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전기기사 실기 2024년 2회 기출유형문제

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전기기사 실기 2024년 2회 기출유형문제

총 17문항 · 주관식 · 정답·해설 포함

문제 1

다음 설명에 해당하는 기기의 명칭을 쓰시오.

(1) 가공 배전선로 사고는 대부분 조류·수목 접촉, 강풍·낙뢰에 의한 플래시오버이다. 사고 시 고장구간을 차단해 아크를 끈 뒤 곧바로 재투입하는 개폐장치.

(2) 책임분계점에서 보수·점검 시 전로를 개폐하는 기기로, 개방은 무부하 상태에서 한다.

정답 및 해설

(1) 리클로저(R/C)

(2) 선로개폐기(LS)

[해설]

리클로저(R/C)는 고장전류를 차단한 뒤 정해진 시간이 지나면 자동으로 재투입하는 개폐장치다. 가공선 사고는 조류·수목 접촉 같은 일시적 플래시오버가 대부분이라, 다시 투입하면 곧 복구된다.

선로개폐기(LS)는 책임분계점에서 보수·점검할 때 전로를 끊어 두는 기기다. 부하전류를 차단할 능력이 없어서 반드시 무부하 상태에서 개방한다.

혼동 주의: 부하전류까지 개폐할 수 있는 것은 부하개폐기(LBS)이고, 고장전류까지 끊는 것은 차단기(CB)다.

문제 2

KEC 용어 정의의 빈칸을 채우시오.

· PEN 도체 : ( ① ) 회로의 ( ② ) 겸용보호도체
· PEL 도체 : ( ③ ) 회로의 ( ④ ) 겸용보호도체

정답 및 해설

① 교류
② 중성선
③ 직류
④ 선도체

[해설]

KEC 용어 정의에서 겸용보호도체는 보호도체(PE) 기능과 다른 도체 기능을 한 선으로 합친 도체다.

PEN 도체 — 교류 회로에서 중성선(N)과 보호도체를 겸용한다.
PEL 도체 — 직류 회로에서 선도체(L)와 보호도체를 겸용한다.

외우는 요령: PE 뒤의 글자가 겸용 대상이다(N=중성선, L=선도체). 직류 회로에서 중간선을 겸용하는 도체는 PEM 도체다.

문제 3

전류계붙이 개폐기의 다음 기호 뜻을 쓰시오.

(1) 3P50
(2) f20A
(3) A5

정답 및 해설

(1) 3극 50[A]
(2) 퓨즈 정격 20[A]
(3) 전류계(정격전류) 5[A]

[해설]

개폐기 명판 기호는 극수·정격전류·부속기기(퓨즈·전류계) 정격을 축약해 표기한 것이다.

3P50은 3극(3P) 개폐기이며 정격전류 50[A]임을, f20A는 내장 퓨즈의 정격이 20[A]임을, A5는 부착된 전류계의 정격전류가 5[A]임을 나타낸다.

문제 4

다음 논리식을 유접점회로로 그리시오. (각 접점에 식별 문자 표기)

L=(\overline{X}+Y+\overline{Z})(X+\overline{Y}+\overline{Z})

정답 및 해설

(유접점회로는 정답 그림 참조)

· 앞 OR군

(\overline{X}+Y+\overline{Z})

: X(b)·Y(a)·Z(b) 접점 병렬
· 뒤 OR군

(X+\overline{Y}+\overline{Z})

: X(a)·Y(b)·Z(b) 접점 병렬

두 OR군을 직렬 연결하고 끝에 램프 L을 단다.

[해설]

유접점 변환 규칙은 OR(+)=병렬, AND(곱)=직렬, 바(bar)가 붙은 문자=b접점이다.

앞 괄호는 X의 b접점, Y의 a접점, Z의 b접점을 병렬로 묶는다.
뒤 괄호는 X의 a접점, Y의 b접점, Z의 b접점을 병렬로 묶는다.

두 병렬 묶음은 곱으로 이어져 있으니 직렬로 연결하고 끝에 램프 L을 단다. a접점은 평상시 열림, b접점은 평상시 닫힘이며, 각 접점에 문자와 a·b 구분을 꼭 적는다.

문제 5

발전기·변압기 증설이나 송전선 신·증설로 단락·지락전류가 늘면 기기 손상과 통신유도장해가 커진다. 단락용량 저감 대책 3가지를 쓰시오.

정답 및 해설

① 계통(모선) 분리 운용
② 한류리액터 설치
③ 고임피던스 변압기 채용

(그 외 : 한류퓨즈 백업차단, 직류연계, 계통전압 격상)

[해설]

단락용량 저감대책은 계통을 여러 구간으로 나누거나 임피던스를 인위적으로 늘려 사고 시 흐르는 단락전류 자체를 줄이는 방향으로 이루어진다.

모선(계통) 분리 운용은 병렬 연결된 전원·모선을 나눠 한 계통의 단락전류가 다른 계통까지 합쳐지지 않게 하고, 한류리액터는 직렬로 리액턴스를 추가해 단락전류를 직접 억제한다.

고임피던스 변압기를 채용하면 변압기 자체의 %임피던스가 커져 그만큼 단락전류가 줄어들며, 이 외에 한류퓨즈·직류연계 등도 같은 목적의 대책이다.

문제 6

중성점 직접접지방식의 장점과 단점을 각각 3가지씩 쓰시오.

정답 및 해설

[장점]
① 1선 지락 시 전위상승(이상전압)이 낮음
② 지락전류가 커 보호계전기 동작이 확실
③ 선로·기기의 절연레벨을 낮출 수 있음

[단점]
① 큰 지락전류로 통신선 유도장해가 큼
② 큰 지락전류로 기기에 기계적 충격
③ 과도안정도가 나쁨

[해설]

중성점 직접접지는 중성점을 임피던스 없이 대지에 연결하므로 1선 지락 때 지락전류가 매우 크다. 장점과 단점이 모두 이 큰 지락전류에서 나온다.

