·PERHITUNGAN KEBOLEHJADIAN GAGAL SISTEMPEMINDAH PANAS SISA REAKTOR PLTN JENIS BWR

M Salman SuprawardhanaPusat Penelitian Nuklir Yogyakarta

D T Sony TjahyaniFak. Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta

ABSTRAK

Telah dapat dihitung besar kebolehjadiangagal sistempenyemprot teras reaktor air mend~dih (o·BoilingWater Reak­tor = BWR") dengan menggunakan analisis pohon kegagalan.Sistem peroindahpanas sisa teras reaktor BWR meropunyairedu­dansi dua berfungsi untuk mendinginkan teras manakala ter­jadi kecelakaan kehilangan air pendingin (WLoss of CoolantAccident = LOCAfl).

Model pohon kegagalan sistem pemindah panas sisareaktor disusun dengan perandaian kejadian puncak atau ··TOPEVENT" adalah tidak menyeroprotnyaair dari salah satu sistempemindah panas sisa ke teras reaktor. Didapatkan hasilkebolehjadian gagal sistem pemindah panas sisa reaktor PLTNBWR sebesar 2,06 x E-2 per permintaan selama operasi.

ABSTRACT

The Boiling Water Reactor core spray systemsprobability failure using fault tree analysis has beencalculated. The core spray systems has two redundance isused for core cooling to remove residual'heat when loss ofcoolant accident happen.

The top event of core spray systems is ~ne out of twocore spray systems failed to operate. The failureprobability of the Boiling Reactor Power Plant residualremoval systems during operation being analyzed is2,06 x 10-2 per demand.

409

410

I. PENDAHULUAN

Reaktor PLTN jenis BWR adalah satu jenis reaktor daya

yang digunakan sebagai Pembangkit Tenaga Listrik (PLTN)

dengan menggunakan daur langsung, yaitu air pendingin yang

digunakan untuk mend~nginkan teras/mengambil panas teras

langsung dibentuk menjadi uap bertekanan tinggi sekitar 1000

psi dan suhu tinggi sekitar 290 C. Selanjutnya uap tekanan

tinggi dan suhu tinggi dipakai untuk memutar turbin yang

dihubungkan generator listrik untuk selanjutnya akan

menimbulkan daya listrik.

Untuk menjamin keselamatan operasi reaktor dan keselama­

tan lingkungan selama reaktor beroperasi dan saat terjadi

kecelakaan diperlukan sistem-sistem penunjang yaitu

sistem bantu dalam keadaan normal)

- sistem bantu dalam keadaan tidak normal.

Sistem bantu dalam keadaan tidak normal antara lain terdapat

sistem pending in panas sisa reaktor yang mendinginkan reak­

tor manakala terjadi kecelakaan.

Pada umumnya analisis kecelakaan PLTN dimulai dari keja­

dian awal yaitu terjadinya kehilangan air pendingin (LOCA).

Pada gambar (1) dapat dilihat diagram pohon kejadian dari

rentetan kejadian pada suatu PLTN dengan kejadian awal

adalah terjadinya LOCA. Analisis memberikan bahwa untuk

menjamin keselamatan operasi maka apabila terjadi kejadian.awal harus diikuti oleh suksesnya sistem penunjang yang lain

yaitu suksesnya sistem-sistem :

a) pemancung reaktor ("scram/reaktor protection system"),

b) penurunan tekanan uap,

c) penyedia air,

d) penyemprot teras,

e) pembebas tekanan otomatis,

411

f) injekai pendingin tekanan rendah,

g) dan pendinginan pengungkung.

Besarnyakebolehjadian terjadinya kegagalan atau harga satu

dikurangi kebolehjadian suksesnya kerja sistem dapat

dihitung dengan menggunakan penyusunan model pohon kegagalan

sistem. Akibat dari terjadinya kegagalan dapat dihitung

risiko yang ditimbulkannya apakah menjadikan teras tidak

meleleh (TTM) atau teras meleleh (TM).

K e ja dia n risikokebolehjadian

gagalLOCA·

abc.d,e f&-~

Tn'!

