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고리 1호기 EQ 케이블 검증 STEP
검증완료
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I. 고리 1호기 EQ 케이블 개요
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고리 1호기 케이블 구성
영국원자력 설계회사(BRITISH NUCLEAR DESIGN & CONSTRUCTION LTD.)가 원전건
설 중 시공한 케이블
TMI 후속조치 등 설비개선으로 인해 추가된 케이블
고리 1호기 EQ 대상 케이블
10CFR50.49의 기준에 따라 3,469라인의 케이블을 안전성 케이블로 분류
EQ 대상 케이블은 안전성 케이블 중 harsh지역에 위치한 케이블이며 1,744라인으로 확정
EQ 대상 케이블은 시험보고서 확보, 시험 및 교체를 통해 검증을 완료
검증시험보고서 확보 : 172 라인
시험 및 분석에 의해 검증수명이 10년 초과 케이블 : 431라인
시험에 의해 검증수명이 10년 미만 케이블: 789라인(AMP를 통해 수명관리)
검증된 신품으로 교체 : 352라인
I. 고리 1호기 EQ 케이블 개요(1/2)
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고리 1호기 EQ 시험대상 케이블 동종 분류
케이블은 용도별로 전력케이블, 제어케이블, 계측케이블 및 특수케이블로 분류
사용기기 별로 전동기, 모타구동밸브, 공기구동밸브, 전송기 및 감지기 등으로 분류
전력, 제어, 계측 및 특수케이블 여부, 사용용도 및 설치계통, 외피에 기록된 사양 및 자켓색깔, 격납용기 내 외부 설치 여부, 케이블 공급번호 및 FT-IR 시험결과를 기준으로 분류
고리 1호기 EQ 시험대상 케이블을 아래와 같이 17종으로 최종 분류
I. 고리 1호기 EQ 케이블 개요(2/2)
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II. 시험장비 및 SOFTWARE
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1. EQ 케이블 라인 3D 추적 프로그램
케이블 정보, 내환경검증 구역정보,
케이블 트레이 정보, 케이블 path
room 및 길이 정보 조회
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▲ Portable FT-IR spectrometer
장기사용 원전에 설치된 케이블의 경우케이블 종류 구분이 어려움
케이블 표면에 적외선을 조사하여 반사되는적외선의 스펙트럼을 분석 함으로서 케이블종류파악이 가능
휴대용 적외선 스펙트럼 분석 장비를사용하면 발전소 현장에서 직접 케이블 종류판별이 가능
측정방법은 소형 Smear paper를사용하는 FT-IR과 광케이블을 이용 하는 NIR 이 있음
2. 케이블 그룹핑을 위한 적외선 스펙트럼 분석
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그림 6 . 데이터 수집그림 7 . 데이터 저장
리치움-이온 전지로 약 2년간 기기/케이블표면온도/방사선 누적량 측정
데이터 압축방법을 사용하여 데이터저장 용량을 1/200 로 축소
플레시-롬 사용으로 전원 상실시 데이터 유지가능
적외선 데이터 전송 방식 이용
PDA를 이용하여 온도 데이타 수집
Alanine-EPR 감마 방사선 조사량 모니터링tablet 보관 장치 부착
3. EQ 기기 환경온도/방사선 모니터링 장비(1/3)
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3. EQ 기기 환경온도/방사선 모니터링 장비(2/3)
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3. EQ 기기 환경온도/방사선 모니터링 장비(3/3)
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50’C에서 700’C까지 10, 15, 20’C/min으로 가열하여 중량변화를측정하는 장비
XLPE를 제외한 재질의 활성화에너지산출에 효과적임
PVC 재질의 활성화에너지 평가에 가장효과적인 것으로 알려져 있음
▲ TGA(Thermo Gravimetric Analyzer)
4. 활성화에너지 분석 장비
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전력케이블의 절연체로 많이 사용되는XLPE는 노화 년도별 연신율 특성이불연속적이라서 파단-연신율에 의한활성화에너지 측정이 어려움
폴리에틸렌의 경우 산화유도시간이 재료의산화방지능력 및 산화정도를 판정하는데중요한 역할을 함
DSC장비는 케이블 재료의 산화유도 시간을측정하는 장비임
일정량의 시료를 200ºC까지 질소
분위기에서 가열
200ºC에서 5분간 등온을 유지
산소 주입 후 산화유도시간 측정
산화유도시간은 기준선이 급격히 변화하기시작하는 시간임
5. XLPE 케이블 절연체 활성화에너지 분석
▲ Differential Scanning Calorimeter
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고온/고압 챔버에서 HELB/MSLB 조건에 따라 DBA 시뮬레이션전기 히터식 2 단 보일러 및 2단 슈퍼히터소형: 수평형, 구경 500mm 길이 1,000mm 챔버, 대형 : 수직형, 구경 1,000mm최대 300Kw 전력 공급 용량LOCA 및 MSLB 시험 가능(살수 탱크, 화학펌프 및 스프레이 노즐 보유)
6. LOCA 시험 장비
▲ LOCA test facility ▲ Large cable LOCA chamber
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▲ Big size electric Furnace ▲ 5 Stage Electric Furnace
7. 케이블 가속열화용 챔버
기기 및 케이블 시험편을 가속열화 시키는 장비
케이블의 경우 3.05m의 케이블 2 ~ 3개를 코일 형으로 만들어 가속열화
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▲ Cable Elongation Multi Tester
