KR20210004723A - 익스텐소미터를 포함하는 데이터 수집 시스템 및 이를 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법 - Google Patents

익스텐소미터를 포함하는 데이터 수집 시스템 및 이를 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변위 측정 방법을 개시한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 익스텐소미터를 이용하여 원자력 발전소의 격납건물 구조 건전성에 관한 검증 테스트를 수행하는 익스텐소미터를 포함하는 데이터 수집 시스템 및 이를 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법 에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 익스텐소미터를 포함하는 센서군과 연결되어 측정된 변위요소의 변동을 수집하고, 최적의 알고리즘에 기초하여 변위요소 변동값에 따른 원자력 발전소 격납건물에 대한 구조 건전성 검증 테스트 결과가 정확하게 반영된 지표를 제공할 수 있는 효과가 있다

Description

익스텐소미터를 포함하는 데이터 수집 시스템 및 이를 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법{DATA ACQUISITION SYSTEM INCLUDING EXTENSOMETER AND METHOD FOR STRUCTURAL INTEGRITY TEST USING THE SAME}
본 발명은 변위 측정 방법에 관한 것으로, 특히 익스텐소미터를 이용하여 원자력 발전소의 격납건물 구조 건전성에 관한 검증 테스트를 수행하는 익스텐소미터를 포함하는 데이터 수집 시스템 및 이를 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법 에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력 발전소의 돔 구조물은 원자로와 같은 핵심시설이 집중되어 있음에 따라 그 중요도나 안전 요구도가 일반적인 타 발전시설들에 비해 상대적으로 높을 수밖에 없다.
이에, 원자력 발전소의 돔 구조물은 설계단계에서 가동단계까지 모든 운용단계에 걸쳐 세심한 주의가 요구되며, 가동단계에서도 항시 그 안전성에 대한 검토와 확인이 요구된다고 할 수 있다.
도 1은 종래의 원자력 발전소에서 중, 돔 구조물과 같은 격납건물(10)에 적용된 안전 구조 중 하나를 예시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 격납건물(10)은 콘크리트구조물로 기초부 상에 반구형돔의 상부를 갖는 외부 벽(20)을 갖추고, 그 내부에 별도의 공간을 이루어 증기발생기 등과 같은 설비기기가 배치될 수 있다.
그리고, 외부 벽(20)의 하부로는 내부의 설비기기 등을 지지하고 지면상에 설치되는 베이스(30)가 위치하고, 지진 발생 등에 대비하여 진동이 발생되는 지면으로부터 격납건물(10)을 격리시켜주기 위해 베이스(30)와의 사이에 별도의 면진장치(40)가 설치되어 있다. 여기서, 면진장치(40)는 외부 벽(20)에 대하여 수직으로는 지지안전성을 확보함과 동시에 수평으로는 변형능력 및 에너지 소산능력으로 에너지를 흡수하는 기능을 수행하게 된다.
전술한 원자력 발전소의 돔 구조물은 설계단계에서부터 세심한 주의가 요구되며 가동 중에도 항시 그 안전성에 대한 검토와 확인이 요구되며, 미세한 변위변동도 큰 재난의 원인이 될 수 있음에 따라 지속적인 모니터링이 필요하다.
이에, 원자력 발전소 운영측에서는 주기적으로 내부 압력 증가로 전술한 외부 벽(20)에 대한 변형 등에 대한 건전성 테스트(STRUCTURAL INTEGRITY TEST; SIT)를 수행해야 하며, 이러한 건전성 테스트로서 변위 측정장치를 이용한 변위 테스트가 있다.
이러한 건전성 테스트에 널리 이용되는 장치로서 변위 익스텐소미터(Extensometer)가 있다. 익스텐소미터는 물체가 이동한 거리 또는 위치를 계측, 측정하는 장치를 말하며 측정범위는 보통 제로(0)에서 수 밀리미터(mm), 또는 수 센티미터(cm) 정도이고, 이러한 익스텐소미터에 이용되는 센서로는 자기적 원리를 이용한 자기센서가 대표적이다.
현재 원자력 발전소의 격납건물에 대한 구조 건전성을 테스트하는데 있어서 테스트를 위한 소정의 압력을 측정대상에 인가하여 익스텐소미터를 통한 변위 변동을 단순 측정하고 기준치를 만족하는지 여부를 단순 판단하는 방식이며, 이는 실질적인 구조 건전성에 관한 검증 테스트 결과를 도출하는 데는 한계가 있다.
