Сейсмическая безопасность атомных станций

А.Н. Ананьев, П.С. Казновский,
С.П. Казновский, В.И. Лебедев, Х.Д. Чеченов

СЕЙСМИЧЕСКАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
АТОМНЫХ СТАНЦИЙ

Москва 2011

Список основных сокращений 
2 

 
 
А64 

УДК 550.34:621.311.25 
ББК 26.2:31.47 
        А64 
Р е ц е н з е н т ы :  
д-р техн. наук В.И. Есьман;  
д-р техн. наук, проф. С.Б. Кравец 
  
Ананьев А. Н. 
Сейсмическая безопасность атомных станций / А. Н. Ананьев, 
П. С. Казновский, С. П. Казновский, В. И. Лебедев, 
Х. Д. Чеченов. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2011. — 230, [2] с : ил.  
ISBN 978-5-7038-3517-3 
Рассмотрена актуальная проблема безопасности атомных станций — 
защита от воздействия сильных землетрясений. Кроме этого 
затронуты общие вопросы безопасности АЭС. Представлен анализ 
общественного мнения по вопросу развития мировой атомной энергетики, 
степени ее опасности для населения и окружающей природы. 
Приведен обзор сильных землетрясений последнего столетия и их 
последствий. Рассмотрены вопросы усовершенствования нормативных 
требований к сейсмостойкости АЭС и их элементов, возможностей 
и ограничений традиционных расчетных и экспериментальных 
методов исследований сейсмостойкости, методов и средств защиты 
оборудования от воздействия землетрясений. 
Проанализированы все аспекты реализации наиболее перспек-
тивного и надежного метода обследования сейсмостойкости ответ-
ственного оборудования в реальных условиях монтажа и раскреп-
ления на действующих энергоблоках АЭС с реакторами ВВЭР-440, 
ВВЭР-1000 и РБМК.  
Для специалистов, а также студентов, изучающих дисциплины, 
связанные с атомной энергетикой, динамикой и прочностью, маши-
ностроением. 
 
УДК 550.34:621.311.25 
                                                                               ББК 26.2:31.47 
 
 
                                                                             © Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3517-3                                                МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

 
Оглавление 
3 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

2 
Список основных сокращений  ................................................................  5 

Введение  .......................................................................................................  7 

Глава 1. Общая проблема безопасности АЭС  .......................................  14 
1.1. Специфика АЭС в аспекте безопасности людей и охраны 
       окружающей среды  ......................................................................  14 
1.2. Основные пути и средства повышения безопасности АЭС  .....  16 
1.3. Безопасность АЭС и общество ....................................................  23 

Глава 2. Землетрясения как одно из опаснейших экстремальных 
           природных явлений ....................................................................  34 
2.1. Проблема устойчивости АЭС  к внешним воздействиям ..........  34 
2.2. Экстремальные природные явления  и степень их угрозы  
       для жизни людей, результатов их деятельности и окружа- 
       ющей среды  ..................................................................................  35 
2.3. Исторический обзор  сильных землетрясений  ..........................  39 

Глава 3. Общие принципы обеспечения сейсмической безопас- 
           ности АЭС  ....................................................................................  51 
3.1. Основные положения  ...................................................................  51 
3.2. Исходные данные по сейсмическим воздействиям ...................  52 
3.3. Сейсмостойкость строительных сооружений и конструкций ...  71 
3.4. Сейсмостойкость ответственных за безопасность техноло- 
       гических систем  и оборудования  ...............................................  74 

Глава 4. Нормативное и методологическое обеспечение решения  
           проблемы  сейсмостойкости оборудования АЭС  ..................  76 
4.1. Нормативные требования и их усовершенствование ................  76 
4.2. Расчетные методы проверки сейсмостойкости оборудования  ...  92 
4.3. Традиционные экспериментальные методы  ..............................  98 
4.4. Специальные методы защиты оборудования АЭС от сейс- 
       мических воздействий  ................................................................. 104 

Оглавление 

 

