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전기기사 실기 2024년 3회 기출유형문제
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전기기사 실기 기출문제

전기기사 실기 2024년 3회 기출유형문제

총 16문항 · 주관식 · A4 약 1장

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A4정답 포함
전기기사 실기 기출문제모두CBT · moducbt.com

전기기사 실기 2024년 3회 기출유형문제

총 16문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
고압용 개폐기·차단기·피뢰기 등 동작 시 아크가 생기는 기구는 목재 벽·천장 등 가연성 물체로부터 얼마 이상 이격해야 하는가?
정답 및 해설
1 [m] 이상


[해설]

고압 개폐기·차단기·피뢰기 등 동작 시 아크가 발생하는 기구는 화재 위험 때문에 가연성 부분과 일정 거리를 두어야 한다는 이격거리 기준이다.

아크는 순간적으로 고온이 발생해 가연물에 착화할 수 있으므로, 목재의 벽·천장 등 가연성 물체와는 1[m] 이상 이격해 시설해야 한다.

문제 2
KEC상 발전기를 전로에서 자동 차단해야 하는 경우이다. 빈칸을 채우시오.

나. 용량 ( ① ) 이상 발전기 구동 수차의 압유장치 유압이 현저히 저하한 경우
다. 용량 ( ② ) 이상 발전기 구동 풍차의 압유장치 유압·공기압이 현저히 저하한 경우
라. 용량 ( ③ ) 이상 수차발전기의 스러스트베어링 온도가 현저히 상승한 경우
마. 용량 ( ④ ) 이상 발전기 내부 고장 발생 시
바. 정격출력 ( ⑤ ) 초과 증기터빈의 스러스트베어링이 현저히 마모·온도 상승한 경우
정답 및 해설
① 500 [kVA]
② 100 [kVA]
③ 2,000 [kVA]
④ 10,000 [kVA]
⑤ 10,000 [kW]


[해설]

수차·풍차 발전기, 스러스트베어링, 발전기 내부고장 등 항목별로 정해진 용량 기준값을 채우는 문제다.

유압·공기압 저하는 조속기 등 제어계통 이상으로 이어질 수 있어 500kVA(수차 압유장치)·100kVA(풍차 압유장치) 이상급에서 자동차단이 요구되고, 스러스트베어링 온도상승은 수차발전기 2,000kVA 이상에서 자동차단 대상이 된다.

발전기 내부고장(10,000kVA 이상)과 증기터빈 스러스트베어링 이상(정격출력 10,000kW 초과)은 대용량기 손상 방지를 위한 기준이며, 채점 포인트는 각 항목의 숫자와 단위(kVA/kW)를 혼동하지 않는 것이다.

문제 3
다음 그림은 TN-C-S 계통접지이다. 중성선(N), 보호선(PE), 보호·중성선 겸용선(PEN)을 표시해 도면을 완성하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(완성 도면은 정답 그림 참조)

· 전원측~분리점은 PEN 한 선으로 가고, 좌측 노출도전부는 PEN에 접속.
· 분리점 이후 우측 구간에서 PEN이 PE와 N으로 갈라져 각각 접속.
· 좌측 PEN에 계통접지 시행.

※ 근거: KEC 203.2 TN 계통, 그림 203.2-5(설비의 어느 곳에서 PEN이 PE와 N으로 분리된 3상 4선식 TN-C-S 계통).


[해설]

TN-C-S 계통은 PEN 도체(보호선·중성선 겸용)를 어느 지점까지 함께 쓰다가, 그 이후 구간에서 PE와 N으로 분리하는 방식이라는 원리를 도면에 반영한 것이다.

분리점 이전(전원측)에서는 하나의 PEN 선으로 배선하고 접지도 이 PEN에서 이루어지며, 분리점 이후에는 각각 별도의 PE(보호선)와 N(중성선)으로 나뉘어 접속된다.

채점 포인트는 분리 이후에는 PEN을 다시 하나로 합칠 수 없다는 것과, 노출도전부는 PE(분리 전이면 PEN)에 접속해야 한다는 점이다.

정답 이미지
문제 4

감리원이 공사 시작 전에 설계도서 등에 대하여 현장 시공 중심으로 검토하여야 할 사항 5가지를 쓰시오.

정답 및 해설

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]

「전기공사 감리업무 수행지침」에 따른 착공 전 설계도서 검토 항목이다. 위 5가지 외에 다른 사업 또는 다른 공정과의 상호 부합 여부, 시공상의 예상 문제점 및 대책 등도 검토 대상이므로 함께 정리해 둔다.

빈칸형으로 출제될 때 주로 가려지는 키워드는 시공의 실제 가능, 설계도면, 산출내역서, 설계도서의 누락·오류, 물량내역서 이다.

문제 5
컴퓨터 등 중요 부하에 전원을 공급하는 무정전 전원공급장치(UPS) 계통도이다. (가)~(마)에 들어갈 전기설비 명칭을 쓰시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(가) 자동전압조정기(AVR)
(나) 절체용 개폐기
(다) 정류기(컨버터)
(라) 인버터
(마) 축전지


[해설]

상용전원이 자동전압조정기(AVR)와 절체용 개폐기를 거쳐 부하로 가되, 정전 시에는 축전지의 직류전력을 인버터가 교류로 바꿔 공급하는 무정전 전원공급장치의 구성 흐름을 명칭으로 채운 것이다.

정류기(컨버터)는 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고, 인버터는 그 직류를 다시 교류로 바꿔 부하에 공급하며, 절체용 개폐기는 상용전원과 UPS 출력 사이를 무순단으로 전환한다.

