D’une maniere generale, on distingue deux grands types d’essais physiques au redemar — rage, les essais a puissance nulle et les essais en puissance.

Une autre distinction peut etre faite en se basant sur l’aspect sQrete et disponibilite de l’exploitation de la tranche. Ceci nous amene a distinguer les essais lies :

• a la verification de la conformite du creur,

• a la validation des etudes d’accidents et de la sQrete des recharges,

• au calibrage de l’instrumentation,

• a la verification des performances du creur en exploitation.

6.1.3.1. Verification de la conformite du c<sur

Les essais de conformite du creur aux calculs de conception et de recharge sont les suivants :

• mesure de la concentration en bore et du coefficient de temperature moderateur (CTM = aiso — aDoppler) dans trois configurations de grappes :

— Toutes barres hautes (TBH);

— groupe de regulation de temperature R insere (en voie de suppression);

— groupes de compensation de la puissance a la position de calibrage a puis­sance nulle (pour les tranches fonctionnant en mode G, cf. chapitre 9) de fagon conditionnelle (si le CTM est superieur a 0); [16]

• mesure de la distribution de puissance a I’aide de I’instrumentation interne mobile (cf. chapitre 5) par la realisation d’une serie de cartes de flux en puissance (paliers 8 % PN, 80 % PN et 100 % PN) afin de verifier la pertinence du calcul de la nappe de puissance et en particulier du point chaud (crayon degageant la plus forte puissance neutronique).

Les deux premiers types d’essais sont realises a puissance nulle ou tres faible afin de s’affranchir des effets de contre-reaction de temperature combustible (Doppler) suscep — tibles de se superposer a l’effet physique que l’on souhaite mesurer. Chaque ecart calcul — mesure (C-M) est compare a un critere correspondant a l’incertitude de la charne de calcul prise en compte dans les etudes devaluation de la sQrete. En cas de non-respect d’un de ces criteres, une analyse doit etre menee sur l’impact du depassement observe afin de de — montrer que celui-ci ne remet pas en cause la demonstration de la sQrete de la recharge.

Dans les REP, les mesures du niveau de flux et de la distribution de puissance utilisees pour la surveillance et la protection du creur sont realisees en continu a l’aide de detecteurs neutroniques places a l’exterieur de la cuve (cf. chapitre 5). Ces detecteurs doivent etre calibres par rapport a une mesure de reference. La mesure de reference pour le niveau de puissance est le bilan enthalpique au secondaire aux bornes du GV, le BIL100, tandis que l’on utilise periodiquement une instrumentation interne mobile, le RIC, pour mesurer les distributions de puissance a l’interieur du creur.

On decrit dans ce paragraphe les trois principaux essais lies au systeme RPN des REP 1300 MWe importants pour la protection et le pilotage du creur:

• le bilan thermique de la chaudiere : BIL100,

• les essais de mesure de la puissance interne creur: Essai periodique RPN 11 et 12,

• l’essai periodique RGL4 de calibrage des groupes de compensation de puissance lie au pilotage du creur pour les reacteurs exploites en mode G.

Comme indique precedemment, le systeme de protection comprend les chaTnes bas REC et surpuissance lineique qui protegent le creur contre les accidents a dynamique lente. Ces chaTnes effectuent une mesure en continu des parametres representatifs de la crise d’ebullition et de la puissance lineique (parametres thermohydrauliques, distribution de puissance). Les consequences des accidents tiennent compte des conditions initiales du fait du calcul en continu des parametres surveilles (REC min, Plineique max). La protec­tion contre les accidents rapides est assuree par des protections specifiques. Les points de consigne de ces protections etant fixes, la protection ne sera assuree que si, en exploita­tion normale (condition pre-accidentelle), le REC est superieur a un seuil materialise par l’alarme bas REC etsi la puissance lineique est inferieure a un seuil materialise par l’alarme APRP. En cas d’atteinte de ces alarmes, l’operateur devra baisser la puissance du reacteur ou modifier la distribution axiale de puissance jusqu’a l’effacement de ces alarmes.

