신고리 호기안전등급저압케이블 전력용 기기검증 수행결과에대한기술검토보고서 검토분야 신고리 호기안전등급저압케이블 전력용 기기검증수행결과에대한 적합성검토 검토요건 가 원자력안전법제조 운영허가 나 원자로시설등의기술기준에관한규칙제조 성능검증부품의사용 다 라 마 바 경수로형원전안

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정익 계
6 years ago
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1 붙임 기술검토보고서 제 목 : 신고리3,4호기안전등급저압케이블 (600V 전력용 ) 기기검증수행결과 검토자 : 계측전기평가실 장홍석 계측전기평가실 이길수 계측전기평가실 박현신 계측전기평가실 지성현 계측전기평가실장 정충희 계통평가실 김위경 계통평가실장 민복기 확인자 : 신고리3,4PM 조영식 원자력심사단장 성게용 검토기간 : ~

2 신고리 호기안전등급저압케이블 전력용 기기검증 수행결과에대한기술검토보고서 검토분야 신고리 호기안전등급저압케이블 전력용 기기검증수행결과에대한 적합성검토 검토요건 가 원자력안전법제조 운영허가 나 원자로시설등의기술기준에관한규칙제조 성능검증부품의사용 다 라 마 바 경수로형원전안전심사지침부록 안전등급 케이블및현장이음의내환경검증검토를위한보완지침 검토의견 가 개요본검토는신고리 호기안전등급 전력케이블이 과 요건에따라정상환경조건과설계기준사건 의환경조건에서 년검증수명을입증하는내환경검증및화염시험의적합성을확인하기위한것이다 기기검증보고서는케이블공급사인 이하 사가내환경검증및화염시험을수행한후작성하였고 사업자는동보고서를계통설계사인한전기술 주 을통해적합성을평가한후승인하였다 이와같이사업자에의해승인되어제출된기기검증보고서에대한세부검토의견은아래와같다 - 1 -

3 나 세부검토의견원자로건물내에설치되는안전등급 전력케이블은설계기준사고 예 이하 발생시원자로냉각재계통 안전주입계통 정지냉각계통및격납건물계통등에설치된전동기구동밸브 등의작동을위해전원을공급하는케이블이다 안전등급 전력케이블의절연재는정상운전기간및설계기준사건 발생시안전관련전기및계측기기에전원을공급하는동안전기적건전성을유지하여야하며 외피는안전관련기능을가지고있지는않으나화재에대한내화특성을지니고있어야한다 사업자가제시한안전등급 전력케이블의검증수명은 년이다 이에따라케이블내환경검증이정상및사고환경조건에서적합하게수행되었는지를확인하기위하여 차보충자료제출을요구한바있으며 사업자가제출한구매규격서 공급사기기검증계획서 공급사기기검증보고서 등을검토하였다 환경시험조건의적합성 안전등급 전력케이블의내환경검증시험은원자로건물내부에서 년 간의정상환경조건과설계기준사건의환경조건에서케이블의성능이유 지됨을확인하기위한시험이다 이에따라케이블내환경시험이원자로건 물내부의 년정상환경조건과 환경조건을만족하도록수행되었 는지를검토하였다 표 케이블의사용환경과 환경시험조건 총누적방사선량 1) MSIV : Main Steam Isolation Valve( 주증기격리밸브 ) 2) MSLB : Main Steam Line Break( 주증기배관파단 ) - 2 -

4 검토결과 상기표 과같이공급사 시험조건의온도 압력 방사선 운전시간등이신고리 호기안전등급 전력케이블에대한구매규격서및최종안전성분석보고서 절에제시된사용환경조건을만족한다 모의시험은 에따라이중첨두 이력곡선 을적용하였으며 이러한경우 항에따라첨두구간에별도의여유도가고려되지않음을확인하였다 따라서케이블기기검증시적용한 환경시험조건은적합한것으로판단한다 시험시편적합성 시험시편은 의요건에따라실제발전소에서사용되는케이블의 도체 절연체 필러 외피 바인더테이프 차폐및현장전선이음 등을대표할수있어야하며 시험에사용되는도체의유효길이가 보다길어야한다 시험에사용된시편은다음표 와같다 이와같이선정된비노화 및노화 시편은 의표 에제시된대표시편을따른것으로타당하다 표 대표시편사양 시편의절연재재질은 이며 완성케이블 외피재질은 로교체전의신고리 호기케이블과동일하다 따라서시험시편은실제발전소에서사용되는안전등급 전력케이블을대표할수있는적합한시편으로판단한다 열적가속노화시험적합성 시험시편은 과 요건에따라정상사용조건에서열노 화에의하여케이블이 년동안받는영향을모의하여야한다 - 3 -

