뇌와 써지

1. 써지란 무엇인가?

써지란 전기회로나 전기계통에 있어서, 정상의 전압을 넘어 순간적으로, 아니면 단속적으로 발생하는 전압(과전압)으로, 이 써지 전압에 의해 전기기기는 절연 파괴나 기능정지, 열화 등 여러 가지 영향을 받는다.

노이즈는 반도체 등 약전기기에 있어 써지의 일종으로 불규칙적으로 기기에 침입하거나, 또는 기기에서 나오는 것으로 써지와 노이즈의 다른 점을 그림1.1에 나타내었다.

그림1.1에서와 같이 써지는 노이즈에 비해 저주파, 고전압이고, 노이즈는 저전압이지만 이것에 의해 기기가 오동작을 일으키는 원인이 되기도 한다.

이와 같이 써지 그 자체의 실태에는 여러 가지가 있다.

2. 그 발생원은?

써지 발생원으로는 자연현상에 의한 뇌 써지와 전기회로계통의 과도현상으로 인한 개폐 써지(전기계통에서는 고장 등에 기인하는 고전압이 있으나, 여기에서는 개폐 써지만을 취급하기로 한다)로 크게 나눌수 있다.

2.1 뇌 써지

뇌 방전이 어떠한 것인가는 번개불을 보거나 천둥소리를 들을 때, 실감할 수 있다.

인간의 눈이나 귀는 충분하지는 않지만, 과학적인 센서나 기록 장치를 사용하면, 보다 과학적인 방전현상을 알아낼 수 있으며, 뇌가 전기현상이라는 것은 지금은 누구나 다 아는 사실이다.

그러나, 이러한 사실을 알게 된 것은 그리 오래된 일은 아니다. 전기가 발견 된 것은 17세기 후반으로, 18세기에 들어와 겨우 마찰전기의 실험이 활발하게 이루어지게 되었다.

이러한 실험으로 불꽃방전의 연구가 이루어지고, 뇌도 마찰전기가 일으키는 불꽃방전과 본질적으로는 같은 것이라고 생각하게 되었다. 이를 확인하기 위한 플랭클린의 ‘연(凧)’의 실험은 너무나 유명하다.

플랭클린은 뇌우 속에서, ‘연’을 날리고 지상으로 전기를 유도하여, 뇌운이 전기를 띠며 뇌가 전기현상임을 실증하였다. 1752년의 일이었다.

이리하여, 자연계의 불가사의 중에 하나였던 뇌는 대규모의 방전현상임을 알게 되었고, 그 성질에 대해 과학적인 조사가 시작되었다.

(1) 뇌운의 전하분포, 전하의 생성 메카니즘

공기의 절연을 파괴하고 초대형 불꽃방전인 뇌방전을 일으키는 뇌운의 전하는 뇌운셀(셀이란 생물체의 조직의 단위인 세포를 뜻함)의 속에서 어떠한 분포를 하고 있는가?

여름의 성숙기의 셀에는, 그림2.1(a)와 같이 구름의 상부에 플러스 전하가 퍼지고, 마이너스 전하는 강수영역 중에 -30 ~ -20℃의 범위에 비교적 짙게 분포하고 있다. 전체적으로 보면 플러스 전하가 상층에, 마이너스 전하는 하층에 나누어 분포하고 있다. 이와 같이, 뇌운 내에 전하가 분포하고 있지만, 뇌운 속에서의 전하의 생성에 대해서의 설명은 여러 가지가 있다. 여기서는 얼음 표면의 계면 현상설에 대해 설명한다.

전하를 분리. 축적하는 데는 양음 서로가 흡인하는 전기력에 따라 다르다. 구름입자에 작용하는 상승기류의 풍력과 강수에 작용하는 중력이 이 역할을 하는데, 반경 4mm 이상으로는 성장하지 않는 물방울에 작용하는 중력은 전하의 분리에 충분하지 않고, 뇌 방전을 일으키는데 미치지 않는다. 5mm 이상의 큰 입자의 싸락눈, 우박이 대량으로 발생하는 구름 속에서, 처음으로 유효한 전하분리-발전 작용이 작용하게 되고 뇌가 생긴다. 이 타입의 구름이 뇌운으로, 상술한 바와 같이 셀 구조를 통해 발달, 소멸한다.

