국내원전 설계현황

[강경원]

의안번호	제 4 호		보 고 사 항
심의년월일	2001. 2. 12 (제2001 - 1차 )

국내 원전 내진설계 현황 보고

원자력안전전문위원회 부지구조분과

보 고 자	한국전력공사
보고년월일	2001. 2. 12

1. 의결주문

국내 원전 내진설계 현황을 원안과 같이 접수함.

2. 제안사유

최근 엘살바도르 및 인도지역에서 대규모 지진이 발생함에 따라 국내 원전의 지진안전성을 재확인하기 위해 원전의 설계지진 및 내진설계 현황을 보고하고자 함.

3. 주요내용

가. 근거 법령

나. 원전 설계기준 지진값

다. 원전 내진설계

라. 운영 중 발전소의 지진 대응

4. 첨부자료

◦첨부 : 원전 내진설계 현황

원전 내진(耐震) 설계 현황

2001. 2.

목 차

Ⅰ. 근거 법령

Ⅱ. 원전 부지별 설계기준 지진값 산정 내용

1. 설계기준 지진값의 산정절차

2. 지진자료 평가내용

3. 원전 부지별 설계기준 지진값 보수성

Ⅲ. 원전 내진 설계

1. 원전 설비별 내진 설계기준

2. 내진 설계의 보수성

Ⅳ. 운영 중 원전의 지진대응

1. 지진 대응 절차

2. 원전주변 지진관측망 운영 현황

Ⅰ.근거 법령

▣ 원자력법 제 12 조 (허가기준)

2. 발전용 원자로 및 관계 시설의 위치, 구조 및 설비가 대통령령이 정하는 기술기준에 적합하여 방사성물질 또는 그에 의하여 오염된 물질에 의 한 인체, 물체 및 공공의 재해 방지에 지장이 없을 것.

▣ 원자로 시설 등의 기술기준에 관한 규칙 (과기부령 제16호)

【제 4 조】지질 및 지진

○ 원자로시설은 지진 또는 지각의 변동이 일어날 가능성이 희박한 것으로 인정하는 곳에 설치하여야 함

○ 지질 및 지진학적 특성, 단층현상, 지표 및 지반의 특성 등에 관하여는 과기부 장관이 정하는 바에 따라 조사, 분석 및 평가하여야 함

【제 14 조】내진성

○ 원자로시설 및 1 차 냉각재 또는 2 차 냉각재에 의하여 구동되는 증기 터빈 및 그 부속설비는 이들에 작용하는 지진력에 의한 손괴로 일반인에 방사선 장해를 미치지 아니하도록 시설하여야 함

○ 지진력은 원자로시설과 1 차 냉각재에 의하여 구동되는 증기 터빈 및 그 부속설비의 구조 및 이들 시설이 손괴될 경우의 재해의 정도에 따라 기초지반의 상황, 그 지방의 과거 지진기록에 따른 지진 피해의 정도와 지진활동의 상황 등을 기초로 하여 구하여야 함

▣ 과학기술부 고시 제 2000-8 호

○ 원자로시설의 위치, 구조 및 설비에 관한 기술기준

- 미연방법(Part100)부록 A “원자력발전소 지진, 지질학적 부지 선정기준” 준용

Ⅱ.원전 부지별 설계기준 지진값 산정 내용

1. 설계기준 지진값의 산정 절차

○ 기술기준 : 미연방법(Part100)부록 A, 안전심사지침서 2.5.2

			부 지 선 정
				↓
			광역지질 및 지진 조사 (반경 320 km)
			◦ 지체구조구 설정
			◦ 지진자료 조사 및 평가
			- 계기 지진 - 역사 지진
			◦ 단층 조사
				↓
결정론적 방법			최대 잠재지진 선정
(미연방법
Part100부록 A)				↓
			진원 - 부지 감쇠 공식 선정
				↓
			최대 부지지반가속도 산출
			(내진설계 기준 지진값)
				↓
			확률론적 지진재해도 분석 수행				←
			(안전심사지침서 2.5.2)
				↓
			해당 부지의 설계지진값 결정

