광케이블 이격 및 기기검증 요건에 관한 규제방향

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1 광케이블 이격 및 기기검증 요건에 관한 규제방향
KINS 계측전기평가실 이길수

2 Contents Introduction IEEE 384 개정 - 광케이블 이격 IEEE 1682 제정 - 광케이블 기기검증 광케이블 이격 및 기기검증에 관한 규제방향

3 10CFR50.55(h) Protection Systems
I. Introduction 안전등급 전기기기 독립성 요건(IEEE 384) 10CFR50.55(h) Protection Systems & Safety Systems 10CFR50 App. A GDC 17,21,22 원자로시설 등의 기술기준에 관한 규칙 제24조(전력공급설비) IEEE IEEE 규제기준 (단일고장기준) 규제기준 (다중성 및 독립성) 규제지침 9.7 안전관련 전력계통의 독립성 4.6 5.6 Reg. Guide 1.75(Rev.3) IEEE KEPIC-ENB-2000(2005년) 전기 1급 기기 및 회로 독립성 IEEE 회로 및 기기내부에서 발생한 전기적 고장에 대하여 원자력산업계에서 수행한 이격 시험결과를 반영하여 개정. 2010년 2008 광케이블 이격 및 식별 1977, 1981, 1992, 2008 EMI/RFI 영향 고려

4 EQ of equipment important to safety
I. Introduction 광케이블 기기검증 요건(IEEE 1682) 10CFR50.49 EQ of equipment important to safety 원자로시설 등의 기술기준에 관한 규칙 제15조, 제40조 Reg. Guide 1.89 IEEE KEPIC-END-1100 전기 1급 기기 기기검증 IEEE IEEE 1682 IEEE KEPIC-END-3810 전기 1급 케이블 및 접속부 형식시험 제15조(환경영향 등에 관한 설계기준) 정상운전·예상운전과도·설계기준사고의 환경조건에 적합하고, 그 영향을 수용할 수 있도록 설계 - 경년열화(aging) 현상 고려 등 제40조(성능검증 부품의 사용) 원자로시설의 부품 중 원자로의 가동기간 동안 성능 유지가 필요하다고 인정되는 부품은 그 성능을 경험에 의한 방법, 해석에 의한 방법, 또는 시험에 의한 방법 중 적절한 방법으로 검증한 후 원자로시설에 설치 IEEE IEEE

5 II. IEEE 384 개정 IEEE 384 개정내용 항목 개정내용 4. 일반 독립성 기준 4.11 EMI/RFI
[전자기장해/무선주파수장해] ▪ 전기 1급 계열에서 발생한 EMI/RFI  다른 전기 1급 기기나 회로 영향 끼치지 않고, ▪ 전기 1급 회로 외부에 발생한 EMI/RFI 전기1급 기기나 회로 영향 끼치지 않아야 함 [완화조치] ▪ 접지, 저전압 기기 사용, 물리적 분리, 격리장치, 민감 기기 및 회로 차폐 혹은 EMI/RFI 차폐  IEEE 603 Annex B 4.6 Non-1E Circuits ▪ 비안전 광케이블은 안전등급 및 연계회로와의 물리적 이격 필요 無(연계회로가 아님) 5. 특정 격리 기준 5.1.2 Identification ▪ 격리가 요구되지 않는 광케이블은 Single Method 식별이 허용 광케이블은 전기적 격리라는 고유의 특성을 가지고 있으므로 전기1급 및 연계회로와 물리적 격리가 요구되지 않으며, 연계회로로 구분되지 않아도 됨. 광케이블은 격리가 요구되지 않아, 광케이블임을 인지할 수 있도록 Single Method Identification 허용되나, Channel간 구분에 대해서는 고민해야할 부분임.

