낙뢰 대책의 목적은, 「건물이나 사람을 지키는 것」과 「건물내의 설비를 지키는 것」으로 대별됩니다.
'JIS Z 9290-1 낙뢰보호 - 제1부: 일반원칙'에서는 낙뢰로부터 보호수단으로서 '낙뢰보호시스템(LPS)'의 구축이 기재되어 있습니다.
'JIS Z 9290-3 낙뢰 보호 - 제3부 건축물 등에 대한 물적 손상 및 인명의 위험'에서 LPS에 관해 규정되어 있습니다.
일본에서는 건축기준법에 다음과 같이 기재되어 있습니다.
'제33조 높이 20미터를 넘는 건축물에는 유효하게 피뢰설비를 설치해야 한다.
단, 주위 상황에 의해 안전상 지장이 없는 경우에는 그러하지 아니하다.' 여기에서는 낙뢰보호시스템의 분류와SPD(서지방호디바이스) 등 낙뢰방호제품을 이용한 낙뢰대책의 개념을 소개합니다.

낙뢰(직격뢰)에 의한 건물의 손상·화재를 막는 것을 목적으로 하고 있습니다.
피뢰침을 포함한 '수뢰부 시스템', '인하 도체 시스템', '접지극 시스템'의 3가지로 구성됩니다.
건물이 아니라 피뢰침으로 낙뢰를 받음으로써 낙뢰 전류를 대지까지 원활하게 흐르게 하기 위한 시스템입니다.
자연현상인 낙뢰·낙뢰는 막을 수 없기 때문에 낙뢰를 받아도 '미리 낙뢰(전류)가 지나가는 길을 만들어 놓고 그곳을 지나가게 함으로써 건물이나 사람에 대한 피해를 줄이자'는 생각입니다.

피뢰침, 수평도체, 메시도체로 구성됩니다.
피뢰침은 돌침의 구조로 함으로써 전계를 집중시켜 낙뢰를 받기 쉬운 구조로 되어 있습니다.
뇌격이 건축물 등에 직접 낙뢰되어 손상되는 것을 피할 목적으로 설치합니다.

수뢰부에서 받은 뇌전류를 접지로 안전하게 인도하는 도선입니다. 막대한 뇌전류를 안전하고 신속하게 통전하기 위해 강도가 필요합니다.

뇌전류를 안전하게 대지로 방출하기 위한 것입니다. 접지 저항이 높으면 뇌전류에 의해 큰 대지 전위 상승이 발생하여 뇌 피해가 확대되므로 가능한 한 낮은 접지 저항으로 하는 것이 중요합니다.
당사에서는 접지저항 저감제(제품명: 산어스)를 이용한 접지극을 구성하여 일반적인 접지전극보다 훨씬 원활하게 뇌전류를 접지로 방출할 수 있는 접지극 시스템을 제안할 수 있습니다.
덧붙여 낙뢰에 의한 피해는 직격뢰 뿐만이 아니라, 역류 낙뢰나 유도뢰에 의한 것이 있습니다. 따라서 직격탄 낙뢰를 대상으로 한 외부 낙뢰 보호 시스템만으로는 낙뢰 대책으로서 불충분하다는 것에 주의하십시오. 건물 내부의 설비나 사람을 보호하기 위해서는 내부 낙뢰 보호 시스템이 중요합니다.

건물에 낙뢰가 있고 외부 낙뢰 보호 시스템을 통해 대지에 낙뢰 전류가 흐르면 접지 시스템의 지전위가 상승하여 주위와의 사이에 전위차가 생깁니다.
내부 낙뢰 보호 시스템은 접지나 금속 패널 등의 사람이 만질 가능성이 있는 금속 케이스를 공통화하여 접지함으로써 위험한 전위차(위험한 불꽃 방전)를 발생시키지 않도록 하는 '등전위 본딩(최신 규격에서는 "뇌등전위 본딩"이라고 불립니다)'을 기 본으로 한 낙뢰 보호 시스템입니다.

전원선로, 통신선로 및 신호선로 등 직접 접지를 할 수 없는 선로에는 각각 적절한 SPD를 설치함으로써 뇌서지의 위험한 전압을 저감해 등전위 본딩을 실시하고, 뇌서지가 침입해도 기기나 사람에게 위험(감전사고)이 미치지 않도록 합니다.
SPD와 내뢰 트랜스를 조합하여 낙뢰 방호를 하는 방법도 있습니다. 이 방법에서는 SPD에서 제한한 낙뢰서지전압이 내뢰트랜스에 의해 1/1000로 크게 감쇠하여 2차측에 나타나기 때문에 내뢰트랜스의 2차측에는 낙뢰서지의 영향이 거의 없어집니다.