2. 지진자료 평가 내용

가. 계기 지진

○ 대상자료 : 1904 년 이후 유감 및 계기 지진 487 건 적용

(울진 5,6호기 기준)

○ 평가방법 : 결정론적 방법 적용

○ 평가 내용

‣ 최대(잠재)지진

• 지리산지진 ( 1936. 7, JMA Ⅴ ) : 고리, 월성, 울진부지

• 황해지진 ( 1910. 1, M 6.75 ) : 영광부지

‣ 최대부지지반가속도(부지별) : 0.14 g ～ 0.19g

‣ 설계기준지진값 : 0.2 g

※ 최대부지지반가속도에 설계 여유도를 더하여 0.2g로 결정

나. 역사 지진

○ 대상자료 : A.D.11～1727년까지의 한반도 역사지진기록과 679년～1977년까지의 일본 지진기록상 주요 피해지진 분석

○ 평가 내용

‣ 20여 개의 주요역사지진(피해기록지진)의 진앙지를 양산단층으로 가정하고 월성부지(거리 22.5km)의 부지지반가속도를 계산한 결과는 0.019g ～ 0.15g임

‣ 양산단층대 주변의 미소지진 및 과거 역사지진자료 등을 분석하여 월성원전에 미치는 부지지반가속도를 계산한 결과는 0.07g ～ 0.14g 임

‣그러나, 역사지진에 내재된 불확실성으로 인하여 하나의 평가결과만을 이용하는 것은 적합하지 못하므로, 다양한 평가결과 및 불확실성을 체계적으로 반영할 수 있는 기법인 확률론적 지진재해도 분석을 통하여 설계기준지진값의 보수성을 재확인하고 있음

다. 확률론적 지진재해도 분석시 평가내용

○ 확률론적 지진재해도분석은 역사지진자료와 같은 불완전성과 불확실성에 내재하는 오류를 고려하여, 논리수목을 적용하는 등 합리적인 방법으로 부지에 미치는 지진재해도를 분석하여 설계기준 지진값의 초과확률을 계산하는 방법임

○ 확률론적 지진재해도분석 수행과정에서 각 참여 전문가들은 기록지진(역사 및 계기지진)에 대해 나름대로 평가한 지진목록을 제공하였는데, 전문가에 따라 역사지진을 최대 M 7.4 ～ M 7.7까지도 평가 제시한 바 있음.

3. 원전 부지별 설계기준 지진값 보수성

○ 원전 부지별 설계 지진값

부 지	고려된 지진	지반 가속도 (g)		확률론적지진재해도분석결과주1)
		계산값	추천값
고 리	지리산 지진 (1936. 7) JMA 5.0	0.19	0.20	1.41×10-4/년 ( 7,092년 )
월 성	지리산 지진 (1936. 7) JMA 5.0	0.14	0.20	1.76×10-4/년 ( 5,682년 )
영 광	황해 지진 (1910. 1) M 6.75	0.165	0.20	1.3×10-4/년 ( 7,692년 )
울 진	지리산 지진 (1936. 7) JMA 5.0	0.15	0.20	1.0×10-4/년 ( 10,000년 )

주1) 설계기준지진값(0.2g)을 초과할 확률(빈도), ( ) 안은 재래주기(년) 임

○ 보수성

‣ 기록지진(역사 및 계기)으로부터 각 원전 부지에 미칠 수 있는 최대지반가속도는 0.14g ～ 0.19g 로 계산되었으며, 이에 여유도를 감안하여 국내 원전의 설계기준 지진값은 0.2g 로 결정되었음

‣ 국내 원전의 설계기준 지진값 0.2g에 대한 확률론적 평가 결과, 설계기준지진을 초과할 지진발생확률값 (10-3～ 10-4/년)을 만족하는 결과 (1.76×10-4～ 1.0×10-4/년)를 얻었음.

