KR101606519B1 - 바이어스 자기장을 소거한 와전류 분포의 정량적 측정을 이용한 제어봉집합체 검사장치 - Google Patents

바이어스 자기장을 소거한 와전류 분포의 정량적 측정을 이용한 제어봉집합체 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조사유기 응력부식균열 검출용 소프트웨어를 포함한 컴퓨터로 구성되는 바이어스 자기장을 소거한 와전류 분포의 정량적 측정을 이용한 제어봉집합체 검사장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면,제어봉집합체(RCCA)에서 각각의 제어봉에 유도 전류를 여기 하는 여자기; 상기 여자기에 의하여 제어봉에 유도된 전류가 제어봉의 불균일성에 의하여 변환된 와전류의 분포를 정량적으로 측정하는 자기센서의 환형배열부; 상기 여자기와 상기 자기센서의 환형배열부가 RCCA의 구조에 따라 평판 상에 배열되도록 하는 센서부 다발부; 상기 자기센서로부터 출력하는 직류신호 또는 교류신호를 증폭하고 필터링하며, 진폭과 위상을 측정하는 신호처리회로부; 상기 신호처리회로부에 의하여 출력된 신호를 A/D변환기를 통해 변환하여 입력하는 인터페이스부; 상기 제어봉의 이동거리 또는 이동속도를 측정하여 와전류 분포를 일정한 간격으로 측정하여 표시하는 엔코더부; 및 상기 여자기와, 자기센서, 신호처리회로부, 인터페이스부 및 엔코더부를 원격으로 조정하며, 필요한 신호를 수집하고 와전류 분포를 저장, 연산처리하며, 가시화하고 해석하고 경시적인 변화를 순차적으로 보여주기 위한 소프트웨어를 구비하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어봉집합체 검사장치를 제공한다.

Description

바이어스 자기장을 소거한 와전류 분포의 정량적 측정을 이용한 제어봉집합체 검사장치{Apparatus of non-destructive testing of RCCA using quantitative measurement of eddy current without bias magnetic field}
본 발명은 제어봉집합체 검사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조사유기 응력부식균열 검출용 소프트웨어를 포함한 컴퓨터로 구성되는 바이어스 자기장을 소거한 와전류 분포의 정량적 측정을 이용한 제어봉집합체 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제어봉집합체(Rod Cluster Control Assembly 이하: RCCA)는 기본적으로 제어봉을 거미발 형태로 묶은 다발로서 제어봉 16개, 20개 또는 24개로 구성되어 있다. 이러한 RCCA는 원자로 노심의 반응도 제어 및 정지 기능을 가진 원자력발전소의 주요기기 중 하나로 건전성 확보가 매우 중요하다.
특히, RCCA는 여러 개의 제어봉 다발로 구성되어 있으며, 각 제어봉들은 피복관 외부에 마모 및 중성자에 의한 조사유기 응력부식균열(Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking) 등이 발생할 수 있다.
또한, 제어봉 건전성에 영향을 미치는 주요 결함인 접촉 마모, 슬라이딩 마모 및 원뿔 형의 엔드 팁(end tip) 부위 용접부의 균열성 결함 등을 1회 검사로 검출할 수 있는 비파괴검사 시스템이다.
그런데 코일의 임피던스 변화를 이용하는 종래의 와전류센서는 제어봉 1개당 1개 또는 2개의 코일에 의하여 구성되는 자기센서에 의하여 제어봉의 결함을 검사하게 된다. 다시 말해, 1개의 제1 코일에 의하여 코일에 유도전류를 인가하고, 결함의 존재에 기인하는 유도전류의 흐트러짐, 즉 와전류의 발생을 제2 코일에 의하여 측정하거나 제1 코일의 임피던스변화를 측정하게 된다.
결과적으로 제1 코일 또는 제2 코일의 영역에 존재하는 마모와 같은 비교적 큰 크기의 결함은 검사할 수 있으나, 조사유기 응력부식균열(IASCC)와 같은 작은 결함의 검출은 많은 어려움이 따랐다.