그림2.2와 같이 상승기류에 의해 구름이 생성되었을 때, 기온이 0℃이하가 되어도 수증기가 곧 빙정(氷晶)이 되지 않고, 0 ~ -10℃의 온도 범위에서 대기 중에 농밀(1㎤에 수만개)하게 존재하는 에어로졸(대기 중의 부유미립자)에 응결하여 과냉각 물방울이 되어 구름입자가 된다.

상승기류가 -20~-30℃의 상층에 달하면 처음으로 수증기가 얼고, 빙정핵이라 불리는 특수 부유입자(분자구조가 얼음의 결정구조와 유사한 입자)를 핵으로 빙정운립이 생성된다. 상승기류가 더욱 계속되면, 빙정운립은 급속하게 성장하여 반경 5mm 이상의 큰 입자의 싸락눈. 우박이 생성되므로 뇌를 일으키기에 충분한 전하가 분리된다.

이것이 뇌운 발생의 필요충분조건이므로 동절기에는 지상에서 비교적 낮은 구름이 뇌를 일으킨다.

그림2.1(b)은 겨울의 일본해연안에 발생하는 뇌운(뇌를 일으키는 구름)으로, 시베리아에서 부는 차가운 공기에 의한 바람이 상층으로 갈수록 강해져 그림과 같이 기울어진 모양이 된다.

이상, 뇌운의 전하생성설의 하나를 소개하였는데 그 외에도 대류설, 감응에 의한 이온 선택설, 상전이설 등, 뇌의 전하발생에 관한 설은 매우 많이 발표되어있어, 그 수는 전하발생 연구를 하는 연구자의 수와 같은 정도라고 말해지며, 오늘날 더욱 연구가 계속되고 있다.

(2) 뇌운 발생의 메카니즘

1949년, Byers, Braham씨는 뇌운의 셀 구조와 그 일생을 그림2.3과 같이 모델화하였다. 뇌운의 셀이 발생. 성장. 소멸하는 과정은, 시간적으로 매우 빠르게 진전되며, 발달의 시기(발달기), 활발히 활동하는 시기(성숙기), 약해져 소멸할 때까지의 시기(소멸기)의 3기로 나누어지며, 각기의 계속시간은 불과 15분 정도이다. 그림2.3은 온대하기의 뇌운의 모델로 지표기온 30℃의 경우를 나타내고, 기온0℃의 고도, 즉, 빙정고도는 지상 5km이다. 그림2.3(a)은 발달기의 셀로, 셀 내에는 도처에 상승기류가 있고, 눈으로도 무럭무럭 성장하는 입도운(웅대적운)이 관측된다.

구름 꼭대기가 지상 6km, 온도-10℃의 레벨을 넘으면 레이더에 에코가 나타난다. 에코의 높이가 지표에서 8km, 기온 -25℃의 상층으로 성장할 때 까지를 발달기라 한다.

구름 안을 항공기로 횡단하면 싸락눈. 우박의 심한 강수가 관측되는데 상승기류로 받쳐져 지표에는 도달하지 않는다.

그림2.3(b)와 같이, 셀이 더욱 성장하면 강수입자는 한층 커지고 낙하 속도가 기류의 상승속도를 넘어 대지를 향해 낙하를 시작하고, 나중에는 지표에 강한 비가 내리기 시작한다. 강수에 끌리어 하강기류가 생기고, 구름 속에는 상승과 하강 기류의 대립이 생긴다.

구름의 높이는 12km, 경우에 따라서는 16km도 된다. 이 높이가 되면 구름은, ‘모루구름’의 모양이 되고 적란운이라 한다. 뇌 방전 활동은 이시기가 가장 왕성하고 5초에서 10초 사이에 1회의 비율로 번쩍번쩍 우르릉 쾅쾅 뇌 방전을 반복한다. 지표의 비로 뇌 방전이 빠르고 발달기의 말기에서 방전활동이 시작된다.

