낙뢰 방호 및 대책 조치

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이 게시글은 마지막으로 yinkuilin6868에 의해 2016-5-17 15:12에 수정되었습니다. 2007년 5월 23일, 중경시 개현 의화진 흥업촌 소학교의 초등학생 7명이 수업 중 번개에 맞아 사망했으며, 30여 명의 학생들이 부상을 입었습니다. 이 끔찍한 사고로 인해 전 사회가 큰 관심을 보였습니다.여름이 다가오면서 뇌우가 점점 더 자주 발생하고 있어, 업무 환경과 근로 조건에 부정적인 영향을 미치며 각종 안전 사고를 유발하기 쉽습니다.최근 들어, 낙뢰로 인해 석유화학 기업에서 화재와 폭발 사고가 끊임없이 발생하고 있으며, 이로 인해 많은 사람들의 생명과 재산에 엄청난 피해가 발생하고 있습니다.따라서 낙뢰 방지 작업을 철저히 하는 것도 기업의 안전한 생산을 위한 중요한 조치 중 하나이므로 충분한 관심을 기울여야 합니다. 이번 특집에서는 낙뢰가 발생하는 원인과 피해, 그리고 낙뢰의 종류와 특성을 분석하였으며, 석유화학 기업의 특성을 고려하여 석유화학 생산 설비, 저장탱크 및 인체를 위한 낙뢰 방지 대책을 제시했습니다. 사고 사례 ● 1989년 8월 12일 오전 9시 55분, 중국 석유천연가스총공사의 파이프라인국 소속 승리유송회사의 황도유창에 위치한 오래된 저장탱크 구역에서, 2만 3천 입방미터의 원유가 저장되어 있던 5번 콘크리트 저장탱크가 폭발하여 화재가 발생했습니다. 이 화재는 총 104시간 동안 계속되었으며, 4만 입방미터가 넘는 원유가 소실되었습니다. 250무에 달하는 오래된 저장탱크 구역과 생산 시설들도 모두 불에 타버렸습니다. 이 사고로 인한 직접적인 경제적 손실은 3,540만 위안에 달했습니다.소방 활동 중 10대의 소방차가 불에 타버렸고, 19명이 사망하며 100명 이상이 부상당했습니다.그중 공안 소방 요원 14명이 사망하고 85명이 부상당했습니다.사고의 직접적인 원인은 비금속 석유탱크 자체에 존재하던 결함으로 인해 지뢰 폭발로 인한 유도 스파크가 발생하여 석유와 가스가 폭발한 것입니다. ● 1998년 7월 13일 오후 4시 10분, 우한시 황페이현 석유총회사의 횡점 석유저장소가 낙뢰를 맞았습니다. 그로 인해 저장소 내의 4번 저장탱크가 폭발했으며, 0번 디젤유 125톤과 1000m³ 용량의 디젤유 탱크 한 개가 파괴되었습니다. 이로 인해 엄청난 경제적 손실이 발생했습니다. ● 2006년 4월 4일, 난징 화징화공유한회사의 1호 톨루엔 탱크가 구형 번개에 맞아 폭발했습니다. 그로 인해 1호 탱크의 지붕이 날아가고, 파이프라인 및 스프레이 장비와 같은 부속품들도 파괴되었습니다.다행히 인명 피해는 없었으며, 직접적인 경제적 손실은 약 7만 위안에 달했습니다.이번 사고가 발생한 원인은 해당 기관의 안전 투자가 미흡했으며, 관리에 허점이 있어 일정한 사고 위험이 존재했기 때문입니다.해당 시설은 4개월 이상 동안 낙뢰 및 정전기 방지 장치에 대한 점검과 유지보수가 이루어지지 않았습니다(마지막 점검은 2005년 5월이었습니다). 저장탱크 전체, 특히 탱크 꼭대기와 탱크 몸체의 용접 부분에는 심각한 녹이 생겼습니다. 