5 이에따라케이블의정상사용조건에서 년수명에해당하는열적가속 노화적합성을검토한결과 전력케이블의절연재는사용온도 에서활성화에너지 를기준으로아래의방정식에따라열노화등 가시간 을도출하였으며 전력케이블외피는사용온도 에서활성화에너지 를기준으로등가시간 전력 을 도출하여열노화를수행하였다 이와같은등가시간은아래와같은아레 니우스방정식을이용하여도출하였다 사용수명 exp 이와같이도출된열노화등가시간을상기한아레니우스방정식에다시도입하면 절연재 의사용수명은 이며 전력용외피 의사용수명은 로환산되어요구되는검증수명 년 을만족하고있다 이에따라서절연재및완성케이블에대한열적가속노화는공기순환식가열로에서표 과같은온도및시간동안수행하였음을확인하였다 이와같이케이블시편에대한열적가속노화시험은적합한온도및시간조건하에수행된것으로판단한다 표 검증시편의열노화조건 - 4 -

6 방사선조사시험적합성시험시편은 과 요건에따라정상환경조건과설계기준사건 의환경조건에서방사선노화에의하여케이블이받는영향을모의하여야한다 설계기준사고방사선조사를모의하기위해비노화시편은사고방사선만큼 노화시편은정상 사고방사선만큼공기중감마방사선에시간당 요건 이하로조사되어야한다 방사선조사성적서를검토한결과 비노화및노화시편에대해다음표 와같이정상 사고방사선량을동시에조사하였음을확인하였다 표 검증시편의방사선조사현황 신고리 호기원자로건물의사고시 년누적선량최대값은 이고 년간의정상방사선조사량은 이다 여기에사고시방사선량에대한 의마진을고려하면정상 사고방사선조사허용기준은 이상이다 따라서검증시편에대한방사선조사량은허용기준을만족한다 따라서케이블시편에대한정상환경조건과설계기준사건 의환경조건에서방사선조사시험은적합한것으로판단한다 열노화및정상 사고방사선조사후케이블성능시험적합성시험시편은 요건에따라정상 사고방사선조사및열노화를종료한후실온의수돗물에침수시킨상태에서 의교류전압으로 분동안침수내전압시험을수행하여합격해야한다 또한절연저항 측정을통한케이블절연재의절연건전성을확인하기위해 로 분간실측을통해측정된절연저항값은 Ω 이상이어야한다 검토결과 공급사는열노화및방사선조사를종료한이후에노화시편과비노화시편을실온의수돗물에침수시킨상태에서표 와같이 - 5 -

7 교류전압을인가하여동시편이 분동안절연내력을적합하게유지하였음을확인하였다 이때인가한전압은시편두께를고려하여설정된것으로 의허용기준이상 을만족한다 또한 모든시편의절연저항측정값도최소 시편 으로허용기준을만족한다 따라서열노화및정상 사고방사선조사후케이블성능은적합한것으로판단한다 표 열노화및정상 사고방사선조사후케이블내전압시험결과 모의시험중시험조건및전기적기능시험적합성시험시편은 과 요건에따라 환경에따른온도 압력 습도및화학살수에노출되는동안정격전압에서부하운전하면서성능이유지됨을입증하여야한다 검토결과 절연재시편 및완성케이블비노화시편은 일 환경시험을수행하였으며 완성케이블노화시편은 일 환경시험을수행하였다 완성케이블노화시편에대한 일 모의시험은절연재와외피간유해상호작용 이없음을입증하기위한양립성 확인의일환으로수행하였다 모의시험은 에따라이중첨두 이력곡선 을적용하였으며 이러한경우적용되는 항에따라첨두온도와첨두압력구간에별도의여유도를고려하지않았음을확인하였다 또한 일및 일 모의시험은이력곡선상의 일 및 일 이후구간을아레니우스방정식을이용하여가속열화하는방법으로시험을수행하였음을확인하였다 이에대한적합성검토결과는다음과같다 가 절연재시편 및완성케이블비노화시편에대한 일 환경시험조건및이력곡선적합성평가결과 온도및시간 첨두온도와아레니우스방법 - 6 -

8 을이용한시간및온도의등가면적을검토한결과 첨두온도는시험이력곡선이신고리 호기요구이력곡선을포락하였으며 시험등가면적은신고리 호기요구이력곡선의 배이상으로만족함을확인하였다 압력 시험중첨두압력은 이상으로신고리 호기요구첨두압력 를만족함을확인하였다 화학살수 붕산수가 환경시험중 으로살수되어신고리 호기 제절에제시된살수요건을만족하였다 나 완성케이블노화시편에대한 일 환경시험조건및이력곡선적합성평가결과 온도및시간 첨두온도와아레니우스방법 을이용한시간및온도의등가면적을검토한결과 첨두온도는시험이력곡선이신고리 호기요구이력곡선을포락하였으며 시험등가면적은신고리 호기요구이력곡선의 배이상으로만족함을확인하였다 압력 시험중첨두압력은 이상으로신고리 호기요구압력 를만족함을확인하였다 화학살수 붕산수가 환경시험중 으로살수되어신고리 호기 제 절에제시된살수요건을만족하였다 이와같은적합한시험조건하에서수행된 모의시험중전기적기능시험결과 표 과같이각시편에정격전압과부하를인가하여케이블의성능이유지됨을확인하였다 따라서 모의시험중시험조건및전기적기능시험은적합하다 표 모의시험중전기적기능시험결과 - 7 -