6 II. IEEE 384 개정 IEEE 384 개정내용 항목 개정내용 5. 특정 격리 기준
5.1.9 Fiber-optic circuits ▪ 광케이블은 다른 광케이블이나 통전회로의 기능을 저하시키지 않음. → 고장 발생원인(Source Cable*)로서 광섬유 케이블회로에 대한 이격요건 적용 無 → 광케이블의 이격요건은 대상케이블(Target Cable*)로서 적용(최소 온도 정격 40 °C) ▪ 다중 안전등급 광케이블간, 안전등급 및 비안전등급 광케이블간 이격요건 적용 無 Separation Distances ▪ 비위험지역과 제한지역의 광케이블-통전회로간의 최소이격요건(다음 표 참조) 광케이블은 전기적 격리라는 고유의 특성을 가지고 있으므로 전기1급 및 연계회로와 물리적 격리가 요구되지 않으며, 연계회로로 구분되지 않아도 됨. 광케이블은 격리가 요구되지 않아, 광케이블임을 인지할 수 있도록 Single Method Identification 허용되나, Channel간 구분에 대해서는 고민해야할 부분임. * Source Cable: A cable carrying fault current resulting in the radiation of excessive heat Target Cable: A cable that is exposed to a source cable’s excessive heat

7 II. IEEE 384 개정 <표1> 제한적 위험구역의 최소 이격거리 구분 제어 및 계측케이블 (비위험구역과 동일) 저압 전력용 회로(2/0 AWG 이하) 중/저전압회로 (2/0 AWG 초과) 개방형 대 개방형 수평: 2.5 cm(1 in) 수직: 7.5 cm(3 in) 수평: 15.2 cm(6 in), 수직: 30.5 cm(12 in) 수평: 0.92 m(3 ft) 수직: 1.53 m(5 ft) 밀폐형 대 밀폐형 수직: 2.5 cm(1 in) 수평: 2.5 cm(1 in), 수직: 2.5 cm(1 in) 밀페형 대 개방형 수직: 7.5 cm(3 in)(Note 1) 수평: 15.2 cm(6 in), 수직: 30.5 cm(12 in)(Note1,2) <표 2> 비 위험구역과 제한적 위험구역에 대한 안전 및 비안전관련 통전회로(소스 케이블)로부터 광섬유(대상 케이블)의 최소 이격거리 구분 계측케이블 제어회로 및 저전압회로(2/0 AWG 이하) 중/저전압회로 (2/0 AWG 초과) 개방형 대 개방형 수평: 2.5 cm(1 in) 수직: 2.5 cm(1 in) 수평: 15.2 cm(6 in), 수직: 30.5 cm(12 in) 수평: 7.6 cm(3 in), 수직: 15.2 cm(6 in) (Note 3) 수평: 92cm(3 ft) 수직: 1.53m(5 ft) 밀폐형 대 밀폐형 수평: 7.6 cm(3 in), 수직: 15.2 cm(6 in) 수평: 7.6cm(3 in) 수직: 15.2m(6 in) 밀페형 대 개방형 수평: 0.92m(3 ft) 광케이블은 전기적 격리라는 고유의 특성을 가지고 있으므로 전기1급 및 연계회로와 물리적 격리가 요구되지 않으며, 연계회로로 구분되지 않아도 됨. 광케이블은 격리가 요구되지 않아, 광케이블임을 인지할 수 있도록 Single Method Identification 허용되나, Channel간 구분에 대해서는 고민해야할 부분임. Note 1: 밀폐형이 개방형 아래 설치될 경우 수직 이격을 2.5 cm(1 in)로 감소 Note 2: 개방형내 회로가 제어 및 계측회로로 제한되는 경우, 수평 2.5 cm(1 in)와 수직 7.6 cm(3 in)로 감소 Note 3: 광케이블회로가 전기케이블 아래에 위치하는 경우 적용

8 II. IEEE 384 개정 IEEE 384 개정내용 항목 개정내용 5. 특정 격리 기준
5.6 Control Switchboard 5.6.2 Internal Separation ▪ 다중 안전등급 광케이블간, 안전등급 및 비안전등급 광케이블간 이격요건 적용 無 ▪ 광케이블과 통전 케이블간의 이격요건은 앞의 표에 따름 → 이격요건을 만족하지 못하는 경우 방벽(Barrier)를 설치 5.10 EMI/RFI ▪ EMI/RFI 보호를 위한 물리적 이격는 별도의 분석/시험을 수행 6. 특정 전기적 격리 6.1.2 ▪ 예상최대과도전압, 전류 및 EMI/RFI에 의해서 격리장치의 다른 쪽 격리된 회로 작동 성능을 허용 수준 이하로 저하시키지 않는 장치를 격리장치로 사용 광케이블은 전기적 격리라는 고유의 특성을 가지고 있으므로 전기1급 및 연계회로와 물리적 격리가 요구되지 않으며, 연계회로로 구분되지 않아도 됨. 광케이블은 격리가 요구되지 않아, 광케이블임을 인지할 수 있도록 Single Method Identification 허용되나, Channel간 구분에 대해서는 고민해야할 부분임.

