This paper investigates the seismic behavior of an electrical cabinet considering the influence of equipment-anchor-interaction (EAI) that is generally not taken into consideration in a decoupled analysis. The hysteresis behavior of an anchor bolt in concrete was thereby considered to highlight this interaction effect. To this end, the experimental behavior of an anchor bolt under reversed cyclic loading was taken from the recently developed literature, and a numerical model for the anchor hysteresis was developed using the component approach. The hysteresis properties were then used to calibrate the multi-linear link element that is implemented as a boundary condition for the cabinet incorporating the EAI. To highlight this EAI further, the nonlinear time history analysis was performed for a cabinet considering the hysteresis behavior comparative to a fixed boundary condition. Additionally, the influence on the seismic fragility was evaluated for the operational and structural condition of the cabinet. The numerical analysis considering the anchor hysteresis manifests that the in-cabinet response spectra (ICRS) are significantly amplified with the corresponding reduction in the seismic capacity of 25% and 15% for an operational and structural safety condition under the selected protocols. Considering the fixed boundary condition over a realistic hysteresis behavior of the anchor bolt is more likely to overestimate the seismic capacity of the cabinet in a seismic qualification procedure.
Seismic qualifications of electrical equipment, such as cabinet systems, have been emerging as the key area of nuclear power plants in Korea since the 2016 Gyeongju earthquake, including the high-frequency domain. In addition, electrical equipment was sensitive to the high-frequency ground motions during the past earthquake. Therefore, this paper presents the rocking behavior of the electrical cabinet system subjected to Reg. 1.60 and UHS. The high fidelity finite element (FE) model of the cabinet related to the shaking table test data was developed. In particular, the first two global modes of the cabinet from the experimental test were 16 Hz and 24 Hz, respectively. In addition, 30.05 Hz and 37.5 Hz were determined to be the first two local modes in the cabinet. The high fidelity FE model of the cabinet using the ABAQUS platform was extremely reconciled with shaking table tests. As a result, the dynamic properties of the cabinet were sensitive to electrical instruments, such as relays and switchboards, during the shaking table test. In addition, the amplification with respect to the vibration transfer function of the cabinet was observed on the third floor in the cabinet due to localized impact corresponding to the rocking phenomenon of the cabinet under Reg.1.60 and UHS. Overall, the rocking of the cabinet system can be caused by the low-frequency oscillations and higher peak horizontal acceleration.
Hee-Taek Lim;Moon-Gi Min;Hyun-Ki Kim;Gwang-Hyun Lee;Chae-Hyun Yang
Nuclear Engineering and Technology
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제55권7호
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pp.2407-2418
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2023
Internal replaceable electronic module substitutions can impact EMC (ElectroMagnetic Compatibility) qualification testing and results if EMC testing is conducted at the cabinet level. The impact of component substitutions on EMC qualification results therefore should be evaluated. If a qualitative evaluation is not adequate to ensure that the modified product will not impact the cabinet level EMC qualification results, a new qualification testing should be conducted. Component level retesting should be conducted under electromagnetically equivalent conditions with the cabinet level test. This paper analyzes the propagation of conducted susceptibility test waveforms in a representative cabinet and evaluates the impact of component substitutions on cabinet level EMC qualification results according to the location of the replacement items. A guideline for a qualitative evaluation of the impact of component substitutions is described based on the propagation of the conducted susceptibility test waveforms. A module level test method is also described based on an analysis of the shielding effectiveness of the cabinet.
원자력발전소중 안전과 관련된 구조물은 지진의 가능성에 대비하여 그의 구조적 안전성과 가용성이 검증되어야 한다. 본 논문은 원자력발전소 보호시스템 캐비넷을 예를 들어 그에 대한 내진검증 방법을 보였다 캐비넷의 유한요소모델을 작성하여 동특성을 구하였고 그 모우드값을 입력지진스펙트럼과 비교한 결과 구조물의 1차 모우드가 입력 스펙트럼의 peak와 일치함으로써 설계변경의 필요성이 대두되었다. 이 peak값을 피하기 위하여 캐비넷의 구조를 변경하였고 변경된 구조물에 대하여 응답스펙트럼해석과 시간이력해석을 수행하여 구조적 건전성과 가용성을 보임으로써 설계변경된 캐비넷의 내진검증을 확인하였다.
In this study the purpose is development of passive cooling system for telecommunication cabinet used by latent heat material. This cooling system is not required for electronic power. It was tested for the performance of the telecommunication combined latent heat material with $48^{\circ}C$ of phase changed temperature and heat pipe. At $45^{\circ}C$ of outside temperature, when heater power was 1,000 W and 1,500 W, the inside temperature of the cabinet was $55^{\circ}C$ and $62^{\circ}C$. This system was showed better performance than the other systems.
