선행 스트리머(Early Streamer Emission)이온방사형 피뢰방식

가. 개요

나. ESE피뢰침의 기본동작원리

     

    동일한 조건에서 프랭클린 돌침에 의해 생성된 상승리더는 돌침선단 상부(A)로부터 거리 D만큼되는 곳에 도달하고 ESE피뢰침에 의한 상승리더는 ESE피뢰침의 선단 상부로부터 거리(△L+D)만큼되는 곳에 도달한다.
    상승리더는 평균속도 106m/s로 하강리더를 향해 전파,전진한다.
    발생시간(△T)의 이득은 △L로 표시된 선생방사 거리이득에 해당된다
    선행전진시간 및 거리이득은 △T,△L로 표시되며 △L = V·△T의 공식이 성립된다
    여기서

    △L(m) : 선행전진거리 이득
    V(m/s) : 상승리더의 평균속도 106m/s
    △T(s) : 선행방사시간 이득(실험실에서 측정)

    2. 동작원리

    뇌운 아래에 있는 피뢰침의 선단에 뇌운의 전하와 반대극성의 전하의 플래쉬방전 즉, 강하게 전리된 플라즈마가 존재하면 뇌방전이 발생하기 쉽고 결국 이것에 낙뢰하기 쉽게 된다.
    그러나 공간전하가 상시 발생하고 있으면 이 돌침효과도 희박하게 된다. 이 목적으로 ESE피뢰침 시스템에는 적절한 고전압 펄스를 발생시켜 돌침부에 플래쉬 방전을 야기하도록 되어있다.

    고전압 펄스의 주파수대를 선정함에 의해 공간전하의 발생이 방지되고 1개의 플래쉬 방전에서 다음의 플래쉬 플래쉬 방전에의 쉬운 전리채널을 형성하도록 유지시킨다.

    ESE 피뢰침은 뇌우시에 대기중에 존재하는 전계의 대지에너지를 이용한다.
    ESE 피뢰침은 이 에너지를 회수하여 규정진폭과 주파수의 고전압 펄스로 변환하는 것이다. 이와 같은 ESE피뢰침은 낙뢰의 위험이 있는 경우에만 동작하는 완전한 자체 동작시템의 특성을 구비하고 있다.

 

 

    이온방출을 제어하여 상승 스트리머를 개선한 피뢰침으로 뇌 방전이 대지에 접근하면 피뢰침의 선단으로부터 플래쉬방전이 발생하고 하강리더의 방향으로 전파되면서 리더의 가운데로 이행하여 간다.

    이 상승하는 플래쉬방전의 발생과 성장을 촉진하는 과정에 의해서 피뢰침의 효과가 개선된다. ESE 피뢰침은 가변전위 발생장치를 구비한 피뢰침이며, 이 때문에 코로나방전은 연속으로 발생하지 않고 단속적으로 펄스를 발생한다 이것은 주변의 전계에너지를 이용하고 있기 때문이다.

    펄스전압을 선정함에 있어서 피뢰침 선단에 발생하는 이온화현상(공간전하에 의한 마스크현상)을 피하는 것이 가능하다.
    플래쉬 방전을 얻도록 ESE 피뢰침의 전위발생장치는 특정신호에 의해 제어되고 동시에 정밀한 주파수의 연속전압파 또는 펄스파를 공급한다.

    ESE 피뢰침의 발진기(Oscillator)와 펄스변압기(Pulse Transformer)최근 개발된 특수 장치이다.

다. ESE 피뢰침설비의 특성

    [표]보호레벨3을 적용한 경우의 보호반경표

    h(m)

    Rp

    프랭클린 Rod

    pulsar-25

    pulsar-40

    pulsar-60

    2 m
    4 m
    5 m
    6 m
    8 m
    10 m

    3.5
    7
    8.5
    10.5
    14
    17.5

    26
    52
    65
    66
    67
    69

    33
    67
    84
    84
    85
    87

    44
    87
    107
    107
    108
    109


라. ESE 피뢰침에 의한 보호설비의 설계

마. 설치 및 유지보수