Md Kamrul Hasan Ikbal;Dong Van Nguyen;Seokchul Kim;Dookie Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제55권9호
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pp.3472-3484
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2023
The objective of this research is to assess the seismic performance of different types of electrical cabinets in nuclear power plants. The cabinets under investigation are: (a) Case 1: a short single cabinet; (b) Case 2: a tall single cabinet; (c) Case 3: separated cabinets; and (d) Case 4: a combined cabinet with coupling effects. To accurately capture the real behavior of the cabinet, three-dimensional finite element models are developed using ANSYS with connection non-linearity. Frequency domain decomposition (FDD) is used to determine the dynamic properties of the cabinets from shaking table testing data, and these results are utilized to validate the numerical model. The close match between the experimental and numerical results obtained from the modal analysis demonstrates the accuracy of the numerical model. Subsequently, transient structural analysis is performed on the validated models to explore seismic performance. The results show that the acceleration response of the combined cabinet is lower than the single cabinet and the separated cabinet. This observation suggests that top anchors used to combine two different types of cabinets play a crucial role in assessing the efficiency and seismic resistance of electrical cabinets in a nuclear power plant.
This paper deals with the design of control cabinet based on safety PLC for reactor power control system(PCS). The PCS controls the operation of the CEDMs(Control Element Drive Mechanisms). The CEDM moves the CEAs(Control Element Assemblies) which regulates the reactor power, vertically in the reactor core. The Control Cabinet in PCS makes and conveys control signals to the power cabinet which provides power to the CEDM. We designed the Control Cabinet, based on POSAFE-Q, safety PLC. The application programs working in PLC can be programmed by pSET, Identified Development Environment.
한국지진공학회 1999년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall
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pp.186-192
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1999
Safety-related equipments of nuclear power plant must be seismically qualified to demonstrate their ability to function as required during and/or after the earthquake, The seismic qualification is usually achieved through analysis and testing. Analysis method is preferably adopted for structurally simple equipments which are easy to be mathematically modeled. However even for relatively complex equipments analysis method is occasionally used for computing the input motion or supporting information for the component test followed. Electrical cabinet is a typical example for which analysis method is combinedly used with test to get modal properties of the enclosing cabinet structure. Usually the structural elements and doors of the cabinet are loosely interconnected with small-size bolts or spot welding. Therefore cabinet-type equipment usually has high and complex nonlinear properties which are not easily idealized by simple practical modeling techniques. in this paper with respect to a typical cabinet-type structure(instrumentation cabinet of nuclear power plant) a comparative study has been performed between three different state-of-the -art modeling techniques: lumped mass model frame model and FEM modal. Form the study results it has been found that modal properties of the cabinet-type structure in the elastic behavior range can be reasonably computed through any type of modeling techniques in the practice with slight modification of model properties to get better accuracy. However it needs additional modeling techniques to get reasonable results up to nonlinear range.
This paper deals with the design of control cabinet based on safety PLC for Control Rod Control System(CRCS). The CRCS controls the operation of the CRDMs(Control Rod Drive Mechanisms). The CRDM moves the control rods which regulate the reactor power. vertically in the reactor core. The Control Cabinet in CRCS makes and conveys control signals to the power cabinet which provides power to the CRDM. We designed the Control Cabinet, based on POSAFE-Q, safety PLC. The application programs working in PLC can be programmed by pSET(POSAFE-Q Software Engineering Tool), Identified Development Environment.
The improvement of cooling efficiency for the cabinet of automatic controller is the most efficient method of it's application. Therefore, this study has been analyzed and investigated the improvement of cooling efficiency and reduction of energy for the cabinet of automatic controller, respectively. So this study was conducted to enhancement of cooling efficiency for the cabinet of automatic controller by making a structure which produces difference of air pressures in the entrance tube of external air. And the structure has capacity of the pyrogen source (PTC elements) to make temperature range from $145^{\circ}C$ to $155^{\circ}C$. Consequently, temperatures of the upper, the lower in the interior of the cabinet of automatic controller and the exhaust part were revealed $28.57^{\circ}C$, $23.38^{\circ}C$and $36.14^{\circ}C$(average temperature of the exhaust part in case of existing method : $45^{\circ}C$) in target test of this study, respectively. It was found that the cabinet of the automatic controller has better cooling ability than the cabinet of automatic controller by using an existing method.
