전기기사 실기 2018년 1회 기출유형문제
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전기기사 실기 기출문제

전기기사 실기 2018년 1회 기출유형문제

총 16문항 · 주관식 · A4 약 1장

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전기기사 실기 2018년 1회 기출유형문제

총 16문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
전력퓨즈(PF)의 역할을 간단히 쓰시오.
정답 및 해설
부하전류는 안전히 통전, 단락전류는 신속히 차단해 전로·기기를 보호한다.


[해설]

전력퓨즈(PF)는 고압·특고압 전로의 단락보호에 쓰는 퓨즈다.

  • 부하전류 통전 — 정상 운전 중에 흐르는 부하전류는 녹지 않고 안전하게 흘려보낸다.
  • 단락전류 차단 — 큰 단락전류가 흐르면 퓨즈 엘리먼트가 즉시 녹아 끊어지면서 전로와 기기를 보호한다.

혼동 주의: 전력퓨즈는 한 번 끊어지면 다시 쓸 수 없고 과부하 보호에는 맞지 않는다. 과부하 보호는 차단기와 계전기가 맡는다.

문제 2
감리원이 공사현장에서 감리업무 수행을 위해 비치·기록·보관해야 할 서류 5가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 감리업무일지
② 발주자 지시사항 처리부
③ 품질관리 검사·확인대장
④ 설계변경 현황
⑤ 안전관리 점검표

(근무상황판, 검측요청서, 기성·준공검사조서 등도 인정)


[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침은 감리원이 감리 과정을 기록으로 남기도록 현장에 비치할 서류를 정해 두었다.

  • 감리업무일지 — 그날의 감리 내용과 지시·확인 사항을 적는다.
  • 발주자 지시사항 처리부 — 발주자의 지시를 어떻게 처리했는지 기록한다.
  • 품질관리 검사·확인대장 — 자재와 시공 품질을 검사·확인한 결과를 관리한다.
  • 설계변경 현황 — 설계변경의 내용과 사유를 누적해서 관리한다.
  • 안전관리 점검표 — 현장 안전 점검 결과를 남긴다.

혼동 주의: 하도급 현황·작업계획서·주간 공정계획 및 실적 보고서는 공사업자가 비치하는 서식이다.

문제 3
전력설비 간선설계 시 고려사항 5가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 전기방식 및 배전방식
② 간선경로의 위치와 넓이
③ 간선(전선)의 굵기
④ 부하용량과 수용률
⑤ 제어반 위치


[해설]

간선은 변전설비에서 분전반·제어반까지 전력을 보내는 주 배선이다. 그래서 부하의 크기와 배선 경로를 함께 따져 설계한다.

  • 전기방식 및 배전방식 — 단상·3상 여부, 전압, 공급 방식을 부하 특성에 맞춰 정한다.
  • 간선경로의 위치와 넓이 — 샤프트나 트레이 같은 배선 공간과 경로가 충분한지 확인한다.
  • 간선(전선)의 굵기 — 허용전류·전압강하·기계적 강도를 모두 만족하도록 정한다.
  • 부하용량과 수용률 — 실제로 동시에 쓰는 최대전력을 추정해 간선 용량을 정한다.
  • 제어반 위치 — 분전반·제어반의 위치에 따라 간선 길이와 분기 방식이 정해진다.

외우는 요령: 방식·경로·굵기·부하·반 위치의 다섯 단어로 묶어 외운다.

문제 4
가공송전선로의 이상전압 발생 방지대책 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 피뢰기 설치
② 가공지선으로 뇌차폐
③ 매설지선으로 철탑 접지저항 저감(역섬락 방지)


[해설]

가공송전선로의 이상전압은 대부분 뇌서지이므로, 대책은 서지 억제·차폐·접지 개선으로 나뉜다.

  • 피뢰기 — 침입한 이상전압을 대지로 방전시켜 제한전압 이하로 억제한다.
  • 가공지선 — 전선 위에 설치한 접지선이 뇌격을 대신 맞아 전선을 차폐한다.
  • 매설지선 — 철탑 기초 주변 땅속에 묻은 접지선으로, 탑각 접지저항을 낮춘다.

역섬락은 철탑에 떨어진 뇌로 철탑 전위가 올라가 철탑에서 전선 쪽으로 섬락하는 현상이며, 접지저항이 낮을수록 줄어든다.

문제 5
CT(변류기)와 PT(계기용변압기)에 관한 다음 물음에 답하시오.

(1) 운전 중 CT를 개방해서는 안 되는 이유를 간단히 설명하시오.

(2) PT 2차측 정격전압과 CT 2차측 정격전류는 일반적으로 각각 얼마인가?

