Gage R&R을 이용한 원자력발전소 격납용기 종합누설율시험의 측정시스템 분석에 관한 연구 = (A) study on measurement system analysis for the integrated leak rate test in nuclear power plants using gage R&R

국문 초록 (Abstract)

국내 원자력발전소는 안전의 최후방벽인 격납용기를 가지고 있다 이 격납용기의 안전성을 입증하기 위해 5년 마다 격납용기 종합누설율시험을 수행하고 있는데 설계기준사고 발생시 최대압력인 상태의 조건을 만들어 시험함으로써 누설율이 허용치를 만족하는지를 확인한다. 누설율을 측정하는 측정시스템은 현장에 부착된 계측기로부터 데이터를 취득하여 컴퓨터에 의해 누설율이 계산된다. 이 시험을 수행하기 전에 계측기를 검·교정하여 허용오차를 만족하면 본 시험을 수행하게 된다. 프랑스 프라마톰에서 공급한 울진 1, 2호기의 격납용기 종합누설율시험 전에 수행하는 측정시스템에 대한 교정 데이터의 평가는 허용오차만 만족하면 양호하다고 측정시스템을 판단하고 있다. 그래서 본 연구에서는 울진 1호기 최근의 DAS 교정 데이터를 근간으로 통계적 이론에 기초를 둔 Gage R&R 측정 시스템 평가방법을 이용하여 측정시스템의 편의, 선형성 및 Gage R&R 분석을 통해 격납용기 종합누설율시험의 측정시스템에 대한 분석 및 평가를 하고자 한다. 격납용기 종합누설율시험에 이용되는 계측기는 격납용기 내 온도측정을 위한 온도계(RD) 59개, 격납용기내 수증기분압 측정을 위한 노점온도계(DEWCELL) 9개가 있다. 이 계측기에서 취득한 측정데이터가 누설율 계산에 직접적으로 사용되므로 교정 데이터는 상당히 중요하다고 할 수 있다. 교정 데이터는 먼저 RTD와 DEWCELL을 시험시작 전 60일 전까지 표준기관에 의뢰하여 교정을 한 후, 이 교정 데이터를 이용하여 DAS 측정시스템을 세 종류의 방법으로 교정하여 데이터를 취득한다. 이 세 가지 종류의 교정 후 취득한 데이터가 본 연구에 사용한 데이터이다. 즉, Signal Card Calibration 데이터, Manual Das Repeatability Result 데이터, Signal Card In-situ Check 데이터 등 이다. 이 데이터를 가지고 Gage R&R을 다를 수 있는 프로그램인 MINITAB과 Microsoft Excel을 이용하여 측정시스템 분석 및 평가를 하였다. 편의분석은 Signal Card 교정 데이터, Manual DAS Repeatability Result 데이터, Signal Card In-situ Check 데이터 등 3종류에 대해 수행했으며, 선형성 분석에서는 Signal Card 교정 데이터, Signal Card In-situ Check 데이터 등 2종류에 대해 분석 및 평가를 하였다. 또한 Gage R&R 분석은 부품수 59개, 반복수 3으로 가정한 RTD Signal Card Calibration 데이터와 부품수 9개, 반복수 3의 DEWCELL Signal Card Calibration 데이터에 대하여 범위방법, 평균과 법위방법, ANOVA 방법 등 3가지로 분석하여 평가를 하였다.
측정시스템 평가결과 편의분석은 기준값과 아주 근사한 값으로 측정되어 양호한 것으로 판단되며, 선형성분석도 매우 양호한 것으로 평가되었다. 다만, Gage R&R 분석 결과는 다소 미흡한 것으로 평가되는데 이는 교정 중간단계의 데이터를 이용한 것에 기인한다고 생각된다. 따라서 DAS 자체가 Gage R&R이 좋지 않다는 증거는 될 수 없을 것이다. 그래서 향후 Gage R&R을 이용하여 격납용기 종합누설율시험의 측정시스템을 정확하게 평가하기 위해서는 최종 교정 데이터 즉, Signal Card In-si Check값을 반복 측정한 데이터로 분석해야 할 것으로 생각된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Domestic nuclear power plants have containments which can be said to be the last barrier. To prove the safety of these containments, integrated leak rate tests(ILRT) have been performed every five years. The tests are done by making the condition of the status of maximal pressure to confirm whether the leak rate meets the permissible level when a design base accident happens. The measurement system gauges the leak rate by using computers which acquire data from a measuring instrument attached to a job field. The test can be conducted if measurement errors are within predetermined tolerances through testing and calibrating a measuring instrument prior to the test. In the evaluation of calibration data about the measurement system performed before ILRT for Ulchin #1 and #2 provided by Framatome-a nuclear service company of France, the measurement system is regarded as acceptable only if it satisfies the error tolerance. Thus, this thesis attempts to analyze and evaluate the measurement system ILRT for containments by using bias analysis, linearity analysis, and Gage R&R (Repeatability and Reproducibility) analysis. In particular, Gage R&R analysis is accomplished based on the statistical theory using recent DAS (Data Acquisition System) calibration data of Ulchin #1. Measuring instruments used ILRT include 59 RTDs (Resistance Temperature Detector) for measuring the temperature within containments, and 9 dewcells for measuring the partial water vapour pressure within containments. Calibration data would be very important because the measurement data acquired from these measuring instruments are used for the direct calculation of the leak rate. Calibrating RTDs and dewcells should be conducted by a standard agency at least 60 days before ILRT. And then three types of data are obtained by DAS calibration. They are Signal Card Calibration data, Manual DAS Repeatability Result data, Signal Card In-situ Check data which are used in this thesis. We use MINITAB, a commercial package for statistical analysis, and Microsoft Excel to deal with Gage R&R. Bias analyses are conducted for the above three data. Linearity analyses are performed for Signal Card calibration data and Signal Card In-situ data. Finally, Gage R&R analyses are performed for RTD Signal Card Calibration data, where the number of components is supposed as 59 and the number of repeatability as 3, and for Dewcell Signal Card Calibration data whose number of components is 9 and whose number of repeatability is 3. This thesis conducts Gage R&R analysis in 3 ways; range method, average and range method, and ANOVA method.