La procedure de dimensionnement comprend donc : [34]

• seuils nominaux :

un calcul de I’incertitude des chaTnes bas REC et surpuissance lineique est effectue en prenant en compte les incertitudes de mesure et de traitement de ces chaTnes. On obtient, a titre indicatif:

— 25 % d’incertitude sur Revaluation du REC au voisinage de l’AAR (16 % au voisinage de l’alarme en fonctionnement normal);

— 11,9 % d’incertitude sur Revaluation de la puissance lineique au voisinage du seuil d’alarme et 14,8 % en fonctionnement accidentel au voisinage de l’AAR;

d’ou les seuils nominaux :

— SAACR = 1,52 (=1,23/(1 — 0,25));

— SAlar = 379 W/cm;

• determination des termes de compensation dynamique :

le but des filtres d’avance-retard est de faire en sorte que chaque parametre me­sure ou calcule soit l’image du parametre physique en transitoire. Ceci implique de compenser :

— le temps de reponse de l’instrumentation,

— le temps de reponse du processus,

— le temps de traitement des algorithmes,

— le temps de chute des grappes (partiellement).

Les parametres a compenser sont :

— la temperature branche froide et chaude (capteur, filtre, temps de transit);

— le REC et la puissance lineique (temps de traitement des algorithmes).

Les termes d’avance-retard etant ainsi determines, une etude d’accident d’insertion de reactivite est effectuee afin de verifier que, pour l’ensemble des vitesses d’insertion de reactivite considerees, les chaTnes de protection par bas REC, surpuissance lineique et haut flux nucleaire assurent le respect des criteres REC > 1,23 et Plineique < 590 W/cm. Pour chaque transitoire, Revolution des conditions thermohydrauliques (puissance, tem­perature, pression, REC) est calculee par un code simulant le fonctionnement en regime accidentel du reacteur.

Les alarmes sont determinees selon les principes suivants :

• Alarme Puissance lineique elevee

L’etude de l’accident de grosse breche primaire montre que le respect des criteres relatifs a cet accident de categorie 4, qui concernent les conditions thermiques au point chaud (notamment Tmax gaine < 1 204 °C), n’est assure que si le fac — teur de point chaud avant l’accident est inferieur a une limite dependant de la cote axiale materialisee par l’alarme APRP. A titre indicatif, pour les 1300 MWe : FQ < 2,59 ^ Plineique < 460 W/cm.

On peut distinguer differentes categories de transitoires necessitant une protection contre le risque de fusion au centre de la pastille de combustible :

— ceux pour lesquels la chame de protection par puissance lineique elevee du SPIN est efficace;

— ceux qui necessitent une action de protection specifique mais qui suppose le respect d’une alarme en condition pre-accidentelle pour garantir le respect du critere de sQrete (APRP, ejection de grappe…) au cours du transitoire.

Cette alarme est definie a partir de la limite physique liee a l’APRP (en haut du creur) ou a l’lPG :

Alarme = limite/(1 + en)

eN : precision globale de la chame « puissance lineique elevee » en fonctionnement normal (11,9 %).

Le risque de rupture de gaine par interaction pastille-gaine est present sur les tran­sitoires accidentels de condition 2 inities en puissance et conduisant a de fortes augmentations locales de la puissance. La chame « puissance lineique elevee » per — met de se proteger contre ce risque pour tous ces types de transitoires a l’exception de l’accident de chute de grappe(s), qui requiert le relevement du seuil RECS en debut de campagne et jusqu’a 3000 MWj/t.

Les seuils d’alarme et d’arret automatique de la chame « puissance lineique elevee » sont donc dimensionnes en tenant compte du risque IPG :

AAR(Plin) = min[limite(IPG), limite(fusion)]/(1 + ea)

eA : precision globale de la chame « puissance lineique elevee » en fonctionnement accidentel (14,8 %).

Alarme(Plin) = min[AU(Plin)/(1 + ep), Alarme(APRP)]

Ep : decalage vis-a-vis du seuil d’arret automatique (6 %).

On notera que lorsque le seuil d’alarme « puissance lineique elevee » est dimen — sionne par le risque IPG, il constitue a la fois une limitation du fonctionnement autorise (role de surveillance) mais aussi un « avertissement» relatif a la proximite du seuil d’arret automatique (role de prevention).