Electrical instruments and devices contained in cabinets for controlling nuclear power plants require seismic qualification; likewise, in-cabinet response spectrum (ICRS) is necessary. Gupta et al. (1999) suggested the Ritz method, where rocking, frame bending, and plate bending behaviors of cabinets are considered, as a method for determining ICRS. This research proposes a method to determine the rocking stiffness of cabinets, which represents its rocking behavior. The cabinet is fixed on mounting frames and is connected to the base concrete by anchors. When horizontal excitation is applied to the cabinet, the mounting frames at anchors are locally deformed, the mounting frames are bent, and then rocking in the cabinet becomes evident. A method to determine equivalent vertical spring stiffness representing the local deformation of the mounting frames at anchors is then proposed. Subsequently, the rocking stiffness of this mounting frame is calculated upon assumption of the mounting frame as an indeterminate beam.
본 논문에서는 원자력 발전소에서 사용되는 디지털 모듈을 포함하는 캐비닛의 전자파 차폐효과를 외부 전파원과 내부 디지털 모듈의 배치 변화에 따라 분석하였다. 차폐효과를 분석하기 위해서 FEKO EM 시뮬레이션 툴을 사용하여 캐비닛과 모듈을 모델링하였으며, 캐비닛의 유무에 따른 전계값을 통해서 차폐효과 분포를 도출하였다. 차폐효과는 2.4 GHz 주파수에서 캐비닛에 대한 입사각, 편파 그리고 모듈의 간격에 따라 관찰하였다. 결과 검증을 위해 차폐효과 측정용 다이폴안테나를 설계 및 제작하고 이를 활용해 캐비닛의 차폐효과를 측정하였다. 결과에 따르면 캐비닛 구조는 입사되는 전파의 편파가 지면에 수평하고, 디지털 모듈간의 간격이 넓을 때 더 높은 차폐효과를 기대 할 수 있는 것으로 분석되었다.
An approach for collapse risk assessment is proposed to evaluate the vulnerability of electric cabinet in nuclear power plants. The lognormal approaches, namely maximum likelihood estimation and linear regression, are introduced to establish the fragility curves. These two fragility analyses are applied for the numerical models of cabinets considering various boundary conditions, which are expressed by representing restrained and anchored models at the base. The models have been built and verified using the system identification (SI) technique. The fundamental frequency of the electric cabinet is sensitive because of many attached devices. To bypass this complex problem, the average spectral acceleration $S_{\bar{a}}$ in the range of period that cover the first mode period is chosen as an intensity measure on the fragility function. The nonlinear time history analyses for cabinet are conducted using a suite of 40 ground motions. The obtained curves with different approaches are compared, and the variability of risk assessment is evaluated for restrained and anchored models. The fragility curves obtained for anchored model are found to be closer each other, compared to the fragility curves for restrained model. It is also found that the support boundary conditions played a significant role in acceleration response of cabinet.
Safety-related cabinets and their electrical parts, such as relays and switches in nuclear power plants, should maintain continuous functioning, as well as structural safety according to the nuclear regulatory guidelines. Generally, an electrical part is qualified if its functioning is maintained without abnormality during excitement by motion compatible with the test response spectrum, which is larger than its in-cabinet response spectrum (ICRS). ICRS can be determined by shake-table test or dynamic analysis. Since existing cabinets in use can hardly be stopped and moved, dynamic analysis is preferred over shake-table test in determining ICRS. The simple method, suggested by the Electric Power Research Institute (EPRI) to determine ICRS, yields conservative or non-conservative results from time to time. In order to determine that the ICRS is better than EPRI method in a simple way, Ritz method considering global and local plate behaviors was suggested by Gupta et al. In this paper, the Ritz method is modified in order to consider the rocking and frame behaviors simultaneously, and it is applied to a simple numerical example for verification. ICRS is determined by Ritz method and compared with the results by finite element method (FEM). Based on this numerical example, recommendations for using Ritz method are suggested.
This study is a basic study on the seismic reinforcement method of anchors of fixed parts in order to reduce the effect of seismic motion that affects the facilities in the event of an earthquake. By applying the test method of ICC ES AC 156, a seismic simulation experiment was performed on the vibration table with three axes simultaneously using the number of connecting bolts between cabinets and channels as a parameter. In addition, the reliability of the experiment was verified using numerical analysis, and the part about the dynamic characteristics that could not be performed according to the experimental limit was investigated through numerical analysis. As a result of the experiment, it was confirmed that the natural frequency of the main body was increased due to the increase in the number of connecting bolts between the cabinet-channel. Accordingly, it was judged that the rigidity of the lower part of the cabinet was increased due to seismic reinforcement. It was analyzed that the impact delivered to the body was effectively reduced. In the future, if the reinforcement of the connection parts mentioned in this study is added to the existing seismic reinforcement of the electrical cabinets, it is expected that the damage to the electrical cabinets of the power plant equipment caused by an earthquake will be effectively reduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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