낙뢰 시의 부분 뇌전류와 유도 낙뢰에 의한 피해를 줄이는 것을 목적으로 한 대책입니다.
낙뢰가 발생하면 막대한 전자계가 발생합니다. 이 전자계에 의해 금속 선로에 유도 낙뢰가 발생합니다.
낙뢰 피해의 대부분은 이 유도 낙뢰에 의한 것이라고 생각되고 있습니다.
유도 낙뢰의 발생도 막기는 어렵기 때문에 '발생한 유도 낙뢰를 침입시키지 않는다'는 생각으로 이루어진 이 대책이 중요합니다.

SPD를 이용해 기기나 설비를 보호하는 방법입니다. SPD는 낙뢰 서지가 침입하면 기기의 내전압 이하로 전압을 억제하고 이를 접지에 흘려줌으로써 기기에 유도뇌가 침입하는 것을 방지할 수 있습니다. 기기와 SPD의 접지를 공통으로 함으로써 등전위 본딩을 하게 됩니다. 이것으로부터 내부 낙뢰 보호 시스템의 일부로서 밀접하게 관련되어 있습니다.

• 등전위 본딩법(공통 접지법) 접지가 따로 있으면 어딘가의 접지 전위가 상승했을 때 다른 접지와의 사이에 전위차가 발생합니다. 이 전위차가 케이블을 통해 기기에 침입합니다. 만약 전위차가 기기의 내전압 이상일 경우 기기는 내압 파괴에 의해 부서져 버립니다. 따라서 등전위 본딩법은 '접지를 공통화하여 전위차를 없앤다'는 것을 기본으로 하고 있습니다. 접지전위의 상승으로 인하여 기기의 내부가 절연파괴를 일으켜 기기가 고장이 날 수 있으므로 기기에 접속되는 금속선로에는 적절한 SPD를 설치하여 기기의 내부에 낙뢰서지가 침입하지 않도록 합니다.

보호하고 싶은 기기에 접속하고 있는 케이블과 접지선 사이에 SPD를 설치해, 기기와 SPD의 접지를 공통으로 합니다. SPD를 통해 접지가 공통화되어 있기 때문에 전원선과 통신선 간의 전위차를 기기 내부의 내전압 이하로 억제함으로써 기기를 방호할 수 있습니다.

• 바이패스법 적절한 접지가 없으면 등전위 본딩법은 실시할 수 없습니다. 그 때문에, 「접지를 거치지 않고 유도 낙뢰를 다른 케이블에 놓치는」 바이패스법이 있습니다.

보호하고 싶은 기기의 전원선과 통신선을 SPD를 통해 연결합니다. 한쪽 케이블에서 유도 낙뢰가 침입하면 SPD가 동작함으로써 유도 낙뢰는 기기 안을 통과하지 않고 다른 쪽 선로로 흘러갑니다. 따라서 기기는 유도 낙뢰의 영향을 받지 않아도 됩니다. 접지가 잘 되지 않는 일반 가정이나 기존의 사무실 등에서 이용되는 방법입니다.

• 절연법 전원선 측에는 고내압의 내뢰 트랜스를 사용하여 전원계통으로부터의 절연을 확보하고 유도 낙뢰 등이 기기 속을 빠져나가지 않도록 하는 절연법이 있습니다.
통신선측에는 그림 5와 같이 통신용 SPD를 사용하는 방법과 그림 6과 같이 절연 트랜스를 사용하는 방법이 있습니다. 또, 광섬유 케이블을 이용하는 방법도 있습니다. 미리 유도 낙뢰의 전압 크기를 상정할 수 있는 경우에 유효합니다.

• 분리 접지법 접지를 공통화할 수 없는 경우에는 유도뢰가 침입했을 때 접지간에 전위차가 발생하여 기기를 파괴합니다.
그 대책을 위해 접지간에 접지간용 SPD(어스 밸런서) 등을 접속하여 유도 낙뢰 등의 침입 시에 접지간용 SPD가 동작함으로써 등전위화하는 방법입니다. 통신장치 등 기준전위를 확보하기 위해 다른 접지와 분리해 둘 필요가 있는 경우에 접지간용 SPD를 이용합니다.
접지간용 SPD에 의해 상시적으로 접지를 분리한 상태로 확보하여 유도뢰 등의 이상전압이 발생했을 때에만 접지간용 SPD가 동작하여 등전위 본딩한 상태가 됩니다.

