[원자력기사 기출풀이] 2021년 2차 발전로계통공학 16 ~ 20번

 

 

 

56. 내경이 20cm에서 30cm로 확장되는 원형 배관 내부를 물이 흐르고 있을 때 확장 전후 유속에 대한 설명으로 맞는 것은?
    ① 확장 후 유속은 1.5배 증가한다.
    ② 확장 후 유속은 1.5배 감소한다.
    ③ 확장 후 유속은 2.25배 증가한다.
    ④ 확장 후 유속은 2.25배 감소한다.

 

 

단위시간 동안 배관 내부를 흐르는 유체의 양은 동일해야 한다.

 

확장되기 전 유속을 $v_1$ , 배관 단면적을 $A_1$ 이라고 하고,

확장된 후 유속을 $v_2$, 배관 단면적을 $A_2$ 이라고 하면,

 

단위시간당 흐르는 유체의 양, 즉 유량은,

$$v_1 * A_1 = v_2 * A_2 = Const $$ 

 

$A_1 = 100 \pi $, $A_2 = 225 \pi $ 이므로,

 

$v_2$ 는 $v_1$ 보다 2.25배 작아야 한다.

 

 

정답 : 4

 

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57. 가압경수로형 원전의 원자로 격납건물 살수계통의 기능이 아닌 것은?
    ① 사고 시 원자로격납건물 내의 압력상승 제한
    ② 사고 시 원자로격납건물 내의 열 제거
    ③ 사고 시 원자로격납건물 대기 중의 수소 제거
    ④ 사고 시 원자로격납건물 대기 중의 핵분열생성물 제거

 

공학적안전설비의 하나인 격납건물 살수계통은 냉각재상실사고나, 주증기 파단 사고 후, 격납용기 내부의 압력과 온도를 낮춰주기 위해 천장에서 붕산수를 살수하는 계통이다.

격납건물의 압력을 낮추고 열, 붕괴열을 제거하여 격납용기 내부의 방사성물질이 누출되지 않도록 한다.

또, 살수용액에 NaOH를 혼합하여 방사성옥소를 물에 녹여 제거시킨다.

 

3번. 원자로 격납건물 대기 중 수소를 제거해주는 계통은 격납건물 가연성기체 제어계통이다.

 

정답 : 3

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58. 원자력발전소의 열효율에 대한 설명으로 맞지 않는 것은?
(단, 증기발생기에 전달되는 열에너지, 터빈에서 일로 전환되는 에너지, 복수기에서 제거되는 열에너지, 펌프에서 전달되어 온 일은 각각 $Q_s,$ $W_T$, $Q_C$, $W_P$이다.)
    ① 이상적인 랭킨 사이클에서 열효율은 $W_T - W_P$이다.
    ② 실제 랭킨사이클에서 터빈의 효율이 100 %보다 작으므로 복수기에서 제거되는 열은 이상적인 랭킨 사이클에 비해 증가한다.
    ③ 복수기 내 증기압을 감소시키는 것은 복수기 내의 증기의 온도를 낮추어 열효율을 높이기 위함이다.
    ④ 실제 랭킨 사이클에서는 터빈의 효율($η_T - W_P / η_t * Q_S$)을 고려하여 열효율은 ???이다.

 

 

열기관의 열효율은 

$$\eta = \frac{해준일}{받은 열} = \frac{받은 열 - 방출한 열}{받은 열}$$

로 계산된다.

 

랭킨사이클에서는 터빈을 통해 밖으로 일($W_T$)을 해주고, 펌프를 통해 밖으로부터 일($W_P$)을 받는다. 

따라서 해준 일은 $W_{net} = W_T - W_P $ 이다.

 

열효율은,

 

$$\eta = \frac{W_T - W_P}{Q_s} = \frac{Q_s - Q_C}{Q_s}$$

 

 

복원이 좀 이상하게 된것 같은데,

 

1번. 열효율은 $\eta = {W_T - W_P} / {Q_s}$ 이 될 것이다.

2번. 터빈의 효율을 고려해주면 터빈이 한 일은 $\eta_T * W_T$ 이고, 열효율 식에서 분자가 작아지므로, 복수기에서 제거되는 열은 증가한다.

3번, 복수기의 압력을 낮추면 T-S 선도에서 복수기의 선은 아래로 내려가고, 복수기 내 증기의 온도가 낮아져 열 효율이 높아진다.   (압력이 Pc 에서 Pc' 로 낮아진 그림)

 

 

 

4번. 터빈의 효율($\eta_T$) 을 고려한 열효율은,

$$\eta = \frac{\eta_T * W_T - W_P}{Q_s}$$

이다.

