열린원전운영정보 - 한국수력원자력

설계기준지진 값의 산정절차

기술기준 : 미연방법(Part100)부록 A.안전심사지침2.5.2

활성단층 조사 기준

활성단층 조사기준 : 미연방법(10 CFR Part 10 부록 A)
- 활성단층의 정의 : 35,000년에 1회 또는 50만년에 2회 움직인 지표단층
- 지반진동 평가를 위해 필요한 조사범위
  - · 진앙지나 최대 강도지역의 위치와 부지반경 200 mile(320km)이내의 지체 구조구와의 상호관계의 규명
  - · 건설부지로부터 200 mile(320km)이내에서의 활성단층 존재 가능성 여부 결정에 중요한 단층들의 조사
- 안전 정지 지진값(SSE) 결정을 위한 거리별 조사단층 최소길이

**활성단층 조사기준 표**
부지로부터 거리, 단층의 최소길이에 대한 표 입니다.
부지로부터 거리	단층의 최소길이
0 ~ 20 mile (0~32km)	1 mile (1.6km)
20 ~ 50 mile (32~80km)	5 mile (8km)
50 ~ 100 mile (80~160km)	10 mile (16km)
100 ~ 150 mile (160~240km)	20 mile (32km)
150 ~ 200 mile (240~320km)	40 mile (64km)

지표단층 평가를 위해 필요한 조사
- 부지로부터 5mile (8km)이내 지역에서 관찰되는 1,000 feet(300m)이상되는 단층에 대해서는 이 단층들이 활성단층일 가능성에 대한 규명 등

외국의 활성단층 조사 기준

미국의 경우(USNRC)
- 과거 35,000년 이내에 1회의 활동 흔적이 있거나 또는 500,000년 동안에 반복하여 지표면에 변위를 일으킨 단층
- 활성단층에 구조적으로 연결된 단층, 즉 인접한 단층의 운동에 따라 결과적으로 활동이 기대되는 단층
- 지진기록으로 부터 얻어진 지진활동과 직접적인 관련을 갖는 단층
국제원자력기구의 경우(IAEA)
- 제4기 (약180만년전) 후기 이후에 변위가 발생한 단층
- 지표면에 단층에 의한 파괴의 지형적 증거가 있는 단층
- 단층을 따라 포행운동(Creep Movement)을 하는 단층
- 활성단층에 구조적으로 연결된 단층, 즉 인접한 단층의 운동에 따라 결과적으로 활동이 기대되는 단층
- 지진 기록으로 부터 얻어진 지진 활동과 직접적인 관련을 갖는 단층
일본의 경우
- 단층을 따라 포행운동(Creep Movement)을 하는 단층
- 제4기(약180만년전) 이후에 활동한 단층으로 장래에 지진을 발생시킬 수 있는 가능성이 있는 단층
- 현 지형에 지진에 의한 변위의 흔적이 보존되어 있는 단층
- 평균변위속도에 따른 단층의 분류

**활성단층 조사기준 표**
부지로부터 거리, 단층의 최소길이에 대한 표 입니다.
부지로부터 거리	단층의 최소길이
0 ~ 20 mile (0~32km)	1 mile (1.6km)
20 ~ 50 mile (32~80km)	5 mile (8km)
50 ~ 100 mile (80~160km)	10 mile (16km)
100 ~ 150 mile (160~240km)	20 mile (32km)
150 ~ 200 mile (240~320km)	40 mile (64km)

뉴질랜드(NZGS)의 경우
- 50,000년 이내에 1회의 활동 또는 500,000년 동안에 반복하여 변위를 일으킨 단층
- 변위가 발생한 시기나 반복 정도에 따라 I , II 및 III으로 구분
우리나라의 경우
- 원자력발전소에 대해 미국 원자력 규제 위원회 적용기준을 그대로 준용하고 있으나, 일반시설 설계 기준에서는 별도로 활성단층에 대한 판단 기준을 두고 있지 않음

내진 해석

표준 심사 지침서 3.7.2에 다음 사항들에 대한 허용 기술 기준을 제시하고 있다.
- 해석 방법 : 응답 스펙트럼 방법, 시간이력 해석법, 등가정적 해석법
- 분리해석 기준 : 기초 및 지반매체와 연결된 내진 I급 구조물은 내진 계통으로 정의하고 기타 계통 및 기기는 내진 부계통으로 분리하여 해석 가능
- 고려해야 할 모드 수
- 구조물 해석 모델 : 집중 질량 모델 등
- 모드 응답 조합 방법
- 층 응답 스펙트럼 작성 방법
- 세 방향 지진동의 조합 방법
- 고정지반 해석과 지반구조물 상호 작용 해석을 위한 적용기준
- 지반 구조물 상호작용 해석 요건
- 자유장과 통제 지진동의 정의 등

기술 용어 해설

응답 스펙트럼(Response Spectrum)

지진에 의한 지반의 운동과 같은 동적하중에 대해 단일 자유도 구조물의 응답은 감쇠비가 일정할 경우에 고유진동수 (또는 고유진동주기)에 따라 변하게 된다.
이와 같이 동적하중에 대한 단일 자유도 탄성계의 최대응답을 고유진동수에 대한 그림으로 나타낸 것을 응답 스펙트럼이라 한다.

층응답 스펙트럼(Floor Response Spectrum, FRS)

층응답 스펙트럼이란 구조물의 지반에 어떤 지진이 발생할 때 구조물 내의 어느 층에 놓인 단일 자유도를 갖는 진동체(예를 들면 장비등의 설비)의 최대 응답을 진동체의 고유진동수와 감쇠비의 함수로 나타낸 것이며, 이 층응답 스펙트럼은 주구조물 내에 설치될 기기나 설비의 내진설계를 위한 입력하중이 된다.
따라서, 층응답 스펙트럼은 응답 스펙트럼과는 달리 주구조물의 특성, 설비위치 등에 크게 좌우된다.

