[해설]

(1)은 사고전류를 자동 차단한 뒤 일정 시간 후 스스로 재투입을 시도하는 리클로저(R/C)이고, (2)는 책임분계점에서 무부하 시에만 개방하는 선로개폐기(LS)이다.

가공 배전선로 사고는 순간적인 접촉·플래시오버가 많아 영구고장이 아닌 경우가 대부분이므로, 리클로저는 일시적 사고를 자동으로 걸러내 정전시간을 최소화한다.

반면 선로개폐기는 차단 능력이 없어 부하전류가 흐르는 상태에서 개방하면 안 되며, 점검·보수를 위해 무부하 상태에서만 조작하는 것이 원칙이다.

[해설]

PEN·PEL 도체는 각각 교류·직류 회로에서 중성선(또는 선도체)과 보호선의 기능을 하나의 선으로 겸용하는 도체를 가리키는 KEC 용어다.

교류계통에서 중성선과 보호선을 겸용하면 PEN, 직류계통에서 중성선이 없는 대신 선도체와 보호선을 겸용하면 PEL이라 부르며, TN-C 계통 등에서 배선 가닥 수를 줄이는 방식과 연결된다.

[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.

[해설]

논리식의 $+$(OR)는 접점의 병렬, 괄호끼리의 곱(AND)은 직렬로, 문자 위에 바(bar)가 있으면 b접점(평상시 닫힘)으로 바꿔 그리는 것이 유접점화의 기본 규칙이다.

이 식은 두 OR군이 AND로 묶인 구조이므로, 앞 묶음은 X(b)·Y(a)·Z(b)를 병렬로, 뒤 묶음은 X(a)·Y(b)·Z(b)를 병렬로 그린 뒤 두 묶음을 직렬로 연결하고 끝에 램프(L)를 단다.

채점 포인트는 각 접점에 a접점/b접점과 식별 문자를 정확히 표기하는 것이다.

[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.

[해설]

중성점을 직접접지하면 계통과 대지 사이 임피던스가 매우 작아 1선 지락 시 건전상의 대지전위 상승이 억제되고, 그만큼 절연 수준을 낮출 수 있다는 것이 핵심 근거다.

같은 이유로 지락전류가 크게 흘러 보호계전기가 확실하게 검출·동작하므로 사고 구간을 빠르게 분리할 수 있다.

반대로 큰 지락전류는 인접 통신선에 유도장해를 일으키고 기기에 순간적인 기계적 충격을 주며, 계통의 과도안정도를 떨어뜨리는 대가로 이어진다.

[해설]

니모닉의 STR은 새로운 회로 블록을 스택에 push하는 명령이고, 그 뒤의 OR은 같은 블록 안에서 병렬 접점을 추가한다.

1~2행(STR P00, OR P01)으로 (P00∥P01) 블록을, 3~4행(STR NOT P02, OR P03)으로 (P02̄∥P03) 블록을 각각 만든 뒤, AND STR이 스택에 쌓인 두 블록을 직렬로 결합한다.

이어 AND NOT P04로 P04의 b접점을 추가 직렬시키고 OUT P10으로 출력하므로, 결과 회로는 $P10=(P00+P01)\cdot(\overline{P02}+P03)\cdot\overline{P04}$ 형태가 된다.

[해설]

고휘도 방전램프(HID)는 방전관 내부의 금속 증기 또는 가스의 아크 방전으로 발광하는 램프군으로, 백열등보다 효율과 수명이 높아 옥외·대공간 조명에 쓰인다.

대표적으로 수은 증기의 방전을 이용하는 고압 수은등, 나트륨 증기를 이용해 연색성보다 효율이 뛰어난 고압 나트륨등, 금속 할로겐화물을 첨가해 연색성을 개선한 메탈할라이드등이 있다.

