JANSI-VIP-27－第 4 版

ＰＷＲ炉内構造物点検評価ガイドライン［制御棒クラスタ案内管］（第 4 版）

平成 31 年 3 月

一般社団法人 原子力安全推進協会

はじめに

我が国の原子力発電所では，安全・安定運転を確保するため，炉内構造物等の健全性を確認あるいは保証することが，重要な課題となっています。本ガイドラインは，このような重要性に鑑み，損傷発生の可能性のある構造物について，点検・評価・補修等に関する要領を提案するものです。
平成 12 年に（社）火力原子力発電技術協会に発足した「炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会」は，平成19 年より日本原子力技術協会に継承され，さらに平成 24 年１１月の日本原子力技術協会の改組に伴い，炉内構造物点検評価ガイドライン検討会は，原子力安全推進協会に発展的に継承され，活動を継続しています。また，検討会での審議を経て制定する「炉内構造物等点検評価ガイドラ
イン」は，関係者の利便性向上を図るため，関連情報と併せ協会ホームページより公開しています。
本ガイドラインの策定にあたっては，常に最新知見を取り入れ，見直しを行っていくことを基本方針としています。この方針に則り，現行版の発行後も最新知見の調査及び収集に努めることと致します。本ガイドラインが原子力産業界で活用され，原子力発電所の安全・安定運転の一助になることを期待しております。
最後に，本ガイドラインの制定にあたり，絶大なご助言を賜りました学識経験者，電力会社，メーカの方々等，関係各位に深く感謝いたします。

平成 31 年 3 月
炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会
委 員 長

望 月 正 人PWR 炉内構造物点検評価ガイドライン
改訂履歴ガイドライン名：制御棒クラスタ案内管
改訂年月

版

改訂内容

平成 14 年 3 月

初版発行

―

平成 16 年 1 月

第 2 版発行点検時期の規定を修正

平成 25 年 6 月

第 3 版発行

平成 31 年 3 月

第 4 版発行

備考

プラントグループ，
管理摩耗長さ及び点検開始
時期の見直し海外の GT 摩耗加速事例，
海外との点検時期比較の追加，第 2 章の記載見直しなど※改訂の詳細は参考資料 4 参照

ガイドラインの責任範囲
このガイドラインは，日本原子力技術協会に設置された炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会において，専門知識と関心を持つ委員と参加者による審議を経て制定されたものである。
日本原子力技術協会はガイドライン記載内容に対する説明責任を有するが，ガイドラインを使用することによって生じる問題に対して一切の責任を持たない。またガイドラインに従って行われた点検，評価，補修等の行為を承認・保証するものではない。
従って本ガイドラインの使用者は，本ガイドラインに関連した活動の結果発生する問題や第三者の知的財産権の侵害に対し補償する責任が使用者にあることを認識して，このガイドラインを使用する責任を持つ。

炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会 委員名簿
（平成 31 年 3 月現在，順不同，敬称略）
委員長

望月 正人

大阪大学

委員

笠原 直人

東京大学

委員

竹田 陽一

東北大学

委員

西本 和俊

大阪大学名誉教授

委員

橋爪 秀利

東北大学

委員

水谷 義弘

東京工業大学

委員

森下 和功

京都大学

委員

浅山 泰

日本原子力研究開発機構

委員

古川 敬

発電設備技術検査協会

幹事

谷口 敦

東京電力ホールディングス（株）

幹事

日下 浩作

関西電力（株）幹事

小林 広幸

日本原子力発電（株）

委員

沼田 和也

北海道電力(株)委員蓑

東北電力（株）委員

神長 貴幸

東京電力ホールディングス（株）

委員

森山 泰之

中部電力（株）委員

新屋 和彦

北陸電力（株）委員

越智 文洋

関西電力（株）委員

新芝 智幸

中国電力（株）委員

伊達 智博

四国電力（株）委員

田中 正和

九州電力(株)委員

浦辺 守

日本原子力発電（株）

委員

高村 賢也

電源開発（株）委員

増田 稔

日立ＧＥニュークリア・エナジー（株）

委員

森

東芝エネルギーシステムズ（株）

委員

和地 永嗣

三菱重工業（株）

委員

太田 丈児

電力中央研究所委員

杉江 保彰

原子力安全推進協会

事務局

関

原子力安全推進協会

秀寿

敦史

弘明

PWR 炉内構造物点検評価ガイドライン［制御棒クラスタ案内管］
目

次

第 1 章 目的および適用 ........................................................................................................ 1
1.1
目的 .......................................................................................................................... 1
1.2
適用 .......................................................................................................................... 1
1.2.1
適用範囲............................................................................................................ 1
1.2.2
適用時期............................................................................................................ 1
1.3
用語の定義 ............................................................................................................... 1
第 2 章 基本的考え方 ........................................................................................................... 2
第 3 章 点検および評価 ........................................................................................................ 3
3.1
点検範囲 ................................................................................................................... 33.1.1
制御棒クラスタ案内管...................................................................................... 3
3.1.2
案内板リガメント ............................................................................................. 3
3.2
点検方法 ................................................................................................................... 3
3.3
点検時期 ................................................................................................................... 3
3.3.1
点検開始時期 .................................................................................................... 33.3.2
点検周期............................................................................................................ 4
3.4
評価 .......................................................................................................................... 4
3.4.1
判定基準............................................................................................................ 4
3.4.2
詳細評価............................................................................................................ 43.4.3
点検および予防保全措置のフロー ................................................................... 4
第 4 章 予防保全措置及び補修 ............................................................................................. 6
解説 1-1 ガイドライン制定の目的......................................................................................... 7
解説 1-2 制御棒クラスタ案内管案内板の選定理由と対象プラント ..................................... 7
解説 2-1 制御棒クラスタ案内管の構造 ................................................................................. 8
解説 2-2 制御棒クラスタ案内管の機能 ................................................................................. 8
解説 2-3 制御棒クラスタ案内管に想定される経年劣化事象及び運転経験........................... 8
解説 2-4 制御棒クラスタ案内管の機能維持 .......................................................................... 8
解説 2-5 プラントのグループ化 ............................................................................................ 9
解説 3-1 点検開始時期 .......................................................................................................... 11
解説 3-2 摩耗進行予測 .......................................................................................................... 11
解説 3-3 点検周期 ................................................................................................................. 11
解説 3-4 摩耗進行予測ならびに点検時期の見直し .............................................................. 11
解説 3-5 制御棒の摩耗の考慮 ............................................................................................... 11
解説 4-1 制御棒クラスタ案内管単体取替及び炉内構造物取替 ........................................... 12
解説 4-2 制御棒クラスタ案内管に対する予防保全 ............................................................. 12
付録 A 制御棒クラスタ案内管の摩耗現象について ........................................................... A-1
付録 B 制御棒クラスタ案内管のグループ化 ......................................................................B-1
付録 B-1 制御棒クラスタ案内管の流動解析 ............................................................... B-1-1
付録 B-2 制御棒クラスタ案内管の流動試験 ............................................................... B-2-1
付録 C 摩耗長さの定義 .......................................................................................................C-1
付録 C-1 摩耗長さの検査手法例 ................................................................................. C-1-1i

付録 D 摩耗予測の詳細...................................................................................................... D-1
付録 D-1 摩耗進行時の摩耗分散 ................................................................................. D-1-1
付録 D-2 プラントグループ毎の摩耗予測 .................................................................. D-2-1
付録 E 制御棒クラスタ案内管の機能と摩耗管理長さ ....................................................... E-1
付録 E-1 地震時の制御棒抜け出しの評価 .................................................................. E-1-1
付録 E-2 地震時の制御棒破損防止の評価 .................................................................. E-2-1
付録 E-3 制御棒減肉時の管理摩耗長さへの影響 ....................................................... E-3-1
付録 F 評価の余裕に対する検討 ........................................................................................ F-1
付録 G 点検周期................................................................................................................. G-1
付録 H 摩耗進行予測曲線に基づく点検周期の妥当性について ....................................... H-1
付録 I 取替後の制御棒クラスタ案内管点検時期の設定例 .................................................. I-1
参考資料 1 海外における制御棒クラスタ案内管案内板の摩耗加速事例について ........ 参 1-1
参考資料 2 海外との初回点検時期の比較 ...................................................................... 参 2-1
参考資料 3 用語一覧表 ................................................................................................... 参 3-1
参考資料 4 改訂経緯 ....................................................................................................... 参 4-1
参考資料 5 炉内構造物点検評価ガイドライン［制御棒クラスタ案内管］の概要 ......... 参 5-1
参考資料 6 引用文献 ........................................................................................................ 参 6-1

ii

第 1 章 目的および適用
1.1 目的本ガイドラインは，加圧水型原子力発電所（PWR）の炉内構造物について，想定される経年劣化事象に対する合理的な点検，評価の方法を示すことにより，原子力発電所の安全および安定運転を維持することを目的とする（解説 1-1）。
1.2 適用1.2.1 適用範囲
本ガイドラインは，PWR の炉内構造物の制御棒クラスタ案内管の案内板に適用する（解説 1-2）。
1.2.2 適用時期
本ガイドラインの適用期間は，商業運転開始後の機器の供用期間中とする。
1.3 用語の定義
案内板リガメント： 制御棒クラスタ（RCC）の各ロッド（制御棒）をガイドするための案内穴の内側に RCC 結合部（スパイダー）が通過するよう設けられた溝を形成する平坦部をいう（図 1）。また，その長さをリガメント長さという。

制御棒

リガメント長さ
制御棒クラスタ案内管の案内板

図 1 案内板リガメント
貫通摩耗：案内板の摩耗が進行し，案内板のスリット幅が制御棒外径（健全時）と等
しくなるまで拡大した摩耗状態をいう（図 2）。
摩耗長さ： 摩耗なしの状態を 0%，貫通摩耗を 100%として百分率で示した案内板リガ
メントの摩耗量をいう（図 2）。

1

摩耗の進行

制御棒

制御棒

制御棒

スリット幅
摩耗長さ
貫通摩耗
健全時
（案内板リガメントの摩耗量を貫通摩 （摩耗長さ 100%）（摩耗長さ 0％）耗までの割合（百分率）で示したもの）

図 2 摩耗長さ
管理摩耗長さ： 制御棒クラスタ案内管（GT）の機能維持上制限される摩耗長さに対し，（それ以下に設定される）摩耗を管理するための摩耗長さをいう。

第 2 章 基本的考え方(1) 本ガイドライン検討にあたって最も重要で基本的な事項として「原子炉の安全性確保」
をあげ，これを厳守することを大前提に検討を進めることを基本とする。
(2) 制御棒クラスタ案内管は，上部炉内構造物に設置された筒状の構造物であり，内部に複数枚設置された案内板およびコンティニュアス部により制御棒クラスタを燃料領域まで案内する機能を持つ。本ガイドラインは，この機能を維持することを目的に，制御棒
クラスタ案内管の点検・評価の方法を示す（解説 2-1，2-2）。
(3) 制御棒クラスタは 1 次冷却材流れにより流動振動し，接触部である制御棒クラスタ案内
管の案内板に摩耗が生じる。摩耗の進行により案内板の案内穴のリガメントが徐々に減
少し，制御棒が案内穴から抜け出せる状態にまで摩耗が進行した場合，制御棒クラスタの案内機能を喪失する可能性がある。このため，本ガイドラインは，制御棒クラスタ案
内管の機能に影響を与える可能性のある経年劣化事象として，案内板の摩耗を想定する（解説 2-3）。
(4) 案内板の摩耗によって制御棒クラスタ案内管が案内機能を喪失する前に適切な対策を行うため，点検により案内板の摩耗状態を継続的に監視する。点検時期は，過去の点検結果を基に予測した摩耗長さが，制御棒の抜け出しの観点から定めたクライテリア（管2