• Alarme bas REC

On peut distinguer trois types d’accidents necessitant une protection vis-a-vis de la crise d’ebullition et intervenant dans le dimensionnement des seuils de la chame bas REC.

— Transitoires pour lesquels la chaine d’arret automatique bas REC est efficace Ces transitoires repondent aux conditions suivantes :

• les parametres susceptibles de faire evoluer le rapport de REC sont pris en compte dans la chame bas REC du SPIN;

• Revolution de ces parametres est compatible avec le temps de reponse de la chame.

Ce sont principalement:

• les retraits incontroles de groupes en puissance a dynamique lente;

• la dilution intempestive d’acide borique en puissance.

Il s’agit d’une maniere generale d’accidents « symetriques » correctementsuivis par le SPIN c’est-a-dire n’incluant pas de pic local de puissance dans le creur avec rupture de symetrie comme le retrait d’une seule grappe en puissance. Pour ces transitoires, le seuil d’arret automatique et les constantes de temps des modules dynamiques de la chaTne bas REC sont dimensionnes de maniere a respecter le critere de REC :

AAR(bas REC) = RECcritere/(1 — Єд)

Ед : imprecision globale de la chaTne bas REC en fonctionnement accidentel

(25 %).

— Transitoires necessitant une protection sp6cifique Ces transitoires se caracterisent:

• soit par une dynamique rapide incompatible avec le temps de reponse de la chaTne bas REC;

• soit par une evolution dissymetrique de la distribution de puissance, qui ne peut etre correctement suivie par cette chaTne.

Ce sont principalement:

• les retraits incontroles rapides des grappes de controle;

• les pertes de debit primaire;

• les breches primaires (cas de la depressurisation du primaire par exemple) et secondaires (cas de RTV en puissance par exemple);

• la chute de grappe(s) ou d’un sous-groupe.

Pour ces accidents, on evalue la variation maximale du rapport de REC au cours du transitoire :

REC min

Cette variation depend de la distribution de puissance initiale et de son evolu­tion.

Le transitoire accidentel conduisant a la variation la plus importante permet de fixer le seuil d’alarme bas REC :

Alarme(REC) = RECcritere(1 + ARECmax)/(1 — en)

en : Precision globale de la chaTne bas REC en fonctionnement normal (16 %). Pour ces accidents, le SPIN a donc un role de surveillance (vis-a-vis des condi­tions pre-accidentelles). Ainsi, le maintien de la tranche dans la plage de fonc­tionnement autorisee (REC > alarme « bas REC »), permet de se proteger contre l’entree en crise d’ebullition si l’un des accidents evoques ci-dessus se produit. La surveillance garantit l’integrite de la gaine sur la base des conditions ini — tiales au fonctionnement normal avant l’accident meme si ce dernier n’est pas correctement « pergu » par le systeme de protection.

— Transitoire de retrait d’une grappe en puissance

La protection vis-a-vis de « I’accident de retrait d’une seule grappe en puis­sance » est particuliere. La chaTne bas REC ne permet pas de suivre correcte — ment Revolution du REC pour cet accident dissymetrique. Le seuil d’arret auto — matique de cette charne est donc rehausse (facteur KAU = 1,37) de maniere a tenir compte de l’accroissement du facteur nucleaire d’elevation d’enthalpie et proteger le creur efficacement. Sa validation intervient sur temperature elevee, « signature » typique d’un accident de rechauffement dissymetrique, dans une branche chaude TCS (329,4 °C).

Les tableaux 8.8 et 8.9 resument les principales caracteristiques des chaTnes du SPIN (limites physiques, transitoires dimensionnants, points de consigne). On precise figure 8.9 et figure 8.10 les domaines de fonctionnement associes en conditions 1 et 2.

Les seuils d’alarme et d’arret automatique etant determines, un calcul du REC en ex­ploitation normale (suivi de charge et reglage de frequence) est effectue pour l’ensemble des distributions de puissances generees lors de ce type de fonctionnement. Une compa — raison des valeurs ainsi obtenues avec les seuils d’alarme permet de determiner les marges d’exploitation et de faire apparaTtre les contraintes eventuelles d’exploitation.