9 II. 광케이블 이격 광케이블 이격 기준 기존 도체케이블은 금속/합금이 사용되어 Source/Target Cable로 분류됨
 부록 B에 기술된 바와 같이, IEEE WG 6.5에서는 각 제조사 시험프로그램에 의해 평가된 내용을 바탕으로 이격 기준을 수립 광케이블의 Source Cable로 분류되지 않음  광케이블은 발화원으로써 에너지 방출 능력 無  광케이블 특성상 전기적으로 격리된 회로경로를 생성 WG 6.5 광케이블은 전기적 격리라는 고유의 특성을 가지고 있으므로 전기1급 및 연계회로와 물리적 격리가 요구되지 않으며, 연계회로로 구분되지 않아도 됨. 광케이블은 격리가 요구되지 않아, 광케이블임을 인지할 수 있도록 Single Method Identification 허용되나, Channel간 구분에 대해서는 고민해야할 부분임. 비안전등급 광케이블은 안전등급 케이블 또는 연계회로 케이블과 물리적 이격 없이 포설 한 계열의 광케이블회로와 다른 계열의 광케이블간에는 이격이 요구 無

10 II. 광케이블 이격 광케이블 이격 기준(Target Cable ↔ Source Cable(통전회로))
도체케이블은 1990년 IEEE Test Program : Source Cable 온도 활용 “Cable Separation- What Do Industry Testing Programs Show?” IEEE Transactions Energy Conversion, Sep. 1990” 광케이블은 최소 온도정격 40°C 요구되며, 이격거리 표에 따름. <표 3> 통전회로(소스 케이블)로부터 광섬유(대상 케이블)의 최소 이격거리 구분 계측케이블 제어회로 및 저전압회로(2/0 AWG 이하) 중/저전압회로 (2/0 AWG 초과) 개방형 대 개방형 수평: 2.5 cm(1 in) 수직: 2.5 cm(1 in) 수평: 15.2 cm(6 in), 수직: 30.5 cm(12 in) 수평: 7.6 cm(3 in), 수직: 15.2 cm(6 in) (Note 3) 수평: 92cm(3 ft) 수직: 1.53m(5 ft) 밀폐형 대 밀폐형 수평: 7.6 cm(3 in), 수직: 15.2 cm(6 in) 수평: 7.6cm(3 in) 수직: 15.2m(6 in) 밀페형 대 개방형 수평: 0.92m(3 ft) 광케이블은 전기적 격리라는 고유의 특성을 가지고 있으므로 전기1급 및 연계회로와 물리적 격리가 요구되지 않으며, 연계회로로 구분되지 않아도 됨. 광케이블은 격리가 요구되지 않아, 광케이블임을 인지할 수 있도록 Single Method Identification 허용되나, Channel간 구분에 대해서는 고민해야할 부분임.

11 III. IEEE 1682 IEEE 1682-2011 형식시험 IEEE 323에 기반하여 센서, 계측기, 패널 등에 사용되는
검증방법  형식시험, 운전경험, 분석:조합에 의한 방법 검증수명연장 Ongoing Qualification 노화환경 노출후 시험, 경년열화 Margin, 시험-설치/사용환경 조건 비교, 부품교체 형식시험 Sample 선정  대표시편 선정: 동일 공정, 재질, 스트레인릴리프, 구성 및 배열  동일 재질/타입의 다심 광케이블의 경우(Table A.1 Cable Families), 최소광섬유/최소두께 ~ 최대광섬유/최대두께*의 시편을 포함 IEEE 323에 기반하여 센서, 계측기, 패널 등에 사용되는 광케이블, 접속재, 광스플라이스에 대한 검증요건 동일 재질/타입의 다심 광케이블의 경우(Table A.1) – Core Diameter, Cladding diameter, Numerical aperture(입사각 결정요소), 제조종전, 광섬유구성, 코팅재질, 코팅프로세스 *두께: 두께는 모든 층의 두께를 포함

