원자력발전소 설계수명 이상 장기운전 추진시 전력용, 계측용 및 제어용 케이블의 열화 및 전기화재 등에 대하여 건전성이 확보되어야 한다. 원자력발전소 방화지역에서 화재가 발생할 경우 안전정지 케이블의 단락, 접지, 단선 등 전기적 고장으로 안전정지계통의 설비와 기기가 상실될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 원자력발전소 안전정지계통의 설비와 기능은 다중설계, 계열간 독립 및 분리 원칙에 따라 설계되었다. 해외 원자력발전소 및 규제기관에서 발행된 화재사고 통계보고서에 따르면 케이블 화재시 오작동, 오지시 또는 잘못된 계측으로 운전원의 상황 판단에 오류를 일으키고 안전정지 기능을 저해할 수 있다. 본 연구에서는 국내 원자력발전소에서 사용중인 케이블을 조사하고, 장기운전에 따른 케이블 건전성 확보를 위하여 케이블 열화진단 및 노출화재에 의한 케이블 도체 내부단락, 접지, 단선 등 전기적 기능 고장을 일으키는 온도, 고장모드 및 ...
원자력발전소 설계수명 이상 장기운전 추진시 전력용, 계측용 및 제어용 케이블의 열화 및 전기화재 등에 대하여 건전성이 확보되어야 한다. 원자력발전소 방화지역에서 화재가 발생할 경우 안전정지 케이블의 단락, 접지, 단선 등 전기적 고장으로 안전정지계통의 설비와 기기가 상실될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 원자력발전소 안전정지계통의 설비와 기능은 다중설계, 계열간 독립 및 분리 원칙에 따라 설계되었다. 해외 원자력발전소 및 규제기관에서 발행된 화재사고 통계보고서에 따르면 케이블 화재시 오작동, 오지시 또는 잘못된 계측으로 운전원의 상황 판단에 오류를 일으키고 안전정지 기능을 저해할 수 있다. 본 연구에서는 국내 원자력발전소에서 사용중인 케이블을 조사하고, 장기운전에 따른 케이블 건전성 확보를 위하여 케이블 열화진단 및 노출화재에 의한 케이블 도체 내부단락, 접지, 단선 등 전기적 기능 고장을 일으키는 온도, 고장모드 및 열유속에 대한 연구를 수행하였다. 국내원자력 발전소에서 사용되는 케이블은 전력용, 제어용 및 통신용 케이블로 약 50,000 개 이상 회로수를 사용하고 있었다. 케이블 재킷 및 절연물 재질 대부분은 열경화성 케이블을 사용하고 있었으며, 일부 케이블의 재킷 재질은 열가소성 물질을 사용하고 있었다. 현재 25년 이상 운전한 국내 원자력발전소의 고압펌프 전동기의 전력케이블에 대한 열화 부분방전 검출결과 12 MHz 대역에서는 노이즈로 인하여 부분방전 펄스를 구분할 수 없으나, 27 MHz 대역에서는 부분방전 펄스를 확연히 구분할 수 있었다. 고압 13.8 kV, 4.15 kV 케이블에 대한 열화 진단결과 대상 케이블 모두 정상으로 분석되었다. 부분방전 신호의 주파수 특성을 이용하여 최적의 부분방전 신호/노이즈(S/N) 비를 가지는 고주파 대역을 선정하여 운전 중인 선로에 대하여 열화 결함을 진단 할 수 있는 부분방전 판정 기준 주파수를 정립하였다. 국내 원자력발전소의 케이블 샘플 6종에 대하여 펜라이트 장치를 이용 원통형 슈라우드표면에서 초기 250℃ 에서 매 5분마다 25℃ 씩 케이블에 복사열을 공급하였다. IRMS를 이용한 케이블 화재 실험결과, 케이블 온도가 증가하여 절연물질이 변형되고 도체와 도체 또는 도체가 케이블 트레이 등과 접촉하여 절연저항이 1,000 Ω 이하로 떨어져 기능이 상실되었다. 케이블의 전기적 고장을 일으키는 온도는 400∼600℃, 평균 열유속은 12.3 kW/m2 이었다. 국내 원자력발전소 케이블 실험결과 시간에 따른 케이블특성은 해외 실험과 유사하였으며 IEEE 383의 기능상실온도 기준 330℃ 및 열유속 11 kW/m2, CAROLFIRE 기능상실 온도 390∼460℃ 및 평균 열유속 12 kW/m2 보다 높은 내화성능과 우수한 특성을 가지고 있는 것으로 분석되었다. SCDU를 이용한 고장모드 분석결과, 케이블 도체간의 단락, 접지, 단선에 의한 전기적 고장을 일으키는 케이블 온도는 420∼450℃ 에서 통전 합선이 일어난 후 1 초에서 56 초, 평균 24 초에서 오신호가 발생하였다. 첫 번째 오신호 발생 후 전체 12 초에서 151 초, 평균 65 초에서 퓨즈가 융단 되는 고장을 일으켰다. 주요 고장모드는 화재로 케이블이 단락되어 오작동이 발생(SA-HS : Spurious Actuation -Hot Short)되고 단락 및 접지로 인한 제어전원 변압기측 퓨즈가 용융 (FC-SG : Fuse clear-Short or Ground)되었다. 본 연구의 국내 원자력발전소 케이블 열화진단과 노출화재에 대한 열유속 분석결과는 국내 모든 원자력발전소의 장기운전에 따른 케이블의 안전성 및 건전성 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
원자력발전소 설계수명 이상 장기운전 추진시 전력용, 계측용 및 제어용 케이블의 열화 및 전기화재 등에 대하여 건전성이 확보되어야 한다. 원자력발전소 방화지역에서 화재가 발생할 경우 안전정지 케이블의 단락, 접지, 단선 등 전기적 고장으로 안전정지계통의 설비와 기기가 상실될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 원자력발전소 안전정지계통의 설비와 기능은 다중설계, 계열간 독립 및 분리 원칙에 따라 설계되었다. 해외 원자력발전소 및 규제기관에서 발행된 화재사고 통계보고서에 따르면 케이블 화재시 오작동, 오지시 또는 잘못된 계측으로 운전원의 상황 판단에 오류를 일으키고 안전정지 기능을 저해할 수 있다. 본 연구에서는 국내 원자력발전소에서 사용중인 케이블을 조사하고, 장기운전에 따른 케이블 건전성 확보를 위하여 케이블 열화진단 및 노출화재에 의한 케이블 도체 내부단락, 접지, 단선 등 전기적 기능 고장을 일으키는 온도, 고장모드 및 열유속에 대한 연구를 수행하였다. 