채점 포인트는 각 구성요소의 기능(정류/인버트/축전/절체/전압조정)을 정확히 구분하는 것이다.

문제 6
KEC 지중전선로 시설에 관한 내용이다. 빈칸을 채우시오.

(1) 지중전선로는 케이블을 사용하고 ( ① )·암거식 또는 ( ② )으로 시설해야 한다.
(2) ( ① )으로 시설 시 매설깊이는 ( ③ ) 이상, 중량물 압력 우려가 없는 곳은 0.6[m] 이상으로 한다.
정답 및 해설
(1) ① 관로식
② 직접매설식

(2) ③ 1.0 [m]


[해설]

지중전선로는 케이블을 사용해 관로식·암거식·직접매설식 중 하나로 시설해야 하며, 직접매설식은 매설깊이 기준이 별도로 정해져 있다.

직접매설식은 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소에서는 1.0[m] 이상, 그 우려가 없는 장소에서는 0.6[m] 이상으로 깊이를 확보해야 한다. 채점 포인트는 시설방식 3가지 명칭과 매설깊이 수치를 정확히 구분하는 것이다.

문제 7
한류형 전력퓨즈의 단점을 4가지 쓰시오.
정답 및 해설
① 재투입(재사용) 불가능.
② 과도전류에 용단되기 쉽다.
③ 동작시간–전류특성을 계전기처럼 임의 조정할 수 없다.
④ 차단 시 과전압(이상전압) 발생.
(그 외 : 녹아도 차단 못하는 비차단 전류범위가 있다)


[해설]

한류형 전력퓨즈는 단락전류를 빠르게 억제하는 장점이 있는 대신, 재사용성과 특성 조정 면에서 차단기·계전기 조합보다 제약이 크다는 점이 단점으로 요구된다.

퓨즈는 용단되면 스스로 복구할 수 없어 재투입(재사용)이 불가능하고, 순간적인 과도전류에도 오동작(용단)하기 쉬워 신뢰성 확보가 어렵다.

또한 계전기처럼 동작시간-전류 특성을 임의로 조정할 수 없고, 큰 전류를 급격히 차단하는 과정에서 과전압(이상전압)이 발생할 수 있다. 이 외에 비차단전류 영역이 존재한다는 점도 함께 알아두면 좋다.

문제 8
스폿네트워크 수전방식의 장점(특징) 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 배전선 1회선 또는 변압기 1대 고장 시에도 무정전 공급 가능.
② 배전선 정지·복구 시 변압기 1차측 차단기의 개방·투입이 자동으로 이루어진다.
③ 부하 증가에 대한 적응성(공급 신뢰도·탄력성)이 우수하다.


[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.

문제 9

전기설비의 방폭구조를 구조에 따라 분류한 종류 5가지를 쓰시오.

정답 및 해설

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


[해설]

내압 방폭구조는 용기 내부의 폭발압력에 견디고 화염이 외부 폭발성 가스로 전파되지 않도록 한 구조, 압력 방폭구조는 용기 내부에 보호기체를 넣어 외부 폭발성 가스의 침입을 막는 구조, 유입 방폭구조는 아크·불꽃이 발생하는 부분을 기름 속에 넣어 점화를 방지하는 구조이다.

안전증 방폭구조는 정상 운전 중 아크·과열이 생기지 않도록 기계적·전기적 안전도를 높인 구조, 본질안전 방폭구조는 정상 시 및 사고 시 발생하는 불꽃·열이 점화원이 되지 않음을 시험으로 확인한 구조이다.

이 밖에 충전(充塡)·몰드·비점화 방폭구조 등이 있으며, 3가지·4가지를 요구하는 문제도 위 순서대로 답하면 된다.

문제 10
다음 심벌의 명칭과 용도를 쓰시오.

(1) 명칭
(2) 용도
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 영상변류기(ZCT)
(2) 지락(영상)전류 검출


[해설]

이 심벌은 영상변류기(ZCT)로, 3상 전류의 벡터합(영상분)을 검출해 지락사고를 감지하는 데 쓰인다.

정상 상태에서는 3상 전류의 벡터합이 0이지만 지락(누전)이 발생하면 영상전류가 흘러 ZCT 2차 측에 신호가 나타나며, 이를 지락(영상)전류 검출용으로 접지계전기(SGR·GR)와 조합해 사용한다.

문제 11
한류저항기의 설치목적 2가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 선택지락계전기(SGR)·방향지락계전기(DGR) 동작에 필요한 유효전류를 만든다.
② 제3고조파 전압 발생 방지.
(그 외 : 중성점 불안정 등 이상현상 억제)


[해설]

한류저항기(CLR)는 비접지 계통에서 접지형 계기용변압기(GPT) 3차 개방델타 회로에 접속되어, 지락 시 계전기가 검출할 수 있는 크기·위상의 전류를 만들어 주기 위해 설치된다.

지락전류가 작거나 무효분 위주면 선택지락계전기(SGR)·방향지락계전기(DGR)가 동작에 필요한 유효전류를 얻지 못하므로, 한류저항기로 유효전류를 확보해 동작을 확실하게 한다.

아울러 이 저항이 감쇠 역할을 해 제3고조파 전압 발생을 억제하고 중성점 불안정 등 이상현상을 줄이는 효과도 있다.

문제 12
전등·동력·하계·동계 부하가 표와 같다. 역률 0.85, 부등률 1.3일 때 변압기 용량을 구하시오. (단, 변압기 용량 20[%] 여유, 표준용량 50·100·250·300·400·500[kVA])
구분전등부하동력부하하계부하동계부하
전력 [kW]13023013070
수용률 [%]70807065
정답 및 해설
하계·동계는 동시 사용하지 않으므로 전력이 큰 하계부하를 기준으로 한다.

