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Published November 2022 | Version v1
Report

Design of nuclear power plants against damaging effects from lightning strikes. Version 2022-11

Description

In accordance with Sec. 2.4 SiAnf ("Protection concept against internal and external hazards as well as against very rare human induced external hazards"), protection measures are required with respect to natural external events. Appendix 3 SiAnf specifies the extent of required lightning protection measures in so far as stating that equipment-related protection measures shall be taken against this event. This is achieved by properly designing the lightning protection of the plant and by installing suitable lightning protection systems. The present safety standard is established under the presumption that the requirements from conventional standards and regulations (e.g., building regulations of the individual German states, the German Accident Prevention Regulations, DIN standards and VDE regulations, EN standards, IEC standards) are observed taking the nuclear power plant specific safety requirements into consideration. This safety standard specifies additional requirements for the lightning protection of nuclear power plants. The objective of this safety standard is to specify these additional requirements regarding the Exterior and the Interior Lightning Protection System such that the influence of lightning strikes on electrical facilities will not lead to impermissibly adverse effects on plant safety. The foundation of the present safety standard is based on a) deriving, and then specifying, lightning strike characteristics from the measurement results of actual lightning strikes, b) evaluating specific experiments with pulse generators that simulate lightning strikes by inducing voltage pulses into cables and conductors of existing nuclear power plants which were already protected by defined and relevant lightning protection measures, c) specifying analytical procedures for determining that portion of the lightning current that must be considered for the voltage induction, d) evaluating results from analytical and numeric procedures regarding the lightning-based voltage induction into cables of cable ducts and into buried cables (cf. Appendix F). The general requirements regarding quality assurance are specified in safety standard KTA 1401. The present safety standard specifies the protection measures against lightning-strikes required in accordance with Secs. 4.1.2.3 and 4.2.2 of safety standard KTA 3501. The present safety standard does not specify any analytical procedures regarding the induction of lightning strike based voltages into the instrumentation and control circuitry inside the power plant buildings. Various analytical procedures have been published in technical literature relating to the calculation of induced voltages in buildings of power plants. However, due to the differences between power plants with respect to geometric arrangement of the electrical equipment and the instrumentation and control equipment and due to the various induction possibilities, no single easily applicable analytical procedure is available that would suit all individual cases. Note: Further information on the voltages coupled into buildings can also be obtained from measurements of building shielding effectiveness and measurements on models (cf. Appendix E).

Availability note (English)

Available from: https://www.kta-gs.de/d/regeln/2200/2206_r_2022_11.pdf

Abstract (German)

Gemäß den SiAnf Abschnitt 2.4 "Schutzkonzept gegen Einwirkungen von innen und außen sowie gegen Notstandsfälle" sind Schutzmaßnahmen gegen naturbedingte Einwirkungen vorzusehen. Der Anhang 3 der SiAnf kennzeichnet den Umfang der erforderlichen Blitzschutzmaßnahmen dahingehend, dass gegen dieses Ereignis anlagentechnische Schadensvorsorge getroffen werden muss. Dies wird durch blitzschutztechnische Auslegung der Anlage und Installation geeigneter Blitzschutzsysteme erreicht. In dieser Regel wird vorausgesetzt, dass die konventionellen Vorschriften und Normen (z. B. Bauordnungen der Länder, Unfallverhütungsvorschriften, DIN-Normen und VDE-Bestimmungen, EN-Normen sowie IEC-Normen) unter Beachtung kernkraftwerkspezifischer Sicherheitsanforderungen eingehalten werden. Diese Regel gibt zusätzliche Anforderungen an, die an den Blitzschutz von Kernkraftwerken zu stellen sind. Aufgabe dieser Regel ist es, diese zusätzlichen Anforderungen an das Äußere und Innere Blitzschutzsystem so festzulegen, dass Einwirkungen auf elektrische Einrichtungen infolge Blitzschlag zu keiner unzulässigen Beeinträchtigung der Anlagensicherheit führen. Als Grundlage dieser Regel wurden a) Blitzkenndaten aus Messungen an Blitzeinschlägen abgeleitet und festgelegt, b) mit Hilfe von Stoßgeneratoren zur Blitzsimulation eingekoppelte Spannungen in Kabeln und Leitungen in bestehenden Kernkraftwerken, die durch definierte relevante Blitzschutzmaßnahmen geschützt sind, bei speziellen Versuchen ausgewertet, c) Berechnungsverfahren zur Ermittlung des für die Spannungseinkopplung zu berücksichtigenden Blitzstromanteils festgelegt und d) Berechnungsergebnisse aus analytischen und numerischen Verfahren zur blitzbedingten Spannungseinkopplung in Kabel, die in Kanälen verlegt sind, und in erdverlegte Kabel ausgewertet. Allgemeine Anforderungen an die Qualitätssicherung sind in KTA 1401 enthalten. Die in den Abschnitten 4.1.2.3 und 4.2.2 von KTA 3501 "Reaktorschutzsystem und Überwachungseinrichtungen des Sicherheitssystems" angesprochenen Vorsorgemaßnahmen gegen Blitz sind in der vorliegenden Regel festgelegt. In dieser Regel werden Berechnungsverfahren für die Einkopplung von Spannungen durch Blitzeinwirkungen in Leittechnik- Leitungen innerhalb der Kraftwerksgebäude nicht behandelt. Für die Berechnung eingekoppelter Spannungen innerhalb der Gebäude des Kraftwerks sind in der Fachliteratur unterschiedliche Rechenverfahren vorhanden. Wegen der in jedem Kraftwerk unterschiedlichen geometrischen Anordnung elektrotechnischer und leittechnischer Einrichtungen und wegen der unterschiedlichen Kopplungsmöglichkeiten gibt es kein einheitlich handhabbares Rechenverfahren, das für alle Einsatzfälle geeignet ist. Hinweis: Weitere Informationen zu den in Gebäuden eingekoppelten Spannungen können auch aus Messungen zur Gebäudeschirmdämpfung und Messungen an Modellen entnommen werden (Anhang E).

Additional details

Additional titles

Original title (German)
Auslegung von Kernkraftwerken gegen Blitzeinwirkungen.Version 2022-11

Publishing Information

Imprint Pagination
24 p.
Report number
KTA--2206-Fassung-2022-11