2007년 7월 16일 “ 2007년 니가타현(新潟県) 주에쓰(中越) 연안지진이 발생하였다. 당시, 도쿄전력주식회사 가시와자키 가리와원자력발전소(柏崎刈羽原子力発電所)에서는 3호기, 4호기 및 7호기가 운전 중, 2호기가 기동 중이었으나, 운전 중 및 가동 중 원자로는 지진발생 직후 설계대로 자동적으로 정지하였다. 또한 1호기, 5호기 및 6호기는 정기검진을 위해 정지 중이었다. 한편, 각 원자로 건물 기초판상에서 관측된 최대 가속도는 기준지진동에 기초한 원자로 건물의 지진 응답해석에서 구한 기초판상의 최대응답 가속도를 크게 넘었다.

이 때문에 원자력안전보안원은 ① 주에쓰 연안 지진에 가시와자키 가리와원자력발전소 설비(건물, 구축물)의 건전성에 대한 영향 검토, ② 주에쓰 연안 지진에 의한 원자로 건물 기초 기반상의 최대 가속도가 설계 시에 상정된 최대 가속도를 상회한 요인, ③ 그 요인을 토대로 앞으로 가시와자키 가리와원자력발전소에서 고려해야만 하는 활단층의 평가와 지진동의 상정, ④ 그것에 기초한 안전상 중요한 설비의 내진안전성 평가 등의 항목에 대하여 종합자원에너지조사회 원자력 안전, 보안부회 내진, 구조설계 소위원회에서 검토하기로 하였다.

소위원회의 검토에서는 ① 주에쓰 지진 발생 시의 원자력 사업자에 의한 자위소방체제, 정보연락체제 등의 존재방식, ② 주에쓰 연안 지진에서 얻은 지식을 토대로 한 내진 안전성평가, ③ 주에쓰오키지진 발생 시의 가시와자키 가리와원자력발전소의 원자로 운영관리 상황과 설비의 안전성 및 앞으로의 대응에 대하여 심의하기 위한 종합자원에너지조사회 원자력안전, 보안부회 “주에쓰 연안 지진의 원자력시설에 관한 조사, 대책위원회”와의 연대 하에서 소위원회 하에 설정된 “지진, 지진해일 워킹그룹” 및 “지질, 지반워킹그룹”에 의한 “합동 워킹그룹” 및 “구조 워킹그룹”에서 검토하기로 하였다.

이 중 주에쓰 연안 지진에 의한 가시와자키 가리와원자력발전소의 건물, 구축물의 건전성에 대한 영향에 대해 구조워킹그룹에서 검토하고 있으며, 7, 6, 1, 5호기의 건물, 구축물의 건전성에 대해서는 이미 검토를 마치고, 보고서를 정리하였으며, 이번에 3호기의 건물, 구축물의 건전성에 대한 영향에 관한 검토를 종료하였다.

이 보고서는 주에쓰 연안 지진에 대한 3호기의 원자로 건물 등 건물, 구축물의 건전성에 대해서 보안원의 현장검사와 구조 워킹그룹의 현지조사 결과와 구조 워킹그룹의 검토결과를 토대로 견해를 정리한 것이다.

또한, 주에쓰 연안 지진에 대한 1, 3, 5, 6, 7호기 이외의 각 호기의 설비(건물, 구축물)의 건전성에 대한 영향에 대해서는 계속적으로 구조 워킹그룹에서 검토함과 동시에 주에쓰 연안 지진에서 얻은 지식을 토대로 새롭게 책정된 기준 지진동에 대한 3호기의 안전상 중요한 설비의 내진안전성에 대해서는 앞으로 구조 워킹그룹의 검토를 토대로 견해를 정리 할 것이다.

- 도쿄전력에 의한 주에쓰 연안 지진에 대한 3호기의 건물, 구축물의 건전성 평가보고에 대한 견해는 이하와 같다. 3호기의 건물, 구축물의 점검에 관해서는 현장검사 결과로부터 점검, 평가, 계획에 따라 적절하게 실시되고 있는 것으로 평가한다.