P=∑(설비×수용률)부등률×역률×여유율=130×0.7+230×0.8+130×0.71.3×0.85×1.2=397.47 [kVA]P=\dfrac{\sum(\text{설비}\times\text{수용률})}{\text{부등률}\times\text{역률}}\times\text{여유율}=\dfrac{130\times0.7+230\times0.8+130\times0.7}{1.3\times0.85}\times1.2=397.47\,[\mathrm{kVA}]

답 : 표준용량 400 [kVA] 선정


[해설]

하계·동계부하는 동시에 걸리지 않으므로 둘 중 전력이 큰 하계부하를 기준으로 잡고, 전등·동력·하계부하의 최대수요전력 합을 부등률·역률로 나눈 뒤 여유율을 곱해 변압기 용량을 정한다.

최대수요전력 합을 부등률 1.3으로 나눠 합성최대전력을 구하고, 다시 역률 0.85로 나눠 피상전력(kVA)으로 바꾼 뒤 20% 여유율(×1.2)을 곱한다.

계산된 397.47[kVA]를 표준용량 중 그 이상인 최소값(400kVA)으로 선정하는 것이 채점 포인트이며, 동계부하까지 합산하면 틀린다.

문제 13
다음 표의 절연내력 시험전압[V]을 빈칸 ①~③에 구하시오.
공칭전압 [V]최대사용전압 [V]접지방식시험전압 [V]
6,6006,900비접지( ① )
13,20013,800중성점 다중접지( ② )
22,90024,000중성점 다중접지( ③ )
정답 및 해설
비접지(7kV 이하) : 최대사용전압 × 1.5
중성점 다중접지(7~25kV) : 최대사용전압 × 0.92

① 6,900×1.5=10,350 [V]6{,}900\times1.5=10{,}350\,[\mathrm{V}]
② 13,800×0.92=12,696 [V]13{,}800\times0.92=12{,}696\,[\mathrm{V}]
③ 24,000×0.92=22,080 [V]24{,}000\times0.92=22{,}080\,[\mathrm{V}]


[해설]

절연내력 시험전압은 공칭전압 구간과 접지방식에 따라 최대사용전압에 정해진 배수를 곱해 구한다.

7[kV] 이하 비접지 계통은 최대사용전압의 1.5배를, 7~25[kV] 중성점 다중접지 계통은 0.92배를 적용하며, 접지방식이 달라지면 배수도 달라진다는 점이 채점 포인트다.

이 배수를 각 최대사용전압(6,900·13,800·24,000[V])에 곱하면 표의 시험전압이 산출된다.

문제 14
그림과 같은 배전선로에서 답하시오. (단, 말단전압 6,600[V] 일정)

(1) 공급점 역률을 90[%]로 개선할 때 콘덴서 용량[kVA]을 구하시오.
(2) 선로 전력손실이 최소가 되는 콘덴서 용량[kVA]을 구하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 공급점 전류 (중간부하 pf 0.8, 말단부하 pf 0.6)
I=(80+60)2+(60+80)2=197.99 [A]I=\sqrt{(80+60)^2+(60+80)^2}=197.99\,[\mathrm{A}]
공급점 역률 cos⁡θ=140197.99=0.7071\cos\theta=\dfrac{140}{197.99}=0.7071
부하전력 P=3 VIcos⁡θ=3×6,600×140×10−3=1,600.41 [kW]P=\sqrt{3}\,VI\cos\theta=\sqrt{3}\times6{,}600\times140\times10^{-3}=1{,}600.41\,[\mathrm{kW}]
콘덴서 용량 QC=P(1−0.707120.7071−1−0.920.9)=825.33 [kVA]Q_C=P\left(\dfrac{\sqrt{1-0.7071^2}}{0.7071}-\dfrac{\sqrt{1-0.9^2}}{0.9}\right)=825.33\,[\mathrm{kVA}]
답 : 825.33 [kVA]

(2) 콘덴서를 말단에 두므로 두 급전구간 무효전류 (140−Ic)(140-I_c), (80−Ic)(80-I_c)에 의한 I2RI^2R 손실 합이 최소가 되게 한다.
최적 보상전류 Ic=140+802=110 [A]I_c=\dfrac{140+80}{2}=110\,[\mathrm{A}]
콘덴서 용량 Q=3×6,600×110×10−3=1,257.47 [kVA]Q=\sqrt{3}\times6{,}600\times110\times10^{-3}=1{,}257.47\,[\mathrm{kVA}]
답 : 1,257.47 [kVA]


[해설]

(1)은 공급점에서 두 부하 전류를 벡터 합으로 구해 실제 역률을 계산한 뒤 목표 역률 0.9로 개선하는 데 필요한 콘덴서 용량을 구한 것이고, (2)는 손실이 최소가 되도록 콘덴서를 말단에 설치했을 때의 최적 보상전류를 구한 것이다.

(1)의 콘덴서 용량식 QC=P(tan⁡θ1−tan⁡θ2)Q_C=P(\tan\theta_1-\tan\theta_2)은 개선 전·후 무효전력의 차이이며, P는 유효분 140[A]로 구한 실제 역률(0.7071) 기준의 유효전력을 써야 한다.

(2)는 손실이 I2RI^2R에 비례하므로 각 구간 무효전류의 제곱 합이 최소가 되도록 콘덴서 전류를 두 구간 무효전류의 평균으로 잡는 것이 핵심이며, (1)의 역률 개선 조건과는 별개임을 구분해야 한다.

