L’instrumentation interne du creur, le RIC, fournit des informations sur la distribution du flux de neutrons, les temperatures de I’eau a la sortie des assemblages combustibles, la marge globale a l’ebullition. Le RIC permet ainsi de :

• verifier la conformite du creur lors des redemarrages;

• calibrer periodiquement les chambres externes du systeme RPN;

• s’assurer que l’epuisement du combustible en cours de cycle est conforme aux cal — culs previsionnels.

Le systeme RIC, du fait de son utilisation intermittente et du delai important entre la phase de mesures et l’obtention de resultats exploitables, ne joue pas de role immediat sur le plan de la sQrete. En cas d’indisponibilite du systeme, le reacteur pourra fonctionner jusqu’a ce qu’une carte de flux soit requise par les STE, c’est-a-dire au maximum 30 jours equivalent pleine puissance a partir de la derniere carte de flux.

L’ensemble des equipements du RIC se compose de 2 parties distinctes :

• les mesures de temperatures sorties creur;

• les mesures de flux neutronique.

En fonctionnement normal, les mesures de temperature sont disponibles en perma­nence pour participer a la surveillance du creur, tandis que le systeme de mesure du flux n’est utilise que pour realiser une carte de flux complete tous les mois environ. L’usage des thermocouples RIC est pour l’instant conjoncturel en cas d’alarme de tilt RPN et non veritablement permanent.

Il s’agit de mesurer l’antireactivite de l’ensemble des groupes d’absorbants seuls dans le creur par echange avec le groupe etalon R prealablement mesure. Les interets sont multiples :

• premiere indication sur la distribution radiale du flux neutronique par comparaison des ecarts calcul-mesure en fonction de la position des grappes, sachant que la distribution de puissance a puissance nulle est tres differente de celle a puissance nominale;

• verification de l’efficacite globale du systeme de barres. En effet, tous les groupes sont mesures individuellement. Moyennant une evaluation correcte par le calcul des effets d’interaction entre grappes (effets d’ombre et anti-ombre), ceci permet de vali — der les estimations de marge d’antireactivite ou d’efficacite d’arret automatique. La qualification complete avec effets d’interaction est une mesure delicate demandant des dispositions de sQrete particulieres; elle est donc limitee aux essais de demarrage sur la tete de palier; [22]

d’essais physiques. Le groupe X est en bas du creur (5 pas) et le groupe R a une cote Z1.

On calcule le volume et le debit de bore a injecter pour extraire R jusqu’au haut du creur de fagon a pouvoir effectuer un step inferieur a 50 pcm. Il faut faire attention a ne pas boriquer pour eviter d’etouffer le creur. On peut proceder par borications successives. On evalue alors la reactivite liberee par le passage de R de Z1 au haut du creur. On effectue le step Ap(R, Z1) pour une insertion de reactivite inferieure a

50 pcm.

Ensuite, on procede a l’echange de R et de X en extrayanttotalement X et en inserant R pour compenser la reactivite liberee. La situation finale est: R a une cote Z2, X en haut du creur et la reactivite voisine de zero.

On depouille cet essai et on reitere l’operation avec le groupe X+1 suivant en conser — vant le meme principe de mesure.

L’efficacite de R a la position Z2, Ap(R, Z2), est connue d’apres les courbes d’effica — cites integrale et differentielle experimental determinees precedemment lors de la mesure du groupe R par dilution.

Finalement, l’efficacite integrale de X s’ecrit:

EFF INT(X, exp) = EFF INT(R, Z2) — STEP(R, Z1)

Chaque efficacite integrale de groupe doit satisfaire le critere de conception suivant:
EFF INT(X, exp) = EFF INT(X, the) ± 10 %

51 ce critere n’est pas respecte, la validite de la mesure par echange est controlee. Ces ecarts ne sont pas bloquants pour la poursuite des essais a puissance nulle. Un ecart important, s’il est confirme, est le signe d’une distribution de puissance differente de la prevision. Il est important de verifier a posteriori la coherence avec les resultats de la carte de flux a 8 % de puissance nominale (cf. paragraphe 2.6.1).