(3) 3상 간선의 전압·전류를 측정하기 위해 PT와 CT를 설치할 때의 결선도를 완성하시오. (단, 접지가 필요한 곳에는 접지표시와 함께 접지종별도 나타낼 것.)
문제 이미지
정답 및 해설
(1) CT 2차를 개방하면 1차 부하전류 전부가 여자전류로 작용해 철심이 과포화되고, 2차 단자에 매우 높은 과전압이 유도되어 절연이 파괴된다. 그러므로 점검 시에는 2차측을 반드시 단락시킨다.

(2) PT 2차 정격전압 110[V], CT 2차 정격전류 5[A]

(3) 결선도 참조. PT는 2대를 V-V결선해 3상 선간전압을, CT는 2대(가동접속·단권결선)로 선전류를 측정한다. PT·CT 2차측의 한 단자(중성점측)는 제3종 접지공사로 접지한다. (구 판단기준 제26조 — 고압 계기용변성기 2차측 전로는 제3종, 특고압은 제1종. 현행 KEC에서는 접지종별 구분이 폐지되고 보호도체 규격으로 규정한다.)


[해설]

CT는 1차 부하전류에 따라 2차 전류가 정해지는 전류원이어서 2차를 열어 두면 안 된다. 반대로 PT는 전압원이라 2차를 단락하면 안 된다.

  • CT 개방 금지 — 2차 기자력이 사라지면 1차 전류 전부가 여자전류가 되어 철심이 과포화되고, 2차에 고전압이 유도돼 절연이 파괴되므로 점검할 때는 2차를 단락한다.
  • 정격값 — PT 2차는 110[V], CT 2차는 5[A]로 표준화해 전압계·전류계·계전기를 공통으로 쓴다.
  • 결선 — PT 2대를 V-V결선해 선간전압을, CT 2대를 가동접속해 선전류를 전압계전환개폐기(VS)와 전류계전환개폐기(AS)를 거쳐 측정한다.
  • 접지 — PT·CT 2차측 한 단자를 제3종 접지공사로 접지해, 1·2차가 혼촉되더라도 2차측에 고전압이 걸리지 않게 한다.

혼동 주의: 제1·2·3종 같은 접지종별은 구 판단기준 표기다. 현행 KEC에서는 종별이 폐지되고 보호도체 규격으로 정한다.

정답 이미지
문제 6
그림의 유접점 시퀀스 회로를 무접점(논리) 회로로 그리시오.

주어진 유접점 회로: 모선 사이에 입력 a접점 A·B·C가 각각 릴레이 X₁·X₂·X₃를 구동하고, X₁ a접점과 X₂ a접점을 직렬로 넣은 회로가 X₄를 구동하며, X₃ b접점과 X₄ a접점을 병렬로 넣은 회로가 표시등 PL을 점등한다. 따라서 PL은 A·B의 AND와 C의 NOT을 OR한 출력으로 점등된다.
문제 이미지
정답 및 해설
출력 논리식: PL=(A⋅B)+C‾PL = (A \cdot B) + \overline{C}

A와 B를 AND, C는 NOT(인버터)에 통과시킨 뒤 두 출력을 OR게이트에 넣어 PL을 구동한다.


[해설]

유접점 회로를 논리식으로 옮기면 직렬 접점은 AND, 병렬 접점은 OR, b접점은 NOT이 된다.

  • AND 게이트: X₁·X₂ a접점이 직렬이라 X₄는 A와 B가 모두 들어올 때만 동작한다.
  • NOT 게이트(인버터): X₃ b접점은 C가 없을 때 닫히므로 C‾\overline{C}가 된다.
  • OR 게이트: X₃ b접점과 X₄ a접점이 병렬이라 둘 중 하나만 성립해도 PL이 켜진다.

그래서 출력식은 PL=(A⋅B)+C‾PL=(A\cdot B)+\overline{C}이다. 논리회로는 A·B를 AND에, C를 인버터에 넣고, 두 출력을 OR에 넣어 PL에 연결하면 된다.

정답 이미지
문제 7
그림은 TN-C-S 계통접지이다. 중성선(N)·보호선(PE)·보호선중성선겸용(PEN)을 도면에 직접 표시하시오. (해당 도체가 쓰이지 않는 계통이면 표시하지 않는다.)
문제 이미지
정답 및 해설
TN-C-S 계통은 전원측(변압기 접지측)부터 일정 구간까지 N과 PE를 한 도체(PEN)로 배선하고, 부하측(인입점 이후)에서 N과 PE로 분리한다.

① 전원측 변압기 중성점은 계통접지한다.
② 전원~분기점은 한 가닥 PEN(겸용도체)으로 표시한다.
③ 분기점 이후는 위쪽 N, 아래쪽 PE로 분리 표시하고, 부하 노출도전부는 PE에 접속한다.

