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ISSN : 1226-525X(Print)
ISSN : 2234-1099(Online)

Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea Vol.23 No.2 pp.101-108
DOI : https://doi.org/10.5000/EESK.2019.23.2.101

Influence Analysis of Seismic Risk due to the Failure Correlation in Seismic Probabilistic Safety Assessment

Seung-Hyun Eem^1)*

, In-Kil Choi²⁾

¹⁾Senior Researcher, Structural and Seismic Safety Research Team, Korea Atomic Energy Research Institute
²⁾Principal Researcher, Structural and Seismic Safety Research Team, Korea Atomic Energy Research Institute

Corresponding author: Eem, Seung-Hyun E-mail: eemsh@kaeri.re.kr

Received July 13, 2018 Review November 13, 2018 Accepted January 10, 2019

Abstract

The seismic safety of nuclear power plants has always been emphasized by the effects of accidents. In general, the seismic safety evaluation of nuclear power plants carries out a seismic probabilistic safety assessment. The current probabilistic safety assessment assumes that damage to the structure, system, and components (SSCs) occurs independently to each other or perfect dependently to each other. In case of earthquake events, the failure event occurs with the correlation due to the correlation between the seismic response of the SSCs and the seismic performance of the SSCs. In this study, the EEMS (External Event Mensuration System) code is developed which can perform the seismic probabilistic safety assessment considering correlation. The developed code is verified by comparing with the multiplier n, which is for calculating the joint probability of failure, which is proposed by Mankamo. It is analyzed the changes in seismic fragility curves and seismic risks with correlation. As a result, it was confirmed that the seismic fragility curves and seismic risk change according to the failure correlation coefficient. This means that it is important to select an appropriate failure correlation coefficient in order to perform a seismic probabilistic safety assessment. And also, it was confirmed that carrying out the seismic probabilistic safety assessment in consideration of the seismic correlation provides more realistic results, rather than providing conservative or non-conservative results comparing with that damage to the SSCs occurs independently.

Key Words : Earthquake , Seismic fragility , Seismic hazard , Seismic risk assessment , Seismic correlation

다중기기 손상 상관성에 의한 지진리스크 영향 분석

임 승현^1)*

, 최 인길²⁾

¹⁾한국원자력연구원, 구조지진안전연구실, 선임연구원
²⁾한국원자력연구원, 구조지진안전연구실, 책임연구원

초록

키워드 :

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Cited-By

Funding:

National Research Foundation of Korea
2017M2A8A4015290

1. 서 론

원자력발전소는 일반구조물보다 지진에 대한 사고의 영향이 사회적으 로 매우 크므로 원자력발전소의 지진 안전성은 더욱 강조된다. 원자력발전 소는 원자로냉각재상실사고와 같은 설계기준사고를 대비하기 위한 공학적 안전설비는 독립성, 다중성, 다양성 등의 설계특성을 갖는다. 독립성은 한 계열(Train)의 사고가 다른 계열에 영향을 미치지 않도록 하는 것이며, 다 중성은 어느 한 계열이 기능을 상실 하였을 경우 같은 기능을 수행할 수 있 는 여러 개의 계열을 두어 그 안전성을 확보하는 설계특성이다. 다양성은 같 은 기능을 수행하는 각 계열에 다른 기기를 두어 안전성을 확보하는 설계특 성이다. 즉 원자력발전소는 사고에 대비하여 같은 안전기능을 수행하는 여 러 기기들이 설치 되어있다. 예를 들면 발전소 한 유닛 당 비상디젤발전기가 2대가 설치되어 있어 발전소당 4대의 비상디젤발전기가 설치되어 있다. 고 장에 의한 확률론적 안전성 평가 시 각 기기의 손상을 독립적으로 계산을 하 지만 지진사건시에는 특정 지진강도에서 동시손상발생을 가정하여 계산을 한다. 즉, 지진사건에 대한 원자력발전소의 안전성 평가 수행 시 보수적으 로 계산을 수행하고 있다. 하지만 안전기능을 수행하는 기기가 특정 지진강 도에서 동시손상이 발생하지 않을 확률도 존재한다.