LOCA

TM

LOCA.g

TTt1

LOCA.c

Tt1

LOCA.c.g

TTf1

LOCA.c.d

TM

LOCA.c.d.g

Tt1

LOCA.c.d.f

TM

LOCA.c.d.f.g

T11

LOCA.c.d.e

Tt1

LOCA.c.d.e.g

n1

LOCA.b

no]

LOCA.a

Gambar 1. Pohon kejadian dari anal isis suatu kece­

lakaan PLTN dengan kejadian awal LOCA

~12

II. SISTEM PENYEMPROT/PENYIRAM TERAS C CORE SPRAY SYSTEM)

11.1 Diagram alir sistero penyeroprot teras

Sistero penyeroprot teras reaktor adalah sistero pendingin

yang digunakan untuk roendinginkan teras reaktor roanakala

terjadi kecelakaan; hal ini digunakan untuk roenghindari agar

teras reaktor tidak roeleleh akibat adanya panas sisa di

dalam teras yang berasal dari peluruhan sinar gamma dan

beta. Sistero ini terdiri atas dua subsistero (A & B) yang

saling tak gayut satu sama lain ,roasing-roasing subsistero

roampu roencegah roelelehnya teras bila LOCA (keadaan transien)

terjadi.

Bila ada sinyal penurunan tekanan bersamaan dengan

sinyal penurunan perroukaanair dalam bejana reaktor atau

kenaikan tekanan pada "drywell", roaka sinyal terse but akan

roenjalankan kedua subsistero A dan B. Bersamaan dengan itu

pula "Diesel Generator" dan ·'Emergency Gas Turbin"

dijalankan sebagai cadangan jika daya AC norroal gagal, katup

pengisap CS-2 (B) roerobuka,sedangkan katup CS-21A (B) tertu­

tup Cdalamkeadaan norroal katup pengisap selalu roerobukadan

katup test tertutup). Pada gambar (2) dapat dilihat diagram

alir sistero penyeroprot teras.

Apabila daya AC norroal tersedia, roaka sistero dapat

dijalankan dengan segera. Tetapi bila tidak tersedia, akan

tertunda beberapa saat sampai generator darurat (Emergency

Generator) ,roencapai kecepatan penuh. Ketika kedua poropa

berjalan, pendingin tidak lansung diseroprotkan ke dalam

teras reaktor, tetapiroenunggu sampai tekanan reaktor kurang

dari 300 psig, yang roerupakan sinyal untuk roerobuka

"Admission Valve". Sebeluro tekanan reaktor roencapai 300

,psi, pendingin dikerobalikan ke suppression pool roelalui

jalur by pass.

~13

Setelah se~ua syarat terpenuhi air dari suppression pool

melalaui CS-1A (B), CS 2A (B) di pompa CS-A (B), kemudian

melalui CS-4A (B), CS-5A (B), CS-6A (B), CS-7A (B)

disemprotkan ke teras reaktor melalui nozzle yang mengelili­

ngi teras reaktor. Air masuk ke perangkat bahan bakar

kemudian berkumpul di Drywell dan akhirnya kembali ke

Suppression Pool.

11.2. Sistem penyemprot teras

Prinsip kerja/diagram alir sistem penyemprot teras ada­

lah sebagai berikut :

1. Setiap subsistem (A atau B) menerima logikakontrol/

"Control Logic" daya DC dari sumber baterai yang

berbeda, demikian juga untuk menggerakkan pompa

ataupun motor penggerak katup memperoleh sumber

daya AC yang berbeda (bila daya normal gagal)~

subsistem A dari bus Generator sedangkan subsistem B

dari Turbin (Gas Turbin).

2. Seluruhkomponentidaktergabungdalamsatu

rangkaian,

tetapiterbagidalam beberapabus,baik

pada

dayaAC maupun DC.Pada rangkaianACuntuk

setiap

komponen terdapatpengamanpemutusrangkain

("Circuit Breaker = CB").

3. Komponen yang digunakan dalam setiap subsistem

masing-masing dengan kapasitas 100 ~ .

4. a. Dalam keadaan normal sumber air diambil dari

"Suppression Pool (630.000 gallon)", sumber

alternatif kedua diambil dari tangki penyimpan

kondensat (Condensate Storage Tank), tetapi hal

ini jarang dilakukan karena digerakkan secara

manual dan terletak pada ruang yang berradiasi

tinggi.

414

b. Torus pengisapan pada Supprssion Pool ada tiga

tempat (Torus A, B dan C).