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


[해설]

KEC 203.2 TN 계통 가운데 TN-C-S는 전원 쪽 구간에서 중성선과 보호선을 한 도체(PEN)로 겸용하고, 설비의 어느 지점에서 N과 PE로 나누는 방식이다.

  • 변압기 중성점 — 전원측 계통접지를 표시한다.
  • 전원~분기점 — 네 번째 도체가 한 가닥이므로 PEN으로 표시한다.
  • 분기점 이후 — 위쪽 도체는 N, 아래쪽 도체는 PE로 표시하고 부하 노출도전부는 PE에 연결한다.

혼동 주의: PEN을 N·PE로 한 번 나눈 뒤에는 다시 합치지 않는다. 처음부터 끝까지 나눠 쓰면 TN-S, 끝까지 겸용하면 TN-C다.

정답 이미지
문제 8
다음은 옥내배선도의 일부이다. a 스위치로 ㉠·㉡ 전등을, b 스위치로 ㉢·㉣ 전등을 점멸할 때 각 전선관 내 전선의 최소 가닥수를 표시하시오. (전원이 좌측 점멸기 박스로 들어와 좌·우 두 방향으로 배선되고 각 방향에 등 2개가 배치된다. a·b 스위치 2개는 좌측 점멸기에 위치.)
문제 이미지
정답 및 해설
단상 2선식 배선이며, 공통선 1가닥을 공유하는 a·b 2회로로 4개 등을 점멸한다.

① 전원 → 점멸기(a·b) 박스: 3가닥 (공통 1 + a스위치 부하선 1 + b스위치 부하선 1)
② 좌측 등 사이: 2가닥
③ 우측 등 사이: 2가닥

표준 구성: 전원선 2, 점멸기에서 ㉠·㉡(a회로)로 2, ㉢·㉣(b회로)로 2가닥(슬래시 표기).


[해설]

단상 2선식 점멸 배선에서는 공통선 1가닥과 스위치마다 등으로 가는 부하선 1가닥씩이 필요하다.

  • 점멸기(a·b) 박스 구간 3가닥: 공통선 1가닥과 a·b 스위치 부하선 2가닥을 함께 넣는다.
  • 좌측 등 사이 2가닥: a회로의 ㉠·㉡은 a부하선과 공통선만 있으면 같이 점멸된다.
  • 우측 등 사이 2가닥: b회로의 ㉢·㉣도 b부하선과 공통선 2가닥이면 된다.

외우는 요령: 가닥수는 등 개수가 아니라 그 구간을 지나는 스위치 회로 수로 정해진다. 스위치가 둘이면 공통 1가닥에 1가닥씩 더해 3가닥이다.

정답 이미지
문제 9
그림은 PB-ON을 ON 한 뒤 일정 시간이 지나면 전동기 M이 운전하는 회로이다. 쓰인 타이머 T는 입력이 사라지면 이탈되는 형식인데, 한시접점 동작과 동시에 복귀되는 형식의 타이머를 쓸 경우 이 회로를 어떻게 고쳐야 하는지, 전자접촉기 MC의 보조 a·b접점을 각 1개씩 추가하여 회로를 완성하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
한시동작 후 즉시 복귀 타이머를 쓰면, 한시접점(T)이 닫혀 MC가 여자되는 순간 입력이 끊겨 타이머가 복귀하고 다시 MC가 열리는 채터링이 생긴다. 이를 막으려면 MC 보조 a접점으로 자기유지 회로를 만들고, MC 보조 b접점을 타이머 코일에 직렬로 넣어 MC 동작 후 타이머를 소자시킨다.

① MC 코일과 병렬로 MC-a접점(자기유지)을 추가한다.
② 타이머 T 코일과 직렬로 MC-b접점을 추가한다.

그러면 기동 후 타이머가 분리되고 MC만 자기유지로 운전된다.


[해설]

한시동작 즉시복귀형 타이머는 한시접점 T가 닫히는 순간 스스로 복귀한다. 그래서 접점이 순간만 닫혀 MC가 붙었다가 곧 떨어지는 채터링이 생긴다.

  • MC-a 접점 — 한시접점 T와 병렬로 넣어 MC가 스스로 여자를 유지하는 자기유지 회로를 만든다.
  • MC-b 접점 — 타이머 T 코일과 직렬로 넣어 MC가 동작하면 타이머를 소자시킨다.

이렇게 하면 기동 뒤 타이머는 회로에서 빠지고 MC만 자기유지로 운전을 이어 간다. 정지는 PB-OFF를 누르거나 OL이 동작해 조작회로 전체가 끊길 때 이루어진다.

정답 이미지
문제 10
△결선된 변압기에 역률 1인 부하 50[kW]와 역률 0.8인 부하 100[kW]가 접속되어 있다. 다음에 답하시오.

