Seismic Performance Evaluation of the Li-Polymer Battery Rack System for Nuclear Power Plant

원자력발전소용 리튬폴리머 배터리 랙 시스템의 내진성능평가

Abstract

After the Fukushima nuclear accident, a new power supply using a lithium polymer battery has been proposed the first time in the world as the safety of the emergency battery facility has been required. It is required to have the safety of the rack system in which the battery device is installed in order to apply the proposed technology to the field. Therefore, the purpose of this study is to evaluate the seismic performance of string and rack frame for lithium-polymer battery devices developed for the first time in the world to satisfy 72 hours capacity. (1) The natural frequency of the unit rack system was 9 Hz, and the natural frequency before and after the earthquake load did not change. This means that the connection between members is secured against the design earthquake load. (2) he vibration reduction effect by string design was about 20%. (3) As a result of the seismic performance test under OBE and SSE conditions, the rack frame system was confirmed to be safe. Therefore, the proposed rack system can be applied to the nuclear power plant because the rack system has been verified structural safety to the required seismic forces.

후쿠시마 원전사고 이후 비상 배터리 시설에 대한 안전성 강화가 요구되면서 리튬 폴리머 배터리를 적용한 새로운 전원 공급장치가 국내에서 세계 최초로 제안되었다. 그러나 제안된 기술을 현장에 적용하기 위해서는 배터리 장치가 설치되는 랙 시스템의 내진 안전성이 요구된다. 본 연구에서는 세계 최초로 72시간 용량 확보를 위해 개발 된 리튬폴리머 배터리 장치를 대상으로 지진 발생 시 전원장치의 안전성을 확보하기 위해 설계 된 전원장치 스트링 및 랙 프레임에 대한 내진성능을 평가하고자 하였다. 실험 결과 1) 단위 랙 시스템의 공진대역은 9 Hz로서 지진하중 전 후의 고유진동수가 변하지 않음에 따라 설계지진하중에 대한 부재 및 부재간의 연결부에 대한 안전성을 확인할 수 있었다. 원전 설계기준 OBE와 SSE에서의 가속도 응답 결과 2) 스트링 제작에 의한 진동 저감 효과가 약 20%정도 보였으며, 3) OBE, SSE 조건에서의 내진시험 결과 랙 프레임 시스템은 설계지진에 대해 안전한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제시한 랙 시스템은 요구 지진력에 대한 구조적 건전성이 입증되었으므로 원전 시설에 적용이 가능한 것으로 나타났다.

Fig. 1. Seismic Qualification Test of Lithium Polymer Battery Rack System

Fig. 2. Lithium Polymer Battery System Component

Fig. 3. Module Installation Type

Fig. 4. Rack frame Design

Fig. 5. Composition of equipment for Seismic Test

Fig. 6. Seismic Test Setting

Fig. 7. Resonance Test

Fig. 8. Seismic(OBE, SSE) Test

Table 1. Using Damping Factor in Seismic Design

Table 2. Equipment Specifications for Seismic Test

Table 3. accelerometer

Table 4. Resonance Frequency

Table 5. OBE and SSE Test Result