①: 표준 시간율로 필요한 만큼 충전

②: 부하를 떼고 미소전류를 계속 흘려 자기방전분을 보충

③: 1~3개월마다 정전압 충전해 전해조 간 전위차를 보정하고 용량을 고르게 함

④: 평상시 부하·자기방전은 충전기가, 순간 대전류만 축전지가 부담

⑤: 보통충전의 2~3배 전류로 짧은 시간에 충전

[해설]

다섯 방식은 축전지 운용 목적에 따라 충전 전류의 크기와 지속시간이 다르게 설계된다.

보통충전은 표준 시간율(정격 방전율)에 맞춰 필요한 전기량만 충전하는 기본 방식이고, 세류충전은 부하를 떼어낸 상태에서 자기방전량만큼만 미소전류를 계속 흘려 완전충전 상태를 유지한다.

균등충전은 여러 셀로 구성된 축전지에서 셀 간 전위차가 벌어지는 것을 막기 위해 1~3개월 주기로 정전압을 걸어 용량을 고르게 하는 보수적 성격의 충전이며, 부동충전은 축전지와 충전기를 부하에 병렬로 연결해 평상시 부하와 자기방전은 충전기가 담당하고 순간적인 대전류만 축전지가 보충하는 방식이다.

급속충전은 단시간 내 필요한 용량을 확보해야 할 때 보통충전보다 큰 전류(2~3배)를 짧게 흘리는 방식으로, 목적(유지·보수·비상)에 따라 다섯 방식을 구분해 답해야 채점 포인트를 놓치지 않는다.

장점
① 도시 미관이 좋다
② 기상 영향이 적어 공급 신뢰도가 높다
③ 인축에 대한 안전성이 높다
④ 같은 경과지에 여러 회선 부설 가능

단점
① 송전용량이 작다
② 증설 융통성이 떨어진다
③ 건설비가 비싸고 고장 복구가 오래 걸린다
④ 시공 중 교통장해·소음·분진 발생

[해설]

지중 전선로는 공급 신뢰도와 안전성·미관을 얻는 대신 건설비와 시공성에서 가공 전선로에 뒤진다는 것이 비교의 핵심이다.

장점은 바람·낙뢰 등 기상 영향을 직접 받지 않아 고장률이 낮고 도시 미관을 해치지 않으며, 지상에 전선이 없어 인축 감전·접촉 사고 위험이 작고 같은 경과지에 다회선을 부설할 수 있어 용지 효율이 높다.

단점은 케이블의 정전용량·충전전류 제약으로 송전용량이 가공선보다 작고, 매설 후에는 회선 증설이 어려우며, 매설·관로 공사비가 높고 고장점 탐지·복구에 시간이 오래 걸린다는 점, 굴착 공사로 인한 교통장해와 소음·분진이 단점으로 꼽힌다.

부흐홀츠 계전기

[해설]

변압기 내부에서 아크·절연 열화 등으로 가스가 발생하거나 절연유가 급격히 흐를 때 이를 기계적으로 감지해 경보·트립시키는 보호계전기가 부흐홀츠 계전기다.

본체 탱크와 콘서베이터(절연유의 열팽창·수축을 흡수하는 보조 탱크)를 잇는 배관 도중에 설치되며, 경미한 이상 시에는 모인 가스가 위쪽 플로트를 내려앉혀 경보를, 심한 내부 단락처럼 유류가 급격히 이동하면 아래쪽 플로트(베인)가 동작해 차단기 트립을 일으키는 2단 동작 구조를 가진다.

같은 변압기 내부고장 보호라도 비율차동계전기가 1·2차 전류의 차를 보는 전기적 검출인 데 비해, 부흐홀츠는 가스와 절연유 흐름을 보는 기계적 검출이라는 점에서 구분해 기억해야 한다.

①: 상대 공기밀도

②: 전선 표면의 상태계수

③: 코로나 손실, 통신선 유도장해

④: 굵은 전선 사용, 복도체 사용

[해설]

임계전압식의 각 계수는 전선 주위 공기 조건과 표면 상태가 코로나 발생 문턱값에 미치는 영향을 반영한 항이다.