케이블 파단-연신율 측정 장비5개의 케이블 시편 동시 인장
파단 인장력 50kg, 최대 연신거리 40cm, 인장속도 500±50 mm/min (8.3±0.8 mm/sec)
인장시 시편 미끌림이 없도록Wedge 타입그립 설치
파단점의 연신거리 자동 측정
▲ Cable Elongation Specimen Cutter ▲ Cable Axial Cutter
8. 케이블 파단-연신율 측정 장비 및 부속 장비
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전력케이블의 절연체는 외부 온도 및전도체의 저항열에 의해 노화가 진행됨
절연체의 노화평가를 위해 전도체 저항열을측정하는 것이 필요하나 자켓 내부에 설치된절연체에 가해지는 전도체 저항열을측정하기가 어려움
본 장비는 전도체를 전열기로 가열한 후전도체, 절연체, 자켓표면, 외기온도를측정하여 관계식을 만들기 위한 장비임
본 장비를 이용하면 발전소 케이블의 자켓표면온도와 외기온도를 알면 절연체의 온도를알 수 있음
9. 전력케이블 저항열 시뮬레이션 장비(1/2)
▲ Power cable ohm heat simulator
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9. 전력케이블 저항열 시뮬레이션 장비(2/2)
▲고리 1호기 전력케이블 표면온도 ▲ 전력케이블 내 외부 온도(실험장비)
▲ 반복실험을 통해 구한 전력케이블 환경상수
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휴대용 케이블 노화기
케이블의 노화를 비파괴적으로 진단하는 장비
초소형 모타 및 PDA를 이용하여 케이블 노화에 따른 경화 정도 측정
Probe이 케이블 표면을 누를 때 가압력을 총 이동거리로 나눈 값을 모듈계수라 하며 경화정도를 의미함
두랄루민 케이싱 및 충전식 리치움-이온 전지 사용으로 소형 경량화
블루투스 무선통신 기능을 이용하여 무선 데이터 송수신
인덴터 측정값은 실험실에서 측정된 연신율-인덴터 값 비교를 통해 케이블의노화상태 평가에 활용
10. 케이블 노화상태 진단 장비(1/3)
▲ Development history of portable Cable Aging Tester
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10. 케이블 노화상태 진단 장비(2/3)
▲ PDA Screen Detail of Portable Cable Aging Tester
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10. 케이블 노화상태 진단 장비(3/3)
▲ 열화시간별 인덴터 모듈러스 특성 ▲ 인덴터를 이용한 활성화에너지 계산(예)
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III. 케이블 내환경검증 시험
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검증목표
정상운전 10년 이상 운전 후 DBA발생시 케이블 성능 요건 만족
케이블 재질에 따라 정상운전 3 ~ 7년 EQ수명으로 검증 및 On-going
qualification 수행
적용기술기준
10CFR50.49, '원자력발전소 안전성 전기기기의 내환경검증‘
IEEE323-1974, 1983, 2003, 원자력발전소 Class1E 기기의 검증
IEEE383-1974,2003, 원자력발전소 Class1E 전기 케이블의 유형시험
1. 검증목표 및 기술기준
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내환경 검증시험 절차
고리 1호기 케이블을 종류별로 분류한 뒤 대표 케이블을 선정
TGA장비를 이용하여 고리 1호기 케이블 절연체의 활성화에너지 산출
케이블을 자연열화에 해당하는 양만큼 고온에서 가속열화 실시
케이블을 정상 방사선 조사에 해당하는 양 만큼 방사선 조사
케이블 밴딩(케이블 구경의 20배) 및 물에 1시간 담군 뒤 내전압 시험(AC80V/mil)
케이블에 DBA에 해당하는 방사선 조사
케이블을 DBA 시험 챔버에 넣고 DBA시험 수행. DBA시험 중 전압/전류 가압 후
누설전류 연속측정. 절연저항은 단속적으로 측정
DBA시험 완료 후 DBA 시험 챔버에 물을 채우고 1시간 동안 담근 뒤 내전압 시
험(AC80V/mil) 수행(NUREG/CR-6384 'Literature review of environmental
qualification of safety-related electric cables' report에 따라 가동원전
케이블의경우 DBA 후 밴딩요건 면제
2. 케이블 내환경검증 시험 절차(1/2)
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2. 케이블 내환경검증 시험 절차(2/2)
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검증시험 Criteria
정상 열화 + 정상방사선 조사 후 밴딩 시험 및 내전압 시험
케이블 구경의 20배로 밴딩
1시간 동안 물에 담근 상태에서 flash 발생 혹은 누설전류 5mA 이상일 경
우 fail
DBA 시험 중 누설전류 및 절연저항
누설전류 : 5mA 이하 유지
절연저항(DC 500V 1분)
계측 케이블 : 1E7 ohm
제어 케이블 : 1E6 ohm
전력 케이블 : 1E5 ohm
3. 케이블 내환경검증 시험 합격기준(1/2)
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3. 케이블 내환경검증 시험 합격기준(2/2)
IR 허용기준 설정 근거The acceptance criteria are to be determined by the test personnel. Typically for dielectric withstand(DW), the acceptance criteria is “less than 5 miliamps of leakage current and no evidence of flashover or breakdown”. The IR acceptance criteria are often generally stated as “greater than or equal to 1 mega ohms (1E6 ohms).