문제 15
공칭전압 140[kV] 송전선로의 4단자정수가 A=0.9A=0.9, B=j380B=j380, C=j0.5×10−3C=j0.5\times10^{-3}, D=0.9D=0.9이다. 무부하 상태에서 송전단에 154[kV]를 가할 때 답하시오.

(1) ① 수전단 전압[kV] ② 송전단 전류[A]를 구하시오.
(2) 수전단 전압을 140[kV]로 유지하기 위한 조상설비 무효전력 QcQ_c[kVar]를 구하시오.
정답 및 해설
(1) 무부하 → Ir=0I_r=0, 따라서 Vs3=AVr3\dfrac{V_s}{\sqrt{3}}=A\dfrac{V_r}{\sqrt{3}}
① 수전단전압 Vr=VsA=1540.9=171.11 [kV]V_r=\dfrac{V_s}{A}=\dfrac{154}{0.9}=171.11\,[\mathrm{kV}]
② 송전단전류 Is=CVr3=0.5×10−3×171.11×1033=j49.4 [A]I_s=C\dfrac{V_r}{\sqrt{3}}=0.5\times10^{-3}\times\dfrac{171.11\times10^3}{\sqrt{3}}=j49.4\,[\mathrm{A}] (진상)

(2) 1543=0.9×1403+j380 Ic\dfrac{154}{\sqrt{3}}=0.9\times\dfrac{140}{\sqrt{3}}+j380\,I_c → Ic=−j42.54 [A]I_c=-j42.54\,[\mathrm{A}] (지상)
Qc=3 VrIc=3×140×42.54=10,315.4 [kVar]Q_c=\sqrt{3}\,V_rI_c=\sqrt{3}\times140\times42.54=10{,}315.4\,[\mathrm{kVar}]


[해설]

무부하 상태(Ir=0I_r=0)에서는 4단자정수식의 전류항이 사라져 Vs=AVrV_s=AV_r 관계만 남으므로, 송전단전압을 A로 나누면 수전단전압이 바로 나온다(154/0.9=171.11[kV]).

송전단전류는 Is=CVr3I_s=C\dfrac{V_r}{\sqrt{3}}로 남는데, C가 순허수(어드미턴스) 성분이라 전류가 진상(충전전류)으로 나타난다. 무부하인데도 수전단전압이 송전단보다 높아지는 페란티 현상과 같은 맥락이다.

(2)는 수전단전압을 정격 140[kV]로 낮춰 유지하는 데 필요한 조상설비 용량을 B정수(직렬 리액턴스)로 역산한 것으로, 전류가 지상(-j)으로 나온다는 것은 분로리액터로 여분의 충전 무효전력을 흡수해야 한다는 뜻이다.

문제 16
송전단 전압 3,300[V] 변전소에서 5.8[km] 떨어진 역률 0.9(지상), 500[kW] 3상 동력부하에 지중송전선으로 공급한다. 전압강하가 10[%]를 넘지 않도록 심선 굵기를 결정하시오. (단, 고유저항 155 [Ω⋅mm2/m]\dfrac{1}{55}\,[\Omega\cdot\mathrm{mm^2/m}], 정전용량·리액턴스 무시)
심선의 굵기 [mm²]303856586080100150180
허용전류 [A]406090100110120130190220
정답 및 해설
전압강하율 10[%]이므로 수전단전압 VR=VS1+0.1=3,3001.1=3,000 [V]V_R=\dfrac{V_S}{1+0.1}=\dfrac{3{,}300}{1.1}=3{,}000\,[\mathrm{V}]
전압강하 e=3,300−3,000=300 [V]e=3{,}300-3{,}000=300\,[\mathrm{V}]
부하전류 I=P3 Vcos⁡θ=500×1033×3,000×0.9=106.92 [A]I=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}=\dfrac{500\times10^3}{\sqrt{3}\times3{,}000\times0.9}=106.92\,[\mathrm{A}]
리액턴스 무시 시 R=e3 Icos⁡θ=3003×106.92×0.9=1.8 [Ω]R=\dfrac{e}{\sqrt{3}\,I\cos\theta}=\dfrac{300}{\sqrt{3}\times106.92\times0.9}=1.8\,[\Omega]
A=ρlR=155×5,8001.8=58.59 [mm2]A=\rho\dfrac{l}{R}=\dfrac{1}{55}\times\dfrac{5{,}800}{1.8}=58.59\,[\mathrm{mm^2}]
표에서 58.59 [mm2]58.59\,[\mathrm{mm^2}] 이상이면서 허용전류가 부하전류 106.92 [A]106.92\,[\mathrm{A}] 이상인 최소 굵기를 고른다(60[mm²] → 허용전류 110[A]).

답 : 60 [mm²] 선정


[해설]

허용 전압강하율 10[%]로부터 수전단전압과 전압강하를 정하고, 부하전류를 구한 뒤 e=3 IRcos⁡θe=\sqrt3\,IR\cos\theta로 필요한 저항을, 다시 A=ρlRA=\rho\dfrac{l}{R}로 필요한 단면적을 역산해 표에서 조건을 만족하는 굵기를 고른다.

수전단전압은 VR=3,3001.1=3,000 [V]V_R=\dfrac{3{,}300}{1.1}=3{,}000\,[\mathrm{V}]이므로 전압강하가 300[V]이고, 리액턴스를 무시하라는 단서가 있어 X항은 빠진다. 이 조건만으로 요구되는 최소 단면적이 58.59 [mm2]58.59\,[\mathrm{mm^2}]다.