9 모의시험후성능시험적합성시험시편은 요건에따라 모의시험을종료한이후에곧게펴서케이블의외경 배의금속맨드릴에다시감아실온의수돗물에침수시킨상태에서 의교류전압으로 분동안내전압시험을수행하여합격해야한다 또한절연저항측정을통한케이블절연재의절연건전성을확인하기위해 로 분간실측을통해측정된절연저항값은 Ω 이상이어야한다 검토결과 공급사는 모의시험을종료한이후에노화시편과비노화시편을실온의수돗물에침수시킨상태에서상기한표 의전압을케이블시편에인가하여동시편이 분동안절연내력을적합하게유지하였음을확인하였다 이때인가한전압은시편두께를고려하여설정된것으로 의허용기준이상 을만족한다 또한 모든시편의절연저항측정값도최소 시편 으로서허용기준 Ω 을만족한다 따라서 모의시험후시험케이블은 년정상환경조건과설계기준사건 의환경조건에서적합하게성능을유지한것으로판단한다 모의시험중이상상황 처리적합성가 일 모의시험중이상상황처리적합성절연재시편 및완성케이블비노화시편에대한 모의시험중에총 건의시험이상상황이발생하였다 공급사는각이상상황에대해서 이상발생내역 및 조치사항 등을포함하는 시험이상상황보고서 를작성하였다 각이상상황에대한제작자의조치사항을검토한결과 표 에기술한바와같이각각의이상상황을적절하게해소하였음을확인하였다 - 8 -

10 표 일 모의시험중제작자의이상상황처리에대한타당성검토결과 - 9 -

11 나 전력용완성케이블 일 모의시험이상상황처리적합성전력용완성케이블에대한 모의시험중에총 건의시험이상상황이발생하였다 공급사는각이상상황에대해서 이상발생내역 및 조치사항 등을포함하는 시험이상상황보고서 를작성하였다 각이상상황에대한제작자의조치사항을검토한결과는아래표 에기술한바와같다 이상상황 에대한보고서에따르면 전력용완성케이블노화시편이 환경시험이후성능시험에서 시편내의총 개도체중 개의도체번 가내전압요구조건을만족하지못했다 이때나머지 개도체는인가전압에서 분동안내전압특성을유지하였다 동시험종료후육안점검결과내전압특성을유지하지못한도체 번 의내측에 개의핀홀이발생하였음을확인하였다 공급사는이의원인을 모의시험후내전압시험준비중시편을고정하는과정에서부주의한시편취급에의해해당도체번 에기계적손상이발생하였기때문인것으로규명하고 나머지 개도체는정상적으로내전압시험에합격하였으므로 절 에의거별도시정조치없이본시험결과가적합한것으로판정하였다 이의적합성을확인하기위하여심사질의를통하여보충자료를요구하였으며 한수원은본사안에대한원인규명을위해공급사가추가적으로수행한모의시험결과와동 처리에대한 표준위원회위원장의자문의견등을추가제출하였다

12 이에대해검토한결과 환경시험후내전압시험중전력용완성케이블의노화시편에발생한핀홀은내전압시험준비중의취급부주의에의한손상이원인인것으로판단된다 따라서본이상상황 을 절을적용하여처리한것은적합한것으로평가한다 이와관련한세부검토사항은아래와같다 동전력용완성케이블 외피 절연재 에서외피를제거하여절연재만으로제작한절연재시편 에대해별도로수행한검증시험 내전압시험포함 은기합격하였다 절연재시편은절연재환경 을기준으로가속열화 일 하기때문에외피환경 을기준으로가속열화 일 한완성케이블시편보다가혹한환경으로열화되어시험되었음을확인하였다 완성케이블시편에대한검증시험은외피와절연재간의상호영향을확인하는데목적을두고있으며 외피와절연재간의상호작용에의해절연재재질이퇴화 되었다면 내전압시험중다수의도체에서절연파괴현상이발생하는것이일반적이다 그러나본시험에서는 시편의 번도체에서만단한군데핀홀이발생하고 그외 개도체는정상적인절연성능은유지하였다 따라서외피와절연재간의상호작용에의한절연재퇴화가발생하지않은것으로판단한다 별도제출된관련사진및동영상을통해 환경시험후내전압시험준비중해당도체에물리적인손상이발생하였음을추정할수있는시험자의행위를확인하였다 즉 취급부주의에의한이상상황의발생가능성이높은것으로판단된다 공급사가추가적으로수행한모의시험사례에따르면 내전압시험중발생하는절연파괴가절연재재질의불량이라면그부위는케이블외측에서발생하며그모양도핀홀형태가아닌 형태로나타남을다음과같이확인하였다 모의시험은절연재를정상환경보다가혹한환경을기준으로가속열화한시편을이용하였으며 그결과 절연파괴형상이케이블외부둘레측에 형태로발생하였다 이것은절연재재질의퇴화

