선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 국내 및 해외에서 지금까지 시한성 품목으로 간주되어 기기검증 수행 사례가 없는 비금속기기 표준시편 5종을 선정하여 원자력발전소 수명기간 동안 정상운전 및 사고 환경 조건에서도 구조적인 고유의 기기성능을 유지하는지를 기기검증 기준에 따라 형식시험에 의한 실증시험 방법으로 확인하고자 하였다. 먼저, 미국 연방규제기준(10CFR50.
- 원전 LOCA/HELB와 같은 설계기준사고(DBE) 환경 모의시험의 목적은 시험 대상 시편이 검증 수명 말기에 DBE 환경 즉, 규정된 시험 온도, 압력, 습도, 화학살수(Chemical Spray) 등의 환경에 서 규정된 성능을 발휘할 수 있는지 입증하는 것 이다.
가설 설정
- 여기에서 (R)L을 재료 열적 수명의 종료를 정의하는 반응 수준으로 가정 한다. 즉 어떤 비금속 재료의 절연 및 탄성체 재질의 연신율(%)을 노화 되지 않은 재료에 대해 연신율의 반(50 %)으로 감소하는 경우를 수명종료로 한 것이다.
제안 방법
- 49), 미국 전기전자학회 규정(IEEE 323,382) 및 우리나라 원자력안전법 시행규칙 제20조에 따른 기기검증에 관한 기술기준 및 기기검증 방법, 적용사례를 파악하였다.2,3) 그리고 비금속기기 표준시편 5종에 대한 내환경검증 단계별 노화시험을 거쳐 시편의 노화 특성변화 및 상태를 분석하였다. 비금속부품 5종에 대한내환경검증을 위한 단계별 노화시험 결과 Nitril 재질은 원자력발전소 평균 설계수명 30년에 미달하였으며, EPDM, Teflon, Viton, EPR 등은 30년 이상의 설계수명을 보유한 것으로 확인되었다.
- 원전 LOCA/HELB와 같은 설계기준사고(DBE) 환경 모의시험의 목적은 시험 대상 시편이 검증 수명 말기에 DBE 환경 즉, 규정된 시험 온도, 압력, 습도, 화학살수(Chemical Spray) 등의 환경에 서 규정된 성능을 발휘할 수 있는지 입증하는 것 이다. DBE 모의 환경시험에서는 시편의 동적인 재질 특성을 확인하기 위해서 온도 구간별 기능 시험을 수행하였다. Fig.
- 내환경검증을 위한 아래의 방사선 조사시험, 열 적 가속노화시험, DBE환경 모의시험 등 단계별 노화시험이 진행되기 전, 후에 상기 4.3항에 따른 기본 성능시험 결과 값이 계속 유지되는지 확인 하였다. 성능시험은 지그에 설치된 시편이 고유기 능을 유지하는지 허용된 압력 유지시험을 통해 건전성을 입증하였다.
- 본 연구에서는 국내 및 해외에서 지금까지 시한성 품목으로 간주되어 기기검증 수행 사례가 없는 비금속기기 표준시편 5종을 선정하여 원자력발전소 수명기간 동안 정상운전 및 사고 환경 조건에서도 구조적인 고유의 기기성능을 유지하는지를 기기검증 기준에 따라 형식시험에 의한 실증시험 방법으로 확인하고자 하였다. 먼저, 미국 연방규제기준(10CFR50.49), 미국 전기전자학회 규정(IEEE 323,382) 및 우리나라 원자력안전법 시행규칙 제20조에 따른 기기검증에 관한 기술기준 및 기기검증 방법, 적용사례를 파악하였다.2,3) 그리고 비금속기기 표준시편 5종에 대한 내환경검증 단계별 노화시험을 거쳐 시편의 노화 특성변화 및 상태를 분석하였다.
- 본 연구를 통해서 비금속시편의 노화에 따른 활성화에너지값 변화 추이분석은 최초의 내환경검증 적용시험을 위해서 일반 산업계에서 적용하고 있는 Table 1의 System-1000DB 자료를 기준으로 시편의 활성화에너지값을 적용하였으며, 내환경검증에 따른 노화시험 후에 Table 2의 열중량분석법(TGA)에 의한 활성화에너지 실증시험값을 비교·분석하였다.
- 본 연구에서는 보수적인 활성화에너지적용을 위해서 Table 1과 같이 EPRI EMA+, System-1000의 데이터베이스의 열중량분석시험자료를 인용하였으며, 내환경검증 단계별 실증시험 후에 실제 적용 시험시편에 대한 열중량분석시험을 통하여 활성화에너지 변화추이를 분석하였다.5)
- 시편 5종에 대한 모든 내환경검증 시험단계를 완료한 후 최종검사를 위하여 시험시편 지그를 분해점검을 수행하였다. 비금속부품을 정밀 육안 점검하였다. Fig.
- 3항에 따른 기본 성능시험 결과 값이 계속 유지되는지 확인 하였다. 성능시험은 지그에 설치된 시편이 고유기 능을 유지하는지 허용된 압력 유지시험을 통해 건전성을 입증하였다. Fig.