원자력발전소의 지진 안전성은 일반적으로 확률론적 안전성 평가를 통 해 이루어진다. 현재 지진사건에 의한 구조물 및 기기의 손상발생 확률은 지진취약도 곡선으로 나타내며, 각각 사건은 독립적으로 발생한다고 가정 을 한다. 하지만 지진에 의한 구조물, 시스템 및 기기 (SSCs: Structures, Systems and Components)의 지진응답과 내진성능은 상관성 가지며, 상 관성을 고려하여 확률론적 지진 안전성 평가를 수행하면 기존에 수행한 확 률론적 안전성 평가 결과와 달라질 수 있다. 고장에 의한 확률론적 안전성 평가에서는 상관성에 의해 결과가 달라지기 때문에 상관성을 공통원인고 장(CCF: Common Cause Failure)의 형태로 고려를 하고 있다. 즉, 지진사 건에 대한 확률론적 안전성 평가에서도 상관성을 고려하여 평가가 수행되 어야 한다[1].

원자력발전소의 확률론적 지진 안전성 평가에서 상관성의 중요성은 WASH-1400 [2]연구에서 제기 되었으며, 이후 미국 Lawrence Livermore National Laboratory에서 수행한 “Seismic Safety Margins Research Program (SSMRP)”에서 상관성에 의한 지진 리스크에 대해 연구를 수행 한 바 있다[3]. SSMRP연구에서는 상관성을 고려한 확률론적 지진 안전성 평가를 수행하기 위해 다중적분방법을 제안하였으나, 당시 여건 등에 의해 SSCs 간의 상관성은 주로 완전독립 혹은 완전종속 조건에 대해서만 연구 가 진행되었다[4]. Mankamo는 Mankamo model을 통해 상관성에 의한 동시손상확률을 승수에 대한 함수로 표현하여 동시손상확률을 계산 할 수 있게 하였다[5]. Reed et al. [6]는 상관성을 고려한 지진취약도 도출을 위 하여 응답과 강도 계산에서 상관성의 원인이 되는 공통적인 인자를 찾음으 로써 상관성에 의한 동시손상확률을 추정하는 절차를 제안하였다. 하지만 산업계에서는 SSCs 간의 상관성을 완전독립 혹은 완전종속에 대해서만 고 려하고 있다[4].

본 논문에서는 SSCs 간의 상관성을 SSMRP에서 제안한 방법을 활용하 여 지진리스크의 영향에 대해 연구를 수행하였다. 상관성에 의한 지진취약 도와 지진리스크의 영향을 분석하기 위하여 다중적분방법을 활용하여 확률 론적 안전성 평가를 수행할 수 있는 EEMS (External Event Mensuration System)코드를 개발 하였다. Mankamo의 승수법을 활용하여 EEMS를 검증 하였으며, EEMS를 활용하여 상관성에 의한 지진취약도의 영향을 분 석하였다. 또한 Ellingwood 논문[7]에서 제시된 미국 필라델피아 BWR 타입의 Limerick Generating Station (LGS) 원자력발전소에서 발생 가능 한 외부전원상실사고와 비상디젤발전기의 고장으로 발생하는 사건의 지진 리스크를 상관성을 고려하여 도출하였다.

2. 상관성을 고려한 지진취약도

2.1 상관성을 고려한 동시손상확률의 계산

상관성을 고려한 지진취약도 혹은 지진리스크를 계산하기 위해서는 먼 저 동시손상확률 계산을 수행하여야 한다. 동시손상확률이란 N개의 기기 가 동시에 손상이 발생할 확률을 의미한다. 따라서 본 연구에서는 상관성을 다중적분방법으로 동시손상확률을 계산하여 확률론적 지진 안전성 평가를 수행하는 EEMS 코드를 개발 하였다. 독립사건과 종속사건에서의 동시손 상확률은 서로 다르므로, 상관성을 고려한 확률론적 안전성 평가를 수행하 면 그 결과가 다르게 된다. 독립사건의 경우 동시손상확률은 각 구조물 및 기기의 손상확률의 곱으로 계산이 가능하다. 하지만 상관성을 고려한 경우 동시손상확률을 단순 곱으로 계산 할 수 없으며, 상관성을 고려하여 동시손 상확률을 계산하는 방법은 다양한 연구를 통해 제시 되었다. EEMS는 동시 손상확률을 식(1)과 같이 각 기기의 손상확률을 다중적분 하여 계산한다. 즉, 각 사건에 대한 상관성을 고려하기 위하여 구조물 및 기기 1,2, …, n개의 동시손상확률 P를 각 기기의 상관계수행렬 V를 이용하여 다음 식 (1)으로 계산한다.