탱크 꼭대기에 있는 배기밸브나 통광구와 같은 부품들도 심한 녹으로 인해 탱크 몸체와 제대로 연결되지 않고 있어, 감전 사고가 발생할 가능성이 매우 높으며, 이로 인해 화재가 발생할 수도 있습니다；저장탱크에 기존에 설치되어 있던 3개의 낙뢰 및 정전기 방지용 접지선 중 2개가 녹슬어서 끊어졌으며, 이로 인해 큰 전류를 순간적으로 방출하는 데 필요한 조건을 충족할 수 없습니다. 석화기업은 어떻게 낙뢰 방지 작업을 잘 수행할까 1 낙뢰의 원인과 피해 1. 낙뢰는 본질적으로 자연계에서 전하를 띤 구름들 사이에 일어나는 거대한 정전기 방전 현상이다.번개가 발생하는 것은 주로 공중에 있는 전하를 띤 구름들이 형성되기 때문입니다. 그리고 전하를 띤 구름이 형성되는 원인은 여러 가지가 있지만, 가장 주된 원인은 구름 속의 물방울들이 공중으로 올라가면서 차가워져 얼면서 전하가 생기는 것입니다. 이때 공중의 구름 아랫부분은 음전하를 띠고, 윗부분은 양전하를 띱니다.양전하와 음전하를 띤 뇌운들이 계속해서 모여서 서로 만나거나, 많은 양의 전하를 띤 뇌운이 지면에 가까워지면, 뇌운들 사이나 뇌운과 지면 사이에 방전이 일어납니다.순간적인 공중 에너지의 전환과 함께 강렬한 빛과 소리가 터져 나오는 것, 이것이 바로 사람들이 흔히 보는 번개입니다.거대한 뇌전은 주변의 공기를 순식간에 20,000℃ 이상으로 가열시킵니다. 열을 받은 공기는 급격히 팽창하여 폭발적인 충격파를 만들어내며, 이 충격파는 초당 5미터의 속도로 공기 중을 전파됩니다. 그 결과, 뇌전이 닿는 범위 내의 설비나 건물들은 심각한 기계적 진동과 열적 영향을 받아 완전히 파괴됩니다. 2. 피뢰장치가 낙뢰를 맞았을 때, 낙뢰 전류로 인해 매우 높은 전위가 발생합니다. 만약 피뢰장치와 건물 내외부의 장비들 사이의 절연 거리가 충분하지 않으면 ‘역방전’ 현상이 일어납니다.번개 전류가 지면의 낙뢰점이나 접지체를 통해 주변 토양으로 흘러 들어갈 때, 그 주변에 전압 강하가 발생합니다.만약 누군가 접지체 근처에 서 있으면, 낙뢰 전류로 인해 발생하는 스텝 전압의 위험에 노출됩니다.번개 전류가 하강선을 통해 접지 장치로 흐를 때, 하강선 자체와 접지 장치 모두에 임피던스가 있기 때문에 상당한 전압 강하가 발생합니다. 이때의 전압은 수만 볼트에서 수십만 볼트에 이를 수 있으며, 사람이 이러한 전압에 노출되면 심각한 손상을 입게 됩니다.이러한 모든 현상들은 일반적으로 사람에게 장애를 유발할 수 있으며, 심한 경우에는 즉시 사망에 이를 수도 있습니다. 2. 낙뢰의 종류 낙뢰의 형태에 따라 대체로 판상 낙뢰, 선상 낙뢰, 구상 낙뢰의 세 가지로 나눌 수 있다.피해의 관점에서 보면 직격용뢰, 유도용뢰(정전기 유도 및 전자기 유도 포함), 구형용뢰로 나눌 수 있습니다.발생 기전에 따라 열뇌, 경계뇌, 저기압성 뇌로 나눌 수 있다.조각상 뇌우는 구름 사이에서 발생하며, 인간에게 미치는 영향은 크지 않다；선상형 번개는 비교적 흔한 번개 내리침 현상입니다；구형 번개는 특수한 형태의 번개 현상으로, 줄여서 ‘구뢰’라고 합니다. 이는 보라색이나 빨간색을 띠는 발광하는 구체로, 직경은 몇 밀리미터에서 수십 미터에 이르며, 존재 시간은 대체로 3~5초 정도입니다.