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배경 - KINS · 2018-01-01 · 이머징 IT 신기술 (Wireless, SoC)의 안전성 보장 기술 확보 통신보안체계기술 무선통신 취약성 분석 통신 데이터 암호화/복호화

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필요성 (배경)

문제점 후쿠시마 원전사고

지진/해일(쓰나미)로 인해 전원상실(SBO: Station Black Out) 발생

비상냉각기능 상실로 인한 노심용융

수소폭발 및 방사능 누출로 반경 20~30km 소개

모든 계측기 동작 불능으로 발전소 내부상황 파악 불가

전원복구 후에도 수위, 압력 등 측정 된 값이 정확치 않고, 제어기기 작동 안됨

케이블 및 제어실 손상

초기대응 실패로 인해 대형참사로 진행

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필요성 (대책마련의 필요성)

대응책 마련 시급

최근 우리나라에서도 자연재해 발생빈도 높아지고 있음

9.11 테러와 같은 대형 테러 대비

고리 및 영광발전소 등에서 비상디젤발전기 고장 발생(SBO)

미국을 중심으로 대형사고 관리지침 (SAMGs, EDMGs) 개발 중

NRC는 후쿠시마 사고 대비책으로 규제방향 정립

대형 사고 시에도 지속적으로 수위, 온도, 압력 등 주요변수 감시 요구

AREVA에서 중대사고 대비 PAMS 개발 진행 중

일본 (SA-Keisou) 중대사고 감시계통 개발 (R&D)

외국의 대응책

대형사고 대응책 조기 마련 필요

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필요성 (대응책 마련을 위한 연구내용)

극한환경 생존 계측제어 기술

고온, 고방사능, 전력상실 등 극한환경에서 생존 원자로 수위, 압력, 온도 등 측정 및 기기제어

모바일 원격 감시 및 제어 기술

방사능 누출사고 또는 제어실 손상 대비 이동하면서 다수 원자로 상황 감시/제어

사고회복 자동화 기술 발전소 상태 및 기기 가용성 감시/진단 운전원에게 자동으로 사고수습 경로 제공

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Energy Harvesting 기술 전원상실 대비 저전력 자가충전 원격 측정 기술

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극한환경 계측제어기기 및 모바일 제어실

특징 및 범위

목 표

극한환경용 계측제어기기 및 모바일 원격감시/조작기술을 개발하여 원전 비상대응 능력을 향상시키고, 안전성을 확보

극한환경 계측제어기기 시작품 개발

외부 온도 80℃, 누적선량 2KGy

내진 15G(3축), 방폭 EXeIICT5

모바일 원격제어실 시작품

다수호기 원자로 동시 감시 및 제어

멀티 터치기반 감시 및 제어

실시간 제어 데이터 전송장치 시작품

이중화 망 : 위성/WMAN/WWAN 등

통신거리 30km

Aux Building

기존 계측제어기기

격납용기

주제어실

극한환경용 계측제어기기

모바일 원격제어실 - 5 -

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기본 요건 (극한환경 계측제어기기 및 모바일 원격제어실)

극한환경 계측제어기기

기존 계측제어장비와 완전히 독립되며, 독립된 밧데리 전원 사용

(7일간 연속 동작)

안전등급은 아니지만, 중대사고 환경을 고려하여 환경시험 수행

(온/습도, 내지진/진동, 내방사능, EMI/RFI/EMP, 방수/방폭, 통신성능)

감시변수는 발전소 마다 다를 수 있으므로 온도(RTD/TC), 압력, 수위,

중성자속, 방사능 농도, 수소농도 등을 측정할 수 있도록 함

취득된 감시변수는 무선통신을 통해 모바일 원격제어실로 전송

극한환경 계측제어기기는 각 호기마다 따로 설치

모바일 원격제어실

모바일 원격제어실은 발전소 외부 30km 지역에 위치

12개 호기 동시 감시 및 제어

Multi point touch interface 등 효과적인 Navigation 활용

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Conventional I&C System Hardened monitoring System

Non-safety Safety

Radiation 10 Gy/40years 10 Gy/40years 2kGy/7days

Temperature 10-50oC 10 ~ 60oC 10 ~ 80 oC

Humidity 10-90% 10 ~95 % 100 % (waterproof)

Seismic Not consider 10 G 15 G

EMI/EMC MIL-STD-461E

(EMI/EMC)

MIL-STD-461E

(EMI/EMC/ESD/Surge)

MIL-STD-461E

(EMI/EMC/ESD/Surge)