표에서 56·58[mm²]는 계산값 58.59에 못 미쳐 탈락하고, 그 이상인 60[mm²]가 허용전류 110[A]로 부하전류 106.92[A]까지 만족한다. 전압강하 조건과 허용전류 조건을 함께 확인해 최소 규격을 고르는 것이 채점 포인트다.

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총 16문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
고압용 개폐기·차단기·피뢰기 등 동작 시 아크가 생기는 기구는 목재 벽·천장 등 가연성 물체로부터 얼마 이상 이격해야 하는가?
정답 및 해설
1 [m] 이상


[해설]

고압 개폐기·차단기·피뢰기 등 동작 시 아크가 발생하는 기구는 화재 위험 때문에 가연성 부분과 일정 거리를 두어야 한다는 이격거리 기준이다.

아크는 순간적으로 고온이 발생해 가연물에 착화할 수 있으므로, 목재의 벽·천장 등 가연성 물체와는 1[m] 이상 이격해 시설해야 한다.

문제 2
KEC상 발전기를 전로에서 자동 차단해야 하는 경우이다. 빈칸을 채우시오.

나. 용량 ( ① ) 이상 발전기 구동 수차의 압유장치 유압이 현저히 저하한 경우
다. 용량 ( ② ) 이상 발전기 구동 풍차의 압유장치 유압·공기압이 현저히 저하한 경우
라. 용량 ( ③ ) 이상 수차발전기의 스러스트베어링 온도가 현저히 상승한 경우
마. 용량 ( ④ ) 이상 발전기 내부 고장 발생 시
바. 정격출력 ( ⑤ ) 초과 증기터빈의 스러스트베어링이 현저히 마모·온도 상승한 경우
정답 및 해설
① 500 [kVA]
② 100 [kVA]
③ 2,000 [kVA]
④ 10,000 [kVA]
⑤ 10,000 [kW]


[해설]

수차·풍차 발전기, 스러스트베어링, 발전기 내부고장 등 항목별로 정해진 용량 기준값을 채우는 문제다.

유압·공기압 저하는 조속기 등 제어계통 이상으로 이어질 수 있어 500kVA(수차 압유장치)·100kVA(풍차 압유장치) 이상급에서 자동차단이 요구되고, 스러스트베어링 온도상승은 수차발전기 2,000kVA 이상에서 자동차단 대상이 된다.

발전기 내부고장(10,000kVA 이상)과 증기터빈 스러스트베어링 이상(정격출력 10,000kW 초과)은 대용량기 손상 방지를 위한 기준이며, 채점 포인트는 각 항목의 숫자와 단위(kVA/kW)를 혼동하지 않는 것이다.

문제 3
다음 그림은 TN-C-S 계통접지이다. 중성선(N), 보호선(PE), 보호·중성선 겸용선(PEN)을 표시해 도면을 완성하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(완성 도면은 정답 그림 참조)

· 전원측~분리점은 PEN 한 선으로 가고, 좌측 노출도전부는 PEN에 접속.
· 분리점 이후 우측 구간에서 PEN이 PE와 N으로 갈라져 각각 접속.
· 좌측 PEN에 계통접지 시행.

※ 근거: KEC 203.2 TN 계통, 그림 203.2-5(설비의 어느 곳에서 PEN이 PE와 N으로 분리된 3상 4선식 TN-C-S 계통).


[해설]

TN-C-S 계통은 PEN 도체(보호선·중성선 겸용)를 어느 지점까지 함께 쓰다가, 그 이후 구간에서 PE와 N으로 분리하는 방식이라는 원리를 도면에 반영한 것이다.

분리점 이전(전원측)에서는 하나의 PEN 선으로 배선하고 접지도 이 PEN에서 이루어지며, 분리점 이후에는 각각 별도의 PE(보호선)와 N(중성선)으로 나뉘어 접속된다.

채점 포인트는 분리 이후에는 PEN을 다시 하나로 합칠 수 없다는 것과, 노출도전부는 PE(분리 전이면 PEN)에 접속해야 한다는 점이다.

정답 이미지
문제 4

감리원이 공사 시작 전에 설계도서 등에 대하여 현장 시공 중심으로 검토하여야 할 사항 5가지를 쓰시오.

정답 및 해설

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]

「전기공사 감리업무 수행지침」에 따른 착공 전 설계도서 검토 항목이다. 위 5가지 외에 다른 사업 또는 다른 공정과의 상호 부합 여부, 시공상의 예상 문제점 및 대책 등도 검토 대상이므로 함께 정리해 둔다.

빈칸형으로 출제될 때 주로 가려지는 키워드는 시공의 실제 가능, 설계도면, 산출내역서, 설계도서의 누락·오류, 물량내역서 이다.

문제 5
컴퓨터 등 중요 부하에 전원을 공급하는 무정전 전원공급장치(UPS) 계통도이다. (가)~(마)에 들어갈 전기설비 명칭을 쓰시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(가) 자동전압조정기(AVR)
(나) 절체용 개폐기
(다) 정류기(컨버터)
(라) 인버터
(마) 축전지


[해설]

상용전원이 자동전압조정기(AVR)와 절체용 개폐기를 거쳐 부하로 가되, 정전 시에는 축전지의 직류전력을 인버터가 교류로 바꿔 공급하는 무정전 전원공급장치의 구성 흐름을 명칭으로 채운 것이다.

정류기(컨버터)는 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고, 인버터는 그 직류를 다시 교류로 바꿔 부하에 공급하며, 절체용 개폐기는 상용전원과 UPS 출력 사이를 무순단으로 전환한다.

채점 포인트는 각 구성요소의 기능(정류/인버트/축전/절체/전압조정)을 정확히 구분하는 것이다.

문제 6
KEC 지중전선로 시설에 관한 내용이다. 빈칸을 채우시오.

