KR101846345B1 - 원자로정지차단기계통 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다양한 실시예에 따른 원자로 정지차단기계통을 개시한다. 본 발명은 상기 원자로의 이상 상태가 감지되면 상기 원자로를 정지시키는 제1 트립 신호를 출력하는 제1 트립 신호 출력부, 상기 제1 트립 신호에 따라 트립 동작하는 제1 트립 차단기, 상기 제1 트립 신호를 인가 받고 미리 설정된 제1 기준 시간이 경과하면 제2 트립 신호를 출력하는 보조 트립 제어부, 및 상기 제2 트립 신호에 따라 트립 동작하는 제2 트립 차단기를 포함하고, 상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 개방되면 상기 원자로가 정지된다.

Description

원자로정지차단기계통{reactor trip switchgear system}
본 발명의 실시예들은 원자로의 비상 정지를 위한 원자로정지 방법 및 이를 위한 원자로정지차단기계통에 관한 것이다.
원자력발전소를 출력 운전할 때 안정상태의 운전이 바람직한 정상운전 형태이지만 발전소가 항상 정상운전 상태로 운전되는 것은 아니다. 원자력발전소에서는 여러 가지 형태의 사건이 일어날 수 있으며 이러한 모든 사건들이 발전소 설계에 고려되어야 한다. 원자력발전소 설계에 고려되어야 할 사건들 중에서 예상결과가 설정된 제한치 내에 있어야 하는 사건들을 '설계 기준사건'이라 한다. 그런데 이 설계기준사건은 2가지 사건, 즉, 성능관련 사건과 안전관련 사건으로 구분될 수 있다. 성능관련 사건은 기동, 정상상태 출력운전, 정상발전소 정지와 같이 발전소 설비의 일상적인 운전에 영향을 주는 것을 말한다. 안전관련 사건은 좀더 심각한 결과를 초래하는 것으로 소내 및 소외 영향이 설계에 의해 제한된다.
발전소보호계통은 안전관련 사건의 결과를 허용치 이내로 제한하기 위해 설치된 중요한 계통으로서 현장 감지기를 통하여 발전소의 상태를 감시하다가 이상 상태인 것으로 판정되면 원자로를 보호하기 위해 원자로정지차단기계통에 제어신호를 인가한다. 즉, 감지기로부터의 입력신호를 설정치와 비교하여 설정치를 초과하면 발전소의 건전성을 안전하게 유지하기 위해 원자로의 운전을 중지하는 원자로정지차단기를 작동시킨다.
원자로정지차단기계통에 포함된 트립(trip) 차단기는 설계 단계 및 제작 단계 등의 결함 또는 장시간 운전으로 인한 마모 등으로 제대로 작동되지 않을 있다. 따라서, 이런 트립 차단기의 오작동을 대비할 별도의 방비가 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비상 상태에서 원자로를 정지시키는 이중화된 트립 장치를 구현한 원자로정지차단기계통을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 원자로 정지차단기계통은, 상기 원자로의 이상 상태가 감지되면 상기 원자로를 정지시키는 제1 트립 신호를 출력하는 제1 트립 신호 출력부, 상기 제1 트립 신호에 따라 트립(trip) 동작하는 제1 트립 차단기, 상기 제1 트립 신호를 인가 받고 미리 설정된 제1 기준 시간이 경과하면 제2 트립 신호를 출력하는 보조 트립 제어부, 및 상기 제2 트립 신호에 따라 트립 동작하는 제2 트립 차단기;를 포함하고, 상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 개방되면 상기 원자로가 정지된다.
원자로정지차단기계통의 일 예에 따르면, 상기 원자로에 제어봉을 투입시켜 상기 원자로를 정지시키는 제어봉 구동장치를 더 포함한다.
원자로정지차단기계통의 다른 예에 따르면, 상기 제어봉 구동장치는, 상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 개방되면, 전원 공급이 중단되어 상기 제어봉을 상기 원자로에 투입시킨다.
원자로정지차단기계통의 다른 예에 따르면, 상기 원자로에서 출력되는 상전류를 감지하는 상전류 감지기를 더 포함한다.
원자로정지차단기계통의 다른 예에 따르면, 상기 보조 트립 제어부는, 상기 제1 트립 신호가 인가된 후 경과된 시간이 제1 기준 시간 이상일 때,미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되면, 상기 제2 트립 신호를 출력한다.