4 

Глава 5. Основные результаты расчетно-экспериментальной  
            проверки  и обеспечения сейсмостойкости оборудова- 
            ния непосредственно  на пусковых и действующих  
            блоках АЭС  ................................................................................. 117 
5.1. Расчетно-экспериментальный метод проверки сейсмостой- 
       кости оборудования непосредственно на АЭС  ......................... 117 
5.2. Обзор выполненных обследований на пусковых и действу- 
       ющих блоках  ................................................................................. 132 
5.3. Экспериментальное исследование декрементов колебаний  
       оборудования в реальных условиях его монтажа, раскреп- 
       ления и обвязки на АЭС  .............................................................. 152 
5.4. Экспериментальное исследование собственных форм коле- 
       баний  ............................................................................................. 166 
5.5. Систематизация и обобщение результатов обследований  
       сейсмостокости оборудования непосредственно на пуско- 
       вых и действующих энергоблоках АЭС  .................................... 171 
Глава 6. Перспективы развития работ по повышению сейсми- 
           ческой безопасности АЭС  и других промышленных 
           объектов  повышенной ответственности  ............................... 197 
6.1. Перспективные экспериментальные методы проверки сейс- 
       мостойкости  технологических систем и оборудования  ........... 197 
6.2. Первоочередные практические задачи в области повыше- 
       ния сейсмической безопасности ответственных промыш- 
       ленных объектов  и надежности систем жизнеобеспечения  
       при сильных землетрясениях  ...................................................... 208 
Вынужденный постскриптум  .................................................................. 212 
Литература  .................................................................................................. 216 
 
 

Список основных сокращений 
5 

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

АС 
— аварийная ситуация 
АСТ 
— атомная станция теплоснабжения 
АТЭЦ 
— атомная теплоэлектроцентраль 
АЭС  
— атомная электростанция 
ВВЭР  
— водо-водяной энергетический реактор (водоохлаж- 
                            даемый реактор под давлением с водяным замед- 
                            лителем) 
ВНИИАМ  — Всероссийский научно-исследовательский и про- 
                            ектно-конструкторский институт атомного энер- 
                            гетического машиностроения 
ВНИИАЭС  — Всероссийский научно-исследовательский инс- 
                            титут эксплуатации АЭС 
ГА  
— гидравлический амортизатор 
ГЗЗ  
— главная запорная задвижка  
ГКАЭ 
— Государственный комитет по атомной энергии 
                             (СССР) 
ГЦН  
— главный циркуляционный насос  
ГЭС 
— гидроэлектростанция 
ДГС  
— дизель-генераторная станция 
ИАЭ 
— институт атомной энергии (им. Курчатова) 
КБГУ 
— Кабардино-Балкарский государственный универ- 
                            ситет 
ЛСМ  
— линейно-спектральный метод  
МА  
— механический амортизатор 
МАГАТЭ   — Международное агентство по атомной энергии 
                            (IAEA) 
МДА  
 — метод динамического анализа 
МИСиС 
 — Московский институт стали и сплавов (техничес- 
                            кий университет) 
МО АЭП 
 — Московское отделение института Атомэнергопроект 

Список основных сокращений 

 

6 

МРЗ  
 — максимальное расчетное землетрясение (гипоте- 
                            тическое землетрясение максимально возможной  
                            интенсивности) 
НИАЭП 
 — Нижегородский институт Атомэнергопроект 
НИР 
 — научно-иследовательские работы 
ННУЭ 
 — нарушение нормальных условий эксплуатации 
НТЦЯРБ 
 — научно-технический центр ядерной и радиационной  
                            безопасности Ростехнадзора 
НУЭ 
 — нормальные условия эксплуатации 
НТД  
 — нормативный технический документ 
ОИАЭ  
 — объект использования атомной энергии 
ОПБ 
 — общие положения безопасности 
ПЗ  
 — проектное землетрясение (ожидаемое за срок экс- 
                            плуатации АЭС землетрясение, соответствующее  
                            установленной сейсмичности площадки АЭС) 
ПНР 
 — пусконаладочные работы 
ППР 
 — планово-предупредительный ремонт 
РАН  
 — Российская академия наук 
РБМК  
 — реактор большой мощности канальный (уран-гра- 
                            фитовый реактор канального типа, охлаждаемый  
                            кипящей водой) 
РУ 
 — реакторная установка 
САОЗ  
 — система аварийного охлаждения активной зоны  
                            реактора 
СВО  
 — система водоочистки (водоподготовки) реактор- 
                            ной установки 
СГО  
 — система газоочистки 
СМОД  
 — спектральный метод определения декрементов  
                            колебаний 
СТЗ 
 — Сызранский турбостроительный завод 
СУЗ  
 — система управления и защиты  
ТЭС 
 — тепловая электростанция 
УОБ  
 — углубленная оценка безопасности 
ЧАЭС 
 — Чернобыльская АЭС 
ФЭИ 
 — Физико-энергетический институт 
ЭТО  
 — электротехническое оборудование 
ЯОР  
 — Ядерное общество России 
ЯРБ  
 — ядерная и радиационная безопасность 

Введение 
7 

Как это ни парадоксально, в наше время бурного 
развития научных знаний и поразительных успехов 
техники опасность землетрясений становится все 
более серьезным тормозом. Причиной тому является 
быстрое освоение сейсмически активных районов, а 
также усложнение инженерных сооружений. 
Сейсмология мало что сделала для уменьшения 
вреда, приносимого землетрясениями. 
 