국내원자력 발전소에서 사용되는 케이블은 전력용, 제어용 및 통신용 케이블로 약 50,000 개 이상 회로수를 사용하고 있었다. 케이블 재킷 및 절연물 재질 대부분은 열경화성 케이블을 사용하고 있었으며, 일부 케이블의 재킷 재질은 열가소성 물질을 사용하고 있었다. 현재 25년 이상 운전한 국내 원자력발전소의 고압펌프 전동기의 전력케이블에 대한 열화 부분방전 검출결과 12 MHz 대역에서는 노이즈로 인하여 부분방전 펄스를 구분할 수 없으나, 27 MHz 대역에서는 부분방전 펄스를 확연히 구분할 수 있었다. 고압 13.8 kV, 4.15 kV 케이블에 대한 열화 진단결과 대상 케이블 모두 정상으로 분석되었다. 부분방전 신호의 주파수 특성을 이용하여 최적의 부분방전 신호/노이즈(S/N) 비를 가지는 고주파 대역을 선정하여 운전 중인 선로에 대하여 열화 결함을 진단 할 수 있는 부분방전 판정 기준 주파수를 정립하였다. 국내 원자력발전소의 케이블 샘플 6종에 대하여 펜라이트 장치를 이용 원통형 슈라우드표면에서 초기 250℃ 에서 매 5분마다 25℃ 씩 케이블에 복사열을 공급하였다. IRMS를 이용한 케이블 화재 실험결과, 케이블 온도가 증가하여 절연물질이 변형되고 도체와 도체 또는 도체가 케이블 트레이 등과 접촉하여 절연저항이 1,000 Ω 이하로 떨어져 기능이 상실되었다. 케이블의 전기적 고장을 일으키는 온도는 400∼600℃, 평균 열유속은 12.3 kW/m2 이었다. 국내 원자력발전소 케이블 실험결과 시간에 따른 케이블특성은 해외 실험과 유사하였으며 IEEE 383의 기능상실온도 기준 330℃ 및 열유속 11 kW/m2, CAROLFIRE 기능상실 온도 390∼460℃ 및 평균 열유속 12 kW/m2 보다 높은 내화성능과 우수한 특성을 가지고 있는 것으로 분석되었다. SCDU를 이용한 고장모드 분석결과, 케이블 도체간의 단락, 접지, 단선에 의한 전기적 고장을 일으키는 케이블 온도는 420∼450℃ 에서 통전 합선이 일어난 후 1 초에서 56 초, 평균 24 초에서 오신호가 발생하였다. 첫 번째 오신호 발생 후 전체 12 초에서 151 초, 평균 65 초에서 퓨즈가 융단 되는 고장을 일으켰다. 주요 고장모드는 화재로 케이블이 단락되어 오작동이 발생(SA-HS : Spurious Actuation -Hot Short)되고 단락 및 접지로 인한 제어전원 변압기측 퓨즈가 용융 (FC-SG : Fuse clear-Short or Ground)되었다. 본 연구의 국내 원자력발전소 케이블 열화진단과 노출화재에 대한 열유속 분석결과는 국내 모든 원자력발전소의 장기운전에 따른 케이블의 안전성 및 건전성 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
To operate nuclear power plant beyond design life, the integrity of power, instrument and control cables have to be maintained against cable degradations and electrical fires. A fire event occurred in cable zone often causes to serious electrical problems such as shorts, ground faults, or open circu...
To operate nuclear power plant beyond design life, the integrity of power, instrument and control cables have to be maintained against cable degradations and electrical fires. A fire event occurred in cable zone often causes to serious electrical problems such as shorts, ground faults, or open circuits which may impact to the loss of safe shutdown capabilities performed by safety related systems and equipments in nuclear power plants. In order to prevent this situation, safety systems in nuclear power plants were designed with keeping a basic principle of redundancy and independency. Nevertheless, cable fire gives rise to spurious operation, wrong indication or make instrument unavailable which interrupt operators from performing their accident mitigation and proper judgement. After all, these component failures and operator mistakes cause to decrease plant capabilities of safe shutdown and lead plants to disastrous conditions. This study was performed in three parts ; cable characteristics investigation, cable degradation diagnosis and heat-flux evaluation for cable exposed to the fire. Most of electric cables of Korean nuclear power plants use thermoset as cable jacket material and the total number of cables is about 50,000 electric