그림2.3(c)은 소멸기의 셀을 나타낸다. 성숙기에 들어가 15분 정도 되면, 상승기류는 약해져 구름 전체에 하강기류가 펴져, 새로운 강수 입자의 생성은 멈추고 지표의 비도 약해진다. 15분 정도로 강수입자는 전부 낙하하고 셀은 소실된다. 이상은 모델화한 하나의 셀의 이야기로 실제의 뇌운에는 최초로 성장한 셀의 옆에 다음의 셀이 성장하여, 다수의 셀이 동시에 또는 시간차를 두고 성장함으로 옆 셀이 서로 영향을 주어, 주위대기의 흐르, 불연속면의 존재, 지형의 영향 등이 더해져, 뇌운의 구조는 꽤 복잡해진다.

방전활동이 활발하여, 빈번하게 뇌방전을 반복하여 낙뢰를 일으키는 뇌운은 다수의 셀이 복합하여 계속하여 새로운 셀이 발생하여 전체로서 이동하는 타입의 것이다. 이동속도는 그때의 기상상황에 따르지만 시속 40km정도의 것이 많다.

(3) 뇌운 발생의 종류

뇌운은 그 발생 메카니즘으로 다음과 같이 분류된다.

열뇌, 기단뇌	여름의 맑은 내륙이나 산악지대에 발생하는 뇌운에 많다

대기가 불안정할 때, 강한 일사(日射)에 의해 지표부근의 습기찬 공기가 따뜻해져 상승하면, 대규모의 상승기류로 발전하여 뇌운을 일으킨다. 이것을 열뇌라 한다, 이 모양의 뇌운은 동일한 기단의 속에서 생기므로 기단뇌 라고도 한다. 또, 상층의 대기가 열방사에 의해 냉각되고, 하층 대기가 따뜻해질 때, 열적 불안정 상태를 일으켜 뇌운을 발생하는 경우도 있다.

계뇌, 전선뇌	온난한 기단과 한냉한 기단이 상접하면 한기는 하층으로, 난기는 그 위로 밀리어 상승기류가 형성된다. 온난 전선은 난기단이 진행될 때 생기고 난기는 한기와 비스듬한 경사면을 이루며 그 면을 따라 서서히 상승한다. 한냉전선에서는 한기단이 진행하여 난기를 급격하게 밀어 올린다.

어느 경우라도 상승기류가 심해지고 규모가 커지면 운뇌를 일으킨다. 일반적으로 한냉전선이 뇌운을 형성하는 확률이 높고, 봄의 뇌를 비롯하여 계절이 아닌 때의 뇌운은 한냉전선의 통과에 의해 생기는 것이 많다.

소용돌이 뇌. 저기압뢰	발달된 저기압, 태풍의 상승기류에 의한 뇌운 발생이 있고, 특히 태풍의 눈을 중심으로 소용돌이 狀, 帶狀으로 퍼지는 강한 강수지역에서 운뇌의 발생을 많이 볼 수 있다.

실제의 뇌운은 단지 한 가지 원인만으로 형성되는 경우는 흔하지 않다. 일상 경험하는 여름의 뇌는 하층 대기의 온도가 높아지는 열적 원인에, 지역적인 기온의 불연속면이 형성되어, 이 불연속선이 통과한다는 계뇌의 성립 이유로서 일어나는 것으로써, 거의 모든 것을 열적계뇌라 한다.

(4) 대지 방전의 형태

뇌는 이미 말한바와 같이 방전현상이다.

이 방전이 어디서 일어나는가에 따라 방전의 성질도 많이 달라진다. 육안으로도 쉽게 확인할 수 있는 것처럼 방전은 뇌운의 속에서 일어나는 것과 뇌운과 대지의 사이에서 생기는 것이 있다. 전자를 뇌방전, 후자를 대지방전(낙뢰)이라 한다.