- 시편 5종에 대한 모든 내환경검증 시험단계를 완료한 후 최종검사를 위하여 시험시편 지그를 분해점검을 수행하였다. 비금속부품을 정밀 육안 점검하였다.
- 시편에 대한 기본 성능시험은 육안검사 및 지 그를 제작하여 밀봉압력 누설시험을 수행하였다. Fig.
- 시편에 대한 인수검사는 제품의 규격 및 형태 일치, 물리적 손상여부, 기타 물성 변질 상태 등을 육안으로 검사하였다. Table 3과 같이 모든 시편 의 육안 상태는 양호하였으며, Fig.
- 열적 가속 노화시험은 공기 순환식 대형 전기 가열로에서 온도 및 시간 조건에서 가열하였다. 온도 및 시간은 검증수명에 해당하는 열적 노화 감쇠를 시뮬레이션하기 위해 적용되는 아레니우 스 기법으로 산출하여 가속하였다.
- 온도 및 시간은 검증수명에 해당하는 열적 노화 감쇠를 시뮬레이션하기 위해 적용되는 아레니우 스 기법으로 산출하여 가속하였다. 열적 가속노화 시험은 정상 사용수명 기간 동안 사용 가능하도록 가속열화 시간을 계산하였으며, 실시간 노화 상태를 감시하였다. Fig.
- 적용 시험온도 및 압력 프로파일에 따라 초기, 중기, 말기로 구분하여 시험시편의 동작 상태를 점검하였으며, 감시 변수는 데이터 취득시스템을 통해 연속적으로 기록한다.
- 정상 및 사고 방사선 조사시험은 한국원자력연 구원 첨단방사선연구소에서 Cobalt- 60 Source를 사용하여 1.0×106 Rad/h를 초과하지 않는 범위 내 에서 수행하였다.
- 정상 방사선 조사시험은 Cobalt-60 Source를 사용하여 1.0E+6 rad/h를 초과하지 않는 범위 내에서 수행한다. 방사선 조사시 시험 시편은 정상 사용 가능한 상태로 준비하고, 누적 정상방사선 조사선량(TID) 값은 4.
- 열화 시험설비의 내부 온도와 시험시편의 온도는 온도감지기, 온도기록계 등을 이용하여 주기적으로 측정 및 감시해야 한다. 최소한 3개의 시험시편에 대해 특성변화를 측정하고 이를 기록한다.
- 지진 진동테이블은 하나, 둘 또는 3개의 직각 축에 대한 진동동작을 모의하기 위하여 설계된다. 테이블에 여기 되는 서보 기구에 대한 전기 입력신호는 특정한 기기 위치를 위해 개발된 요구 응답 스펙트럼(RRS)을 포괄하는 시험 응답 스펙트럼(TRS)을 발생시키도록 설계된다.
이론/모형
- 비금속부품 표준시편 5종에 대해서 노화시험 수행 전, 후의 활성화에너지값을 분석한 결과, Nitrile Diaphragm 재질은 원자력발전소 30년 기준 설계수명에 미달하였으나, VITON, EPDM, Teflon, EPR 등은 30년 이상의 충분한 설계수명을 유지한 것으로 확인되었다. 본 연구에서 적용된 내환경 검증 단계별 가속노화시험은 IEEE Std 323(전기1 급 기기검증)기준에 따라 정상적으로 시행하였다. 플라스틱과 천연고무재료와 같은 복합화합물은 열화가 진행되는 동안 재료의 노화에 따른 파 단현상이 항복점에 도달하면 점차 균열현상이 일어날 수 있다는 것을 Nitrile Diaphragm 실증시험과 제작사 재질 변경정보를 통해 확인할 수 있었다.
- 열중량분석(TGA : Thermogravimetric Analysis)에 의한 시험방법을 이용하여 시편의 열분해에 따른 질량변화를 통계학적인 Ozawa법으로 활성화에너지 산출에 적용하였다. Table 2는 내환경검증을 위한 비금속재료의 노화 시험 전, 후의 활성화에너지값을 비교한 것이다.
- 열적 가속 노화시험은 공기 순환식 대형 전기 가열로에서 온도 및 시간 조건에서 가열하였다. 온도 및 시간은 검증수명에 해당하는 열적 노화 감쇠를 시뮬레이션하기 위해 적용되는 아레니우 스 기법으로 산출하여 가속하였다. 열적 가속노화 시험은 정상 사용수명 기간 동안 사용 가능하도록 가속열화 시간을 계산하였으며, 실시간 노화 상태를 감시하였다.