Академик М.А. Садовский, 1967 г. 

ВВЕДЕНИЕ 

Пуском в 1954 г. первой в мире атомной электростанции 
(АЭС) в Обнинске началась новая эпоха в обеспечении потребностей 
человечества электроэнергией. В настоящее время АЭС действуют 
и строятся в десятках стран мира и в ряде из них занимают 
заметное место в балансе выработки электроэнергии. 
Ограниченность мировых запасов нефти и газа (по крайней 
мере технически доступных и экономически оправданных для добычи), 
транспортные проблемы, связанные с использованием каменного 
угля, в лучшем случае весьма далекие по времени перспективы 
решения технических проблем по обеспечению практического 
использования термоядерной энергии, а также крайне 
ограниченные по масштабам возможности использования возобновляемых 
источников энергии (солнечной, ветровой, геотермальной, 
приливной) привели к полной очевидности того, что в обозримом 
будущем, как это убедительно показано в фундаментальных 
публикациях академика В.И. Субботина [124, 125], реальной 
альтернативы атомной энергии в общем развитии мировой энергетики 
у человечества нет. 
Интенсивное развитие мировой атомной энергетики за прошедшие 
немногим более 50 лет с ее зарождения охватило свыше 
30 стран. По состоянию на начало 2004 г. в мире действовал 
441 ядерный энергоблок с установленной электрической мощностью 
более 367 тыс. МВт, 25 энергоблоков были заявлены как 

Введение 

 

8 

строящиеся. В 2004 г. в мире на АЭС выработано 2 696 млрд кВтч 
электроэнергии, шесть новых блоков общей мощностью 5 895 
МВт (электрической) были подключены к национальным сетям (в 
том числе блок № 3 Калининской АЭС мощностью 1000 МВт (элек-
трической), один блок (Канадский Brus-A мощностью 750 МВт) 
вновь подключен к сети после длительной остановки в 1998 г. В то 
же время в 2004 г. в Литве был закрыт блок № 1 Игналинской АЭС 
мощностью 1500 МВт (электрической). 
По доле ядерной энергии в общей национальной выработке 
электроэнергии до конца 2004 г. было два явных лидера — Фран-
ция и Литва (более 75 %). После закрытия одного из двух блоков 
Игналинской АЭС в 2009 г. этот показатель в Литве снизился до 
65 %. Далее шли Бельгия и Словакия (около 56 %), Украина 
(53 %), Швеция, Республика Корея, Швейцария, Болгария, Венг-
рия и Армения (40…50 %), причем в Армении этот показатель 
обеспечивался лишь одним из двух энергоблоков ВВЭР-440, вве-
денным в 1995 г. после шестилетнего простоя, вызванного эмо-
циональным решением остановить Армянскую АЭС после сильно-
го землетрясения в Спитаке. 
Ряд стран имеют долевой показатель от 20 до 35 % (Япония, 
Великобритания, Словения, Германия, Тайвань, Финляндия). В 
США, располагающих наибольшим в мире количеством дейст-
вующих энергоблоков АЭС (почти 150), ядерная доля составляет 
около 20 %. Близкие к США долевые показатели имеет Канада. 
В России, несмотря на преимущество перед всеми высокоразви-
тыми странами по запасам нефти и газа и достаточно высокий по-
тенциал гидроэнергетических источников, доля ядерного электри-
чества также весьма ощутима (более 16 %), причем в европейской 
части эта доля близка к 30 %, а в энергетике Северо-Западного ре-
гиона и более того. Выработка в 2004 г. на АЭС России электро-
энергии (143 млрд кВтч) и производство тепловой энергии 
(3,1 млн Гкал) обеспечили экономию (замещение) более 40 млрд м3 
природного газа (30 % потребления газа в электроэнергетике). При 
этом следует учесть, что средние тарифы на электроэнергию на 
оптовом рынке в нашей стране для АЭС вдвое ниже, чем для ТЭС. 
В связи с отмеченными факторами руководством страны принято 
решение о существенном увеличении мощностей АЭС (практиче-
ски вдвое) в самом ближайшем будущем. 