등록특허공보 제10-1090687호(공고일자: 2011.12.08.)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 익스텐소미터를 포함하는 복수의 센서를 이용하여 압력별 측정결과를 획득하고, 이에 최적의 알고리즘을 적용하여 예상변위, 허용변위 등을 통해 원자로 발전소의 구조 건전성을 정확하게 반영하는 검증 테스트를 결과를 제공하는 시스템을 구현하는 데 과제가 있다.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 수집 시스템은, 원자력 발전소 격납건물에 설치되어 하나 이상의 변위요소에 대한 변동을 측정하는 익스텐소미터를 포함하는 센서군 및 상기 센서군과 연결되어 측정된 변위요소의 변동을 수집하고, 상기 변위요소의 변동값에 기초하여 원자력 발전소 격납건물에 대한 구조 건전성 검증 테스트를 결과를 제공하는 중앙 관제 서버를 포함할 수 있다.
상기 익스텐소미터는 상기 원자력 발전소 격납건물에 대한 선형 변위를 측정하는 60 채널 장치로서, 상기 원자력 발전소 격납건물의 기준점에 설치되어 지지력을 제공하는 제1 브래킷, 상기 원자력 발전소 격납건물에 고정되는 제2 브래킷, 상기 제1 브래킷에 고정되고, 상기 제2 브래킷에 연결되는 중심봉이 마련되어 설치된 위치에 따라 상기 중심봉이 수평 이동하며 변위를 감지하는 변위계 본체, 상기 변위계 본체와 상기 제1 브래킷을 연결하는 제1 링크, 상기 변위계 본체의 상기 중심봉과 상기 제2 브래킷을 연결하는 제2 링크 및 상기 변위계 본체에 구비되어 상기 중심봉에 물리적인 응력을 제공하면서 상기 중심봉의 처침에 의한 마찰력을 상쇄시키는 마찰력보상부재를 포함할 수 있다.
상기 센서군은, 상기 원자력 발전소 격납건물의 벽면상의 변위 변동을 측정하는 10 채널의 디지매틱 인디케이터, 상기 원자력 발전소 격납건물에 대한 온도변화를 측정하는 10 채널의 서모커플 및 5 채널의 RTD 및 상기 원자력 발전소 격납건물에 소정의 압력을 인가하는 2 채널의 압력 전송기 중, 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 중앙 관제 서버는, 상기 센서군과 유선 또는 무선으로 연결되어 복수의 측정신호를 수신하는 인터페이스, 상기 인터페이스를 통해 상기 센서군에 상기 원자력 발전소 격납건물에 대한 검증 테스트를 위한 압력제어신호를 생성하고, 측정주기에 따라 전송하는 테스트 진행기, 상기 복수의 측정신호를 연산 알고리즘에 적용하여 검증 테스트 결과를 산출하는 연산기 및 상기 검증 테스트 결과를 화면상에 표시하는 디스플레이를 포함할 수 있다.
상기 검증 테스트는, 예상변위, 허용변위, 여유도 및 회복률 중, 적어도 하나에 대한 결과를 포함할 수 있다.
상기 연산기는, 상기 예상변위에 대하여 이하의 수학식,
Figure pat00001
에 따라 산출하는 예상변위 산출부를 포함할 수 있다.
상기 연산기는, 상기 허용변위에 대하여 이하의 수학식,
Figure pat00002
에 따라 산출할 수 있다.
상기 최고압력은, 0 psig 부터 69 psig까지 30초 주기로 변동될 수 있다.
상기 연산기는, 상기 여유도에 대하여 이하의 수학식,
Figure pat00003
에 따라 산출할 수 있다.
상기 보정계수는 1.3으로 설정될 수 있다.
상기 연산기는, 상기 회복률에 대하여 이하의 수학식,
Figure pat00004
에 따라 산출할 수 있다.