$\delta = \dfrac{0.386b}{273+t}$는 기압 b와 온도 t로 표준상태 대비 공기 밀도가 얼마나 되는지를 나타내는 상대 공기밀도이며, 기압이 낮거나 온도가 높을수록 $\delta$가 작아져 임계전압도 낮아진다. $m_1$이 비·눈 등 날씨계수라면 $m_0$는 전선이 매끈한지 거친지에 따른 전선 표면의 상태계수다.

코로나가 발생하면 코로나 손실로 송전 효율이 떨어지고 고주파 성분이 인접 통신선에 유도장해를 일으키며, 이를 줄이려면 전선 표면의 전위경도를 낮추는 방향 — 즉 굵은 전선이나 복도체(다도체)를 사용해 등가반지름을 키우는 대책이 쓰인다.

①: 1.3
②: 120
③: 1.25
④: 2

[해설]

고압 퓨즈의 용단 특성은 포장퓨즈와 비포장퓨즈가 서로 다른 배수·시간 기준으로 규정되어 있다는 점이 채점 포인트다.

포장퓨즈는 정격전류의 1.3배 전류에 견디고 2배 전류에서 120분 이내에 용단되어야 하며, 비포장퓨즈는 이보다 짧게 1.25배에 견디고 2배 전류에서 2분 이내에 용단되도록 정해져 있다.

배수(견디는 기준)와 시간(용단되는 기준)을 서로 바꿔 쓰기 쉬우므로, 포장이 비포장보다 견디는 배수와 용단 허용시간 모두 크다는 대비로 정리해두면 헷갈리지 않는다.

①: 30
②: 30
③: 재시공

[해설]

세 빈칸은 모두 전력시설물 공사감리 업무 중 신고·보고·시정 조치와 관련된 법정 기한·조치를 묻고 있다.

감리업자가 소속 감리원을 배치하거나 변경하면 그 배치현황을 30일 이내에 시·도지사에게 신고해야 하고, 공사가 끝나면 공사감리 완료보고서 역시 30일 이내에 제출해야 한다.

시공이 설계도서와 다르게 이루어진 경우 감리원은 시공자에게 재시공을 지시하거나 필요하면 공사 중지를 명할 수 있는데, 이는 감리원의 대표적 시정조치 권한이라는 점과 함께 기억해두면 좋다.

①: 갈색
②: 회색
③: 파란색
④: 녹색-노란색

[해설]

KEC는 상별 전선 색상을 국제표준(IEC)에 맞춘 배색으로 통일해 규정한다.

3상 각 상은 L1 갈색, L2 검은색, L3 회색으로 구분하고, 중성선(N)은 파란색으로 정해 다른 상과 혼동되지 않게 한다.

보호도체(PE)는 감전 보호용 접지선임을 한눈에 알 수 있도록 녹색-노란색 이중색으로 표시하며, 이는 구 판단기준의 색상 규정과 다르므로 KEC 기준 값으로 답해야 한다.

ON 신호와 자기유지 신호를 OR로 묶고, OFF의 NOT 신호와 AND하여 MC(출력)를 만든다. 이 출력을 OR 입력으로 되먹임해 자기유지를 구성한다.

[해설]

일반적인 자기유지형 시퀀스 회로를 논리소자로 옮길 때는 기동신호와 자기유지신호를 OR로 묶고, 정지신호는 NOT을 거쳐 AND 입력으로 넣는 구조가 기본 골격이다.

ON(기동) 접점 신호와 출력 자신을 되먹임한 신호를 OR로 합하면 한 번의 순간 입력만으로도 출력이 유지되는 자기유지 기능이 만들어지고, 여기에 OFF(정지) 신호를 NOT으로 반전시켜 AND로 걸어주면 정지 입력이 들어오는 순간 출력이 차단된다.

이렇게 만든 AND 출력이 곧 MC(출력) 신호이며, 이 출력선을 다시 OR의 한쪽 입력으로 되돌리는 피드백 결선이 접점회로의 자기유지 접점을 대신한다는 점이 핵심 원리다.

NOT 3개로 $\overline{A},\ \overline{B},\ \overline{C}$를 만든다. 3입력 OR 3개로 세 괄호항을 각각 구성한다 — 첫째 OR 입력은 $A,\ B,\ \overline{C}$, 둘째 OR 입력은 $\overline{A},\ B,\ C$, 셋째 OR 입력은 $A,\ \overline{B},\ C$. 세 OR 의 출력을 3입력 AND 1개로 모으면 출력 $Y=(A+B+\overline{C})\cdot(\overline{A}+B+C)\cdot(A+\overline{B}+C)$ 가 완성된다.