5. Keadaan yang dipantau sebagai sinyal untuk menjalan­

kan sistem adalah :

a. Turunnya permukaan air pada bejana reaktor (48")

disensor empat buah piranti.

b. Turunnya tekanan dalam bejana reaktor (350 psig)

disensor empat buah piranti.

c. Naiknya tekanan dalam drywell (2 psi) disensor

dipantau dengan empat buah piranti.

d. Sinyal sebagai pembuka "Admission Valve" bila

tekanan dalam bejana reaktor 300 psig (dipantau

oleh dua piranti).

6. a. Turunnya permukaan air dalam bejana reaktor dan

naiknya tekanan di Drywell berdasarkan logika

"one out of two".

b. Turunnya tekanan dalam bejana reaktor

berdasarkan logika "one out·of two", tetapi empat

piranti tersebut dihubungkan ke dalam delapan

kontak.

Pembuka "Admission' Valvet.berdasarkan logika "one

out of two".

7. Sistem dapat juga digerakkan secara

tekanan bejana reaktor dikurangi

Pressure Relief.

8. Katup yang digerakkan dengan motor (karena adanya

sinyal) ialah katup CS-2A (B),Cs-4A (B),CS-5A (B),

dan CS-2A (B), sedangkan katup lainnya selalu dalam

keadaan terbuka yaitu CS-1A (B), CS-3A (B),CS-6A (B),

CS-7A (B), CS-25A (B), CS-26A (B), CS-27A (B), CS-28A

(B) dan CS-30A (B).

9. Pada' prinsipnya rangkaian kontrol untuk subsistem A

dan B adalah sarna, hanya terdapat perbedaan sedikit

c.

manual bila

dengan Manual

antara lain:

a. Rangkaian trip pompa A dan B

-i-15

b. Rangkaian yang menuju rele 115A dan 115B tidak

sarna

10. Satu rele tidak harus untuk satu subsistem, tetapi

juga dipergunakan dengan subsistem lainnya misalnya :

- Rele 134A kontak 1 & 2 untuk rangkaian A, sedangkan

3 & 4 untuk rangkaian B.

- Rele 134B kontak 3 & 4 untuk rangkaiaan A,

sedangkan kontak 1 & 2 untuk rangkaian B.

11. Jenis-jenis rangkaian :

a. Rangkaian ACA-1 untuk rangkaian katup

CS-2A, CS-4A, CS-5A, CS-21A.

b. Rangkaian ACB-1 untuk menggerakkan katup

CS-2B, CS-4B, CS-5B, Cs-21B.

c. Rangkaian ACA-2 untuk menjalankan pompa

CS-2A, Rele 27-6A, Rele 27-6B.

d. Rangkaian ACB-2 untuk menjalankan pompa

CS-B, Rele 27-5A, Rele 27-5B.

e. Rangkaian DCA-1 untuk sinyal kontrol katup

CS-2A, CS-4A~ CS-5A, CS-21A.

T. Rangkaian DCB-1 untuk sinyal kontrol katup

CS-2B, CS-4B, CS-5B, CS-21B .

.g. Rangkaian DCA-2 untuk sinyal kontrol pompa

CS-A.

h. Rangkaian DCB-2 untuk sinyal kontrol pompa

CS-B.

i. Rangkaian DCA-3 untuk sinyal kontrol rele

(diawali dengan kode 932/1430); 102A, 103A, 104A,

105A, 106A, 107A, 108A, 110A, 111A, 112A,115A,

116A, 118A, 121A, 125A, 126A, 130A, 134A, 311A,

312A, 313A.

j. Rangkaian DCB-3 untuk sinyal kontrol rele

(diawali dengan kode 933/1430): 103A, 104B, 105B,

106B, 107B, 108B, 111B, 112B, 116B, 118B, 121B,

125B, 126B, 130B, 130B, 134B, 311B, 312B.

k. Rangkaian DCA-4 untuk sinyal kontrol rele

416

(diawali dengan kode 932/1530): 108 dan 109.

·1. Rangkaian DCB-4 untuk sinyal kontrol

(diawali dengan kode 933/1530): 208 dan 209.