理摩耗長さ）に達するまでの時期に余裕を考慮して定める。制御棒が摩耗した状態では抜け出しが生じやすくなるため，案内板の管理摩耗長さは制御棒被覆管の摩耗を考慮して定める（解説 2-4，第 3 章）。
(5) 制御棒クラスタ案内管は，燃料集合体の型式（14×14 燃料，15×15 燃料，17×17 燃料）や上部炉内構造物の構造，製作時期等により，複数のタイプがあるため，制御棒ク
ラスタ案内管のタイプに応じてプラントをグループ化したうえで，グループごとに点検時期を示す（解説 2-5）。
(6) 次回の点検時期を設定できない程度に摩耗が進行した場合，制御棒クラスタ案内管の取替等の対策を実施する。本対策は予防保全としても実施できる（第 4 章）。

第 3 章 点検および評価
3.1 点検範囲
3.1.1 制御棒クラスタ案内管
個々のプラントにおいて点検の対象となる制御棒クラスタ案内管は，
全数点検を基本とする。ただし，摩耗データが蓄積され，各制御棒クラスタ案内管の摩耗進展傾向が予測可能と判断される場合は，摩耗進行程度が大きい案内管を含む部分点検とすることができる。
3.1.2 案内板リガメント
点検の対象となる案内板は，
通常運転時に制御棒が案内されているすべての案内板とし，各案内板における点検対象案内板リガメントは，制御棒の案内機能に影響を与える可能性のある内側案内板リガメント 4 箇所とする。
ただし，技術的根拠がある場合には，特定の案内板に対する点検を省略することができる。
3.2 点検方法
個々の制御棒クラスタ案内管案内板の点検に適用する非破壊試験は，目視等，摩耗長さを特定できる方法とする。
3.3 点検時期
3.3.1 点検開始時期
点検開始時期は，以下のプラント運転時間を目途に実施する（解説 3-1）。
プラントグループ 1（14×14 タイプ IHT 型） ·········約 12 万時間

3プラントグループ 2（14×14 タイプ FLAT 型） ·······約 24 万時間
プラントグループ 3（14×14 タイプ CIR） ·············約 36 万時間
プラントグループ 4（15×15 タイプ） ····················約 40 万時間
プラントグループ 5（17×17 タイプ） ····················約 25 万時間
プラントグループ 6（17×17 タイプ改良標準型） ·····約 49 万時間
3.3.2 点検周期
次回点検は，最新の点検結果を反映した摩耗進行予測（解説 3-2）を用い，前回点検から管理摩耗長さに達すると予測されるまでの期間の 1/2 を目途に設定する（解説 3-3）。
ただし，摩耗データの蓄積等により摩耗進行の傾向が十分に把握できると判断された場合は，点検周期を別途設定することができる(解説 3-4)。
また，管理摩耗長さには制御棒の摩耗を考慮するものとする（解説 3-5）。
3.4 評価
3.4.1 判定基準
（1） 点検の結果，3.3.2 項に示す点検周期を設定できる場合は，次回点検まで継続使用できる。
（2） 前（1）項が満足されない場合は，3.4.2 項に示す詳細評価を行い，次回点検まで継続使用が可能であることを示すか，（1）項を満足できるように当該制御棒クラスタ案内管を取替えなければならない。なお，取替えた制御
棒クラスタ案内管は取替後の仕様に基づく摩耗進行予測を行うことができる。
3.4.2 詳細評価
上記 3.4.1 項の判定基準において，次回点検までの摩耗進行が管理摩耗長さを超えると予測される場合は，試験的手法または解析等により，次回点検までの制御棒クラスタ案内管としての機能が維持できることの評価結果を得られれば継続使用することができる。
3.4.3 点検および予防保全措置のフロー
制御棒クラスタ案内管の点検および予防保全措置のフローを図 3 に示す。

4

予防保全措置

点検

制御棒クラスタ案内管一部

初回点検実施もしくは全数取替または炉内構造物取替摩耗進行予測管理摩耗長さの設定＊＊
点検

管理摩耗長さに達す
るまでの期間の 1/2 までに次回点検時期の設定が可能か？

Yes＊

No＊

詳細評価で次回点検
周期設定可能か？

Yes＊

No

制御棒クラスタ案内管取替（補修）＊：予防保全措置を選択することも可能＊＊ ：制御棒の摩耗を考慮して設定

制御棒クラスタ案内管一部もしくは全数取替または炉内構
造物取替及び点検周期の設定

図 3 点検および予防保全措置のフロー5

第 4 章 予防保全措置及び補修
制御棒クラスタ案内管の保全を図るため，点検を実施する代わりに，予防保全措置として，制御棒クラスタ案内管単体取替，もしくは炉内構造物取替を実施することができる。
上記の措置は，補修についても適用できる（解説 4-1，4-2）。

6

解説 1-1 ガイドライン制定の目的
炉内構造物は，安全上重要な機能として①炉心支持及び位置決め，②冷却材流路の維持及び流量適正配分，③制御棒挿入性の確保，④炉内計装の案内を有しており，想定される経年劣化事象がこれら安全機能に及ぼす影響を適切に考慮し，経年劣化事象の発生や進行の特性に応じた点検，評価を実施していく取り組みが重要である。
本ガイドラインでは，炉内構造物に想定される経年劣化事象に対し，現状の最新知見に基づいた合理的な点検，評価の方法を示し，原子力発電所の安全，及び安定運転を維持することを目的とする。
解説 1-2 制御棒クラスタ案内管案内板の選定理由と対象プラント
PWR の制御棒クラスタ案内管については，１次冷却材の流れによって制御棒が流動振動を起こし，制御棒クラスタ案内管案内板と長時間にわたり接触することにより，両者に摩耗が発生することが知られている（付録 A 参照）。
制御棒クラスタ案内管案内板は，制御棒を案内する機能を有しているため，摩耗状況を点検により適時把握し（付録 C 参照），取替などの処置を実施していく取組みが必要である。したがって，本ガイドラインでは，制御棒クラスタ案内管案内板を適切に点検・評価していくための合理的な点検方法，点検頻度，予防保全措置等を定めている。なお，
本ガイドラインを適用する国内プラントは，美浜 1,2,3 号機，高浜 1,2,3,4 号機，大飯
1,2,3,4 号機，伊方 1,2,3 号機，玄海 1,2,3,4 号機，川内 1,2 号機，敦賀 2 号機，泊 1,2,3号機である。

7

解説 2-1 制御棒クラスタ案内管の構造
制御棒クラスタ案内管の構造を図 2-1-1 に示す。制御棒クラスタ案内管は，上部炉内構造物に設置されており，上部制御棒クラスタ案内管，下部制御棒クラスタ案内管から構成される。これらは，両者のフランジ部で上部炉心支持板の上面にボルトで固定される。下部制御棒クラスタ案内管の下端は 2 本の支持ピンで上部炉心板に水平方向に固定
され，鉛直方向には上部炉心支持柱との熱伸び差を逃がすことのできる構造となっている。制御棒クラスタ案内管の内部には，複数の案内板が設置され，制御棒クラスタの挿入を案内する。下部制御棒クラスタ案内管の下部はコンティニュアス部と呼ばれ，燃料領域からの冷却材流れから制御棒クラスタを保護するため，制御棒クラスタを連続的に囲う構造となっている。制御棒クラスタ案内管本体の材質は SUS304，固定ボルトの材
質は冷間加工 316 ステンレス鋼，支持ピンの材質は X-750 である。
解説 2-2 制御棒クラスタ案内管の機能
制御棒クラスタ案内管のうち，本ガイドラインで対象とする案内板は，主に以下の機能を有する。
①制御棒クラスタを燃料領域まで案内する。
②制御棒クラスタを適切な間隔で支持することで水平地震加速度による変形や破損を防止する。
解説 2-3 制御棒クラスタ案内管に想定される経年劣化事象及び運転経験
制御棒クラスタ案内管の案内板には，制御棒クラスタの流動振動による摩耗が生じる
ことが分かっており，国内外で多くの報告事例がある。このため，制御棒クラスタ案内
管の経年劣化事象としては，案内板の摩耗を想定する（付録 A 参照）。国内においては，
本ガイドライン初版発行から第 4 版発行までに，述べ 13 回の点検実績がある。また，泊1 号機において，予防保全として 2004 年に 1 体（管理摩耗長さ 66%に対して最大摩耗長
さ 53%），2007 年に 2 体（最大摩耗長さ 50%，41%）取替えた事例がある[1,2]。
解説 2-4 制御棒クラスタ案内管の機能維持
本ガイドラインは，制御棒クラスタ案内管の機能維持のために，案内板が摩耗した場
合に，案内機能維持として案内板から制御棒が抜け出さないこと，及び基準地震動 Ss（以降 Ss 地震動という）の荷重により制御棒が損傷しないことを考慮する。制御棒クラスタ
が流動振動により制御棒クラスタ案内管の案内板と接触することで，案内板だけでなく，制御棒側も摩耗するため，制御棒の抜け出しを評価する際には，制御棒側の摩耗も考慮する（付録 E 参照）。なお，案内板から制御棒が抜け出さない条件においては制御棒の支持状態は健全時と基本的に変わらないため，制御棒落下時間に与える影響は考慮しない。

8

解説 2-5 プラントのグループ化
制御棒クラスタ案内管の評価対象である案内板内側案内穴の形状，上部炉内構造物の形式をもとに類似の摩耗速度を示すプラントをグループ化した（付録 B 参照）。

9

上部炉内構造物

上
部
制
御
棒
ク
ラ
ス
タ
案
内
管
下
部
制
御
棒
ク
ラ
ス
タ
案
内
管

フランジ部

案内板

窓

コンティニュアス部
図 2-1-1 制御棒クラスタ案内管の構造10

解説 3-1 点検開始時期
過去に実施した制御棒クラスタ案内管の案内板の摩耗点検内容が本ガイドラインの規定に則している場合，その点検実績を初回点検として扱うことができる（付録 G 参照）。
解説 3-2 摩耗進行予測
案内板の摩耗進行予測とは，内側案内穴の摩耗長さの進行を予測することをいう。案
内板の摩耗は Archard の式に則り，単位時間あたりの摩耗体積一定として進行するものとする。制御棒クラスタ案内管には複数の案内板があるため，構造上の位置関係からは摩耗はその進行とともに複数の案内板に分散されると考えられる。従って，評価に当たっては摩耗の分散の効果を取り入れる。また，最大摩耗量を有する案内板の摩耗進行が最も速く評価される摩耗形態で予測する（付録 D，F 参照）。
解説 3-3 点検周期
制御棒クラスタ案内管はそのすべてが機能を維持することが必要であるため，最も進行が早い制御棒クラスタ案内管案内板リガメントについて摩耗進行予測を行い，当該プ
ラントの点検周期を決定する（付録 G 参照）。
なお，連続した複数回の点検データから，解説 3-2 に示す摩耗進行予測に基づいて点検周期を決定することは，概ね妥当であることが分かる（付録 H 参照）。
解説 3-4 摩耗進行予測ならびに点検時期の見直し
プラントグループごとに摩耗データを蓄積した摩耗進行傾向が，本ガイドラインで設定した摩耗進行予測と異なると判断された場合は，点検結果に従い，摩耗進行予測，グ
ループ化，ならびに点検時期等を見直すことができる。
また，複数回にわたる点検により摩耗データが蓄積され，または，管理摩耗長さに達するまでの時間が短くなると，点検時期から管理摩耗長さに達するまでの摩耗進行予測に対して，不確定性が少なくなると考えられることから，点検時期等について見直しを図ることができる。
解説 3-5 制御棒の摩耗の考慮
制御棒（RCC）の摩耗については別途管理されており，クロムメッキ化など耐摩耗対策も実施されているが，評価対象の案内板の管理摩耗長さに反映するだけの十分な知見が得られていない場合は，案内板の管理摩耗長さは，RCC の摩耗を安全側に考慮して設定する（付録 F 参照）。なお，RCC 点検結果等が得られれば管理摩耗長さにそれらを反映することができる。更に個々の RCC 摩耗量が計測等により担保できる場合は，制御棒
クラスタ案内管ごとに管理摩耗長さを設定することができる（付録 E-2 参照）。