13 에의해발생한절연파괴현상인것으로판단된다 즉 열적노화 방사선노화또는설계기준사고에의해절연재퇴화가진행되면절연재는탄성을잃게되고 환경시험이후굽힘시험시힘을가장많이받는절연재외부둘레측부터 이발생하였기때문인것으로판단된다 반면 완성케이블노화시편 의절연손상은케이블내부둘레측에 단하나발생하였으며그모양도핀홀형태였다 사업자가추가로제출한공급사의전력용완성케이블검증보고서 에대한자문보고서에따르면 표준위원회위원장 은동보고서내의이상상황 에대한공급사의처리에동의하고있다 는동이상상황이절연재재질의퇴화에따른공통유형고장에의해발생한것이아니라내전압시험준비중부주의한취급에의한물리적인손상으로인해발생한것이기때문에공급사의처리는 를적합하게적용하였으며미국의산업관례와부합하는것으로평가하였다 따라서본이상상황은케이블자체의물리적결함이아니라취급부주의에의해발생된결함이라고판단되며 제작자의이상상황처리는적합한것으로판단한다 표 시편의 일 모의시험과정의이상상황처리에대한타당성검토결과 3) Mr. John L. White 는안전등급케이블의기기검증에대한세부기술기준을제시하는 IEEE 383 과관련한워킹그룹 (WG Working Group on Cables and Splices) 의현의장임

14 표 시편의 일 모의시험과정의이상상황처리에대한타당성검토결과

15 다 화염시험수행결과의적합성신고리 3,4호기안전등급 600V 전력용케이블기기검증과정에서수행된화염시험은다음과같다. - Vertical Tray Flame Test(VTFT): 7 Core #14AWG - Vertical Flame Test(VFT): 1 Core #14AWG 화염시험과관련하여신고리3,4호기에는 Reg. Guide 1.131이적용되며, Reg. Guide 1.131에서 IEEE 를준용하고있다. 화염시험에는 IEEE 에서요구하는바와같이노화및비노화케이블을사용하였다. VTFT에서는 Reg. Guide 1.131에제시된바와같이공기와프로판가스의유량을각각 139 및 28 ft 3 /h 정도로유지하여화염시험에필요한열량 (70,000 BTU) 을공급하였다. VTFT 결과케이블의탄화거리가 6 ft 미만으로유지되었으므로판정기준을만족하였다. VFT 결과도화염지속시간이 60초이내로유지되어판정기준을만족하였다. 따라서신고리 3,4호기안전등급 600V 전력용케이블기기검증과정에서수행된화염시험은적합한기준에의거하여시험이수행되었으며, 시험결과도판정기준을만족하고있으므로화염시험과관련된신고리 3,4호기안전등급 600V 전력용케이블기기검증결과는적합하다. 결론 신고리 호기안전등급 전력케이블에대하여 과 의요건에따라정상사용조건및 모의조건에서케이블환경시험이적합하게수행되었는지를검토하였다 검토결과 전력케이블의절연재와완성케이블의기기검증내환경시험환경조건은신고리 호기정상사용조건과설계기준사건 의환경조건에만족하고 정상사용조건및설계기준사건환경에서의검증시험이적합하게수행되었고 기준에서요구하는성능도만족함을확인하였다 또한 화염시험도관련요건에따라시험이적합하게수행되었으며, 시험결과도판정기준을만족하고있음을확인되었다. 따라서신고리 호기안전등급 전력케이블의 년기기검증결과는관련요건에적합하다

16 참고문헌 가 신고리 호기최종안전성분석보고서 절기계및전기기기의내환경검증나 다 라 마 스플라이스 바 스플라이스 사 아 전기 급기기검증 자 전기 급케이블및접속부형식시험 차 카 타 파 신고리 호기종합설계용역 안전급케이블 방사선환경인자관련검토요청 문서번호 하 케이블및단말처리 거 너 끝

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- 2 - - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - 가 ) 가 ) 가 ) 가 ) - 10 - - 11 - 길이 피시험기기 주전원 절연지지물 케이블지지용절연물 접지면 발생기 - 12 - 길이 가능한경우 절연지지물 절연지지물 접지면 전자계클램프 감결합장치 - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - - 17 - - 18 -