또한, 전술한 과제를 해결하기 위한 다른 양태의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템을 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법은, 하나 이상의 변위요소에 대한 변동을 측정하는 익스텐소미터를 포함하는 센서군이 설치된 원자력 발전소 격납건물에 대하여, 데이터 수집 시스템에 의한 구조 건전성 검증 테스트 방법에 있어서, 상기 센서군에 측정주기에 따라 압력제어신호를 전송하는 단계, 각 측정주기별 상기 원자력 발전소 격납건물에 대한 상기 센서군이 측정한 변위요소의 변동을 수집하는 단계 및 수집된 복수의 측정신호를 연산 알고리즘에 적용하여 검증 테스트 결과를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측정주기는 30 초 간격일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 익스텐소미터를 포함하는 센서군과 연결되어 측정된 변위요소의 변동을 수집하고, 최적의 알고리즘에 기초하여 변위요소 변동값에 따른 원자력 발전소 격납건물에 대한 구조 건전성 검증 테스트 결과가 정확하게 반영된 지표를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 원자력 발전소의 돔 구조물의 구조를 예시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 익스텐소미터를 포함하는 데이터 수집 시스템의 전체 구조에 관한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 포함되는 센서군에 관한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 포함되는 익스텐소미터에 관한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 포함되는 중앙 관제 서버의 구조에 관한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템의 중앙 관제 서버에 포함되는 연산기의 구조에 관한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템을 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법에 관한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 설명에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며,"포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에 설명된 다양한 기법은 하드웨어 또는 소프트웨어와 함께 구현되거나, 적합한 경우에 이들 모두의 조합과 함께 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "...부(Unit)", "...서버(Server)" 및 "...시스템(System)" 등의 용어는 마찬가지로 컴퓨터 관련 엔티티(Entity), 즉 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 시의 소프트웨어와 등가로 취급할 수 있다. 또한, 본 발명의 프로그램에서 실행되는 각 기능은 모듈단위로 구성될 수 있고, 하나의 물리적 메모리에 기록되거나, 둘 이상의 메모리 및 기록매체 사이에 분산되어 기록될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 익스텐소미터를 포함하는 데이터 수집 시스템 및 이를 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법을 설명한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 익스텐소미터를 포함하는 데이터 수집 시스템의 전체 구조에 관한 도면이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 포함되는 센서군에 관한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 데이터 수집 시스템은 원자력 발전소 격납건물(10)에 설치되어 하나 이상의 변위요소에 대한 변동을 측정하는 익스텐소미터를 포함하는 센서군(100) 및 센서군(100)과 연결되어 측정된 변위요소의 변동을 수집하고, 변위요소 변동값에 기초하여 원자력 발전소 격납건물(10)에 대한 구조 건전성 검증 테스트를 결과를 제공하는 중앙 관제 서버(200)를 포함할 수 있다.
센서군(100)은 복수개의 센서로 이루어진 센서 그룹으로서, 구조 건전성을 테스트하고자 하는 대상, 즉 원자력 발전소의 격납건물, 돔 구조물의 내벽에 설치될 수 있다.
이러한 센서군(100)의 구성요소들로는 둠 구조물에 대한 선형 변위를 측정하는 60 채널 장치의 익스텐소미터(110)를 비롯하여, 벽면상의 변위변동을 측정하는 10 채널의 디지매틱 인디케이터(Digimatic Indicator), 원자력 발전소 격납건물에 대한 온도변화를 측정하는 10 채널의 서모커플(Thermocouple) 및 5 채널의 RTD(Resistance Temperature Detector) 및 원자력 발전소 격납건물에 소정의 압력을 인가하는 2 채널의 압력 전송기 등이 하나 이상 포함될 수 있고, 센서군(100)은 이러한 센서들을 이용하여 둠 구조물에 대한 변위, 평탄도 및 온도 등의 변동을 측정할 수 있다.
또한, 센서군(100)은 유무선 통신 프로토콜을 통해 중계기를 거쳐 중앙 관제 서버(200)와 데이터 통신을 수행할 수 있고, 중앙 관제 서버(200)에 측정된 결과를 실시간으로 전송할 수 있다.
중앙 관제 서버(200)는 원자력 발전소 내 또는 그로부터 원격지에 설치될 수 있고, 유무선 통신망을 통해 센서군(100)과 연결되어 측정신호를 전송받을 수 있다.
