초고층 빌딩 쌍극자 피뢰침(BCAT)을 이용한 뇌운감지 및 경보시스템의 신뢰성에 관한 연구

Abstract

건축 기술의 발전으로 초고층 빌딩이 증가하고 있는 현대 사회에서 지구 온난화로 낙뢰의 빈도 및 강도가 증가하여 낙뢰 위험을 대비한 낙뢰 방호 시설이 필수적으로 설치되고 있다. 그러나 고도로 정보화된 현대 사회는 낙뢰에 취약한 장비 및 설비의 설치 증가로 낙뢰로 인한 피해가 지속적으로 발생하고 있으며 피해 금액도 증가하고 있는 추세이다. 이러한 이유로 낙뢰 발생 이전에 위험을 감지하고 경보를 알리는 뇌운 감지 및 경보 시스템이 초고층 빌딩에 적용되고 있다. 본 논문에서는 BCAT를 적용한 뇌운감시시스템의 신뢰성을 확인하기 위해 시스템의 주요 구성품으로 센서 역할을 하는 BCAT에 대해 DC 고전압 인가 시 유도전압을 수치해석과 시험을 통해 상호 비교하였다. 또한, BCAT 센서를 초고층 빌딩 최상부 옥상에 설치하고 제어센터에 모니터링 컴퓨터를 설치, 4년간 데이터를 취득하고 분석하였다. 수치해석 결과 BCAT 센서의 부유도체와 접지된 도체 사이의 유도전압을 확인할 수 있었으나 실험실에서의 유도전압 측정 결과와는 차이를 보였다. 실험결과 BCAT 센서의 코로나 방전이 임계 값 이상에서 극대화 되어 측정 전극사이의 유도전압이 감소 또는 포화되는 것으로 판단된다. 향후 코로나 방전효과에 의한 유도전압 변동에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 실제 현장에 설치된 BCAT 센서를 적용한 뇌운 감시 시스템의 데이터를 취득하여 기상청 레이더센터 낙뢰 영상 데이터를 비교한 결과 뇌운 감지 및 경보 시스템이 비교적 잘 동작하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 연구 결과 BCAT 센서를 적용한 뇌운 감시 시스템에 대한 신뢰성을 확인할 수 있었으며 해당 시스템은 낙뢰에 취약한 반도체 공장, 통신 설비 또는 스포츠 경기 시설과 같은 반도체 관련 생산시설 또는 다중 이용 시설 등의 안전성 확보에 적합한 것으로 판단된다. | In the modern society where high-rise building are increasing due to the development of building technology, the frequency and intensity of lightning strikes increase due to global warming. A lightning protection system is essential to protect the building from lightning strikes. However, in a highly informative modern society, damage caused by lightning is continuously occurring due to the increase in the installation of equipment and facilities that are vulnerable to lightning strikes, and the amount of damage is increasing. For this reason, a thundercloud detection and warning system that detects danger and alerts before a lightning strike is applied to high-rise building. In this paper, to confirm the reliability of the thundercloud monitoring system to which BCAT is applied, the induced voltage when DC high voltage is applied to BCAT, which serves as a sensor as a major component of the system, was compared with each other through numerical analysis and test. In addition, a BCAT sensor was installed on the roof of the top of high-rise building, and a monitoring computer was installed in the control center to acquire and analyze data for four years. As a result of numerical analysis, the induced voltage between the floating conductor of the BCAT sensor and the grounded conductor could be confirmed, but it was different from the result of measuring the induced voltage in the laboratory. From the experiment, the corona discharge of the BCAT sensor is maximized above the threshold value, so that the induced voltage is reduced or saturated. It shows that further studies on the fluctuation of induced voltage due to the corona discharge effect will be needed. In this paper, a thundercloud monitoring system data using a BCAT sensor installed at the actual site and the lightning image data of the radar center of the Korea Meteorological Administration are compared. The result shows that the thundercloud detection and warning system was operating relatively well. As a result, the reliability of the thundercloud monitoring system applied with the BCAT sensor was confirmed. Hence, the system is suitable for securing the safety of semiconductor-related production facilities and multi-use facilities such as semiconductor factories, communication facilities or sports competition facilities that are vulnerable to lightning strikes.