그리고 기존의 RCCA 검사에서 균열결함을 검출하기 위해서는 보빈 와전류센서에서 이상지시가 검출되고, 이 지시에 대해 다중배열 와전류센서로 교체하여 재검사해야 한다. 이를 위해서는 검사체를 사용 후 핵연료 저장조에서 인양, 와전류센서 교체 및 보정(calibration) 수행 등 추가 작업이 필요하였다. 따라서 작업시간 및 검사자 방사선 피폭 증가를 수반하게 되었다.
또한, 기존 RCCA 검사시스템은 16 ~ 24개로 구성된 제어봉들을 검사하기 위해 다층(3~4층)으로 된 플레이트(검사체)에 와전류센서를 이격시켜 배열하여 사용하였으나, 이는 무게 및 부피 증가에 따른 현장 작업성 저하 및 방사성 폐기물 발생을 증대시켰다.
또, 국내 제어봉은 STS304 오스테나이트계 스테인레스강 재질로서 오스테나이트계 스테인레스강은 제작 과정의 기계가공, 열처리 및 사용기간 중의 외부 충격 등에 의해서 조직의 일부가 강자성체로 변화될 수 있었다.
따라서, 국부적으로 투자율이 200 ~ 300배 정도 크게 될 수 있으며, 종래의 와전류 탐상법에 의하여 자성체의 존재를 결함의 존재로 오인하거나 또는 결함의 존재를 국부적인 강자성체의 존재로 오판할 수 있는 문제점이 발생 되었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0821976호(발명의 명칭: 4채널 제어봉집합체 위치신호를 이용한 온라인 노심보호시스템 및 그 방법)
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 제1 코일에 의한 유도전류의 인가 및 자기센서의 환형 배열에 의하여 와전류 분포를 정량적으로 측정하여 작은 결함을 검출할 수 있도록 하는 제어봉집합체 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 방사선구역에서의 작업시간 단축 및 방사선 피폭 저감을 위해 미세한 자기센서를 환형 배열하여 마모 및 균열성 결함 등을 1회의 검사로 검출할 수 있도록 하는 제어봉집합체 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 RCCA 검사에 있어서 작업자의 작업성 향상과 방사선 폐기물 발생을 최대한 억제하기 위해 1 ~ 2개의 플레이트에 모든 여기용 코일과 센서의 배열을 배치할 수 있도록 하는 제어봉집합체 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 코일에 직류전류를 입력하여 국부적인 강자성체만을 자화시키고, 이에 따른 누설자속 변화를 자기센서에 의하여 측정함으로써 결함신호를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하는 제어봉집합체 검사장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면,제어봉집합체(RCCA)에서 각각의 제어봉에 유도 전류를 여기 하는 여자기; 상기 여자기에 의하여 제어봉에 유도된 전류가 제어봉의 불균일성에 의하여 변환된 와전류의 분포를 정량적으로 측정하는 자기센서의 환형배열부; 상기 여자기와 상기 자기센서의 환형배열부가 RCCA의 구조에 따라 평판 상에 배열되도록 하는 센서부 다발부; 상기 자기센서로부터 출력하는 직류신호 또는 교류신호를 증폭하고 필터링하며, 진폭과 위상을 측정하는 신호처리회로부; 상기 신호처리회로부에 의하여 출력된 신호를 A/D변환기를 통해 변환하여 입력하는 인터페이스부; 상기 제어봉의 이동거리 또는 이동속도를 측정하여 와전류 분포를 일정한 간격으로 측정하여 표시하는 엔코더부; 및 상기 여자기와, 자기센서, 신호처리회로부, 인터페이스부 및 엔코더부를 원격으로 조정하며, 필요한 신호를 수집하고 와전류 분포를 저장, 연산처리하며, 가시화하고 해석하고 경시적인 변화를 순차적으로 보여주기 위한 소프트웨어를 구비하는 컴퓨터를 포함하며, 상기 여자기에 직류전류를 입력하여 제어봉에 존재하는 국부적인 강자성체를 자화시키고, 상기 자기센서의 환형배열부에 의하여 자기장 분포를 측정하여 강자성체 조직의 분포를 사전 입수하는 것을 특징으로 하는 제어봉집합체 검사장치가 제공된다.