[해설]

수전단 전압을 6,300V로 유지하려면 선로 전압강하가 300V를 넘지 않아야 하므로, 그 조건을 만족하는 허용 최대 저항을 먼저 구하고 이를 단면적으로 환산하는 것이 풀이의 핵심이다.

3상 부하전류 $I=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}=229.11\,[\mathrm{A}]$를 구한 뒤, 리액턴스를 무시한 3상 전압강하식 $e=\sqrt{3}\,IR\cos\theta$를 R에 대해 풀면 $R=0.945\,[\Omega]$이 된다.

고유저항 $\rho=\dfrac{1}{55}$과 선로길이로 $A=\rho\dfrac{l}{R}$을 계산하면 57.72mm²가 나오는데, 저항이 이보다 커지면 전압강하가 300V를 넘으므로 공칭단면적은 57.72보다 작지 않은 규격 중 가장 작은 값인 70mm²를 고른다.

[해설]

(1)은 보조접지 2개로 세 구간 저항을 측정해 연립하는 3점법(콜라우시 브리지법)으로, 세 측정값을 더하고 빼면 세 미지 저항이 개별적으로 분리된다는 원리에 근거한다.

$R_x=\dfrac{1}{2}(R_{xa}+R_{bx}-R_{ab})$에 86, 80, 156을 대입하면 5Ω으로, 세 식을 연립할 때 상대편 저항이 상쇄되도록 부호를 맞추는 것이 채점 포인트다.

(2)는 KEC 용어 정의를 구분하는 문제로, 접지도체는 기기와 접지극을 잇는 도체 자체를, 보호접지는 감전 방지가 목적인 접지 행위를, 접지시스템은 접속·장치 전체로 구성된 설비를 가리킨다는 차이로 구분한다.

[해설]

등기구 배치 설계는 방의 형태를 나타내는 실지수로 조명률을 결정한 뒤, 조도·면적·보수율·조명률로 필요 등수를 구하는 순서를 따른다.

실지수는 $RI=\dfrac{XY}{H(X+Y)}$에서 H를 작업면 위의 광원 높이(천장고−작업면고=3.85−0.85=3.0m)로 두고 계산해 2.05가 된다.

등수는 $N=\dfrac{EA}{FUM}=\dfrac{300\times(10\times16)}{3{,}150\times0.6\times0.7}=36.28$(E 조도, A 면적, F 1등기구 광속, U 조명률, M 보수율)로 구하며, 감광보상률 D를 쓰면 $D=\dfrac{1}{M}$이므로 $N=\dfrac{EAD}{FU}$와 같은 식이다. 계산값 36.28은 등수를 채우지 못하면 소요 조도에 미달하므로 올림해 37개로 정한다.

[해설]

환상(루프) 배전선로는 급전점 A에서 전류가 양쪽으로 갈라져 나가 한 바퀴 돌아오는 폐로이므로, 두 방향 전류를 미지수로 두고 전류의 분배식과 폐로 전압강하식을 연립하는 것이 정석 풀이다.

A에서 나가는 두 전류의 합은 두 부하전류의 합과 같아 $I_1+I_2=30+50=80\,[\mathrm{A}]$이고, 부하점 B를 지난 구간에는 30A가 빠진 $I_1-30$이 흐른다. 이를 반영해 각 구간의 왕복저항 0.1Ω에 대한 전압강하를 폐로를 따라 한 바퀴 합하면 0이 된다는 키르히호프 전압법칙 식이 세워진다.

두 식을 연립하면 $0.4I_1=14$에서 $I_1=35\,[\mathrm{A}]$가 나오고, B점 전압은 A~B 구간의 전압강하만 빼면 되므로 $V_B=100-35\times0.1=96.5\,[\mathrm{V}]$다. 어느 전류가 어느 구간을 어느 방향으로 흐르는지 부호와 구간 배정을 맞추는 것이 채점 포인트다.