[해설]

주어진 논리식은 OR항 3개를 AND로 묶은 합의 곱(POS) 형태이므로, 각 OR항을 그대로 게이트로 옮기고 마지막에 AND로 결합하면 회로가 완성된다.

먼저 NOT 3개로 $\overline{A},\ \overline{B},\ \overline{C}$를 만들어두고, 3입력 OR 3개에 각 괄호항의 변수를 그대로 대응시킨다 — 첫째 OR는 $A,\ B,\ \overline{C}$, 둘째 OR는 $\overline{A},\ B,\ C$, 셋째 OR는 $A,\ \overline{B},\ C$를 입력으로 받는다.

세 OR 게이트의 출력을 3입력 AND 1개의 입력으로 모으면 $Y=(A+B+\overline{C})\cdot(\overline{A}+B+C)\cdot(A+\overline{B}+C)$가 그대로 구현되며, 지정된 소자 개수(NOT 3·OR 3·AND 1)를 벗어나지 않게 구성했는지가 채점 포인트다.

①: 도면에 따라 LA·DS·PF·PT·CB·CT·계기·변압기 결선을 완성한다.

②: 조치 — CT 2차측을 단락시킨다 / 이유 — 2차측 개방 시 1차 부하전류가 모두 여자전류로 작용해 2차에 고전압이 유기되어 절연이 파괴될 수 있다

[해설]

이 문제는 수전설비 결선과 CT(변류기) 취급 안전수칙 두 가지를 함께 묻는다.

①은 제시된 미완성 도면의 빈 자리에 피뢰기(LA)·단로기(DS)·전력퓨즈(PF)·계기용변압기(PT)·차단기(CB)·변류기(CT)와 계기·변압기를 각 기기의 기호와 결선 위치에 맞게 채워 넣으면 되며, 배치는 도면에 이미 그려진 부분을 기준으로 판단해야 한다.

②의 핵심은 CT 2차측이 통전 중 개방되면 1차 부하전류가 전부 여자전류로 작용해 철심이 과포화되면서 2차 코일에 매우 높은 전압이 유기되어 절연이 파괴되거나 감전사고로 이어질 수 있다는 점이며, 그래서 기기 교체 전에는 반드시 CT 2차측을 단락시켜 개방 상태를 만들지 않아야 한다.

2차 전류 $I_a{\,}' = I_c{\,}' = I = 4$ [A]
1차 전류 $I_a = a\,I_a{\,}' = \dfrac{100}{5}\times 4 = 80$ [A]

답: 80 [A]

[해설]

변류기(CT)는 2차전류에 변류비를 곱하면 1차전류가 되는 관계이므로, 2차 측정값만 알면 1차전류는 바로 환산된다.

변류비 100/5는 1차전류 100[A]가 2차 5[A]로 변환됨을 뜻하므로 $a=\dfrac{100}{5}=20$이고, 문제에서 2차 전류가 항상 4[A]로 측정되었다고 했으므로 이를 그대로 대입한다.
$I_a = a\,I_a{\,}' = \dfrac{100}{5}\times 4 = 80$ [A]

전류비가 권수비의 역수라는 관계만 잡아두면, 2차측 측정값에 변류비를 곱하는 단순 비례로 끝나는 문항이다.

유효전력 $P = 75 + 55 = 130$ [kW]
무효전력 $Q = \dfrac{75}{0.8}\times\sqrt{1-0.8^2} + \dfrac{55}{0.6}\times\sqrt{1-0.6^2} = 129.58$ [kVar]
콘덴서 용량 $Q_c = Q - P\tan\theta = 129.58 - 130\times\dfrac{\sqrt{1-0.95^2}}{0.95} = 86.85$ [kVA]

답: 86.85 [kVA]

[해설]

합성 역률 개선 문제는 부하별 무효전력을 각각 구해 합산한 뒤 목표 역률에서 허용되는 무효전력과의 차이를 콘덴서 용량으로 잡는 순서로 푼다.