De meme, une etude des transitoires contractuels de categorie 1 (Tlotage, echelon, rampe) permet de verifier la presence de marges suffisantes en fonctionnement normal par rapport aux seuils d’alarmes.

Le mode A assoupli est une adaptation du mode A pour les REP 900 MWe. En fait, plus qu’un nouveau mode de pilotage puisque les principes enonces pour le Mode A restent valables, c’est une redefinition du domaine de fonctionnement et l’adoption de nouvelles Specifications techniques d’exploitation. Il permet un assouplissement des contraintes im — posees par le mode A.

9.1.3.2.1. Rappels des specifications techniques du pilotage mode A

Les specifications techniques associees au domaine de fonctionnement imposent:

• le AI doit etre maintenu dans la bande AIref ± 5 % PN (domaine 1),

• une sortie du AI d’une heure cumulee sur les 12 dernieres heures est autorisee du domaine 1 vers le domaine 3,

• les sorties du AI du domaine 1 vers le domaine 2 sont autorisees sans limitations,

• pour passer d’une puissance inferieure a 87 % Pn a une puissance superieure, il faut que le AI ne soit pas sorti du domaine 1 plus d’une heure au cours des douze dernieres heures. Cette specification empeche l’apparition d’oscillations xenon lors de remontee en puissance qui sont d’autant plus genantes que le FqAPRp est plus faible.

• la droite d’equation P = 2,5 ■ AI peut etre ignoree a partir de 95 % de la longueur naturelle de campagne.

de chargement des creurs

Introduction

L’optimisation des plans de chargement pour le renouvellement du combustible neuf dans le creur constitue une etape essentielle dans l’exploitation des 58 reacteurs du pare elec — tronucleaire d’EDF. Cette activite recurrente participe pleinement a la competitivite du parc nucleaire par le respect des criteres d’optimisation globale du systeme, l’utilisation optimale des capacites du combustible et la recherche du maximum de souplesse pour l’exploitation.

Les regles de surveillance de l’integrite de la gaine du combustible sont prescrites dans le document « Specifications chimiques et radiochimiques des centrales REP ».

Pour un reacteur, on mesure les activites des Produits de fission (PF) dans le circuit primaire.

L’activite du circuit primaire en PF peut provenir de la contamination ou d’un defaut du gainage : [12]

d’etancheite. L’ordre de grandeur de la contamination initiale est de quelques di — zaines de MBq/t (Mega-Becquerels par tonne) pour chacun des PF et peut etre supe — rieur a des milliers de MBq/t pour la contamination residuelle.

• A l’apparition d’un petit defaut, les activites des gaz a vie longue (Xe133) augmentent en premier. Ilya alors preponderance des gaz a vie longue. Si le defaut evolue, il permet un temps de sortie des PF plus court. Les activites des gaz a vie courte (Xe138) vont aussi augmenter, sans pour autant rattraper les activites des gaz a vie longue. Les iodes augmentent aussi et peuvent etre emis par bouffees lors des tran — sitoires. Le defaut peut aussi se degrader (fissures longitudinales). Eventuellement, le fluide primaire en mouvement va « lessiver» le crayon, eroder la matiere fissile et la disseminer dans le creur (phenomene initiateur de la contamination residuelle ulterieure).

L’activite maximale en Xe133 depend de la puissance lineique. Elle est comprise entre 10 000 et 25 000 MBq/t. Lorsque le defaut est trop petit, on ne voit pas le potentiel maximum du Xe133 en raison du temps de decroissance radioactive superieur au temps de sortie.

L’activite du circuit primaire est mesuree par prelevement liquide et spectrometrie gamma.

Le Retour d’experience (REX) du parc a montre qu’en 1993, les trois-quarts des defauts etaient dus a des corps migrants (copeaux, poils de brosse metallique, …) qui s’arretent generalement a la premiere grille et provoquent des entailles a ce niveau dans les crayons combustibles. Ces defauts apparaissent en general des la montee en puissance, lors de la mise en mouvement du fluide primaire. Depuis, des efforts sur la proprete des chantiers ont ete entrepris et les assemblages ont ete munis de filtres anti-debris (tamis de 2 mm environ). La quasi-totalite des assemblages est equipee de ce type de dispositifs. Ces filtres sont situes sous la plaque de pied des assemblages ou directement constitutifs de la plaque de pied pour d’autres types d’assemblages.