원자로정지차단기계통의 다른 예에 따르면, 상기 제1 트립 차단기의 오작동을 외부에 알리는 알림부를 더 포함하고, 상기 보조 트립 제어부는 상기 제2 트립 신호를 출력하면서 상기 알림부를 작동시킨다.
원자로정지차단기계통의 다른 예에 따르면, 상기 제1 기준 시간은 5초 내지 15초인 것을 특징으로 한다.
원자로정지차단기계통의 다른 예에 따르면, 상기 제1 트립 차단기는 여자 전류 공급이 차단되면 트립 동작을 하는 제1 차단기인 것을 특징으로 한다.
원자로정지차단기계통의 다른 예에 따르면, 상기 제1 트립 차단기는, 상기 제1 차단기와 직렬로 연결되고, 여자 전류가 공급되면 트립 동작하는 제2 차단기를 더 포함한다.
원자로정지차단기계통의 다른 예에 따르면, 상기 제2 트립 차단기는 상기 제1 트립 차단기의 작동 타입과 상이한 작동 타입으로 트립 동작하는 트립 차단기인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 원자로 정지 방법은, 상기 원자로의 이상 상태를 감지하는 단계, 상기 원자로의 이상 상태가 감지되면 제1 트립 차단기를 개방시키는 제1 트립 신호를 출력하는 단계, 상기 제1 트립 신호가 출력된 때부터 제1 기준 시간이 경과되면 제2 트립 차단기를 개방시키는 제2 트립 신호를 출력하는 단계, 및 상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 개방되면 상기 원자로가 정지하는 단계를 포함한다.
원자로 정지 방법의 일 예에 따르면, 상기 원자로가 정지하는 단계는, 상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 트립 동작하면 제어봉을 원자로에 투입하는 하는 단계를 더 포함한다.
원자로 정지 방법의 다른 예에 따르면, 상기 원자로가 출력하는 상전류를 감지하는 단계를 더 포함한다.
원자로 정지 방법의 다른 예에 따르면, 상기 제2 트립 신호를 출력하는 단계에서는, 상기 제1 트립 신호가 인가된 후 경과된 시간이 제1 기준 시간 이상일 때, 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되면 상기 제2 트립 신호를 출력한다.
원자로 정지 방법의 다른 예에 따르면, 상기 제2 트립 신호를 출력하면서 상기 제1 트립 차단기의 오작동을 외부에 알리는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 비상 상태에서 원자로를 정지시키는 이중화된 트립 장치를 구현하여 원자로정지차단기계통의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 원자로정지차단기계통에 포함된 트립 차단기의 오작동 여부를 검출 및 보조 트립 차단기의 작동으로 원자로를 2차적으로 보호할 수 있다.
도 1은 비교논리프로세서와 동시논리프로세서를 별도로 갖는 4채널의 발전소보호계통을 나타내는 도면이다.
도 2는 각 채널에 2개의 비교논리프로세서와 4개의 동시논리프로세서, 채널 간 연계통신으로 구성되는 기존 발전소보호계통을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 원자로정지차단기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 원자로정지차단기계통을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제1 트립 차단기 및 제2 트립 차단기의 트립 동작을 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 비교논리프로세서와 동시논리프로세서를 별도로 갖는 4채널의 발전소보호계통을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 발전소보호계통은 4개의 채널(A, B, C, D)로 구성되는데, 각 채널은 비교논리프로세서(Bistable Processor, 102), 동시논리프로세서(Local Coincidence Logic Processor, 104), 원자로정지 및 공학적안전설비작동계통 개시논리(RT and ESFAS Initiation Logic, 105)(이하, '개시논리') 등을 내장하고 있다.
각 채널의 비교논리프로세서(102)는 전송신호(101)로부터 독립적인 측정값을 받으며, 공정변수마다 미리 지정된 트립설정치와 비교함으로써 트립상태를 결정한다. 비교논리프로세서(102)의 트립상태는 동일 채널 및 타 채널의 동시논리프로세서(104)로 고속직렬링크(103)를 통해 주기적으로 전송된다. 동시논리프로세서(104)는 트립 변수 마다 독립적인 2/4 동시논리를 갖고 있어, 4개 채널 중 2개 채널 이상에서 트립상태가 발생하면 원자로정지(RT: reactor trip) 및 공학적안전설비작동계통(DESFAS)(이하, 원자로정지차단기계통)의 동작을 위해 개시논리 회로(105)로 트립신호를 제공한다.