여기에서 전기설비에 큰 피해를 주는 대지방전에 대해 설명하고자 한다.

뇌 방전의 프로세스	뇌 방전은 +, - 양전극 간격이 매우 긴 방전으로 스트리머 이론이 적용된다.

1대의 전극에 높은 전압을 걸었을 때 음극에서 1개의 전자가 우연히 튀어 나왔다고 할 때, 이 전자는 양극간의 전계에서 에너지를 받고 가속되어, 공기분자와 충돌전리만이 아니라 광자방사에 의한 광전리가 원인이 되어 계속 새로운 전자와 이온대를 만들어 낸다. 이것을 전자사태라 한다. 전자사태의 양식도를 그림2.4에 나타낸다. 이렇게 하여 생긴 전자운은 이미 생긴 양이온군에 흘러, 양이온과 전자가 혼재하는 스트리머를 형성하고, 전자사태의 진전과 함께 스트리머도 진행된다. 이러한 스트리머에 의해 양전극간이 연결되면 도전성의 방전로로 양극이 연결된 것이 되고, 한꺼번에 대전류가 흐르는 절연파괴가 생긴다.

이상 스트리머 이론이라는 것이다.

이 이론에 의하면 뇌 방전을 일으키는 최초의 전자사태는 높은 에너지를 가진 우주선이 구름 속에서 대전된 얼음입자에 충돌함으로써 시작되어, 전자사태에서 스트리머에 이동하고 스트리머에 의해 구름에서 지면을 향해 방전로가 진출하는 것이 된다. 이 방전로는 뇌운에서 전류를 공급 받아 지면에 도달하기 까지를 선구방전(선행방전)이라 한다.

선구방전이 지면 가까이 까지 오면, 보통, 지면에서 윗방향으로 스트리머가 뻗어 상방향 선구방전을 형성한다. 양자가 결합하면 뇌운과 지면이 도전성의 방전로로 연결된 것이 되고, 뇌운과 지면 사이의 전위차를 없애기 위해 지면에서 뇌운을 향해 절연파괴가 한꺼번에 진행되는 것이 된다.

이것이 귀환뇌격이라 불리고 강한 발광을 동반한 대전류가 흐른다. 이상이 대지방전의 기본적 메카니즘으로 그림2.5에 나타냈다.

이 일련의 방전으로 뇌운의 전하가 없어져 버리면 일단, 방전은 이로 끝나고 뇌운에 다시 전하가 축적될 때까지 시간적 공간이 생긴다. 그러나, 뇌운이 아직 전하가 충분히 남아 있으면 다음 선구방전이 시작된다. 이 선구방전은 앞의 귀환뇌격방전로의 유도전성이 유지되는 한 같은 통로로 통한다.

이리하여 선구방전, 귀환전격이 반복되어, 다중뇌격이라 불리는 낙뢰가 된다. 최초의 선구방전은 아직 전리되지 않는 공기 중을 다님으로써 속도는 늦어 매초 500km 정도로 뇌운에서 지면까지 도달하는데 약 20ms(100분의 2초)걸린다. 한편, 귀환전격은 이미 전리된 방전로로 통함으로, 속도는 매초 10만 km, 빛의 빠르기의 약 1/3로 매우 빠르고, 불과 30μs(10만분의 3초)로 지면에서 뇌운까지 간다. 다중뇌격의 경우 제2귀환뇌격이후는 후속 귀환뇌격이라 불리는데 이 후속귀환뇌격은 최초의 귀환뇌격에서 약 40ms 늦게 발생한다. 이리하여 선구방전은 먼저의 귀환뇌격 때문에 아직 전도성이 남아있는 방전로로 통함으로 최초의 선구방전 보다 멀리 나아가 약 2ms 로 뇌운에서 지면까지 온다. 또, 제1 뇌격과 후속뇌격은 전류의 파형도 꽤 다르다.