전위상승 억제 — 건전상 대지전압이 거의 오르지 않아 이상전압이 낮다.
보호계전기 동작 확실 — 지락전류가 커서 고장을 검출하기 쉽다.
절연레벨 저감 — 이상전압이 낮으니 선로·기기 절연을 낮춰 설비비를 줄인다.
통신선 유도장해 — 큰 지락전류가 인접 통신선에 전자유도 전압을 일으킨다.
기계적 충격 — 큰 고장전류가 기기에 전자력 충격을 준다.
과도안정도 저하 — 지락 시 계통 전압·전력 변동이 커서 안정도가 나빠진다.

혼동 주의: 비접지·소호리액터접지는 반대로 지락전류가 작아 유도장해는 적지만 이상전압이 높다.

문제 7

다음 PLC 명령어 프로그램의 래더 다이어그램을 완성하시오.

차례	명령어	번지	차례	명령어	번지
1	STR	P00	5	AND STR	-
2	OR	P01	6	AND NOT	P04
3	STR NOT	P02	7	OUT	P10
4	OR	P03	-	-	-

정답 및 해설

(래더 다이어그램은 정답 그림 참조)

(P00 ∥ P01) → (P02̄ ∥ P03) → P04̄ 를 직렬, 끝에 출력 P10.

즉

P10=(P00+P01)\cdot(\overline{P02}+P03)\cdot\overline{P04}

[해설]

STR은 새 회로 블록을 시작하는 명령이고, AND STR은 앞서 만든 두 블록을 직렬로 묶는 명령이다.

STR P00·OR P01 — P00과 P01 a접점을 병렬로 연결한 첫째 블록.
STR NOT P02·OR P03 — P02 b접점과 P03 a접점을 병렬로 연결한 둘째 블록.
AND STR — 두 병렬 블록을 직렬로 연결.
AND NOT P04·OUT P10 — P04 b접점을 직렬로 넣고 끝에 출력 P10을 연결.

논리식은 P10 = (P00 + P01)·(P02̄ + P03)·P04̄ 이다. 혼동 주의: 두 블록을 병렬로 묶는 명령은 OR STR이다.

문제 8

고휘도 방전램프(HID Lamp)의 종류 3가지를 쓰시오.

정답 및 해설

① 고압 수은등
② 고압 나트륨등
③ 메탈할라이드등

[해설]

고휘도 방전램프(HID)는 고압 금속 증기 속 아크 방전으로 빛을 내는 램프다. 효율과 휘도가 높아 도로·체육관 같은 대공간 조명에 쓴다.

고압 수은등 — 수은 증기가 방전해 청백색 빛을 낸다.
고압 나트륨등 — 나트륨 증기가 방전해 황백색 빛을 내며, 셋 중 효율이 가장 높다.
메탈할라이드등 — 수은등에 금속 할로겐화물을 넣어 연색성을 높였다.

혼동 주의: 저압 나트륨등과 형광등은 저압 방전램프라 HID에 들지 않는다.

문제 9

송전단 6,600[V] 배전선로에서 수전단 전압을 6,300[V]로 유지하려 한다. 부하전력 2,000[kW], 역률 0.8, 선로 길이 3[km]일 때 알맞은 경동선 굵기[mm²]를 공칭단면적으로 정하시오. (인덕턴스·정전용량 무시, 고유저항

\dfrac{1}{55}\,[\Omega\cdot\mathrm{mm^2/m}]

)

공칭단면적 [mm²]	1.5	2.5	4	6	10	16	25	35	50	70	95	120

정답 및 해설

전압강하

e=6{,}600-6{,}300=300\,[\mathrm{V}]

부하전류

I=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}=\dfrac{2{,}000\times10^3}{\sqrt{3}\times6{,}300\times0.8}=229.11\,[\mathrm{A}]

리액턴스 무시 시

e=\sqrt{3}\,IR\cos\theta

이므로

R=\dfrac{e}{\sqrt{3}\,I\cos\theta}=\dfrac{300}{\sqrt{3}\times229.11\times0.8}=0.945\,[\Omega]

A=\rho\dfrac{l}{R}=\dfrac{1}{55}\times\dfrac{3{,}000}{0.945}=57.72\,[\mathrm{mm^2}]

답 : 70 [mm²] 선정

[해설]

리액턴스를 무시한 3상 전압강하식으로 허용 저항을 구하고, A = ρl/R로 필요한 단면적을 거꾸로 계산한다.

e = 6,600 − 6,300 = 300 V
I = 2,000×10³ ÷ (√3 × 6,300 × 0.8) = 229.11 A
e = √3·I·R·cosθ 에서 R = 300 ÷ (√3 × 229.11 × 0.8) = 0.945 Ω
A = (1/55) × 3,000 ÷ 0.945 = 57.72 mm²

50 mm²로는 저항이 커져 전압강하가 300 V를 넘는다. 그래서 57.72 mm² 이상인 공칭단면적 가운데 가장 작은 70 mm²를 고른다.

문제 10

접지에 관한 다음 물음에 답하시오.

(1) 피뢰기 접지공사 후 보조접지 2개(A, B)로 측정하니 본접지~A = 86[Ω], A~B = 156[Ω], B~본접지 = 80[Ω]였다. 피뢰기 접지저항을 구하시오.