도 2는 각 채널에 2개의 비교논리프로세서와 4개의 동시논리프로세서, 채널 간 연계통신으로 구성되는 기존 발전소보호계통을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 발전소 보호계통의 논리 흐름에 대해서 간략하게 설명한다. 원자력발전소의 발전소 보호계통은 동일한 기능을 수행하는 네 개의 독립된 채널로 구성된다(도 1 참조). 각 채널의 논리는 신호입력모듈(100)로 입력되어 비교논리프로세서(Bistable Processor, 102)와 동시논리프로세서(Local Coincidence Logic Processor, 104)에서 각각 나뉘어 수행된다. 비교논리프로세서(102)는 입력신호를 설정치와 비교하여 그 결과를 동시논리프로세서(104)로 전달한다. 각 채널의 비교논리프로세서(102)에서 수행된 결과는 서로 다른 채널의 동시논리프로세서(104) 간에 통신으로 공유된다. 각 채널의 동시논리프로세서(104)는 자신의 채널과 서로 다른 나머지 세 개의 채널에서 입력된 비교논리 수행 결과를 이용하여 '2-out-of-4' 동시논리를 수행한다. 각 채널 동시논리프로세서(104)의 수행 결과는 개시논리 회로(105)로 입력된다.
원자로정지차단기계통(200)은 원자로에 제어봉을 투입하여 원자로를 정지시키기 위한 장치이다. 원자로정지차단기계통(200)은 동시 논리프로세서(104)가 두 개 채널 이상에서 이상 상태를 감지할 때에 원자로를 정지시킬 수 있다. 원자로정지차단기계통(200)은 적어도 하나의 차단기를 포함할 수 있다. 원자로정지차단기계통(200)은 상기 적어도 하나의 트립 차단기의 개방으로 제어봉을 원자로에 투입시킬 수 있다. 구체적으로, 원자로정지차단기계통(200)은 제어봉 구동장치를 더 포함할 수 있다. 원자로정지차단기계통(200)은 상기 적어도 하나의 트립 차단기를 개방시켜 상기 제어봉 구동장치에 인가되는 전력 공급을 차단할 수 있다. 제어봉구동장치는 전력 공급이 차단되면 모든 제어봉을 노심으로 낙하시켜 원자로의 가동을 중지시킬 수 있다.
이하에서는, 동시논리프로세서가 두 개 채널 이상에서 이상 상태를 감지할 때에 원자로정지차단기계통(200)을 작동시키는 것에 대해 후술한다.
도 3은 일 실시예에 따른 원자로정지차단기계통(200)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 원자로정지차단기계통(200)은 제1 트립 차단기(210), 제2 트립 차단기(220), 제1 트립 신호 출력부(213), 보조 트립 제어부(223), 상전류 감지기(230) 및 제어봉 구동장치(240)를 포함한다.
제1 트립 신호 출력부(213)는 제1 트립 차단기(210)를 개방하기 위해 제1 트립 신호를 출력한다. 제1 트립 신호 출력부(213)는 원자로의 이상 상태를 감지하거나 또는 발전소 보호 시스템(PPS) 또는 주제어실(MCR) 또는 원격제어실(RSR)이 이상 상태를 감지하여 제어 신호를 인가하면 제1 트립 신호를 출력할 수 있다. 제1 트립 신호 출력부(213)는 제1 트립 신호를 제1 트립 차단기(210)에 인가하여 원자로를 정지시킬 수 있다. 한편, 제1 트립 신호 출력부가 출력하는 제1 트립 신호는 트립 차단기의 종류에 따라 각각 대응되는 제어 신호일 수 있다. 예를 들면, 여자식 차단기와 비여자식 차단기로 제1 트립 신호가 출력되면, 여자식 차단기에서는 소정의 크기의 전압이 여자식 차단기에 인가되고 비여자식 차단기에서는 소정의 크기의 전압의 인가가 중단될 수 있다.
상전류 감지기(230)는 원자로가 출력하는 상전류를 감지할 수 있다. 상전류 감지기(230)는 다상으로 흐르는 전류를 각각 감지할 수 있다. 이 경우, 상전류 감지기(230)는 어느 한 상의 전류라도 감지되면 감지 신호를 보조 트립 제어부(223)에 출력할 수 있다.
