유럽형 APR1400

I&C 심층방호 및 다양성 (D3) 설계

정 기 훈

( jku@kepco-enc.com)

I. 참조 문서

III. 국내 원전 D3 설계

II. D3 개요

발표순서

IV. 유럽 원전 D3 설계

- 1 -

V. 결론

I. 참조 문서

“Safety of new NPP designs 1/2012”, WENRA(Western European Nuclear

Regulator’s Association) RHWG (Reactor Harmonization Working Group) 2012

“INSAG(International Nuclear Safety Advisory Group)-10”, IAEA 1996

European Utility Requirements for LWR NPP (Rev. D), 2012

Diversity and Defense-in-Depth for the APR1400 (APR1400-Z-J-EC-13002-P,

Rev.0), 2013

- 2 -

II. D3 개요 – Defense-in-Depth & Diversity

심층 방어 (Defense-in-Depth)

1970년대 초 원자력발전소 안전분야에 심층방어(DiD) 개념 소개됨

예상 사고 확률에 기준한 사고 분류에 따라 구분한 각 심층방어 단계를 구분

사고 예방의 수단으로 사고 예방 계통 고장 시 잠재적 영향을 최소화하고,

사고가 좀더 심각한 상황으로 진행됨을 예방함

안전기능(Safety Function) 수행을 확실히 보장하기 위해 다중의 방어 단계로 구현되고,

한 단계 보호기능 고장 시 다음 단계에서 보호기능을 수행함

초기 3단계(Level 1~3)에서 TMI 사고(1979), 체르노빌 사고(1986) 및 후쿠시마 사고(2011)의

영향으로 다중 고장(Multiple Failures) 및 중대사고(Severe Accidents)에 대한 추가 고려로

5단계(Level 1~5)로 확대됨

- 3 -

II. D3 개요 – Defense-in-Depth & Diversity

심층 방어 (Defense-in-Depth) – 계속

심층방어 단계

- 4 -

심층방어 단계 목적 운전상황

Level 1 비정상 운전 및 고장 예방 Normal Operation

Level 2 비정상 운전 및 고장 제어 Anticipated operational

occurrences

Level 3

3a 방사능 누출을 제한하기 위한 사고 제어

노심 손상 환경으로의 진행 예방 Postulated single initiating events

3b 방사능 누출을 제한하기 위한 사고 제어

노심 손상 환경으로의 진행 예방 Postulated multiple failure events

Level 4

초기 또는 대량 방사능 물질 누출 가능

상황에 대한 실질적 제거

외부 누출 제한을 위한 노심 용융사고 제어

Postulated core melt accidents

(short and long term)

Level 5 심각한 방사능 누출로 인한 결과 완화

(외부 비상 대응) Severe Accidents

II. D3 개요 – Defense-in-Depth & Diversity

심층 방어 (Defense-in-Depth) – 계속

심층 방어 단계별 연계

- 5 -

Level 1

Level 2

Level 3a

Level 3b

Level 4

Normal Operation Requiring safety

function activation

upon failure

Physical Barriers

Preventive function

Postulated Initiating Events (PIE)

Safety systems needed to initiate RPS and to lead to controlled state

Diverse functions needed for safety systems failures (CCF)

Safety systems needed to achieve safe shutdown state

Essential for accident management according to EOPs

Severe accidents Severe Accident Management

Failure Failure

Failure

Failure

Non-Safety Class

Safety Class (low)

Safety Class (High)

II. D3 개요 – Defense-in-Depth & Diversity

다양성 (Diversity)

서로 다른 심층방어 단계간 독립성(Independence) 요건은 심층방어(DiD) 구현을 위한 가장

기본적인 요건임

독립성(Independence) 요건의 구성

- 6 -

,

II. D3 개요 – Defense-in-Depth & Diversity

다양성 (Diversity) – 계속

정의 : 서로 다른 다양한 방법으로 동일한 기능을 구현함

적용 범위 : 설계, 제작, 시험, 운영 등

설계적용 사례 :

- 안전, 비안전계통에 서로 다른 I&C 플랫폼 설계

- 소프트웨어 기반 원자로보호계통의 공통원인고장(CCF)에 대비한 다양성보호계통 설계

- 비상디젤발전기(EDG)의 CCF에 대비한 대체교류전원(AAC) 디젤발전기 설계

- 7 -

III. 국내 원전 D3 설계

D3 설계요건

SECY-93-087, II. Q, Defense against Common-Mode Failures in Digital Instrumentation and

Control Systems

BTP 7-19, Guidance on Evaluation of D3 in Digital Computer Based I&C Systems

NUREG/CR-6303, Method for Performing Diversity and Defense-in Depth Analyses of

Reactor Protection Systems

국내 원전의 심층방어(DiD) 요건은 아래와 같은 방어 단계의 대처설비를 요구함

- 정상운전 (Normal Operation)

- 비정상운전 (Abnormal Operation, AOO)

- 설계기준사고 (Design Base Event)

- 설계기준초과사고 (Beyond DBE)

설계기준초과사고(BDBE)에 대처하는 설비는 설계기준사고(DBE)와의 다양성(Diversity)만

요구함

따라서, 정상운전 및 설계기준초과사고(BDBE) 운전에 비안전등급 DCS 플랫폼 적용하고,

비정상운전 및 설계기준사고(DBE) 운전에 안전등급 PLC 플랫폼을 적용함

- 8 -

III. 국내 원전 D3 설계

D3 설계현황 – APR1400 I&C System Overview Architecture (from NRC-DC 사업)

- 9 -

MCRSC

System Level Switches

TO

RO E

O

DIS

Mini-

LDPQIAS-NQIAS-PDIS SODP

RTSS(A1,B1,C1,D1,

A2,B2,C2,D2)

APC-S(A,B,C,D)

CIM(A,B,C,D)

Fission

Chamber

I

I

I

Non-safety Components

(Sensors, Txs, Pumps, Valves, etc.)T/G

Components

ENFMS

(A,B,C,D)

I

ESF-CCS

LC(A,B,C,D)

MSIS

Act.

