전기기사 실기 2025년 1회 기출유형문제

[해설]

전기사업법 시행규칙 별표 3은 표준전압·표준주파수의 허용오차를 정하며, 2025년 개정으로 220V 허용오차가 종전 ±13V에서 상하 22V(±10%)로 넓어졌다.

표준주파수 60Hz의 허용오차는 상하 0.2Hz로, 전압보다 훨씬 좁은 범위로 유지한다.

혼동 주의: 380V는 상하 38V(10%), 110V는 상하 6V이며, 개정 전 수치 13V를 쓰지 않도록 한다.

[해설]

KEC의 특고압 가공전선과 저·고압 가공전선 등의 접근·교차 기준에서 나온 값이다.

• 제1차 접근상태로 시설하면 제3종 특고압 보안공사를 적용한다. 제1차 접근상태는 전선이 끊어지거나 지지물이 넘어질 때 다른 시설물에 닿을 우려가 있는 상태를 말한다.
• 저·고압 가공전선 등이나 그 지지물·지주와의 이격거리는 기본 2m로 한다.
• 사용전압이 60,000V를 넘으면 10,000V 또는 그 단수마다 12cm씩 이격거리를 더한다.

혼동 주의: 더 가까운 제2차 접근상태에는 제2종 특고압 보안공사를 적용한다.

[해설]

전선 약호는 용도와 절연재료의 영문 머리글자를 딴 것이다. 약호의 뜻을 알면 명칭이 바로 나온다.

• OW(Outdoor Weatherproof)는 옥외용 비닐절연전선으로, 저압 가공선로에 쓴다.
• DV(Drop wire Vinyl)는 인입용 비닐절연전선으로, 전주에서 건물로 끌어들이는 인입선에 쓴다.
• HFIX(Halogen Free)는 저독성 난연 가교폴리올레핀 절연전선으로, 불이 나도 유독가스가 적다.

HFIX는 옛 옥내배선용 IV(비닐절연전선)를 대체한 현행 옥내배선 표준 전선이다.

[해설]

KEC 태양광발전설비의 전력변환장치 시설 기준이다.

• 인버터는 태양전지의 직류를 교류로 바꾸는 장치로, 설치 장소에 맞게 실내용과 실외용을 구분한다.
• 개방전압은 부하를 연결하지 않은 상태의 태양전지 출력전압으로, 직렬군마다 이 값이 인버터 입력전압 범위 안에 들어야 과전압을 막는다.
• 옥외에 시설하면 빗물이 튀어도 견디도록 방수등급을 IPX4 이상으로 한다.

개방전압은 운전 중 전압을 웃도는 최고 전압이라, 인버터 입력 범위도 이 값을 기준으로 맞춘다.

[해설]

KS C IEC 60364-5-56(안전설비)은 비상용 예비전원을 정전 뒤 전원이 자동으로 다시 공급되기까지의 시간으로 나눈다. 시간이 짧을수록 높은 등급이다.

• 순단은 0.15초 이내에 자동 공급된다.
• 5초 이내에 자동 공급되는 등급은 보통차단이다.
• 중간차단은 15초 이내이고, 15초를 넘기면 장시간차단이다.

외우는 요령: 무순단 → 순단 0.15초 → 단시간 0.5초 → 보통 5초 → 중간 15초 → 장시간(15초 초과) 순서로 외운다.

[해설]

KEC 고압 가공전선과 가공약전류전선 등의 접근·교차 규정에서 나오는 간격이다.

• 고압 가공전선과 가공약전류전선 사이는 나전선 기준 0.8 [m] 이상이다.
• 고압 가공전선이 케이블이면 절연이 확실해 0.4 [m] 이상으로 완화된다.
• 약전류전선 지지물과의 간격은 고압 0.6 [m] 이상(케이블 0.3 [m])으로, 저압 0.3 [m]보다 넓다.

혼동 주의: 저압 가공전선과 약전류전선 사이 간격도 0.6 [m](케이블 0.3 [m])라서 고압 지지물 간격과 숫자가 겹친다.