Ⅲ.원전 내진 설계

1. 원전 설비별 내진설계 기준

가. 대 상

‣ 내진 범주 Ⅰ급 구조물 : 원자로 격납 건물, 핵연료 건물

보조․제어건물 등

‣ 내진 범주 Ⅱ급 구조물 : 터빈 건물, 출입통제 건물

‣ 내진 범주 Ⅲ급 구조물 : 냉각수계통 구조물, 염소주입실

물처리실, 보조보일러 등

※ 내진 범주 Ⅰ급과 Ⅱ급(일부) 은 동적해석 수행, 나머지 구조물은 정적해석 수행, 주요기기는 진동대시험 및 내진해석 시행

나. 적용근거

‣ 미연방법(Part50) 부록 A

‣ 안전심사지침서 3.2, 3.7

2. 내진 설계의 보수성

○ 설계입력지진값

‣ 설계지반응답스펙트럼 : 암반, 충적층 등 다양한 지반에서 기록된 28개 강진기록으로부터 결정된 보수적인 표준지반응답스펙트럼 사용

※ 국내원전은 모두 암반조건임

‣ 설계지진파 : 실제 지진파보다 첨두값이 조밀하고, 설계지반응답스펙트럼보다 높은 응답스펙트럼값을 갖는 보수적인 인공지진파 사용

○ 구조물 지진해석

‣ 탄성해석 : 구조물의 내진 안전성을 확보하기 위해 구조물의 탄성영역내에서만 설계

(일반 구조물과 달리 소성 변형을 고려하지 않음)

‣ 기기설계용 층응답스펙트럼 : 응답스펙트럼의 첨두값을 광폭화 (±15%) 시켜 기기 고유진동수의 넓은 범위를 포괄할 수 있도록 보수적으로 작성

○ 내진 설계

‣ 구조물 내진설계 : 강도특성은 낮게 평가하고 작용하중은 높게 평가하여 보수적인 설계. 또한, 부재 결정시 요구되는 단면보다 큰 값을 채택함.

예) 방사선 차폐설계 등에 따른 추가 단면보강

‣ 기기 내진검증 : 시험 또는 해석과정에서 요구되는 내진기준값보다 높은 값에 대해 검증

Ⅳ.운영 중 원전의 지진 대응

1. 지진 대응 절차

○ 개 요

‣ 국내 원전은 지진과 같은 천재지변 하에서도 내진 안전성을 확보하기 위하여 원전별로 지진 감시설비와 지진대응절차를 수립하여 운영하고 있음

‣ 설계기준 지진 발생시 발전소 안전정지 가능토록 설계

- 0.01g 이상의 지진 발생시 자동경보

- 0.1g의 운전기준지진(Operating Basis Earthquake) 발생시 안전정지

- 0.2g의 안전정지지진(Safe Shutdown Earthquake) 발생시 발전소 안전계통이 손상되지 않고 안전정지 시킬 수 있는 설계를 채택하고 있음

○ 기술 기준

‣ ANSI N 18.5 “Earthquake Instrumentation Criteria for NPPs”

‣ Reg. Guide 1.12 “Instrumentation for Earthquake“

‣ SRP 3.7.4 “Seismic Instrumentation”

‣ ANSI/ANS 2.2 “Earthquake Instrumentation Criteria for NPPs”

‣ CSA N 289.5 “Seismic Instrumentation Requirements for CANDU NPPs”

‣ Reg. Guide 1.166 “Pre-earthquake Planning and Immediate NPP Operator Post Earthquake Actions“

‣ Reg. Guide 1.167 “Restart of a NPP Shutdown by a Seismic Event”

