가속 열화된 원전 케이블의 화재 안전성 평가 : 열성장지수와 회귀분석 기법의 적용

국문 초록 (Abstract)

연구목적: IEEE 383과 같은 원자력발전소(원전) 케이블의 표준 화재 안전성 시험은 신품을 대상으로 하므로, 장기 운영에 따른 열화가 난연성능에 미치는 영향에 대한 지식 공백이 존재한다. 본 연구는 가속 열화를 통해 장기 사용된 원전 케이블의 화재 안전성능 변화를 정량적으로 분석하고, 이를 평가할 새로운 지표를 개발하는 것을 목적으로 한 다. 연구방법: 안전등급 케이블 2종(A: XLPE, B: EPR/CSPE)에 대해 아레니우스 모델을 적용하여 최대 40년 등가 수 명에 해당하는 가속 열화를 수행하였다. 이후 IEEE 383 수직 화염 시험으로 난연성능을 평가하였으며, 화재 거동을 정량화하기 위해 화원으로부터 특정 거리에서의 최대 온도상승률(°C/s)로 정의되는 새로운 열성장지수(TEGRA)를 제안하였다. 연구 결과: 가속 열화는 케이블의 난연성능에 유의미한 영향을 미쳤으며, 그 영향은 케이블 종류에 따라 다르게 나타났다. 제안된 열성장지수는 평균 탄화 길이를 예측하는 유의한 변수임이 확인되었다. A 케이블의 회귀 모델은 가속열화온도에 의해 높은 설명력(R2>0.6)을 보인 반면, B 케이블 모델의 설명력은 상대적으로 낮아(R2= 0.313) 후자의 열화 거동이 더 복잡함을 시사했다. 결론: 본 연구는 기존 화재 안전성 표준이 경년 열화된 원전 케이블 의 위험성을 충분히 반영하지 못할 수 있음을 실험적으로 입증하였다. 제안된 열성장지수는 성능 기반의 화재 안전 성 평가를 위한 새로운 정량적 지표로서의 가능성을 제시하며, 원전의 경년 열화 케이블에 대한 보다 현실적인 화재 안전성 평가 기준 수립과 상태 기반 유지보수(CBM) 전략 개발의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose: This study aims to establish a database of heat release rates of electrical cabinets that can be utilized for severity estimation for NPP fire risk assessment. Methods: For this purpose, fire scenarios were derived based on the specificity of the cabinet shape (volume, opening, combustibles, etc.), and for the design of the electrical cabinet fire test, a cone calorimeter test for combustibles selection and a cable vertical fire spread test for fire source calorific value selection were performed. Results: Based on the developed test method and selected fire scenarios, a Heat Release Rate (HRR) database for domestic nuclear power plant electrical cabinets was established, and its reliability was verified through FDS. Conclusion: The established electrical cabinet heat release rate DBs are applied as severity estimation factors for NPP fire risk assessment. In the future, a database covering all electrical cabinet fire scenarios is planned, and a follow-up study will be conducted to develop a technique to quantitatively estimate the fire severity of domestic electrical cabinets. These studies are expected to contribute to improving the accuracy and reliability of fire safety assessments for nuclear power plants.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT
• 요약
• 서론
• 본론
• 시험 시편
• 가속 열화 시험 장비 및 절차
• 화염 시험 및 데이터 수집
• 통계 분석
• 결과
• 가속 열화에 따른 탄화 길이 변화
• 열성장지수 분석
• 회귀분석 결과
• 독립표본 t-검정 결과
• 고찰
• 케이블 종류에 따른 열화 및 연소 거동의 차이
• 낮은 결정계수(R2)의 해석: 복잡성과 변동성의 증거
• 열성장지수의 유효성과 한계
• 결론 및 향후 연구
• 결론
• 향후 연구 제안
• Acknowledgement
• References