벨가에 의한 대표적인 값을 표2.1에 나타낸다. 이 표에서 전류치는 제 1전격이 크지만, 전류의 변화는 후속뇌격이 3배정도 크다. 낙뢰의 전광을 보면, 같은 줄기가 몇 회 계속 빛나는 일이 있다. 이것은 다중뇌격의 예로, 낮에도 사진 촬영을 할 수 있는 것이 다중뇌격이다.

지면의 국부전계가 집중된 높은 건물, 산정 등에서는 상방향 선구방전이 진전되고, 그 다음 귀환뇌격이 상승하는데, 선구방전이 뇌운에 도착한 다음 귀환뇌격이 없는 경우도 있다.

상 방향 선구방전은 뇌운의 고도가 낮은 동계 뇌로서 송전선 철탑 등에서 흔히 발생한다.

또, 상층의 양전하가 강풍 때문에 하층의 음전하와 옆으로 나란한 구조가 되는 동계뇌는 다중뇌격방전으로 양. 음 전하의 뇌격(낙전)을 포함하는 경우도 있다.

(5) 하계뇌와 동계뇌

하계 뇌의 낙뢰는 대부분 뇌운의 음전하를 중화하는데 대해, 동계 뇌의 대부분은 뇌운의 양전하를 중화한다. 동기 뇌에 대해, 호쿠리쿠 지방에서 관측한 결과, 이러한 매우 예외적으로 생각되어지던 현상이 뇌운이 일반적으로 갖는 공통적 특성임이 밝혀졌다.

그림2.6은 동계 뇌에 대해 호쿠리쿠 지방의 뇌운 모델을 음의 뇌운과 대비하여 나타낸 것이다. 0℃의 온도 고도가 하계 뇌운에는 5km의 고도에 있는 것에 대해, 동계 뇌운의 경우에는 거의 지면에 가까운 고도에 있어, 온도고도가 전반적으로 여름보다 4~5km 낮다

이에 대응하여, 뇌운정, 양음 전하 영역은 지면에 가까워지는데, 양전하는 상방으로, 음전하는 하방으로 분포하고, 각각의 전하중심은 하계 뇌와 같은 온도고도에 있는 점은 조금도 변하지 않는다. 단지, 호쿠리쿠 지방의 동계 뇌의 경우는 북서의 계절풍이 상층으로 올라갈수록 강해짐으로 셀이 수평방향에 크게 기울어지는 것이 특징이다. 연직방향으로 발달하는 하계의 뇌운에서는 낙뢰는 오직 하방의 음전하를 지면에 방전하는 것에 반해, 동계 뇌는 비스듬한 상방의 양전하가 직접 지면에 방전하는 낙뢰가 생긴다.

일본해안의 높은 탑이나 연통의 낙뢰를 관측해 보면, 음전하에 의한 낙뢰가 많다고 한다. 그 이유로는 그림2.6에서 설명한 바와 같이 일본해연안의 동계 뇌운 속에 있는 전하는 강한 계절풍에 의해 수평방향으로 밀리어 있는데 양전하가 위에 있고, 음전하가 밑에 있는 것에는 변함이 없다.

방전현상에 있어서는,

① 방전은 기압이 낮을수록 , 약 전계에서 개시한다.

② 선구방전의 최선단과 대지를 봉과 평판의 전극으로 바꾸어 생각하면, 방전은 봉이 양극이 될 때가 음극일 때보다 방전개시 전압이 낮다.

③ 양극성 스트리머가 음극성 스트리머보다 쉽게 진전하는 성질로 인해, 동기에는 상방의 양전하에서 하방을 향해 자연낙뢰가 발생한다고 생각할 수 있다.