IR 전압 및 시험기간 설정 근거
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Aging 전(IR측정-ED1293KG) Aging 전(내전압측정-D1293KG)
4. 케이블 내환경검증 시험 사진(1/6)
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Aging 후(IR측정-EV9027KR)
12. 케이블 내환경검증 시험(2/6)
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Normal 방사선 노출 후– 내전압시험 EV9027KR & ED1293KG
12. 케이블 내환경검증 시험(3/6)
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Normal 방사선 노출 – EV9027KR
12. 케이블 내환경검증 시험(4/6)
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Normal 방사선 노출 후– 내전압측정 EV9027KR
12. 케이블 내환경검증 시험(5/6)
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케이블 HELB 시험 HELB 시험 KINS 입회
12. 케이블 내환경검증 시험(6/6)
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IV. Thermal Lag Analysis
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배경
주증기 헤더실(J40-01) 지역에 설치된 케이블은 MSLB(40 -185℃) 검증시험에
불합격하여 전량 교체가 필요하였으나, 케이블 구매를 위한 최소기한(1년) 부족으
로 계속 운전 시작시점까지 교체가 어려웠음
케이블 교체 준비 기간 동안 케이블을 검증하기 위해 케이블 트레이를 단열재로
wrapping하여 thermal lagging을 이용한 EQ 시험 수행
Thermal lagging & EQ test
단열재 : 에어로젤(Pyrogel-6550, 6mm) 2겹
시험대상 케이블 : FE1249KR(PVC/PVC, 제어 케이블, mission time 1시간)
열 노화 ; 운전온도 40 ℃에서 방사선 조사없이 열 노화 3년
DBA 프로파일 : MSLB 프로파일에서 1시간
시험결과 : 누설전류, 절연저항 및 내 전압시험 기준치에 합격
1. Thermal lag 개요
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2. Tray wrapping & MSLB Test 사진
시험용케이블 트레이 단열재 wrapping Wrapping 후 MSLB 온도
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V. 향후 이행방안
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EQ TLAA(3) 대상 케이블 1,141라인 노화관리
352라인은 2007년 9~10월에 교체 완료
케이블 트레이 wrapping 케이블 157라인은 3년 이내에 전량 교체 필요
검증수명 10년 이내 케이블 632라인은 AMP를 통해 노화관리 필요
케이블 검증수명 만료 이전에 전량 교체
사용수명 만료 1년 전에 대표 케이블 인출 후 EQ 시험 수행(3~5년 추가 연장)
10년 후 제 2차 계속 운전을 대비하여 결정 필요
1. EQ TLAA(3) 대상 케이블 노화관리
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설계시의 온도/방사선 보수성을 감소
EQ 대상 기기 및 케이블은 온도/방사선 모니터링을 지속적으로 수행
40년 이상 케이블의 수명을 연장하기 위한 가장 경제적이고 효과적인 방안임
EQ 케이블 중 PVC 재질은 수명연장 보다 교체대상으로 관리
발전소 별 맞춤형 케이블 상태감시 프로그램 도입
상태감시 방법 적용을 위한 케이블 시편 확보 필요
기존 케이블 일부 교체 후 실험용으로 활용
비파괴적인 케이블 열화진단 방법(OIT, UT, Indent, FT-IR 등) 연구
KEPRI가 케이블 비파괴 열화진단 기술개발 과제(2007.4~2010.6) 추진 중
케이블 시편 제공 시 EQ 시험 및 비 파괴 열화진단 연구 결과보고서 제공
연구결과를 바탕으로 발전소 별 맞춤형 케이블 수명관리 프로그램 개발
2. 상태감시 기법 도입
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경청해 주셔서
감사합니다 !!!