Ces mesures ont un lien direct avec l’exploitation et la sQrete de la tranche (analysee dans le DSS). En effet, pour l’exploitation, il faudra verifier que la marge d’antireac — tivite requise lors des etats standard d’arrets est toujours respectee. Par ailleurs les accidents qui font intervenir l’efficacite des grappes concernees seront reanalyses car l’incertitude de calcul prise sur l’efficacite des grappes est de 10 %.

• Cas d’un groupe plus lourd que R (figure 6.9)

Le principe de l’essai est le meme que precedemment. Cependant, a la fin de la premiere etape, le groupe X n’est pas totalement insere dans le creur alors que R est en haut du creur. Il faut donc lancer une dilution pour inserer totalement X. On stoppe la dilution lorsque X est a une vingtaine de pas d’insertion et on compense la « queue » de dilution par insertion de R si necessaire. On depouille l’enregistrement de la dilution jusqu’a ce que X atteigne le bas du creur et R en haut du creur.

Si le groupe plus lourd que R etait legerement insere avant l’echange, on mesure le Ap entre sa position et le haut du creur. On reconfigure alors la position des barres pour continuer l’essai en echangeant R et X puis en echangeant X et le groupe X1 suivant a peser.

Ensuite, la pesee du groupe X+1 se deroule normalement.

L’efficacite du groupe X s’ecrit alors :

EFF INT(X, exp) = EFF INT(R, Z) + dilution + Лр Z est la position initiale de R avant l’echange.

Introduction

La protection du public contre les consequences d’une liberation de produits de fission re­pose sur I’interposition en serie de barrieres etanches. Nous decrivons dans ce chapitre les risques lies a la premiere barriere, le gainage du combustible, et les phenomenes physiques qui les sous-tendent. Les protections elaborees pour prevenir ces risques sont ensuite de — taillees. On presente alors le systeme de protection des reacteurs du palier 1300 MWe et N4 et les differences avec les protections utilisees sur le palier 900 MWe.

Enfin, afin d’illustrer la presentation des principes de conception des systemes de pro­tection, l’accident d’ejection de grappe et les protections associees sont presentes.

8.1. Risques et protections de la premiere barriere

8.1.1. Risques lies a la premiere barriere

En condition de fonctionnement de categorie 2 (cf. chapitre 9), l’integrite de la premiere barriere est assuree si on peut eviter la crise d’ebullition (calefaction) et la fusion de la pastille combustible. Pour les categories 3 et 4, un nombre restreint de crayons ou une fraction limitee de pastilles peuvent etre soumis a ces deux risques. Pour les accidents de categorie 4, on cherche a garantir le maintien d’une geometrie refroidissable du creur en evitant toute oxydation et fragilisation de la gaine a haute temperature par reaction zircaloy-eau ainsi que toute explosion du fait de la production d’hydrogene associee a cette reaction, tout en cherchant a eviter une rupture du crayon combustible par depot d’energie elevee.

A ces contraintes liees a la sQrete du creur, il faut ajouter les contraintes materielles liees aux performances des systemes. On peut citer dans le cadre du pilotage des REP la contrainte liee a la capacite du RCV (circuit de Controle volumetrique et chimique), de charger ou de decharger en bore le circuit primaire.

En effet, pour des transitoires de grande amplitude, l’effet sur la reactivite lie a l’em — poisonnement xenon est repris avec du bore par dilution. En dilution, les possibilites de variation de la concentration en bore sont d’autant plus limitees que la concentration en bore initiale du circuit primaire est faible. Cette consideration impose que la vitesse de reprise de charge par le bore diminue regulierement au cours de la vie du creur.

9.1.1.2.2. Contraintes liees aux Specifications techniques d’exploitation

Les Specifications techniques d’exploitation directement liees au pilotage de la tranche sont:

• La position haute de la bande de manreuvre du groupe de regulation de tempe­rature : les etudes de transitoires normaux montrent que l’insertion minimale des groupes de regulation de temperature (groupe R) doit etre telle que leur efficacite differentielle soit d’environ 2,5 pcm/pas.

En effet, en dessous de cette valeur, le controle de la reactivite ne peut pas etre assure dans les temps requis. Le respect de la position haute de la bande de manreuvre assure alors a la regulation de temperature une « vitesse de reponse » minimale.

Cette insertion minimale est variable d’un cycle a l’autre et depend de l’epuisement du combustible, en pratique quelques pas d’insertion suffisent pour obtenir l’effica — cite differentielle requise. [44]

— de limiter les consequences d’un accident d’ejection de grappe

II est evident que les consequences d’un accident d’ejection de grappe sont d’autant plus « graves » que le groupe auquel appartient cette grappe est pro — fondement insere dans le creur.