낙뢰에 의한 기기에 미치는 영향은 직격뢰를 맞은 건물 내부에만 발생하는 것은 아닙니다. 번개는 짧은 시간에 막대한 전류가 흐르기 때문에 큰 전자계가 발생합니다. 이 전자계가 금속 선로에 낙뢰 서지를 유도합니다. 이 낙뢰 서지가 금속 선로에 연결된 기기까지 전파되어 기기에 영향을 미칩니다. 낙뢰점으로부터 몇 km 앞에 피해가 갈 수도 있습니다. 낙뢰 서지는 낙뢰 시는 물론이고, 구름 내 방전에서도 발생합니다.

기기의 낙뢰 피해의 대부분은, 상기의 낙뢰 서지에 의해서 발생하고 있으며, 아래는 그 피해의 예입니다.
• PC를 비롯한 전자기기의 고장(사무실의 PC나 복합기를 사용할 수 없게 되었다)
• 급탕기나 세탁기, 텔레비전등의 가전제품(뇌우 후에 사용할 수 없게 되었다)
• 방범 카메라 고장(뇌우가 발생한 후에 사용할 수 없게 되었다)
• 보안시스템 고장(뇌우 후 카드키로 문을 여닫을 수 없게 되거나 화재경보기가 고장났다)
• 입체주차장의 시스템 고장(뇌우 후에 움직이지 않게 되었다)
• 전화, 구내 교환기 고장(뇌우 후 불통이 되었다)
• wifi의 액세스 포인트, 라우터 등 네트워크 기기(뇌우 후에 네트워크가 연결되지 않게 되었다.)
이와 같이, 낙뢰 서지는 우리에게 있어서 친숙한 기기나 설비를 고장나게 하는 원인이 되고 있습니다.

최근의 고도 정보화와 이에 따른 네트워크화에 의해서, 낙뢰 피해가 증대하고 있습니다. 이것은 네트워크화에 의해 낙뢰의 입구와 출구가 형성된 것에 따라 달라집니다. 지금까지 낙뢰 피해와는 무관했던 기기도 그 대상이 되었습니다. 한편 고도 정보화 사회를 지탱하고 있는 IT기기에는 많은 반도체 디바이스가 사용되어 소형화·고밀도 실장되고 있기 때문에, 낙뢰등의 이상 전압에 대해서는 취약합니다. 이러한 전자기기에 영향을 미치는 낙뢰의 침입경로는 전원선, 네트워크·통신회선, 접지선, 공간(전자파) 등을 생각할 수 있습니다.

낙뢰에 의한 피해는, 대부분 내전압 파괴에 의한 전류의 유입에 의한 것입니다.

기기는 통상적인 내전압을 가지고 있어 일정한 전압까지는 견딜 수 있습니다. 기기가 견딜 수 있는 범위 내에서의 서지 전압의 침입에서는 기기가 오동작을 할 가능성은 있습니다만, 치명적으로 고장나는 것은 생각하기 어렵습니다.

낙뢰 발생에 의해서 기기가 견딜 수 있는 내전압의 벽을 훨씬 넘은 이상 전압이 침입해 왔을 때에는 기기의 내부에서 절연 파괴를 일으켜 기기가 고장 납니다. 유도뢰의 경우에는 단일 기기가 고장나기만 하는 경우도 있습니다만, 부근에의 직격뢰가 발생한 경우에는 피해가 광범위하게 증가됩니다. 접지에 접속되어 있지 않은 기기라도 침입해 오는 낙뢰 서지에 의해 기기의 내부가 내전압 파괴를 일으켜 고장이 날 수 있습니다.