(2) 표의 정의에 맞는 용어를 보기에서 골라 쓰시오.
【보기】 접지도체, 보호도체, 접지시스템, 내부피뢰시스템, 계통접지, 보호접지

구분	용어	정의
①	( )	계통·설비 또는 기기의 한 점과 접지극 사이의 도전성 경로(또는 그 일부)가 되는 도체
②	( )	고장 시 감전에 대한 보호를 목적으로 기기의 한 점 또는 여러 점을 접지하는 것
③	( )	기기나 계통을 개별적 또는 공통으로 접지하기 위하여 필요한 접속 및 장치로 구성된 설비

정답 및 해설

(1)

R_x=\dfrac{1}{2}(R_{xa}+R_{bx}-R_{ab})=\dfrac{1}{2}(86+80-156)=5\,[\Omega]

답 : 5 [Ω]

(2) ① 접지도체
② 보호접지
③ 접지시스템

[해설]

보조접지 2개로 세 구간을 재는 콜라우시 브리지 3극법은 세 식을 연립해 본접지 저항만 따로 분리한다.
$R_x=\dfrac{1}{2}(R_{xa}+R_{bx}-R_{ab})$
$=\dfrac{1}{2}(86+80-156)=5\,[\Omega]$

용어는 KEC 용어 정의에서 나온다.

접지도체 — 기기의 한 점과 접지극을 잇는 도전성 경로가 되는 도체 자체.
보호접지 — 고장 시 감전을 막는 것이 목적인 접지.
접지시스템 — 접지에 필요한 접속과 장치 전체로 이루어진 설비.

혼동 주의: 보호도체는 감전 보호용 도체를 말하고, 계통접지는 전력계통의 중성점 등을 접지하는 것이다.

문제 11

가로 10[m], 세로 16[m], 천장높이 3.85[m], 작업면높이 0.85[m]인 사무실에 천장직부 형광등 F40×2를 설치한다.

(1) 실지수를 구하시오.

(2) 작업면 조도 300[lx], F40×2 1등기구 광속 3,150[lm], 보수율 70[%], 조명률 60[%]일 때 필요한 등기구 수[개]를 구하시오.

정답 및 해설

(1) 실지수

RI=\dfrac{XY}{H(X+Y)}=\dfrac{10\times16}{(3.85-0.85)(10+16)}=2.05

답 : 2.05

(2)

N=\dfrac{EAD}{FU}=\dfrac{300\times(10\times16)}{3{,}150\times0.6\times0.7}=36.28

답 : 37 [개]

[해설]

실지수는 RI = XY / H(X+Y)로, 필요한 등기구 수는 광속법 N = EAD / FU로 구한다.

실지수 계산 — 광원 높이 H = 3.85 − 0.85 = 3.0 m
RI = (10 × 16) ÷ (3.0 × (10 + 16)) = 2.05

등기구 수 계산 — 감광보상률 D = 1 ÷ 0.7
N = 300 × 160 ÷ (3,150 × 0.6 × 0.7) = 36.28
소수점은 올림해 37개

혼동 주의: H는 천장높이가 아니라 작업면에서 광원까지의 높이다. 보수율은 분모에 곱하고, 그 역수인 감광보상률은 분자에 곱한다.

문제 12

그림의 환상 직류 배전선로에서 각 구간 왕복저항은 0.1[Ω], 급전점 A 전압은 100[V], 부하점 B·D의 부하전류는 각각 30[A], 50[A]이다. 부하점 B의 전압[V]을 구하시오.

정답 및 해설

A→B 전류를

I_1

, A→D 전류를

I_2

로 두고 키르히호프 전압법칙을 적용하면

0.1I_1+0.1(I_1-30)+0.1(I_1-30)-0.1I_2=0

→

0.3I_1-0.1I_2=6

전류 분배

I_1+I_2=30+50=80\,[\mathrm{A}]

연립 :

0.4I_1=14

→

I_1=35\,[\mathrm{A}]

I_2=45\,[\mathrm{A}]

B점 전압

V_B=V_A-I_1R=100-35\times0.1=96.5\,[\mathrm{V}]

답 : 96.5 [V]

[해설]

환상 선로는 급전점 A에서 전류가 두 방향으로 나뉘는 폐로이다. 그래서 키르히호프 전압법칙(한 바퀴 전압강하 합 = 0)과 전류 분배식을 연립한다.

A→B 전류를 I₁, A→D 전류를 I₂라 하면, B에서 30[A]가 빠지므로 B→C→D 구간에는 I₁−30이 흐른다.
$0.1I_1+0.1(I_1-30)+0.1(I_1-30)-0.1I_2=0\;\rightarrow\;0.3I_1-0.1I_2=6$

A에서 나가는 전류의 합은 두 부하전류의 합과 같다.
$I_1+I_2=30+50=80\,[\mathrm{A}]$
$0.4I_1=14\;\rightarrow\;I_1=35\,[\mathrm{A}],\ I_2=45\,[\mathrm{A}]$

B점 전압은 A~B 구간의 전압강하만 빼면 된다.
$V_B=100-35\times0.1=96.5\,[\mathrm{V}]$

혼동 주의: D→A 구간은 I₂가 루프를 도는 방향과 반대로 흐르므로 음(−)의 부호로 넣는다.

문제 13

3상 3선식 3,000[V], 200[kVA] 배전선로 전압을 3,100[V]로 올리기 위해 단상변압기 3대를 그림처럼 접속하였다. (변압기 손실 무시)

(1) 승압에 필요한 변압기 2차전압[V]을 구하시오.

(2) 변압기(자기) 용량[kVA]을 구하시오.