11

解説 4-1 制御棒クラスタ案内管単体取替及び炉内構造物取替
摩耗進行が予測される制御棒クラスタ案内管単体，もしくは制御棒クラスタ案内管を含めた炉内構造物を取替えた場合，取替後の点検周期は取替後の制御棒クラスタ案内管の仕様に基づいて定めることができる（付録 I 参照）。
取替後の制御棒クラスタ案内管の摩耗進行性が取替前のものと同等以下の場合は，取替までに要した期間はその機能を維持できること，及びその間に他プラントの点検実績等の反映により摩耗予測の精緻化を図ることが可能であると考えられるため，取替までに要した期間が経過するまでに点検周期を定めればよい。
なお，単体取替の場合，取替えた制御棒クラスタ案内管以外の点検周期は，取替えた
制御棒クラスタ案内管の次に摩耗が進行している制御棒クラスタ案内管の摩耗進行予測に基づいて定める。
また，点検実績等から得られる知見により取替の他に適切な保全方法があればその方法を実施でき，技術的根拠を示すことができる場合は摩耗進行予測を見直すことができる。
解説 4-2 制御棒クラスタ案内管に対する予防保全
原子力発電所の保全方式として，機器の故障を未然に防止するために実施する予防保全と機器の機能喪失発見後に要求機能遂行状態に修復させるために実施する事後保全がある[3]。制御棒クラスタ案内管は安全機能を有しており，機能を喪失した場合には直ちに安全性に影響するため，制御棒クラスタ案内管については，事後保全ではなく機能喪失前の段階で保全を行う予防保全が大前提となる。
本ガイドラインでは，制御棒クラスタ案内管が機能喪失に至ることがないよう，摩耗が，保守的に定めた管理上のクライテリアに達するまでの時期に点検を実施し，案内板の摩耗が管理摩耗長さ以下であることを確認することを定めている。このため，本ガイ
ドラインでは，案内板の摩耗が管理上のクライテリアに達するまでに実施する保全（制御棒クラスタ案内管取替，もしくは炉内構造物取替）を予防保全と称する。

12

付録 A 制御棒クラスタ案内管の摩耗現象について
1.

摩耗事象
制御棒クラスタ案内管は制御棒クラスタを 1 次冷却材の流れから保護し，燃料への挿入経路を確保してこれを案内している。
燃料領域を上昇し，上部炉心板の穴を通過した 1 次冷却材の一部は，制御棒クラス
タ案内管下端よりその中へ流入し，制御棒の周辺を上方へ流れる。この流れによって制御棒が流動振動をおこし，制御棒クラスタ案内管案内板との長時間にわたる接触により両者に摩耗が生じる。

2.

摩耗量評価
制御棒クラスタの摩耗は，定常状態の流動振動による摩耗を生じさせる力（ワークレート）が一定と考え，摩耗量を評価する一般式として次のような Archard の式を採用している。そこで，制御棒クラスタ案内管案内板の摩耗もワークレート一定（ただしワークレートの値は異なる）と考え，Archard の式を使用することとした。
V=k×F×S
ここで，V=摩耗体積［m3］k=比摩耗係数［m2/N］
F=接触荷重［N］
S=摺動距離［m］

A-1

付録 B 制御棒クラスタ案内管のグループ化
制御棒クラスタ案内管の案内板摩耗については，図 B-1 に示すリガメント長さの違い等が管理摩耗長さに至るまでの時間に大きく影響し，また，制御棒クラスタ案内管の案内板
形状，及び制御棒クラスタ案内管を含む上部炉内構造物の形式は摩耗進展傾向に影響するため，これらに着目して各プラントを表 B-1 に示すとおり 6 つのグループに分類する。
なお，流動解析によって各グループにおける制御棒クラスタ案内管近傍の流動状況を比較し，表 B-1 のグループ分けの妥当性を確認している（付録 B-1）
。また，上部炉内構造物（UCI）の形式に依存するグループ 1 とグループ 2 の分類については，流動解析と合わせて，流動試験でも妥当性を確認している（付録 B-2）。

RCC

リガメント長さリガメント長さ
図 B-1 案内板案内穴のリガメント長さ

B-1

表 B-1 制御棒クラスタ案内管（GT）のグループ化

グループ

グループ 1

グループ 2

グループ 3グループ 4

タイプ

14×14
ITH 型

14×14
FLAT 型

14×14
CIR

15×15

GT 形式

14×14

グループ 5abc

17×17AS
3 ループ

17×17
4 ループ

17×17AS
4 ループ

15×15

グループ 6
17×17
3 ループ
改良標準型

17×17

リガメント長さ

2.4mm

5.5mm

4.8mm

2.9mm

2.9mm

案内板板厚

24mm

40mm

24mm

24mm

40mm

B-2

2 ループ

ループ数
UCI の構造※1

ITH 型

FLAT 型

3 ループ
ITH 型

RCC 表面処理

ITH 型

3 ループ
ITH 型

Cr めっき
泊 1 号機泊 2 号機

対象
プラント

FLAT 型4 ループ

美浜 1 号機
美浜 2 号機

玄海 1 号機
玄海 2 号機
伊方 1 号機
伊方 2 号機

美浜 3 号機
高浜 1 号機
高浜 2 号機

川内 1 号機
川内 2 号機
高浜 3 号機
高浜 4 号機
伊方 3 号機※1：UCI（上部炉内構造物）の構造は図 B-2 参照※2：大飯 2 号機のみ 17×17A タイプ（17×17AS より GT 全長が長い）

大飯 1 号機敦賀 2 号機大飯 2 号機※2
大飯 3 号機大飯 4 号機
玄海 3 号機
玄海 4 号機泊 3 号機B-3

上部炉心支持板（円板）

上部炉心支持板（円筒胴＋円板）

補強梁(a) FLAT 型(b) ITH 型
ITH：Inverted Top Hat
図 B-2 上部炉内構造物（UCI）の構造

付録 B-1 制御棒クラスタ案内管の流動解析
制御棒クラスタ案内管（以下 GT）の案内板の摩耗は，制御棒の流動振動に起因することから，制御棒の振動の原因となる GT コンティニュアス部の形状との関連が大きいと考えられる。そこで，GT 下部近傍の流況，特に 1 次冷却材の流速及び乱れエネルギーの分布をGT の形式毎に比較することを目的として，流況に影響を与える上部炉心支持柱も模擬した
流動解析を実施した。
（図 B-3）解析のために，制御棒クラスタ案内管及び上部炉心支持柱を模擬した範囲を図 B-4 に示す。解析結果を流速分布と乱れエネルギー分布で整理したものを図 B-5，図 B-6 に示す。
その結果，次のように整理できる。
コンティニュアス内部の流速については
14×14GT/ITH 型（以下 14ITH 型）は上部炉心支持柱からの流れが，囲い板のないコンティニュアス部に流れ込み，GT 内の流速が局所的に増加する。
14×14GT/FLAT 型（以下 14FLAT 型），15×15GT/FLAT 型（以下 15FLAT 型）
は上部炉心支持柱からの流れがないため，コンティニュアス部に囲い板はないが，GT 内への冷却材流れ込みはない。
17×17GT/ITH 型（以下 17ITH 型）と 17×17AS GT/ ITH 型（以下 17AS ITH 型）
は，上部炉心支持柱からの流れがあるがコンティニュアス部に囲い板があることから，上部炉心支持柱からの冷却材流れ込みは遮断される。
コンティニュアス内部の流れの乱れについては
14ITH 型は炉心から GT 内に流入する主流の一部が中板に衝突すること及び上部
炉心支持柱からコンティニュアス部に流れ込む冷却材のため，コンティニュアス
部内に乱れが生成されやすい。
14FLAT 型，15FLAT 型は炉心から GT 内に流入する主流の一部が中板に衝突することから，乱れが生成されやすい。
以上により，
GT のコンティニュアス部や上部炉心支持柱のタイプによって，それぞれ制御棒の振動，すなわち摩耗進展傾向に影響する流況，特に流速及び乱れエネルギーの大小関係が異なっており，別グループに分類することが適切と考えられる。
摩耗進展が早い傾向は，流動解析の結果から
14ITH 型＞14FLAT 型＞それ以外と考えられる。なお，15FLAT 型は 14FLAT 型と類似の摩耗傾向を持つと考えられるが，リガメント長さが大きいため，摩耗管理上はそれほど厳しくないと考え
られる。