또한, 중앙 관제 서버(200)는 구조 건전성 검증 테스트를 위한 돔 구조물에 대한 테스트 압력을 인가하기 위한 압력제어신호를 생성하여 센서군 측에 전송할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 중앙 관제 서버(200)는 센서군(100)에 의해 전송되는 측정신호를 소정의 알고리즘에 적용하여 예상변위(Expected Displacement; ED), 허용변위(Allowable Displacement; DA), 허용율(Margin; Mg) 및 회복률(Recovery; Rv)을 산출하는 연산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 예상변위(EA) 등은 원자력 발전소 격납건물에 대한 구조 건전성 검증 테스트의 검증요소로서, 격납건물에 일정주기로 인가되는 최대압력을 0 psig 부터 69 psig까지 단계적으로 상승 및 하강시켜 격납건물 자체의 기준치 이내로 변위가 복귀되는지 여부를 확인하는 것으로, 이를 산출하기 위한 본 발명의 연산 알고리즘은 온도 및 압력변화율을 고려하여 검증결과를 산출하게 된다.
여기서, 검증 테스트에서 측정 대상에 인가되는 테스트 압력은 30초 주기로 변동되도록 설정될 수 있다.
이러한 중앙 관제 서버(200)로는 하나 이상의 센서군으로부터 실시간으로 전송되는 측정신호를 지연없이 수신하고, 설정된 연산 알고리즘을 통해 예상변위 등을 포함하는 검증 테스트 결과를 산출 및 이를 화면상에 즉시 표시할 수 있는 고성능 및 대용량의 서버 장치가 이용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에서 이용하는 익스텐소미터의 구조를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 포함되는 익스텐소미터에 관한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 익스텐소미터(110)는 상기 원자력 발전소 격납건물의 기준점에 설치되어 지지력을 제공하는 제1 브래킷(111), 원자력 발전소 격납건물에 고정되는 제2 브래킷(112), 제1 브래킷(111)에 고정되고, 제2 브래킷(112)에 연결되는 중심봉이 마련되어 설치된 위치에 따라 중심봉이 수평 이동하며 변위를 감지하는 변위계 본체(114), 변위계 본체(114)와 제1 브래킷(111)을 연결하는 제1 링크(115), 변위계 본체(114)의 중심봉과 제2 브래킷(112)을 연결하는 제2 링크(116)를 포함할 수 있다.
제1 브래킷(111)은 후술되는 변위계 본체(114)의 길이방향 양단부 중 일단부를 지지하면서 변위 측정의 기준점을 이루며, 기준점에 설치되면서 변위계 본체(114)의 일단부가 설치되기 위한 지지력을 제공할 수 있다.
이러한 제1 브래킷(111)은 제1 링크(115)를 매개로 변위계 본체(300)에 결합될 수 있다.
제2 브래킷(112)은 측정대상물에 고정되어 변위계 본체(114)의 길이방향 양단부 중 타단부를 지지하는 구성요소이다. 제2 브래킷(112)은 제1 브래킷(111)과 수평으로 마주보는 상태를 이루면서 변위측정의 대상이 되는 대상물에 고정되며, 변위계 본체(114)의 타단부를 지지할 수 있다.
이러한 제2 브래킷(112)은 제2 링크(116)를 매개체로 하여 변위계 본체(114)와 결합될 수 있다.
변위계 본체(114)는 측정대상물의 변위를 감지하여 측정하는 구성요소로서 제1 브래킷(111)과 제2 브래킷(112)의 사이에 설치될 수 있으며, 제2 브래킷(112)에 연결되는 중심봉(113)의 수평이동을 통해 측정대상물의 변위를 측정할 수 있다. 또한, 변위계 본체(114)는 변위계 하우징, 하중판, 가이드봉, 리턴 스프링, 솔레노이드 코일 및 자성체를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 변위계 본체(114)의 구조에 따라, 익스텐소미터(110)는 대상물의 변위에 따라 중심봉(113)과 함께 이동하는 자성체의 위치를 통해 변위를 측정할 수 있다.
또한, 변위계 본체(114)는 내부에 중심봉에 물리적인 응력을 제공하면서 중심봉의 처침에 의한 마찰력을 상쇄시키는 마찰력보상부재가 탑재될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 포함되는 중앙 관제 서버의 구조를 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 포함되는 중앙 관제 서버의 구조에 관한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 중앙 관제 서버(200)는, 센서군과 유선 또는 무선으로 연결되어 복수의 측정신호(ss)를 수신하는 인터페이스(210), 인터페이스(210)를 통해 센서군에 원자력 발전소 격납건물에 대한 검증 테스트를 위한 압력제어신호(ts)를 생성하고, 측정주기에 따라 전송하는 테스트 진행기(220), 복수의 측정신호(ss)를 연산 알고리즘에 적용하여 검증 테스트 결과를 산출하는 연산기(230) 및 검증 테스트 결과를 화면상에 표시하는 디스플레이(240)를 포함할 수 있다.
