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[하계 전기설비 자연재해 대책 1] 국내외 피뢰설비 기준과 기술 동향: IEC 62305 중심 기준 설정

2014-08-01

[하계 전기설비 자연재해 대책 1] 국내외 피뢰설비 기준과 기술 동향 IEC 62305 중심 기준 설정 하절기 전기설비 안전 중 높은 비중을 차지하고 있는 피뢰설비는 최근 전기제품의 다양화와 첨단화로 그 중요성을 더하고 있다. 세계적으로 피뢰설비에 관한 기준은 IEC 62305를 기준으로 통합되고 있으며 현재 전기안전 공사도 KS C IEC 62305를 기준으로 피뢰설비에 관한 최신 연구결과를 국내 현장에 적용하고 있다. 본고에서는 국내외 피뢰설비 관련 동향과 현황에 관한 전기안전연구원의 보고서들의 내용을 요약해 봤다. 자료협조 전기안전연구원 국내 낙뢰발생 현황 기상청은1987년 낙뢰위치표정시스템(Lightning Location and Protection. Inc)을 도입한 이래 한반도에서 발생하는 낙뢰현상을 관측해 예보업무에 활용하고 있다 2001년 초에 낙뢰관측시스템(IMPACT 및LDAR Ⅱ)을 도입 및 설치하여 2002년 상반기부터 이 낙뢰관측시스템을 이용한 본격적인 낙뢰관측을 하고 있다. 연도별 낙뢰발생횟수에서 평균을 보면 연간 1,165,923회가 발생하는 것으로 나타났다. 이는 1일 평균 3,000회 이상의 낙뢰가 발생하는 것을 의미하는 것으로 최근에는 집중호우가 발생하면서 국부적으로 나타나는 경향을 보이고 있다. 월별 발생빈도를 보면 단연 여름철에 많이 발생하는 것으로 나타났으며 이는 여름 장마철 또는 태풍이 부는 시점으로 뇌운이 자주 형성되어 발생하는 것으로 추정 된다. 낙뢰의 극성을 보면, 정극성보다 부극성 뇌가 월등히 많음을 확인할 수 있다. 정극성뇌의 경우에는 겨울철에 자주 발생하는 것으로 확인이 가능하며 건조한 대기의 조건에서 정극성의 뇌 형성과 방전조건이 낙뢰가 발생하도록 하는 조건임을 보여주는 것이다. 국내외 피뢰설비 안전관리 현황 분석 가. 해외 피뢰설비의 기준 현황 피뢰설비에 대한 기술기준은 WTO/TBT체제 이후 국제적으로 활발한 변화를 보이고 있다. 지금까지 각국이 따로 적용해 오던 규격을 지속적인 논의와 연구 결과, 논문 등을 기초로 하여 수정·보완해 오고 있다. 이에 대한 대표적인 기준이 IEC 61024인데 이는 건물의 구조체를 보호하기 위한 외부 뇌보호시스템과 건물의 내부에 있는 설비들을 보호하기 위한 내부 뇌보호시스템으로 구분하여 규정하고 있는 것이 특징이다. 그러나IEC 61024 기준도 모든 건물을 대상으로 하는 것이 아니고, 특수한 건물이나 60m를 넘는 건물은 해당 기준에서 제외하고 있어 대상 범위에 한계성을 지니고 있었다. 또한 뇌 보호설비에 관한 각국의 규격은 크게 유럽을 중심으로 하는 IEC 61024, 미국 NFPA-780 규격, 프랑스 NFC 17-102 규격, 호주, 뉴질랜드 NZS/AS 1768/1991 규격, 일본 JIS A 4201규격, 한국 KS C 9609 등으로 나뉘어 적용되어 왔다. 이러한 규격들이 최근 들어서는 서서히 특정 기준들로 통합되고 있는 현상이 있으며, 그 통합된 결과가 IEC 62305와 NFPA-780기준으로 보면 별 무리가 없을 것이다. 미국에서는 자국의 NFPA-780 기준에 의해 미국 내 모든 보험보장 및 낙뢰에 대한 설계 및 시공기준을 적용하고 있었으나 2001년 10월 이탈리아 피렌체에서 열린 IEC/TC 81 에서 앞으로 5년 안에 IEC 610245 내용을 미국 IEEE가 주축이 되어 유럽과 미국의 기준이 통합된 하나의 뇌보호설비(피뢰설비) 기준을 제정하기로 했었다. 이러한 방침에 따라 미국 NFPA 기술전문위원회와 IEEE관련 Section에서는 이에 대한 준비 및 연구를 계속 추진하고 있다. 