\begin{matrix} P = {(2 π)}^{- \frac{n}{2}} {(| V |)}^{- \frac{n}{2}} \int_{- \infty}^{u_{1}} \int_{- \infty}^{u_{2}} \dots \int_{- \infty}^{u_{n}} exp {- \frac{1}{2} X^{t} V^{- 1} X} \\ d x_{1} d x_{2} \dots d x_{n} \end{matrix}

(1)

여기서, X는 기기의 손상확률 매트릭스 이며, x_i는 각 기기의 손상확률을 나 타낸다. 적분구간 상한치 u_i는 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.

u_{i} = \frac{ln(\frac{R_{m i}}{S_{m i}})}{\sqrt{β_{R_{4}}^{2} + β_{S_{i}}^{2}}}

(2)

여기서, R_mi과 S_mi는 각각 기기 응답의 중앙값 및 기기 내력의 중앙값이며, $β_{R_{i}}$ 과 $β_{S_{i}}$ 는 각각 기기 응답의 대수표준편차 및 기기 내력의 대수표준편차 이다.

EEMS 코드에서 계산되는 동시손상확률을 검증하기 위하여 NUREG CR-4840 “Procedures for the External Event Core Damage Frequency Analyses for NUREG-1150” [5]의 동시손상확률 계산 결과와 비교를 하 였다. NUREG CR-4840에서 제시된 Mankamo Model은 동시손상확률 을 계산하기 위하여 승수법을 제안을 하였다. 각 기기 N개에 대해 손상확률 이 P이면 손상발생이 독립사건일 경우 동시손상확률은 P^N으로 계산이 된 다. 승수법은 동일한 손상확률(P)을 갖는 기기가 손상발생에 상관성이 존 재하는 경우 Pⁿ으로 계산하며, 승수 n값은 그래프를 통해 제시되었다. 승수 법에서 제시된 n값과 코드에서 계산된 동시손상확률에서의 n값을 Fig. 1에 비교 하였다. Fig 1에서 실선은 Mankamo model에서 제시한 승수 값이며 점선은 코드에서 계산된 승수 값이다

Fig 1은 기기의 개수, 기기의 손상확률 그리고 상관계수에 따라 동시손 상확률 계산을 위한 승수값 n을 제시하고 있다. 또한 Mankamo model과 EEMS에서 계산된 승수값이 잘 일치함을 확인 할 수 있다. 상관계수가 0인 경우는 독립사건을 의미하며 기기의 개수 N과 승수값 n이 동일 한 것을 알 수 있으며, 상관계수가 커지면서 동시손상확률이 감소하는 것을 알 수 있다.

2.2 상관성에 의한 지진취약도의 변화

본 절에서는 상관계수에 의한 각 사건 조합 방법에 따라 지진취약도 곡 선의 변화를 분석 하였다. 지진취약도 곡선은 지진세기에 따른 구조물 혹은 기기의 손상확률을 나타내며, 일반적으로 로그정규분포의 형태로 표현되 며 식 (3)과 같다.

F (a) = Φ [\frac{\ln (a / A_{m}) + β_{u} Φ (Q)}{β_{R}}]

(3)

여기서, Φ는 누적정규분포함수이고 a는 최대지반가속도(PGA) 등으로 표 현되는 지진세기이며, A_m은 지진취약도의 중앙값을 나타낸다. 두 개의 대 수표준편차 중 β_R은 랜덤성에 의한 손상확률의 분포를 나타내며 지진취약 도 곡선의 기울기를 결정하고, β_U는 지식의 부족 등에 의한 불확실성으로 중앙값 위치의 확률분포 편차를 나타내며 Q는 불확실성에 대한 신뢰도이 다. 평균 지진취약도 곡선은 각 두 개의 표준편차 불확실성과 랜덤성의 기하 평균으로 나타나며, 식 (4)과 같다.

