A földrengés-biztos tervezés alapjai ATOMERİMŐVEK FÖLDRENGÉSBIZTONSÁGÁNAK
Teherbírási határállapot vagy biztonsági követelmény:
TERVEZÉSI ÉS ÉRTÉKELÉSI
az emberi élet védelme
SAJÁTOSSÁGAI
Használhatósági határállapot és követelmény: az
értékek védelme
Dr. Katona Tamás János
Differenciálás: a
ráfordítások ésszerű űsítése
EC-8 (minden létesítményre, kivéve a nagy völgyzáró gátakat és az atomerőműveket)
Nukleáris
no collapse
reaktor leállítás, lehűtés, tartós hűtés és konténment
50 év alatt 10% valószínűséggel lehet nagyobb rengés, mint a mértékadó; PE=0,1
50 év alatt 0,5% valószínűséggel lehet nagyobb rengés, mint a mértékadó; PE=0,005
T=475 év; p≈2x10-3/év;
T=1000 év; p=10-4/év;
damage limitation
folyamatos üzem feltétele a reaktor megáll, vagy leállítják, vizsgálat után újraindul
10 év alatt 10% valószínűséggel lehet nagyobb földrengés; p≈10-2/év
OBE p≈10-2/év
amax=(1/2)x(amax)méretezési
½ majd 1/3 (a max)méretezési; ma csak speciális szerepe van a tervezésben (Service Level B)
fontossági tényező; számítási módszerek; duktilitás;
kockázat alapú: Seismic Design Category 1-5 performance goals/hazard exceedance probability, Performance category, minimális gyorsulás, tervezési spektrum, csillapítás; szerkezeti alakváltozási határállapotok: A-D
2008.04.15.
Elıírások, osztályba sorolás, szabványok
Talajmechanikai adatok
Terhek, kombinációk
A tervezés
Step Step 11 Evaluation Evaluation of of seismic seismic sources sources
Anyagjellemzık, csillapítás, duktilitás
2
Valószínőségi földrengés-veszély elemzés (Tóth L. et al.)
Step Step 22 Modellezés (végeselem modell)
Assessment Assessment of of earthquake earthquake recurrence recurrence and and maximum maximum magnitude magnitude
Elemzés 1. A nem szeizmikus igénybevétel kiszámítása 2. A szeizmikus igénybevétel kiszámítása 3. Rugalmas kapacitás kiszámítása 4. Az inelasztikus kapacitás kiszámítása
Step Step 44 Mathematical Mathematical model model to to calculate calculate seismic seismic hazard hazard
Megengedett értékek
Step Step 33 értékelés
2008.04.15.
Ground Ground motion motion attenuation attenuation 3
2008.04.15.
Soil liquefaction
Free-field RS
4
Forrás-zóna modell (Tóth L. et al.)
Seismic Hazard Curve V e s z é ly e z t e t e t t s é g i g ö r b e PG A 1,0E + 00
Mmax=5.8
Mmax=5.8
S = 0.5
8 5 % p e r c e n ti l 5 0 % p e r c e n ti l m e a n (á tl a g )
1 , 0 E -0 1
sú l y o z o tt á tl a g
Mmax=6.2
1 5 % p e r c e n ti l A R U P b .e .
1 , 0 E -0 2
éves meghaladási gyakoriság
Mmax=5.8 Mmax=6.2 Mmax=6.0 Mmax=5.4 Mmax=5.4
Mmax=6.5
Site Site Mmax=6.0
Mmax=6.2
Mmax=5.6
Mmax=5.8
1 , 0 E -0 3
1 , 0 E -0 4
1 , 0 E -0 5
1 , 0 E -0 6
Mmax=6.2 Mmax=6.5
Mmax=6.0
Mmax=6.2
1 , 0 E -0 7
Mmax=7.5 1 , 0 E -0 8 0,01
Mmax=6.2
Mmax=6.2
2008.04.15.
5
2008.04.15.
Uniform Hazard Response Spectra
0,1
1
6
g y o r s u lá s ( g )
Az input
UHRS ( s ú ly o z o t t á t la g ) Talaj-épület köcsönhatás modellezése
1,8 1 .0 0 0 .0 0 0 é v 1,6
5 % c si l l a p í tá s si g m a = 0 . 5
felszerkezet Végeselem modell és módszer
100.000 é v ARUP 100e 10.000 é v ARUP 10e
1,4
Csatolás
Gyorsulás (g)
1,2
Csatolás
Boundary-Element módszer Megoldás a végtelen féltérre
1,0
A talaj, mint szubstruktúra 0,8
0,6
0,4
0,2
0,0 0,01
2008.04.15.