(1) 지중전선로는 케이블을 사용하고 ( ① )·암거식 또는 ( ② )으로 시설해야 한다.
(2) ( ① )으로 시설 시 매설깊이는 ( ③ ) 이상, 중량물 압력 우려가 없는 곳은 0.6[m] 이상으로 한다.
정답 및 해설
(1) ① 관로식
② 직접매설식

(2) ③ 1.0 [m]


[해설]

지중전선로는 케이블을 사용해 관로식·암거식·직접매설식 중 하나로 시설해야 하며, 직접매설식은 매설깊이 기준이 별도로 정해져 있다.

직접매설식은 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소에서는 1.0[m] 이상, 그 우려가 없는 장소에서는 0.6[m] 이상으로 깊이를 확보해야 한다. 채점 포인트는 시설방식 3가지 명칭과 매설깊이 수치를 정확히 구분하는 것이다.

문제 7
한류형 전력퓨즈의 단점을 4가지 쓰시오.
정답 및 해설
① 재투입(재사용) 불가능.
② 과도전류에 용단되기 쉽다.
③ 동작시간–전류특성을 계전기처럼 임의 조정할 수 없다.
④ 차단 시 과전압(이상전압) 발생.
(그 외 : 녹아도 차단 못하는 비차단 전류범위가 있다)


[해설]

한류형 전력퓨즈는 단락전류를 빠르게 억제하는 장점이 있는 대신, 재사용성과 특성 조정 면에서 차단기·계전기 조합보다 제약이 크다는 점이 단점으로 요구된다.

퓨즈는 용단되면 스스로 복구할 수 없어 재투입(재사용)이 불가능하고, 순간적인 과도전류에도 오동작(용단)하기 쉬워 신뢰성 확보가 어렵다.

또한 계전기처럼 동작시간-전류 특성을 임의로 조정할 수 없고, 큰 전류를 급격히 차단하는 과정에서 과전압(이상전압)이 발생할 수 있다. 이 외에 비차단전류 영역이 존재한다는 점도 함께 알아두면 좋다.

문제 8
스폿네트워크 수전방식의 장점(특징) 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 배전선 1회선 또는 변압기 1대 고장 시에도 무정전 공급 가능.
② 배전선 정지·복구 시 변압기 1차측 차단기의 개방·투입이 자동으로 이루어진다.
③ 부하 증가에 대한 적응성(공급 신뢰도·탄력성)이 우수하다.


[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.

문제 9

전기설비의 방폭구조를 구조에 따라 분류한 종류 5가지를 쓰시오.

정답 및 해설

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


[해설]

내압 방폭구조는 용기 내부의 폭발압력에 견디고 화염이 외부 폭발성 가스로 전파되지 않도록 한 구조, 압력 방폭구조는 용기 내부에 보호기체를 넣어 외부 폭발성 가스의 침입을 막는 구조, 유입 방폭구조는 아크·불꽃이 발생하는 부분을 기름 속에 넣어 점화를 방지하는 구조이다.

안전증 방폭구조는 정상 운전 중 아크·과열이 생기지 않도록 기계적·전기적 안전도를 높인 구조, 본질안전 방폭구조는 정상 시 및 사고 시 발생하는 불꽃·열이 점화원이 되지 않음을 시험으로 확인한 구조이다.

이 밖에 충전(充塡)·몰드·비점화 방폭구조 등이 있으며, 3가지·4가지를 요구하는 문제도 위 순서대로 답하면 된다.

문제 10
다음 심벌의 명칭과 용도를 쓰시오.

(1) 명칭
(2) 용도
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 영상변류기(ZCT)
(2) 지락(영상)전류 검출


[해설]

이 심벌은 영상변류기(ZCT)로, 3상 전류의 벡터합(영상분)을 검출해 지락사고를 감지하는 데 쓰인다.

정상 상태에서는 3상 전류의 벡터합이 0이지만 지락(누전)이 발생하면 영상전류가 흘러 ZCT 2차 측에 신호가 나타나며, 이를 지락(영상)전류 검출용으로 접지계전기(SGR·GR)와 조합해 사용한다.

문제 11
한류저항기의 설치목적 2가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 선택지락계전기(SGR)·방향지락계전기(DGR) 동작에 필요한 유효전류를 만든다.
② 제3고조파 전압 발생 방지.
(그 외 : 중성점 불안정 등 이상현상 억제)


[해설]

한류저항기(CLR)는 비접지 계통에서 접지형 계기용변압기(GPT) 3차 개방델타 회로에 접속되어, 지락 시 계전기가 검출할 수 있는 크기·위상의 전류를 만들어 주기 위해 설치된다.

지락전류가 작거나 무효분 위주면 선택지락계전기(SGR)·방향지락계전기(DGR)가 동작에 필요한 유효전류를 얻지 못하므로, 한류저항기로 유효전류를 확보해 동작을 확실하게 한다.

아울러 이 저항이 감쇠 역할을 해 제3고조파 전압 발생을 억제하고 중성점 불안정 등 이상현상을 줄이는 효과도 있다.

문제 12
전등·동력·하계·동계 부하가 표와 같다. 역률 0.85, 부등률 1.3일 때 변압기 용량을 구하시오. (단, 변압기 용량 20[%] 여유, 표준용량 50·100·250·300·400·500[kVA])
구분전등부하동력부하하계부하동계부하
전력 [kW]13023013070
수용률 [%]70807065
정답 및 해설
하계·동계는 동시 사용하지 않으므로 전력이 큰 하계부하를 기준으로 한다.

