전기기사 실기 2024년 3회 기출유형문제

[해설]

한국전기설비규정(KEC)의 아크 발생 기구 시설 기준에 따라, 고압용 기구는 가연성 물체와 1[m] 이상 떨어뜨려야 한다.

개폐기·차단기·피뢰기는 동작할 때 순간적으로 고온의 아크가 생긴다. 이 아크가 목재 벽·천장에 옮겨붙지 않도록 거리를 두는 것이다.

혼동 주의: 특고압용은 원칙적으로 2[m] 이상 이격해야 한다.

[해설]

KEC 발전기 등의 보호장치 규정에서 이상 현상별로 발전기를 자동 차단해야 하는 용량 기준을 정한다.

• 수차 압유장치 유압 저하 — 용량 500 [kVA] 이상일 때 적용한다.
• 풍차 압유장치 유압·공기압 저하 — 용량 100 [kVA] 이상으로 기준이 가장 낮다.
• 수차발전기 스러스트베어링(축 방향 하중을 받는 베어링) 온도 상승 — 용량 2,000 [kVA] 이상일 때 적용한다.
• 발전기 내부 고장 — 용량 10,000 [kVA] 이상일 때 적용한다.
• 증기터빈 스러스트베어링 마모·온도 상승 — 정격출력 10,000 [kW] 초과일 때 적용한다.

혼동 주의: 내부 고장은 kVA·이상이고 증기터빈은 kW·초과여서 단위와 이상/초과가 모두 다르다.

[해설]

KEC 203.2의 TN-C-S 계통은 전원 쪽 일부 구간을 PEN 한 선으로 배선하다가, 설비의 어느 지점에서 PE와 N으로 나누는 방식이다.

• 분리점 이전에는 보호선과 중성선을 겸하는 PEN 한 선으로 배선하고, 좌측 노출도전부도 이 PEN에 접속한다.
• 분리점 이후 우측 구간에서는 PEN이 PE(보호선)와 N(중성선)으로 갈라지고, 각 기기가 해당 선에 따로 접속된다.
• 계통접지는 좌측 PEN 쪽에서 시행한다.

혼동 주의: 한 번 PE와 N으로 분리한 뒤에는 다시 PEN으로 합치면 안 된다.

① 현장조건에의 부합 여부
② 시공의 실제 가능 여부
③ 설계도면·설계설명서·기술계산서·산출내역서 등 내용의 상호 일치 여부
④ 설계도서의 누락·오류 등 불명확한 부분의 존재 여부
⑤ 발주자가 제공한 물량내역서와 공사업자가 제출한 산출내역서의 수량 일치 여부

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침에 따라, 감리원은 착공 전에 설계도서를 현장 시공 관점에서 검토한다.

• 현장조건에의 부합 여부는 설계가 실제 지형·여건과 맞는지 보는 것이다.
• 시공의 실제 가능 여부는 도면대로 실제로 시공할 수 있는지 확인하는 것이다.
• 설계도면·설계설명서·기술계산서·산출내역서의 상호 일치 여부는 문서끼리 내용이 어긋나지 않는지 대조하는 것이다.
• 설계도서의 누락·오류 등 불명확한 부분의 존재 여부는 빠지거나 틀린 곳을 미리 찾아내는 것이다.
• 수량 일치 여부는 발주자가 준 물량내역서와 공사업자가 낸 산출내역서의 수량이 같은지 확인하는 것이다.

외우는 요령: 현장조건·시공 가능성 → 문서 간 일치 → 누락·오류 → 수량 일치 순서로 떠올리면 된다.

[해설]

UPS는 교류를 직류로 바꿔 축전지에 저장했다가 다시 교류로 바꿔 부하에 공급한다. 그림의 A.C → D.C → A.C 흐름을 따라 명칭을 채운다.

• 자동전압조정기(AVR)는 바이패스 경로에서 상용전원 전압을 일정하게 맞춰 부하 쪽으로 보낸다.
• 절체용 개폐기는 상용전원과 발전기(비상전원) 가운데 하나를 골라 정류기로 보낸다.
• 정류기(컨버터)는 교류를 직류로 바꿔 인버터에 공급하고 축전지를 충전한다.
• 인버터는 직류를 부하가 쓰는 교류로 되돌린다.
• 축전지는 D.C 모선에 연결돼 있다가 정전 때 인버터에 직류를 공급한다.

혼동 주의: 부하 바로 앞의 무접점 절체스위치는 인버터 출력과 AVR 바이패스 경로를 전환하는 장치이고, 절체용 개폐기는 입력 전원을 고르는 장치다.

[해설]

KEC 지중전선로 규정에 따라 지중전선로는 케이블을 쓰고 관로식·암거식·직접매설식 중 하나로 시설한다.