그러므로, 높은 탑이나 연통에서 방전을 개시하는 경우에는 頭上의 전하가 음일 때가 뇌운 전하의 높이가 낮고, 따라서 지상전계가 높아진다. 거기에다 탑이나 연통의 선단은 양극이 되고, 상기의 ②와③의 조건을 충족하게 된다. 그 때문에 지면에서 높이 있는 탑이나 연통 등에의 낙뢰(트리거드 낙뢰라고도 함)에 관해서는, 동계 뇌에 있어서도 음전하에 의한 낙뢰가 많이 발생하는 이유라고 말하여 진다. 동계 뇌는 하계 뇌에 비해 뇌격수가 적고, 대부분 연속전류를 포함하는 것이 공통된 특징이다. 또, 중화되는 전하가 매우 큰(100~300쿨론)낙뢰가 간간히 일어나는 것도 특징적이다.

(6) 낙뢰 전류와 파형

낙뢰전류의 전류파고치에 대해 CIGRÉ(국제고전압대전력회의) SC-No.33에 정리된 결과를 그림2.7에 나타냈다. 이 그림에서 음극성 하향방전의 전류파고치의 누적빈도분포(CIGRÉ 결과)를 중심으로, 일본의 동계뇌와 로케트 유뢰 및 카나다의 텔레비 탑의 상향 방전 등의 상황을 알 수 있다. 이 그림에서 낙뢰전류의 파고치는 수 kA에서 200~400kA 정도 까지 관측되고 있는데, 20kA 이하의 것이 거의 50% 정도를 차지한다. 또, 동계의 양극성 낙뢰전류치가 큰 것이 루프 안테나의 자기의 강도로 추정하는 방법에 의해 기록되고, 또 고돌기물에서 유발되는 상방 방전은 소전류의 것이 많다는 것이 밝혀졌다.

낙뢰전류의 파형을 모델화한 것이 그림 2.8이다.

낙뢰전류치가 1/2이 될 때까지의 시간, 즉 파미장은 약 40μs로, 시작되는 시간 , 즉 파두장은 4.5μs 정도로 제2귀환뇌격은 0.6μs 정도이다.

(7) 낙뢰빈도

그 지역의 낙뢰빈도를 정확하게 예측하고 파악하는 데는 일반적으로 각 지역의 연간 뇌우일수가 사용된다. 일본에서는 10년간의 통계에 의한 뇌우일수를 그림2.9에 나타냈다.

그림에서 뇌우일수가 같은 지점을 이은 선, 等뇌우일수선을 IKL(Iso Kelonic Level)이라 하고 뇌우분포의 표시에 이용한다.

연간을 통해 뇌우일수가 많은 것은 관동북부, 비파호주변, 호쿠리쿠, 큐슈남부 등, 35일 이상에 달하는 곳도 있다. 특히, 호쿠리쿠지방은 동계의 뇌우일수가 많다.

뇌해 대책으로 직접 관계하는 낙뢰빈도는 뇌의 발생 상황, 지형, 기상조건 등 지역의 상황에 다르고, 단정할 수는 없지만 실제 측정에 의하면 연간 뇌우일 수 30일의 지역에서 2.8~5.9회/㎢/년의 범위에 있다.

(8) 유도뇌의 발생 메카니즘

유도 뇌 전압에는 다음의 3가지를 생각할 수 있다.

① 낙뢰과정의 선구방전 단계에서 발생하는 전압

② 낙뢰과정의 귀환뇌격 단계에서 발생하는 전압

③ 뇌운의 전하에 기인하는 전계에 의해 발생하는 전압

이것을 그림2.10에 나타낸다.

그 중에 ①은 등가적인 전하의 진전속도는 그다지 빠르지 않으므로 전력선로가 짧고 그 선로에 보호장치(예를들면 피뢰기)가 전혀 없을 경우를 제외하면 절연을 위협하는 일은 적다고 생각된다.

③에 대해서는 뇌운과 대지와의 거리가 크기 때문에 피해를 줄만큼 크지는 않다.

따라서 보통은 ②의 귀환뇌격단계(주방전이라고도 함)에 의해 로선에 발생하는 유도뇌전압을 대상으로 배전선, 통신선로의 耐뇌대책을 세울 수 있다.

일본에서의 유도뇌의 관측설비를 그림2.11에 나타낸다.