Depuis 1990, le taux de pertes d’etancheite, c’est-a-dire le nombre d’assemblages nou — vellement detectes comme non etanches rapportes au nombre d’assemblages decharges, est passe de 0,6 % a 0,1 % (figure 4.4).

On notera aussi que les examens n’ont jusqu’a present pas mis en evidence des pertes d’etancheite liees a l’interaction pastille gaine.

En dehors des corps migrants, les pertes d’etancheite peuvent etre dues :

• aux defauts sur les soudures des bouchons des crayons combustibles;

• au fretting, phenomene d’usure sous vibration lie au maintien du crayon dans l’as — semblage qui, s’il est inadequat, peut conduire a un percement sous l’effet de la vibration du crayon au niveau des grilles et entrarner sa deterioration;

• aux defauts de fabrication de la gaine.

L’etat de la premiere barriere est suivi en fonctionnement par la mesure des activites du circuit primaire. Selon les STE, l’exploitation du reacteur est limite en cas d’activite elevee : [13]

• iode 131 equivalent (proportion ponderee des differents isotopes penalisants de I’iode) lie au dimensionnement RTGV (cf. figure 4.5);

• iode 134 lie a la dissemination de la matiere; en cas d’activite d’lode 134 elevee, on complete la surveillance par des mesures d’activites alpha.

Tout depassement de l’une des valeurs consignees dans les STE doit faire l’objet d’une declaration aupres de l’Autorite de sQrete.

Lors des arrets de tranche, les assemblages inetanches sont identifies dans le mat de la machine de dechargement. Le fait de remonter les assemblages (du niveau -15 metres par rapport au niveau de la piscine pleine ou ils se trouvent initialement au niveau -5 metres) conduit par expansion des gaz de fission a un leger degazement permettant de detecter le defaut. Celui-ci est ensuite confirme si necessaire dans les cellules de ressuage du batiment reacteur (BK) par rechauffement ce qui provoque l’expulsion des gaz des crayons fuitards.

4.3. Conclusion

Les Regles generales d’exploitation et en particulier les Specifications techniques d’ex — ploitation constituent le referentiel d’exploitation des tranches nucleaires. Hormis de rares phases particulieres ou des derogations sont temporairement admises, comme lors des essais physiques, l’exploitant est dans l’obligation de s’y referer constamment.

Ce cadre permet l’exploitation des tranches sous couvert des etudes de sQrete et donc de garantir l’integrite des differentes barrieres de protection. Ainsi, pour s’assurer

de i’integrite de la premiere barriere de protection, un certain nombre de regies doivent etre respectees. Mais, ii est aussi essentiei de garder a i’esprit que ies STE constituent aussi un outii de prevention.

L’accumuiation du Retour d’experience de i’expioitation des tranches permet aussi de faire evoiuer ies STE pour ameiiorer i’efficacite et ia simpiicite d’appiication apres approbation de i’Autorite de sQrete nucieaire.

Les essais decrits dans ce chapitre ont pour but de verifier que les caracteristiques du creur a puissance nulle sont celles prevues par les calculs previsionnels.

Les mesures sont effectuees en sequence. Leur encharnement sans interruption permet de minimiser les effluents et le temps d’execution. Л la fin de chaque essai, il faut anticiper sur la mesure suivante pour mettre la tranche et le materiel en configuration.

Les conditions prealables sont:

• la procedure « premiere divergence » a ete executee, la gamme de flux est choisie et le reactimetre repond au critere requis,

• les CNS, CNI et les CNP sont operationnelles,

• la section Chimie est prete a intervenir a la demande du chef d’essais pour effectuer des mesures de concentration en bore.