‣ 지진감시계통 안전심사지침서

○ 지진대응절차

○ 원전별 지진감시설비 설치 현황

구 분	기술기준	설 비 구 성	측정범위	지진경보치	OBE	SSE
고리 #1	Reg. Guide 1.12(Rev. 1)	○ 격납건물 (8) - 경보스위치 (2) - 삼축 가속도계 (4) - 삼축 첨두 가속도계 (2) ○ 보조건물 (2) - 삼축 가속도계 (1) - 삼축 첨두 가속도계 (1)	3방향 (X,Y,Z):±2g	0.01g	0.1g (수평)	0.2g (수평)
고리 #2	Reg. Guide 1.12(Rev. 1)	○ 격납건물 (4) - 삼축 가속도계 (1) - 삼축 첨두 가속도계 (2) - 응답스펙트럼 기록계 (1) ○ 보조건물 (7) - 경보스위치 (2) - 삼축 가속도계 (1) - 삼축 첨두 가속도계 (1) - 응답스펙트럼 기록계 (3) ○ Field (1) - 삼축 가속도계 (1)	3방향 (X,Y,Z):±2g	0.01g	0.1g (수평)	0.2g (수평)
고리#3,4 영광#1,2	Reg. Guide 1.12(Rev.1) ANSI/ANS 2.2-78	○ 격납건물 (12) - 경보스위치 (7) - 삼축 가속도계 (2) - 삼축 첨두 가속도계 (3) ○ 보조건물 (5) - 삼축 가속도계 (3) - 삼축 첨두 가속도계 (2) ○ Field (5) - 삼축 가속도계 (2) - 경보스위치 (3)	3방향 (X,Y,Z):±2g	0.01g	0.1g (수평)	0.2g (수평)
영광#3,4 울진#3,4	Reg. Guide 1.12(Rev. 1) ANSI/ANS 2.2-78	○ 격납건물 (10) - 경보스위치 (4) - 삼축 가속도계 (3) - 삼축 첨두 가속도계 (3) ○ 보조건물 (3) - 삼축 가속도계 (2) - 삼축 첨두 가속도계 (1)	3방향 (X,Y,Z):±2g	0.01g	0.1g (수평)	0.2g (수평)
울진#1,2	Reg. Guide 1.12(Rev. 1) ANSI/ANS 2.2-78	○ 격납건물 (7) - 경보스위치 (1) - 삼축 가속도계 (2) - 삼축 첨두 가속도계 (2) - 응답스펙트럼 기록계 (2) ○ 보조건물 (9) - 경보 스위치 (1) - 삼축 가속도계 (2) - 삼축 첨두 가속도계 (2) - 응답스펙트럼 기록계 (3) ○ Field (1) - 삼축 가속도계 (1)	3방향 (X,Y,Z):±2g	0.01g	0.1g (수평)	0.2g (수평)
월성 #1	CSA N289.5	○ 격납건물 (6) - 경보스위치 (1) - 삼축 가속도계 (3) - 삼축 첨두 가속도계 (2) ○ 보조건물 (2) - 삼축 가속도계 (1) - 삼축 첨두 가속도계 (1) ○ Field (1) - 삼축 가속도계 (1)	3방향 (X,Y,Z):±2g	0.01g	0.1g (수평)	0.2g (수평)

2. 원전주변 지진관측망 운영 현황

○ 목 적

‣ 단층의 활동성 평가 및 원전 지진안전 대책 수립

- 경주지진( ‘97. 6, M 4.3 ) 후속조치로 설치

‣ 원전의 내진 안전성 대응기술 확보

○ 특기 사항

‣ 원전부지를 중심으로 부지 내와 주변지역에 12개소 지진관측소 운영

- 한전 8 개소 : 영광 2개소, 월성 3개소, 고리 2개소, 울진 1개소

※ 정밀지진관측을 위하여 5개소 추가설치 예정(2003. 4까지 완료예정)

- KINS 4개소 : 원전 부지내 각 1개소

‣ 효율적인 지진관측자료 확보를 위한 유관기관과 연계 운영

(기상청, 한국자원연구소, 원자력안전기술원)

국내원전설계현황.hwp