바람직하게, 센서부 다발부는 매트릭스 형태로 센서를 구동하기 위하여 전원입력과 출력을 공통으로 묶여져 설치되 것을 특징으로 한다.
또한, 여자기에 직류전류를 입력하여 제어봉에 존재하는 국부적인 강자성체를 자화시키고, 자기센서의 환형배열부에 의하여 자기장 분포를 측정하여 강자성체 조직의 분포를 사전 입수하는 것을 특징으로 하며, 직류전류를 입력하여 파악한 제어봉의 국부적인 강자성체의 분포를 비교하여 결함의 존재만을 추출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 여자기에 교류전류를 입력하여 피측정체인 제어봉에 유도전류를 인가하고, 결함 존재에 기인한 와전류 분포를 측정하여 결함의 존재를 검지하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명의 제어봉집합체 검사장치에 따르면, 여러 개의 제어봉 다발로 구성되어 있는 RCCA에 존재하는 마모 및 미세 균열성 결함 등에 대하여 단 1회의 검사로 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 제어봉의 엔드 팁 용접부에 대한 결함검출능 향상을 통한 RCCA 건전성을 확보할 수 있으며, 작업자의 작업 시간 및 방사선 피폭 저감을 통한 사회비용을 감소시킬 수 있다. 그리고 검사시스템 부피 감소에 따른 방사성 폐기물의 발생량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제어봉집합체 검사장치의 전체 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제어봉집합체 검사장치의 전체 구성도이다.
도 1을 살펴보면, 본 발명에 의한 제어봉집합체 검사장치는 격납장치(도시 안됨)와, 여자기(110), 자기센서의 환형배열부(120), 센서부 다발부(130), 신호처리회로부(140), 인터페이스부(150), 엔코더부(160), 컴퓨터(170) 및 전원부(도시 안됨)를 포함한다.
격납장치는 방사선 수환경으로부터 센서부의 침습을 방지하며, 피측정체인 제어봉집합체(RCCA)를 센서부까지 유도하는 기능을 수행한다.
여자기(110)는 RCCA에서 각각의 제어봉에 유도전류를 여기 하기 기능을 수행하며, 자기센서 환형배열부(120)는 여자기(110)에 의하여 제어봉에 유도된 전류가 제어봉의 불균일성에 의하여 변환된 와전류의 분포를 정량적으로 측정하는 기능을 수행한다.
센서부 다발부(130)는 여자기(110)와 자기센서의 환형배열부(120)가 RCCA의 구조에 따라 평판 상에 배열된다. 이때, 센서부 다발부(130)는 매트릭스 형태로 센서를 구동하기 위하여 전원 입력과 출력을 공통으로 묶여져 설치될 수 있다.
특히, 여자기(110)에 직류전류를 입력하여 제어봉에 존재하는 국부적인 강자성체를 자화시키고, 자기센서의 환형배열부(120)에 의하여 자기장 분포를 측정하여 강자성체 조직의 분포를 사전 입수한다.
또한, 여자기(110)에 교류전류를 입력하여 피측정체인 제어봉에 유도전류를 인가하고, 결함 존재에 기인한 와전류 분포를 측정하여 결함의 존재를 검지한다.
이때, 직류전류를 입력하여 파악한 제어봉의 국부적인 강자성체의 분포를 비교함으로써 결함의 존재만을 추출하게 된다.
신호처리회로부(140)는 자기센서로부터 출력하는 직류신호 또는 교류신호를 증폭하고 필터링 하며, 진폭과 위상을 측정하게 된다.
인터페이스부(150)는 신호처리회로부(140)에 의하여 출력된 신호를 컴퓨터(170)에 입력하기 위한 A/D 변환기를 포함한다.
엔코더부(160)는 제어봉의 이동거리 또는 이동속도를 측정하여 와전류 분포를 일정한 간격으로 측정하여 표시할 수 있도록 한다.
컴퓨터(170)는 여자기(110), 자기센서의 환형배열부(120), 신호처리회로부(140), 인터페이스부(150), 엔코더부(160) 등을 원격으로 조정하며, 필요한 신호를 수집하게 된다.