Les precautions particulieres a respecter sont:

• les Regles Generales d’Exploitation sont a observer pendant toute la campagne d’es­sais, mis a part quelques derogations specifiques comme les insertions limites de grappes et l’interdiction de fonctionnement avec un coefficient de temperature mo — derateur positif; [20]

• avant de commuter la commande des grappes d’un groupe a I’autre, il faut verifier que les deux demi-groupes sont a la meme cote sur les compteurs de pas.

Parmi les principaux parametres mesures a puissance nominale alimentant le REX et qui sont compares aux calculs theoriques, on peut citer:

• la longueur naturelle de campagne;

• la concentration en bore critique, toutes barres hautes a puissance nominale;

• les distributions de flux lors des cartes de flux mensuelles Toutes barres hautes a puissance nominale; [28]

Figure 7.8. REP 900 MWe — Evolution de a en fonction de I’irradiation.

8.Э.2.1. Consequences de I’accident

L’ejection d’une grappe en un temps tres bref, de l’ordre de 0,1 s, conduit a une inser­tion importante de reactivite qui provoque une excursion brutale de la puissance avec d’importantes deformations radiales et axiales de flux.

Tableau 8.10. Classification des accidents de mouvements de grappes. Accidents categorie Protection impliquee Reactivite inserable (pcm) Vitesse d’insertion (pcm/s) Contre reactions Comportement du cceur Ejection de grappe 4 f >0 Haut flux 200 a 700 2000 a 9000 Doppler dissymetrique Retrait de groupes reacteur sous critique 2 Haut flux gamme puissance seuil bas > 2000 < 50 a 100 Doppler symetrique Retrait de groupes reacteur en puissance 2 900 ATte 1300 Bas REC > 500 < 30 Doppler et moderateur symetrique Retrait d’une grappe reacteur en puissance 3 900 ATte 1300 Bas REC < 100 <1 a2 Doppler et moderateur dissymetrique Chute de grappes 2 — ^ 0 dt ^ u < 600 < 30 Doppler et moderateur dissymetrique

L’augmentation locale de puissance peut entrarner, a I’endroit de la grappe ejectee, la crise d’ebullition et un accroissement important de l’energie contenue dans le combustible pouvant conduire a un endommagement plus ou moins severe des crayons.

Les principales consequences de cet accident sont les suivantes :

• accroissement important de l’energie dans le combustible avec eclatement ou rup­ture violente des gaines;

• dispersion de l’UO2 a tres haute temperature dans le refrigerant;

• reaction violente de l’UO2 avec l’eau et degagement d’energie supplementaire;

• blocage de la circulation dans les canaux adjacents et crise d’ebullition;

• augmentation de la pression, developpement d’onde de choc et risque pour le circuit primaire.

Cet accident peut donc se traduire, en l’absence de protection, par des consequences tres severes sur la premiere barriere et un risque de perte d’integrite de la deuxieme bar — riere.

Le systeme de protection du reacteur, permettra de limiter l’endommagement du com­bustible a un niveau acceptable, defini par les criteres de sQrete.

9.1.3.4. 4. 1. Marge d’antirbactivitb

Comme il n’est pas possible de prevoir la position des groupes au cours d’un transitoire, la marge d’antireactivite disponible n’est, a priori, pas connue en cas d’arret automatique. Celle-ci est calculee en temps reel a partir d’un algorithme qui prend en compte la position de chaque groupe de grappes, la distribution axiale de puissance et l’avancement dans le cycle.

9.1.3.4. 4.2. Usure du combustible

Fonctionner en permanence avec des groupes profondement inseres dans le creur peut conduire a des sous-epuisements locaux importants dans les assemblages barres. Lors d’un retrait de ces groupes, une distorsion importante de la distribution radiale de puissance peut apparaTtre. Afin de s’affranchir de ce probleme, on permute le role des differents groupes de grappes afin de repartir dans le creur le sous-epuisement des assemblages grappes. Ainsi, tous les 1000 MWj/t, le groupe X1 devient le sous-groupe gris X3-1 de X3 et inversement (operation dite « d’alternance »).

9.1.3.4.4. Particularites du palier N4

Les reacteurs N4 sont congus pour fonctionner sous deux regimes differents auxquels sont associes deux modes de pilotage.