인터페이스(210)는 유, 무선 통신망을 통해 검증 테스트 대상인 돔 구조물에 설치되는 센서군과 연결되어 감지된 변위 및 온도 변동을 수신할 수 있다. 이러한 인터페이스(210)는 다양한 유, 무선 통신 프로토콜을 지원하며 근거리 또는 원격지에 위치하는 센서군으로부터 측정신호(ss)를 실시간으로 수신하여 연산기(230)에 전달 수 있다.
테스트 진행기(220)는 돔 구조물에 설치되어 압력을 가하는 압력 전송기에 압력제어신호(ts)를 전송하여 검증 테스트가 진행되도록 한다.
이에 테스트 진행기(220)는 전술한 인터페이스(210)는 압력 전송기와 유, 무선으로 연결되어 압력제어신호(ts)를 전송할 수 있다.
연산기(230)는 중앙 관제 서버(200)가 수신한 측정신호(ss)에 본 발명의 연산 알고리즘을 적용하여 검증 테스트 결과를 산출할 수 있다. 이러한 연산기(230)는 다양한 수학식에 따라 사칙연산을 수행하는 프로그램 형태로 구현될 수 있고, 인터페이스(210)로부터 전달되는 측정신호(ss)를 프로그램에 입력하여 검증 테스트 결과를 산출할 수 있다.
여기서, 검증 테스트는 예상변위(ED), 허용변위(DA), 여유도(Mg) 및 회복률(Rv) 중, 적어도 하나에 대한 결과를 산출하는 것으로, 이를 산출하기 위한 구체적 연산 알고리즘은 후술한다.
디스플레이(240)는 산출된 검증 테스트 결과를 수치 형태로 화면상에 표시할 수 있다. 이러한 검증 테스트 결과는 날짜 및 시간별로 순차적으로 정렬되어 표시될 수 있고, 인가된 최대압력(psig), 온도(temp), 센서군에 의해 측정된 전류(mA), 변화된 변위(dip.) 항목과, 전술한 예상변위(ED), 허용변위(DA), 여유도(Mg) 및 회복률(Rv) 항목으로 구분되어 표시될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 포함되는 연산기를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템의 중앙 관제 서버에 포함되는 연산기의 구조에 관한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 중앙 관제 서버의 연산기(230)는 본 발명의 연산 알고리즘을 구현하는 프로그램으로서 읽고 쓰기가 가능한 기록매체에 기록되어 중앙 관제 서버에 탑재될 수 있고, 예상변위 산출부(231), 허용변위 산출부(233), 여유도 산출부(235) 및 회복률 산출부(237)로 구분될 수 있다.
이하의 설명에서, 변위(Displacement; Disp.)는 이하의 수학식 1에 의해 정의된다.
Figure pat00005
상기의 수학식 1에서, '△mA'는 '현재 측정변위값(mA)-가압전 측정변위값(mA)'를 가리킨다.
또한, 'B'는 'Corrected Calibration Factor(inch/mA)'로서 이하의 수학식 2로 정의된다.
Figure pat00006
상기의 수학식 2에서, 'K'는 변위계측기이 스프링 상수(lb/ft), 'L'은 Invar Wire 실측(설치) 길이(ft), 'E'은 Invar Wire 탄성계수(psi), 'A' Invar Wire 단면적(in2), 'θ'는 Center Point로부터 Invar Wire 설치 각도 편차, 'β'는 Scale Factor(inch/mA)를 나타낸다.
또한, 다시 수학식 1에서 'αth'는 Invar Wire 열팽창계수(in/ft/℉), 'L''은 Corrected Length(ft)로서, 'L'=L/cosθ', '△T'는 '현재온도(℉)-가압전온도(℉)'를 나타낸다.
또한, 예상변위 산출부(231)는 현재압력, 최대예상변위 및 최고압력을 입력받아 측정대상에 대하여 압력에 의한 변위변동 예상값을 산출하는 것으로, 이하의 수학식 3에 의해 예상변위(ED)를 산출할 수 있다.
Figure pat00007
일례로서, 현재압력이 46.2, 돔 구조물에 가해질 수 있는 최고압력이 65.6, 최대예상변위가 0.149 이면, 예상변위(ED)는 0.105 inch 로 산출된다.