정답 및 해설

(1)

e_2=\sqrt{\dfrac{4V_2^2-V_1^2}{12}}-\dfrac{V_1}{2}=\sqrt{\dfrac{4\times3{,}100^2-3{,}000^2}{12}}-\dfrac{3{,}000}{2}=66.31\,[\mathrm{V}]

답 : 2차전압 66.31 [V] (1차전압 3,000 [V])

(2) 자기용량

=\text{부하용량}\times\dfrac{3e_2}{\sqrt{3}\,V_2}=200\times\dfrac{3\times66.31}{\sqrt{3}\times3{,}100}=7.41\,[\mathrm{kVA}]

답 : 7.41 [kVA]

[해설]

그림처럼 각 변압기의 1차는 선간에, 2차는 선로에 직렬로 넣어 승압분만큼만 전압을 더하는 승압기 결선이다. 그래서 2차전압은 3,100[V] 전체가 아니라 직렬로 더해지는 승압분 $e_2$ 다.

승압 전후 선간전압의 벡터 관계에서 2차전압을 구한다.
$e_2=\sqrt{\dfrac{4V_2^2-V_1^2}{12}}-\dfrac{V_1}{2}$
$=\sqrt{\dfrac{4\times3{,}100^2-3{,}000^2}{12}}-\dfrac{3{,}000}{2}$
$=66.31\,[\mathrm{V}]$

자기용량은 부하용량에 승압분 비율을 곱한 값이다.
$\text{자기용량}=\text{부하용량}\times\dfrac{3e_2}{\sqrt{3}\,V_2}$
$=200\times\dfrac{3\times66.31}{\sqrt{3}\times3{,}100}$
$=7.41\,[\mathrm{kVA}]$

혼동 주의: 자기용량 7.41[kVA]는 변압기 자체가 부담하는 용량이다. 부하용량 200[kVA]와 헷갈리지 않도록, 승압분이 작을수록 자기용량 ≪ 부하용량이 된다고 기억한다.

문제 14

연동선 코일 저항이 0[℃]에서 4,000[Ω]이었다. 통전으로 온도가 올라 저항이 4,500[Ω]이 되었을 때 연동선의 온도[℃]를 구하시오.

정답 및 해설

0℃ 온도계수

\alpha_0=\dfrac{1}{234.5}

R_T=\{1+\alpha_0(T-t)\}R_t

이므로

4{,}500=\left\{1+\dfrac{1}{234.5}(T-0)\right\}\times4{,}000

T=\left(\dfrac{4{,}500}{4{,}000}-1\right)\times234.5=29.31\,[{}^{\circ}\mathrm{C}]

답 : 29.31 [℃]

[해설]

도체 저항은 온도에 비례해 늘어나며, 연동선의 0℃ 기준 저항온도계수는 $\alpha_0=\dfrac{1}{234.5}$ 이다.

$R_T=\{1+\alpha_0(T-0)\}R_0$
$4{,}500=\left(1+\dfrac{T}{234.5}\right)\times4{,}000$
$T=\left(\dfrac{4{,}500}{4{,}000}-1\right)\times234.5=29.31\,[{}^{\circ}\mathrm{C}]$

혼동 주의: t[℃] 기준 계수는 $\alpha_t=\dfrac{1}{234.5+t}$ 로 기준온도마다 달라지므로 0℃ 기준값인지 먼저 확인한다.

문제 15

그림의 Y결선에 기본파와 제3고조파 전압만 있다. 측정값이 상전압

V_p=150\,[\mathrm{V}]

, 선간전압

V_l=220\,[\mathrm{V}]

일 때 (부하측 전압은 평형)

(1) 제3고조파 전압[V]을 구하시오.

(2) 왜형률을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 선간전압에는 제3고조파가 안 나타나므로

V_l=\sqrt{3}\,V_1

V_1=\dfrac{220}{\sqrt{3}}=127.02\,[\mathrm{V}]

상전압

V_p=\sqrt{V_1^2+V_3^2}

에서

V_3=\sqrt{150^2-127.02^2}=79.79\,[\mathrm{V}]

답 : 79.79 [V]

(2) 왜형률

=\dfrac{V_3}{V_1}\times100=\dfrac{79.79}{127.02}\times100=62.82\,[\%]

[해설]

Y결선에서 제3고조파는 세 상의 위상이 같아서(영상분) 선간전압에서는 서로 상쇄되고 상전압에만 남는다.

그래서 선간전압은 기본파만으로 정해진다.
$V_1=\dfrac{V_l}{\sqrt{3}}=\dfrac{220}{\sqrt{3}}=127.02\,[\mathrm{V}]$

상전압은 기본파와 제3고조파를 실효값으로 합성한 값이다.
$V_p=\sqrt{V_1^2+V_3^2}$
$V_3=\sqrt{150^2-127.02^2}=79.79\,[\mathrm{V}]$

왜형률은 기본파에 대한 고조파 실효값의 비율이다.
$\dfrac{V_3}{V_1}\times100=\dfrac{79.79}{127.02}\times100=62.82\,[\%]$

혼동 주의: 선간전압을 상전압의 √3배(150×√3)로 놓으면 틀린다. 선간전압에서는 제3고조파가 빠지기 때문이다.