F (a) = Φ [\frac{\ln (a / A_{m})}{\sqrt{β_{R}^{2} + β_{U}^{2}}}]

(4)

Fig. 2는 A_m=1.0, β_R =0.2, 그리고 β_U=0.2를 갖는 예로 5%, 50%, 95% 신뢰도 곡선과 평균 곡선을 나타내었다.

각 사건 A, B, C, D가 Fig 2의 지진취약도 곡선을 가질 경우, 사건의 조 합(합집합과 교집합)에 따른 시스템 지진취약도 곡선을 상관계수에 의한 변화를 확인 하였다. Fig. 3은 상관계수(ρ)에 의한 두 사건(A 와 B)의 조합 의 평균 지진취약도 곡선을 나타내었다. Fig. 4은 상관계수에 의한 네 사건 (A, B, C, 그리고 D) 조합의 평균 지진취약도 곡선을 나타내었다.

사건 A와 사건B의 교집합일 경우 상관계수가 커짐에 따라 시스템 전체 (A∩B)의 손상확률이 독립(상관계수=0.0)일 경우 보다 손상확률이 커지 는 것을 확인 할 수 있다. 또한 사건 A와 사건B의 합집합일 경우 상관계수가 커짐에 따라 시스템 전체(A∪B)의 손상확률이 독립(상관계수=0.0)일 경 우 보다 손상확률이 작아는 것을 확인 할 수 있다. 또한 상관계수에 의한 손 상확률 변화폭이 지진강도(PGA)에 따라 다른 것을 알 수 있다. 교집합은 상대적으로 합집합에 비해 낮은 지진강도에서 상관계수에 의한 손상확률 변화폭이 큰 반면, 합집한은 교집합에 비해 높은 지진강도에서 손상확률 변 화폭이 큰 것을 확인 할 수 있다. 마찬가지로 사건 A, 사건 B, 사건 C, 그리고 사건 D의 교집합 및 합집합일 경우에도 같은 경향을 보여 주는 것을 확인 할 수 있으며,사건의 조합 개수가 많을수록 손상확률의 변화 폭이 큰 것을 확인 할 수 있다.

각 사건의 지진취약도 곡선이 다른 경우 조합된 지진취약도 곡선의 변화 를 분석하기 위하여 사건 E와 사건F를 Table 1과 같이 정의한 후 지진취약 도 곡선을 계산하였다.

상관계수에 의한 사건 E와 사건 F의 조합 즉, 합집합과 교집합의 지진취 약도 곡선을 Fig. 5에 나타내었다.

계산된 지진취약도 곡선은 Fig 3과 마찬가지로 교집합의 경우 독립(상 관계수=0.0)일 경우 보다 손상확률이 커지는 것을 확인 할 수 있다. 또한 사 건 E와 사건F의 합집합일 경우 상관계수가 커짐에 따라 지진취약도(A∪ B)의 손상확률이 독립(상관계수=0.0)일 경우 보다 손상확률이 작아는 것 을 확인 할 수 있다. 다른 손상확률을 갖는 사건의 조합 지진취약도 곡선과 같은 손상확률을 갖는 사건의 조합 지진취약도 곡선을 (Fig. 3과 Fig. 5) 비 교를 하였을 경우 손상확률의 변동 폭이 다른 것을 알 수 있다. 또한, 완전종 속일 경우 교집합의 경우는 각 사건 중 가장 작은 손상확률과 같은 것을 알 수 있으며, 합집합의 경우는 각 사건 중 가장 큰 손상확률과 같은 것을 알 수 있다. 이 특성은 각 사건이 완전종속일 경우 단순하게 조합된 지진취약도 곡 선 계산 시 교집합은 min $(P_{1}, P_{2}, \dots, P_{N})$ , 합집합은max $(P_{1}, P_{2}, \dots, P_{N})$ 으로 계산이 가능함을 확인하였다.