【변압기 정격용량 표준규격[kVA]】: 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300

(1) △결선 운전 시 변압기 1대의 최소용량을 구하시오. (표준규격에서 선정.)

(2) 변압기 1대 고장으로 V결선 운전 시 과부하율은 얼마인가?

(3) △결선 시 동손과 V결선 시 동손의 비를 구하시오.
정답 및 해설
(1) 유효전력 P=50+100=150P = 50 + 100 = 150 [kW]
무효전력 Q=100×0.60.8=75Q = 100 \times \dfrac{0.6}{0.8} = 75 [kVar] (역률 1 부하는 무효분 0)
피상전력 S=1502+752=167.71S = \sqrt{150^2 + 75^2} = 167.71 [kVA]
△결선은 3대이므로 1대 분담 P1=167.713=55.9P_1 = \dfrac{167.71}{3} = 55.9 [kVA] → 표준규격 75[kVA] 선정

(2) V결선 출력 PV=3 P1′=S=167.71P_V = \sqrt{3}\,P_1' = S = 167.71 [kVA]이므로 1대 분담 P1′=167.713=96.83P_1' = \dfrac{167.71}{\sqrt{3}} = 96.83 [kVA]
과부하율 =P1′P1=96.8375=1.2911= \dfrac{P_1'}{P_1} = \dfrac{96.83}{75} = 1.2911 [p.u] = 129.11[%]

(3) 1대 동손을 PcP_c라 하면 △결선 3대, V결선 2대이므로
Δ결선 동손V결선 동손=3Pc2Pc=1.5\dfrac{\Delta\text{결선 동손}}{V\text{결선 동손}} = \dfrac{3P_c}{2P_c} = 1.5 → 1.5배


[해설]

역률이 다른 두 부하를 유효·무효전력으로 분해·합성한 피상전력을 구한 뒤, Δ결선(3대)과 V결선(2대)이 전체 용량을 몇 대로 나눠 부담하는지에 따라 표준용량·과부하율·동손비가 결정된다.

무효전력은 역률 1 부하는 0, 역률 0.8 부하는 Q=100×0.60.8=75Q=100\times\dfrac{0.6}{0.8}=75[kVar]이며 합성 피상전력은 S=1502+752=167.71S=\sqrt{150^2+75^2}=167.71[kVA]다.

Δ결선은 3대가 균등분담하므로 1대당 S3=55.9\dfrac{S}{3}=55.9[kVA], V결선은 2대가 3\sqrt{3}배 관계로 출력을 내므로 1대당 S3=96.83\dfrac{S}{\sqrt{3}}=96.83[kVA]를 떠안아 과부하율이 129.11[%]가 되고, 동손은 대수비인 3:2로 비교해 1.5배가 된다.

문제 11

수전전압 6,600 [V], 가공전선로의 %임피던스 58.5 [%], 수전점의 3상 단락전류가 8,000 [A]일 때 기준용량과 수전용 차단기의 정격차단용량을 구하시오. (단, 차단기 정격용량[MVA]은 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 250, 300, 400, 500에서 선정한다.)

(1) 기준용량
(2) 차단용량

정답 및 해설

(1) In=%Z100Is=0.585×8,000=4,680I_n=\dfrac{\%Z}{100}I_s=0.585\times 8{,}000=4{,}680 [A], 기준용량 Pn=3 VIn≒53.5P_n=\sqrt{3}\,V I_n\fallingdotseq 53.5 [MVA]
(2) 차단용량 Ps=3 VnIs≒99.77P_s=\sqrt{3}\,V_n I_s\fallingdotseq 99.77 [MVA] (기준용량 환산식 Ps=100%ZPn=91.45P_s=\dfrac{100}{\%Z}P_n=91.45 [MVA]) → 표준값 100 [MVA] 선정


[해설]

%임피던스법에서 단락전류는 Is=100%ZInI_s=\dfrac{100}{\%Z}I_n이다. 이 식을 거꾸로 풀면 기준전류와 기준용량이 나온다.

기준용량
In=%Z100Is=58.5100×8,000=4,680I_n=\dfrac{\%Z}{100}I_s=\dfrac{58.5}{100}\times 8{,}000=4{,}680 [A]
Pn=3×6,600×4,680≒53.5P_n=\sqrt{3}\times 6{,}600\times 4{,}680\fallingdotseq 53.5 [MVA]

차단용량(차단기 정격전압 7.2 kV 적용)
Ps=3×7,200×8,000≒99.77P_s=\sqrt{3}\times 7{,}200\times 8{,}000\fallingdotseq 99.77 [MVA]
→ 표준값 가운데 계산값 바로 위 단계인 100 [MVA] 선정

혼동 주의: 차단용량은 공칭전압 6.6 kV가 아니라 정격전압 7.2 kV로 계산한다. 기준용량 환산식 100%ZPn=91.45\dfrac{100}{\%Z}P_n=91.45 [MVA]로 풀어도 선정값은 같은 100 MVA다.