보조 트립 제어부(223)는 제2 트립 신호를 출력하여 제2 트립 차단기(220)를 개방시킬 수 있다. 보조 트립 제어부(223)는 제1 트립 신호 및 상기 감지 신호를 인가 받을 수 있다. 보조 트립 제어부(223)는 제1 트립 신호 및 상기 감지 신호를 기초하여 제1 트립 차단기(210)의 고장여부를 확인할 수 있다. 이를 위해, 보조 트립 제어부(223)는 제1 트립 신호를 인가받은 후 제1 기준 시간이 경과하면 제2 트립 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보조 트립 제어부(223)는 제1 트립 신호를 인가 받고 제1 기준 시간이 경과하면 제2 트립 차단기(220)를 개방시킬 수 있다. 즉, 보조 트립 제어부(223)는 제1 트립 차단기(210)가 트립 동작을 하지 않을 경우를 대비하기 위해 상기 제1 트립 신호를 인가 받은 후에 상기 제1 기준 시간이 경과한 후에 제2 트립 차단기(220)를 개방시킬 수 있다. 이 경우, 보조 트립 제어부(223)는 제1 트립 차단기(210)가 트립 동작하였는지 고려하지 않고, 보조적으로 제2 트립 차단기(220)를 개방 시켜 원자로를 2차적으로 보호 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보조 트립 제어부(223)는 제1 트립 신호를 인가 받은 후에 상기 제1 기준 시간 동안 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되는지 모니터링할 수 있다. 보조 트립 제어부(223)는 상기 제1 기준 시간 이상 상기 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되면 상기 제2 트립 신호를 출력하여 제2 트립 차단기(220)를 개방시킨다. 구체적으로, 보조 트립 제어부(223)는 상기 제1 트립 신호를 인가받으면 상기 상전류가 흐르는지 모니터링한다. 보조 트립 제어부(223)는 상기 제1 트립 신호를 인가 받은 후 상기 제1 기준 시간 내에 미리 설정된 크기 미만의 상전류가 감지되면 상기 제2 트립 신호를 출력하지 않는다. 보조 트립 제어부(223)는 상기 제1 트립 신호를 인가 받은 후 상기 제1 기준 시간이 경과하도록 상기 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 지속하여 흐르면 상기 제2 트립 신호를 출력한다. 제2 트립 차단기(220)는 트립 동작을 하여 2차적으로 상기 제어봉 구동장치(240)의 전원 공급을 차단할 수 있다. 한편, 상기 미리 설정된 크기는 상기 제어봉 구동장치(240)에 의해 상기 원자로가 정지되었다고 판단할 수 있는 정도의 전류의 크기로 미리 설정된 값이다.
이 경우, 보조 트립 제어부(223)는 상기 상전류의 감지를 통해 상기 제1 트립 차단기(210)가 정상적으로 동작하는지 판단할 수 있다. 예컨대, 제1 트립 차단기(210)가 기계적 작동장치로 설계 또는 제작 단계 등의 결함 또는 장시간 운전으로 인한 마모 등을 이유로 필요한 시기 적절하게 접점을 개방하지 못할 수 있다. 이 경우를 대비하여 보조 트립 제어부(223)는 상기 상전류를 상기 제1 기준 시간 동안 모니터링하여 제1 트립 차단기(210)의 오작동을 검출하고, 제2 트립 차단기(220)를 통해 제어봉 구동장치(240)에 공급되는 전원을 차단하여 2차적으로 원자로를 보호할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보조 트립 제어부(223)는 상기 제1 트립 신호가 인가된 후 경과된 시간이 상기 제1 기준 시간 이상인 경우에 상기 상전류가 감지되는지 모니터링할 수 있다. 보조 트립 제어부(223)는 상기 제1 기준 시간 이상이 경과한 후에도 상기 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되면 상기 제1 트립 차단기(210)가 정상적으로 트립 동작을 하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 보조 트립 제어부(223)는 제2 트립 신호를 출력하여 제2 트립 차단기(220)를 개방시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 기준 시간은 5초 내지 15초 사이의 값으로 설정될 수 있다. 상기 제1 기준 시간은 제2 트립 차단기(220)가 제1 트립 차단기(210)의 고장에 대응하여 빠르게 동작시키기 위해 짧게 설정될 수 있지만, 제1 트립 차단기(210)가 트립 동작을 하더라도 한동안 원자로는 소정의 크기의 잔존 전류를 출력할 수 있다. 이런 점을 고려하면, 원자로는 제1 트립 차단기(210)의 트립 동작으로 제어봉이 투입된 후 5초 내지 15초 사이의 시간이 경과된 후에 상기 미리 설정된 크기 미만의 상전류가 출력되므로 상기 제1 기준 시간을 5초 내지 15초 사이의 값으로초 설정할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 기준 시간은 10초 설정될 수 있다.