0,1
F u n d a m e n t á lis p e r ió d u s ( s )
1
10
7
2008.04.15.
8
Az input Talaj-épület köcsönhatás modellezése
Csillapítás felszerkezet
csillapítás, a kritikus százalékában,%
30
Végeselem modell és módszer
20
Csatolás
Csatolás
10
0 0,0001
Boundary-Element módszer
0,001
0,01
0,1
1
Megoldás a végtelen féltérre
nyírási alakváltozás, relatív, %
A talaj, mint szubstruktúra
rugalmassági modulus, relatív
Csúszató rugalmassági modulus 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,0001
0,001
0,01
0,1
1
nyírási alakváltozás, relatív, %
2008.04.15.
9
2008.04.15.
Terhek és terheléskombinációk
A modellek
•
Az US NRC elvárásai szerint a terheléskombinációkat a biztonsági jelentés 3. fejezetében kell dokumentálni (lásd Standard Format and Content of Safety Analysis Reports for Nuclear Power Plants), s a terheléskombinációk adekvát voltát a Standard Review Plan (SRP) szerint ellenırzi.
•
Vasbeton konténment esetében a terheléskombinációkat az ASME BPVC Section III, Division 2, Code for Concrete Reactor Vessels and Containments, Article CC-3000 szerint kell venni (SRP 3.81).
•
Acél konténment esetében ASME BPVC Section III Division 1, Subsection NE, Class MC Components és a Regulatory Guide 1.57 Design Limits and Loading Combinations for Metal Primary Reactor Containment System Components címő útmutató együttesen szolgál a terheléskombinációk meghatározására.
•
Az egyéb földrengésbiztonsági osztályba sorolt (az US NRC szerint Seismic category I) szerkezet esetében az SRP 3.8.4 fejezete a terhek és terheléskombinációk tekintetében az ACI 349 "Code Requirements for Nuclear Safety-Related Structures" szabványt, illetve ANSI/AISC N690 „Specifications for the Design, Fabrication and Erection of Steel Safety-Related Structures for Nuclear Facilities" szabványt tekinti mértékadónak. A szabványokhoz képest itt az SRP 3.8.4 fejezetének E, F és G függelékei adnak kiegészítı megszorításokat.
2008.04.15.
10
11
2008.04.15.
12
A modellek
2008.04.15.
13
2008.04.15.
Követelmények és differenciálás biztonsági osztályba sorolt tartószerkezetek
amelyeknek nincs funkciójuk a földregés esetén
amelyek sérülése kölcsönhatások révén biztonsági funkciót akadályoz
nem besorolt
EE C2
EE C3
EE C4
mőködıképesség
az építmények, tartószerkezetek esetében nem releváns
az építmények, tartószerkezetek esetében nem releváns
rugalmasság
egyes tartószerkezetek esetében
egyes tartószerkezetek esetében
tömörség
konténment, burkolat
egyes építmények esetében
integritás
2008.04.15.
általában minden tartószerkezet esetében
általában minden tartószerkezet esetében
Földregés-biztonsági elvek
biztonsági osztályba nem sorolt tartószerkezetek
amelyek a földregés esetén technológiai vagy kibocsátás korlátozó funkcióval bírnak EE C1
kritérium
14
1. A szerkezetnek megfelelı teherbírással kell rendelkezni, hogy a földregés okozta terheket a vele egyidejőleg ható más terhekkel együtt, azaz a mértékadó teherkombinációkat elviselje, ami feltételezi a szerkezeti részletek, csomópontok gondos tervezését. 2. A szerkezet vízszintes irányokban legyen homogén, legyen szimmetrikus, tömegközéppontja legyen a lehetı legalacsonyabban, a szerkezet tömeg és merevség eloszlása legyen egyenletesen, a merevségi és tömegközéppont lehetıleg essen egybe. 3. Az alaprajzi uniformitással, a szerkezeti elemek egyenletes elosztásával kell az inerciaerık közvetlen átadását biztosítani. A szerkezeti egyszerőségre kell törekedni, amely elsısorban a szeizmikus erık tiszta és egyértelmő levezetésében nyilvánul meg. Korlátozni célszerő a szerkezet karcsúságát.
az elárasztás- veszély kiküszöbölése
4. A szerkezetnek és a szerkezeti csomópontoknak duktilisnak kell lenni, azaz a szerkezetnek rugalmas-képlékeny tartományban mőködve energiadisszipáló képességgel kell rendelkeznie. A rideg sérülési módot megfelelı konstrukciós megoldásokkal ki kell zárni.
a rádılés-veszély kiküszöbölése
15
2008.04.15.