Numerical modeling for the safety-related equipment used in a nuclear power plant (i.e., cabinet facilities) plays an essential role in seismic risk assessment. A full finite element model is often time-consuming for nonlinear time history analysis due to its computational modeling complexity. Thus, this study aims to generate a simplified model that can capture the nonlinear behavior of the electrical cabinet. Accordingly, the distributed plasticity approach was utilized to examine the stiffness-degradation effect caused by the local buckling of the structure. The inherent dynamic characteristics of the numerical model were validated against the experimental test. The outcomes indicate that the proposed model can adequately represent the significant behavior of the structure, and it is preferred in practice to perform the nonlinear analysis of the cabinet. Further investigations were carried out to evaluate the seismic behavior of the cabinet under the influence of the constitutive law of material models. Three available models in OpenSees (i.e., linear, bilinear, and Giuffre-Menegotto-Pinto (GMP) model) were considered to provide an enhanced understating of the seismic responses of the cabinet. It was found that the material nonlinearity, which is the function of its smoothness, is the most effective parameter for the structural analysis of the cabinet. Also, it showed that implementing nonlinear models reduces the seismic response of the cabinet considerably in comparison with the linear model.
This study is to evaluate the seismic capacity of the fire-damaged cabinet facility in a nuclear power plant (NPP). A prototype of an electrical cabinet is modeled using OpenSees for the numerical simulation. To capture the nonlinear behavior of the cabinet, the constitutive law of the material model under the fire environment is considered. The experimental record from the impact hammer test is extracted trough the frequency-domain decomposition (FDD) method, which is used to verify the effectiveness of the numerical model through modal assurance criteria (MAC). Assuming different temperatures, the nonlinear time history analysis is conducted using a set of fifty earthquakes and the seismic outputs are investigated by the fragility analysis. To get a threshold of intensity measure, the Monte Carlo Simulation (MCS) is adopted for uncertainty reduction purposes. Finally, a capacity estimation model has been proposed through the investigation, which will be helpful for the engineer or NPP operator to evaluate the fire-damaged cabinet strength under seismic excitation. This capacity model is presented in terms of the High Confidence of Low Probability of Failure (HCLPF) point. The results are validated by the proper judgment and can be used to analyze the influences of fire on the electrical cabinet.
A method to verify seismic qualification of the plant protection system cabinet for a nuclear power plant is presented. A finite element model of the cabinet is developed and correlated to the dynamic properties observed during in-situ vibration test of the actual structure. The results of the modal analysis provide insight into the fundamental dynamic properties of the structure. Techniques for verifying structural integrity and operability are exemplified by summarizing response spectrum and time history analyses of the structure.
Bub-Gyu Jeon;Sung-Wan Kim;Sung-Jin Chang;Dong-Uk Park;Hong-Pyo Lee
Nuclear Engineering and Technology
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제55권11호
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pp.4252-4265
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2023
In the case of nuclear power plants near end of their design life, a reassessment of the performance of safetyrelated equipment may be necessary to determine whether to shut down or extend the operation of the power plant. Therefore, it is necessary to evaluate the level of performance decline due to degradation. Electrical cabinets, including MCC and switchgear, are representative safety-related equipment. Several studies have assessed the degradation and seismic performance of nuclear power plant equipment. Most of those researches are limited to individual components due to the size of safety-related equipment and test equipment. However, only a few studies assessed the degradation performance of electrical cabinets. The equipment of various nuclear power plants is anchored to concrete foundations, and crack in concrete foundations is one of the most representative of degradation that could be visually confirmed. However, it is difficult to find a study for analysis through testing the effect of cracks in concrete foundations on the response of electrical cabinet internal equipment fixed by anchors. In this study, using a simple cabinet model considering cast-in-place anchor in uncracked and cracked concretes, a tri-axial shaking table tests were performed and the seismic behavior were observed.
Control Rod Control System(CRCS) is to control nuclear reaction of reactor by moving Control Rod Drive Mechanism(CRDM) with speed and direction signal from Reactor Regulating System(RRS). CRCS is made up of two parts : control cabinet and power cabinet. And this paper presents mainly power cabinet design for system reliability. To increase reliability of power cabinet, controller, power supply and communication line arc doubly designed and supervision and diagnosis function are applied.
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