제1 트립 차단기(210)는 릴레이, 계전기 등 스위치를 포함한다. 제1 트립 차단기(210)는 제어봉 구동장치(240)의 전원이 공급 경로상에 배치되어 트립 동작을 통해 제어봉 구동장치(240)로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
한편, 제1 트립 차단기(210)는 상시 여자식 트립 장치인 제1 차단기를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 차단기는 상시 여자식 트립 장치인 저전압 트립 차단기(Under Voltage Trip)일 수 있다. 상기 제1 차단기는 비여자 방식에 의해 접점을 개방할 수 있다. 상기 제1 차단기 조작 코일에 전원이 인가되어 있을 때만 폐로 상태를 유지하며, 인가되던 전원이 차단되면 개방 상태가 된다. 상기 제1 차단기는 계통 상의 정전이 발생해도 별도의 전원이 필요하지 않으므로 상기 폐로를 개로 시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제1 트립 신호가 제1 트립 차단기(210)에 인가되면, 제1 트립 차단기에 인가되던 소정의 크기의 전압이 차단되어 제1 트립 차단기는 개방된다.
일 실시예에 따르면, 제1 트립 차단기(210)는 상기 제1 차단기에 직렬로 연결된 제2 차단기를 더 포함할 수 있다. 순시 여자식 트립 차단기의 일종인 제2 차단기는 여자 방식에 의해 접점을 개방할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 차단기는 순시 여자식 트립 차단기인 션트(shunt) 트립 차단기일 수 있다. 상기 제2 차단기는 조작 코일에 전원이 인가되지 않을 때 폐로 상태를 유지하며, 조작 코일에 전원이 인가되면 상기 접점을 개방하여 상기 폐로를 개로시킬 수 있다. 이 경우, 제1 트립 차단기(210)에 상기 제1 트립 신호가 인가되면, 상기 제1 차단기는 인가되는 소정의 크기의 전압의 인가가 중단되어 개방되며, 상기 제2 차단기는 소정의 크기의 전압이 인가되어 개방된다. 즉, 제1 트립 차단기는 상기 소정의 크기의 전압에 인가 또는 차단 여부에 따라 달리 동작하는 상기 제1 및 제2 차단기를 포함하여 각각 차단기의 장단점을 상보적으로 이용할 수 있다.
한편, 상기 제1 차단기 또는 상기 제2 차단기를 포함하는 제1 트립 차단기(210)는 기계적 작동장치로 설계 또는 제작 단계 등의 결함 또는 장시간 운전으로 인한 마모 등을 이유로 필요한 시기 적절하게 접점을 개방할 수 없을 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 제1 트립 차단기(210)는 복수 채널에 각각 배치될 수 있으나, 동일한 제작사 동일한 작동 방식이 적용되면 공통유형의 고장확률이 높아진다. 이런 점에서, 제1 트립 차단기(210)의 고장 가능성에 의해 원전정지장치의 신뢰도 및 안전성을 보장하기 어려워 진다. 따라서, 이런 고장 가능성에 대한 우려를 최소화하기 위해 추가적으로 구비된 제2 트립 차단기(220)가 필요하다.