P=∑(설비×수용률)부등률×역률×여유율=130×0.7+230×0.8+130×0.71.3×0.85×1.2=397.47 [kVA]P=\dfrac{\sum(\text{설비}\times\text{수용률})}{\text{부등률}\times\text{역률}}\times\text{여유율}=\dfrac{130\times0.7+230\times0.8+130\times0.7}{1.3\times0.85}\times1.2=397.47\,[\mathrm{kVA}]

답 : 표준용량 400 [kVA] 선정


[해설]

하계·동계부하는 동시에 걸리지 않으므로 둘 중 전력이 큰 하계부하를 기준으로 잡고, 전등·동력·하계부하의 최대수요전력 합을 부등률·역률로 나눈 뒤 여유율을 곱해 변압기 용량을 정한다.

최대수요전력 합을 부등률 1.3으로 나눠 합성최대전력을 구하고, 다시 역률 0.85로 나눠 피상전력(kVA)으로 바꾼 뒤 20% 여유율(×1.2)을 곱한다.

계산된 397.47[kVA]를 표준용량 중 그 이상인 최소값(400kVA)으로 선정하는 것이 채점 포인트이며, 동계부하까지 합산하면 틀린다.

문제 13
다음 표의 절연내력 시험전압[V]을 빈칸 ①~③에 구하시오.
공칭전압 [V]최대사용전압 [V]접지방식시험전압 [V]
6,6006,900비접지( ① )
13,20013,800중성점 다중접지( ② )
22,90024,000중성점 다중접지( ③ )
정답 및 해설
비접지(7kV 이하) : 최대사용전압 × 1.5
중성점 다중접지(7~25kV) : 최대사용전압 × 0.92

① 6,900×1.5=10,350 [V]6{,}900\times1.5=10{,}350\,[\mathrm{V}]
② 13,800×0.92=12,696 [V]13{,}800\times0.92=12{,}696\,[\mathrm{V}]
③ 24,000×0.92=22,080 [V]24{,}000\times0.92=22{,}080\,[\mathrm{V}]


[해설]

절연내력 시험전압은 공칭전압 구간과 접지방식에 따라 최대사용전압에 정해진 배수를 곱해 구한다.

7[kV] 이하 비접지 계통은 최대사용전압의 1.5배를, 7~25[kV] 중성점 다중접지 계통은 0.92배를 적용하며, 접지방식이 달라지면 배수도 달라진다는 점이 채점 포인트다.

이 배수를 각 최대사용전압(6,900·13,800·24,000[V])에 곱하면 표의 시험전압이 산출된다.

문제 14
그림과 같은 배전선로에서 답하시오. (단, 말단전압 6,600[V] 일정)

(1) 공급점 역률을 90[%]로 개선할 때 콘덴서 용량[kVA]을 구하시오.
(2) 선로 전력손실이 최소가 되는 콘덴서 용량[kVA]을 구하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 공급점 전류 (중간부하 pf 0.8, 말단부하 pf 0.6)
I=(80+60)2+(60+80)2=197.99 [A]I=\sqrt{(80+60)^2+(60+80)^2}=197.99\,[\mathrm{A}]
공급점 역률 cos⁡θ=140197.99=0.7071\cos\theta=\dfrac{140}{197.99}=0.7071
부하전력 P=3 VIcos⁡θ=3×6,600×140×10−3=1,600.41 [kW]P=\sqrt{3}\,VI\cos\theta=\sqrt{3}\times6{,}600\times140\times10^{-3}=1{,}600.41\,[\mathrm{kW}]
콘덴서 용량 QC=P(1−0.707120.7071−1−0.920.9)=825.33 [kVA]Q_C=P\left(\dfrac{\sqrt{1-0.7071^2}}{0.7071}-\dfrac{\sqrt{1-0.9^2}}{0.9}\right)=825.33\,[\mathrm{kVA}]
답 : 825.33 [kVA]

(2) 콘덴서를 말단에 두므로 두 급전구간 무효전류 (140−Ic)(140-I_c), (80−Ic)(80-I_c)에 의한 I2RI^2R 손실 합이 최소가 되게 한다.
최적 보상전류 Ic=140+802=110 [A]I_c=\dfrac{140+80}{2}=110\,[\mathrm{A}]
콘덴서 용량 Q=3×6,600×110×10−3=1,257.47 [kVA]Q=\sqrt{3}\times6{,}600\times110\times10^{-3}=1{,}257.47\,[\mathrm{kVA}]
답 : 1,257.47 [kVA]


[해설]

(1)은 공급점에서 두 부하 전류를 벡터 합으로 구해 실제 역률을 계산한 뒤 목표 역률 0.9로 개선하는 데 필요한 콘덴서 용량을 구한 것이고, (2)는 손실이 최소가 되도록 콘덴서를 말단에 설치했을 때의 최적 보상전류를 구한 것이다.

(1)의 콘덴서 용량식 QC=P(tan⁡θ1−tan⁡θ2)Q_C=P(\tan\theta_1-\tan\theta_2)은 개선 전·후 무효전력의 차이이며, P는 유효분 140[A]로 구한 실제 역률(0.7071) 기준의 유효전력을 써야 한다.

(2)는 손실이 I2RI^2R에 비례하므로 각 구간 무효전류의 제곱 합이 최소가 되도록 콘덴서 전류를 두 구간 무효전류의 평균으로 잡는 것이 핵심이며, (1)의 역률 개선 조건과는 별개임을 구분해야 한다.

문제 15
공칭전압 140[kV] 송전선로의 4단자정수가 A=0.9A=0.9, B=j380B=j380, C=j0.5×10−3C=j0.5\times10^{-3}, D=0.9D=0.9이다. 무부하 상태에서 송전단에 154[kV]를 가할 때 답하시오.