문제 12
1차 정격전압 6,600[V], 권수비 30인 3상 변압기가 있다. 다음에 답하시오.

(1) 2차 정격전압은?

(2) 용량 50[kW], 역률 0.8인 부하 접속 시 1차 전류와 2차 전류는 각각 얼마인가?

(3) 변압기 1차측 정격용량은?
정답 및 해설
(1) 2차 정격전압 V2=V1a=6,60030=220V_2 = \dfrac{V_1}{a} = \dfrac{6{,}600}{30} = 220 [V]

(2) 1차 전류 I1=P3 V1cos⁡θ=50,0003×6,600×0.8=5.47I_1 = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V_1 \cos\theta} = \dfrac{50{,}000}{\sqrt{3}\times 6{,}600 \times 0.8} = 5.47 [A]
2차 전류 I2=P3 V2cos⁡θ=50,0003×220×0.8=164.02I_2 = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V_2 \cos\theta} = \dfrac{50{,}000}{\sqrt{3}\times 220 \times 0.8} = 164.02 [A]

(3) 1차측 정격용량 Pa=3 V1I1=Pcos⁡θ=500.8P_a = \sqrt{3}\,V_1 I_1 = \dfrac{P}{\cos\theta} = \dfrac{50}{0.8} = 62.5[kVA]


[해설]

권수비 a=V1/V2로 2차 전압을 구하고, 3상 전력식으로 1차·2차 전류를 각각 구한다.

2차 정격전압은 1차 전압을 권수비로 나눈 값이다.
V2=V1a=6,60030=220V_2=\dfrac{V_1}{a}=\dfrac{6{,}600}{30}=220 [V]

전류는 I=P3 Vcos⁡θI=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}에 각 측 전압을 넣어 구한다.
I1=50,0003×6,600×0.8=5.47I_1=\dfrac{50{,}000}{\sqrt{3}\times 6{,}600\times 0.8}=5.47 [A]
I2=50,0003×220×0.8=164.02I_2=\dfrac{50{,}000}{\sqrt{3}\times 220\times 0.8}=164.02 [A]

1차측 정격용량은 유효전력을 역률로 나눈 피상전력이다.
Pa=Pcos⁡θ=500.8=62.5P_a=\dfrac{P}{\cos\theta}=\dfrac{50}{0.8}=62.5 [kVA]

두 전류의 비(164.02÷5.47≒30)가 권수비와 같으면 맞게 푼 것이다.

문제 13
단상 3선식 110/220[V]를 쓰는 건물이 있다. 변압기가 설치된 수전실에서 50[m] 떨어진 곳에 부하집계표와 같은 분전반을 시설하려 한다. 전압변동률 2[%] 이하, 전압강하율 2[%] 이하가 되도록 다음을 구하시오. (단, 공사방법 B1, PVC 절연전선, 후강전선관 공사, 3선 모두 같은 굵기, 부하 수용률 100[%], 후강전선관 내 전선 점유율 48[%] 이내.)

회로번호부하명칭부하[VA]A선 분담[VA]B선 분담[VA]극수AFAT
1전등24001200120025015
2전등140070070025015
3콘센트10001000-15020
4콘센트14001400-15020
5콘센트600-60015020
6콘센트1000-100015020
7팬코일700700-13015
8팬코일700-70013015
합계920050004200

【표2. 전선(피복절연물 포함) 단면적】및【표3. 공사방법별 허용전류[A]】는 시험지 표 참조.

(1) 간선의 굵기는?
(2) AF·AT 용량을 선정하시오.
(3) 후강전선관 굵기를 구하시오.
(4) 분전반 복선결선도를 완성하시오.
(5) 설비 불평형률은?
문제 이미지
정답 및 해설
(1) A선 전류 IA=5,000110=45.45I_A = \dfrac{5{,}000}{110} = 45.45 [A], B선 전류 IB=4,200110=38.18I_B = \dfrac{4{,}200}{110} = 38.18 [A]. 큰 값 45.45[A] 기준. L=50[m], 단상 3선식(외측선) 전압강하 허용 e=110×0.02=2.2e = 110 \times 0.02 = 2.2 [V].
A=17.8 L I1,000 e=17.8×50×45.451,000×2.2=18.39A = \dfrac{17.8\,L\,I}{1{,}000\,e} = \dfrac{17.8 \times 50 \times 45.45}{1{,}000 \times 2.2} = 18.39 [mm²] → 표2에서 이를 초과하는 공칭단면적 25[mm²] 선정

(2) AF 100[A], AT 75[A] (간선전류 45.45A 수용, 허용전류표에 적합)