— de limiter la deformation de la nappe de puissance

L’insertion d’un groupe de grappes conduit a une deformation de la nappe de puissance et peut provoquer un pic axial de puissance prohibitif (figure 9.4).

• La limite d’insertion basse : La limite d’insertion basse constitue une « pre-alarme » de la limite tres basse, en general a 10 pas au-dessus.

Figure 9.4. Deformation de la nappe de flux suite a l’insertion des grappes.

Les tableaux qui suivent presenters :

• Tableau 1 — Differences entre chaque mode de pilotage pour le controle :

— de l’effetde puissance,

— de l’effet xenon,

— de l’Axial-Offset,

— de la temperature.

• Tableau 2 — Les specificites de chaque palier concernant:

— le systeme de protection,

— les mesures effectuees en continu,

— les limitations generiques.

• Tableau 3 — Les performances de chaque mode de pilotage :

— au reglage primaire de frequence,

— au telereglage,

— au suivi de charge.

• Tableau 4 — Les limitations en suivi de charge pour chaque mode de pilotage concer — nant :

— le maintien du palier bas,

— le Retour instantane en puissance (RIP),

— les reprises de charge programmees.

• Tableau 5 — Les principaux phenomenes physiques et leurs ordres de grandeur.

facteurs de point chaud associee a la baisse de puissance.

[1] les donnees economiques telles que les previsions de consommation et le cout des energies de substitution,

[2] les facteurs de point chaud qui conditionnent les marges vis-a-vis du RFTC et de l’APRP (puissance lineique) pour le REP 1300 MWe;

• la marge d’antireactivite requise;

• les coefficients de reactivite;

• la concentration en bore soluble.

Pour compenser l’exces de reactivite en debut de campagne et controler la distribu­tion de puissance, un poison neutronique sous forme d’oxyde de gadolinium melange a l’oxyde d’uranium a ete integre dans un certain nombre de crayons.

[3] un repositionnement reduisant la fluence au lieu dimensionnant potentiellement la duree de vie des cuves du palier 900 MWe (au bout des axes Nord-Sud et Est-Ouest).

[4] Tranches CPY : 28 tranches en campagne annuelle, dont 8 tranches en gestion 1/4 3,7 % et 20 tranches en gestion Hybride MOX (assemblages UO2 3,7 % 4 cycles et 48 assemblages MOX effectuant 3 cycles). L’usine MELOX ne fournissant que

[5] le coQt des rechargements (egal au coQt du combustible nucleaire recharge) et des travaux de maintenance;

[6] Des gestions tres contraintes (deformations d’assemblage et MOX) dans les annees 2000-2005 mais avec un zeste de variabilite.

[7] Une gestion GEMMES performante et tolerante mais un temps « bridee » par le pro — bleme des deformations d’assemblage.

• Un effort important de desencombrement des piscines du batiment reacteur (BK).

Pour le palier N4 :

• Les 4 reacteurs du palier sont tous en gestion STANDARD UO2 1/4 3,4 % sans reduction de fluence, et ont atteint le cycle a l’equilibre.

• Un fournisseur de combustible AREVA (AFA, AFA 3G, AFA3GLr, AFA3GLr-AA).

• Durees de campagnes :

— longueur naturelle comprise entre 188 et 225 jepp,

— prolongation moyenne de 50 jepp.

[8] Troisieme niveau : maTtrise des incidents et accidents par la mise en reuvre de Procedures de conduite incidentelles ou accidentelles decrites dans le chapitre VI des RGE.

[9] Voir egalement figure 4.1 : domaine autorise des pressions et temperatures du circuit primaire.

[10] En prolongation de cycle, la temperature moyenne peut etre inferieure a 297 °C. Dans ce cas, le permissif P12 peut etre abaisse.

[11] le Dossier specifique de sQrete de la recharge contenant les prescriptions liees a devaluation de la sQrete du creur pour la campagne en cours.