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침의 설계변경 절차에 따라, 발주자는 설계변경 지시를 서면으로 책임감리원에게 한다.

책임감리원은 현장 감리조직의 대표라서 지시를 받아 공사업자에게 전달하고 관리한다.

설계변경 도서가 아직 준비되지 않았으면 변경 목적·내용을 요약한 설계변경개요서만 붙여 먼저 지시한다. 도서 작성을 기다리느라 공사가 늦어지지 않게 하려는 것이다.

[해설]

유접점을 무접점으로 바꿀 때 직렬 접점은 AND, 병렬 접점은 OR, b접점은 NOT으로 옮긴다.

• X4 — 릴레이 X1·X2의 a접점이 직렬이므로 $X_4=X_1\cdot X_2$(AND)이다.
• PL — X3의 b접점과 X4의 a접점이 병렬이므로 $PL=X_4+\overline{X_3}$(OR)이다.

X1·X2·X3은 입력 A·B·C로 여자되므로 논리회로의 입력은 A·B·C로 그린다. 즉 A·B를 AND 게이트에, 그 출력과 NOT을 거친 C를 OR 게이트에 넣어 PL을 출력한다.

[해설]

그림에서 MC1 코일까지의 경로는 정지 버튼 PB0 b접점을 지나 PB1과 MC1 a접점의 병렬 회로, 이어서 MC2·MC3 b접점이 직렬로 연결돼 있다.

• PB0 b접점은 누르면 열리므로 부정(바)을 붙여 곱한다.
• PB1과 MC1 a접점의 병렬은 기동과 자기유지를 뜻하는 OR(PB1+MC1)이다.
• MC2·MC3 b접점은 다른 접촉기가 동작 중이면 열려 MC1을 막으므로 각각 부정으로 곱한다.

이렇게 상대 접촉기의 b접점을 자기 회로에 직렬로 넣어 두 동작이 동시에 일어나지 않게 막는 것을 인터록이라 한다.

혼동 주의: 자기유지는 자기 a접점을 기동 버튼에 병렬로 넣는 것이고, 인터록은 상대의 b접점을 직렬로 넣는 것이다.

[해설]

일부하율은 하루 평균전력을 그날 최대전력으로 나눈 값이고, 부등률은 개별 최대전력의 합을 합성 최대전력으로 나눈 값이다.

그림에서 제1공장은 100·150·200·150·100·50kW가 각각 3·3·9·3·3·3시간 이어지고 최대전력은 200kW이다.
평균전력 $=\dfrac{100\times3+150\times3+200\times9+150\times3+100\times3+50\times3}{24}=143.75\,[\mathrm{kW}]$
일부하율 $=\dfrac{143.75}{200}\times100=71.88\,[\%]$

개별 최대전력은 제1공장 200kW, 제2공장 300kW이고, 두 곡선을 같은 시각끼리 더한 최댓값은 6~15시(200+250)와 15~18시(150+300)의 450kW이다.
부등률 $=\dfrac{200+300}{450}=1.11$

혼동 주의: 부등률 분모는 두 공장 최대값을 그냥 더한 500kW가 아니라 같은 시각에 합산한 값의 최대이므로 부등률은 항상 1 이상이다.

분류기 배율 $m = \dfrac{I}{I_a} = \dfrac{6}{1} = 6$
분류기 저항 $R_s = \dfrac{R_a}{m-1} = \dfrac{20\times 10^{3}}{6-1} = \dfrac{20{,}000}{5} = 4{,}000$ [Ω]
∴ 4,000 [Ω] = 4 [kΩ]

[해설]

분류기는 전류계와 병렬로 접속하여 전류를 분담시키는 저항이다. 전류계 내부저항을 $R_a$, 분류기 저항을 $R_s$ 라 하면 측정 가능한 전류는 $I = \left(1 + \dfrac{R_a}{R_s}\right) I_a$ 이다.

