피크전류란?

피크전류는 번개가 방출할 때 발생하는 전류의 최대값을 뜻합니다. 번개는 구름과 지면 사이에 형성되는 전기적 방전 현상으로, 짧은 시간 동안 매우 큰 전류가 흐릅니다. 이때 번개 전류의 가장 높은 순간 값을 피크전류(Peak Current)라고 합니다.

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피크전류의 특성

1. 전류의 크기:
   • 피크전류는 보통 수십에서 수백 킬로암페어(kA)로 측정됩니다.
   • 일반적인 번개의 피크전류는 10~30kA 수준이지만, 강한 번개는 100kA 이상도 가능합니다.
2. 매우 짧은 지속 시간:
   • 피크전류는 번개 방전이 발생하는 몇 마이크로초(백만 분의 1초) 동안 유지됩니다.
   • 따라서 번개의 전류는 짧지만 매우 강력한 에너지를 전달합니다.
3. 극성:
   • 번개의 전류는 정극성(+) 또는 **부극성(-)**일 수 있습니다. 이는 전류가 흐르는 방향에 따라 달라지며, 일반적으로 부극성(-) 번개가 더 자주 발생합니다.

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피크전류는 왜 중요한가?

1. 번개 보호 설계의 기준:
   • 피크전류는 **번개 보호 시스템(피뢰침 등)**을 설계할 때 핵심적인 요소입니다. 보호 장치가 이 전류를 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다.
   • 피크전류가 높을수록 더 큰 보호 반경과 견고한 보호 시스템이 필요합니다.
2. 구조물 손상 평가:
   • 피크전류가 클수록 건물이나 전력 설비에 미치는 피해도 커집니다.
   • 강한 번개의 피크전류는 건축물, 전기설비, 그리고 사람에게 심각한 위험을 초래할 수 있습니다.
3. 회전구체법 적용:

• 번개 보호 설계에서 피크전류는 회전구체 반경 계산 공식에 사용됩니다. 

       여기서 I는 피크전류입니다. 피크전류가 클수록 회전구체반경도 커집니다.

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피크전류의 측정 방법

• 전류 프로브(Current Probe): 번개 방전 시 전류를 측정하는 장치.
• 로고스키 코일(Rogowski Coil): 고속으로 변화하는 전류(번개)를 측정하는 데 사용.
• 전파 데이터 분석: 번개 방전으로 발생하는 전자기파 데이터를 분석해 피크전류를 계산.

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피크전류의 전형적인 범위

• 일반적인 번개: 약 5~30kA
• 강한 번개: 50~200kA
• 극단적인 번개: 300kA 이상 (매우 드물게 발생)

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피크전류와 번개 보호 등급의 관계

국제 표준(IEC 62305)에서는 피크전류를 기준으로 번개 보호 등급을 정의합니다:

• I 등급: 최소 피크전류 3kA, 최대 200kA (가장 높은 보호 수준)
• IV 등급: 최소 피크전류 16kA, 최대 50kA (낮은 보호 수준)

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정리

피크전류는 번개 방전의 강도를 나타내는 가장 중요한 요소로, 번개 보호 설계, 전기 설비 보호, 그리고 구조물 안전 평가에서 핵심적인 역할을 합니다. 이를 통해 번개로 인한 위험을 최소화하고, 안전한 환경을 구축할 수 있습니다.