제2 트립 차단기(220)는 제1 트립 차단기(210)와 전기적으로 연결된다. 제2 트립 차단기(220)는 상기 제2 트립 신호를 인가 받으면 트립(trip) 동작을 하여 제어봉 가동장치로 공급되는 전원을 차단시킬 수 있다. 제2 트립 차단기(220)는 원자로의 이상 상태가 감지되면 예비적 또는 2차적으로 작동하는 차단기이다. 즉, 제2 트립 차단기(220)는 제1 트립 신호에 대응하여 원자로가 정지되지 않은 경우에 2차적으로 트립 동작하여 원자로를 정지시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 제1 트립 차단기(210)의 설계, 제조 및 오랜 동작에 따른 마모상 고장원인과 공통된 고장원인을 갖지 않도록, 제2 트립 차단기(220)는 제1 트립 차단기(210)의 작동 타입(type)과 상이한 타입(type)으로 작동하는 트립 차단기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 트립 차단기(210)가 공기 차단기 방식(air-blast circle breaker)인 경우, 제2 트립 차단기(220)는 공기 차단기 방식을 제외한 진공 차단기 방식(vacuum circuit breaker)방식, 자기 차단기 방식(magnetic blow-out circuit breaker) 또는 유입차단기 방식(oil circuit breaker) 중 어느 하나의 방식으로 동작하는 차단기로 선택할 수 있다. 이 경우, 원자로정지차단기계통(200)은 복수의 작동 방식의 제1 트립 차단기(210) 및 제2 트립 차단기(220)를 포함하여 공통된 고장 원인으로 트립 차단기가 작동되지 않을 우려가 없는바 원자력 발전소의 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
제어봉 구동장치(240)는 전원이 공급받으면 제어봉이 원자로에 투입되지 않도록 제어봉을 고정하는 장치이다. 제어봉 구동장치(240)는 제1 트립 차단기(210) 및 제2 트립 차단기(220)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급받는다. 제어봉 구동장치(240)는 상기 제1 트립 차단기(210) 및 제2 트립 차단기(220) 중 적어도 하나의 트립 차단기가 트립 동작을 하면 전원 공급이 차단된다. 이 경우, 제어봉 구동 장치는 고정하고 있던 제어봉을 원자로의 노심으로 낙하시키길 수 있다. 제어봉 구동 장치는 모든 제어봉을 노심으로 낙하시킴으로써 원자로에서의 원자 핵분열을 급감시켜 원자로를 정지시킬 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상전류 감지기(230)는 상기 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되면 제1 출력 신호를 출력하고, 상기 미리 설정된 크기 미만의 상전류가 감지되면 제2 출력 신호를 출력할 수 있다. 보조 트립 제어부(223)는 경과 시간을 카운트하는 카운터(미도시)를 포함한다. 보조 트립 제어부(223)는 상기 제1 트립 신호가 인가되면 상기 카운터를 통해 경과 시간을 카운트 시작한다. 보조 트립 제어부(223)는 카운트를 시작한 후에 상기 제1 출력 신호를 인가받더라도 카운트가 중단되지 않으나, 상기 제2 출력 신호가 인가되면 카운트가 중단된다. 즉, 보조 트립 제어부(223)의 카운터는 상기 제2 출력 신호에 의해 카운트한 시간이 리셋된다.
예컨대, 보조 트립 제어부(223)는 상기 제2 출력 신호를 인가받지 않으면 카운터가 카운트한 시간이 상기 제1 기준 시간을 경과하여 제2 트립 신호를 출력한다.이를 위해, 보조 트립 제어부(223)는 와치도그 타이머(watchdog timer)를 포함할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 원자로정지차단기계통을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 원자로정지차단기계통(200)은 제1 트립 차단기(210), 제2 트립 차단기(220), 제1 트립 신호 출력부(213), 보조 트립 제어부(223), 상전류 감지기(230), 제어봉 구동장치(240) 및 알림부(250)를 포함한다. 제1 트립 차단기(210), 제2 트립 차단기(220), 제1 트립 신호 출력부(213), 상전류 감지기(230) 및 제어봉 구동장치(240)는 도 3을 참조하여 설명한 제1 트립 차단기(210), 제2 트립 차단기(220), 제1 트립 신호 출력부(213), 상전류 감지기(230), 제어봉 구동장치(240)와 실질적으로 동일한바 반복하여 설명하지 않는다.
알림부(250)는 보조 트립 제어부(223)의 제어신호에 따라 경고신호를 사용자에게 알리는 장치이다. 알림부(250)는 경고등이나 스피커가 포함될 수 있다. 알림부(250)는 보조 트립 제어부(223)의 제어신호가 인가되면, 상기 경고등의 불빛이나 상기 스피커의 음성을 통해 경고신호를 사용자에게 알릴 수 있다.