문제 16

그림은 변류기를 영상접속하고 잔류회로에 지락계전기 DG를 넣은 것이다. 선로전압 66[kV], 중성점 300[Ω] 저항접지, 변류비 300/5[A], 송전전력 20,000[kW], 역률 0.8(지상)에서 a상에 완전지락이 발생하였다. (정상·역상 임피던스 등은 무시)

(1) 지락계전기 DG에 흐르는 전류[A]
(2) a상 전류계

A_a

의 전류[A]
(3) b상 전류계

A_b

의 전류[A]
(4) c상 전류계

A_c

의 전류[A]

정답 및 해설

지락전류

I_g=\dfrac{V}{\sqrt{3}\,R}=\dfrac{66{,}000}{\sqrt{3}\times300}=127.02\,[\mathrm{A}]

부하전류

I_L=\dfrac{20{,}000}{\sqrt{3}\times66\times0.8}=218.69\,[\mathrm{A}]

(=174.95−j131.22)

(1)

I_{DG}=I_g\times\dfrac{5}{300}=127.02\times\dfrac{5}{300}=2.12\,[\mathrm{A}]

(2)

I_a=\sqrt{(127.02+174.95)^2+131.22^2}=329.25\,[\mathrm{A}]

A_a=329.25\times\dfrac{5}{300}=5.49\,[\mathrm{A}]

(3)

A_b=I_L\times\dfrac{5}{300}=218.69\times\dfrac{5}{300}=3.64\,[\mathrm{A}]

(4)

A_c=I_L\times\dfrac{5}{300}=3.64\,[\mathrm{A}]

[해설]

중성점이 300[Ω] 저항접지이므로 a상 완전지락 시 지락전류는 상전압을 접지저항으로 나눈 값이다. 변류기 2차로는 변류비 300/5를 곱해 환산한다.

지락전류와 부하전류를 먼저 구한다.
$I_g=\dfrac{66{,}000}{\sqrt{3}\times300}=127.02\,[\mathrm{A}]$
$I_L=\dfrac{20{,}000}{\sqrt{3}\times66\times0.8}=218.69\,[\mathrm{A}]$ (=174.95−j131.22)

DG는 세 CT 2차의 공통 귀로(잔류회로)에 있어 평형 부하전류는 상쇄되고 지락전류분만 흐른다.
$I_{DG}=127.02\times\dfrac{5}{300}=2.12\,[\mathrm{A}]$

a상에는 부하전류에 지락전류가 벡터로 더해진다(지락전류는 유효분과 같은 위상으로 더함).
$I_a=\sqrt{(127.02+174.95)^2+131.22^2}=329.25\,[\mathrm{A}]$
$A_a=329.25\times\dfrac{5}{300}=5.49\,[\mathrm{A}]$

b상·c상은 지락과 무관해 부하전류만 흐른다.
$A_b=A_c=218.69\times\dfrac{5}{300}=3.64\,[\mathrm{A}]$

문제 17

그림처럼 A변전소에서 B변전소로 1회선 송전을 하고 있다. B변전소 차단기 (a)의 차단용량[MVA]을 계산하고, 표의 차단기 정격용량에서 선정하시오. (계통 %임피던스는 10[MVA] 기준, 그림 표시값 사용)

차단기의 정격용량 [MVA]	50	100	200	300	500	750

정답 및 해설

차단기 (a)까지의 합성 %임피던스

\%Z=\%Z_{TS}+\%Z_L=0.7+0.9=1.6\,[\%]

차단용량

P_S=\dfrac{100}{\%Z}P_n=\dfrac{100}{1.6}\times10=625\,[\mathrm{MVA}]

계산값 625[MVA] 이상인 최소 정격용량을 표에서 고르면 750[MVA]
답 : 750 [MVA]

[해설]

차단용량은 고장점까지의 합성 %임피던스로 정한다. 기준용량(10 MVA)이 같으면 직렬 요소의 %Z를 그대로 더한다.

차단기 (a)는 B변전소 인입단에 있어서 전원측 변압기와 송전선로만 거친다.
$\%Z=\%Z_{TS}+\%Z_L=0.7+0.9=1.6\,[\%]$

$P_S=\dfrac{100}{\%Z}P_n=\dfrac{100}{1.6}\times10=625\,[\mathrm{MVA}]$
정격용량은 계산값 이상 중에서 가장 작은 750 MVA를 고른다.

혼동 주의: B변전소의 66/6.6 kV 변압기(%Z_TR=7%)는 (a)보다 부하측에 있어서 합산하지 않는다.

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전기기사 실기 2024년 2회 기출유형문제

총 17문항 · 주관식 · 정답·해설 포함

문제 1

정답 및 해설

(1) 리클로저(R/C)

(2) 선로개폐기(LS)

[해설]

혼동 주의: 부하전류까지 개폐할 수 있는 것은 부하개폐기(LBS)이고, 고장전류까지 끊는 것은 차단기(CB)다.

문제 2

KEC 용어 정의의 빈칸을 채우시오.

· PEN 도체 : ( ① ) 회로의 ( ② ) 겸용보호도체
· PEL 도체 : ( ③ ) 회로의 ( ④ ) 겸용보호도체

정답 및 해설

① 교류
② 중성선
③ 직류
④ 선도체

[해설]

KEC 용어 정의에서 겸용보호도체는 보호도체(PE) 기능과 다른 도체 기능을 한 선으로 합친 도체다.

PEN 도체 — 교류 회로에서 중성선(N)과 보호도체를 겸용한다.
PEL 도체 — 직류 회로에서 선도체(L)와 보호도체를 겸용한다.

외우는 요령: PE 뒤의 글자가 겸용 대상이다(N=중성선, L=선도체). 직류 회로에서 중간선을 겸용하는 도체는 PEM 도체다.

문제 3

전류계붙이 개폐기의 다음 기호 뜻을 쓰시오.

(1) 3P50
(2) f20A
(3) A5

정답 및 해설

(1) 3극 50[A]
(2) 퓨즈 정격 20[A]
(3) 전류계(정격전류) 5[A]

[해설]

개폐기 명판 기호는 극수·정격전류·부속기기(퓨즈·전류계) 정격을 축약해 표기한 것이다.

3P50은 3극(3P) 개폐기이며 정격전류 50[A]임을, f20A는 내장 퓨즈의 정격이 20[A]임을, A5는 부착된 전류계의 정격전류가 5[A]임을 나타낸다.