상관성을 고려한 시스템 혹은 조합된 지진취약도 곡선을 작성하게 되면 독립의 경우와 결과가 다르다. 상관성에 의해 시스템 지진취약도 곡선은 변 화하게 되며, 이로 인해 재해도 곡선과 지진취약도 곡선으로 계산 되는 지진 리스크 값 역시 변화하게 된다. 시스템 지진취약도 곡선에 대한 상관성의 영 향은 각 사건의 손상확률(지진취약도)과 각 사건의 조합 따라 달라진다. 확 률론적 안전성 평가를 수행 시 상관성을 고려하는 것은 각 사건의 발생을 독 립적으로 가정하는 것 보다 보수적이거나 비 보수적으로 결과를 제공하지 않는다. 확률론적 지진안전성 평가에서 지진취약도 곡선과 지진재해도 곡 선으로 실제적인 지진리스크를 구하기 위해서는 상관성이 고려되어야함을 알 수 있다.

3. 상관성을 고려한 지진리스크

본 장에서는 Ellingwood의 논문 “Validation studies of seismic PRAs” [7]의 모델을 활용하여 상관성에 의한 지진리스크의 변화를 분석하였다. Ellingwood논문에서는 미국 필라델피아 비등경수로 타입의 Limerick Generating Station (LGS) 원자력발전소의 확률론적 지진안전성 평가를 수행하였으며 여러 사고 중 전체 코어손상확률 60%를 차지하는 외부전원 상실사고와 비상디젤발전기의 고장으로 발생하는 시스템 모델명 T_sE_sUX 에 대해 상관계수가 “0”과 “1”인 경우 즉, 완전독립사건 및 완전종속사건 에 대해 지진리스크를 분석을 수행하였다. LGS 원자력발전소의 재해도 곡 선은 최대지반가속도와 최대지반가속도를 초과하는 연간 확률 사이의 관 계로 정의 된다. LGS 원자력발전소의 재해도 곡선 총 6개의 곡선으로 정의 되며 다음 Fig. 6에 나타내었다.

LGS의 기기의 지진취약도 곡선 중 T_sE_sUX와 관련된 파라미터는 다음 Table 2와 같다. T_sE_sUX의 불리언 식은 다음 식 (5)와 같이 나타낼 수 있으 며 고장수목은 Fig. 7과 같다.

T_{s} E_{s} U X = S_{1} \cap (S_{11} \cup S_{12} \cup S_{13} \cup S_{14} \cup S_{15} \cup S_{16} \cup D G_{R})

(5)

EEMS는 BDD(Binary Decision Diagram) 방법으로 최소단절집합을 계산하며 불확실성은 각 사건을 LHS(Latin Hypercube Sampling)을 통 해 신뢰도를 계산한다. T_sE_sUX의 최소단절집합을 Table 3에 나타내었다.

3.1 완전독립에 의한 T_sE_sUX 지진리스크 분석

각 기기의 손상이 독립적으로 발생하는 것으로 가정하여 계산된 T_sE_sUX 의 지진취약도 곡선을 Fig. 8에 나타내었다.

계산된 취약도 곡선은 Ellingwood 논문[7]의 결과와 PRASSE결과[8] 를 비교 하였다. 95% 신뢰도에서의 5% 손상확률을 나타내는 고신뢰도저 파괴확률(HCLPF)와 식 (6)에 의한 지진취약도 곡선과 지진재해도 곡선의 컨불루션 결과인 지진 리스크 값을 Table 4에 비교 하였다.

P_{f} = \int_{0}^{\infty} F (a) (- \frac{d H (a)}{d a}) d a

(6)

여기서 F(a)는 지진취약도 곡선으로 주어진 가속도 (a)에서의 손상확률이 며, H(a)는 지진재해도 곡선으로 주어진 가속도 (a)를 초과할 연초과확률 을 나타낸다.

그 결과, EEMS에서 계산한 HCLPF값이 Ellingwood와 PRASSE결과 값보다 약간 작은 것을 알 수 있으며, 지진리스크 값은 Ellingwood 결과보 다 크지만 PRASSE결과와는 동일한 것을 알 수 있다.