circuits. An extensive research tells that the insulation of 13.8 kV and 4.16 kV power cables could be degraded with a water tree and partial discharge failure under long term operation. To investigate the degradation mechanism of cables, the integrity of high electric power cable was diagnosed by using partial discharge detection method. The diagnosis results showed that a partial discharge pulse was not indicated at 12 MHz band by noise, but in case of 27 MHz band partial discharge pulse was discovered clearly. Through the analysis of frequency response characteristics of a partial discharge signal, the most suitable partial discharge signalling/noise (S/N) rate band was selected and the diagnose frequency band was determined. Six different kinds of cables were examined by using penlight experiment equipment to know heat flux and fire characteristics for cable exposed to the fire. Electrical performance and failure of cable were analyzed using the IRMS (Insulation resistance measurement system). The Penlight shroud temperature was initially set at 250℃ and increased in 25℃ increments every five minutes until ignition and cable insulation resistance decreased below 1,000 Ω. From the results of experiment, it was found that electrical failure of cable was occurred at temperature 400℃ to 600℃ and average heat-flux 12.3 kW/m2. This value was comparable to that used in American nuclear power plants, which has a value from 390℃ to 460℃. Through this study, the cables used in Korean nuclear power plant were confirmed in view of the excellence in fire resistance compared to IEEE 383 which represents the standard criteria of electrical failure temperature (330℃) and heat-flux (11 kW/m2). In addition, the cable performance in Korean nuclear plants was superior to that of CARLFIRE (Cable response to live fire) nuclear power plant in USA. Electrical performance and failure of cable were analyzed using SCDU (Surrogate circuit diagnostic unit) following IRMS experiments. These experiments were to determine the failure mode. The electrical failure at 420℃ to 450℃ was occurred by short circuit. The durations of first spurious actuation occurred between 1 second and 56 seconds with an average value of 24 seconds. Total time between the occurrence of the first spurious actuation and the power outage of the circuit was ranged from 12 seconds to 151 seconds. The major failure modes were identified as the spurious actuation-hot short (SA-HS) and fuse clear-short or ground (FC-SG). In conclusion, this study established a diagnostic methodology for cable degradation and evaluated the heat-flux of cable exposed to the fire of nuclear power plant. The results of this study contribute to the development of advanced technology for improving the safety and integrity of cables as well as provide base data of cable exposed to the fire characteristics in Korean nuclear power plants.