[해설]

이 문제는 단권변압기(승압기) 3대로 배전전압을 3,000V에서 3,100V로 올리는 경우로, 여기서 묻는 2차전압은 승압 후 전압 3,100V 전체가 아니라 선로에 직렬로 더해지는 승압분 $e_2$라는 점이 핵심이다.

$e_2$는 승압 전후 선간전압 $V_1$, $V_2$의 관계식에서 유도되어 66.31V가 되며, 승압폭이 작을수록 직렬권선이 부담하는 전압·전류가 작아 변압기도 작아진다.

그래서 (2)의 자기용량은 실제로 통과시키는 부하용량(200kVA) 전체가 아니라 승압분에 비례하는 훨씬 작은 용량인 7.41kVA만 부담하면 되며, 이 '자기용량 ≪ 부하용량' 관계가 승압기를 쓰는 경제적 이유다.

[해설]

도체 저항은 온도에 비례해 커지므로, 저항 변화량으로부터 온도 상승분을 역산할 수 있다는 것이 풀이의 근거다.

연동선의 0℃ 기준 저항온도계수는 $\alpha_0=\dfrac{1}{234.5}$로, $R_T=\{1+\alpha_0(T-t)\}R_t$에서 t=0으로 두고 T에 대해 정리하면 $T=\left(\dfrac{R_T}{R_0}-1\right)\times234.5$ 형태가 된다.

여기에 4,500/4,000의 저항비를 대입하면 29.31℃가 나오며, 234.5라는 상수를 정확히 적용하는지가 채점 포인트다.

[해설]

Y결선에서 제3고조파(및 3의 배수 고조파)는 3상이 서로 동상(영상분)이라 선간전압을 구성할 때 서로 상쇄되어 나타나지 않고, 상전압에만 남는다는 성질이 풀이의 근거다.

그래서 선간전압 220V는 기본파 성분만의 관계 $V_l=\sqrt{3}\,V_1$로 보고 $V_1=127.02\,\mathrm{V}$를 구한 뒤, 상전압은 기본파와 3고조파가 실효값으로 합성된 $V_p=\sqrt{V_1^2+V_3^2}$이므로 여기서 $V_3$을 역산한다.

왜형률은 기본파에 대한 고조파 성분의 비 $\dfrac{V_3}{V_1}\times100$으로 정의되므로, 62.82%라는 큰 값은 이 예시가 3고조파 비중이 매우 큰 경우임을 보여준다.

[해설]

66kV 계통이 저항접지(300Ω)이므로 완전 지락 시 지락전류는 상전압을 접지저항으로 나눈 값으로 제한된다는 점이 (1)의 근거이며, 이 127.02A를 CT비 300/5로 환산($\times\dfrac{5}{300}$)해 DG에 흐르는 2차전류 2.12A를 얻는다.

(2)~(4)는 a상만 지락된 상태이므로 b상·c상 전류계는 지락과 무관하게 평상시 부하전류만 CT비로 환산되어 표시되고, a상 전류계만 부하전류(유효분 174.95, 지상 무효분 −131.22)에 지락전류가 벡터로 합쳐져 훨씬 커진다.

따라서 (2)의 계산은 부하전류의 유효분에 지락전류를 더한 뒤 무효분과 다시 크기를 구하는 벡터합이며, 이 벡터합 여부가 (3)·(4)와 갈리는 채점 포인트다.

[해설]

차단기 용량 선정은 고장점까지의 %임피던스가 작을수록 단락전류·차단용량이 커진다는 원리에 근거하며, 변압기($\%Z_{TS}$)와 선로($\%Z_L$)의 %임피던스를 같은 기준용량(10MVA)으로 맞춰 직렬로 합산한다.

차단용량은 $P_S=\dfrac{100}{\%Z}P_n$으로 기준용량을 %임피던스로 나눈 값이므로 625MVA가 나오는데, 실제 차단기는 이 계산값 이상인 표준 정격 중 가장 가까운 것을 선정해야 하므로 750MVA가 답이 된다.