3.2 완전종속에 의한 T_sE_sUX 지진리스크 분석

다음으로 Ellingwood 논문에서 고려한 상관성에 대한 결과를 비교하였 다. Ellingwood 논문에서는 두 가지 CASE에 대해 상관성을 고려하였다. 첫 번째 CASE1는 S11, S12, S13, 그리고 S14가 격납건물에 있어 완전종 속 사건으로 고려하고 S15와 S16은 디젤발전건물에 있어 완전종속 사건으 로 고려하며 격납건물과 디젤발전거물에 있는 기기들은 독립이라 가정하 였다. 두 번째 CASE2는 모든 구성 요소는 플랜트의 위치와 상관없이 완벽 하게 종속된다고 가정했다. Ellingwood논문에서의 상관성은 다음 식 (7) 을 활용하여 계산을 수행 하였다.

\begin{array}{l} for F = F_{1} \cup F_{2} \cup \dots \cup F_{N}, P (F) \approx max P (F_{i}) \\ for F = F_{1} \cap F_{2} \cap \dots \cap F_{N}, P (F) \approx min P (F_{i}) \end{array}

(7)

본 논문에서는 다중적분방법을 적용한 EEMS를 활용하여 상관성이 고 려된 T_sE_sUX의 지진취약도 곡선을 계산하였다. 코드에서 계산된 T_sE_sUX 의 지진취약도 곡선 CASE1과 CASE2의 결과를 Fig. 9에 나타내었다. Table 5는 Ellingwood에서 계산된 HCLPF결과와 지진리스크 결과 값을 EEMS 코드의 결과와 비교하였다.

Table 5와 Fig. 9에서 보여주듯이 독립사건과 비교 시 상관성(완전종속) 에 의하여 지진취약도 곡선 및 지진리스크의 값이 변화하는 것을 확인 할 수 있다. T_sE_sUX사건에서는 독립사건과 비교하여 상관성이 고려된 경우 CASE1은 HCLPF 값은 약간 증가하며 지진리스크는 감소하는 것을 확인 할 수 있다. CASE2에서는HCLPF값이 Ellingwood 결과에서는 감소하나 본 연구에서는 약간 증가하는 것으로 나타났으며, 지진리스크는 독립의 경 우 보다 감소하는 것을 확인 할 수 있다.

3.3 상관성에 의한 T_sE_sUX 지진리스크 분석

지진에 의한 구조물 및 기기의 손상은 구조물 및 기기의 지진응답 상관 성으로 인해 적더라도 상관성이 존재 할 수밖에 없다. 하지만 대부분의 경우 상관성은 ‘0’과 ‘1’인 경우보다는 ‘0’과 ‘1’사이에 있을 확률이 높다. EEMS를 활용하여 상관계수가 0.25, 0.5, 그리고 0.75인 경우에 대해 지진 리스크 계산을 수행 하였다. 각각의 결과는 Table 6과 Fig. 10에 나타내었 다. Fig. 10의 지진취약도는 CASE1과 CASE2에 대한 각 상관계수에 따른 평균 지진취약도 곡선을 나타내었다.

3.2절의 결과와 마찬가지로 상관성에 의하여 지진취약도 곡선 및 지진 리스크의 값이 변화하는 것을 확인 할 수 있다. 상관계수에 따라 지진취약도 및 지진리스크 값이 다르므로 적절한 상관계수의 산정이 확률론적 안전성 평가 수행 시 중요함을 알 수 있다. CASE1의 경우 독립조건에서 완전종속 조건으로 변화하면서 HCLPF값은 커지며 지진리스크의 값이 낮아지는 것 을 알 수 있다. CASE2의 경우 독립사건에서 완전종속사건으로 변화하면 서 HCLPF값은 감소하다가 다시 커지는 것을 알 수 있으며 CASE1과 마찬 가지로 지진리스크는 감소하는 것을 확인 할 수 있다. 완전독립의 경우와 완 전종속의 경우의 지진취약도 및 지진리스크를 비교 시 CASE2가 CASE1 보다 변화폭은 큰 것을 알 수 있다. 이는 CASE2가 CASE1에 비해 각 기기 간의 상관성이 더 고려되어 발생한 것이라 생각이 된다. CASE1과 CASE2 모두 독립사건에서 완전종속사건으로 변화하면서 지진리스크가 대략 10% 정도 감소를 하였다. T_sE_sUX의 경우 상관성의 영향이 HCLPF 보다는 지 진리스크 변화에 더 큰 역할을 하는 것을 확인 할 수 있다.