16
Földregés-biztonsági elvek
Tervezés földregésre
5. A szerkezetnek stabilnak kell lenni, a felborulást és megcsúszást ki kell zárni. 6. A födémeknek vízszintes tárcsáként kell mőködni. A födémeknek és a vízszintes merevítéseknek át kell vinni a földrengés terheket a laterális teherviselı szerkezetekre, amelyekhez csatlakoznak. Megfelelı torziós merevséget és ellenállást kell kialakítani. 7. Az építmény alapozásának megfelelıen el kell viselni, és egyenletesen át kell vinni a földregés alatt a felszerkezet által okozott terheket az altalajra. Egy típusú, s azonos mélységő alapozást kell tervezni, kivéve, ha a szerkezet dinamikailag független részekbıl áll.
ASME BPVC III
8. Az alapozás alatti talaj megfelelıségét a telephely megfelelı kiválasztásával vagy szükség esetén talaj teherviselı képességének és stabilitásának növelését szolgáló intézkedésekkel biztosítani kell. 9. Az adott építmény más szomszédos építménnyel való kölcsönhatását, felütközését ki kell zárni. 2008.04.15.
17
Tervezés földregésre - differenciálás
2008.04.15.
Tervezés földregésre - differenciálás
1. biztonsági osztály
2. biztonsági osztály
3. biztonsági osztály
nem biztonsági osztály
ASME BPVC III, NB-3600
ASME BPVC III, NC-3600
ASME BPVC III, ND-3600
ASME BPVC III, ND-3600
biztonsági osztályba sorolt technológiai rendszerek és komponensek
biztonsági osztályba nem sorolt technológiai rendszerek és komponensek
nem besorolt és nincs kölcsönhatás
EE C2
amelyek sérülése kölcsönhatások révén biztonsági funkciót akadályoz EE C3
minısítéssel
-
-
-
-
tömörség
az elárasztás- veszély kiküszöbölése
-
integritás
a rádılés-veszély kiküszöbölése
-
amelyek a földregés esetén technológiai vagy kibocsátás korlátozó funkcióval bírnak EE C1
amelyeknek nincs funkciójuk a földregés esetén
mőködıképesség
minısítéssel
rugalmasság*
a biztonsági osztályhoz rendelt ASME Class-tól függıen kell eljárni, ahogy azt a 14. táblázat mutatja
kritérium 1. szeizmikus osztály, a földregés alatt és után aktív biztonsági funkciója van
18
EE C4
2. szeizmikus osztály, a földregés alatt és után biztonsági funkciója van, de nem aktív
3. szeizmikus osztály, kölcsönhatások miatt biztonsági funkciót veszélyeztet
Ipari szabványok
nem osztályba sorolt
2008.04.15.
19
2008.04.15.
20
Tervezés földregésre - minısítés
Tervezés földregésre - minısítés A minısítési szabványok a következık: • az ANSI/IEEE Std. 323-1983, ami az 1E kategóriájú atomerımővi berendezések minısítésére vonatkozik, • az ANSI/IEEE Std. 344-1987 szabványt, ami a szeizmikus minısítés elvégzésére vonatkozik, termékszabványok: • ANSI/IEEE Std. 382-1980 - armatúra hajtások, • ANSI/IEEE Std. 420-1982 - panelek, keretek, • ANSI/IEEE Std. 501-1978 - relék. Az ANSI/IEEE Std. 344-1987 alkalmazását az US NRC kiterjesztette a gépészeti berendezések minısítésére is, lásd a Regulatory Guide 1.100 útmutatót. Léteznek ANSI/ASME szabványok is egyes termékek, mint szivattyúk, armatúrák minısítésére (ASME QME 1-1994 Qualification of Active Mechanical Equipment Used in Nuclear Power Plants
2008.04.15.
21
2008.04.15.
A kumulatív abszolút sebesség mint kárkritérium
Üzemi földregés •
•
Az atomerımővek esetében a használhatósági határállapotot egy ~10-2/év gyakoriságú földrengés (OBE), mint várható üzemi esemény jelenti, amely esetén az atomerımő továbbüzemelésének biztonságát ellenırizni kell. A korábbi gyakorlatban automatikus reaktor leállítást kötöttek az OBE-vel asszociált gyorsulásérték túllépésre, ehhez illeszkedett a szeizmikus mőszerezése az atomerımőveknek (SRP 3.7.4). Regulatory Guide 1.12. A NAÜ az NS-G-1.6 útmutató (§§ a 7.1÷7.5) a szeizmikus mőszerezéssel elsısorban a létesítményt ért földregés hatásának kiértékelése, a riasztás és az automatikus leállítás szempontjából foglalkozik. Eszerint a triaxiális (gyorsulás)értékelıket kell elhelyezni a szerkezet dinamikus igénybevételének megítéléshez a szabadfelszínen, az alaplemezen és a jellemzı szerkezeti pontokon.