또한, 허용변위 산출부(233)는 현재압력, 최대예상변위, 최고압력 및 최초압력을 입력받아 측정대상에 대하여 허용변위값을 산출하는 것으로, 이하의 수학식 4에 의해 허용변위(AD)를 산출할 수 있다.
Figure pat00008
여기서, 보정계수는, 1.3으로 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일례로서, 현재압력이 46.2, 최초압력이 0, 최고압력은 65.6, 최대예상변위가 0.149이면 0.136 inch 로 산출된다.
상기의 최초압력은 초기설정치로서, 대기압에 대응할 수 있다.
또한, 여유도 산출부(235)는 현재압력 및 최대예상변위를 입력받아 허용범위에 대한 여유도(Margin)를 산출하는 것으로, 이하의 수학식 5에 의해 여유도(Mg)를 산출할 수 있다.
Figure pat00009
여기서, 보정계수는, 1.3으로 설정될 수 있다.
일례로서, 현재변위는 0.14, 최대예상변위가 0.149, 보정계수가 1.3이면, 27.723으로 산출된다.
그리고, 회복률 산출부(237)는 실측최대변위 및 감압후 실측최대변위를 입력받아 측정 대상의 변위 회복률(Recovery)을 산출하는 것으로, 이하의 수학식 6에 의해 회복률(Rv)을 산출할 수 있다.
Figure pat00010
일례로서, 실측 최대변위 0.192, 감압후 실측 최대변위 0.14 이면, 27.083 %으로 산출된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 의한 구조 건전성 검증 테스트 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 시스템을 이용한 구조 건전성 검증 테스트 방법에 관한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구조 건전성 검증 테스트 방법은 하나 이상의 변위요소에 대한 변동을 측정하는 익스텐소미터를 포함하는 센서군이 설치된 원자력 발전소 격납건물에 대하여, 데이터 수집 시스템에 의한 구조 건전성 검증 테스트 방법에 있어서, 센서군에 측정주기에 따라 압력제어신호를 전송하는 단계(S100), 각 측정주기별 원자력 발전소 격납건물에 대한 센서군이 측정한 변위요소의 변동을 수집하는 단계(S110), 및 복수의 측정신호를 연산 알고리즘에 적용하여 검증 테스트 결과를 산출하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 측정주기는 30 초 간격일 수 있다.
상세하게는, 센서군에 측정주기에 따라 압력제어신호를 전송하는 단계(S100)에서는 측정대상이 원자력 발전소의 돔 구조물에 익스텐소미터를 포함하는 센서군을 설치, 준비하고, 압력을 인가하여 검증 테스트를 수행하게 된다.
이때, 돔 구조물에 인가되는 압력은 최대압력이 0 psig 부터 69 psig까지 단계적으로 상승 및 하강하도록 압력제어신호를 전송하게 된다.
다음으로, 각 측정주기별 원자력 발전소 격납건물에 대한 센서군이 측정한 변위요소의 변동을 수집하는 단계(S110)에서는 S100 단계에 따라 센서군으로부터 전송되는 측정신호를 실시간으로 수집하게 된다. 여기서, 중앙 관제 서버에 의해 수집되는 측정신호는 30 주기로 최대압력이 상승 및 하강됨에 따라 측정된 변위 변동값에 대응하게 된다.