B-1-1

グループ

グループ 1

グループ 2

グループ 4

GT 形式
構造

14×14
ITH 型

14×14
FLAT 型

15×15
FLAT 型

GT

上
部
構
造
物

GT

USC

GT

17×17
ITH 型

GT

B-1-2

中板

17×17AS
ITH 型

USC

USC 冷
却
材
の
流
れ

中板
中板

グループ 5

中板

中板
中板

USC

GT

USC

上板
上板

G
T
断
面

中板
中板

中板
中板
中板

中板，上板
中板、上板
中板，上板
USC:上部炉心支持柱

図 B-3

GT 周辺の構造比較

解
析
範
囲

コ
ン
テ
コ
ィ
ン
テ
ニ
ィ
ュ
ニ
ア
ュ
ア
ス

コ
ン
テ
コ
ィ
ン
ニ
テ
ィ
ュ
ニ
ア
ュ
ア
ス

ス

ス

中板

B-1-3

ＧＴ

コ
ン
テ
コ
ィ
ン
テ
ニ
ィ
ュ
ニ
ア
ュ
ア
ス

コ
ン
コ
テ
ン
ィ
テ
ィ
ニ
ニ
ュ
ュ
ア
ス
ス

ス

コ
ン
テ
ィ
コ
ニ
ン
ュ
テ
ア
ィ
ニ
ス

ュ
ア
ス

RCC

出
力
範
囲
の
モ
デ
ル

ＵＳＣ

ＧＴ

ＧＴ

ＵＳＣ

評価断面

解析範囲

ＵＳＣ

出力範囲

14ITH 型

14FLAT 型

15FLAT 型

17ITH 型

17AS ITH 型（グループ 1）

（グループ 2）

（グループ 4）（グループ 5）（グループ 5）

図 B-4 解析範囲

GT

RCC ロッド

GT 中板

USC
B-1-4

GT 底板
UCP
14ITH 型

14FLAT 型（グループ 1）

（グループ 2）GT

USC

15FLAT 型

17ITH 型

17AS ITH 型（グループ 4）（グループ 5）（グループ 5）
USC:上部炉心支持柱

解析範囲
評価断面

図 B-5

GT 近傍の冷却材流速分布（m/s）

UCP:上部炉心板

B-1-5
14ITH 型（グループ 1）

14FLAT 型（グループ 2）

図 B-6

15FLAT 型（グループ 4）

17ITH 型（グループ 5）

GT 近傍の冷却材乱れエネルギー分布（m2/s2）

17AS ITH 型（グループ 5）

付録 B-2 制御棒クラスタ案内管の流動試験
1． 目的
付録 B-1 で示した制御棒クラスタ案内管のグループ毎の流動解析において，GT 内の乱れの生成がある程度確認され，摩耗進展が早い傾向を有すると考えられる 14ITH 型と 14FLAT 型の制御棒クラスタ案内管の案内板の摩耗の相違を流動試験で把握した。
2． 試験概要
流動試験は，1990 年代に制御棒の振動について検討した 17×17GT 流動試験の成果を参考に計画を行った。
当時の検討により，コンティニュアス部の流体押付力は制御棒の支持条件を安定化させる働きがあり，制御棒に加わる励振力はコンティニュアス部が支配的となることが分かっている。このため，14FLAT 型，14ITH 型の流動試験では，コンティニュア
ス部の流体励振力と流体押付力を計測した。また，14×14GT はオープンコンティニュ
アスであることから，制御棒クラスタ案内管コンティニュアス部に流入する上部プレ
ナム内の横流れを上部プレナム流況試験で計測した。そして，この結果を境界条件として，実機サイズの制御棒クラスタ案内管と上部炉心支持柱からなる 2 体流動試験において，制御棒に作用する流体押付力，流体励振力の計測を実施するとともに，実験結果をもとに振動解析を行い，ワークレートを算出した。
3． 上部プレナム流況試験
上部プレナム流況試験に使用する試験装置を図 B-7 に示す。この試験では，上部プ
レナム全周を模擬した 1/8 スケールモデルを用いて，室温で試験を実施した。そして，
14FLAT 型，14ITH 型それぞれの内部構造物形状，配列を摸擬して，ピトー管で制御
棒クラスタ案内管の上流及びコンティニュアス部内側の流速を計測した。
4． 2 体流動試験
2 体流動試験に使用する試験装置を図 B-8 に示す。この試験では炉心から制御棒クラ
スタ案内管内に流入する主流，頂部バイパス流を摸擬するとともに出口ノズルに向かう横流れ流を摸擬した。なお，上部プレナム流況試験及び流動解析結果に基づいて実機の横流れ流速を設定した。
ロッド①の流体励振力の計測結果を図 B-9 に示す。これより，14ITH 型では横流れ
流速大の条件において励振力は増加し，14ITH 型の方が 14FLAT 型に比べて励振力は大きいことが分かった。
ロッド①の流体押付力の計測結果を図 B-10 に示す。これより，横流れ流速大の条件において押付力は低下し，14FLAT 型と 14ITH 型の相違は小さいことが分かった。

B-2- 1

2 体流動試験によって得られた流動体押付力，励振力を基にして，制御棒の振動解析を行い，ワークレートを算出した。ワークレート解析の方法を図 B-11 に，解析結果を
図 B-12 に示す。これらより，横流れ流速大の条件においてワークレートは増加し，14ITH 型の方が 14FLAT 型に比べてワークレートは大きいことが分かった。これは，14ITH 型ではワークレートに与える隣接上部炉心支持柱からの流れの影響が大きいためと考えられる。
以上，14FLAT 型，14ITH 型の流動試験をまとめると以下のようになる。
① 14ITH 型のワークレートの方が 14FLAT 型のワークレートよりも，大きくなる可能性がある。
② 炉心外周出口ノズル近傍において，横流れ流速が大きい場合， 14FLAT 型と比較して，14ITH 型は励振力が大きい傾向を有することが要因である。これは，14ITH 型では励振力に与える隣接上部炉心支持柱からの流れの影響が大きいためと考えられる。
③ 以上より，14ITH 型と 14FLAT 型は異なるグループ分けを行うことが妥当であると考えられる。

B-2- 2

B-2-3出口ノズル

出口ノズル
14FLAT型

14ITH型

図 B-7 上部プレナム流況試験GT

USC（FLAT型）

USC（ITH型）
横流れ入口
試験容器（上部）
流路閉塞物

軸流のみの場合の容器出口位置コンティニュアス
B-2-4

横流れ入口
流路閉塞物

軸／横流れ合流の場合の容器出口位置

軸／横流れ合流の場合の容器出口位置

上部炉心板
燃料集合体（実尺）（FLAT型USC試験時）

試験装置の断面図

図 B-8 2 体流動試験 試験装置図

B-2-5仕切板

試験装置の断面図

図 B-9 流体励振力計測結果（ロッド No.①）

B-2-6仕切板

試験装置の断面図

図 B-10 流体押付力計測結果（ロッド No.①）

ロッド

案内板案内穴

試験結果

ギャップ要素

・励振力
・押付力
コ
ン
テ
ィ
ニ
ュ
ア
ス

入力

B-2-7

解析モデル
衝突振動解析

ワークレート

押
付
力

励
振
力

(摩耗進行速度に比例する)《解析モデル》
図 B-11 ワークレート解析の方法

横流れ流速・・・0～2.5m/s

軸流＋横流れ22

ワークレート（相対値）

B-2-8

ワークレート （相対値）

2.52.5

1.51.511仕切板
仕切板

試験装置の断面図

0.50.5
0

軸流のみ

0
FLAT型

ITH型
図 B-12 解析結果

付録 C 摩耗長さの定義
1.

摩耗長さの定義
着目点部分（図 C-1）である案内板のリガメントにおいて，図 C-2 のように摩耗が進行すると，制御棒が抜け出すなど，維持すべき機能に影響がでる可能性がある。したがって，着目点の摩耗を管理する必要がある。
摩耗を管理するに当たっては，摩耗長さを定義し，着目点の摩耗状態を評価する。
摩耗長さは，図 C-2 に示すように摩耗がない状態において，制御棒が最も中心穴側に寄った状態の制御棒の中心位置を基準（摩耗長さ 0%）とし，制御棒の中心がリガメン
ト端部に達し，形状的に制御棒が抜け出る状態を摩耗長さ 100%と定義する。

着目点（4 箇所）中心穴

図 C-1

GT 案内板の摩耗着目点
摩耗の進行

制御棒

制御棒

制御棒

スリット幅
摩耗長さ
貫通摩耗
健全時
（案内板リガメントの摩耗量を貫通摩 （摩耗長さ 100%）（摩耗長さ 0％）耗までの割合（百分率）で示したもの）

図 C-2

GT 案内板の摩耗進行

C-1

付録 C-1 摩耗長さの検査手法例1.

摩耗長さの検査
リガメント長さは直接計測する他に目視検査等により間接的に計測もしくは算出してもよい。そこで，目視検査のうち，従来から異常の有無を確認するために用いられているビデオ画像による検査手法例について解説する。

2.

ビデオ画像による検査手法例
摩耗部の検査手法は，CCD カメラで案内板の摩耗部着目点を撮影し，そのビデオ画像から，スケーラーを用いて摩耗状態を目視で読み取り，摩耗長さを下式により算出する（図 C-3）。

a：摩耗進行距離

リガメント長さ

H

摩耗長さ[％]＝a/b×100
a：摩耗進行距離＝𝑑2 2
2− 𝐻2 −

𝑑1 2
2

− 𝐻2

b：貫通摩耗に至るまでの RCC の移動距離
d1：摩耗していない状態の案内穴の直径
d2：案内穴中心を中心とし，摩耗領域に外接する円の直径（上図破線）
H：スリット幅÷2
図 C-3 摩耗長さの算出方法

C-1-1

付録 D 摩耗予測の詳細
案内板の摩耗量を評価する一般式として Archard の式があり，以下のような式で表され
る。
V

=

k×F×S

=

k×F×v×t
ワークレート

ここで，V ：摩耗体積[m3]k ：比摩耗係数[m2/N]
F ：接触荷重[N]S ：摺動距離[m]v ：摺動速度[m/s]t ：接触時間[s]である。
上式から，ワークレートが一定であれば，摩耗体積は時間に比例することが分かる。
一方，制御棒クラスタ案内管の案内板の摩耗は摩耗長さで管理するので，摩耗体積と時間の関係を摩耗長さと時間の関係で表す必要がある。案内板の幾何学的な形状から，摩耗
体積と摩耗長さの関係は図 D-1 のように表される。摩耗初期と末期では，摩耗長さに対して摩耗体積が少ないため，その時期の曲線は立ち上がる。
以上の関係は制御棒クラスタ案内管の形状のみで決まるので，ワークレート一定の値そのものは未知であっても，摩耗長さと相対時間の関係を導くことができる。

D-1

摩

耗 進 行

摩耗体積[mm3]

図 D-1 摩耗体積と摩耗長さの関係

D-2

付録 D-1 摩耗進行時の摩耗分散
制御棒クラスタ案内管の案内板の摩耗は，実機制御棒摩耗実績からも摩耗が進行するにつれ接触する案内板の枚数が増加していくことが考えられる。
制御棒が多数の案内板に接触すればするほど，案内板 1 枚あたりの接触荷重は減少することになる。したがって，摩耗が進行し，制御棒が接触する案内板の枚数も増えれば，案
内板 1 枚の単位時間あたりの摩耗体積（ワークレート）は減少する，即ち摩耗の進行速度は遅くなると考えられる。
一方，現在の知見では実機で制御棒がどのようなモードで振動し，どのような接触枚数
で摩耗が進行していくのか不明であるため，複数案内板への接触による摩耗の分散を考慮しつつも摩耗進行予測が安全側になるよう，すなわち，1 枚の案内板の摩耗進行速度が最も大きくなる振動モードを想定する。
摩耗パターン例を図 D-2 に示す。振動モードが高次になるにつれ，制御棒が案内板に接触する枚数が増えるので，安全側の摩耗進行予測をするためには，なるべく少ない案内板に制御棒が接触する 1 次モードを採用すればよいことが分かる。
以下に 1 次モードを想定して摩耗予測曲線を作成する手順を示す。
(a)

制御棒を上端固定の片持ち梁と仮定して，コンティニュアス上端に相当する位置に荷重を加え，制御棒を第１案内板の貫通摩耗長さまで変形させる（図 D-3 参照）。
（コンティニュアスによる変形防止は安全側に考慮しない）(b)

制御棒が各案内板に接触し始めるときのそれぞれの摩耗長さを調べる（図 D-4 参
照）
。

(c)

各タイムステップ t0～t7 での摩耗体積の合計を算出し，全ての案内板でのワークレート（単位時間あたりの摩耗体積）が一定となるようにグラフを作成し（図 D-5
参照），各案内板に接触し始める時間（相対値）を求める。

(d)(c)で求めた摩耗進行のグラフをもとに，最も摩耗が進行する最下段の第 1 案内板の摩耗進行予測曲線を作成する。

以上のように，摩耗進行予測曲線は制御棒と制御棒クラスタ案内管案内板の形状の関連だけで作成することができる。また，このようにして作成した摩耗進行予測曲線を，実機の点検結果を通るようにフィッティングすることで，摩耗長さと相対時間の関係を摩耗長さと絶対時間の関係で記載することができる。

D-1-1

図 D-2 摩耗パターン例

D-1-2

上端完全固定第 8 案内板
第 7 案内板
第 6 案内板
第 5 案内板
案内板
第 4 案内板
第 3 案内板
第 2 案内板
第 1 案内板

コンティニュアス

RCC
図 D-3 RCC 変形モデル

D-1-3

V1g

100

#7案内板

接触

#6案内板

接触

5.5

16.6

接触

3.6

12.3

29.5

接触

2.7

7.8

20.1

44.6

接触

2.1

5.7

12.6

28.9

61.5

接触

1.8

4.5

9.0

17.7

38.5

80.1

1.5

3.6

7.0

12.6

23.3

48.9

100

#5案内板
#4案内板
#3案内板
#2案内板

#1案内板

接触
t0

5.9

t1

t2

t3

t4

t5

t6

V1f

摩
耗
長
さ
（％）

V1a

t0

t1

V1b
t2

V1c

t3

（RCC 変形解析結果より算出）

t6 t7

t0

時間

V2g
V2f

摩
耗
長
さ
（％）

V2b
t1

t2

V2c
t3

V2d

t4

V2e

t5

t6 t7

＃２案内板の摩耗長さ推移

時間

・
・
・
・
・

摩
耗
長
さ
（％）
t0

＃７案内板の摩耗長さ推移

t1

t2

t3

t4

図 D-4 摩耗進行に伴う各案内板の摩耗長さの推移

D-1-4

t5

100

100

接触していく際の各案内板の摩耗長さの推移を示す

t4＃１案内板の摩耗長さ推移#2

t7

摩耗が進行して第 1 案内板から順に RCC が各案内板に

V1d

V1e

t5

V7g

#7

t6 t7

時間

単位時間当たりの摩耗体積の和を一定とする

相対時間

図 D-5 各案内板への接触開始時間（相対値）の算出

D-1-5

付録 D-2 プラントグループ毎の摩耗予測
1.