III. POHON KEGAGALAN

rele

Diagram pohon kegagalan sistem penyemprot dianalisis

berdasar pada perandaian:

- kejadian puncak adalah gagalnya sistem penyemprot

teras saat diminta

- sumber pendingin diambil dari "suppression pool",

- kemungkinan pipa bocor/retak diabaikan

Berdasar pada perandaian tersebut diatas dapat disusun

rangkaian kegagalan sebagai berikut

1) Kejadian puncak untuk setiap subsistem ialah sistem

penyemprot teras rangkaian A atau B gagal beroperasi

disebabkan oleh gagalnya salah satu dari :

- Rangkaian tidak berfungsi karena untuk

test/perawatan.

- Tidak ada aliran melalui No~zle penyemprot teras

disebabkan "." ( "." artinya adalah salah satu hal

berikut )

* Nozzle penyemprot teras tersumbat

* Tidak ada aliran melalui katup CS-7A (B)

disebabkan "."

- Katup CS-7 A (B) tertutup

- Tidak ada aliran melalui katup CS6 A (B).

Demikian seterusnya secara mundur sesuai dengan

jalannya aliran atau secara umum untuk peristiwa

"Tidak Ada Aliran Melalui Katup" disebabkan "." :

- Katup tersebut tertutup (gagal)

- Tidak ada aliran melalui katup sebelumnya.

Sedangkan peristiwa "Katup Tertutup" dapat diuraikan

lebih lanjut tergantung dari jenis katupnya

(B)hal

•....

2)

3)

417

(digerakkan dengan rootor atau tidak).

Kegagalan pada katup yang selalu terbuka (gagal

roenjadi tertutup: CS-1A (B), CS-3A (B), CS-6A(B),

CS-7A (B), CS-25A (B), CS-26A (B), CS-7A (B), CS-28A

(B), CS-30A (B) ) disebabkan "." :

- Kegagalan roekanik

- Tidak berfungsi karena untuk test/perawatan.

Untuk katup yang dioperasikan dengan rootor (CS-2A(B),

CS-4A (B), CS-5A (B), CS-21A (B), gagal berarti ter­

tutup, kecuali untuk CS-21A (B), gagal berarti

terbuka.

Kegagalan katup CS-4A (B) dan CS-5A (B) disebabkan

Kesalahan operator selama kecelakaan (LOCA)

- Katup gagal saatdibutuhkan, untuk CS-4A

disebabkan "x" ("x·'. artinya karena seroua

berikut) :

* Kesalahan operator sebelum kecelakaan

* Katup roeroanggaga1 saat dibutuhkan disebabkan

- Kegagalan roekanik dan'untai elektronik

- Kehilangan daya AC

- Katup tidak berfungsi karena untuk

test/perawatan

- Tidak ada sinyal untuk roenjalankan.

Sedangkan untuk katub CS-5A (B) faktor "Kesalahan

Operator Sebeluro Kecelakan" tidak ada, tetapi faktor­

faktor lainnya CS-4A (B). Pada katup CS-2A (B) dan

CS-21A (B) faktor "Kesalahan Operator Selaroa

Kecelakaan" tidak ada, sedangkan faktor lainnya

seperti pada katup CS4A (B).

4) Kegagalan "Tidak Ada Sinyal untuk Menjalankan"

disebabkan '"."

- Kontak rele sebagai jalan sinyal ke kat up gaga 1(tidak dapat menutup)

418

- Kehilangan daya C

Pemutus rangkaian (CB) yang menuju katup g~gal.

5) "Kontak Rele Sebagai Jalan Sinyal Gagal" disebabkan

" +" :

- Kontak memang gagal

- Rele gagal bekerja walaupun dayanya tersedia

- Tidak ada sinyal untuk menjalankan rele tersebut.

6) "Tidak Ada Sinyal untuk Menjalankan Rele" disebabkan

"+" :

- Kontak rele sebagai jalan sinyal (seperti peristiwa 6)

dari rele sebelumnya gagal

- Kehilangan daya DC.

7) Tidak adanya sinyal setelah sampai pada sensor ada

empat jenis yaitu :

Tidak ada sinyal yang menuju rele 108, 109, 208,

disebabkan "+" :* Pada Drywell tidak terjadi tekanan yang

tinggi (kenaikan tekanan)

* Kehilangan daya DC

* Saklar tekanan gagal

tekanan disebabkan "+" :

mensensor kenaikan

- Saklar tidak berfungsi

perawatan

- Kalibrasi kurang teliti

- Saklar tekanan gagal.