(3) 점유율 조건 πD24×0.48≥74×3\dfrac{\pi D^2}{4} \times 0.48 \geq 74 \times 3 (25mm² 전선 완성 단면적 74mm²×3선)에서
D≥74×3×4π×0.48=24.27D \geq \sqrt{\dfrac{74 \times 3 \times 4}{\pi \times 0.48}} = 24.27 [mm] → 후강전선관 28[mm](G28) 선정

(4) 복선결선도: 단상 3선식 모선(A·N·B)에서 2P 분기(회로 1·2 전등)와 1P 분기(회로 3~8)를 NFB로 인출한다. (도면 참조)

(5) 설비 불평형률 =중성선과 각 전압측 부하차총부하×12×100=5,000−4,2009,200×12×100=17.39= \dfrac{\text{중성선과 각 전압측 부하차}}{\text{총부하} \times \frac{1}{2}} \times 100 = \dfrac{5{,}000 - 4{,}200}{9{,}200 \times \frac{1}{2}} \times 100 = 17.39 [%]


[해설]

간선은 전압강하로 굵기, 부하전류로 차단기, 점유율 48[%]로 전선관을 정한다.

간선 굵기는 부하가 큰 A선 전류를 기준으로 하고, 외측선과 중성선 사이 허용 전압강하는 110×0.02=2.2[V]로 잡는다.
IA=5,000110=45.45 [A]I_A=\dfrac{5{,}000}{110}=45.45\,[\mathrm{A}]
A=17.8LI1,000e=17.8×50×45.451,000×2.2A=\dfrac{17.8LI}{1{,}000e}=\dfrac{17.8\times50\times45.45}{1{,}000\times2.2}
A=18.39 [mm2]A=18.39\,[\mathrm{mm^2}] → 이를 넘는 공칭단면적 25[mm²]

차단기는 AF 100[A], AT 75[A]로 정한다. AT가 간선전류 45.45[A]를 넘으면서 25[mm²] 전선의 허용전류 이내라 과부하 보호가 된다.

전선관은 25[mm²] 전선의 피복 포함 단면적 74[mm²] 3가닥이 관 내단면적의 48[%] 이내에 들어가야 한다.
πD24×0.48≥74×3\dfrac{\pi D^2}{4}\times0.48\ge74\times3
D≥74×3×4π×0.48=24.27 [mm]D\ge\sqrt{\dfrac{74\times3\times4}{\pi\times0.48}}=24.27\,[\mathrm{mm}] → 후강전선관 28[mm]

복선결선도는 주개폐기 아래 A·N·B 모선에서 분기를 인출한다. 2P 전등 회로는 A·B선에, 1P 회로는 A선 또는 B선 중 하나와 N선에 건다.

설비 불평형률은 두 전압측 부하 차이를 총부하의 절반으로 나눈 값이다.
5,000−4,2009,200×12×100=17.39 [%]\dfrac{5{,}000-4{,}200}{9{,}200\times\frac{1}{2}}\times100=17.39\,[\%]

혼동 주의: 단상 3선식 설비 불평형률 한도는 40[%] 이하이고, 3상 3선식·3상 4선식의 30[%]와 다르다.

정답 이미지
문제 14
그림과 같은 단상 3선식 배전선의 a·b·c 선간에 부하가 접속되어 있다. 전선 저항은 모두 1선당 0.06[Ω]이다. ab간·bc간·ca간 전압을 구하시오. (부하 역률은 변압기 2차 전압 기준, 선로 리액턴스 무시.)

주어진 값: 변압기 2차 전압 a-b간 100[V], b-c간 105[V](따라서 a-c간 205[V], 변압기 1차는 200[V]), a선 부하 20[A](역률 1.0), b선(중간) 부하 40[A](역률 0.6), c선 부하 50[A](역률 0.8). 선전류 합성 결과 a선 60[A], 중성선 4[A], c선 64[A].
문제 이미지
정답 및 해설
각 부하전류를 유효분으로 환산하면 20×1.0=2020\times1.0=20[A], 40×0.6=2440\times0.6=24[A], 50×0.8=4050\times0.8=40[A]이고, 이를 합성하면 a선 60[A], 중성선 4[A], c선 64[A]. 1선당 r=0.06[Ω], 리액턴스 무시이므로 각 구간 전압강하를 빼면
Vab=100−(60×0.06−4×0.06)=96.64V_{ab} = 100 - (60 \times 0.06 - 4 \times 0.06) = 96.64 [V]
Vbc=105−(4×0.06+64×0.06)=100.92V_{bc} = 105 - (4 \times 0.06 + 64 \times 0.06) = 100.92 [V]
Vca=205−(60×0.06+64×0.06)=197.56V_{ca} = 205 - (60 \times 0.06 + 64 \times 0.06) = 197.56 [V]

V_ab = 96.64[V], V_bc = 100.92[V], V_ca = 197.56[V]


[해설]

선로 리액턴스를 무시하므로 전압강하는 유효분 전류 × 선로저항만으로 구한다. 각 구간 전압은 변압기 2차 전압에서 두 선의 강하를 뺀 값이다.