14×14 制御棒クラスタ案内管（プラントグループ 1，2）の摩耗進行予測曲線
付録 D-1 の摩耗分散を考慮したモデルで作成した，14×14 制御棒クラスタ案内管の案
内板摩耗進行曲線を図 D-6 に示す。実機の点検データ（運転時間，摩耗長さ）に本摩耗進行予測曲線をフィッティングさせることにより，時間軸を絶対値とした予測を行う。

図 D-6 14×14 制御棒クラスタ案内管案内板摩耗進行予測曲線

D-2-1

14×14CIR 制御棒クラスタ案内管（プラントグループ 3）の摩耗進行予測曲線
付録 D-1 の摩耗分散を考慮したモデルで作成した，14×14CIR 制御棒クラスタ案内管の案内板摩耗進行曲線を図 D-7 に示す。実機の点検データ（運転時間，摩耗長さ）に本
摩耗進行予測曲線をフィッティングさせることにより，時間軸を絶対値とした予測を行う。

摩耗長さ(%)

2.

0.16

0.39

0.63

0.85

1.0

相対時間

図 D-7 14×14CIR 制御棒クラスタ案内管案内板摩耗進行予測曲線

D-2-2

15×15 制御棒クラスタ案内管（プラントグループ 4）の摩耗進行予測曲線
付録 D-1 の摩耗分散を考慮したモデルで作成した，15×15 制御棒クラスタ案内管の案
内板摩耗進行曲線を図 D-8 に示す。実機の点検データ（運転時間，摩耗長さ）に本摩耗進行予測曲線をフィッティングさせることにより，時間軸を絶対値とした予測を行う。

100

80

摩耗長さ[%]

3.

60

40

20

0

0.16

0.38

0.58

0.80

1.0

相対時間

図 D-8 15×15 制御棒クラスタ案内管案内板摩耗進行予測曲線

D-2-3

17×17 制御棒クラスタ案内管（プラントグループ 5）の摩耗進行予測曲線
付録 D-1 の摩耗分散を考慮したモデルで作成した，17×17 制御棒クラスタ案内管の案
内板摩耗進行曲線を図 D-9 に示す。実機の点検データ（運転時間，摩耗長さ）に本摩耗進行予測曲線をフィッティングさせることにより，時間軸を絶対値とした予測を行う。

100

80

摩耗長さ ［％］

4.

60

40

20

0

0.14

0.42

0.62

0.81

1.0

相対時間
図 D-9 17×17 制御棒クラスタ案内管案内板摩耗進行予測曲線

D-2-4

17×17 改良標準型制御棒クラスタ案内管（プラントグループ 6）の摩耗進行予測曲線
付録 D-1 の摩耗分散を考慮したモデルで作成した，17×17 改良標準型制御棒クラスタ
案内管の案内板摩耗進行曲線を図 D-10 に示す。実機の点検データ（運転時間，摩耗長さ）に本摩耗進行予測曲線をフィッティングさせることにより，時間軸を絶対値とした予測
を行う。

100

80

60

摩耗長さ(%)

5.

40

20

0

0.13
4

0.39

0.65

0.85

1.0

相対時間

図 D-10 17×17 改良標準型制御棒クラスタ案内管案内板摩耗進行予測曲線

D-2-5

付録 E 制御棒クラスタ案内管の機能と摩耗管理長さ
1.

制御棒クラスタ案内管の機能と管理摩耗長さの考え方
制御棒クラスタ案内管の「原子炉の安全性確保」に関する機能は次のとおり。
① 制御棒案内機能
制御棒を案内し，規定時間内で制御棒を挿入させること。
制御棒クラスタ案内管が摩耗すると，制御棒の摩耗状態と外力によっては制御棒が抜け出す場合が考えられる。制御棒が制御棒クラスタ案内管の案内板から抜け出ても直ちに案内機能が阻害されるとは限らないが，管理上，案内板から全く制御棒が抜け出ることがない状態を「案内機能が維持されている」と考える。制御棒の抜け出しには地震による力も考慮する。なお，案内板から全く制御棒が抜け出ることがない状態では，案内の状態は設置当初の状態と相違はないため，「規定時間内での制御棒の挿入」については維持されているものとして扱う。
② 制御棒クラスタ破損防止
制御棒クラスタが破損しないように保護すること。
地震時でも制御棒の被覆管が損傷しないこととする。
以上の機能を満足できる制御棒クラスタ案内管案内板摩耗長さの上限を｢管理摩耗長さ｣とする。

E-1

2.

制御棒最大摩耗時の管理摩耗長さ
前項で整理した制御棒クラスタ案内管（GT）の機能に対して制御棒クラスタ案内管の摩耗が及ぼす影響について検討した結果を表 E-1 に示す。この検討結果から，制御棒クラスタ案内管の機能維持のためには，地震時の慣性力によって制御棒が抜け出さないように管理基準を設定する必要があり，具体的には制御棒の摩耗進行状況に応じて制御棒クラスタ案内管の管理摩耗長さを設定することが必要であることが分かる。
制御棒被覆管最大摩耗時及び健全時それぞれにおいて制御棒が抜け出さない摩耗長さを表Ｅ-2 に示す。実際の点検における管理摩耗長さは，制御棒被覆管の摩耗を考慮して安全側の設定とするものとする。
表 E-1 プラントグループ 2 における制御棒クラスタ案内管（GT）の機能検討結果
GT の機能

制御棒の案内機能維持制御棒の破損防止

案内板摩耗時の
影響

評価方法

検討結果

制御棒片側約 500μm 摩
地 震 時 の制 御 棒 地震時の慣性力によって耗時に制御棒が抜けだす
抜 け 出 しの 可 能 制御棒が抜け出さないか
可能性のある摩耗長さは性（付録 E-1）算出する。
65%（付録 E-3）
制御棒が抜け出した場
合，問題となると考えら
制 御 棒 挿入 時 間
制御棒が抜け出す可能性れるため，上記地震時のへの影響はなく，問題なし。
制御棒抜け出し可能性にて評価する。
安全側に 1 枚の案内板が
地 震 時 の制 御 棒 貫通摩耗まで到達した場
被 覆 管 に発 生 す 合を想定し，地震時の慣る 応 力 過大 の 可 性力により被覆管に発生能性（付録 E-2） する応力を耐震計算モデ
ルから評価する。

地震時の慣性力により発生する応力は 46N/mm2
であり，内外圧差による応力 195.9N/mm2 を加えても，Su 値 391N/mm2（注）以下で問題なし。

(注)制御棒被覆管は SUS304 冷間加工材製であるが，安全側に SUS304 の Su 値を使用する。

E-2

表 E-2 プラントグループ毎の摩耗長さ（RCC 被覆管最大摩耗時，健全時）
摩耗長さ

プラント
グループ

制御棒クラスタ案内管
形式

RCC 被覆管最大摩耗時

RCC 被覆管健全時

114×14ITH 型

66%

94%

2

14×14FLAT 型

65%

92%

3

14×14 CIR

77%

97%

4

15×15

74%

92%

17×17 3 ループ

68%

92%

17×17 4 ループ

68%

93%

17×17
3 ループ改良標準型

68%

93%

5

6

E-3

付録 E-1 地震時の制御棒抜け出しの評価
案内板の摩耗が進むと，リガメントの部分が残り少なくなり，慣性力を受けた制御棒（RCC）が図 E-1 に示すように案内板に当たることが想定される。
そこで，プラント運転年数が最も長いプラントグループ 2（14×14FLAT 型）についてリガメントのたわみを考慮しても制御棒が抜け出すことがない摩耗長さを求める。
摩耗が進行した案内板に地震による慣性力を受けた制御棒が抜け出す方向に当たった場
合の力のつりあいを図 E-1 に示す。接触点の接線と抜け出す方向の慣性力の軸との角度を θとすると，力のつりあいより
2N=

N：接触点の抗力Fsinθ

・・・・・・①

F：地震による慣性力

一方，案内板の開口幅Ｌと，制御棒の径 D の幾何学的な関係より
cosθ=

L
D

・・・・・・・・②① ，②式より，θ を消去して，抗力 N と開口幅 L の関係は
2

2－

2N= DF(D －L )

1
2

・・・・③

となる。
ここで，地震による慣性力 F は次の手法で計算する。
（ⅰ）図 E-2 の全体耐震モデルにおける制御棒クラスタ案内管（GT）の部分に，図E-3 の GT/RCC モデルを組み込んだモデルを作成する。
（ⅱ）Ss 地震動を原子炉容器サポート位置に入力する。
（ⅲ）得られた GT と RCC の相対加速度に案内板スパン間の制御棒の質量を掛けて荷重を求める。
（ⅳ）この結果，F=11.8N となる。
以上により，図 E-4 に示すように，N と L の関係が得られる。
さて，次に開口部での横方向の力のつりあいを考える。案内板のリガメントはバネ定数 Kをもつバネとする。地震による慣性力 F によって案内板のリガメントが横方向に押し広げられる長さを ΔL すると，
2Ncosθ=ＫΔＬ （ただし，ΔＬ=ΔＬ右側+ΔＬ左側）

N
K＝・・・・・・④
L 2cosθとなる。バネ定数 K は，モックアップ試験で求め，90%摩耗の場合で K=6500N/mm であった。④式の関係を示した図 E-4 によれば，ある程度以下の初期開口幅であればつりあ
い点を持ち（例 1），RCC が抜け出すことがないが，初期開口幅が限界値 Llim を超えると，

E-1-1つりあい点がなくなり，RCC が抜け出ることが分かる。
K=6500N/mm，Ｆ=11.8Ｎの条件を用いると，限界初期開口 Llim は 92%摩耗となる。

