여름철에 발생하는 낙뢰사고를 뉴스에서 종종 보셨을 것입니다. 이 낙뢰사고를 대비하기 위한 방안 중 하나가 바로 피뢰침입니다. 피뢰침은 건물이나 건조물을 낙뢰로부터 보호하기 위한 구조입니다. 피뢰침을 설치하여 낙뢰를 유도시키는 것입니다.피뢰침을 설치함으로써 낙뢰를 유도할 수 있지만 낙뢰에 의한 대지 전위 상승이라는 피해도 발생합니다.일반적인 피뢰침이라는 것은 번개를 피하는 것이 아니라, 불러들이는 것으로, 유뢰침(誘雷針) 이라고도 할 수 있습니다.
피뢰침의 원리
피뢰침의 원리는 1749년 미국의 과학자인 벤자민 프랭클린에 의해 자세히 알려졌습니다.
1. 뇌운이 발생하면 구름 상부에 양전하가, 구름 하단에 음전하가 모입니다.구름 속의 물방울과 작은 얼음들이 서로 마찰을 일으키고 전하가 분리되기 때문입니다. 이렇게 축척된 전하가 다른 곳으로 한꺼번에 이동하는 것을 정전기 방전이라고 합니다.하지만 이 방전은 꼭 피뢰침이나 대지로만 방전하는것은 아닙니다. 구름 사이에서 방전하는 운간방전, 구름 내부에서 발생하는 운 내방 전, 그리고 주위 대기로 일어나는 대기 방전이 있습니다. 이것을 번개라고 부르며, 대지로 떨어지는 방전현상만을 낙뢰라고 하는 것입니다.
2. 뇌운이 피뢰침쪽에 접근하면 대지에 양전하가 모이고, 피뢰침도 이 양전하가 유도됩니다. 마찬가지로 정전기 유도 현상의 일종입니다.
3. 뇌운에 전하가 점점 쌓이면, 피뢰침으로 불빛과 함께 방전이 발생합니다.
4. 피뢰침과 연결된 전선과 같은 전기적인 통로를 통해 대지로 방전하게 됩니다.그렇기 때문에 이 통로의 저항을 일정 값 이하로 유지하는 것 또한 중요합니다.
낙뢰에 대한 오해
1. 번개는 높은 곳에 떨어진다고 알려져 있지만 반드시 높이가 중요하지는 않습니다.결과적으로 높은 곳에 떨어지는 것이 많을 뿐입니다. 뇌운은 대지로부터 매우 높은 곳에 있기 때문에 지상 수십 미터 나 수백 미터의 차이 정도로는 높은 곳에 떨어진다고 단정하기는 어렵습니다.
2. 낙뢰는 가까운 곳에 떨어집니다. 전하는 가장 짧은 경로로 유도되는 특성을 가지고 있기 때문에 뇌운과 대지와의 거리에 연관이 있습니다.
3. 피뢰침은 100 % 안전한 것은 아니다. 피뢰침이 있으면 반드시 거기에 떨어지는 일은 없습니다. 피뢰침의 보호 범위는 성능에 따라 달라지지만, 일반적으로 45 °에서 60 °의 각도라 고합니다. 피뢰침의 높이가 높을수록 보호 범위도 더 넓어집니다.
낙뢰로 인한 피해
피뢰침을 따라 뇌 전류를 대지로 흘려버리면 안전하다고 생각할 수 있지만, 큰 뇌 전류로 인해 대지 전위 상승 및 뇌서지가 발생하게 되고, 피해가 발생합니다.대지 전위가 상승하면 주위에 연결된 전기기기들 간 전위차가 발생하기 때문입니다. 가끔 집 주변에 떨어진 낙뢰로 인해 집안의 가전제품의 전부 고장 나는 경우가 발생하는 것도 같은 이유입니다. 그렇기 때문에 SPD 설치 등의 뇌서지 방지 대책도 동반해야 합니다. 낙뢰 예보시에는 집안의 가전제품의 전원 플러그를 뽑아두는 것도 좋습니다. 또한 낙뢰로 인해 화재가 발생하므로 주의해야 합니다.