퓨리에 스펙트럼(Fourier Spectrum)

고려하는 함수의 진동성분(Frequency Component) 또는 주기를 가진 성분을 나타내는 가장 기본적인 방법으로서 함수를 Fourier 변환하여 구하며 이렇게 Fourier 변환한 것을 퓨리에 스펙트럼이라고 한다. 퓨리에 스펙트럼은 구조물의 내진해석시 지반의 강성과 감쇠값이 입력 지반 운동의 진동성분에 따라 변하는 특성을 고려하고자 할 때 사용되며 현재 주로 학술적인 연구에서 이용되고 있다.

파워 스펙트럼

파워 스펙트럼은 Power Special Density(PSD) 함수로 표현된다. PSD 함수는 고려하는 함수에 대한 진동수별 Power의 확률적 분포를 나타내는 것으로서 주로 정상과정(Stationary Process)의 가정하에 사용한다. 그러므로 지진과 같이 강진이 10~30초의 짧은 시간 내에 발생했다가 소멸되는 경우에 PSD함수를 사용하는 것은 적절하지 않다고 할 수 있다. 그러나 지진 하중에 대한 PSD 함수로부터 지반운동의 진동수별 파워의 분포를 쉽게 판단할 수 있으며, PSD함수를 이용한 동적해석은 매우 간편하므로 지진의 PSD함수를 적절히 결정하여 구조물의 내진 해석에 이용되는 경우도 있다.

지체구조구

지질 구조적 특징들이 비교적 유사한 지역

안전정지 지진(Safety Shutdown Earthquake, SSE)

각종 지진자료와 광역 및 국지지질, 부지 하부 지질특성을 고려할 때 예상되는 최대강도의 지진으로서 원자력발전소의 구조물 및 제반 시설물들은 그 기능을 계속 유지할 수 있도록 설계되어야 한다. 이러한 원자력발전소 구조물 및 시설물들은 특히 다음사항이 보장되어야 한다.
- 원자로 냉각재 압력한계의 완전한 기능유지
- 원자로를 즉각 정지할 수 있고 또한 완전한 정지 상태로 계속 유지할 수 있는 능력
- 불의의 사고에 의하여 법정한계 이상의 방사능 방출현상이 발생될 때 발전소 부지 밖으로 미치는 영향을 방지하거나 완화할 수 있는 능력

운전기준 지진(Operating Basis Earthquake, OBE)

광역 및 국지지질, 지진 자료와 부지 하부 지질특성을 고려할 때 발전소의 운전 수명기간 중에 발전소 부지에 상당한 영향을 줄 것으로 예상되는 지진.
원자력발전소의 제반 시설물들은 이 지진에 의한 지반진동 하에서도 공중의 안전과 건강에 대한 심한 위험없이 계속 그 기능을 유지할 수 있도록 설계되어야 한다.

지진해일(쓰나미)

ANSI/ANS-2.12에서는 지진해일을 “해저지진, 화산폭발 또는 해저나 해안의 landside등에 의해 발생되는 일련의 파랑작용”으로 정의하고 있으며 이는 발전소의 홍수, 냉각수 손실 (수위 저하에 의한), 지형침식의 원인이 되므로 IAEA Safety Series No.50-SG-S10B에서는 되도록 지진해일의 영향을 받지 않는 부지를 추천하고 있다.
또한 불가피한 경우에는 가상최대지진해일을 고려하여 설계하여 기준 홍수위를 산정해야 한다고 규정하고 있다.
이러한 가상 최대 지진해일은 발전소가 모든 잠재적 지진해일에 대하여 안전하게 보호될 수 있도록 충분히 평가되어야 함을 말한다.
지진해일은 원해 및 근해의 지각구조상의 지진활동을 진워으로 하여 발생하며 이렇듯 원해에서 발생된 지진해일은 넓고 깊은 바다를 통과할 때 짧은 주기를 가진 파들은 이전달과정에서 흡수되어 없어지고 장주기의 파들이 해안부지에 영향을 미치므로 장파방정식, 2차원방정식, 선형방정식에 의하여 검토된다.
또한 근해에서 발생된 지진해일은 원해에서 발생된 지진해일과는 달리 복잡하게 나타나는데 이러한 지진해일은 전파하는 동안 반사, 회절등 파형이 변형되어 분산되므로 지질학적, 지각구조적, 역사적 자료해석을 통해 결정되어야 한다.

정진현상

조위기록계들은 10초부터 수십분의 진동상태를 나타내고 있으며, 긴주기의 파들은 폭풍해일, 지진해일등 다른 현상과 연결되어 나타난다. 이 현상을 부진동 또는 정진현상이라고 한다. 이러한 정진현상의 높이는 일반적으로 수십cm정도이며 때로는 1m를 초과하는 경우도 있다.
부지가 폐쇄 또는 반폐쇄된 해안에 위치하고 있을 때에는 잠재 정진현상을 고려하여야 하며 잠재성이 존재하는 경우 가능최대 정진해일을 평가하여야 한다. 해안에서의 진동현상은 폭풍해일, 풍속의 변화, 지진해일, 해저화산분출 등으로 인하여 발생할 수 있으며, 입구로부터의 지속적인 유입이나 물표면의 지속적 외력에 의하여 일어난다. 이러한 진동의 형태는 표면지형과 해안의 수심에 의하여 결정되며 그 진폭은 야기하는 힘의 크기와 마찰에 따라 다르게 나타난다. 만일 정진현상이 해안의 가능최대폭풍해일의 현상으로부터 나타나면 이 해일은 가능최대정진해일을 계산하는데 입력자료가 될 수 있다.