원전 전기캐비닛 모형에 장착된 전기부품의 내진성능 확인 및 동특성 검토를 위한 진동대시험

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확장요약문

지진에 의한 원전 내 전기설비의 손상 및 기능 상실은 대형 사고 예방에 심각한 문제를 발생시킨다. 따라서 지진의 발생에 따른 원전의 심각한 피해 확산 방지를 위하여 안전관련 전기설비 및 부품에 대한 내진성능 검증은 매우 중요하다. 본 연구에서는 다수의 국내 원전에서 사용되는 여러 전기부품에 대하여 장착되는 설비의 동특성과 장착 조건에 따른 증폭이 반영된 내진성능을 확인하고자 하였다. 현장조사를 바탕으로 장착 설비의 동특성을 반영한 Motor Control Center(MCC) 모형 제작 및 전기부품의 내부 장착 조건을 현장 여건과 유사하게 구현하여 내진성능시험을 위한 시험체를 구성하였다. 해당 전기부품들이 장착되는 설비의 위치를 고려하여 다수의 국내 원전 건물에 대한 Floor Response Spectrum이 모두 포락되도록 IEEE Std 344 및 IEEE Std 323에 따라 Operating Basis Earthquake(OBE) 및 Safe Shutdown Earthquake(SSE)에 대한 입력지진동을 작성하여 진동대시험을 수행하고 장착 조건 및 위치에 따른 증폭이 반영된 전기부품의 내진성능을 확인하였다. 육안검사 결과 전기부품 모두 구조적인 이상이 없음을 확인하였다. 전기부품의 내진성능은 양호하였으며 IEEE Std C37.98에 따른 전기적 기능에 대한 허용기준을 만족하였다.

입력지진동(OBE, SSE)을 기반으로 증폭 스펙트럼을 산정하여 MCC 모형에 대한 동특성을 검토하였다. 수평 방향 성분에서 MCC 모형의 공진주파수 근처에서는 높이에 따른 증폭은 선형적으로 나타났으며 30Hz 이상의 범위에서는 주파수 성분이 증가할수록 In-Cabinet Response Spectrum(ICRS)으로 대표되는 전기부품이 장착된 위치에서 응답 증폭이 더 크게 나타났다. 수직 방향 성분에서는 global mode로 대표되는 MCC 모형 최상단에서의 응답은 입력과 거의 유사하였으나 ICRS의 증폭은 주파수가 커질수록 선형적으로 더 급격히 증가하였다. 전기설비에 대한 ICRS는 local mode에 의한 거동으로 응답의 증폭이 증가하며 이러한 증폭 특성은 비교적 고주파수 성분 및 수직 방향 성분에서 더 크게 기여되는 것으로 판단하였다.

일반적으로 원전의 구조물 및 구조 부재는 고주파수 성분에 따른 손상 및 영향이 작을 수 있으나 전기설비 및 부품에는 민감할 수 있다. 따라서 국내에서 발생되는 지진의 특성과 전기설비의 ICRS에 대한 증폭 및 고주파수 영역에 대한 동특성을 고려할 때 설비 내 부품의 기능적 고장 또는 이상이 유발되는 local mode에 의한 고주파수 성분의 증폭을 저감할 수 있는 장착 방법 및 보강 방안을 적용하면 내진성능 향상에 도움이 될 것으로 판단하였다.