그 수집된 정보에서 와전류 분포를 저장하고 연산처리하며, 가시화하고 해석하여 경시적인 변화를 순차적으로 보여주기 위한 조사유기 응력부식균열 검출용 소프트웨어를 구비한다. 이때, 소프트웨어는 컴퓨터(170)와 유기적으로 연결되어 작동되는 프로그램이다.
전원부는 여자기(110), 자기센서의 환형배열부(120), 신호처리회부(140), 인터페이스부(150), 엔코더부(160) 등에 각자 전원을 공급하게 되어 장치의 안정적으로 구동하게 된다.
상기와 같이, 본 발명에 의하면 코일에 의한 유도전류의 인가 및 자기센서의 환형 배열부(120)에 의하여 와전류 분포를 정량적으로 측정하여 작은 결함을 검출할 수 있으며, 방사선구역에서의 작업시간 단축 및 방사선 피폭 저감을 위해 미세한 자기센서를 환형 배열하여 마모 및 균열성 결함 등을 1회의 검사로 검출할 수 있다.
또한, RCCA 검사에 있어서 작업자의 작업성 향상과 방사선 폐기물 발생을 최대한 억제하기 위해 1 ~ 2개의 플레이트에 모든 여기용 코일과 센서의 배열을 배치할 수 있으며, 코일에 직류전류를 입력하여 국부적인 강자성체만을 자화시키고 이에 따른 누설자속 변화를 자기센서에 의하여 측정함으로써 결함신호를 정확하게 측정할 수 있다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 아니 되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
110: 여자기 120: 자기센서의 환형배열부
130: 센서부 다발부 140: 신호처리회로부
150: 인터페이스부 160: 엔코더부
170: 컴퓨터

Claims (5)

  1. 제어봉집합체(RCCA)에서 각각의 제어봉에 유도 전류를 여기 하는 여자기;
    상기 여자기에 의하여 제어봉에 유도된 전류가 제어봉의 불균일성에 의하여 변환된 와전류의 분포를 정량적으로 측정하는 자기센서의 환형배열부;
    상기 여자기와 상기 자기센서의 환형배열부가 RCCA의 구조에 따라 평판 상에 배열되도록 하는 센서부 다발부;
    상기 자기센서로부터 출력하는 직류신호 또는 교류신호를 증폭하고 필터링하며, 진폭과 위상을 측정하는 신호처리회로부;
    상기 신호처리회로부에 의하여 출력된 신호를 A/D변환기를 통해 변환하여 입력하는 인터페이스부;
    상기 제어봉의 이동거리 또는 이동속도를 측정하여 와전류 분포를 일정한 간격으로 측정하여 표시하는 엔코더부; 및
    상기 여자기와, 자기센서, 신호처리회로부, 인터페이스부 및 엔코더부를 원격으로 조정하며, 필요한 신호를 수집하고 와전류 분포를 저장, 연산처리하며, 가시화하고 해석하고 경시적인 변화를 순차적으로 보여주기 위한 소프트웨어를 구비하는 컴퓨터를 포함하며,
    상기 여자기에 직류전류를 입력하여 제어봉에 존재하는 국부적인 강자성체를 자화시키고, 상기 자기센서의 환형배열부에 의하여 자기장 분포를 측정하여 강자성체 조직의 분포를 사전 입수하는 것을 특징으로 하는 제어봉집합체 검사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서부 다발부는 매트릭스 형태로 센서를 구동하기 위하여 전원입력과 출력을 공통으로 묶여져 있는 것을 특징으로 하는 제어봉집합체 검사장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 직류전류를 입력하여 파악한 제어봉의 국부적인 강자성체의 분포를 비교하여 결함의 존재만을 추출하는 것을 특징으로 하는 제어봉집합체 검사장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 여자기에 교류전류를 입력하여 피측정체인 제어봉에 유도전류를 인가하고, 결함 존재에 기인한 와전류 분포를 측정하여 결함의 존재를 검지하는 것을 특징으로 하는 제어봉집합체 검사장치.
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