유효분 전류와 선전류:
20×1.0 = 20[A], 40×0.6 = 24[A], 50×0.8 = 40[A]
a선 = 20 + 40 = 60[A], c선 = 24 + 40 = 64[A], 중성선 = 24 − 20 = 4[A]

구간 전압:
Vab = 100 − (60×0.06 − 4×0.06) = 96.64[V]
Vbc = 105 − (4×0.06 + 64×0.06) = 100.92[V]
Vca = 205 − (60×0.06 + 64×0.06) = 197.56[V]

혼동 주의: 중성선 전류 4[A]는 전원에서 부하 쪽으로 흐른다. 그래서 a-b 구간에서는 강하를 줄이고(빼고) b-c 구간에서는 강하에 더한다.

문제 15
고장전류 10,000[A], 통전시간 0.5[sec], 접지선 허용온도 상승 1,000[℃]일 때 접지선 굵기를 구하시오.
정답 및 해설
온도상승식 θ=0.008(IA)2t\theta = 0.008 \left(\dfrac{I}{A}\right)^2 t [℃]을 단면적에 대해 정리하면
A=I0.008 tθ=10,000×0.008×0.51,000=10,000×4×10−6=10,000×0.002=20A = I\sqrt{\dfrac{0.008\,t}{\theta}} = 10{,}000 \times \sqrt{\dfrac{0.008 \times 0.5}{1{,}000}} = 10{,}000 \times \sqrt{4 \times 10^{-6}} = 10{,}000 \times 0.002 = 20 [mm²]

A = 20[mm²]


[해설]

접지선 굵기는 고장전류의 열이 모두 도체에 쌓인다고 보는 단열 온도상승식 θ=0.008(IA)2t\theta=0.008\left(\dfrac{I}{A}\right)^2 t에서 구한다. 허용온도상승 1,000 ℃를 넘지 않는 최소 단면적을 역산하는 것이다.

A=I0.008 tθA=I\sqrt{\dfrac{0.008\,t}{\theta}}
=10,000×0.008×0.51,000=10,000×0.002=10{,}000\times\sqrt{\dfrac{0.008\times0.5}{1{,}000}}=10{,}000\times0.002
A = 20 [mm2]

전류가 크고 통전시간이 길수록 굵어지고, 허용온도상승이 클수록 가늘어도 된다.

문제 16
그림과 같은 간이 수전설비 결선도를 보고 답하시오. (구성: 인입 COS(특고압) → 책임분계점 → ASS(자동고장구분개폐기) → PF(전력퓨즈, 2차측에서 LA 분기·E₁ 접지) → MOF → 모선에서 COS+TR1(3φ 300kVA, 22900/380-220), COS+TR2(3φ 200kVA, 22900/380-220) → 각각 ACB, MCCB)

(1) 수전실을 Cubicle Type으로 할 경우 고압반(HV)과 저압반(LV)이 각각 몇 개의 면으로 구성되는지 구분하고 수용 기기 명칭을 쓰시오.

(2) ①ASS ②LA ③COS 기기의 정격을 쓰시오.

(3) ④TR1측·⑤TR2측 차단기의 용량(AF, AT)은 무엇으로 선정하는가? (단, 역률 100[%]로 계산.)
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 고압반(HV) 4면: ① PF+LA반, ② MOF반, ③ COS+TR1반, ④ COS+TR2반
저압반(LV) 2면: ① ACB반, ② MCCB반

(2) ① ASS: 25.8[kV], 200[A]
② LA: 18[kV], 2,500[A]
③ COS: 25[kV], 100[AF], 8[A]

(3) 변압기 2차 정격전압 380[V], 역률 100[%] 기준
④ TR1: I4=300×1033×380=455.82I_4 = \dfrac{300 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 380} = 455.82 [A] → ACB AF 630[A], AT 600[A]
⑤ TR2: I5=200×1033×380=303.88I_5 = \dfrac{200 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 380} = 303.88 [A] → MCCB AF 400[A], AT 350[A]


[해설]

큐비클형 간이 수전설비는 기능별로 반(면)을 나눠 구성하고, 기기 정격은 22.9 kV-Y급 표준값을 쓴다.

