(주)파워트로닉스 서지가드

제품개요

Saint-Elmo 피뢰침은 프랭클린 프랑스社가 CEA(프랑스 원자력위원회)와 공동으로 개발하여 생산한 고전압유도광역피뢰침으로써 CEA특허와 프랑스 기술혁신 대상을 획득하고 풍력을 전기에너지로 변환시켜주는 압전세라믹을 사용함으로써 저비용 고효율의 Protection Solution을 제공합니다.

기본원리

Saint-Elmo 피뢰침은 대지와 연결된 로드(Rod)타입의 피뢰침으로써 피보호 건물의 구조에 대응하는 등전위(等電位)의 변화에 의해 효과적으로 작동합니다. 피뢰침의 출현은 주변전계의 상승에 중요한 요인이며, 프랭클린 프랑스社에 의해 설계된 압전여기방식 피뢰침의 원리는 다음의 요소에 기초하고 있습니다.
- 주변전계의 강화
- 우선 방전로의 조기형성

SAINT-ELMO피뢰침의 주요구조

수뢰두(Capture Head)
수뢰두는 상부의 돌침첨단부와 이의 연장부로 공기의 강제순환이 양호하게 발생되는 종단면 구조형태와 양질의 도체로 구성되어 있으며, 공기순환구조는 벤츄리시스템(Venturi System)으로 공기흡입 및 방출을 원활히 하여 공기의 강제순환을 매우 용이하게 하는 구조로 되어 있습니다.
지지주(Support Pole)
지지주는 가공처리된 동(銅)으로 되어있고, 상부에는 스테인리스 스틸로 된 이온방사침이 (모델에 따라) 한 개 또는 여러 개가 절연 슬리브에 삽입되어져 있으며 압전세라믹에 의해 공급되는 전위에 연관(종속/연결)되어 있습니다. 이온방사침은 지지주와 동일하게 영구적으로 대지전위와 연결된 수뢰두에 의해서 뇌격과 악천후에 의한 직접적인 충격으로부터 보호됩니다.
변환기(압전여기장치/Transducer, Piezoelectric stimulator)
변환기는 지지주의 하부에 내장되어 있으며, 높은 신뢰성을 가진 단순기계식 여기장치(CEA 특허획득 장치)와 이와 결합된 절연함 그리고 이 절연함 속에서 응력을 받는 압전세라믹으로 구성되어 있습니다. 이 압전여기장치는 지지주 내부로 이어져있는 고압케이블을 통해 이온방사침과 연결되며, 압전세라믹에 의해 생성된 전압은 이 고압케이블을 통해 이온방사침에 공급됩니다.

동압원리 Operation

압전여기장치
Saint-Elmo 피뢰침의 기본 동작 원리는 피뢰침 주위의 대기속 자유전하(이온화된 미립자와 전자) 수를 증가시켜 뇌운과 대지 사이의 전계속에서 뇌격의 우선진로를 구성하는 높은 전도성을 가진 방전로(Channel)를 생성하는 것입니다.
자유전하는 압전세라믹(lead zirco-titanate)에서 공급된 전압을 통해 이온방사침에 의해서 발생하는 코로나효과에 의해 생성되는데, 압전세라믹의 특징은 압력(기압)의 단순한 변화만으로도 아주 높은 전압을 생성시킨다는 것입니다. 그래서 Saint-Elmo 피뢰침은 바람이 피뢰침에 작용하여 생기는 응력을 압전세라믹에 가해지는 압력으로 변환시켜주는 기계식 장치를 내장하고 있습니다.
이렇게 생성된 전압은 피뢰침 지지주 내부의 고압케이블을 통해 이온방사침에서 코로나효과에 의한 자유전하의 생성에 쓰이게 됩니다. 그런 다음에 이 자유전하는 공기순환을 강제하는 피뢰침 수뢰두의 벤츄리시스템에 의해 수뢰두 외부의 뇌운과 대지사이의 전계로 방출됩니다. 뇌운으로 분극된 전하는 대지를 향해 내려오고, 그래서 피뢰침의 연장선을 형성하는 전하의 방전로는 오직 뇌운의 전극에 대립하는 전극의 전하로 구성됩니다.

보호특성 Protection Specifications

우선포착
정전계(靜電界)의 낮은 값에서도 여기(勵起)를 촉진(증진)시키는 Saint-Elmo 피뢰침의 능력은 조기의 우선포착 확률을 높입니다. 이러한 성능은 피보호 건물의 다른 돌출부와 비교할 때 Saint-Elmo 피뢰침이 우선포착 돌출부로서 탁월한 효과를 발휘하게 합니다. 그래서 단거리에서만 포착할 수 있는 일반피뢰침과는 달리, Saint-Elmo 피뢰침은 낮은 방전강도(2~5KA)에서도 우수한 성능을 보증합니다. [D=10 I ⅔ , D : 뇌격거리(M), I : 전류(KA)]

광역보호공간
Saint-Elmo 피뢰침의 보호공간은 이론적으로 전기기하학적 모델을 도면화함으로써 구할 수 있지만, 높이가 낮은 경우 실제로는 꼭지점이 피뢰침의 첨단(尖端)인 회전원추와 비슷합니다. 프랑스표준 NFC 17-102는 조기 스트리머 방사형 피뢰침(ESE, Early Streamer Emission)을 다루고 있으며, 다양한 환경에 따른 보호레벨(Np, Levels of Protection)에 대해 설명하고 있습니다. 피뢰침 설계를 위한 이러한 보호레벨은 뇌격의 위험도 평가에 의해서 사전에 결정됩니다. 또한, 프랑스표준 NFC 17-102는 ESE 피뢰침의 설치규정과 ESE 피뢰침의 평균 선행여기거리(△L, Average Excitation Advance)에 따른 보호반경(Rp, Protection of Radii) 그리고 보호레벨에 준하여 고려된 뇌격거리(D, Distance of Lightning Stroke)에 관해 설명하고 있습니다. [D(I)=20m, D(II)=45m, D(III)=60m] 아래의 표는 Saint-Elmo 피뢰침의 보호반경 Rp(m)을 모델별로 3단계의 보호레벨에 따라 실제 설치높이(h)를 고려하여 나타낸 것입니다.

Saint-Elmo 피뢰침