• 관로식 — 땅에 관을 묻고 그 안에 케이블을 넣는 방식이다.
• 직접매설식 — 케이블을 트로프 등으로 보호해 흙에 바로 묻는 방식이다.
• 관로식 매설깊이 — 차량 등 중량물의 압력 우려가 있으면 1.0 [m] 이상, 없으면 0.6 [m] 이상이다.

현행 KEC에서는 직접매설식도 1.0 [m]·0.6 [m]로 같은 기준이다. 옛 기준 1.2 [m]와 혼동하지 않는다.

[해설]

한류형 전력퓨즈는 단락전류가 최대치에 이르기 전에 끊는 한류 효과가 장점이지만, 한 번 녹으면 끝나는 구조와 급격한 차단 때문에 단점이 생긴다.

• 재투입 불가 — 용단되면 퓨즈를 교체해야 하므로 차단기처럼 다시 투입할 수 없다.
• 과도전류에 용단되기 쉬움 — 변압기 여자돌입전류나 전동기 기동전류 같은 순간 과전류에도 녹을 수 있다.
• 동작시간-전류특성 조정 불가 — 계전기처럼 정정값을 바꿔 보호협조를 맞출 수 없다.
• 차단 시 과전압 발생 — 전류를 급격히 끊으면 L·di/dt에 의한 이상전압이 생긴다.

그 밖에 비차단 전류범위도 단점으로 쓸 수 있는데, 최소차단전류 미만에서는 퓨즈가 녹아도 아크를 끄지 못하는 구간이다.

[해설]

스폿네트워크 방식은 복수 배전선·변압기를 병렬 운전해 공급 신뢰도를 높이는 수전방식이라는 점에서 장점이 나온다.

배전선 1회선이나 변압기 1대가 고장 나도 나머지 계통이 부하를 떠받쳐 무정전 공급이 가능하고, 고장 구간의 1차측 차단기가 자동 개방·복구 시 자동 투입되어 별도 조작이 필요 없다.

병렬 운전 구조라 부하가 늘어도 각 변압기 분담이 자연스럽게 조정되어 부하 증가에 대한 적응성이 높은 것이 세 번째 장점이다.

① 내압(耐壓) 방폭구조
② 압력(壓力) 방폭구조
③ 유입(油入) 방폭구조
④ 안전증 방폭구조
⑤ 본질안전 방폭구조

[해설]

방폭구조는 점화원이 폭발성 가스에 불을 붙이지 못하게 막는 방식에 따라 나뉜다.

• 내압(耐壓) 방폭구조 — 용기 내부의 폭발압력을 견디고, 화염이 밖으로 번지지 않게 한다.
• 압력 방폭구조 — 용기 안에 보호기체를 채워 외부 가스가 들어오지 못하게 한다.
• 유입 방폭구조 — 아크·불꽃이 생기는 부분을 기름 속에 넣어 가스와 떼어 놓는다.
• 안전증 방폭구조 — 정상 운전 중 아크나 과열이 생기지 않도록 안전도를 높인다.
• 본질안전 방폭구조 — 정상 시와 사고 시의 불꽃·열이 점화원이 되지 않음을 시험으로 확인한 구조다.

혼동 주의: 내압(耐壓)은 폭발압력을 견딘다는 뜻이다. 보호기체로 내부 압력을 높이는 것은 압력 방폭구조다.

[해설]

이 심벌은 영상변류기(ZCT)이다. 3상 도체를 하나의 철심에 함께 관통시켜 3상 전류의 벡터합(영상분)을 잡아낸다.

정상 상태에서는 3상 전류의 벡터합이 0이지만, 지락이 생기면 영상전류가 흘러 2차측에 신호가 나온다. 이 신호로 지락계전기(GR·SGR)를 동작시키는 것이 용도다.

혼동 주의: 일반 변류기(CT)는 각 상의 전류 크기를 변성하고, ZCT는 3상 사이의 불평형분(영상분)만 검출한다.

[해설]

한류저항기(CLR)는 비접지 계통에서 GPT 3차 개방델타(오픈델타) 회로에 접속하는 저항이다.

• 유효전류 확보 — 지락 시 저항분 전류를 흘려 선택지락계전기(SGR)·방향지락계전기(DGR)가 확실히 동작하게 한다.
• 제3고조파 억제 — 개방델타 회로에 생기는 제3고조파 전압을 저항이 흡수해 억제한다.

그 밖에 중성점 이상전위 진동 같은 불안정 현상을 줄이는 효과도 있다.

[해설]

변압기 용량은 최대수요전력의 합을 (부등률 × 역률)로 나누고 여유율을 곱해 구한다. 하계·동계부하는 동시에 쓰지 않으므로 전력이 큰 하계부하만 넣는다.

$\sum(\text{설비}\times\text{수용률})=130\times0.7+230\times0.8+130\times0.7=366\,[\mathrm{kW}]$
$P=\dfrac{366}{1.3\times0.85}\times1.2=397.47\,[\mathrm{kVA}]$

계산값 397.47[kVA] 이상인 가장 작은 표준용량 400[kVA]를 고른다. 혼동 주의: 동계부하까지 더하면 용량이 과대하게 나와 틀린다.