따라서, 이와 같이 앞으로 새로 제정될 낙뢰에 관련한 기준은 미국 NFPA와 IEEE가 주축이 된 뇌보호설비 기준이 제정된다고 보아도 별 무리가 없을 것으로 보였지만, 이러한 방향 결정에는 각 국의 이해관계 및 논리가 첨예하게 대두되고 특히 프랑스, 이탈리아, 미국 등 3개국간의 논쟁이 뜨거운 상황이다. 그럼에도 불구하고 각국이 기본적으로 동의하는 것은 낙뢰의 보호각법을 회전구체법으로 수용한다는 것과 외부의 낙뢰 못지않게 건물 내의 정보설비 등을 보호하기 위한 서지억제기(SPD)의 설치기준을 강화해야 한다는 두 가지 측면이며, 이와 같은 방향설정에 따라 관련된 시장을 놓고 각 국의 기준을 세계표준으로 하기 위한 노력을 진행하고 있다. 나. 국내 피뢰설비 기준 현황 피뢰설비를 시설하는 목적은 두말할 필요도 없이 기상여건에 따라 빈번히 발생하는 낙뢰에 의한 인명 피해를 없애고 건축물이나 시설물 등에 가해지는 직·간접적인 피해를 예방하거나 그 피해의 정도를 최소화하기 위한 것이다. 자연 발생적인 낙뢰는 지구촌 전 세계의 어느 지역에서든지 계절적, 지형적인 자연 상황에 따라 발생 빈도를 달리하여 수시로 발생하기 때문에 낙뢰로부터 인명, 건축물이나 시설물을 보호하기 위해 세계 각국에서는 그들 나라의 기후조건에 알맞은 낙뢰 보호에 대한 규정이나 지침서 등을 만들어 건축물이나 시설물 등의 보호를 위한 피뢰설비의 설계와 시설 및 유지관리에 적용하도록 하고 있다. 현재, 우리나라의 피뢰설비에 대한 규정으로는 한국산업규격의‘ 피뢰침(KS C IEC62305)’에 대한 규정을 비롯하여 산업안전보건법의 피뢰침 설비에 관한 기술상의 지침, 건축법, 소방법령의 소방기술기준에 관한 규칙 등이 있으며, 피 보호대상물의 종류에 따라 피뢰설비의 설치기준을 달리하여 정해놓고 있다. 그러나 각 지침, 규격과 규정의 내용들을 검토하여 보면 일부 서로 상반되는 내용이 규정되어 있는 경우가 있어서 뇌보호 설비의 설계와 시공에 있어 이를 적용하기 위한 기준으로서의 신뢰를 떨어뜨리는 일이 흔히 있다. 이러한 기술규정의 공백과 기술수준의 낙후를 틈타 국내의 중요 건축물 등에 주로 적용하는 이온방사형 제품인 ESE(Early Streamer Emission) 피뢰침의 경우 보호범위 확대에 대해 이론적으로 일치하지 않는다는 사실을 영국 IEE (The Institute of Electrical Engineers)의 논문에서 D. Mackerras 외 2명이 밝혔음에도 불구하고 국내에선 이러한 제품들이 아무런 검증과정 없이 사용되고 있다. 이와 같이 피뢰설비에 대한 기준이 상이함에 따라 우리나라 시장에서도 피뢰설비의 설계·시공기준도 통일되어 있지 않은 것도 현실이었다. 그러나 이러한 문제는 정부 규격통일화 방안에 근거한 한국산업규격(KS)의 우선적 인용 유도로 상당 부분 해소가 될 전망이다. 즉, 이와 같은 배경하에서 정부에서는 피뢰설비와 관련된 국제규격을 그대로 한국산업규격(KS)으로 제정하여 2007년 11월 30일에 고시하였기 때문이다. 따라서 새롭게 제정된 KS C IEC 62305 기준을 근간으로 관련부처의 피뢰설비 기준이 하나로 통일화됨으로서 검증된 피뢰설비가 설치·운영될 것으로 예상된다. 과거에 국내 피뢰설비 시장은 충분한 검증이 어려운 세계 각국의 피뢰설비가 수입되어 설치되고 있었으나 이는 피뢰설비 기준제정에 통일성이 결여 되어 발생한 문제였다. 앞에서도 언급한 바와 같이 건축설비기준법, 소방법, 전기사업법, 산업안전보건법등 낙뢰보호 기준이 각각 상이한 부분이 많아 설계 및 시공 기준이 통일되지 않았던 것이 현실이다. 