- 현장검사 등의 원자로 건물, 터빈 건물 및 해수 열교환 건물에는 구조상 문제가 되는 균열이 없을 것, 배기통의 통신(筒身) 및 지지철탑의 부재, 용접부에는 요구성능을 손상시키는 변형, 좌굴(座屈), 파단(破断)이 없을 것, 옥외 중요 토목 구조물의 기능에 영향을 주는 파손 등이 없는 것을 확인하였다.

- 원자로건물의 지진응답해석에 대해서는 설계모델에 실제 강성 등을 고려하여 지진관측 기록과 대략 정합하는 해석모델을 이용하는 등 지진응답 해석이 수행되고 있다는 것을 확인하였다.

- 해수열교환기 건물, 배기통 및 옥외 중요 토목 건조물의 지진응답 해석에 대해서는 관측기록을 얻을 수 없기 때문에 주에쓰 연안 지진 시에 원자로 건물의 기초판상에서 얻은 관측기록에 기초한 입력 지진동을 이용하여 지진응답 해석이 수행된다는 것을 확인하였다.

- 지진응답 해석의 결과에 대해서는 원자로 건물, 터빈 건물의 기능유지 부위, 해수열 교환기 건물의 기능유지 부위 및 배기통에 발생하는 응력은 모든 부위에서도 대략 탄성범위 내에 있다는 것, 옥외 중요 토목구조물에 대해서는 조사용 응답치가 평가기준치 이하라는 것을 확인하였다. 터빈건물의 기능유지 부위에서 콘크리트의 부담분을 고려한 스켈리턴곡선 상의 전단 변형력의 응답을 평가하면 제1 브레이크 포인트를 하회한다는 것을 확인하였다.

- 원자로 건물, 터빈 건물, 해수열교환기 건물에서 발생하는 전단변형은 균열발생의 표준치를 하회한다는 것을 확인하였다.

- 3호기의 건물, 구축물에 대해서는 구조 워킹그룹의 검토결과를 토대로 점검결과와 지진응답 해석결과를 조합하여, 종합평가를 수행한 결과, 건전성이 확보되었다고 판단하였다.

(그림) 점검, 평가대상 건물 및 구축물의 단면도

■ 가시와자키 가리와원자력발전소의 3호기 원자로건물의 설계 시에 고려한 지진력과 주에쓰 연안 지진에 의해 작용한 지진력의 비교

니가타현 주에쓰 연안 지진 시의 가시와자키 가리와원자력발전소 3호기 원자로 건물의 기초판상에서 동서방향으로 최대 가속도 384겔(gal)을 크게 상회하는 것이었다. 그럼에도 불구하고 보안원의 현장검사 및 구조 워킹그룹의 현지조사의 결과, 원자로 건물에는 거의 손상은 인정받지 못하였다.

보안원에서는 원자로 건물에 대부분 손상을 인정받지 못한 요인에 대해서 ① “원자로건물의 설계 시에 고려한 지진력”과 “주에쓰 연안 지진 시의 기초판상의 관측기록을 이용한 지진응답해석에 의해 산출된 주에쓰 연안 지진에 의한 지진력”의 비교와 ② “설계배근량으로 부담할 수 있는 전단응력”과 “주에쓰 연안 지진에 의한 전단응력”의 비교 등으로 검토하였다.

(1) 설계 시에 고려한 원자로 건물의 지진력

3호기 원자로 건물은 구(旧)내진설계 심사지침에 기초하여 당시 작용하는 하중 및 운전 시에 작용하는 하중과 A클래스의 정적 지진력 또는 기준 지진동에 의한 지진을 조합하여 그 결과 발생하는 응력에 대하여 일본건축학회의 철근콘크리트구조 계산기준 등에 의한 허용 응력도를 허용한계로 한 탄성설계가 수행되고 있다.

원자로 건물의 설계용 전단응력은 수평방향의 정적 지진력에 의한 전단응력과 기준지진동의 동적 지진력에서 얻은 전단응력을 포괄적으로 설정한다. 설계용 전단응력은 원자로건물의 내진벽의 철근량 및 벽두께의 설계에 이용된다.