[해설]

KEC 절연내력 시험전압은 최대사용전압에 전압 구간·접지방식별 배수를 곱해 구한다.

7 kV 이하 계통은 1.5배, 7 kV 초과 25 kV 이하 중성점 다중접지식은 0.92배를 적용한다.

시험전압 = 최대사용전압 × 배수
6,900 × 1.5 = 10,350 V
13,800 × 0.92 = 12,696 V
24,000 × 0.92 = 22,080 V

혼동 주의: 배수는 공칭전압이 아니라 최대사용전압에 곱한다.

[해설]

역률 개선 용량은 Q_C=P(tanθ₁−tanθ₂)로 구한다. 손실 최소 용량은 선로손실 I²R이 구간별 무효전류 제곱합에 비례한다는 원리로 구한다.

두 부하 전류를 유효분과 무효분으로 나눠 벡터로 더한다(중간 80−j60, 말단 60−j80).
$I=\sqrt{140^2+140^2}=197.99\,[\mathrm{A}],\ \cos\theta_1=\dfrac{140}{197.99}=0.7071$

유효전력은 유효전류 140[A]로 구하고, 목표 역률 0.9와의 tan 차를 곱한다.
$P=\sqrt{3}\times6{,}600\times140\times10^{-3}=1{,}600.41\,[\mathrm{kW}]$
$Q_C=1{,}600.41\left(\dfrac{0.7071}{0.7071}-\dfrac{0.4359}{0.9}\right)=825.33\,[\mathrm{kVA}]$

말단 콘덴서 전류를 I_c라 하면 공급점 쪽 구간 무효전류는 140−I_c, 말단 쪽 구간은 말단부하분만 남아 80−I_c이다.

두 구간 저항이 같으므로 제곱합은 두 값의 평균에서 최소가 된다.
$I_c=\dfrac{140+80}{2}=110\,[\mathrm{A}]$
$Q=\sqrt{3}\times6{,}600\times110\times10^{-3}=1{,}257.47\,[\mathrm{kVA}]$

혼동 주의: 손실 최소 용량은 역률 90% 개선 용량과 조건이 달라 값도 다르다.

[해설]

4단자 방정식에서 무부하는 수전단전류가 0이므로 $E_s=AE_r$, $I_s=CE_r$만 남는다.

수전단전압은 송전단전압을 A로 나눠 구한다.
$V_r=\dfrac{V_s}{A}=\dfrac{154}{0.9}=171.11\,[\mathrm{kV}]$

송전단전류는 C정수에 수전단 상전압을 곱해 구한다.
$I_s=C\dfrac{V_r}{\sqrt{3}}=j0.5\times10^{-3}\times\dfrac{171.11\times10^3}{\sqrt{3}}=j49.4\,[\mathrm{A}]$

수전단을 140[kV]로 유지하려면 B정수에 흐르는 조상전류를 역산한다.
$\dfrac{154}{\sqrt{3}}=0.9\times\dfrac{140}{\sqrt{3}}+j380\,I_c$
$I_c=-j42.54\,[\mathrm{A}]$
$Q_c=\sqrt{3}\,V_rI_c=\sqrt{3}\times140\times42.54=10{,}315.4\,[\mathrm{kVar}]$

진상인 송전단전류는 선로 정전용량의 충전전류이며 이로 인해 수전단전압이 올라가는 현상이 페란티 현상이다.

조상전류가 지상이므로 분로리액터로 남는 충전 무효전력을 흡수한다.

[해설]

리액턴스를 무시한 3상 전압강하식 $e=\sqrt3\,IR\cos\theta$로 허용 저항을 구하고, $A=\rho\dfrac{l}{R}$로 필요한 단면적을 거꾸로 계산한다.

$V_R=\dfrac{3{,}300}{1.1}=3{,}000\,[\mathrm{V}],\quad e=3{,}300-3{,}000=300\,[\mathrm{V}]$
$I=\dfrac{500\times10^3}{\sqrt3\times3{,}000\times0.9}=106.92\,[\mathrm{A}]$
$R=\dfrac{300}{\sqrt3\times106.92\times0.9}=1.8\,[\Omega]$
$A=\dfrac{1}{55}\times\dfrac{5{,}800}{1.8}=58.59\,[\mathrm{mm^2}]$

표에서 58.59[mm²] 이상인 가장 작은 굵기가 60[mm²]이고, 허용전류 110[A]가 부하전류 106.92[A]를 넘으므로 두 조건을 모두 만족한다.

혼동 주의: 전압강하율 10[%]는 수전단전압 기준이라 수전단전압을 3,300×0.9가 아닌 3,300÷1.1로 구한다.