- Tidak ada sinyal yang

118 B disebabkan "+"

* Pada bejana reaktor tidak terjadi tekanan yang

rendah (penurunan permukaan sampai 300 psi)

karena

menuju

untuk testl

rele 118 A,

* Kehilangan daya DC

* Saklar tekanan gagal mensensor penurunan

permukaan

- Tidak ada sinyal yang menuju rele 108 A, 108 B,

130 A, 130 B disebabkan "+" :

* Pada bejana reaktor tidak terjadi tekanan yang

419

rendah (penurunan tekanan'sampai 350 psi)

* Kehilangan daya DC

* Saklar tekanan gagal menyensor penurunan

permukaan

8) ·'Tidak Ada Aliran Melalui pompa CS-A (·B).' disebabkan

.'." :

rangkaian

- Tidak ada aliran melalui katup CS-2A (B).

- Pompa CS-A( B) gagal beroperasi disebabkan .'+"* Pompa CS-A (B) memang gagal

* Sinyal trip palsu menuju pompa

diuraikan lebih lanjut berdasarkan

kontrol

"Pompa C-A (B) Gagal" disebabkan .,+•• :

- Tidak ada sinyal untuk menjalankan 'c" pompa

- Kegagalan mekanik dan untai elektronik.

- Kehilangan daya AC.

- Pompa tidak berfungsi karena untuk test/perawatan

- Tidak ada pendingin motor

Untuk menjalankan :

9)

10)

CS-A (B)

* Pompa CS-Aberdasarkansinyaldarikontak

1

& 2 rele 115 A.

* Pompa

CS-Bberdasarkansinyaldarikontak

1

& 2 rele 115 B.

* CS-2 A

berdasarkansinyal darikontak 7 & 8rele

126 A. * CS-2 B

berdasarkansinyal darikontak 7 & 8rele

126 B. * CS-4 A

berdasarkansinyal dari kontak 5 & 6rele

116 A. * CS-4 B

berdasarkansinyal dari kontak p & 6rele

116 B. * CS-5 A

berdasarkansinyal dari kontak 1& 2rele

116 A. * CS-5 B

berdasarkansinyal darikontak1& 2rele

116 B.

420

* CS-21 A berdasarkan sinyal dari kontak 5 & 6 rele126 A.

* CS-21 B berdasarkan sinyal dari kontak 5 & 6 rele

126 B.

11) "Kegagalan Kontak 4 & 8 Rele 125 A (B)" (gagal

menutup)

Kegagalannya disebabkan "+"

- Kontak memang gagal

- Ada sinyal pada rele 125 A (B) disebabkan "+"* Kontak 1 & 7 rele 125 (B) tidak dapat

membuka sempurna.

* Kontak 4 & 4 T saklar 308 A tertutup (untuk

rele 125 A).

* Kontak 3 & 3 T saklar 308 B tertutup (untuk

rele 125 B).

12) "Kontak 1 & 7 Rele 102 A Gagal Menutup" disebabkanlit + " :

- Kontak memang gagal.

Rele 102 A gagal dihilangkan dayanya.

- Tidak ada sinyal menuju"rele 102 A disebabkan "+" :

* Saklar pengunci dalam keadaan trip disebabkan" + ., :

- Kontak 1 & 2 saklar pengunci 313 A gagal

- Kesalahan operator saklar ditempatkan dalam

keadaan trip.

* Kontak 7 & 8 rele LNP-2A gagal menutup

disebabkan n+":

- Kontak 7 & 8 rele LNP-2A memang gagal

- Rele LNP-2A gaga 1 dihilangkan dayanya

- Kehilangan daya normal.

Dengan berdasarkan hal-hal tersebut mengenai diagram

alir sistem dan rangkaian kontrol maka dapat disusunlah

secara lengkap pohon kegagalan seperti pada lampiran. Dan

dengan data-data laju kegagalan setiap komponen dari

421

komponen yang bersangkutan maka dengan menggunakan program

komputer POFTA dapatlah dihitung besar kebolehjadian gagal

sistem pemindah panas sisa reaktor PLTN BWR adalah sebesar :

2,06 x E-2 per permintaan selama operasi.

