임시가연물 화재로 인한 다중 전기패널 손상의 외기조건에 대한 민감도 분석

Sensitivity Analysis on the Effect of Wind condition on the Damage of Redundant Electrical Panels by Transient Fires

본 연구에서는 원자력발전소 건물 밖 가상의 개방된 공간에 위치한 다중계열 전기패널을 가정하였고, 가상의 임시가연물이 패널 사이에 위치할 때 외기조건을 변경하여 전기패널에 어떤 영향을 미치는지에 대해 전산유체역학 모델인 FDS(Fire Dynamics Simulator) 6.7.3을 이용하여 수치적으로 분석하였다. 외기조건 중 풍향(동풍, 남풍, 북풍), 풍속(1~5 m/s)을 고려하였고 임시가연물의 높이(0, 0.61, 1.0 m)와 패널 사이의 거리(0.56~1.8 m) 다르게 설정하여 입력변수에 대한 민감도 분석을 수행하였다. FDS 시뮬레이션에서 각 패널은 NUREG/CR-6850을 참조하여 열가소성 케이블의 손상열유속한계값(6 kW/㎡)에 도달하면 손상된다고 가정하였고, 패널 주변에서 열유속을 측정하여 패널의 손상 여부를 판단하였다. 임시가 연물의 최대 화재 크기는 NUREG/CR-6850을 참조하여 317 kW, 화재면적을 0.37 ㎡으로 가정하였다. 풍향이 동풍인 경우 화재 발생 높이가 0 m일 때 풍속이 1 m/s인 경우에서만 6 kW/㎡를 초과하였고 나머지 풍속에서는 손상 기준을 넘지 않았다. 화재 발생 높이가 0.61 m 인 경우 바람이 부는 방향의 패널에서는 풍속이 커질수록 열유속이 감소하는 경향을 나타내지만 반대 방향의 패널에서는 열유속 및 온도 변화의 민감도가 작게 나타났다. 풍속이 클수록 화염이 바람을 따라 흐르게 되고 화재 발생 높이가 증가할수록 패널에 화염이 직접 닿기 때문에 민감도가 증가하는 것으로 보인다. 남풍인 경우도 화재 발생 높이와 풍속에 따라 화염이 직접 패널에 닿는 경우 열유속이 증가하였고 풍속이 작을 경우가 더 보수적인 조건인 것을 확인할 수 있었다. 북풍인 경우 패널 뒤쪽에 설치된 concrete wall 상부에서 바람이 불기 때문에 풍속에 따른 민감도는 거의 없는 것을 볼 수 있었다. 패널 사이의 거리에 따른 전기패널 손상 민감도 분석 결과 열유속은 멱법칙을 따르며 화원과 패널 사이의 거리가 증가할수록 열유속이 감소하였다. 동풍 조건에서 풍속이 1 m/s인 경우 패널 간 거리가 1.4 m 이상이 되어야 손상 기준보다 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 민감도 분석을 통해서 화재 발생 높이가 클 때 풍속의 크기는 다중계열 전기패널에 부정적인 영향을 받는 것을 확인하였다. 또한, 패널 사이의 거리가 멀수록 전기패널이 화재로부터의 부정적인 영향을 감소시킬 수 있었다.