4. 결 론

국내 원자력발전소의 지진안전성 평가는 일반적으로 확률론적 안전성 평가를 통해 이루어진다. 지진에 대한 확률론적 안전성 평가 수행 시 SSCs 의 손상은 각각 독립사건으로 가정하여 이루어진다. 하지만 지진사건으로 인한 원자력발전소의 지진응답 상관성과 각각 구조물 및 기기의 내진성능 상관성에 의해 SSCs의 손상확률은 적게라도 상관성이 존재한다. 본 연구 에서는 SSMRP 연구에서 제안한 다중적분방법을 활용하여 상관성을 고려 한 지진취약도 및 지진리스크를 계산할 수 있는 EEMS 코드를 개발하였다. 개발한 코드를 활용하여 각각 기기의 손상 조합방법에 따라 지진취약도가 변화 하는 것을 분석 하였다. 상관성에 의한 지진리스크의 변화를 분석하기 위하여 미국 필라델피아 LGS 원자력발전소의 외부전원상실사고와 디젤 발전기의 고장으로 발생하는 T_sE_sUX 사건에 대해 지진리스크 변화를 분 석 하였다. 그 결과 각 기기의 고장이 독립인 경우에서 완전종속으로 변화 하면서 지진리스크가 감소하는 것을 확인 할 수 있었으며, 또한 상관성은 HCLPF보다 지진리스크에 더 큰 영향을 주는 것을 확인 할 수 있었다. 지진 사건에 대한 확률론적 안전성 평가 수행 시 상관성에 의해 지진취약도 및 지 진리스크는 변화하며, 상관계수에 따라 그 지진취약도 및 지진리스크 값이 다른 것을 알 수 있어 상관성을 고려한 확률론적 안전성 평가 시 적합한 상 관계수 산정이 중요함을 알 수 있었다. 또한 상관성을 고려한 확률론적 지진 안전성 평가는 독립조건에 비해 보수적이거나 비보수적인 결과를 제공하 는 것이 아니라 보다 현실적인 결과를 제공하는 것으로 판단된다.

/ 감사의 글 /

본 논문은 “복합자연재해 리스크 평가 기술 개발” 및 “상관성을 고려한 확률론적 지진 안전성 평가(SPRA) 분석 방법론 개발” 연구의 일환으로 수 행되었음 (NRF-2017M2A8A4015290).

Figure

Fig. 1.

Comparison of n value for failure probability between Mankamo model and the code results

Fig. 2.

Seismic fragility curve of A_m=1.0, β_R=0.2, and β_U=0.2 (A, B, C, D)

Fig. 3.

Association seismic fragility curve of A & B corresponding to the correlation

Fig. 4.

Association seismic fragility curve of A & B & C & D corresponding to the correlation

Fig. 5.

Association seismic fragility curve of E & F corresponding to the correlation

Fig. 6.

Seismic hazard curves for all seismogenic zones at LGS site [8]

Fig. 7.

Fault tree of T_sE_sUX

Fig. 8.

Fragility curve of TEUX

Fig. 9.

Seismic fragility curve of the T_sE_sUX

Fig. 10.

Seismic fragility curve (mean) of the T_sE_sUX

Table

Table 1.

Parameter of Seismic fragility curve for the Event E and Event F

Table 2.

LGS component fragility parameters [7]

Table 3.

Minimal cutset of T_sE_sUX

Table 4.

HCLPF and fractiles of core damage probabilities

Table 5.

HCLPF and fractiles of core damage probabilities

Table 6.

HCLPF and fractiles of core damage probabilities

Reference

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Journal Abbreviation J. Earthq. Eng. Soc. Korea
Frequency Bimonthly
Doi Prefix 10.5000/EESK
Year of Launching 1997
Publisher Earthquake Engineering Society of Korea

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