문제 4

다음 논리식을 유접점회로로 그리시오. (각 접점에 식별 문자 표기)

L=(\overline{X}+Y+\overline{Z})(X+\overline{Y}+\overline{Z})

정답 및 해설

(유접점회로는 정답 그림 참조)

· 앞 OR군

(\overline{X}+Y+\overline{Z})

: X(b)·Y(a)·Z(b) 접점 병렬
· 뒤 OR군

(X+\overline{Y}+\overline{Z})

: X(a)·Y(b)·Z(b) 접점 병렬

두 OR군을 직렬 연결하고 끝에 램프 L을 단다.

[해설]

유접점 변환 규칙은 OR(+)=병렬, AND(곱)=직렬, 바(bar)가 붙은 문자=b접점이다.

앞 괄호는 X의 b접점, Y의 a접점, Z의 b접점을 병렬로 묶는다.
뒤 괄호는 X의 a접점, Y의 b접점, Z의 b접점을 병렬로 묶는다.

문제 5

발전기·변압기 증설이나 송전선 신·증설로 단락·지락전류가 늘면 기기 손상과 통신유도장해가 커진다. 단락용량 저감 대책 3가지를 쓰시오.

정답 및 해설

① 계통(모선) 분리 운용
② 한류리액터 설치
③ 고임피던스 변압기 채용

(그 외 : 한류퓨즈 백업차단, 직류연계, 계통전압 격상)

[해설]

단락용량 저감대책은 계통을 여러 구간으로 나누거나 임피던스를 인위적으로 늘려 사고 시 흐르는 단락전류 자체를 줄이는 방향으로 이루어진다.

문제 6

중성점 직접접지방식의 장점과 단점을 각각 3가지씩 쓰시오.

정답 및 해설

[해설]

전위상승 억제 — 건전상 대지전압이 거의 오르지 않아 이상전압이 낮다.
보호계전기 동작 확실 — 지락전류가 커서 고장을 검출하기 쉽다.
절연레벨 저감 — 이상전압이 낮으니 선로·기기 절연을 낮춰 설비비를 줄인다.
통신선 유도장해 — 큰 지락전류가 인접 통신선에 전자유도 전압을 일으킨다.
기계적 충격 — 큰 고장전류가 기기에 전자력 충격을 준다.
과도안정도 저하 — 지락 시 계통 전압·전력 변동이 커서 안정도가 나빠진다.

혼동 주의: 비접지·소호리액터접지는 반대로 지락전류가 작아 유도장해는 적지만 이상전압이 높다.

문제 7

다음 PLC 명령어 프로그램의 래더 다이어그램을 완성하시오.

차례	명령어	번지	차례	명령어	번지
1	STR	P00	5	AND STR	-
2	OR	P01	6	AND NOT	P04
3	STR NOT	P02	7	OUT	P10
4	OR	P03	-	-	-

정답 및 해설

(래더 다이어그램은 정답 그림 참조)

(P00 ∥ P01) → (P02̄ ∥ P03) → P04̄ 를 직렬, 끝에 출력 P10.

즉

P10=(P00+P01)\cdot(\overline{P02}+P03)\cdot\overline{P04}

[해설]

STR은 새 회로 블록을 시작하는 명령이고, AND STR은 앞서 만든 두 블록을 직렬로 묶는 명령이다.

STR P00·OR P01 — P00과 P01 a접점을 병렬로 연결한 첫째 블록.
STR NOT P02·OR P03 — P02 b접점과 P03 a접점을 병렬로 연결한 둘째 블록.
AND STR — 두 병렬 블록을 직렬로 연결.
AND NOT P04·OUT P10 — P04 b접점을 직렬로 넣고 끝에 출력 P10을 연결.

논리식은 P10 = (P00 + P01)·(P02̄ + P03)·P04̄ 이다. 혼동 주의: 두 블록을 병렬로 묶는 명령은 OR STR이다.

문제 8

고휘도 방전램프(HID Lamp)의 종류 3가지를 쓰시오.

정답 및 해설

① 고압 수은등
② 고압 나트륨등
③ 메탈할라이드등

[해설]

고휘도 방전램프(HID)는 고압 금속 증기 속 아크 방전으로 빛을 내는 램프다. 효율과 휘도가 높아 도로·체육관 같은 대공간 조명에 쓴다.

고압 수은등 — 수은 증기가 방전해 청백색 빛을 낸다.
고압 나트륨등 — 나트륨 증기가 방전해 황백색 빛을 내며, 셋 중 효율이 가장 높다.
메탈할라이드등 — 수은등에 금속 할로겐화물을 넣어 연색성을 높였다.

혼동 주의: 저압 나트륨등과 형광등은 저압 방전램프라 HID에 들지 않는다.

문제 9

\dfrac{1}{55}\,[\Omega\cdot\mathrm{mm^2/m}]

)

공칭단면적 [mm²]	1.5	2.5	4	6	10	16	25	35	50	70	95	120

정답 및 해설

전압강하

e=6{,}600-6{,}300=300\,[\mathrm{V}]

부하전류

I=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}=\dfrac{2{,}000\times10^3}{\sqrt{3}\times6{,}300\times0.8}=229.11\,[\mathrm{A}]

리액턴스 무시 시

e=\sqrt{3}\,IR\cos\theta

이므로

R=\dfrac{e}{\sqrt{3}\,I\cos\theta}=\dfrac{300}{\sqrt{3}\times229.11\times0.8}=0.945\,[\Omega]

A=\rho\dfrac{l}{R}=\dfrac{1}{55}\times\dfrac{3{,}000}{0.945}=57.72\,[\mathrm{mm^2}]

답 : 70 [mm²] 선정

[해설]

리액턴스를 무시한 3상 전압강하식으로 허용 저항을 구하고, A = ρl/R로 필요한 단면적을 거꾸로 계산한다.

e = 6,600 − 6,300 = 300 V
I = 2,000×10³ ÷ (√3 × 6,300 × 0.8) = 229.11 A
e = √3·I·R·cosθ 에서 R = 300 ÷ (√3 × 229.11 × 0.8) = 0.945 Ω
A = (1/55) × 3,000 ÷ 0.945 = 57.72 mm²

50 mm²로는 저항이 커져 전압강하가 300 V를 넘는다. 그래서 57.72 mm² 이상인 공칭단면적 가운데 가장 작은 70 mm²를 고른다.