  
 Введение 
9 

 

Следует отметить, что отношение государственных структур 
к атомной энергетике в разных странах различно, вплоть до кар-
динально противоположного. Если в большинстве стран, освоивших 
промышленное использование атомной энергии, отношение 
к перспективам развития этой современной отрасли колеблется 
от позитивного до лояльного, то в отдельных странах, 
относящихся в числу высокоразвитых, атомная энергетика, вопреки 
логике и реальной ситуации с запасами энергоисточников, экономикой 
и экологией, попала под запрет. Первой такой страной 
стала Италия, которая, обладая четырьмя энергоблоками с долевым 
вкладом в электровыработку около 5%, в 1988 г. пошла на 
полную ликвидацию национальной атомной энергетики. Как уже 
отмечалось, Литва, ставшая после распада СССР суверенным лидером 
по долевому вкладу атомной энергетики в выработку электроэнергии, 
тем не менее приняла решение о полном закрытии 
Игналинской АЭС (уникальной в мире!). 
После нескольких лет дискуссий и размышлений правительство 
ФРГ, занимающей в настоящее время одну из ведущих мировых 
позиций в области освоения и развития атомной энергетики, пришло 
к решению о прекращении в обозримые годы эксплуатации 
всех действующих в стране АЭС. Самое удивительное, что это 
решение принимается в стране, чьи энергоблоки с 1980-х годов 
доминируют в мире по средним коэффициентам использования 
установленной мощности, в единственной кроме СССР стране, 
построившей и в течение 10 лет успешно использовавшей в ком-
мерческих целях гражданское морское судно с ядерной силовой 
установкой, в стране, построившей за рубежом многочисленные 
АЭС, в том числе в Нидерландах, Швейцарии, Аргентине, Брази-
лии, Австрии (австрийская станция «Цвентендорф» не была введе-
на в эксплуатацию вследствие неблагоприятного результата спе-
циально проведенного референдума). 
В целом же мировая атомная энергетика продолжает с пере-
менными темпами развиваться и расширять свою географию, что 
дает уверенность в успешном преодолении опасности мирового 
кризиса в электроэнергетике вследствие неизбежного и довольно 
скорого истощения традиционных природных энергоресурсов и в 
постепенном улучшении экологии. В последнее десятилетие ак-
тивное включение Китая, Индии и Ирана в создание национальной 
атомной энергетики, а также планирование сооружения АЭС в ря-

Введение 

 

10

де других стран, в том числе в странах СНГ, свидетельствует о не-
уклонном расширении списка государств, сознающих безальтер-
нативность атомной энергетики в обеспечении возрастающих по-
требностей в электроэнергии. 
Динамичное развитие мировой атомной энергетики обуслови-
ло резкое расширение географии размещения АЭС и рост их кон-
центрации в густонаселенных регионах, в непосредственной бли-
зости от крупных промышленных, административных и культур-
ных центров. Как следствие, это привело к значительному 
повышению внимания и требований к безопасности АЭС, надеж-
ности всех их систем и элементов, ответственных за обеспечение 
радиационной и ядерной безопасности [10, 17, 18, 82, 83, 86, 91]. 
Изначально повышенные требования, предъявляемые к безо-
пасности атомных станций, регулярно ужесточаются, особенно 
после каждой крупной аварии на отдельных АЭС. К числу серьез-
ных происшествий на АЭС можно отнести события на АЭС Calder 
Hall в Англии (теперь уже в далеком прошлом) и более позднюю и 
существенно более тяжелую аварию на АЭС Three Miles Island в 
США в 1979 г. 
Безусловно, к наиболее глобальному пересмотру концепции 
безопасности АЭС привела катастрофа на ЧАЭС в 1986 г. Эта тя-
желейшая из всех происшедших на АЭС авария обусловила одно 
крайне неприятное последствие — она подорвала доверие широ-
ких слоев населения к атомной энергетике, и не только в нашей 
стране. В результате развитие атомной энергетики в ряде высоко-
развитых стран Европы вовсе прекратилось. Как уже отмечалось, 
альтернативы атомной энергетике у человечества пока что нет и в 
обозримом будущем не предвидится. Это неукоснительно требует 
реабилитации атомной энергетики в глазах мирового сообщества и 
начала нового этапа ее интенсивного развития. При этом отпу-
щенные на это сроки крайне ограничены — всего лишь несколько 
десятилетий. Что является абсолютно обязательным — это макси-
мальное обеспечение ядерной и радиационной безопасности АЭС, 
и не только вновь проектируемых и строящихся, но не в меньшей 
(и даже в большей) степени действующих, особенно приближаю-
щихся к выработке проектных сроков эксплуатации и достигших 
этих сроков, поскольку такие станции и их блоки разрабатывались 
по устаревшим нормативным требованиям, их ответственные за 
безопасность сооружения и оборудование подвергались длитель-