IV. KESIMPULAN

Dengan menggunakan program POFTA dan dilakukan

pendekatan-pendekatan maka dapat diambil beberapa kesimpulan

sebagai berikut :

1. Ketidaktersediaan sistempenyemprotan teras (Core

Spray System) dari reaktor air mendidih (BWR)

dalam hal ini diambil sampel dari BWR /3 pada

operasi 12.000 jam ialah antara 9,942E-3 sampai

2,063E-2 dan sebagai harga konservatisme dapat

diambil harga 2,06 E-2, sehingga harga keandalan­

nya = 9,794E-1.

2. Sistem penyemprot teras dari reaktor

(BWR) cukup andal, karena dari

air mendidih

perhitungan

diperoleh:

a. Pada minimal cut set tidak ada yang hanya

terdiri atas 1 komponen.

b. Penyumbang terbesar 3,24E-4

3. Dalam sistem ini yang perlu mendapat perhatian

adalah kehilangan daya AC maupun DC pada setiap

rangkaian, oleh karena itu harga keandalan

tersedianya daya AC dan DC harus ditingkatkan.

10

_ )\ ttn .5'"'''' IIUllt~

('; ·~5 (')-2.6c.s-c: c..S-2.8AlB) AlD) A(5) Al~)

(.:,- )OA l~)

Gambar 2. Diagram Aliran Sistem Penyemprot Teras

••••••

I\)I\)

423

V. DAFTAR PUSTAKA

1. Henley, E.J., Kumamoto, H., Reliability Engineering

and Risk Assesment, New Jersey: Prentice Hall, 1981.

2. IAEA, Probabilistic Safety Assesment for Research

Reactors, Vienna, 1984.

3. Knief, Ronald Allen, Nuclear Energy Technology, New

York: McGraw-Hill Book Company, 1981.

4. Lahey, Moody, The Thermal Hydraulics of Boiling

Water Nuclear Reactor, American Nuclear Society, 1977.

5. McCormick, N.J., Reliability Engineering and Risk

Analysis, London: Academic Press Inc, 1981.

6. Moore, Hoffman, General Discription of A Boiling

Water Reactor, San Jose : Nuclear Energy Divisions

General Electric, 1977.

7. U.S. NUREG~ Fault Tree Handbook, Washington D.C.,

1981. Interim Reliability Evaluation Program :

Analysis of the Millstone Point Unit 1 Nuclear Power

Plant Volume I, II, WASHINGTON D.C.1 1983.

8. Yudiutomo Imarjoko1 Program Komputer. Untuk Analisis

Pohon Kegagalan, Skripsi, Yogyakarta : Jurusan Teknik

NuklirFakultas Teknik Universitas Gajah Mada, 1987.

424

TANYA JAWAB

1. A. Syaukat

Bagaimana human error dan common mode failure dimasukkan

dalam perhitungan ?

Jawaban

Harga human error telah dimasukkan dal.am perhitungan

seperti terlihat pada gambar bahwa telah satu kejadian

dasar adalah kesalahan operator lupa membuka/menutup

katup. Mengenai common mode failure belum dimasukkan

dalam perhitungan.

2. Muslim

Hasil konkrit dari analisis/perhitungan anda berupa apa

dan informasi apa yang dapat ditunjukkan olehnya ?

Jawaban

Hasil konkrit dari analisis ini adalah kita dapat menge­

tahui derajat kegagalan sistem/keandalan sistem. Hasil

perhitungan ini dapat digunakan untuk membuat rancang

bangun kembali, atau memperbaiki program perawatan/per­

gantian atau memperbaiki komponen dengan kwalitas lebih

baik sehingga derajad keandalannya tinggi.

3. Syarip

Dari mana saja sumber power supply untuk sistem-sistem

pompa, katup dll. Apakah sudah dimasukkan dalam

perhitungan, keandalan dari setiap power supply tersebut.

425

Jawaban

Sumber power

berasal dari :

4. Ir. Utaj a

supply yang menggerakkan

daya AC normal

diesel darurat

gas turbin

pompa, kat up

Apakah ada alat yang dioperasikan oleh orang,

alat mana

Jawaban

kalau ada

Selain ada alat-alat yang dioperasikan secara otomatis

ada pula yang dioperasikan oleh operator misalnya pompa,

katup dll.