특히 여기서는 호쿠리쿠 지방의 동계뇌가 높은 연통에 낙뢰한 것을 대상으로, 높은 연통에서 200m 떨어진 곳에 관측용 배전선로를 설치하고 높은 연통에의 낙뢰전류. 파형관측과 배전선에의 유도 뇌전압. 파형의 동시관측을 실시하였다. 이 관측 설비에서 얻어진 관측을 그림2.12에 나타냈다.

그림의 관측 결과에서 추정하면, (a)그림은 낙뢰전류가 뇌운방향으로 진전하고, 雷道上의 음전하가 소멸함으로써, 배전선로 상에는 양의 유도뇌 전압이 유도된다. (b)그림은 낙뢰전류가 대지에서 뇌운방향으로 진전하고, 뇌도의 양전하가 소멸함으로써 음의 유도뇌 전압이 유도된다. 또, 이들 관측결과에서 낙뢰전류의 파고치가 큰 경우에도 파두순도(파고치와 파두장의 비)가 작으면 발생하는 유도뇌 전압의 값이 작아진다.

남 아프리카 공화국에서의 관측에서는 10km의 실측용 배전선로에서 근방낙뢰시의 선로 유도뇌 전압과 뇌방전귀로의 광학적 관측이 동시에 이루어졌다. 이 유도뇌 전압관측에는 수평배열의 삼상선로를 사용했고, 삼상에 생기는 유도뇌 전압은 거의 같았다.

또, 선구방전과정에 대응하는 유도뇌 전압이 측정되는데 이것도 귀환뇌격(낙뢰전류)에 대응하는 부분보다 작다.

일본에서는 많은 연구자가 관측하고 그 결과를 발표하고 있다. 특히, 광학적으로 동시에 관측하고 있음으로 낙뢰지점과 선로와의 거리(Y)가 판명되는 경우가 많고, 관측된 유도뇌 전압의 파고치U와 Y와의 관계가 밝혀져, 이들 관계를 그래프화 한 것이 그림2.13이다.

그림에서와 같이 배전선로의 절연(뇌 임펄스 절연강도는 60kV로 정해져 있다)을 초과하는 것이 낙뢰 전류치에 관계하는데 근방에 낙뢰가 있을 때 생기는 것을 알았다.

배전선로에 생기는 유도뇌 전압은 노선지상높이, 귀환뇌격전류(주방전 전류)의 파고치, 파형, 진전속도 등 많은 파라메타에 영향을 받는다. 이들의 수치를 가정하고 낙뢰점과 선로와의 거리(Y)아 유도뇌 전압의 관계의 1예를 그림2.14에 나타냈다.

이 그림에서 알 수 있는 것처럼, 선로의 절연강도 60kV에서 낙뢰점과 선로와의 거리가 250m 이내에서는 선로의 절연강도를 넘게 되어 피해가 생기게 된다.

이상은 배전선로(6kV 계통)의 관측예인데 저압배전선로 및 통신선로에의 유도뇌의 관측에 대해 다음에 설명한다.

(a) 저압배전선의 유도뇌 전압

유도뇌 전압 관측의 대부분이 고압배전선로를 대상으로 한 것으로 저압 배전선로(100V 혹은 200V)에서의 관측은 적다. 소화56~62년 매해 7~10월의 습뢰기에 써지 카운터(뇌전압의 동작전압을 정해, 그 전압범위에서 동작회수를 표시하는 장치)를 이용하여 저압배전선로의 유도뇌 전압을 실측한 것으로 그림2.15이다.

(b) 통신선로계의 유도뇌 전압

그림2.16은 통신선 및 AC전원선에서 통신장치에 침입하는 유도뇌 전압의 관측예이다.

유도뇌 전압. 파형은 낙뢰의 파형이 통계적 성질을 갖고있는 것과 선로의 구성과 낙뢰위치와의 거리에 따라 달라진다.

그림의 파형은 관측데이터의 평균치인데 발생빈도가 높은 원방뇌의 데이터가 포함되어 있기 때문에 비교적 낮은 전압 영역의 파형이라 생각된다.