구폭탄은 보통 지면을 굴러가거나 공중을 떠다니며, 틈새를 통해 실내로 들어와 폭발합니다. 3. 낙뢰 억제 조치 낙뢰 방지 장치는 낙뢰가 발생하는 것을 막는 가장 중요한 조치입니다.일반적인 피뢰장치로는 피뢰침, 피뢰망, 피뢰대, 피뢰선, 피뢰기 등이 있습니다.방전 장치는 주로 접선기, 인하선, 접지체의 세 부분으로 구성됩니다.주로 보호 대상보다 높은 위치에 있는 특성을 이용하여, 낙뢰를 자신 쪽으로 유도한 다음, 하강선과 접지 장치를 통해 낙뢰 전류를 땅으로 배출함으로써, 사람이나 건축물이 낙뢰로 인한 피해를 입지 않도록 보호합니다. 1. 피뢰침: 피뢰침은 실제 용도에 따라 단일 피뢰침, 동일 높이의 이중 피뢰침, 서로 다른 높이의 이중 피뢰침, 동일 높이의 삼중 피뢰침, 4개 이상의 동일 높이 피뢰침, 경사면용 피뢰침 등 다양한 종류로 나뉜다.피뢰침의 보호 범위는 피뢰침을 축으로 하는 접선 원뿔체로, 모양은 텐트와 비슷합니다.피뢰침의 일정 높이 아래에는 안전 구역이 있으며, 이것이 바로 피뢰침의 보호 범위입니다. 이 구역 내에서는 물체가 번개에 맞을 가능성이 거의 없습니다. 이러한 안전 구역을 피뢰침의 보호 범위라고 합니다.단일 피뢰침의 보호 반경은 일반적으로 그 높이의 1.5배입니다.하지만 보호 구역 내의 건축물들도 낙뢰로부터 완전히 안전하다고는 단언할 수 없습니다. 2. 피뢰기: 피뢰기는 낙뢰로 인한 과전압이 배전 장비 및 기타 전기 장치에 미치는 영향을 막는 보호 장치입니다.밸브형 피뢰기, 관형 피뢰기가 있습니다.피뢰기는 보호되는 장비의 연결 단자에 설치되며, 상단은 회로에 연결되고 하단은 지면에 접지됩니다.정상적인 경우, 피뢰기의 간격은 절연 상태를 유지하여 시스템 작동에 영향을 주지 않습니다.번개가 칠 때 고전압 충격파가 회로를 따라 전해질 때, 피뢰침의 간격이 뚫려 지면으로 연결되어 충격파를 강제로 차단합니다.이때, 보호 대상에 들어갈 수 있는 전압은 낙뢰 전류가 피뢰기와 그 연선, 접지 장치를 통과하면서 발생하는 “잔여 전압”뿐입니다.번개 전류가 지나간 후, 피뢰기의 간격은 다시 절연 상태로 돌아가므로 시스템은 여전히 정상적으로 작동할 수 있습니다. 3. 방전 장치: 이온화 방전은 상부의 이온화 장치, 지하의 지하 전류 수집 장치 및 연결선으로 구성됩니다.이온화 방전 장치는 낙뢰가 발생하는 지점을 제어함으로써 낙뢰 사고를 막는 것이 아니라, 뇌운의 유도 작용을 이용하거나 방사성 원소를 사용하여 이온화 장치 주변에 강한 전기장을 형성함으로써 공기 중의 이온화를 유발합니다. 그 결과, 뇌운 쪽으로 이동하는 이온 흐름이 생겨나 뇌운에 축적된 전하가 서서히 중화되고 외부로 빠져나가게 됩니다. 이를 통해 공간 내의 전기장 세기가 공기의 절연 파괴 강도를 초과하지 않도록 하여 낙뢰가 발생할 조건을 없애고 낙뢰를 억제합니다. 4. 석화 생산 설비 및 저장탱크의 낙뢰 방지 조치 석화 생산 설비와 저장탱크는 대부분 금속 외장을 사용하고 있으며, 또한 정제탑과 같은 특수 설비들은 생산 요구를 충족시키기 위해 크기가 매우 커서 낙뢰에 가장 취약합니다. 1. 석화 생산 설비의 낙뢰 방지