문제 10

구분	용어	정의
①	( )	계통·설비 또는 기기의 한 점과 접지극 사이의 도전성 경로(또는 그 일부)가 되는 도체
②	( )	고장 시 감전에 대한 보호를 목적으로 기기의 한 점 또는 여러 점을 접지하는 것
③	( )	기기나 계통을 개별적 또는 공통으로 접지하기 위하여 필요한 접속 및 장치로 구성된 설비

정답 및 해설

(1)

R_x=\dfrac{1}{2}(R_{xa}+R_{bx}-R_{ab})=\dfrac{1}{2}(86+80-156)=5\,[\Omega]

답 : 5 [Ω]

(2) ① 접지도체
② 보호접지
③ 접지시스템

[해설]

용어는 KEC 용어 정의에서 나온다.

접지도체 — 기기의 한 점과 접지극을 잇는 도전성 경로가 되는 도체 자체.
보호접지 — 고장 시 감전을 막는 것이 목적인 접지.
접지시스템 — 접지에 필요한 접속과 장치 전체로 이루어진 설비.

혼동 주의: 보호도체는 감전 보호용 도체를 말하고, 계통접지는 전력계통의 중성점 등을 접지하는 것이다.

문제 11

정답 및 해설

(1) 실지수

RI=\dfrac{XY}{H(X+Y)}=\dfrac{10\times16}{(3.85-0.85)(10+16)}=2.05

답 : 2.05

(2)

N=\dfrac{EAD}{FU}=\dfrac{300\times(10\times16)}{3{,}150\times0.6\times0.7}=36.28

답 : 37 [개]

[해설]

실지수는 RI = XY / H(X+Y)로, 필요한 등기구 수는 광속법 N = EAD / FU로 구한다.

실지수 계산 — 광원 높이 H = 3.85 − 0.85 = 3.0 m
RI = (10 × 16) ÷ (3.0 × (10 + 16)) = 2.05

등기구 수 계산 — 감광보상률 D = 1 ÷ 0.7
N = 300 × 160 ÷ (3,150 × 0.6 × 0.7) = 36.28
소수점은 올림해 37개

혼동 주의: H는 천장높이가 아니라 작업면에서 광원까지의 높이다. 보수율은 분모에 곱하고, 그 역수인 감광보상률은 분자에 곱한다.

문제 12

정답 및 해설

A→B 전류를

I_1

, A→D 전류를

I_2

로 두고 키르히호프 전압법칙을 적용하면

0.1I_1+0.1(I_1-30)+0.1(I_1-30)-0.1I_2=0

→

0.3I_1-0.1I_2=6

전류 분배

I_1+I_2=30+50=80\,[\mathrm{A}]

연립 :

0.4I_1=14

→

I_1=35\,[\mathrm{A}]

I_2=45\,[\mathrm{A}]

B점 전압

V_B=V_A-I_1R=100-35\times0.1=96.5\,[\mathrm{V}]

답 : 96.5 [V]

[해설]

환상 선로는 급전점 A에서 전류가 두 방향으로 나뉘는 폐로이다. 그래서 키르히호프 전압법칙(한 바퀴 전압강하 합 = 0)과 전류 분배식을 연립한다.

A에서 나가는 전류의 합은 두 부하전류의 합과 같다.
$I_1+I_2=30+50=80\,[\mathrm{A}]$
$0.4I_1=14\;\rightarrow\;I_1=35\,[\mathrm{A}],\ I_2=45\,[\mathrm{A}]$

B점 전압은 A~B 구간의 전압강하만 빼면 된다.
$V_B=100-35\times0.1=96.5\,[\mathrm{V}]$

혼동 주의: D→A 구간은 I₂가 루프를 도는 방향과 반대로 흐르므로 음(−)의 부호로 넣는다.

문제 13

정답 및 해설

(1)

e_2=\sqrt{\dfrac{4V_2^2-V_1^2}{12}}-\dfrac{V_1}{2}=\sqrt{\dfrac{4\times3{,}100^2-3{,}000^2}{12}}-\dfrac{3{,}000}{2}=66.31\,[\mathrm{V}]

답 : 2차전압 66.31 [V] (1차전압 3,000 [V])

(2) 자기용량

=\text{부하용량}\times\dfrac{3e_2}{\sqrt{3}\,V_2}=200\times\dfrac{3\times66.31}{\sqrt{3}\times3{,}100}=7.41\,[\mathrm{kVA}]

답 : 7.41 [kVA]

[해설]

문제 14

연동선 코일 저항이 0[℃]에서 4,000[Ω]이었다. 통전으로 온도가 올라 저항이 4,500[Ω]이 되었을 때 연동선의 온도[℃]를 구하시오.

정답 및 해설

0℃ 온도계수

\alpha_0=\dfrac{1}{234.5}

R_T=\{1+\alpha_0(T-t)\}R_t

이므로

4{,}500=\left\{1+\dfrac{1}{234.5}(T-0)\right\}\times4{,}000

T=\left(\dfrac{4{,}500}{4{,}000}-1\right)\times234.5=29.31\,[{}^{\circ}\mathrm{C}]

답 : 29.31 [℃]

[해설]

도체 저항은 온도에 비례해 늘어나며, 연동선의 0℃ 기준 저항온도계수는 $\alpha_0=\dfrac{1}{234.5}$ 이다.

