뇌우(thunderstorm)가 발생할 때 정전기 방전으로 발생하는 전자파 펄스.
전기·전자 장비 및 시스템과 결합하여 손상 전류나 전압 서지를 일으킬 수 있다.

뇌우는 정전기가 방전될 때의 뇌성(천둥)과 방전 경로에서 발생한 플라스마 상태의 +이온과 –전자의 재결합 과정에서 에너지 차이로 발생하는 섬광(번개)을 동반한 전기 폭풍(electrical storm)이다. 낙뢰(electrical discharge)는 –전하를 갖는 구름과 +전하를 갖는 대지 사이에 정전기가 방전하면서 발생하는 뇌성(천둥)과 섬광(번개)을 의미하며, 쾌청한 날씨에 사람이 서 있는 경우 머리 쪽이 +전하를 가지고 대지는 –전하를 가진다. 이 때, 정전기 방전으로 방전 경로에 상당한 전류가 흐르고 광범위한 대역폭을 갖는 전자파가 복사된다.
낙뢰가 장비에 미치는 영향은 직접적인 영향과 간접적인 영향으로 나뉜다. 낙뢰 직접 영향(Lighting Direct Effects)은 구름과 지면 사이에서 방전할 때 만들어지는 전하(電荷)가 흐르는 통로인 낙뢰 채널(lightning channel)과의 직접 접촉으로 발생되는 전류 흐름에 의해 생기는 영향이다. 이 영향에는 시스템 구조물이나 전기·전자 장비의 물리적 손상, 파열, 구부러짐, 화재 또는 하드웨어 손상 등이 있다.
낙뢰 간접 영향(Lightning Indirect Effects)은 낙뢰로 발생한 전자기장 결합으로 생긴 전기적 과도현상으로 전기·전자 장비가 오작동을 일으키거나 손상되는 경우를 말한다.
낙뢰 전자파 펄스(LEMP)는 낙뢰에 의한 간접적인 영향과 더 관련 있다.
핵 폭발에 의한 고고도 핵 전자파 펄스(HEMP)나 비핵 전자파 펄스(NNEMP)보다 매우 낮은 주파수 성분(최대 10 MHz 이하)을 가지고 있지만, 낮은 주파수에서 전자기장의 세기는 HEMP보다 큰 것으로 알려져 있다. 낙뢰로 인한 영향에 대비하려고 시설이나 장비에 서지 보호 장치(SPD: Surge Protection Device) 등 대책 부품을 대부분 사용한다.
장비나 시스템에 영향을 주는 낙뢰의 종류는 다음과 같다.
O 직접뢰(Direct Lightning): 낙뢰가 구조물, 장비, 전력선 등에 직접 뇌격하는 것으로 약 20 kV 이상의 전압과 수 kA ~ 300 kA 이상의 과전류가 발생한다.
O 간접뢰(Indirect Lightning): 송전, 통신선로에 뇌격하여 선로를 통하여 서지(Surge)가 전도되는 것으로 발생빈도가 가장 높고 6,000 V 이상의 매우 큰 에너지를 갖고 있어 간접뢰에 의한 피해가 가장 크다.
O 유도뢰(Inducement Lightning): 낙뢰 지점 인근 대지에 매설된 전원선, 통신선, 금속 파이프 등 도체를 통하여 유도되는 것으로 고전압 고전류의 유입으로 접지 전위가 급상승하여 서지(Surge)가 발생한다.
O 방전뢰(Bound Change): 지상과 구름, 구름 내, 구름과 구름 사이의 방전으로 유도된 전하가 전력선, 금속체 또는 지표로 흘러 장비를 손상시킨다.

* 참고문헌
- ANSI C63.14 - 2009
- MIL-STD-464C
- IEC61000-5-10

 

<시간영역에서의 LEMP와 NEMP(HEMP)의 파형 비교>


<주파수영역에서의 LEMP와 NEMP(HEMP)의 스펙트럼 비교>