석화 기업들은 생산 과정에서 많은 양의 인화성이 높고 폭발하기 쉬운 물질들을 사용하고 보관합니다. 또한 생산 구역 내에는 수많은 큰 규모의 화학 처리 설비들이 있으며, 특히 Q-1등급, Q-2등급의 장소에서는 폭발성이 있는 혼합 가스가 존재할 수 있습니다. 이러한 곳에서 낙뢰가 발생하면 즉시 화재나 폭발이 일어날 수 있습니다.번개가 칠 때 발생하는 강한 열효과와 기계적 효과는 화학공장의 설비나 탱크 구역에 보관된 가연성·폭발성 물질들에 엄청난 피해를 줍니다. 이로 인해 석유화학 공장의 설비가 심각하게 파괴될 수 있습니다.쉽게 인화성이 있고 폭발하기 쉬운 물질들이 불에 타거나 폭발할 수 있습니다. 석화 기업에서 사용되는 원료와 제품은 기본적으로 가연성이나 인화성이 있는 기체, 액체, 고체입니다. 따라서 생산 현장의 모든 장비와 파이프라인은 반드시 접지되어야 합니다. 금속 파이프의 입구와 출구, 그리고 10~20미터 간격으로 위치한 지점들과, 0.5미터 미만의 거리에 있는 평행하거나 교차하는 파이프들의 연결 부위에서는, 전선을 사용하여 연결해 주고 반드시 적절히 접지시켜야 합니다.석화 생산 설비 내의 금속 지붕은 주변에서 15미터 간격으로 낙하선을 통해 접지선과 연결되어야 한다.철근 콘크리트 지붕의 경우, 시공 시 강철 구조물을 하나의 유기적인 형태로 용접해야 하며, 15미터 간격으로 연결선을 사용하여 접지선과 연결해야 합니다.반격이 발생하는 것을 방지하기 위해, 낙뢰 방지 장치와 건물의 금속 도체 사이의 절연 매질의 플래시 전압은 반격 전압보다 높아야 한다.가연성 액체를 운반하는 파이프들이 10센티미터 미만의 거리에 있을 경우, 파이프의 길이에 따라 20미터 간격으로 전선을 사용하여 파이프들을 서로 연결해 주어야 합니다.화학공장 및 그 건물의 전력 공급선은 모두 케이블을 지하에 매설하여 공급받도록 한다.또는 건물에 들어가기 50~100미터 전의 전선을 케이블로 바꿔 지하에 매설하여 전력을 공급한다.케이블과 공중선이 연결되는 지점에는 밸브형 피뢰기를 설치하며, 피뢰기, 케이블의 금속 외피, 그리고 절연체의 철제 부분을 함께 접지시킨다. 접지 저항은 일반적으로 5~30옴이다. 2. 야외 저장탱크의 낙뢰 방지 화학공장의 가스탱크와 가연성 액체를 저장하는 탱크들은 대부분 금속으로 만들어져 있습니다. 특히 높은 탱크들은 천둥번개가 잦은 계절에 낙뢰를 맞을 위험이 있으므로, 별도의 피뢰침을 사용하여 보호해야 합니다.소화기가 장착된 지상형 수평식 석유 탱크의 벽두께와 지상에 고정된 철제 지붕을 가진 석유 탱크의 지붕 두께가 4밀리미터 이상일 경우, 피뢰침을 설치해서는 안 된다.알루미늄으로 만들어진 탑형 저장탱크와, 천장의 두께가 4밀리미터 미만인 강철로 만들어진 저장탱크에는 피뢰침(피뢰망)을 설치해야 합니다.피뢰침(망)은 전체 유조탱크를 보호해야 한다.부동식 탱크나 내부 부동식 탱크에는 피뢰침을 설치해서는 안 되지만, 부동식 탑과 탱크 본체는 2개의 전선을 이용해 전기적으로 연결되어야 한다.구체적인 낙뢰 방지 요구사항은 GB50074-2002 석유창고 설계 규범을 참조할 수 있습니다. 5. 인체용 낙뢰 방지 조치: 낙뢰가 발생할 때, 낙뢰 구름이 직접 인체에 전기를 방전시키거나, 지면으로 전기가 반사되어 방전될 수 있으며, 이러한 현상들은 모두 인체에 감전을 일으킬 수 있습니다.