현대 사회는 낙뢰 서지의 위협을 받고 있다.
낙뢰 서지는 금속 선로가 있는 장소라면 어디에나 발생할 가능성이 있습니다. 가정이나 사무실을 둘러봐도 대부분의 기기는 어떠한 선으로 연결되어 있을 것입니다. 전원선, 전화선, 동축 케이블이나 LAN 케이블. 이러한 선으로부터 낙뢰 서지가 침입해, 기기 내부를 파괴하는 것입니다. PC 등의 정보기기는 전력 절약화에 의해 구동 전압이 낮아졌고, 그 영향으로 기기의 내전압도 낮아졌습니다. 따라서 낙뢰 서지에 의한 이상 전압에는 약하다는 측면이 있습니다. 특히 네트워크 기기는 전원선과 통신선이 낙뢰 서지의 입구·출구를 형성하기 때문에 낙뢰 서지의 침입을 받기 쉬운 경향이 있습니다. 낙뢰 피해의 원인인 낙뢰 서지의 발생은 막을 수 없지만, 침입해 온 낙뢰 서지는 SPD에 의해서 낮은 전압으로 억제하는 것(기기 내부가 절연 파괴를 일으키지 않는 전압으로 저감하는 것)이 가능합니다. 기기 내부에 큰 번개 서지가 침입하는 것을 막을 수 있으면 피해는 줄일 수 있습니다. 또한 피뢰침 등의 외부 LPS를 설치하여 안전하게 뇌전류를 접지로 유도함과 동시에 접지저항을 저감하여 대지전위 상승을 억제함으로써 피해의 파급도 억제할 수 있습니다. IoT를 시작으로 네트워크화에 의해 우리의 생활은 편리해져 가는 한편, 이것들에 이용되는 기기는, 구동 전압도 낮기 때문에 낙뢰등의 이상 전압에 대해 취약합니다. 그래서 기기 내부에 낙뢰 서지의 침입을 막는 것이 중요한 것입니다.

낙뢰 서지란 낙뢰에 의해 금속 선로에 발생하는 이상 전압 및 전류를 나타냅니다. 임펄스는 이러한 낙뢰 서지에 대한 대책품(SPD, 내뢰트랜스 등)을 평가하기 위해 이용하는 인공적으로 만들어진 시험 파형입니다.

낙뢰 서지 전압에 대한 내전압 성능을 확인할 때는 1.2/50μs의 전압 임펄스가 사용됩니다. 이 파형은 파두장/파미장으로 표시되어 있습니다. 파두장은 전압이 피크값에 도달할 때까지의 시간(µs)을 나타내고, 파미장은 피크값의 50%까지 감쇠하는 시간(µs)을 나타냅니다. 절연물의 내전압 성능이나 내뢰 트랜스의 임펄스 내전압, 전압 스위칭 부품의 방전 개시 전압의 평가 등에 이용되고 있습니다.

SPD의 평가에는 다양한 임펄스가 이용되고 있습니다. 상기 1.2/50μs 이외에 전원용 SPD에서는 8/20μs의 전류임펄스나 10/350μs의 전류임펄스가 사용되고 있습니다. 8/20μs는 공칭방전전류 In, 전압보호레벨 Up의 평가에 사용되고 있습니다. 10/350μs는 클래스 I 시험 대응 전원용 SPD의 추가 책무 시험에서 이용되고 있습니다.

SPD 중에서도 클래스 III 시험 대응 전원용 SPD의 평가에는 콤비네이션 발생기가 이용됩니다. 콤비네이션 발생기란 발생기의 출력단자 개방시의 전압파형과 발생기의 출력단자 단락시의 전류파형이 정해져 있는 발생기입니다. 클래스 III 시험 대응 전원용 SPD에는 1.2/50μs(전압파형), 8/20μs(전류파형)의 콤비네이션 발생기가 사용됩니다.
또, 통신용 SPD의 전압 방호 레벨 Up의 평가에도 1.2/50 μs(전압 파형), 8/20 μs(전류 파형)의 콤비네이션 발생기가 이용됩니다.

임펄스 리셋(서지가 침입해, SPD가 동작 후에 원래의 절연 상태로 회로가 복귀하는 시간)의 평가에는 10/700 μs(전압 파형), 5/300 μs(전류 파형)등의 콤비네이션 발생기 또는 10/1000 μs(전압 파형, 전류 파형)를 이용합니다. 또, 특정의 업 종에서는 10/200μs(전압파형, 전류파형)를 이용하는 경우가 있습니다.

낙뢰 보호 존 LPZ(Lightning Protection Zone)란 건축물 내외의 영역(존)을 낙뢰 전자 임펄스(낙뢰에 의해 발생하는 전자기계)의 엄격함에 따라 구분한 것입니다.
낙뢰 보호 구역은 일반적으로 다음 영역으로 구분됩니다.