(1) ① 수전단 전압[kV] ② 송전단 전류[A]를 구하시오.
(2) 수전단 전압을 140[kV]로 유지하기 위한 조상설비 무효전력 QcQ_c[kVar]를 구하시오.
정답 및 해설
(1) 무부하 → Ir=0I_r=0, 따라서 Vs3=AVr3\dfrac{V_s}{\sqrt{3}}=A\dfrac{V_r}{\sqrt{3}}
① 수전단전압 Vr=VsA=1540.9=171.11 [kV]V_r=\dfrac{V_s}{A}=\dfrac{154}{0.9}=171.11\,[\mathrm{kV}]
② 송전단전류 Is=CVr3=0.5×10−3×171.11×1033=j49.4 [A]I_s=C\dfrac{V_r}{\sqrt{3}}=0.5\times10^{-3}\times\dfrac{171.11\times10^3}{\sqrt{3}}=j49.4\,[\mathrm{A}] (진상)

(2) 1543=0.9×1403+j380 Ic\dfrac{154}{\sqrt{3}}=0.9\times\dfrac{140}{\sqrt{3}}+j380\,I_c → Ic=−j42.54 [A]I_c=-j42.54\,[\mathrm{A}] (지상)
Qc=3 VrIc=3×140×42.54=10,315.4 [kVar]Q_c=\sqrt{3}\,V_rI_c=\sqrt{3}\times140\times42.54=10{,}315.4\,[\mathrm{kVar}]


[해설]

무부하 상태(Ir=0I_r=0)에서는 4단자정수식의 전류항이 사라져 Vs=AVrV_s=AV_r 관계만 남으므로, 송전단전압을 A로 나누면 수전단전압이 바로 나온다(154/0.9=171.11[kV]).

송전단전류는 Is=CVr3I_s=C\dfrac{V_r}{\sqrt{3}}로 남는데, C가 순허수(어드미턴스) 성분이라 전류가 진상(충전전류)으로 나타난다. 무부하인데도 수전단전압이 송전단보다 높아지는 페란티 현상과 같은 맥락이다.

(2)는 수전단전압을 정격 140[kV]로 낮춰 유지하는 데 필요한 조상설비 용량을 B정수(직렬 리액턴스)로 역산한 것으로, 전류가 지상(-j)으로 나온다는 것은 분로리액터로 여분의 충전 무효전력을 흡수해야 한다는 뜻이다.

문제 16
송전단 전압 3,300[V] 변전소에서 5.8[km] 떨어진 역률 0.9(지상), 500[kW] 3상 동력부하에 지중송전선으로 공급한다. 전압강하가 10[%]를 넘지 않도록 심선 굵기를 결정하시오. (단, 고유저항 155 [Ω⋅mm2/m]\dfrac{1}{55}\,[\Omega\cdot\mathrm{mm^2/m}], 정전용량·리액턴스 무시)
심선의 굵기 [mm²]303856586080100150180
허용전류 [A]406090100110120130190220
정답 및 해설
전압강하율 10[%]이므로 수전단전압 VR=VS1+0.1=3,3001.1=3,000 [V]V_R=\dfrac{V_S}{1+0.1}=\dfrac{3{,}300}{1.1}=3{,}000\,[\mathrm{V}]
전압강하 e=3,300−3,000=300 [V]e=3{,}300-3{,}000=300\,[\mathrm{V}]
부하전류 I=P3 Vcos⁡θ=500×1033×3,000×0.9=106.92 [A]I=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}=\dfrac{500\times10^3}{\sqrt{3}\times3{,}000\times0.9}=106.92\,[\mathrm{A}]
리액턴스 무시 시 R=e3 Icos⁡θ=3003×106.92×0.9=1.8 [Ω]R=\dfrac{e}{\sqrt{3}\,I\cos\theta}=\dfrac{300}{\sqrt{3}\times106.92\times0.9}=1.8\,[\Omega]
A=ρlR=155×5,8001.8=58.59 [mm2]A=\rho\dfrac{l}{R}=\dfrac{1}{55}\times\dfrac{5{,}800}{1.8}=58.59\,[\mathrm{mm^2}]
표에서 58.59 [mm2]58.59\,[\mathrm{mm^2}] 이상이면서 허용전류가 부하전류 106.92 [A]106.92\,[\mathrm{A}] 이상인 최소 굵기를 고른다(60[mm²] → 허용전류 110[A]).

답 : 60 [mm²] 선정


[해설]

허용 전압강하율 10[%]로부터 수전단전압과 전압강하를 정하고, 부하전류를 구한 뒤 e=3 IRcos⁡θe=\sqrt3\,IR\cos\theta로 필요한 저항을, 다시 A=ρlRA=\rho\dfrac{l}{R}로 필요한 단면적을 역산해 표에서 조건을 만족하는 굵기를 고른다.

수전단전압은 VR=3,3001.1=3,000 [V]V_R=\dfrac{3{,}300}{1.1}=3{,}000\,[\mathrm{V}]이므로 전압강하가 300[V]이고, 리액턴스를 무시하라는 단서가 있어 X항은 빠진다. 이 조건만으로 요구되는 최소 단면적이 58.59 [mm2]58.59\,[\mathrm{mm^2}]다.

표에서 56·58[mm²]는 계산값 58.59에 못 미쳐 탈락하고, 그 이상인 60[mm²]가 허용전류 110[A]로 부하전류 106.92[A]까지 만족한다. 전압강하 조건과 허용전류 조건을 함께 확인해 최소 규격을 고르는 것이 채점 포인트다.