  
 Введение 
11 

 

ным механическим воздействиям (в том числе циклическим) и зачастую 
близки к выработке ресурса.  
Необходимо постоянно помнить, что второй Чернобыль и 
даже второй Three Miles Island могут окончательно дискредети-
ровать атомную энергетику и тем самым обречь человечество на 
техническую, социальную и культурную деградацию уже в пределах 
XXI века, не говоря о необратимых последствиях для экологии 
и мирового климата. 
Современные требования к безопасности АЭС вызывают необходимость 
оценки их надежности и принятия мер защиты при всех 
видах воздействий — эксплуатационных, аварийных, а также внешних — 
как техногенного, так и природного происхождения [68]. 
К внешним воздействиям относятся случайные и преднамеренные 
взрывы, пожары, падения самолетов, электромагнитные излучения 
(техногенные воздействия), землетрясения, наводнения, ураганы, 
смерчи, цунами, удары молний, извержения вулканов, селевые потоки, 
снежные лавины, обвалы, оползни, грунтовые провалы (природные 
воздействия). 
Предлагаемая книга посвящена вопросам защиты АЭС, а конкретнее 
защите ответственного за безопасность технологического 
оборудования от сейсмических воздействий. Основное внимание 
уделено перспективным, наиболее надежным и в то же время оперативным 
и экономичным методам и средствам проверки и обеспечения 
сейсмостойкости оборудования и их реализации на многочисленных 
пусковых и действующих блоках АЭС на территориях 
бывшего СССР и стран Восточной Европы. По изложенным 
ниже причинам в списке наиболее детально обследованных 11 АЭС 
выделены АЭС Kozloduy (Болгария), Армянская АЭС и Ленинградская 
АЭС. 
Успешное решение важной задачи общей проблемы безопасности 
АЭС — проверки и обеспечения сейсмостойкости ответственного 
за безопасность оборудования — базируется на трех факторах: 
надежность сейсмологических данных для площадок размещения 
АЭС, обоснованность и достаточность нормативных требований, 
обоснованность и надежность методологии исследований сейсмостойкости 
и средств ее реализации. 
Очевидно, что основополагающими в решении рассматриваемой 
проблемы являются исходные данные по сейсмическим воздействиям, 
их надежность и достаточность. 

Введение 

 

12

В области разработки и обоснования исходных сейсмологиче-
ских данных и их количественного описания успехи современной 
мировой и отечественной науки и ее практические результаты, к 
сожалению, пока далеки от совершенства. В связи с этим авторы, 
не являясь специалистами в области инженерной сейсмологии, как 
потребители этой исходной информации сочли необходимым уде-
лить в книге этой проблеме достаточно большое место, сознатель-
но сконцентрировав внимание на критических замечаниях и поже-
ланиях. 
В области усовершенствования нормативных подходов и их 
формализации во всех странах, развивающих большую атомную 
энергетику, регулирующими органами постоянно ведется интен-
сивная работа, к которой привлекаются ведущие коллективы спе-
циалистов. Авторы с удовлетворением констатируют, что в этой 
области Россия, как будет показано далее, в настоящее время за-
нимает передовые позиции.  
В области разработки перспективных методов исследований и 
их технического обеспечения, как и в объемах выполненных ис-
следований сейсмостойкости широкой номенклатуры оборудова-
ния АЭС и  практической реализации результатов, чему и посвя-
щена в основном данная книга, отечественная наука и инженерная 
практика также занимают лидирующие позиции. В то же время это 
отнюдь не означает, что решение проблемы в масштабах всей сети 
действующих, строящихся, проектируемых и планируемых на 
дальнюю перспективу энергоблоков в нашей стране близко к за-
вершению.  
В заключительной части книги (гл. 6) представлены предло-
жения по неотложным работам на конкретных объектах атомной 
энергетики, по систематизации и обобщению накопленного об-
ширного фактического материала, по дальнейшему усовершенст-
вованию методик и средств исследований, по внедрению накоп-
ленного опыта на неатомных объектах повышенной ответствен-
ности, в первую очередь расположенных в регионах высокой 
сейсмической активности. 
Вопросам теоретических основ динамики конструкций, а так-
же описанию традиционных расчетных и лабораторных экспери-
ментальных методов проверки и обеспечения сейсмостойкости 
оборудования и трубопроводов АЭС, широко используемых в ми-
ровой практике на стадиях проектирования АЭС, разработки и из-