일 실시예에 따르면, 알림부(250)는 제1 트립 차단기(210)의 고장을 발전소 보호 시스템(PPS) 또는 주제어실(MCR) 또는 원격제어실(RSR) 등에 알릴 수 있다. 알림부(250)는, 보조 트립 제어부(223)가 제어 신호를 인가하면, 제1 트립 차단기(210)가 점검이 필요한 사실을 발전소 보호 시스템(PPS) 또는 주제어실(MCR) 또는 원격제어실(RSR)로 알릴 수 있다. 이를 통해, 사용자는 제1 트립 차단기(210)가 오작동하여도 제2 트립 차단기(220)를 통해 안전하게 원자로를 정지시킬 수 있으며 알림부(250)를 통해 제1 트립 차단기의 오작동 여부를 즉각적으로 인식할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보조 트립 제어부(223)는 상기 제2 트립 신호를 출력하면서 상기 알림부(250)를 작동시킬 수 있다. 제1 트립 차단기(210)가 오작동하여 원자로가 비상 상태에서 지속적으로 작동하는 경우, 보조 트립 제어부(223)는 상기 제2 트립 신호를 출력하면서 알림부(250)를 동작시켜 제1 트립 차단기(210)의 오작동하여 제어봉 구동장치(240)가 제대로 동작하지 않았음을 알리도록 할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 제1 트립 차단기 및 제2 트립 차단기의 트립 동작을 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5에 도시된 흐름도는, 도 3에 도시된 원자로정지차단기계통(200)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도, 도 3에서 도시된 구성들에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 5에 도시된 흐름도에도 적용됨을 알 수 있다.
원자로정지차단기계통(200)은 원자로의 이상 상태를 직접 감지하거나, 발전소 보호 시스템(PPS) 또는 주제어실(MCR) 또는 원격제어실(RSR)가 원자로의 이상 상태를 감지하여 원자로정지차단기계통(200)에 알릴 수 있다(S101).
원자로정지차단기계통(200)은 원자로의 이상 상태가 감지되면 제제1 트립 신호를 제1 트립 차단기에 출력하여 원자로를 정지시킬 수 있다. 원자로정지차단기계통(200)은 제1 트립 차단기(210)를 개방시켜 제어봉 구동장치(240)로 공급되는 전원을 차단시켜 제어봉 구동장치(240)에 고정된 모든 제어봉을 원자로 투입시킬 수 있다(S103).
원자로정지차단기계통(200)은 원자로의 작동 정지 여부를 판단하기 위해 원자로에서 출력되는 상전류를 감지할 수 있다. 원자로정지차단기계통(200)은 도 3을 참조하여 설명한 미리 설정된 크기 미만의 전류가 감지되면 제1 트립 차단기(210)에 의해 원자로가 정지된 것으로 판단할 수 있다. 원자로정지차단기계통(200)은 상기 제1 트립 차단기(210)에 상기 제1 트립 신호를 출력한 후에도 상기 미리 설정된 크기 이상의 전류가 감지되면 제1 트립 차단기(210)에 이상이 발생한 것을 검출할 수 있다(S105).
원자로정지차단기계통(200)은 상기 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되는지 상기 제1 기준 시간 동안 모니터링한다. 이는, 제1 트립 차단기(210)가 트립 동작을 하더라도 일정 시간 동안 원자로는 소정의 크기의 잔존 전류를 출력할 수 있다. 이런 점을 고려하여, 원자로정지차단기계통(200)은 상기 제1 기준 시간 동안 상기 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되는지 모니터링한다(S107). 또는, 원자로정지차단기계통(200)은 상기 제1 트립 신호가 인가된 후 경과된 시간이 상기 제1 기준 시간 이상인 경우에 상기 상전류가 감지되는지 모니터링할 수 있다. 원자로정지차단기계통(200)은 상기 제1 기준 시간 이상이 경과한 후에도 상기 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되면 상기 제1 트립 차단기(210)가 정상적으로 트립 동작을 하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
한편, 원자로정지차단기계통(200)은 상기 제1 기준 시간이 경과하기 전에 상기 미리 설정된 크기 미만의 상전류가 감지되면 제1 트립 차단기(210)가 정상적으로 동작한 것으로 판단하여 제2 트립 신호를 출력하지 않는다.
원자로정지차단기계통(200)은, 상기 제1 기준 시간 이상 상기 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지되면, 제2 트립 신호를 출력한다. 이 경우, 원자로정지차단기계통(200)은 제1 트립 차단기(210)가 부분 융착, 제조 및 설계상 결함으로 오작동한 것으로 판단하여 제2 트립 차단기(220)를 개방시켜 2차적으로 원자로의 정지를 수행할 수 있다(S109).