이어서, 복수의 측정신호를 연산 알고리즘에 적용하여 검증 테스트 결과를 산출하는 단계(S120)에서는 실시간으로 수집되는 측정신호에 포함된 현재압력, 최고압력, 현재 변위, 실측 최대변위 등의 측정값을 수신하고, 이를 연산기에 정의된 연산 알고리즘에 대입하여 예상변위(ED), 허용변위(AD), 여유도(Mg) 및 회복률(Rv)을 산출하게 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
10 : 원자력 발전소 격납건물 100 : 센서군
110 : 익스텐소미터 120 : 디지매틱 인디케이터
130 : 서모커풀 140 : RTD
150 : 압력 전송기 200 : 중앙 관제 서버
210 : 인터페이스 220 : 테스트 진행기
230 : 연산기 231 : 예상변위 산출부
233 : 허용변위 산출부 235 : 여유도 산출부
237 : 회복률 산출부 240 : 디스플레이

Claims (13)

  1. 원자력 발전소 격납건물에 설치되어 하나 이상의 변위요소에 대한 변동을 측정하는 익스텐소미터를 포함하는 센서군; 및
    상기 센서군과 연결되어 측정된 변위요소의 변동을 수집하고, 상기 변위요소의 변동값에 기초하여 원자력 발전소 격납건물에 대한 구조 건전성 검증 테스트를 결과를 제공하는 중앙 관제 서버
    를 포함하는 데이터 수집 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 익스텐소미터는 상기 원자력 발전소 격납건물에 대한 선형 변위를 측정하는 60 채널 장치로서,
    상기 원자력 발전소 격납건물의 기준점에 설치되어 지지력을 제공하는 제1 브래킷;
    상기 원자력 발전소 격납건물에 고정되는 제2 브래킷;
    상기 제1 브래킷에 고정되고, 상기 제2 브래킷에 연결되는 중심봉이 마련되어 설치된 위치에 따라 상기 중심봉이 수평 이동하며 변위를 감지하는 변위계 본체;
    상기 변위계 본체와 상기 제1 브래킷을 연결하는 제1 링크;
    상기 변위계 본체의 상기 중심봉과 상기 제2 브래킷을 연결하는 제2 링크; 및
    상기 변위계 본체에 구비되어 상기 중심봉에 물리적인 응력을 제공하면서 상기 중심봉의 처침에 의한 마찰력을 상쇄시키는 마찰력보상부재
    를 포함하는 데이터 수집 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서군은,
    상기 원자력 발전소 격납건물의 벽면상의 변위 변동을 측정하는 10 채널의 디지매틱 인디케이터;
    상기 원자력 발전소 격납건물에 대한 온도변화를 측정하는 10 채널의 서모커플 및 5 채널의 RTD; 및
    상기 원자력 발전소 격납건물에 소정의 압력을 인가하는 2 채널의 압력 전송기
    중, 하나 이상을 포함하는 데이터 수집 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 관제 서버는,
    상기 센서군과 유선 또는 무선으로 연결되어 복수의 측정신호를 수신하는 인터페이스;
    상기 인터페이스를 통해 상기 센서군에 상기 원자력 발전소 격납건물에 대한 검증 테스트를 위한 압력제어신호를 생성하고, 측정주기에 따라 전송하는 테스트 진행기;
    상기 복수의 측정신호를 연산 알고리즘에 적용하여 검증 테스트 결과를 산출하는 연산기; 및
    상기 검증 테스트 결과를 화면상에 표시하는 디스플레이
    를 포함하는 데이터 수집 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 검증 테스트는,
    예상변위, 허용변위, 여유도 및 회복률 중, 적어도 하나에 대한 결과를 포함하는 데이터 수집 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 예상변위에 대하여 이하의 수학식,
    Figure pat00011


    에 따라 산출하는 예상변위 산출부를 포함하는 데이터 수집 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 허용변위에 대하여 이하의 수학식,
    Figure pat00012


    에 따라 산출하는 허용변위 산출부를 포함하는 데이터 수집 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 최고압력은,
    0 psig 부터 69 psig까지 30초 주기로 변동되는 데이터 수집 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 여유도에 대하여 이하의 수학식,
    Figure pat00013


    에 따라 산출하는 허용변위 산출부를 포함하는 데이터 수집 시스템.
  10. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 보정계수는 1.3으로 설정되는 데이터 수집 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 회복률에 대하여 이하의 수학식,
    Figure pat00014


    에 따라 산출하는 회복률 산출부를 포함하는 데이터 수집 시스템.
  12. 하나 이상의 변위요소에 대한 변동을 측정하는 익스텐소미터를 포함하는 센서군이 설치된 원자력 발전소 격납건물에 대하여, 데이터 수집 시스템에 의한 구조 건전성 검증 테스트 방법에 있어서,
    상기 센서군에 측정주기에 따라 압력제어신호를 전송하는 단계;
    각 측정주기별 상기 원자력 발전소 격납건물에 대한 상기 센서군이 측정한 변위요소의 변동을 수집하는 단계; 및
    수집된 복수의 측정신호를 연산 알고리즘에 적용하여 검증 테스트 결과를 산출하는 단계
    를 포함하는 구조 건전성 검증 테스트 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 측정주기는 30 초 간격인 구조 건전성 검증 테스트 방법.
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