두 부하의 유효전력을 더하면 $P = 75 + 55 = 130$ [kW]이고, 각 부하의 피상전력에 $\sin\theta$를 곱해 얻은 무효전력을 더한다.
$Q = \dfrac{75}{0.8}\times\sqrt{1-0.8^2} + \dfrac{55}{0.6}\times\sqrt{1-0.6^2} = 129.58$ [kVar]

여기서 목표 역률 95[%]에서 허용되는 무효전력 $P\tan\theta$를 빼면 필요한 콘덴서 용량이 나온다.
$Q_c = Q - P\tan\theta = 129.58 - 130\times\dfrac{\sqrt{1-0.95^2}}{0.95} = 86.85$ [kVA]
부하가 둘이어도 유효·무효전력을 각각 합산한 뒤 한 번에 개선한다는 점이 계산의 핵심이다.

20[MVA] 기준 환산 %리액턴스
$\%X_{G1} = \dfrac{20}{10}\times 15 = 30$ [%]
$\%X_{G2} = \%X_{G3} = \dfrac{20}{20}\times 30 = 30$ [%]
모선까지 합성 %리액턴스 $= \dfrac{1}{\frac{1}{30}+\frac{1}{30}+\frac{1}{30}} = 10$ [%]
차단용량 $P_s = \dfrac{100}{\%Z}\times P_n$, $P_s = 100$[MVA]이므로
$X_L = \dfrac{100}{100}\times 20 - 10 = 10$ [%]

답: 10 [%]

[해설]

차단용량을 제한하는 문제는 기준용량을 통일해 %리액턴스를 합성한 뒤, 원하는 차단용량에서 역산으로 필요한 리액터의 %리액턴스를 구하는 순서로 푼다.

발전기들의 %리액턴스를 기준용량 20[MVA]로 환산하고, 세 회로가 병렬이므로 모선까지의 합성값을 구한다.
$\%X_{G1} = \dfrac{20}{10}\times 15 = 30$ [%]
$\%X_{G2} = \%X_{G3} = \dfrac{20}{20}\times 30 = 30$ [%]
$\%X = \dfrac{1}{\frac{1}{30}+\frac{1}{30}+\frac{1}{30}} = 10$ [%]

차단용량 $P_s = \dfrac{100}{\%Z}\times P_n$가 100[MVA]가 되려면 전체 %Z가 $\dfrac{100}{100}\times 20 = 20$ [%]이어야 하므로, 이미 있는 합성 리액턴스 10[%]를 뺀 나머지를 한류리액터가 부담한다.
$X_L = 20 - 10 = 10$ [%]

$P_r = \sqrt{3}\,(W_1 - W_2) = \sqrt{3}\,(30 - 20) = 17.32$ [Var]

답: 17.32 [Var]

[해설]

2전력계법은 3상 전력을 계기 두 대만으로 측정하는 방식이며, 두 지시값의 차에 $\sqrt{3}$을 곱한 값이 무효전력이 된다는 공식을 그대로 적용하는 문제다.

$P_r = \sqrt{3}\,(W_1 - W_2) = \sqrt{3}\,(30 - 20) = 17.32$ [Var]
두 전력계 지시값의 합은 유효전력을, 차는 무효전력을 구하는 데 쓰인다는 점을 구분해서 기억해야 한다.

① 변류비: $I_1 = \dfrac{750\times 10^3}{\sqrt{3}\times 22900}\times 1.25 = 23.64$ [A] → 표준값 20 ∴ 20/5

② 변성비: 13,200 / 110

[해설]

MOF(계기용변성기)는 수전용량에서 흐르는 최대 1차전류를 계산해 표준 변류비 중 가장 가까운 값을 선정하는 절차로 규격을 정한다.

$I_1=\dfrac{750\times 10^3}{\sqrt{3}\times 22900}\times 1.25 = 23.64$ [A]
25[%] 여유율을 곱하는 것은 수요 변동이나 순간 과부하에도 CT가 손상되지 않게 하기 위함이다. 계산값 23.64[A]와 표준 변류비(10·20·30·40·50·60) 중 가장 가까운 값은 20이므로 변류비는 20/5로 선정한다.