현재 전기안전공사는 KS C IEC 62305를 기준으로 피뢰설비에 관한 최신 연구결과를 국내 현장에 적용해오고 있으며 해외 피뢰설비 안전관리 현황 조사를 위해 일본의 피뢰설비검사지침, 낙뢰에 대한 구조물 보호기법, 건축물에 대한 규정 등을 종합해본 결과 주로 독일과 미국의 피뢰설비에 관한 규정 및 지침이 활용되고 있으며 현장 적용력을 높이기 위한 전기안전공사의 기술수준은 선진국에 상응하는 수준을 보유하고 있는 것으로 평가되고 있다. 국내·외 기술 동향 낙뢰에 대한 영향을 줄이기 위해 설치되는 피뢰설비는 피뢰도선이나 피뢰침과 같은 수뢰부에서 인하도선과 접지를 총괄하는 의미로 여겨졌다. 그러나 산업발달과 더불어 전기전자시스템이 도입되면서 낙뢰에 민감한 전자기기의 보호가 우선하게 되었다. 피뢰설비 진단은 구조물의 평가와 전기전자 시스템의 안전을 포괄한다. 낙뢰에 의한 예방과 설비보호를 위하여 설치되는 피뢰설비는 과거에는 구조물의 파괴를 막는 역할 수행에서 현재는 구조물 내부의 전기설비 전기전자시스템 보호에 까지 확대하여 적용되고 있는 실정이다. 국제 기준에서는 피뢰설비시스템을 아래와 같이 건축구조체를 보호하기 위해 외부피뢰 설비와 전자기기를 보호하기 위한 내부피뢰설비로 구분하고 있다. 피뢰설비분야는 각국이 따로 적용해 오던 규격을 지속적인 논의와 연구로 수정 보완해 오고 있으며 대표적으로 IEC 62305는 우선 건물의 외부와 내부에 대한 규정을 하고 있으며 이는 모든 종류의 건물을 포함하는 것이 아니라 특수한 건물은 제외하도록 하고 있다. 미국은 미국화재보험협회에서 제정한 NFC-780을 자국의 기준으로 정하고 있으며 프랑스, 일본, 오스트레일리아, 뉴질랜드 등이 각자 정한 피뢰설비 기준을 보유하고 있다. 국내에서는 현재 한국공업규격 KS C IEC 62305 기준으로 피뢰설비의 기준을 통일함으로써 피뢰설비의 신뢰성을 높이고 있다. 피뢰설비는 전기사업 전기사업법에 의한 검사 대상 설비에서 제외되어있으나, 전기설비기술기준이 IEC 국제 기준에 부합화 되면서, 판단기준 제18조 제6항 및 제7항에 공통접지 및 통합접지를 시설할 수 있도록 규정하고 있다. 그러나 각종 전기설비가 통합접지를 통해서 피뢰설비와 연결되어 있어 낙뢰 시 위험성에 노출되어 있어서 이러한 위험성을 예방하기 위한 조치로서 피뢰설비의 적절한 시공여부 및 안전관리 등의 확인이 필요하며 이러한 측면에서 피뢰설비의 적정성 여부를 확인할 수 있는 제3자에 의한 검사가 필요한 실정이나, 적용 법규인 건축법에서는 검사를 실시하고 있지 않고 있는 가운데 전기사업법에서도 전기사업법에서 정하는 전기설비가 아니므로 검사대상에서 누락되어 있다. 따라서 국내의 피뢰설비는 이에 따른 전기설비 안전관리상 문제점이 매년 발생하고 있다. 피뢰설비 진단에 있어서 국제표준을 준용한 피뢰설비 진단 및 검사기술의 개발은 더욱 시급한 실정이다. 특히, 국내 기후환경 변화에 따른 다양한 자연재해 발생이 우려되며 국지성 폭우를 동반하는 낙뢰사고의 경우 미처 준비되지 않은 상태에서 감전에 의한 화상 또는 사망, 설비의 오동작 또는 고장에 의한 사고파급 시설물의 파괴 등으로 위험성이 급증하고 있어서 적극적 대처가 요망되고 있다. 기술개발 시 예상되는 파급효과로는 건축시설물의 낙뢰로 인한 화재, 붕괴, 전기통신, 중경상, 사망 등의 피해를 최소화 할 수 있으며 건축물을 제외한 공공기관 시설, 신호등, 통신, 항공, 선박 등에 광범위하게적용이 가능할 것으로 전망된다. 또한 군사시설은 산악지에 위치하여 야외에서 단체 훈련 중 낙뢰시 큰 피해가 예상되나 피뢰시설 안전관리로 인한 교육 훈련 등의 피해를 최소화할 수 있다. 야외 여가생활을 할 수 있는 등산 및 골프장 등에서의 피뢰시설 설치 의무화를 유도할 수 있으며 공익사업강화 및 전기안전사각지대인 낙뢰피해 최소화를 위한 제도 개선시 활용할 수 있다. 이외에도 선박, 항공기, 해양설비 등의 사회 기반시설의 안전점검에 활용이 가능하며 재난재해 예방을 위한 안전시설 및 소방관련 정책제안의 기초자료로 활용이 가능할 것으로 기대된다. < Energy News >