E-1-2

慣性力

モデル化

制御棒（径 D）

N：リガメントからの抗力
F：地震による慣性力

D摩耗した案内
板との接点

F

N
θ

θ
K

K

案内板のリガメントを押し広げようとするためのバネ定数

θL
摩耗した案内板の接点距離径＝開口幅

図 E-1 リガメントのたわみを考慮した制御棒抜け出し評価のモデル

E-1-3

原子炉容器

炉心そう

制御棒クラスタ
案内管

原子炉容器サポート

燃料集合体

図 E-2 全体耐震モデル

E-1-4

上部炉心支持柱

GT

RCC

#8
#7

上部炉心支持板

#6
#5
#4
#3
#2
#1

コ
ン
テ
ィ
ニ
ュ
ア
ス

上部炉心板

ピン支持
図 E-3

GT/RCC の耐震モデル詳細

E-1-5

１
２

－

２N=DF（D2‐L2）
200（例１）初期開口幅が小さい場合

垂直抗力Ｎ（Ｎ）

150
つりあい点

N
K
＝
ΔL ２cosθ
100

つりあい点

50

限界開口直線

0
10.8

初期開口幅
10.82

10.84

10.86

限界開口幅Ｌｌｉｍ
10.88

10.9

開口幅Ｌ（ｍｍ）

10.92 Δ 10.94

10.96

Ｌ

これより大きい開口では
つりあい点がない。

RCC が抜け出す
図 E-4 抜け出し限界の算出

E-1-6

付録 E-2 地震時の制御棒破損防止の評価
地震発生時に制御棒（RCC）の被覆管が破損しないことを評価する。手法は以下のとおり。
（ⅰ）図 E-2 の全体耐震モデル中制御棒クラスタ案内管（GT）の部分に，図 E-3 のGT/RCC モデルを組み込んだモデルを作成（案内板 1 枚に貫通摩耗（100%摩耗）を仮定）。
（ⅱ）プラントグループ 2 の Ss 地震動を原子炉容器サポート位置に入力。
（ⅲ）制御棒被覆管に発生した最大応力を算出。
以上の結果，得られた被覆管の応力は，σ=46 N/mm2となり，内外差圧による応力 195.9N/mm2 を加えても，被覆管の Su 値 391N/mm2（注）以下である。
（注）制御棒被覆管は SUS304 冷間加工材製であるが，安全側に SUS304 の Su 値を使用する。

E-2- 1

付録 E-3 制御棒減肉時の管理摩耗長さへの影響
1. 制御棒被覆管の摩耗事象
運転中の 1 次冷却材の流れにより，制御棒クラスタ案内管内で制御棒クラスタが流動振動を起こし，制御棒クラスタ案内管案内板とともに制御棒被覆管に摩耗が生じる。
制御棒被覆管の摩耗については，1984 年 3 月に米国 Point Beach 発電所 2 号機で制御棒
被覆管の摩耗が認められたことを発端として，国内でも点検を実施した結果，同様の摩耗が確認された[4,5,6 など]。その後，複数のプラントにおいて制御棒被覆管の点検が実施され，これに基づいた摩耗の進行評価，ならびに摩耗が被覆管厚さを超えないように点検（UT 点
検による肉厚測定等），ステップ変更，取替などが行われている。なお，ステップ変更とは，
制御棒引抜き位置を原子炉停止余裕や反応度の補償機能への影響がない範囲で調整し，制御棒被覆管と制御棒クラスタ案内管案内板との干渉位置をずらすことで同一位置での摩耗の進行を防ぐ方法である。また，制御棒被覆管の摩耗対策として，表面を Cr めっきした改良型制御棒が開発された。この制御棒は 1980 年代後半より実機に適用され，本ガイドライン第 4 版発行時点において，国内で運転中の PWR プラントでは Cr めっきした制御棒が使用されている。改良型制御棒の採用により制御棒被覆管の摩耗速度は低下し，取替え後は制御棒クラスタ案内管案内板との接触部における摩耗は問題となっていない。
制御棒の抜け出し評価にあたっては，保守的な条件として制御棒被覆管が完全に摩耗した条件についても評価を行う。
2. 制御棒（被覆管）減肉時の制御棒抜け出し評価
制御棒クラスタ案内管案内板の管理基準のうち，最も厳しいのは Ss 地震時の制御棒抜け
出し評価である。この時，制御棒被覆管が摩耗により減肉していれば，制御棒が抜け出すような力のつり合いが成立する摩耗長さは変わってくるため，抜け出し評価を行うにあたっては，制御棒被覆管の摩耗も考慮する。
現行の制御棒の管理では，制御棒被覆管（厚さ約 500μm）が貫通するまでに制御棒を取り替えることとしており，被覆管が完全に摩耗することはないが，案内板の管理摩耗長さに反映するだけの十分な知見がない場合などで，最も安全側に管理を行う場合は，最大で片側 500μm（両側で 1,000μm）減肉していると仮定する。
制御棒が抜け出すような力のつり合いが成立する制御棒被覆管外径と摩耗長さの関係は
図 E-5 のようになる。

E-3- 1

RCC 被覆管貫通時

RCC 被覆管片側（片側 500μm 減肉）280μm 減肉時

RCC 被覆管健全時

２８０μｍ

５００μｍ
100

92%
RCC が抜けだす GT 摩耗長さ [%]

90
80

73%

65%

70
60

制御棒被覆管健全時
5040

制御棒被覆管貫通時（片側 500μｍ減肉）

30

制御棒被覆管片側280μｍ減肉時

20
10
0
9.8

10.0

10.2

10.4

10.6

10.8

11.0

11.2

RCCRCC外径 外径 [mm]図 E-5 制御棒被覆管外径と制御棒が抜け出す摩耗長さの関係（グループ 2 の場合）

E-3- 2

付録 F 評価の余裕に対する検討
管理基準の設定
現状では制御棒（RCC）の摩耗で被覆管を貫通した状態は報告されていないものの，
制御棒クラスタ案内管の摩耗の管理基準を最も安全側とし，制御棒の摩耗が最大限進行（被覆管貫通）を考慮した摩耗長さ（65～77%）とした場合，実機の制御棒摩耗点検で得られた被覆管の肉厚は評価の余裕と見なすことができる。

制御棒被覆管貫通時（片側 500μm 減肉）

制御棒被覆管片側280μm 減肉時

制御棒被覆管健全時

280μm

500μm

100
90

ＲＣＣが抜けだすＧＴ摩耗長さ[%]

1.

80
70
60
50
40
30
20
10
0
9.8

10

10.2

10.4
10.6
ＲＣＣ外径[mm]

10.8

11

11.2

図 F-1 摩耗管理のクライテリアへの制御棒被覆管の摩耗量の考慮（グループ 2 の場合）

F-1

2.

点検周期の設定と評価の余裕
点検実施時期から管理摩耗長さに達すると予測されるまでに定検計画を考慮して，次回の点検を実施する（図 F-2）。
管理摩耗長さは，制御棒摩耗を最大の摩耗状態と仮定した場合の，Ss 地震時に抜け出す可能性のある摩耗長さである。また，摩耗進行曲線は摩耗が計測された場所に関わらず，最も大きい摩耗量を第 1 案内板の位置に仮想的に置き換え，最も摩耗の進行が速い 1 次モードで評価を実施している。

点検の結果得られた最大の摩耗量を第1案内板に置き直して摩耗予測する。

最も早く貫通摩耗に至る

第1案内板

図 F-2 点検時期の設定の基本的な考え方

F-2

付録 G 点検周期
1.

初回点検実施済プラントの点検時期
初回点検実施済プラントに対する次回以降の点検時期は，次のとおり設定するものとする。
① 初回点検の摩耗データに基づき摩耗進行を予測する。
② 管理摩耗長さに達するまでの期間に対し，2 倍の安全裕度を考慮して，その 1/2 の時期を目途に次回点検時期を設定する（図 G-1）。

摩耗長さ

管理摩耗長さ当該プラントの初回点検データ

管理摩耗長さに至るまでの期間の1/2時点

当該プラントの
次回点検時期

運転時間

図 G-1 次回点検時期③ 2 回目の点検での摩耗データに基づき摩耗進行を予測する。
④ ②と同様に，管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期を目途に次回点検時期を設定する。
なお，点検による知見の蓄積により，定量的な評価が可能になった場合は，摩耗進行予測カーブの見直しをすることができる。例えば摩耗速度については最も速度の速
い 1 次モード以外の摩耗形態を採用し，ワークレート等についても見直しを図ることができる。さらに，各評価の信頼性に応じ，管理基準に達するまでに設定する点検時期の安全裕度について見直しを図ることができる。

G-1

2.

未点検プラントの点検時期
未点検プラントの初回点検時期は，同一グループ内に先行して点検したプラントの 2
回目の点検時期を目途に設定する（図 G-2）
。また，次回目以降の点検については，前項で示した初回点検実施済プラントの考え方と同様とする。

摩耗長さ

管理摩耗長さ同一グループ内の先行プラントの初回点検データ

当該プラントの初回点検

先行プラントが管理
摩耗長さに至るまでの期間の1/2時点

未点検プラント（先行プラント以外）の
初回点検時期

運転時間

図 G-2 初回点検時期

G-2

プラントグループ（グループ 3，6）の点検時期
プラントグループ 3，6（新設プラント及び炉内構造物取替工事実施済プラント）については，制御棒クラスタ案内管や RCC の構造が類似し，制御棒クラスタ案内管近傍の流況が同じと考えられるプラントグループを参照することで（以下，参照プラントと称する）点検時期を設定することとする。新規プラントグループの点検時期は，参照プラントの点検結果の摩耗体積と同じとなるように摩耗長さを換算した点検結果を用いて摩耗進行予測曲線を作成し，管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期を目途に初回点検を設定する。具体的には以下のとおり。
① 参照プラントの点検実績として得られる，摩耗長さを摩耗体積に換算する。
② 新規プラントグループの単位時間当たりの摩耗体積は参照プラントと同じであると考えることができるため，上記で得られた摩耗体積を新規プラントグループの摩耗長さへ換算する。
（図 G-3 参照）③ 上記で得られた摩耗長さを，摩耗進行予測曲線作成に用いる点検結果とする。
また，2 回目以降の点検については，前項 1.で示した初回点検実施済プラントの考え方と同様とする。

グループ 3900
800

摩耗体積（mm3）

3.

700
600
500
400
300

19%

グループ 1

49%

200
100
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

摩耗長さ（%）

図 G-3 新規プラントグループの摩耗長さ換算（グループ 3 の例）

G-3

90

100

4.