LPZ 1 이후를 확실히 구축하기 위해서는 SPD끼리 및 피보호기기 내부의 낙뢰보호부품(칩 바리스타, 다이오드 등)과의 협조동작이 필요합니다. 특히 전원선로는 큰 낙뢰서지가 침입할 가능성이 크기 때문에 협조동작이 불확실한 경우에는 LPZ1과 LPZ2 사이에 내뢰트랜스를 설치하는 등 피보호장치의 가장 최근에 큰 낙뢰서지가 흐르지 않도록 합니다.

일반적으로 뇌해는 '직격뢰'에 의한 것과 '유도뢰'에 의한 것으로 크게 구분됩니다.

(1)개요 직격뢰는 주로 뇌운(입도운, 적란운 등)과 대지 또는 지상의 고구조물(철탑이나 고층빌딩, 수목 등) 사이에서 발생하는 낙뢰 방전입니다. 직격뢰는 낙뢰라고도 불립니다.

(2)직격뢰에 의한 피해 직격뢰로 인한 피해에는 화재를 비롯해 우리 생활에 위협이 되는 피해가 많이 발생합니다. 예를 들어 다음과 같은 피해를 생각할 수 있습니다.
• 피뢰침이 없는 구조물이 직격뢰를 맞으면 구조물이 파손될 수 있습니다. (예: 몇 년 전 일본 국회의사당이 낙뢰를 맞아 상부 콘크리트가 파손되었다)
• 직격뢰에 의한 큰 전류가 구조물의 철근 등 금속 도체를 흐르는 경우, 경로에 따라서는 큰 전자력이 발생합니다. 이 영향으로 구조물이 파손될 수 있습니다.

(3)직격뢰의 대책 직격뢰의 피해 리스크를 저감하기 위해서는 낙뢰 전류를 안전하게 대지로 이끄는 외부 LPS(Lightning Protection System)가 중요합니다.
외부 LPS는 수뢰부 시스템(피뢰침, 수평 도체, 메쉬 도체), 인하 도체 도선 시스템, 접지극 시스템으로 구성되는 피뢰 설비입니다.
낙뢰는 대기의 절연을 파괴하고 방전하는 현상이므로 그 자체의 발생을 억제하는 것은 불가능하지만, 낙뢰 전류를 안전하게 대지로 흘림으로써 낙뢰 피해를 크게 감소시킬 수 있습니다.

(1)개요 유도뢰는 낙뢰에 의해 발생한 전자계의 급변에 의한 영향으로 금속 선로에 유도되는 낙뢰 서지(이상 전압 및 이상 전류)입니다.

(2)유도뢰에 의한 피해 유도뢰에 의한 주요 피해는 금속 선로에 접속하고 있는 전기·전자 기기의 오동작 및 고장입니다. 피해를 입기 쉬운 기기로는 다음과 같은 것을 들 수 있습니다.
• 전원선과 접지선이 접속되어 있는 기기(급탕기, 세탁기, 전자레인지 등)
• 전원선과 통신·신호선이 접속되어 있는 기기(PC, TV, 레코더, Wi-Fi 공유기 등)

이러한 기기는 전원선과 접지선 또는 통신·신호선에 의해 낙뢰 서지의 입구와 출구가 형성되기 때문에 기기가 낙뢰 서지의 통로가 되어 피해를 입기 쉬운 경향이 있습니다.
실제로는 기기 내부의 부품이 손상되는 것이 대부분으로, 뇌해라고 깨닫지 못하는 경우도 있습니다. 예를 들어, 어느 날 갑자기 전화기를 사용할 수 없게 되었다, 귀가해 보니 PC가 움직이지 않는다 등이 발생했을 경우는 낙뢰 피해를 받았을 가능성이 있습니다.
또한 고층 아파트가 인접해 있는 경우, 근처 아파트에 낙뢰로 인해 별채의 아파트 내 PC나 전화, 급탕기가 고장난 예도 있습니다.

(3)유도뢰 대책 유도뢰의 피해 위험을 줄이기 위해서는 SPD 또는 내뢰 트랜스의 설치가 효과적입니다.
이들을 기기 근방(금속선 노상)에 설치함으로써 기기에 침입하는 낙뢰 서지를 억제하고 기기를 유도뢰로부터 보호할 수 있습니다.