한편, 원자로정지차단기계통(200)은 제2 트립 신호를 출력하면서 알림부(250)를 작동시키는 제어 신호도 함께 출력할 수 있다. 원자로정지차단기계통(200)은 알림부(250)를 작동시켜 사용자에게 제1 트립 차단기(210)의 오작동을 알려 제1 트립 차단기(210)의 점검이 필요함을 알릴 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
101: 전송 신호
102: 비교논리프로세서
103: 고속직렬링크
104: 동시논리프로세서
105: 개시논리 회로
200: 정지차단기계통
210: 제1 트립 차단기
213: 제1 트립 신호 출력부
220: 제2 트립 차단기
223: 보조 트립 제어부
230: 상전류 감지기
240: 제어봉 구동장치
250: 알림부

Claims (16)

  1. 발전소의 원자로에 이상 상태가 발생하면 원자로를 정지시키는 원자로정지차단기계통에 있어서,
    상기 원자로를 정지시키기 위한 제1 트립 신호를 출력하는 제1 트립 신호 출력부;
    상기 제1 트립 신호에 따라 트립(trip) 동작하는 제1 트립 차단기;
    상전류를 감지하는 상전류 감지기;
    상기 제1 트립 신호를 수신하고 미리 설정된 제1 기준 시간이 경과한 후에 상기 상전류 감지기에 의해 미리 설정된 크기 이상의 상전류가 감지될 때 제2 트립 신호를 출력하는 보조 트립 제어부; 및
    상기 제2 트립 신호에 따라 트립(trip) 동작하는 제2 트립 차단기;를 포함하고,
    상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 개방되면 상기 원자로가 정지되는 원자로정지차단기계통.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원자로에 제어봉을 투입시켜 상기 원자로를 정지시키는 제어봉 구동장치;를 더 포함하는 원자로정지차단기계통.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어봉 구동장치는, 상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 개방되면, 전원 공급이 중단되어 상기 제어봉을 상기 원자로에 투입시키는 원자로정지차단기계통.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트립 차단기의 오작동을 외부에 알리는 알림부;를 더 포함하고,
    상기 보조 트립 제어부는 상기 제2 트립 신호를 출력하면서 상기 알림부를 작동시키는 원자로정지차단기계통.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기준 시간은 5초 내지 15초 사이인 것을 특징으로 하는 원자로정지차단기계통.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트립 차단기는 여자 전류 공급이 차단되면 트립 동작을 하는 제1 차단기인 것을 특징으로 하는 원자로정지차단기계통.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 트립 차단기는, 상기 제1 차단기와 직렬로 연결되고, 여자 전류가 공급되면 트립 동작하는 제2 차단기를 더 포함하는 원자로정지차단기계통.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트립 차단기는 상기 제1 트립 차단기의 작동 타입(type)과 상이한 작동 타입(type)으로 트립 동작하는 트립 차단기인 것을 특징으로 하는 원자로정지차단기계통.
  11. 발전소의 원자로의 이상 상태가 발생하면 원자로를 정지시키는 원자로 정지 방법에 있어서,
    상기 원자로의 이상 상태를 감지하는 단계;
    상기 원자로의 이상 상태가 감지되면 제1 트립 차단기를 개방시키는 제1 트립 신호를 출력하는 단계;
    상전류를 감지하는 단계;
    상기 제1 트립 신호가 출력된 때부터 미리 설정된 제1 기준 시간이 경과된 후에 상기 상전류가 미리 설정된 크기 이상일 때, 제2 트립 차단기를 개방시키는 제2 트립 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 트립(trip) 동작하면 상기 원자로가 정지하는 단계;를 포함하는 원자로 정지 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 원자로가 정지하는 단계는,
    상기 제1 트립 차단기 및 상기 제2 트립 차단기 중 적어도 하나의 트립 차단기가 트립(trip) 동작하면 제어봉을 원자로에 투입하는 단계;를 더 포함하는 원자로 정지 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 트립 신호를 출력하면서 상기 제1 트립 차단기의 오작동을 외부에 알리는 단계;를 더 포함하는 원자로 정지 방법.
  16. 제11항, 제12항, 및 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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