낙뢰 (Cloud-to-Ground Lightning)

낙뢰는 구름과 대지 사이에서 발생하는 방전 현상으로, 전력 설비와 일반 건축물에 큰 피해를 줄 수 있어 중요하게 다뤄집니다. 본 글에서는 낙뢰의 특성과 유형, 그리고 그로 인한 피해와 대책에 대해 살펴보고자 합니다.

낙뢰 (Cloud-to-Ground Lightning)

낙뢰는 뇌방전 현상 중 구름과 대지 사이에서 발생하는 대지 방전입니다. 대부분의 뇌방전은 운내 방전으로 이루어지지만, 낙뢰는 전력 설비와 건축물에 직접적인 피해를 주기 때문에 더욱 중요합니다.

 

뇌운과 대지 간 방전인 낙뢰는 하나 또는 그 이상의 간헐적인 부분 방전으로 이루어져 있으며, 전체 방전을 섬락(flash)이라 하고, 이의 지속시간은 약 0.2초 정도입니다. 각각의 방전 요소를 뇌격(stroke)이라 하며, 발광 단계는 수십 μs 범위에서 관측됩니다.

낙뢰

보통 각각의 섬락은 3~4개의 뇌격으로 이루어지고, 각각의 뇌격은 40 μs나 그 이상의 간격을 두고 발생합니다. 뇌운과 대지 간 방전은 보통 -10 C보다 적은 양의 전하를 가지며, 뇌운으로부터 대지로 또는 대지로부터 뇌운으로 향하는 형태를 가집니다.

 

낙뢰는 진전 방향과 극성에 따라 다음과 같은 네 가지로 구분됩니다:

부(-)극성 하향 리더에 의한 낙뢰

뇌운의 부(-) 전하가 대지를 향해 하향으로 방전 후, 지면으로부터 귀환 뇌격이 발생하는 형태로, 가장 일반적인 대지 방전입니다.

 

정(+)극성 상향 리더에 의한 낙뢰

대지의 정(+) 전하가 뇌운을 향해 상향으로 방전하여 발생하는 뇌격입니다. 높은 철탑이나 산 정상 등에서 발생할 수 있습니다.

 

정(+)극성 하향 리더에 의한 낙뢰

정(+)극성의 리더가 대지 쪽으로 진전하여 일어나는 뇌격입니다.

 

부(-)극성 상향 리더에 의한 낙뢰

대지로부터 부(-)극성의 리더가 뇌운 쪽으로 진전하여 발생하는 뇌격입니다.

낙뢰의 90% 이상은 (-)전하를 띠며, (+)전하를 띤 낙뢰는 10% 이하입니다. (+)전하에 의한 뇌격 전류는 발생 확률은 낮지만 전류의 평균 크기가 높아 더 큰 피해를 초래할 수 있습니다.

 

낙뢰의 피해 유형

낙뢰는 전력 설비와 건축물에 직격뢰와 유도뢰 두 가지 형태로 피해를 줄 수 있습니다.

 

직격뢰(직접적 효과)

낙뢰가 구조물이나 전기 설비 등에 직접적으로 가격하는 경우로, 큰 뇌충격전류와 과전압이 침입하여 물리적인 파괴와 화재 등을 유발합니다.

 

유도뢰(간접적 효과)

전장이나 자장의 변화로 인해 발생하며, 귀환 뇌격에 의해 뇌운 전하가 중화되는 과정에서 발생합니다. 유도뢰는 방송 장비 및 전자기기 등을 파손시켜 고장을 초래할 수 있습니다. 유도뢰에 수반하는 효과로는 전자 펄스, 정전 펄스, 대지 과도 전류, 국부 충전 등이 있습니다.

결론

낙뢰는 전력 설비와 건축물에 심각한 피해를 줄 수 있는 자연 현상으로, 이를 이해하고 적절한 대책을 마련하는 것이 중요합니다. 낙뢰의 다양한 형태와 특성을 파악함으로써, 낙뢰로 인한 피해를 최소화하고 전력계통의 안정성을 높일 수 있을 것입니다.