12 III. 광케이블의 기기검증 형식시험 Sample 선정(2) 시험순서
 광섬유가 10개 미만인 경우, 모든 광섬유에 대하여 시험을 수행하고 Type별로 10개 이상의 독립된 측정점을 선정할 수 있도록 Sample 선정 시험순서 방사선 조사 중/후 온도 상승에 따라 신호감쇄가 감소하므로 열적노화 이후에 방사선노화가 보수적 사용조건의 Optical Power 미만 인가 시편은 3m 이상, 재료의 노화 특성을 대표하고 노화이후 시험이 가능한 최소길이 사용조건의 최소 반경으로 최소 한번 시편을 감음 아레니우스 공식에 따른 가속열화/사용조건의 최고습도 Thermal Cycle: 열적노화전/열전노화후 펴고 감은다음, 밝기/유연성/크랙을 관찰 육안으로 크랙/쪼개짐 등이 없어야 함 열적노화 방사선노화

13 III. 광케이블의 기기검증 형식시험 시험순서 DBE Post-DBE Test 각 광섬유 Type별로 4개의 시편이 요구됨
Un-aged/Thermally Aged/Thermal+Radiation Aged/Radiation+Thermal Aged LOCA 시험의 경우 방사선/온도,습도 조건을 동시에 모의할 수 없으므로, 방사선 조사후 LOCA 온도, 습도 Set/LOCA 온도,습도 조건후 방사선 조사 Set LOCA 환경 중에 노화케이블의 모든 광케이블의 신호감쇄는 측정 사용조건의 최소 반경으로 최소 한번 시편을 감음 DBE LOCA: 온도, 압력, 화학살수 Seismic Test: Connection assembly 시험종료후 펴고 감은다음, 밝기/유연성/크랙을 관찰(진동내력 및 유연성 유지) 육안으로 크랙/쪼개짐 등이 없어야 함 심호감쇄값이 초기값을 비교하여 허용기준을 넘지 않아야 함 사용조건의 최소 반경으로 최소 한번 시편을 감음 Post-DBE Test

14 III. 광케이블의 기기검증 형식시험 Normal & Mild 환경 화염시험(IEEE 1202-2006)
산업계 표준(IEC, ICEA) 등에서 요구하는 상세 요구기준을 만족하는지를 입증 정상 및 온화한 환경의 방사선 조사량에 따라 광케이블의 노화가 보이는지를 고려  If 광케이블 노화 존재, 정상 방사선 노화 후 성능입증 IEEE 과 동일하게 IEEE 년판에 따름 각 Type별로, ①최소지름+Un-aged ②최대지름+Un-aged ③최소지름+Aged ④최대지름+Aged 정상사용조건의 열적/방사선 노화시편

15 IV. 광케이블 이격 및 기기검증에 관한 규제방향
광케이블 이격 규제방향 광케이블회로에 대한 이격 요건은 광케이블회로가 Target Cable인 경우  IEEE Std , 항을 만족 광케이블은 Simple Method 식별이 허용 EMI/RFI 보호를 위하여 물리적 이격이 필요한 경우, 분석 및 시험 등을 통하여 적정 이격거리를 설정(IEEE 603 Annex B) 광케이블 기기검증 규제방향 IEEE Std 적용 검토  Normal & Mild 환경조건의 광케이블, DBE 환경조건의 광케이블 광케이블은 전기적 격리라는 고유의 특성을 가지고 있으므로 전기1급 및 연계회로와 물리적 격리가 요구되지 않으며, 연계회로로 구분되지 않아도 됨. 광케이블은 격리가 요구되지 않아, 광케이블임을 인지할 수 있도록 Single Method Identification 허용되나, Channel간 구분에 대해서는 고민해야할 부분임.