성능/효과
- 많은 활성화에너지 데이터베이스가 있지만, 특정한 재질이나 원하는 온도범위에서의 열화 진행구조에 적용할 만한 자료는 찾기가 쉽지 않다. 결과적으로, 분석자들은 가장 적절하다고 생각되는 자료들을 보수적으로 가장 낮은 활성화에너지 값을 선정하고 있으며, 일반적으로 인용되는 활성에너지의 보수적 값은 0.5 eV 정도로 알려져 있다.6)
- Table 2는 내환경검증을 위한 비금속재료의 노화 시험 전, 후의 활성화에너지값을 비교한 것이다. 내환경검증시험 전, 후 활성화에너지값 변화추이를 분석한 결과 노화시험이 진행될수록 활성화에너지값은 큰 변화 추세를 보이지 않았다. 그러나 Nitrile과 같은 합성고무는 내유성 및 연신율은 뛰어나지만 항복강도 이후에는 노화가 진행됨에 따라 연신율이 점차 감소하여 균열을 일으킨다는 점에 유의할 필요가 있다.
- 2,3) 그리고 비금속기기 표준시편 5종에 대한 내환경검증 단계별 노화시험을 거쳐 시편의 노화 특성변화 및 상태를 분석하였다. 비금속부품 5종에 대한내환경검증을 위한 단계별 노화시험 결과 Nitril 재질은 원자력발전소 평균 설계수명 30년에 미달하였으며, EPDM, Teflon, Viton, EPR 등은 30년 이상의 설계수명을 보유한 것으로 확인되었다.
- 비금속부품 표준시편 5종에 대해서 노화시험 수행 전, 후의 활성화에너지값을 분석한 결과, Nitrile Diaphragm 재질은 원자력발전소 30년 기준 설계수명에 미달하였으나, VITON, EPDM, Teflon, EPR 등은 30년 이상의 충분한 설계수명을 유지한 것으로 확인되었다. 본 연구에서 적용된 내환경 검증 단계별 가속노화시험은 IEEE Std 323(전기1 급 기기검증)기준에 따라 정상적으로 시행하였다.
- 비금속재료 시편 5종에 대한 내환경검증을 시험기준인 미국 전기전자학회 규정(IEEE 323)에 따라 위의 Fig. 2부터 Fig. 8에서 보여준 내용과 같이 내환경검증 Full Scope시험을 수행한 결과 적용시편 5종 모두 시험단계별 노화 및 성능시험 기준을 만족하였으나, 성능시험 종료 후 최종검사 단계에서 Fig. 9의 최종검사에서와 같이 Nitrile Diaphragm 표면에 Crack이 발견되었다. 이의 원인은 열적가속 및 DBE환경 노화시험 단계에서 Nitrile Diaphragm의 작동성시험에 가해지는 누적된 피로 노화현상으로 확인되어 Crack 자국의 형상 및 크기가 주어진 검증 수명기간에 부적합한 것으로 판정하였다.
- 0×106 Rad/h를 초과하지 않는 범위 내 에서 수행하였다. 사고시의 누적 방사선조사선량 은 사고환경 1년을 기준으로 시험 여유도 10%를 포함하여 충분한 마진을 확보하였다. Fig.
- 9의 최종검사에서와 같이 Nitrile Diaphragm 표면에 Crack이 발견되었다. 이의 원인은 열적가속 및 DBE환경 노화시험 단계에서 Nitrile Diaphragm의 작동성시험에 가해지는 누적된 피로 노화현상으로 확인되어 Crack 자국의 형상 및 크기가 주어진 검증 수명기간에 부적합한 것으로 판정하였다. 본 연구를 통해서 비금속시편의 노화에 따른 활성화에너지값 변화 추이분석은 최초의 내환경검증 적용시험을 위해서 일반 산업계에서 적용하고 있는 Table 1의 System-1000DB 자료를 기준으로 시편의 활성화에너지값을 적용하였으며, 내환경검증에 따른 노화시험 후에 Table 2의 열중량분석법(TGA)에 의한 활성화에너지 실증시험값을 비교·분석하였다.
- 14까지 보여준 내환경검증 시험 후 활성화에너지값 변화 추세를 분석한 결과, 내환경검증 시험단계별 노화진행에 따른 시편의 활성화에너지값 변동은 크게 변화되지 않는 것으로 나타났다. 즉 정상 및 사고 방사선 노화, 열적가속노화, DBE환경 노화 및 노화 후의 최종 성능시험 등단계별 시험결과 모두 내환경검증 환경조건에서 주어진 수명시험에 만족한 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 적용된 내환경 검증 단계별 가속노화시험은 IEEE Std 323(전기1 급 기기검증)기준에 따라 정상적으로 시행하였다. 플라스틱과 천연고무재료와 같은 복합화합물은 열화가 진행되는 동안 재료의 노화에 따른 파 단현상이 항복점에 도달하면 점차 균열현상이 일어날 수 있다는 것을 Nitrile Diaphragm 실증시험과 제작사 재질 변경정보를 통해 확인할 수 있었다. 이는 주기기에 조합된 비금속부품 선정은 능동 및 피동 기구 특성에 맞는 중합된 고분자물 질을 선정하여 설계 수명기간 동안 반복적 사이클 노화 스트레스를 충분히 극복해야 한다는 것을 본 내환경검증 수명평가 시험을 통해 인식하게 하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.