Judging from the results of evaluating the measurement system, the amount of bias is good because it is measured in very approximate values with reference values, and linearity is also very good. On the contrary, gage R&R of DAS measurement system is insufficient. We think this is because we use a middle level data of calibration. Accordingly, to obtain more reliable gage R&R results for ILRT measurement system evaluations, it should be necessary to collect Signal Card In-situ Check values with repetition.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = i
• 국문초록 = iv
• Abstract = vi
• 표목차 = ix
• 그림목차 = xi
• 1. 서론 = 1
• 1.1 연구 배경 = 1
• 1.2 연구 목적 = 3
• 2. 격납용기 종합누설율시험의 이론적 고찰 = 5
• 2.1 원자로 노형 구분과 국·내외 원자력 현황 = 5
• 2.1.1 원자로 노형 구분 = 5
• 2.1.2 국내·외 원자력 현황 = 8
• 2.2 격납용기계통 개요 = 11
• 2.2.1 격납용기 도입 배경 = 11
• 2.2.2 일반적인 격납용기계통 = 11
• 2.2.3 울진 1, 2호기 격납용기 종합누설율시험 관련계통 개요 = 13
• 2.3 울진 1, 2호기 격납용기 종합누설율시험 개요 = 18
• 2.3.1 시험 목적 = 18
• 2.3.2 시험 개요 = 19
• 2.3.3 격납용기 설계 개요 = 19
• 2.3.4 용어 정의 = 20
• 2.3.5 시험장비 및 계측기 = 25
• 2.3.6 격납용기 종합누설율시험 기본 이론 = 29
• 2.4 DAS(Data Acquisition system) = 39
• 2.4.1 DAS 개요 = 39
• 2.4.2 설비 및 구성 = 42
• 2.4.3 계측기 검·겨정 = 43
• 3. 일반적인 Gage R&R 분석 = 47
• 3.1 측정시스템 오차 = 47
• 3.1.1 정학도(accuracy) = 47
• 3.1.2 정밀도(precision) = 48
• 3.2 편의, 선형성, 안정성 분석 = 49
• 3.2.1 편의 분석 = 49
• 3.2.2 선형성 분석 = 51
• 3.2.3 안정성 분석 = 56
• 3.3 계측기의 반복성 및 재현성(Gage R&R) = 61
• 3.3.1 Gage R&R 개념 = 61
• 3.3.2 Gage R&R 평가방법 = 62
• 4. DAS Gage R&R 분석 = 78
• 4.1 DAS 편의 분석 = 78
• 4.1.1 Signal Card Calibration 데이터 분석 = 79
• 4.1.2 Manual DAS Repeatability Result 데이터 분석 = 82
• 4.1.3 Signal Card In-situ Check 데이터 분석 = 85
• 4.2 DAS 선형성 분석= 90
• 4.2.1 Signal Card Calibration 데이터 분석 = 90
• 4.2.2 Signal Card In-situ Check 데이터 분석 = 95
• 4.3 DAS Gage R&R 분석 = 98
• 4.3.1 범위방법에 의한 분석 = 100
• 4.3.2 평균 범위방법에 의한 분석 = 101
• 4.3.3 분산분석방법(ANOVA)에 의한 분석 = 102
• 4.4 분석결과 요약 = 106
• 5. 결론 및 향후 과제 = 108
• 5.1 연구 결론 = 108
• 5.2 향후 과제 = 110
• 참고문헌 = 111
• 부록 = 112