배율식 $m = \dfrac{I}{I_a} = 1 + \dfrac{R_a}{R_s}$ 에서 $R_s = \dfrac{R_a}{m-1}$ 이고, $m = 6$, $R_a = 20$[kΩ] 을 대입하면 $R_s = \dfrac{20}{6-1} = 4$[kΩ] = 4,000[Ω] 이다.

요구 단위가 [Ω]이면 4,000[Ω], [kΩ]이면 4[kΩ]로 답한다. 배율기(전압계 직렬, $R_m = (m-1)R_v$)와 혼동하지 않도록 한다.

[해설]

변압기 병렬운전에서 부하분담은 정격용량에 비례하고 %임피던스에 반비례한다.

각 변압기의 (정격용량/%Z) 비로 전체 부하 1,050[kVA]를 나눈다.
$\dfrac{P_1}{P_2}=\dfrac{750/2.5}{600/3}=\dfrac{300}{200}=\dfrac{3}{2}$
$P_1=1{,}050\times\dfrac{3}{5}=630\,[\mathrm{kVA}]$
$P_2=1{,}050\times\dfrac{2}{5}=420\,[\mathrm{kVA}]$

혼동 주의: %Z가 작은 변압기일수록 부하를 더 많이 맡는다. %Z를 곱해서 계산하면 분담이 거꾸로 나온다.

[해설]

완전 확산형 광원은 모든 방향으로 같은 광도를 내므로 전광속을 구 전체의 입체각 4π로 나누면 광도가 된다.
$I=\dfrac{F}{4\pi}=\dfrac{18{,}500}{4\pi}=1{,}472.18\,[\mathrm{cd}]$

그림에서 높이 6 m, 수평거리 8 m이므로 광원과 A점 사이 거리는 R=√(6²+8²)=10 m, cosθ=6/10이다.

수평면 조도는 거리의 제곱에 반비례하는 역제곱법칙에 입사각의 코사인을 곱해 구한다.
$E_h=\dfrac{I}{R^2}\cos\theta$
$E_h=\dfrac{1{,}472.18}{6^2+8^2}\times\dfrac{6}{\sqrt{6^2+8^2}}$
$E_h=8.83\,[\mathrm{lx}]$

혼동 주의: 수평면 조도의 cosθ는 수직선과 광선이 이루는 각이라 높이/거리(6/10)이고, 수직면 조도는 sinθ(8/10)를 쓴다.

[해설]

계기에 흐르는 변류기(CT) 2차 전류에 변류비를 곱해 실제 선로전류로 환산한 뒤 3상 전력식에 대입한다.

변류비 50/5는 1차 50A가 흐를 때 2차에 5A가 흐른다는 뜻이므로 2차 전류의 10배가 1차 전류이다.
$I=4.2\times\dfrac{50}{5}=42\,[\mathrm{A}]$

$P=\sqrt{3}\,VI\cos\theta$
$=\sqrt{3}\times6{,}600\times42\times1\times10^{-3}$
$=480.12\,[\mathrm{kW}]$

혼동 주의: 2차 전류 4.2A를 그대로 넣으면 1/10 값이 된다. W를 kW로 바꾸는 ×10^-3도 빠뜨리지 않는다.

[해설]

%임피던스법에서 각 기기의 %값은 자기 용량 기준이므로 먼저 기준용량 100,000[kVA]로 환산한다.
$\%Z_{환산}=\dfrac{기준용량}{자기용량}\times\%Z$

발전기 $\%X_G=\dfrac{100{,}000}{360{,}000}\times90=25\,[\%]$
변압기 $\%X_T=\dfrac{100{,}000}{400{,}000}\times15=3.75\,[\%]$
송전선 $\%R=\dfrac{100{,}000}{400{,}000}\times12=3\,[\%]$, $\%X=\dfrac{100{,}000}{400{,}000}\times20=5\,[\%]$

발전기·변압기·송전선은 단락점 S까지 직렬이라 같은 성분끼리 더한 뒤 벡터합으로 합성한다.
$\Sigma\%R=3\,[\%]$, $\Sigma\%X=25+3.75+5=33.75\,[\%]$
$\%Z=\sqrt{3^2+33.75^2}=33.88\,[\%]$

혼동 주의: 저항분과 리액턴스분을 따로 더해야 하며, %값의 크기끼리 단순 합산하지 않는다.