IFPD

RSR

IFPD

IPS

DIS QIAS-P QIAS-N QIAS-N QIAS-N

T/GCSFIDASP-CCS GC/LCPCS

I

QIAS-P(A,B)

LegendDAS

PPS

(A,B,C,D)

ESF-CCS

GC(A,B,C,D)

OM

(A,B,C,D)

LDP

ITP

(A,B,C,D)

Rx

Trip

Common platform for Safety I&C

Common platform for Non-Safety

I&C

Dedicated equipment for the System

Display or Soft control device

Safety System Data Network (SDN)

Non-safety Network (DCN-I)

Serial Data Link (SDL)

Hardwired connectionPPS

Diverse platform for DAS

Minimum

Inventory

Incore

Detector

Safety-related Non-Safety

Other Channels

DPS(N1,N2,

N3,N4)

ESF-CCS GC

Safety Components

(Sensors, Txs, Pumps, Valves, etc.)

CIM RTSS

DMA

Rx

Trip

`

CPCS

(A,B,C,D)

CPM

(A,B,C,D)

G

G G

Operating

Bypass

Setpoint

ResetRx

TripDMA

ESF

Act.

OM

Operat.

Bypass

Setpoint

Reset

RTSSCPM

(A,B,C,D)

Type A

Variables

QIAS-P

SDN

SDN

DCN-I DCN-I

ESCM

(A,B,C,D)

ESCM

(A,B,C,D)

MTP(A,B,C,D)

G

QIAS-N

G

ESCM

(A,B,C,D)

CCG

(A,B,C,D)

Ethernet

NPCS

CCG

III. 국내 원전 D3 설계

D3 설계현황 – PPS Vs. DPS (from NRC-DC 사업)

- 10 -

ESF Components

DPS

(N1,N2,N3,N4)

IPS

CPCS

(A,B,C,D)

DRCS

RTSS-2 RTSS-1

C2

D2 B2

A2 B1

D1 C1

A1

N2

N1

MG Set

G

G

RT (Under Voltage)A → A1/A2B → B1/B2C → C1/C2D → D1/D2

Safety Sensors

(A,B,C,D)

M

M

PPS

(A,B,C,D)

ESF-CCS

(A,B,C,D)

DM

A

OM

ESFAS(incl. AFAS/SIAS)

RT (Shunt Trip)N1 → A1/A2N2 → B1/B2N3 → C1/C2N4 → D1/D2

APC-S (A,B,C,D)

I

CIM(A,B,C,D)

I

(Under Voltage)

Non-safety Network

I I

Hardwired Connection

Serial Data Link(SDL)

Safety Non-safety

ESFAS(AFAS/SIAS)

SDL

RT

ESF

Act.

TCS

G

Turbine Trip

Reacor Trip

I

III. 국내 원전 D3 설계

D3 설계현황 – QIAS Vs. DIS (from NRC-DC 사업)

- 11 -

QIAS-P

(A,B)

QIAS-N

DIS

DIS

AMI & ICC

parameters

EOP

parametersAMI & ICC, EOP

parameters

Safety System

Data Network

CETs / HJTCs

CETs / HJTCs

Process variables

APC-S

(A,B,C,D) I

S

QIAS-N

IPS

Safety Sensors (A,B,C,D)

Safety Non-safety

Non-safety

Network

ITP

(A,B,C,D)

SDL

B

C

D

QIAS-P

(A,B)

S

I

DIS variables

IFPD

QIAS-N

MTP

G SDL

Hardwired Connection

Mini

LDP

Status Alarm

(via P-CCS)

QIAS-N Network

SODP

IV. 유럽 원전 D3 설계

D3 설계요건

IAEA “INSAG(International Nuclear Safety Advisory Group)-10”, 1996

European Utility Requirements for LWR NPP, Rev. D, October 2012

유럽에서는 후쿠시마 사고 이후 심층방어(DiD) 요건으로 자연재해를 포함한 다중사고

(설계기준초과사고-DEC; Design Extension Condition) 및 노심용융(Core Melting) 사고에 대한

안전등급 대처설비를 요구함

또한, 서로 다른 심층방어(DiD) 단계간의 다양성(Diversity) 설계를 포함하는 독립성

(Independence) 요건을 요구함

따라서, 설계기준초과사고(DEC) 시 비안전등급 DCS 플랫폼을 사용하는 기존의 설계 내용은

다양성(Diversity) 확보 부족으로 적용 불가함

- 12 -

IV. 유럽 원전 D3 설계

D3 설계현황

유럽 심층방어(DiD) 요건에 따라 아래 그림과 같이 심층방어 단계별 4 플랫폼 적용함

- 13 -

V. 결론

최신 유럽 기준 심층방어(DiD) 요건에 따라 개발된 심층방어 단계별 4 플랫폼을 적용한

유럽형 APR1400 I&C 구조 설계 내용은 다음과 같은 사유로 기존 원전의 안전성을

향상시길 수 있음

심층방어(DiD) 단계별 독립성 증대

설계초과사고 및 중대사고에 대한 신규 플랫폼 적용으로 다양성 설계 신뢰도 향상

유럽형 APR1400 I&C 구조 설계 내용은 적용 국가의 인허가 및 사용자 요건에 따라

추가 개발이 요구되며, 안전해석분야의 해당 사고유형 기준 운전 적합성 평가 분석이

우선적으로 수행되어야 함

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