$R_T=\{1+\alpha_0(T-0)\}R_0$
$4{,}500=\left(1+\dfrac{T}{234.5}\right)\times4{,}000$
$T=\left(\dfrac{4{,}500}{4{,}000}-1\right)\times234.5=29.31\,[{}^{\circ}\mathrm{C}]$

혼동 주의: t[℃] 기준 계수는 $\alpha_t=\dfrac{1}{234.5+t}$ 로 기준온도마다 달라지므로 0℃ 기준값인지 먼저 확인한다.

문제 15

그림의 Y결선에 기본파와 제3고조파 전압만 있다. 측정값이 상전압

V_p=150\,[\mathrm{V}]

, 선간전압

V_l=220\,[\mathrm{V}]

일 때 (부하측 전압은 평형)

(1) 제3고조파 전압[V]을 구하시오.

(2) 왜형률을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 선간전압에는 제3고조파가 안 나타나므로

V_l=\sqrt{3}\,V_1

V_1=\dfrac{220}{\sqrt{3}}=127.02\,[\mathrm{V}]

상전압

V_p=\sqrt{V_1^2+V_3^2}

에서

V_3=\sqrt{150^2-127.02^2}=79.79\,[\mathrm{V}]

답 : 79.79 [V]

(2) 왜형률

=\dfrac{V_3}{V_1}\times100=\dfrac{79.79}{127.02}\times100=62.82\,[\%]

[해설]

Y결선에서 제3고조파는 세 상의 위상이 같아서(영상분) 선간전압에서는 서로 상쇄되고 상전압에만 남는다.

그래서 선간전압은 기본파만으로 정해진다.
$V_1=\dfrac{V_l}{\sqrt{3}}=\dfrac{220}{\sqrt{3}}=127.02\,[\mathrm{V}]$

상전압은 기본파와 제3고조파를 실효값으로 합성한 값이다.
$V_p=\sqrt{V_1^2+V_3^2}$
$V_3=\sqrt{150^2-127.02^2}=79.79\,[\mathrm{V}]$

왜형률은 기본파에 대한 고조파 실효값의 비율이다.
$\dfrac{V_3}{V_1}\times100=\dfrac{79.79}{127.02}\times100=62.82\,[\%]$

혼동 주의: 선간전압을 상전압의 √3배(150×√3)로 놓으면 틀린다. 선간전압에서는 제3고조파가 빠지기 때문이다.

문제 16

A_a

의 전류[A]
(3) b상 전류계

A_b

의 전류[A]
(4) c상 전류계

A_c

의 전류[A]

정답 및 해설

지락전류

I_g=\dfrac{V}{\sqrt{3}\,R}=\dfrac{66{,}000}{\sqrt{3}\times300}=127.02\,[\mathrm{A}]

부하전류

I_L=\dfrac{20{,}000}{\sqrt{3}\times66\times0.8}=218.69\,[\mathrm{A}]

(=174.95−j131.22)

(1)

I_{DG}=I_g\times\dfrac{5}{300}=127.02\times\dfrac{5}{300}=2.12\,[\mathrm{A}]

(2)

I_a=\sqrt{(127.02+174.95)^2+131.22^2}=329.25\,[\mathrm{A}]

A_a=329.25\times\dfrac{5}{300}=5.49\,[\mathrm{A}]

(3)

A_b=I_L\times\dfrac{5}{300}=218.69\times\dfrac{5}{300}=3.64\,[\mathrm{A}]

(4)

A_c=I_L\times\dfrac{5}{300}=3.64\,[\mathrm{A}]

[해설]

중성점이 300[Ω] 저항접지이므로 a상 완전지락 시 지락전류는 상전압을 접지저항으로 나눈 값이다. 변류기 2차로는 변류비 300/5를 곱해 환산한다.

DG는 세 CT 2차의 공통 귀로(잔류회로)에 있어 평형 부하전류는 상쇄되고 지락전류분만 흐른다.
$I_{DG}=127.02\times\dfrac{5}{300}=2.12\,[\mathrm{A}]$

b상·c상은 지락과 무관해 부하전류만 흐른다.
$A_b=A_c=218.69\times\dfrac{5}{300}=3.64\,[\mathrm{A}]$

문제 17

차단기의 정격용량 [MVA]	50	100	200	300	500	750

정답 및 해설

차단기 (a)까지의 합성 %임피던스

\%Z=\%Z_{TS}+\%Z_L=0.7+0.9=1.6\,[\%]

차단용량

P_S=\dfrac{100}{\%Z}P_n=\dfrac{100}{1.6}\times10=625\,[\mathrm{MVA}]

계산값 625[MVA] 이상인 최소 정격용량을 표에서 고르면 750[MVA]
답 : 750 [MVA]

[해설]

차단용량은 고장점까지의 합성 %임피던스로 정한다. 기준용량(10 MVA)이 같으면 직렬 요소의 %Z를 그대로 더한다.

차단기 (a)는 B변전소 인입단에 있어서 전원측 변압기와 송전선로만 거친다.
$\%Z=\%Z_{TS}+\%Z_L=0.7+0.9=1.6\,[\%]$

$P_S=\dfrac{100}{\%Z}P_n=\dfrac{100}{1.6}\times10=625\,[\mathrm{MVA}]$
정격용량은 계산값 이상 중에서 가장 작은 750 MVA를 고른다.

혼동 주의: B변전소의 66/6.6 kV 변압기(%Z_TR=7%)는 (a)보다 부하측에 있어서 합산하지 않는다.