변성비는 22.9[kV-Y] 수전에서 PT 1차가 받는 상전압 $\dfrac{22900}{\sqrt{3}}\fallingdotseq 13.2$[kV]에 대응하는 표준값을 고르는 것이므로 13,200/110이 된다.

①: $\text{부하율} = \dfrac{150/24}{10}\times 100 = 62.5$ [%]

②: $\cos\theta = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,VI}\times 100 = \dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 220\times 30}\times 100 = 87.48$ [%]

[해설]

부하율은 평균수요전력과 최대수요전력의 비로, 역률은 유효전력과 피상전력($\sqrt{3}VI$)의 비로 각각 정의를 그대로 대입해 구하는 문제다.

평균전력은 하루 사용전력량을 24시간으로 나눈 값이므로 부하율은 다음과 같다.
$\text{부하율}=\dfrac{150/24}{10}\times 100=62.5$ [%]

최대수요전력 시점의 역률은 유효전력을 피상전력으로 나눈 값이며, 전류 30[A]와 전압 220[V]는 최대수요전력이 걸린 순간의 3상 회로값임에 유의한다.
$\cos\theta=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,VI}\times 100=\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 220\times 30}\times 100=87.48$ [%]

콘덴서 전류 $I_c = 2\pi f C V$는 주파수에 비례하므로
$\dfrac{I_c'}{I_c} = \dfrac{60}{50} = 1.2$

답: 1.2배

[해설]

콘덴서(리액턴스 $X_c=\dfrac{1}{2\pi fC}$)에 흐르는 전류는 전압이 일정할 때 주파수에 비례한다는 성질을 그대로 적용하면 되는 문제다.

콘덴서 전류가 $I_c = 2\pi f C V$이므로 전압 V와 정전용량 C가 그대로라면 전류비는 주파수비와 같다.
$\dfrac{I_c{\,}'}{I_c} = \dfrac{f'}{f} = \dfrac{60}{50} = 1.2$

즉 50[Hz]에서 60[Hz]로 계통이 바뀌면 콘덴서 전류는 1.2배로 커지므로, 콘덴서나 직렬리액터의 정격전류를 초과하지 않는지 확인이 필요한 이유가 여기에 있다.

$\text{합성 최대전력} = \dfrac{\sum(\text{설비용량}\times\text{수용률})}{\text{부등률}} = \dfrac{250\times 0.6 + 150\times 0.8}{1.2} = 225$ [kW]

답: 225 [kW]

[해설]

합성 최대전력은 각 수용가의 최대수요전력(설비용량×수용률)을 모두 더한 뒤 부등률로 나누어 구한다.

A의 최대수요전력은 $250\times 0.6 = 150$ [kW], B는 $150\times 0.8 = 120$ [kW]이므로 합은 270[kW]이고, 이를 부등률 1.2로 나눈다.
$\dfrac{250\times 0.6 + 150\times 0.8}{1.2}=\dfrac{270}{1.2}=225$ [kW]

역률 75[%]는 무효전력이나 피상전력을 구할 때 쓰이는 값으로, 부등률로 나누는 대상은 어디까지나 유효전력(kW) 기준의 최대수요전력이라는 점에 유의해야 한다.

등수 $N = \dfrac{EAD}{FU} = \dfrac{500\times 40\times \frac{1}{0.8}}{500\times 0.5} = 100$ [등]
소비전력량 $W = Pt = 70\times 100\times 24\times 10^{-3} = 168$ [kWh]

답: 168 [kWh]

[해설]

등수 산정은 광속법 공식 $N=\dfrac{EAD}{FU}$(E:평균조도, A:면적, D:감광보상률=1/유지율, F:광속, U:조명률)을 그대로 적용하고, 소비전력량은 등수에 1등당 소비전력과 점등시간을 곱해 구한다.

$N=\dfrac{EAD}{FU}=\dfrac{500\times 40\times \frac{1}{0.8}}{500\times 0.5}=100$ [등]
유지율 80[%]를 감광보상률(1/유지율)로 뒤집어 곱하는 것이 실수하기 쉬운 지점이다.

$W = Pt = 70\times 100\times 24\times 10^{-3} = 168$ [kWh]
1대당 소비전력 70[W]에 등수 100대와 24시간을 곱한 뒤 [kWh] 단위로 $10^{-3}$을 곱해 환산한 값이다.