EMP Not consider Not consider ~10-3(V/M)/Hz

Power consumption 250 W/Rack 150 W/Rack > 40 W/Rack

Explosion-proof Not consider Not consider EXeIICT5

환경사양 (극한환경 계측제어기기)

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극한환경 계측제어기기

중대사고 대비 감시변수 선정

Rad-Hardened 부품 선정

내방사화 시험 (정읍연구소)

내방사화 회로 설계/제작

극한환경 계측제어기기 외함제작

내방사화 시험

내환경/전자파/내진시험…

모바일 원격제어실

제어실 Layout 설계

Multi Touch Interface 화면 개발

3D interface 화면 개발

수행 결과 (극한환경 계측제어기기 및 모바일 원격제어실)

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원전 사고회복 운전자동화 기술개발

중대사고시 신속한 사고회복을 위해 사고 수습경로 제시 자동화 기술 확보

운전상태 감시/진단/예측 시작품

사고시 발전소 및 기기 진단/예측

성공유로 상 기기 운전성 진단/예측

사고회복 자동운전 시작품

사고 수습경로/대안 수습경로 제시

비상시 운전원 감시빈도 70% 감소

특징 및 범위

목 표

노심냉각

잔열제거

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필요성 (사고회복 운전자동화)

중대사고 및 광역손상사고 발생

SAMGs 또는 EDMGs 에 따라 사고수습 수행

- 운영요원이 고려해야 할 완화유로 50 개 이상

- 가용성, 완화능력 등을 고려하여 최종판단을 내리기까지는 많은 시간과 오판 위험 존재

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해결책 :

- 경로제시

자동화

-사고 증상 종류 분석 -사고구역예측

Symptom? Control Available? Credible?

- 모든 가용 성공유로 분석 - 유로상 기기/계측기 가용성 - 유로별 완화능력 분석 - 플랜트 영향분석

- 계측기 진단 - 공정 진단

Control Command Confirm

Mitigation?

- 상태정보 감시 - 예측치 비교

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자동화 범위 분석/방안제시

중대사고 완화 기능 및 수단

2차 측에 의한 노심 열제거 수단/유로

노심냉각 및 용융물 냉각수단/유로

핵분열 방출 제어수단 및 유로

원자로건물 건전성 유지수단 및 유로

사고상태 감시/진단/예측

감시/진단 필요한 계측기 분석 (~100개)

계측기 진단논리 개발

- 운전이력에 따른 비정상 거동

- 각 신호간 물리적 상관성

- 사고에 따른 환경적 요인

사고 진행 예측 분석 : MAAP4 코드 사용

수행 결과 (사고회복 자동화)

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사고회복 자동화 방안

감시/진단 논리 핵심요소

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Energy Harvesting 기술개발

전원상실 사고 시 전원공급 가능한 저전력 자가충전 기술 및 원격 측정 기술 개발

저전력 자가충전 기술 개발

Solar cells

Thermoelectric generators

Vibration-based generators

원격측정 기술 개발

저전력 소형화 Smart Sensor Network

방사선/고온환경 대비

원거리 무선통신

특징 및 범위

목 표

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Energy Harvester

Energy Storage

Wireless Sensors

(Temp., Pr. Flow..)

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저전력 자가충전 기술

노심냉각 및 저전력 자가충전 센서

기술현황 분석

원전 전원상실 시 생존 가능한 저전력 자가

충전 센서 선정

원격측정기술

저전력 원거리 무선통신 원전환경 적합성

검토 및 적용 표준 선정

무선 센서 네트워크 platform 제작

원격 센서 Network 구조 개발

수행 결과 (Energy Harvesting)

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Energy Harvesting 기술분석

감시/진단 논리 핵심요소

WSNMote

Sensor Conditioning

BGAN

WSNManager

Multiplexer

BGANAnt.

BGANMonitoring

System

BGANAnt.

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기타 현안기술개발

미래 원전에 적용될 통신보안 기술과 이머징 IT 신기술 (Wireless, SoC)의 안전성 보장 기술 확보

통신보안체계기술

무선통신 취약성 분석

통신 데이터 암호화/복호화

이머징 IT 신기술 안전성 보장기술

Wireless EMI/EMC 대책 기술

저전력/내방사선 SoC 인허가 기술

특징 및 범위

목 표

1010??1

0101???1

01??0

?

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시험 환경

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Simulator

TCP/IP

I/O Interface

(NI PXI)

극한환경제어기

사고회복 자동화

무선통신장치

모바일 제어실

센서 네트워크

무선통신장치

원격 측정시스템

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