열 및 방사선 열화에 따른 원자력발전소용 난연성 케이블의 연소 및 독성가스 배출 특성에 관한 실험적 연구 :An Experimental Study on the Combustion and Toxic Gas Emission Characteristics of Flame Retardant Cables for Nuclear Power Plants according to the Thermal and Irradiation Degradation

김민호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김민호 (인천대학교, 인천대학교 대학원)

지도교수: 이민철

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

열 및 방사선 열화에 따른 원자력발전소용 난연성 케이블의 연소 및 독성가스 배출 특성에 관한 실험적 연구

김민호 안전공학과 2022.01 학위논문

2019

원자력발전소용 안전등급 케이블의 열화기간에 따른 화재안전성 분석

김민호 , 장은희 , 이석희 외 3명 KOSCO SYMPOSIUM 논문집 2019.11 학술대회자료

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본 연구에서는 원자력발전소에서 사용되는 난연성 케이블인 비안전등급 케이블 2종과 안전등급 케이블 1종에 대해서 열 및 방사선 열화에 따른 연소 및 독성가스 배출 특성을 조사하였다. 열 및 방사선 열화는 가속열화 방법을 통해 재현하였다. 연소 및 독성가스 배출 특성은 콘 칼로리미터-FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 시험 및 NES 713 시험을 통해 분석하였다. 열 열화에 따른 화재 특성 비교 시, 열 열화가 진행됨에 따라 초기 열 방출의 위험도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 케이블 내 휘발성 물질이 열 열화가 진행될수록 증발되었기 때문으로 추정된다. 그러나, 중기, 말기의 열 방출 위험도는 열화기간이 증가함에 따라 증가하였는데 이는 열 가속열화 과정에서 케이블의 난연성능의 저하로 인하여 char layer의 형성이 불안정해져 절연재의 열분해 및 연소로 이어진 것으로 판단된다. 또한, 독성가스 배출 특성의 경우, CO, CO2, HCl 3가지 가스가 열화에 따른 변화가 가장 두드러졌다. 특히, CO 가스는 열화 케이블이 비열화 케이블보다 약 2배 높게 측정되었으며, HCl 가스는 20년 이상의 열화 케이블에서 값이 급격하게 감소됨을 확인하였다. 방사선 열화 및 열 열화에 따른 화재 특성 비교 시, 방사선 조사에 따른 난연제의 성능 저하로 인하여 방사선 조사 케이블에서 더 높은 열 방출 및 질량 감소를 확인하였다. 그러나, 방사선 조사 케이블의 열 열화기간에 따른 뚜렷한 차이는 없었으며, 열 열화에 따른 난연성능 저하보다는 방사선 조사에 따른 난연성능의 저하가 두드러짐을 확인하였다. 독성가스 배출 특성의 경우, 모든 케이블에서 CO 가스가 치사농도 이상으로 측정되었다. 피복재의 경우, 방사선 열화 케이블의 HBr 방출량은 비방사선 열화 케이블보다 적었으나, 절연재에서는 HBr과 HF 방출량이 방사선 열화 및 열 열화 케이블에서 더 증가하였다. 이러한 시험 결과를 활용하여 케이블 화재로 인한 독성물질 방출량을 예측하여 대피절차서에 반영하거나 독성물질 제한을 위한 케이블 안전 기준을 수립하는 방법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 향후 연구에서는 화재 시뮬레이션 및 코드 개발 시 화재 전파 시나리오에 필요한 케이블 화재 특성에 대한 기초자료로 활용될 수 있도록 케이블 재료에 따른 데이터베이스 구축을 수행할 예정이다.

In this study, the combustion and toxic gas emission characteristics of two types of non-class 1E cables and a class 1E cable, which are flame-retardant cables used in nuclear power plants, are investigated according to thermal and irradiation degradation. Thermal and irradiation degradation are reproduced through the accelerated aging method. The combustion and toxic gas emission characteristics are analyzed via the cone calorimeter-FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) and NES 713 test. When comparing fire characteristics according to thermal degradation, the risk of heat release at early stage tends to decrease as thermal degradation progresses. This is because the volatile components in the cables evaporate as thermal degradation progresses. However, the risk of heat release at mid-late stages increase as thermal degradation progresses. It can be judged that as the thermal degradation progresses, the flame-retardant performance deteriorates. This caused the unstable formation of char layer, thereby generating constant pyrolysis and combustion of insulation. In addition, in the case of toxic gas emission characteristics, the three gases, CO, CO2, and HCl, show the most noticeable change according to thermal degradation. In particular, the CO values of aged cables are measured to be approximately twice higher than non-aged cable. The HCl rapidly decrease in the beyond 20-year aged cables. When comparing the fire characteristics according to irradiation and thermal degradation, higher heat emission and mass loss are confirmed in the irradiated cable due to the deterioration of the flame-retardant performance according to irradiation degradation. However, there are no significant differences of the irradiated cables according to the thermal aging period, and it is confirmed that the deterioration of the flame-retardant performance due to irradiation degradation is more pronounced than the deterioration of the flame retardant performance due to thermal degradation. In the case of toxic gas emission characteristics, CO is measured above critical factor in all cables. In the case of sheath, HBr emission of irradiated cables is lower than that of non-irradiated cable. However, HBr and HF emission of insulation increased more in irradiation and thermal degradation cables. Through these test results, it is expected that it can be reflected in the evacuation procedure in consideration of the emission of toxic gases in cable fire or suggested a method for establishing the safety codes and standards of cable for limiting toxic gases. In future research, we will aim to build a database according to cable materials so that it can be used as basic data on the cable fire characteristics required for fire propagation scenarios when developing fire simulations and codes.

#안전등급 케이블 #비안전등급 케이블 #가속열화 #연소특성 #독성가스 #콘 칼로리미터-FTIR 시험 #NES 713 시험 #원자력발전소

국문초록…………………………………………………………………………………… i
목 차…………………………………………………………………………………… iii
표 목 차…………………………………………………………………………………… iv
그림목차…………………………………………………………………………………… v
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 필요성 1
1.2 연구 동향 3
1.3 연구 내용 및 목적 5
제 2 장 시험 재료 및 방법 7
2.1 시험 재료 7
2.2 가속열화 방법 9
2.2.1 방사선 가속열화 방법 9
2.2.2 열 가속열화 방법 9
2.3 콘 칼로리미터-FTIR 시험 방법 15
2.4 NES 713 시험 방법 17
제 3 장 시험 결과 및 고찰 20
3.1 케이블 연소특성 분석 20
3.1.1 비안전등급 케이블 A, B 연소특성 20
3.1.2 안전등급 케이블 연소특성 28
3.2 케이블 독성가스 배출 특성 분석 35
3.2.1 비안전등급 케이블 A 독성가스 배출 특성 35
3.2.2 비안전등급 케이블 B 독성가스 배출 특성 39
3.2.3 안전등급 케이블 독성가스 배출 특성 44
제 4 장 결 론 50
참 고 문 헌 54
Abstract 59
이 력 서 61

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