따라서 필요한 안전 요구사항에 주의해야 합니다. (1) 낙뢰가 발생할 때는, 업무상 필요가 없는 한, 가능한 한 야외나 넓은 공간에 오래 머물지 않아야 합니다；야외나 들에서는 물에 젖지 않는 플라스틱 등으로 만든 우의를 입는 것이 가장 좋습니다；조건이 된다면, 넓은 금속 구조물이 있거나 낙뢰 방지 시설이 갖춰진 건물, 자동차 또는 선박 안으로 들어갈 수 있다；건물이나 키가 큰 나무로 가려진 거리에서 피신할 때는, 벽이나 나무줄기로부터 8미터 이상 떨어져 있도록 주의해야 합니다. (2) 낙뢰가 발생할 때는 가능한 한 언덕이나 높은 지형에서 멀리 떨어져 있어야 합니다. 또한 해안가, 호숫가, 강가, 연못 근처도 피해야 합니다. 철조망, 금속으로 만들어진 빨래줄, 깃대, 굴뚝, 높은 건물, 혼자 서 있는 나무 근처도 피해야 합니다. 그리고 낙뢰로부터 보호받지 못하는 작은 건물이나 기타 시설들도 피하는 것이 좋습니다. (3) 낙뢰가 발생할 때는 실내에서 낙뢰로 인한 위험에 주의해야 합니다. 조명선, 전력선, 전화선, 방송선, 라디오의 전원선, 라디오와 텔레비전의 안테나, 그리고 이들과 연결된 각종 장비들로부터 멀리 떨어져 있어야 합니다. 이는 해당 선들이나 장비들이 인체에 2차적으로 전기를 공급하는 것을 막기 위함입니다.조사 자료에 따르면, 실내에서 발생하는 인체 2차 방전 사고의 70% 이상은 1미터 이내의 거리에서 일어나며, 1.5미터 이상 떨어진 곳에서는 아직 사망 사고가 보고된 바 없습니다.이로부터 뇌우가 발생할 때는, 낙뢰의 파동이 도달할 수 있는 회선과 장비로부터 1.5미터 이상 떨어져 있는 것이 가장 좋다는 것을 알 수 있습니다.주의해야 할 점은, 낙뢰가 발생할 때 단순히 스위치를 끄는 것만으로는 낙뢰로부터 보호하기에 충분하지 않다는 것입니다. 또한, 구형 낙뢰가 실내로 들어와 피해를 주는 것을 막기 위해 문과 창문도 반드시 닫아야 합니다. (4) 낙뢰 방지 장치가 낙뢰를 맞았을 때, 낙뢰 전류로 인해 매우 높은 전위가 발생하여 인명 피해가 생길 수 있습니다.반격이 발생하는 것을 방지하기 위해, 접지 장치와 건물의 금속 도체 사이의 절연 매체의 전압을 반격 전압보다 높게 유지해야 하며, 특정 구역을 위험 구역으로 지정하여 사람들이 접근하지 못하도록 해야 합니다. (5) 낙뢰 전류가 지면의 접지체를 통해 주변 토양으로 흘러 들어갈 때, 그 주변에 매우 높은 전위가 형성됩니다. 만약 누군가가 그 접지체 근처에 서 있다면, 낙뢰 전류로 인해 발생하는 스텝 전압의 영향을 받게 됩니다. (6) 낙뢰 전류가 하강선을 통해 접지 장치로 흐를 때, 하강선 자체와 접지 장치 모두에 임피던스가 있기 때문에 상당한 전압 강하가 발생합니다. 이때 사람이 그 부분에 접촉하면 접촉 전압으로 인해 위험에 처할 수 있으므로 주의가 필요합니다. (7) 스텝 전압으로 인한 피해를 방지하기 위해, 직격용 낙뢰 보호 장치는 건물이나 구조물의 출입구 및 보도와의 거리가 3미터 이상이어야 합니다.3미터 미만인 경우에는 접지체를 부분적으로 깊이 매설하거나, 아스팔트 절연층을 설치하거나, 지하에 등전위띠를 깔아주는 등의 안전 조치를 취해야 합니다.