[12] On distingue la contamination initiale provenant de depots de poussieres d’uranium a la fabrication de la contamination residuelle provenant de la dissemination de matiere fissile (actinides) lors du fonctionnement anterieur avec un eventuel defaut

[13] somme des gaz (xenon + krypton) limitee a la capacite de traitement des effluents;

[14] la gamme de niveau source (CNS) composee de 4 charnes identiques pour une gamme de puissance de 10-9 a 10-3 % PN environ. Le capteur est un compteur proportionnel a depot de bore;

[15] non-qualification des chambres externes en general au comportement degrade du creur (APRP ou RTV dans l’enceinte).

L’approvisionnement en assemblages MOX se fait a « flux tendu ». Dans l’avenir, une aug­mentation de la production sera assuree par l’usine MELOX de fagon a pouvoir alimenter une grande partie des reacteurs REP 900 MWe des paliers CPY dont 30 % de la recharge est composee de MOX. Compte tenu des contraintes de stockage, ces assemblages doivent etre charges au fur et a mesure de leur livraison.

Pour une gestion 3 cycles, le combustible MOX equivalent au combustible UO2 enrichi a 3,25 % a une teneur en Pu moyenne par assemblage comprise entre 5 % et 7 % (MOX NT). En gestion standard par 1/3 MOX avec du combustible UO2 a 3,25 %, puis mainte — nant en gestion hybride MOX avec du combustible UO2 a 3,7 %, les recharges contiennent generalement 1 6 assemblages MOX. Il est possible de ne charger que 8 assemblages MOX neufs, voire moins en cas de tension sur les approvisionnements, le complement etant apporte par des assemblages UO2. En tout etat de cause, il ne doit pas y avoir plus de 48 assemblages MOX en creur (1/3 du creur).

Les assemblages MOX effectuaient jusqu’a present au maximum 3 cycles. Ils attein — dront prochainement 4 cycles dans le cadre du projet PARITE MOX dont la mise en appli­cation a debute en 2007.

Comme nous l’avons indique precedemment, les mesures continues de la puissance par les chambres externes ou par les sondes de temperature situees dans le circuit primaire fournissent des indications proportionnelles au niveau de puissance.

Un etalonnage de ces mesures est donc necessaire. L’etalon est constitue par une me — sure absolue periodique de la puissance effectuee par bilan thermique au secondaire.

De meme, un etalonnage des mesures de distribution axiale de puissance issues des chambres externes est necessaire. L’etalon est constitue par une mesure periodique de la distribution de puissance par carte de flux a l’aide de detecteurs internes mobiles.

Les mesures de debit primaire sont egalement des mesures relatives, un etalonnage est ici encore necessaire sur une mesure absolue effectuee par bilan enthalpique secondaire (mesure de la puissance echangee au GV et de l’elevation de temperature primaire).

Le principe de ces mesures etalons et les processus d’etalonnage seront decrits de fagon detaillee dans les deux chapitres suivants : essais physiques de redemarrage et essais periodiques.

Le dernier essai effectue permet la verification du calibrage correct des groupes de com­pensation de puissance. A l’occasion d’une reduction de charge a 50 % PN avec le groupe de regulation de temperature en mode manuel, les groupes de puissance s’inserent selon une courbe etablie theoriquement et implantee dans le controle commande, dite courbe G3. Tout ecart de temperature moyenne vis-a-vis de la valeur de consigne reflete un des­equilibre entre la puissance primaire et la puissance secondaire et traduit une imprecision de cette courbe de calibrage. Celle-ci est alors modifiee a partir des valeurs theoriques des efficacites des grappes.

L’essai EP-RGL4 est ensuite realise de fagon periodique au cours de la campagne. A ce titre, il sera decrit de maniere plus detaillee dans le chapitre 7 relatif aux essais periodiques.

Trois gammes d’instrumentation nucieaire sont utilises pour fournir trois niveaux de pro­tection selon le niveau de puissance du creur.

Les recouvrements en puissance des gammes d’instrumentation assurent la continuite du controle et de la protection du reacteur. Lors d’un demarrage, l’operateur doit inhiber l’arret automatique de la gamme de niveau inferieur lorsque la possibilite lui en est donnee par un permissif elabore a partir de la gamme de niveau superieur. Des conditions de protection plus restrictives sont automatiquement remises en service lorsque la puissance du reacteur diminue.

• La gamme de niveau source composee de 4 chames identiques pour une gamme de 10-9 a 10-3 fois la puissance nominale environ. Le capteur est un compteur proportionnel a depot de bore.

