▲ 장정범 한전 전력연구원 환경구조연구소 내진기술그룹 책임연구원

지난달 16일에 발생한 규모 6.6의 일본 니가타 추에즈 지진으로 인해 인근 가시와자키 가리와 원자력발전소가 정지되고 약간의 방사능 물질이 누출되는 사고가 발생, 원자력발전에 대한 많은 사람들의 걱정과 우려가 있었다. 

이와 같이 원자력발전소의 안전성을 위협하는 자연재해 중 대표적인 지진은 전 세계적으로 연간 약 1만2,000∼1만4,000건 정도로 하루에 약 35건이 발생하고 있으며 이중에서 인명 및 재산상의 피해를 줄 가능성이 있는 지진은 연간 약 60여개 정도로 알려지고 있다.

최근 우리나라 주변에서 발생한 대만의 치치지진과 일본의 고베지진, 니가타지진 및 후쿠오카지진이 그 대표적인 예이다.

우리나라도 근래에 들어서는 홍성지진(1978), 백령도지진(1995), 영월지진(1996), 울진지진(2004), 오대산지진(2007) 등 중소규모의 지진이 지속적으로 발생함에 따라 “우리나라도 더 이상 지진의 안전지대가 아니다” 라는 인식이 확산되고 있고 지진에 대한 적극적인 대책수립이 필요하다는 인식이 확산됐다.

우리나라의 원자력 발전소 내 안전 관련 설비는 초기 설계단계에서부터 내진검증을 통해 지진이 발생 중 이거나 그 이후에도 설비가 안전기능을 정상적으로 수행함을 입증하도록 돼 있다.

일반적으로 내진검증방법에는 해석에 의한 방법, 시험에 의한 방법, 시험과 해석의 조합에 의한 방법, 경험 자료의 이용에 의한 방법 등 4가지 방법으로 구분할 수 있다.

해석에 의한 검증은 내진검증 대상 기기가 적정한 정확도를 갖도록 수학적으로 모델 구성이 가능한 경우에만 사용될 수 있다.

따라서 구조적 건전성의 확보만으로도 의도된 기능발휘가 가능한 기기 즉 구조해석만으로 성능확인이 될 수 있는 기기에 주로 적용된다.

▲ 대만 치치지진으로 인한 댐의 붕괴

시험에 의한 검증은 진동시험대에 의해 내진성능을 입증하는 방법으로 기기가 위치할 층(Floor)의 층응답스펙트럼을 기준으로 요구응답스펙트럼을 작성, 입력지진으로 운전기준지진 5회, 안전정지지진 1회를 시험해야 한다. 

해석과 시험을 조합한 내진검증은 기기의 일부가 해석 가능한 부품이나 구조를 포함한 경우에 일부는 해석을 수행하고 나머지는 시험을 수행, 검증하는 형태로 많이 적용된다.

또한 이미 시험이 시행된 기기와 유사한 기기에 대해 해석을 통해 그 차이점과 특성을 분석하고 보완할 필요가 있는 경우와 시험이 곤란한 큰 기기 등에 사용된다.

경험 자료에 의한 검증은 시험이나 해석을 거치지 않고 과거의 경험적인 자료 즉 이전에 기기검증 시 확보된 자료나 지진을 경험한 기기에 대한 자료 등에 의해 기기 간 동적 특성의 유사성을 확인, 검증하는 방법으로 시험에 의한 경우보다 경제적인 방법이다.

미국에서 USI(Unresolved Safety Issue) A-46 원전 내 안전 관련 기기의 내진적합성 해결을 위해 개발한 SQUG(Seismic Qualification Utility Group) GIP(Generic Implementation Procedure)가 대표적인 방법으로 국내 고리 1, 2호기 및 월성 1호기의 내진적합성 재평가에 적용된 바 있다.

이와 같은 내진검증에 대한 수요는 국내 원자력발전의 성장추세를 고려할 때 지속적으로 상승할 것으로 예상되나 아직도 선진 외국의 내진검증 전문기관에 의한 국내 시장 점유율이 매우 높은 실정이다.

또한 국내 원자력발전소의 해외 진출을 고려하고 있고 주요 발전설비의 국산화 등을 고려할 때 국내 전문기관에 의한 시장 점유율 확대는 시급한 실정이라고 할 수 있다.

▲ 보호배전반의 내진검증

이러한 현실에서 한전 전력연구원은 시험에 의한 기기 및 구조물의 내진검증과 내진성능평가를 위해 6 자유도 및 1 자유도 진동시험대가 설치된 내진 시험동을 운영하고 있다.

한전 전력연구원이 보유한 6 자유도 진동시험대의 테이블 크기는 가로, 세로 2.5m 이며 시험체 최대 중량 2tonf 에 대해 x축 수평방향으로 5g, y축 수평방향으로 6g, z축 수직방향으로 9g까지의 지진가속도를 구현할 수 있다.

또한 1 자유도 진동시험대의 테이블 크기는 가로, 세로 3.0m 이며 시험체 최대 중량 10tonf 에 대해 x축 수평방향으로 1g까지의 지진가속도를 구현할 수 있다. 

한전 전력연구원은 이들 진동시험대를 이용, 국내 내진검증 시장 점유율 확대 및 국내 원자력발전의 해외 진출에 크게 기여할 것이다.