プラントグループ毎の点検周期
平成 14 年度以降，国内プラントの制御棒クラスタ案内管案内板点検を実施し，摩耗データを採取している。これら点検結果に基づき，初回点検実施済プラントの次回の点検時期，未点検プラント及び新規プラントグループの初回点検時期を前項 1.，2.，3.
に従って設定する。なお，未点検プラントの初回点検時期は同一グループ内で先行して点検したプラントの点検結果に基づき設定，新規プラントグループの初回点検時期は参照プラントの点検結果に基づき設定する。
プラントグループ 1（14×14 ITH 型）の点検結果と点検時期
プラントグループ 1 の点検実施済プラントの点検結果を反映した摩耗進行予測を
図 G-4 に示す。
10094% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ健全時)

80
66% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ被覆管全摩耗時)

摩耗長さ ［％］4.1

点検後、予防保全として取替

60
53%
49%

40

50%

34%

27%

20
19万

12万

21万

13.9万
9.6万

0
0

29.0万

10.6万 13.5万

10万

27.8万

20万

30万

時間 ［hr］[図中凡例]●：摩耗点検結果○：管理摩耗長さに達する時期□：点検時期から管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期

図 G-4 プラントグループ 1 の摩耗進行予測
この結果に基づき，点検実施済プラントの次回点検時期は，それぞれプラント運転 19 万時間及び 21 万時間を目途に設定する。また，プラントグループ 1 に属する
未点検プラントの初回点検時期はプラント運転 12 万時間を目途に設定する。

G-4

プラントグループ 2（14×14 FLAT 型）の点検結果と点検時期
プラントグループ 2 の点検実施済プラントの点検結果を反映した摩耗進行予測を
図 G-5 に示す。

10092% 管理摩耗長さ（RCC健全時）

80

65% 管理摩耗長さ（RCC被覆管全摩耗時）

摩耗長さ ［％］

4.2

60

40

37%
34%

20
22.0万

0
00
10万

100000
20万
10万

24万

16.0万

31万

20000030万
20万

300000
40万
30万

32.6万

39.7万

40000050万
40万50000050万

時間 ［hr］[図中凡例]●：摩耗点検結果○：管理摩耗長さに達する時期□：点検時期から管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期

図 G-5 プラントグループ 2 の摩耗進行予測
この結果に基づき，点検実施済プラントの次回点検時期は，プラント運転 31 万時
間を目途に設定する。また，プラントグループ 2 に属する未点検プラントの初回点
検時期はプラント運転 24 万時間を目途に設定する。

G-5

プラントグループ 3（14×14 CIR）の点検結果と点検時期
プラントグループ 3 の摩耗進行予測を図 G-6 に示す。なお，ここに示す点検結果
は，前項 3 で述べたとおり参照プラントの点検結果の摩耗体積と同じとなるように摩耗長さを換算したものである。

10097% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ健全時)

80

摩耗長さ ［％］

4.3

77% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ被覆管全摩耗時)

60

40

(注)
19%

20

10.6万

0
0

20万

36万

40万
時間 ［hr］

61.7万

60万

80万

[図中凡例]●：摩耗点検結果○：管理摩耗長さに達する時期□：点検時期から管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期

図 G-6 プラントグループ 3 の摩耗進行予測
この結果に基づき，プラントグループ 3 に属するプラントの初回点検時期はプラント運転 36 万時間を目途に設定する。
（注）参照プラントの点検結果を基に摩耗体積が同じとなるように摩耗長さを換算
した値

G-6

プラントグループ 4（15×15）の点検結果と点検時期
プラントグループ 4 の初回点検実施済プラントの点検結果を反映した摩耗進行予測を図 G-7 に示す。
10092% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ健全時)

80

摩耗長さ ［％］

4.4

74% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ被覆管全摩耗時)

60

40

23%

20

16.7万

0
0

20万

40万

62.7万

40万
60万
時間 ［hr］

80万100万[図中凡例]●：摩耗点検結果○：管理摩耗長さに達する時期□：点検時期から管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期

図 G-7 プラントグループ 4 の摩耗進行予測
この結果に基づき，初回点検実施済プラントの次回点検時期は，プラント運転 40
万時間を目途に設定する。また，プラントグループ 4 に属する未点検プラントの初回点検時期はプラント運転 40 万時間を目途に設定する。

G-7

プラントグループ 5（17×17 3 ループ，4 ループ）の点検結果と点検時期
プラントグループ 5 の初回点検実施済プラントの点検結果を反映した摩耗進行予測を図 G-8 に示す。

100
92,93% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ健全時)

8068% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ被覆管全摩耗時)

60

摩耗長さ ［％］

4.5

シム調整

42%

40

26%
24%

23%

20

30.4万

0

13.7万
13.2万
12.1万

0

25万
19.5万
19.1万

20万

35万
45万
55.7万
32万 38.5万
50.7万

40万

70.0万

60万

80万

時間 ［hr］[図中凡例]●：摩耗点検結果○：管理摩耗長さに達する時期□：点検時期から管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期

図 G-8 プラントグループ 5 の摩耗進行予測
この点検結果に基づき，初回点検実施済プラントの次回点検時期は，それぞれプ
ラント運転 25 万時間，32 万時間，35 万時間，45 万時間を目途に設定する。また，
プラントグループ 5 に属する未点検プラントの初回点検時期はプラント運転 25 万時
間を目途に設定する。

G-8

プラントグループ 6（17×17 3 ループ改良標準型）の点検結果と点検時期
プラントグループ 6 の摩耗進行予測を図 G-9 に示す。なお，ここに示す点検結果
は，前項 3 で述べたとおり参照プラントの点検結果の摩耗体積と同じとなるように摩耗長さを換算したものである。

10093% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ健全時)

8068% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ被覆管全摩耗時)

摩耗長さ ［％］

4.6

60

40
(注)
24%

20

19.1万

0
0

20万

49万

40万

60万
時間 ［hr］

78.8万

80万

100万

120万

[図中凡例]●：摩耗点検結果○：管理摩耗長さに達する時期□：点検時期から管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期

図 G-9 プラントグループ 6 の摩耗進行予測
この結果に基づき，プラントグループ 6 に属するプラントの初回点検時期はプラント運転 49 万時間を目途に設定する。
（注）参照プラントの点検結果を基に摩耗体積が同じとなるように摩耗長さを換算
した値

G-9

付録 H 摩耗進行予測曲線に基づく点検周期の妥当性について
摩耗進行予測曲線に基づく点検周期策定の妥当性を確認する例として，プラントグルー
プ 1 の摩耗進行予測曲線と，連続した同一制御棒クラスタ案内管における摩耗点検結果を示す（図 H-1）。

摩耗長さ[%]
摩耗長さ ［％］（貫通摩耗に対する摩耗率）

100

94% 管理摩耗長さ(RCC健全時)

アドレス：Ｇ11
アドレス：Ｅ380

アドレス：Ｉ11
66% 管理摩耗長さ(RCC被覆管全摩耗時)
アドレス：Ｃ 7,Ｆ12,Ｊ10

点検後、予防保全として取替

60

53%

49%
40

50%
41%
34%

20

0

00

10000010万20000020万

30000030万

運転時間 ［hr］

図 H-1 連続した同一プラントの点検結果と摩耗進行予測曲線
本図から連続した同一制御棒クラスタ案内管の点検結果は概ね摩耗進行予測曲線付近にあることが確認できる。
制御棒クラスタ案内管の点検は，付録 G「点検周期」に従って，管理摩耗長さに達するまでの時間の 1/2 の時期を目途に次回点検を実施しており，このように余裕を持って保全する上において，摩耗進行予測曲線は十分妥当であり，プラントの安全を維持することができると考えられる。
また，これより制御棒クラスタ案内管ごとに摩耗進展傾向が予測可能と考えられるため，
制御棒クラスタ案内管ごとの摩耗進行予測や保全方針策定が可能と判断できる。

H-1

付録 I 取替後の制御棒クラスタ案内管点検時期の設定例
取替後の制御棒クラスタ案内管の点検時期について，制御棒クラスタ案内管の取替が実施されているプラントグループ 1 を例に示す。
1.

管理摩耗長さプラントグループ 1 の取替後の制御棒クラスタ案内管は，摩耗対策設計を取り入れ，案内板の板厚を 40mm に増加している（その他の仕様はプラントグループ 1 と同じ）。
取替後の制御棒クラスタ案内管の管理摩耗長さは RCC 被覆管最大摩耗時 66%，RCC
被覆管健全時 94%である。

2.

摩耗進行予測曲線
プラントグループ 1 の取替後の制御棒クラスタ案内管について，摩耗分散を考慮した摩耗進行予測曲線を図 I-1 のとおり作成した。

3.

点検時期
制御棒クラスタ案内管や RCC の構造が類似し，制御棒クラスタ案内管近傍の流況が同じと考えられる取替前のプラントグループを参照することで点検時期を設定することとする。具体的な取替後の制御棒クラスタ案内管の点検時期は，当該プラントグループの最大の摩耗点検結果の摩耗体積と同じとなるように摩耗長さを換算した点検結果を用いて摩耗進行予測曲線を作成し（下記①参照），管理摩耗長さに達するまでの期
間の 1/2 の時期を目途に初回点検を設定することとする（下記②参照）。また，2 回目
以降の点検については，付録 G で示した初回点検実施済プラントの考え方と同様とする。

① 当該プラントグループの最大の摩耗点検結果である摩耗長さ 49%を摩耗体積が同一となるように換算した結果，取替後の制御棒クラスタ案内管の摩耗長さは28%となることがわかる（図 I-2 参照）。
② 上記で得られた摩耗長さを基に，取替後の制御棒クラスタ案内管の摩耗進行予測曲線を新たに作成し，これを基に初回点検時期を決定する（図 I-3 参照）。この結果に基づき，プラントグループ 1 の取替後の制御棒クラスタ案内管の初回点
検時期は取替後 20 万時間を目途に設定する。

I-1

図 I-1 取替後の制御棒クラスタ案内管案内板摩耗進行予測曲線

摩耗体積（mm3）

取替後の制御棒クラスタ案内管

グループ 128%49%

摩耗長さ（%）

図 I-2 取替後の制御棒クラスタ案内管の摩耗長さ換算

I-2

100
94% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ健全時)

80

摩耗長さ ［％］66% 管理摩耗長さ(ＲＣＣ被覆管全摩耗時)

60

40
(注)
28%

20

10.6万

0
0

10万

20万

20万

30.3万

30万

40万

50万

時間 ［hr］[図中凡例]●：摩耗点検結果○：管理摩耗長さに達する時期□：点検時期から管理摩耗長さに達するまでの期間の 1/2 の時期

図 I-3 取替後の制御棒クラスタ案内管の摩耗進行予測（注）参照プラントの点検結果を基に摩耗体積が同じとなるように摩耗長さを換算した値

I-3

参考資料 1

海外における制御棒クラスタ案内管案内板の摩耗加速事例について
米国で確認されたイオン窒化 RCC 採用プラントにおける制御棒クラスタ案内管案内板の摩耗
加速事例の本ガイドラインへの影響について検討した。
2016 年以降，以下の米国 PWR プラントにおける制御棒クラスタ案内管の案内板の点検の結果，米国内の他プラントよりも加速した摩耗が確認された[7,8]。
・Catawba 1，2 号機
・McGuire 2 号機
これらのプラントに共通するのは，「17×17A, AS タイプ」の制御棒クラスタ案内管であり，かつ「イオン窒化 RCC」を採用している点である。なお，イオン窒化 RCC とは，RCC 側の摩耗対策として，RCC の被覆管表面にイオン窒化による硬化処理を施したものである。「17×17A, AS タイプ」の GT であっても，「Cr めっき」や「表面処理なし」の RCC を採用したプラントではこうした事象は確認されていない。
本事例を受け，2018 年 3 月に米国 PWROG では，制御棒クラスタ案内管の初回点検時期に関する暫定ガイドを発行した[8]。このガイドでは，制御棒クラスタ案内管の初回点検時期を表 1 のとおりとしており，加速した摩耗が確認された 17×17A，AS タイプの制御棒クラスタ案内管の点
検時期を従来よりも前倒ししている。
表 1 米国における制御棒クラスタ案内管の初回点検時期
GT タイプ14×14GT
15×15GT
17×17 3 ループ
17×17 4 ループ
17×17A, AS

初回点検時期
従来
38～42EFPY
40～44EFPY
30～34EFPY
24～28EFPY
34～38EFPY

暫定ガイド～42EFPY～44EFPY～34EFPY～28EFPY～29EFPY

国内においても 17×17A,AS タイプの制御棒クラスタ案内管を採用しているプラントがあるが（表 B-1），いずれも RCC の表面処理は Cr めっきであり，米国において摩耗が加速するとされているタイプの制御棒クラスタ案内管と RCC の組み合わせはない。このため，米国で確認された加速した摩耗事象は，本ガイドラインで対象とする国内プラントでは発生しないと考えられる。従って，現時点において本ガイドラインの初回点検時期の見直しは不要と考えられる。
ただし，米国において，今回の摩耗加速の原因は明確に分かっていないとされており，継続的に状況をウォッチし，反映すべき知見が得られた場合には，本ガイドラインの点検時期等の見直しを検討する。
参 1-1

