페이지.ISBN 0-486-41463-9
  40. ^ 도널드 R.폭풍의 전기적 특성인 MacGorman.옥스퍼드 대학 출판부, 1998. 432페이지.ISBN 0-19-507337-1
  41. ^ 한스 볼랜드, 대기 전기역학 핸드북 I. CRC 프레스, 1995.408쪽.ISBN 0-8493-8647-0
  42. ^ 더글라스 A 번개의 인공적인 트리거링 방법 및 장치.팔머, 미국 특허 6,012,330
  43. ^ 번개 로켓, 로버트 E.벳츠, 미국 특허 6,597,559
  44. ^ 번개 로케이팅 시스템, 랄프 J. 마크슨 외, 미국 특허 6,246,367.
  45. ^ 번개 위치 추적 시스템, 항공 연구 협회, 미국 특허 5,771,020.
  46. ^ 낙뢰의 위치추적 시스템 및 방법, 미국 항공우주국(NASA) 행정관이 대표한 미국 특허 6,420,862
  47. ^ 단일 관측소 시스템 및 번개 타격 위치 파악 방법, 미국 항공우주국, 미국 특허 6,552,521로 대표되는 미국.
  48. ^ NFPA-780 번개 보호 시스템 설치 표준 2008년판 – 부록 L.1.3
  49. ^ NFPA-780 낙뢰 방지 시스템 설치 표준 2008년판 - 부록 L
  50. ^ Bouquegneau, Christian (2011), Lightning Protection IEC EN 62305 Standard (PDF), retrieved September 2, 2012[영구적 데드링크]

원천

외부 링크