Chacune des quatre chames redondantes elabore un signal d’arret automatique en logique 2/4 sur les REP 1300 MWe et N4. Le blocage de cette fonction qui entrame la mise hors tension des capteurs peut etre effectue manuellement par l’operateur si le permissif P6 l’autorise (flux niveau intermediate superieur a un seuil). La remise en service de cette fonction est automatique en dessous d’un certain niveau de flux (apparition du permissif P6, avec presence de P10).

• La gamme de niveau intermediate composee de 4 chames identiques pour une gamme de puissance allant de 10-6 a 100 % PN. Le capteur est une chambre d’io — nisation a depot de bore, compensee aux rayons gamma.

Chacune des quatre chames redondantes elabore un signal d’arret automatique en logique 2/4. Le blocage de cette fonction de protection peut etre effectue manuelle­ment si le permissif P10 l’autorise. La remise en service de cette fonction est automa­tique en dessous d’un certain niveau de flux (apparition du permissif P10). Chacune des quatre chames elabore egalement le permissif P6 en logique 2/4. La presence de P6 (deux chames en dessous d’un seuil de niveau de puissance intermediate) remet en service la protection par haut flux niveau source.

• La gamme de niveau de puissance composee de 4 chames identiques pour une gamme allant de 10-1 a 120 % PN. Le capteur est une chambre d’ionisation a depot de bore non compensee aux rayons gamma. Il est compose de 6 sections sensibles sur tous les paliers.

Chacune des quatre chames redondantes elabore, en logique 2/4, des signaux d’arret automatique par niveau bas, par niveau haut ainsi que par variation rapide de flux. Le signal d’arret automatique niveau bas peut etre inhibe manuellement si le permissif P10 l’autorise. Cette fonction est automatiquement remise en service en dessous d’un certain niveau de flux (apparition du permissif P10).

Dans une tranche nucleaire, en regime permanent, la puissance mecanique developpee a la turbine et la puissance electrique qui en resulte doivent etre egales, au rendement pres, a la puissance nucleaire engendree par fission. Le pilotage de la tranche consistera a choisir soit une puissance electrique soit une puissance nucleaire, en fonction de criteres determines, et a ajuster l’une a l’autre par un systeme de regulation approprie.

Pendant le fonctionnement, la puissance nucleaire suit la puissance electrique deman — dee par le reseau. On dit que l’on effectue un pilotage en « turbine prioritaire »; le cas contraire correspond a un fonctionnement en « reacteur prioritaire ». Dans ce cas, les va­riations de puissance demandees par le reseau sont traduites directement en debit vapeur par la regulation turbine et le reacteur doit s’accommoder a ces variations de puissance grace a son systeme de regulation. La regulation se fait selon la relation suivante :

P = H (Tm — Tsat)

avec :

P puissance creur,

H coefficient d’echange global aux generateurs de vapeur,

Tm temperature moyenne primaire,

Tsat temperature de saturation correspondant a la pression secondaire dans le GV.

Le controle de la puissance et de la reactivite consiste a fixer, a pression primaire constante, la temperature moyenne primaire.

Les differents modes de pilotage que nous allons presenter dans les paragraphes sui — vants ont permis l’adaptation du parc nucleaire a Revolution de la demande en energie au cours des dernieres decennies. Л l’epoque du demarrage du programme electronucleaire en France, le premier mode de pilotage, le mode A, permettait un controle du reacteur associe a de faibles ou relativement lentes variations de charge. Ce mode etait adapte a un fonctionnement en mode « reacteur prioritaire », en base principalement. Avec l’accrois — sement significatif du nombre de reacteurs et la surcapacite latente de production, on a ressenti la necessite de disposer d’un mode de pilotage plus souple, c’est-a-dire permet — tant des variations de charge rapides afin de s’adapter au suivi de charge journalier. Le mode G de pilotage a permis de repondre a ces enjeux. Aujourd’hui, la capacite au suivi de charge etant acquise, le dernier palier N4 est dote d’un nouveau mode de pilotage, le mode X ou DMAX (Dispositif qui permet une Manreuvrabilite Accrue de la tranche en exploitation). Cependant, malgre des essais sur site concluants, il n’a pas ete adopte en raison de sa compatibilite avec les etudes de sQrete liees au phenomene IPG.