参考資料 2

海外との初回点検時期の比較
米国では，2018 年に制御棒クラスタ案内管の初回点検時期に関するガイドが発行されている[8]。
これは，参考資料 1 に示すイオン窒化 RCC 採用プラントにおける摩耗加速事例を反映するために発行されたものである。
国外のガイドとのベンチマークとして，当該ガイドに記載された初回点検時期を本ガイドラインと比較したものを表 1，図 1 に示す。これらのとおり，本ガイドラインで定める初回点検時期は，米国
ガイドと同様，もしくは GT タイプによっては本ガイドラインの方が早い結果となった。
表 1 米国ガイドと本ガイドラインの初回点検時期の比較
米国ガイド

14x14GT15x15GT
17x17 3 ループ
17x17 4 ループ
17x17AS～42EFPY～44EFPY～34EFPY～28EFPY～29EFPY

本ガイドライン
27.4EFPY
45.7EFPY
28.5EFPY
28.5EFPY
28.5EFPY

50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0

プラントグループ（本ガイドライン）

24 万時間40 万時間25 万時間25 万時間25 万時間グループ 2
グループ 4グループ 5グループ 5グループ 5

米国ガイド

17x17AS17x17 4ループ

17x17 3ループ

15x15GT

国内ガイドライン

14x14GT

初回点検時期[EFPY]GT タイプ

図 1 米国ガイドと本ガイドラインの初回点検時期の比較
なお，米国プラントの運転条件（流量等）や制御棒クラスタ案内管の構造詳細，初回点検時期の設定方法等について国内との違いが明確になっておらず，上記のような比較のみでは本ガイドラインの定める初回点検時期の妥当性は議論できないため，上記比較は参考情報としての扱いとす
る。

参 2-1

参考資料 3
用語一覧表
CIR

炉内構造物取替（Core Internals Replacement）

EFPY

定格負荷相当年数（Effective Full Power Year）

FLAT

平板型上部炉心支持板

GT

制御棒クラスタ案内管（Guide Tube）

ITH

円筒胴付き上部炉心支持板（Inverted Top Hat）

PWR

加圧水型原子炉発電所（Pressurized Water Reactor）

RCC

制御棒クラスタ（Rod Cluster Control）

Ss 地震動敷地周辺の地質・地質構造並びに地震活動性等の地震学及び地震工学的見地から施設の供用期間中に極めてまれではあるが発生する可能性があり，施設に大きな影響を与えるおそれがあると想定することが適切な地
震動

UCI

上部炉内構造物（Upper Core Internals）

参 3-1参考資料 4
改訂経緯
第 1 版（平成 14 年 3 月）制定
制御棒クラスタ案内管の点検評価ガイドライン（以下 GT ガイドライン）は平成 13 年
度に，制御棒の摩耗事象が以前から知られており，制御棒クラスタ案内管案内板の摩耗事象が否定できないことから検討された。
この時点では制御棒クラスタ案内管案内板の摩耗の定量的なデータがなく，制御棒と制御棒クラスタ案内管案内板の形状や位置関係から時間と摩耗量を相対的に表した摩耗予測を提案した。
合理的な点検を実施するためのプラントのグループ化については，摩耗の管理値（摩耗管理長さ）に達するまでの時間に影響が大きい案内板のリガメントに着目して行った。
第 2 版（平成 16 年 1 月）改訂
第 1 版の発行を受け，平成 14～15 年度に実機摩耗点検を実施し，この結果を基に，各プラントタイプの点検開始時期を設定した。
それと同時に制御棒クラスタ案内管とその流況に影響を与える上部炉心支持柱の構造等も考慮して流動解析，流動試験を行った。
以上の結果，摩耗管理長さに達する時間は14ITH 型＞14FLAT 型＞それ以外の順に早いとの結論を得た。
第 3 版（平成 25 年 6 月）改訂
第 3 版では，新設プラントや炉内構造物取替工事実施済プラントを反映したプラント
グループの見直しや管理摩耗長さの設定，耐震設計審査指針改定を反映した管理摩耗長さの見直し，第 2 版発行後の点検結果を受けた点検時期の見直しを行った。
第 4 版（平成 31 年 3 月）改訂
海外の 17×17A，AS タイプの制御棒クラスタ案内管，イオン窒化 RCC 採用プラント
で案内板摩耗が加速する事象が確認されたことから，本事象の説明および本ガイドラインへの反映検討を参考資料 1 に追加した。また，海外と本ガイドラインの初回点検時期の比較を参考資料 2 に追加した。
第 2 章を安全機能，構造，想定劣化モード，点検方針等の観点で記載を充実化させ，当該章でガイドラインの概要が分かるようにした。解説 4-2 に本ガイドラインにおける予防保全の定義を記載した。付録 E-3 に制御棒被覆管摩耗事象の概要を記載した。
その他，全体を通して表現の見直しや記載の充実化を行った。

参 4-1

参考資料 5

炉内構造物点検評価ガイドライン［制御棒クラスタ案内管］の概要
1． 基本的な考え方

4． 管理摩耗長さ及び摩耗進行予測の考え方

原子炉の安全性確保を大前提とし，制御棒クラスタ案内管（以下，GT）に要求される機能を維持できるよう，

GT 案内板の摩耗を管理するための基準，及びその進行予測を以下の管理基準，合理的な点検範囲，点検周期を規定する。

ように定める。

① 経年劣化事象 ： 制御棒(以下，RCC)の流動振動による摩耗[管理摩耗長さ]② GT に要求される安全機能 ： RCC 案内機能，RCC の破損防止

GT の機能維持を，Ss 地震時に RCC が，案内穴から抜け出さないこ③ 安全機能に影響を与えない範囲で摩耗を管理ととし，RCC の摩耗を考慮した，｢66～94％摩耗長さ（グループ 1 の④ 形状並びに上部炉内構造物構造によりプラントをグループ化（表 1）例）｣を，管理摩耗長さとする。

表1
グループ

グループ 1

グループ 2

タイプ

14×14
ITH 型

14×14
FLAT 型

GT 形式

GT の形式に基づくグループ化
グループ 3
14×14
CIR

15×15

14×14

グループ 5グループ 4abc

17×17AS
3 ループ

17×17
4 ループ

17×17AS
4 ループ

15×15

17×17
3 ループ
改良標準型

RCC1 本は上下方向に複数の案内板によって案内されているが，これの案内板に摩耗が集中して摩耗進行が速くなるように，保守側の摩耗

2.4mm

5.5mm

4.8mm

2.9mm

2.9mm

案内板板厚

24mm

40mm

24mm

24mm

40mm

2 ループ

UCI の構造

ITH 型

FLAT 型

3 ループ
ITH 型

4 ループ

FLAT 型

RCC 表面処理

ITH 型

対象
プラント

美浜 1 号機
美浜 2 号機

玄海 1 号機
玄海 2 号機
伊方 1 号機
伊方 2 号機

美浜 3 号機
高浜 1 号機
高浜 2 号機

図 3 摩耗進行予測（14×14GT の例）（時間は相対値）

分散形態を仮定する。摩耗進行予測を図 3 に示す。

3 ループ
ITH 型

5． 点検開始時期及び点検周期の考え方

Cr めっき
泊 1 号機泊 2 号機らの単位時間あたりの摩耗体積の和は一定と仮定する。その中で一枚17×17

リガメント長さ

ループ数[摩耗進行予測]グループ 6

川内 1 号機
川内 2 号機
高浜 3 号機
高浜 4 号機
伊方 3 号機

大飯 1 号機敦賀 2 号機大飯 2 号機大飯 3 号機大飯 4 号機
玄海 3 号機
玄海 4 号機●点検開始時期は，本ガイドライン制定

泊 3 号機後，表 1 の各グループ毎に以下のプラ

予防保全措置点

点検

制御棒クラスタ案内管一部

初回点検実施もしくは全数取替またはント運転時間を目途に実施する。

2． 点検対象箇所

炉内構造物取替

プラントグループ 1：12 万時間

図 1（プラントグループ 2 の例）のように，摩耗が進行すると，GT の機能に影響を与える可能性のあ

プラントグループ 2：24 万時間

る案内穴 4 箇所とする。

プラントグループ 3：36 万時間

摩耗進行予測管理摩耗長さの設定 ＊＊点検

プラントグループ 4：40 万時間
プラントグループ 5：25 万時間
プラントグループ 6：49 万時間●次回点検は最新の点検結果を通るよう

管理 摩耗長さ に達するまでの期間の 1/2 ま
でに 次回点検 時期の設定が可能か？

Yes＊に図 3 の曲線をフィッティングした摩耗進行予測で，前回点検から管理摩耗

No＊

長さに達すると予測される期間の 1/2

この案内穴に着目を目途に行う。但し管理摩耗長さには，RCC の摩耗を反映する。尚，摩耗デー

案内板

詳細評価で次回点検
周期設定可能か？

Yes＊

タの蓄積等により摩耗進行の傾向が十分に把握できると判断された場合
内側リガメント

3． 点検方法

きる。

点検方法は，目視検査等，摩耗長さが判定できる方法とする。また摩耗長さの定義を図 2 に示す。

●次回点検までの摩耗進行予測が，管理
摩耗長さ以下となるよう，点検周期を

摩耗進行
案内穴の一つNo

は点検周期を別途設定することがで設定できない場合は，取替等の対策を

健全な RCC の直径＝摩耗による開口幅となるときの RCC の移動距
離を摩耗長さ 100%（貫通摩耗）とする。

実施するか，詳細評価にて次回点検ま制御棒クラスタ案内管取替（補修）＊ ：予防保全措置を選択することも可能＊＊ ：制御棒の摩耗を考慮して設定

制御棒クラスタ案内管一部もしくは全数取替または炉内構
造物取替及び点検周期の設定

で継続使用が可能であることを示す。
また，点検の代わりに，別途，予防保全措置を選択することもできる。

図 2 摩耗長さの定義
参 5-1

図 4 点検フロー参考資料 6
引用文献
[1] NUCIA, “制御棒クラスタ案内管の取替”, 2004-北海道-M003 Rev.1[2] NUCIA, “泊発電所 1 号機 第 14 回定期検査の制御棒クラスタ案内管（GT）取替え”, 2007北海道-M004[3] JEAC4209，“原子力発電所の保守管理規程”[4] NUCIA, “制御棒被覆管の経年劣化について”, 1986-関西-M022[5] NUCIA, “制御棒クラスタの経年劣化について”, 1987-関西-T009[6] NUCIA, “制御棒クラスタ被覆管の経年劣化について”, 1987-九州-M003[7] PWROG 2017 Materials Programs Technical Information Exchange Meeting Guide
Card Wear Activities Update, May 2017, ML16203A029[8] PWROG Transmittal of Interim Guidance for Addressing Accelerated Guide Card
Wear Issue Described in NSAL-17-1 (PA-MSC-1471), March 2018, ML18088A199

参 6-1

ＰＷＲ炉内構造物点検評価ガイドライン[制 御 棒 ク ラ ス タ 案 内 管 ]（第 4 版）

編集者

一般社団法人 原子力安全推進協会
炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会

発行者

一般社団法人 原子力安全推進協会〒108-0014 東京都港区芝 5-36-7 三田ベルｼﾞｭビル 13～15 階TEL 03-5418-9312ⓒ原子力安全推進協会，2019

FAX 03-5440-3606
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