2008.04.15.
22
A CAV definíciója az alábbi: t max
CAV =
∫ a(t ) dt
(9)
0
ahol
a(t)
a gyorsulás idıjel
tmax
a felvétel idıtartama
A CAV értéket a szabadfelszíni talajmozgás mindegyik komponensére az alábbiak szerint kell kiszámítani:
23
1.
a gravitációs gyorsulás, g értékében skálázott abszolút gyorsulás idırekordot 1 másodperces idıintervallumokra kell felosztani,
2.
az idı szerint integrálni kell az abszolút gyorsulást mindegyik olyan idıintervallumban, amelyben az abszolút gyorsulás értéke legalább egyszer meghaladja a 0.025g értéket,
3.
a rész integrál-értékeket összeadva kapjuk a CAV értéket.
2008.04.15.
24
A kumulatív abszolút sebesség mint kárkritérium
Az OBE meghaladás kritériuma
A következıket kell tenni: • A telephelyen a szabadfelszínen mért gyorsulás-idıjelbıl, 5% csillapításnál ki kell számítani a válaszspektrumot. A válaszspektrumot az adott frekvenciatartományban legalább nyolc, a logaritmikus skálán közelítıen egyenletesen elosztott pontban (pl. 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.5, 8.0 és 10.0 Hz-nél) kell kiértékelni. • Ki kell számítani a mért gyorsulás-idıjelbıl a CAV értékét.
1 a földrengés szabadfelszínen mért gyorsulásjelébıl 5 % csillapításnál vett válaszspektrum amplitúdója (a két vízszintes és az egy függıleges irány bármelyikében) nagyobb, mint a vonatkozó tervezési gyorsulás válaszspektrum amplitúdója, (OBE spektrum), vagy 0.2g, attól függıen, hogy melyik a nagyobb, a 2÷10 Hz tartományban, vagy 2 a földrengés szabadfelszínen mért sebességjelébıl 5 % csillapításnál vett sebesség válaszspektrum amplitúdója (a két vízszintes és az egy függıleges irány bármelyikében) nagyobb, mint a vonatkozó tervezési sebesség válaszspektrum (OBE spektrum), vagy 0.1524 m/s, attól függıen, melyik a nagyobb, az 1÷2 Hz tartományban. Az OBE-re vonatkozó CAV határt akkor lépi túl az adott földrengés, ha bármelyik irányban a számított CAV érték meghaladja a 0,16gsec tapasztalati korlátot. A földrengés nem haladja meg az OBE szintet, ha a CAV érték nem haladja meg a számszerően megadott határértéket. Ekkor további értékelésre nincs szükség. Ez az empirikus kritérium akkor is alkalmazható, ha a tervezés során nem rögzítettek egy adott OBE szintet.
2008.04.15.
25
26
Földrengésbiztonság az átalakítások és a beszerzések során
Teendık földrengés esetén
Átalakítások, felújítások, rekonstrukciók során a tervezés, és a beszerzés a földrengésbiztonsági és biztonsági osztályba sorolásnak megfelelı földrengésbiztonsági követelményeknek betartásával történhet. Az engedélyes konfiguráció menedzsment rendszerének ezt biztosítani kell.
Megfelelı eljárásokat kell kidolgozni földregés esetére: – az üzemeltetı személyzet számára, illetve – a telephelyi és telephelyen kívüli helyzet kezelése (tüzek, közlekedés), stb.
2008.04.15.
2008.04.15.
27
2008.04.15.
28
Földrengésbiztonság és üzemi rend •
• • • •
Az alapozás
A földrengésbiztonság tárgyában végzett NAÜ felülvizsgálatok és missziók tapasztalatai alapján megállapítható, hogy földrengésbiztonság szempontjából nem irreleváns az általános üzemi rend. Mindenekelıtt fontos a tervszerő állapot fenntartása, így biztosítani kell: a karbantartások után a szekrények, keretek rögzítı elemeinek tervszerő visszaállítását, a kihorgonyzások, rögzítı csavarok, csıtartók, a karbantartást, ellenırzést igénylı csillapító elemek tervszerő állapotban való visszaállítását, az üzemi területen tárolt karbantartási eszközök megfelelı rögzítését.
vnyíró>700m/s 2008.04.15.
29
2008.04.15.
30
2008.04.15.
31
2008.04.15.
32
31
30