To operate nuclear power plant beyond design life, the integrity of power, instrument and control cables have to be maintained against cable degradations and electrical fires. A fire event occurred in cable zone often causes to serious electrical problems such as shorts, ground faults, or open circuits which may impact to the loss of safe shutdown capabilities performed by safety related systems and equipments in nuclear power plants. In order to prevent this situation, safety systems in nuclear power plants were designed with keeping a basic principle of redundancy and independency. Nevertheless, cable fire gives rise to spurious operation, wrong indication or make instrument unavailable which interrupt operators from performing their accident mitigation and proper judgement. After all, these component failures and operator mistakes cause to decrease plant capabilities of safe shutdown and lead plants to disastrous conditions. This study was performed in three parts ; cable characteristics investigation, cable degradation diagnosis and heat-flux evaluation for cable exposed to the fire. Most of electric cables of Korean nuclear power plants use thermoset as cable jacket material and the total number of cables is about 50,000 electric circuits. An extensive research tells that the insulation of 13.8 kV and 4.16 kV power cables could be degraded with a water tree and partial discharge failure under long term operation. To investigate the degradation mechanism of cables, the integrity of high electric power cable was diagnosed by using partial discharge detection method. The diagnosis results showed that a partial discharge pulse was not indicated at 12 MHz band by noise, but in case of 27 MHz band partial discharge pulse was discovered clearly. Through the analysis of frequency response characteristics of a partial discharge signal, the most suitable partial discharge signalling/noise (S/N) rate band was selected and the diagnose frequency band was determined. Six different kinds of cables were examined by using penlight experiment equipment to know heat flux and fire characteristics for cable exposed to the fire. Electrical performance and failure of cable were analyzed using the IRMS (Insulation resistance measurement system). The Penlight shroud temperature was initially set at 250℃ and increased in 25℃ increments every five minutes until ignition and cable insulation resistance decreased below 1,000 Ω. From the results of experiment, it was found that electrical failure of cable was occurred at temperature 400℃ to 600℃ and average heat-flux 12.3 kW/m2. This value was comparable to that used in American nuclear power plants, which has a value from 390℃ to 460℃. Through this study, the cables used in Korean nuclear power plant were confirmed in view of the excellence in fire resistance compared to IEEE 383 which represents the standard criteria of electrical failure temperature (330℃) and heat-flux (11 kW/m2). In addition, the cable performance in Korean nuclear plants was superior to that of CARLFIRE (Cable response to live fire) nuclear power plant in USA. Electrical performance and failure of cable were analyzed using SCDU (Surrogate circuit diagnostic unit) following IRMS experiments. These experiments were to determine the failure mode. The electrical failure at 420℃ to 450℃ was occurred by short circuit. The durations of first spurious actuation occurred between 1 second and 56 seconds with an average value of 24 seconds. Total time between the occurrence of the first spurious actuation and the power outage of the circuit was ranged from 12 seconds to 151 seconds. The major failure modes were identified as the spurious actuation-hot short (SA-HS) and fuse clear-short or ground (FC-SG). In conclusion, this study established a diagnostic methodology for cable degradation and evaluated the heat-flux of cable exposed to the fire of nuclear power plant. The results of this study contribute to the development of advanced technology for improving the safety and integrity of cables as well as provide base data of cable exposed to the fire characteristics in Korean nuclear power plants.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.