 

 

 

 

 

정답 :  4번이라고하는데, 복원이 명확하지 않다.

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59. 다음이 설명하는 핵연료봉 손상 원인은?
   

    ① PCCI
    ② 1차 수소화
    ③ 2차 수소화
    ④ 피복재의 평탄

 

 

주요 핵연료봉 손상원인

 

1. PCI : Pellet Cladding Interaction, 펠렛-피복재 상호작용. 펠렛과 피복재가 상호작용하여 손상되는 것으로 다음 두가지로 나뉨.

   - PCCI : 펠렛-피복재 화학적 상호작용. 기체핵분열생성물 ( 아이오딘 ) 분위기 하에서 피복재의 항복강도 이하에서 피복재가 파손되는 응력부식균열.

   - PCMI : 펠렛-피복재 기계적 상호작용. 펠렛이 과도하게 팽윤하여 피복재와 물리적으로 접촉하여, 항복강도 이상의 응력이 가해져 피복재가 파손되는 것.

 

2. 수소화 : 피복관의 재료인 Zr이 수소와 만나면 $Zr_H2$ 화합물을 형성함. 이 수소화합물은 피복재의 연성을 낮추어 연료봉의 취성파괴를 유발함. 수소의 발생원에 따라 두가지로 나뉨

   - 1차 수소화 : 온도상승에 따라 이산화우라늄으로부터 방출된 수분이 피복재와 반응하여 Zr 수소화합물 형성.  즉, 애초부터 핵연료 안에 있던 수소에 의한 것

   - 2차 수소화 : 작은 결함이 피복재 표면에 생기면 내압과 외압의 차이로 증기가 연료봉 내로 들어가게 됨. 이 증기가 수소화합물을 형성. 외부의 물이 피복재 내부로 들어오는 것.

 

3. 피복재 평탄화 : 펠렛의 고밀화에 따른 축방향 재배열과 피복재 크립에 의해 발생함.

 

 

정답 : 3번

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60. 가압경수로형 원전의 원자로보호계통(RPS) 작동 신호에 대한 설명으로 틀린 것은?
    ① 저핵비등 이탈률 신호는 특정 허용연료 설계제한치 초과를 방지하여 비등위기 발생을 사전에 방지한다.
    ② 가압기 저압작동 신호는 핵비등이탈률이 안전제한치에 도달하는 것을 방지한다.
    ③ 고 중성자속 작동 신호는 제어봉 인출사고 등 급격한 정반응도 삽입 시 노심을 보호하고 사고를 완화한다.
    ④ 증기발생기 저압력 신호는 증기의 과다한 습분동반으로부터 터빈을 보호한다.

 

 

원자로보호계통은 예상운전사건 시, 원자로 안전제한치가 초과되는 것을 방지하기 위해 원자로를 신속하게 정지시키고 공학적 안전설비 작동계통을 보조하여 사고결과를 완화시킴.

 

원자로보호계통은 다양한 변수를 감시하며, 변수가 정지설정치를 초과하는 경우 원자로를 신속하게 정지시킨다.

정지신호에 해당하는 변수는 다음과 같다.

 

1. 가압기 고압력 : 냉각계통 과압 방지

2. 가압기 저압력 : 핵비등 이탈 방지

3. 증기발생기 저수위 : 2차측 열제거원 상실 시 원자로 냉각재계통 과압 방지

4. 증기발생기 고수위 : 증기발생기 습분방출로 인한 터빈 손상 방지

5. 증기발생기 저압력 : 주증기관 파단에 따른 원자로 냉각재계통 과압 방지

6. 격납건물 고압력 : 격납건물 설계압력 초과 방지

7. 원자로 냉각재 저유량 : 핵비등 이탈 방지

8. 고-국부출력밀도 :국부출력밀도가 연료설계제한치를 초과하는 것 방지

9. 저 핵비등이탈률 : 핵비등이탈율이 연료설계제한치를 초과하는 것 방지

10. 가변과출력(고출력준위) : 2차측 사고, 제어봉 이탈사고에 따른 반응도 증가로 인한 노심 손상 방지

11. 고-대수출력준위(운전, 기동시) : 출력 폭주방지

12. 고-대수출력준위(정지) : 정지 중 원자로 임계 방지

13. 수동정지 : 중복보호 기능

 

 

정답 : 4번