열적 손상기준의 불확실성이 화재모델링에 미치는 영향 분석

Uncertainty Analysis of Thermal Damage Threshold on Fire Modeling

화재모델링의 불확실성은 일반적으로 (1) 입력변수(Parameter)의 불확실성, (2) 모델(Model)의 불확실성, 그리 고 (3) 완전성(Completeness)의 불확실성으로 구분된다 (NUREG-1934). 화재모델링에 적용되는 입력변수는 통계 적인 분포로부터 선택되거나 일반데이터로부터 추정되므로 불확실성을 가지며, 화재모델링 불확실성을 유발 할 수 있는 대표적인 입력변수로는 열방출률, 환기영향, 열적 손상기준, 연소생성물 효과, 격실 및 연료의 기하학적 구조 등을 들 수 있다 (NFPA-805). 본 연구에서는 원전 화재시나리오 중 이차가연물(Secondary combustibles)로의 화재 확산을 다루는 화재시나 리오에서 중요시되는 입력변수로서, 대표적인 표적(Target)이자 이차가연물인 전기케이블을 대상으로 ‘열적 손상기준’이 화재모델링에 미치는 ‘불확실성 영향’을 분석하고자 하였다. 국내 원전에 설치된 전기케이블은 모두 열경화성(Thermoset) 케이블로서, 미국에서는 열경화성 케이블의 손상기준을 330 ℃로 제시하고 있다. 그러나 이 손상기준 값이 형성된 기술적 근거를 제공하는 열경화성 케이블에 대한 화재실험에서 열경화성 케이블의 손상은 270 ℃ ~ 400 ℃의 비교적 넓은 범위에서 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 열경화성 케이블이 손상기준에 도달하는 즉시 점화되는 가정사항을 적용하여, 입력변수인 열적 손상기준의 변화 (270 ℃ ~ 400 ℃)가 화재모델링 결과인 표적 케이블의 손상시간에 미치는 불확실성 영향을 분석하기 위한 정량적인 민감도 분석을 수행하였다. 본 연구의 주요 결과로, 전산유체역학 화재모델링 도구인 FDS를 사용한 민감도 분석을 통하여 입력변수인 열경화성 케이블의 손상기준(온도)을 ± 20% 변화시킨 경우, 화재모델링 결과인 표적 케이블의 손상시간은 약 ± 12% 변화되는 것으로 나타났다. 따라서 열경화성 케이블의 손상기준은 화재모델링 결과에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났으므로 특히 표적의 손상시간이 중요시되는 정량적 화재분석 (예: 화재PSA 분야 진압실패 확률 평가, 주제어실 거주성 평가 등)을 수행하게 될 경우, 열적 손상기준은 화재모델링 불확실성을 유발할 수 있는 주요 입력변수 중 하나로 검토될 필요성이 있음을 확인하였다.