[해설]

직류기 토크식·역기전력식에 파권 병렬회로수 a = 2를 넣어 계산한다(중권이면 a = P).

$T=\dfrac{PZ\phi I_a}{2\pi a}=\dfrac{4\times700\times0.006\times40.5}{2\pi\times2}\approx54.14$ [N·m]
$T=\dfrac{54.14}{9.8}\approx5.52$ [kg·m]

$E=\dfrac{PZ\phi N}{60a}=\dfrac{4\times700\times0.006\times1{,}440}{60\times2}=201.6$ [V]

토크식의 결과는 N·m 단위라서 9.8로 나눠야 kg·m가 된다. 정격출력 7.5 [kW]는 계산에 쓰이지 않는다.

[해설]

3상 3선식 설비불평형률은 선간에 접속된 단상부하 용량의 최대와 최소의 차를 총 부하설비 용량의 1/3로 나눈 백분율이다.
불평형률 = (최대 − 최소) ÷ (총 용량 × 1/3) × 100

전열부하(H)는 역률 1이라 kW를 그대로 kVA로 쓰고, 전동기(M)는 역률 0.8로 나눠 kVA로 환산한다.
$a\text{-}b=2+3+\dfrac{0.5}{0.8}=5.625,\ b\text{-}c=3+1.5+\dfrac{1}{0.8}=5.75,\ c\text{-}a=3+1=4\,[\mathrm{kVA}]$

정상상태에서는 최대가 b-c, 최소가 c-a이다.
$\dfrac{5.75-4}{\frac{1}{3}(5.625+5.75+4)}\times100=34.15\,[\%]$

P점이 끊기면 c선 끝에 물린 b-c 전동기 1[kW]만 빠져 b-c가 4.5[kVA]로 줄고, 최대가 a-b(5.625)로 바뀐다.
$\dfrac{5.625-4}{\frac{1}{3}(5.625+4.5+4)}\times100=34.51\,[\%]$

혼동 주의: 단선 뒤에는 분자의 최대값만이 아니라 분모의 총 용량(14.125[kVA])도 함께 줄여야 한다.

[해설]

전력용 콘덴서는 무효전력만 상쇄한다. 그래서 무효전력이 줄어든 만큼 생긴 피상전력 여유를 유효전력으로 채울 수 있다.

$P=500\times0.8=400\,[\mathrm{kW}],\;Q=500\times0.6=300\,[\mathrm{kVar}]$
$Q'=300-150=150\,[\mathrm{kVar}]$
$(400+\Delta P)^2+150^2=500^2$
$\Delta P=\sqrt{500^2-150^2}-400=76.97\,[\mathrm{kW}]$

혼동 주의: 콘덴서 150[kVA]를 유효전력 증가분으로 그대로 더하면 안 된다. 피상전력 500[kVA]를 한도로 피타고라스 관계를 세워야 한다.

[해설]

부하전력 $P=VI\cos\theta$가 일정하면 역률이 높아질수록 전류가 줄고, 선로손실은 전류의 제곱에 비례해 줄어든다.

개선 전 $I=\dfrac{6{,}000}{200\times0.6}=50$ [A]
$P_l=2I^2R=2\times50^2\times0.15=750$ [W]
개선 후 $I'=\dfrac{6{,}000}{200\times1}=30$ [A]
$P_l'=2\times30^2\times0.15=270$ [W]
차이 $=750-270=480$ [W]

단상 2선식은 전선이 왕복 두 가닥이라 손실이 2I²R이다. 리액턴스 0.1 [Ω]은 전압강하에만 영향을 주므로 손실 계산에는 쓰지 않는다.