(2) 주에쓰 연안 지진에 의한 원자로건물에 작용한 지진력

주에쓰 연안 지진에 의해 원자로 건물에 작용한 수평방향의 지진력에 의한 전단력은 관측기록과 해석결과가 대략 정합하도록 수정된 해석모델에 의한 지진응답 해석으로 구한다. 이 해석에서는 지진벽 및 내진요소로서 유효한 보조벽을 고려하여 지진응답 해석을 수행하기 때문에, 주에쓰 연안 지진에 의한 전단응력은 내진벽 및 보조벽을 합한 벽 전체에 작용하고 있다.

(3) 설계용 전단응력과 주에쓰 연안 지진에 의한 전단응력의 비교

설계용 전단응력과 주에쓰 연안 지진에 의한 전단응력을 비교하였으며, 정적 지진력(3Ci) 및 기준지진동(S1) 및 기준지진동(S2)의 동적 지진력에 의한 전단응력을 합하여 나타낸다.

원자로 건물의 설계용 전단응력은 동적 지진력에 의한 전단응력 및 설계용 정적 전단응력을 포함하여 설정되었으나, 주로 설계용 정적 전단응력으로 결정된다. 주에쓰 연안 지진에 의한 원자로 건물의 전단응력은 NS방향에 관하여 각 단의 설계용 전단응력을 하회하였으나, EW방향에 관해서 설계용 전단응력을 상회한다는 것을 확인하였다.

설계용 전단응력은 설계 시, 보조벽을 무시하고, 내진벽의 설계에 이용한 것이나, 주에쓰 연안 지진에 의한 전단응력은 내진벽 및 보조벽에 작용하는 것으로서 산정된 것이다. 때문에 설계용 전단응력에 대해서는 내진벽의 단면면적을 뺀 단위면적당의 주에쓰 연안 지진에 의한 전단응력을 구하였다. 이 결과, 주에쓰 연안 지진에 의한 원자로 건물의 전단응력은 NS방향에 관하여 설계용 전단응력을 하회하나, EW방향에 관해서 설계용 전단응력과 대략 같은 정도라는 것을 확인하였다.

(4) 내진벽의 철근 콘크리트 벽두께 및 철근량의 설계

원자로 건물의 내진벽의 철근 콘크리트벽 설계에서는 설계용 전단응력을 콘크리트로 부담시키지 않으며, 철근으로 부담시키도록 하여 설계용 전단응력에 대하여 일본건축학회의 “철근콘크리트 구조 설계기준”에 의한 주에쓰 연안 지진 시에 원자로 건물의 각 단의 내진벽 및 보조벽의 철근콘크리트부에 작용한 주에쓰 연안 지진에 의한 전단응력과 지진 시에 설계 배근량으로 부담할 수 있는 전단응력을 비교하여 설계 배근에 의한 부담전단응력은 충분한 여유가 있다는 것을 확인하였다.

(5) 검토결과

주에쓰 연안 지진 시에 3호기 원자로 건물의 기초판 위에서 설계 시에 상정한 지진동으로부터 구한 최대 가속도를 상회하는 관측결과를 얻었다. 3호기 원자로 건물의 내진벽에서 주에쓰 연안 지진에 의한 전단력 및 전단응력은 EW방향에 관하여 설계용 값을 상회하c나, 설계에서 철근이 부담하는 전단응력에는 NS방향 및 EW방향 모두 충분한 여유가 있도록 배근되어 원자로 건물에는 거의 손상이 보이지 않았다는 것을 인정할 수 있다.

▣ 원문제목 : 柏崎刈羽原子力発電所第３号機の建物・構築物の 健全性評価に係る報告書

▣ 원문의 주요목차******************************************************************** 

1. 서론

2. 주요경위

3. 건물, 구축물에 대한 보안원의 견해

4. 건물, 구축물에 대한 보안원의 평가 추진방법

5. 점검, 평가계획에 관한 보안원의 평가

6. 건물, 구축물의 건전성에 관한 보안원의 평가

7. 마무리