  • 고압반 4면은 보호용 PF+LA반, 계량용 MOF반, 변압기별 COS+TR1반과 COS+TR2반이다.
  • 저압반 2면은 변압기 2차 차단기 종류에 따라 ACB반과 MCCB반으로 나눈다.
  • ASS(자동고장구분개폐기)는 25.8 kV·200 A이며, 수용가 쪽 고장을 자동으로 떼어 내 배전선로로 번지지 않게 한다.
  • LA(피뢰기)는 정격전압 18 kV, 공칭방전전류 2,500 A이다.
  • COS(컷아웃스위치)는 변압기 1차를 보호하는 퓨즈 개폐기로 25 kV·100 AF·8 A이다.

차단기는 역률 100 % 기준 변압기 2차 정격전류보다 큰 표준 AT를 고르고, AF는 AT 이상으로 잡는다.

TR1 측은 ACB, TR2 측은 MCCB로 같은 식을 써서 고른다.
I4=300×1033×380=455.82I_4=\dfrac{300\times10^3}{\sqrt{3}\times380}=455.82 [A] → ACB AF 630 A, AT 600 A
I5=200×1033×380=303.88I_5=\dfrac{200\times10^3}{\sqrt{3}\times380}=303.88 [A] → MCCB AF 400 A, AT 350 A

혼동 주의: AF(프레임 전류)는 차단기 틀의 최대 크기이고, AT(트립 전류)는 실제로 동작하는 전류 설정값이다.

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전기기사 실기 2018년 1회 기출유형문제
총 16문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
전력퓨즈(PF)의 역할을 간단히 쓰시오.
정답 및 해설
부하전류는 안전히 통전, 단락전류는 신속히 차단해 전로·기기를 보호한다.


[해설]

전력퓨즈(PF)는 고압·특고압 전로의 단락보호에 쓰는 퓨즈다.

  • 부하전류 통전 — 정상 운전 중에 흐르는 부하전류는 녹지 않고 안전하게 흘려보낸다.
  • 단락전류 차단 — 큰 단락전류가 흐르면 퓨즈 엘리먼트가 즉시 녹아 끊어지면서 전로와 기기를 보호한다.

혼동 주의: 전력퓨즈는 한 번 끊어지면 다시 쓸 수 없고 과부하 보호에는 맞지 않는다. 과부하 보호는 차단기와 계전기가 맡는다.

문제 2
감리원이 공사현장에서 감리업무 수행을 위해 비치·기록·보관해야 할 서류 5가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 감리업무일지
② 발주자 지시사항 처리부
③ 품질관리 검사·확인대장
④ 설계변경 현황
⑤ 안전관리 점검표

(근무상황판, 검측요청서, 기성·준공검사조서 등도 인정)


[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침은 감리원이 감리 과정을 기록으로 남기도록 현장에 비치할 서류를 정해 두었다.

  • 감리업무일지 — 그날의 감리 내용과 지시·확인 사항을 적는다.
  • 발주자 지시사항 처리부 — 발주자의 지시를 어떻게 처리했는지 기록한다.
  • 품질관리 검사·확인대장 — 자재와 시공 품질을 검사·확인한 결과를 관리한다.
  • 설계변경 현황 — 설계변경의 내용과 사유를 누적해서 관리한다.
  • 안전관리 점검표 — 현장 안전 점검 결과를 남긴다.

혼동 주의: 하도급 현황·작업계획서·주간 공정계획 및 실적 보고서는 공사업자가 비치하는 서식이다.

문제 3
전력설비 간선설계 시 고려사항 5가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 전기방식 및 배전방식
② 간선경로의 위치와 넓이
③ 간선(전선)의 굵기
④ 부하용량과 수용률
⑤ 제어반 위치


[해설]

간선은 변전설비에서 분전반·제어반까지 전력을 보내는 주 배선이다. 그래서 부하의 크기와 배선 경로를 함께 따져 설계한다.

  • 전기방식 및 배전방식 — 단상·3상 여부, 전압, 공급 방식을 부하 특성에 맞춰 정한다.
  • 간선경로의 위치와 넓이 — 샤프트나 트레이 같은 배선 공간과 경로가 충분한지 확인한다.
  • 간선(전선)의 굵기 — 허용전류·전압강하·기계적 강도를 모두 만족하도록 정한다.
  • 부하용량과 수용률 — 실제로 동시에 쓰는 최대전력을 추정해 간선 용량을 정한다.
  • 제어반 위치 — 분전반·제어반의 위치에 따라 간선 길이와 분기 방식이 정해진다.

외우는 요령: 방식·경로·굵기·부하·반 위치의 다섯 단어로 묶어 외운다.

문제 4
가공송전선로의 이상전압 발생 방지대책 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 피뢰기 설치
② 가공지선으로 뇌차폐
③ 매설지선으로 철탑 접지저항 저감(역섬락 방지)


[해설]

가공송전선로의 이상전압은 대부분 뇌서지이므로, 대책은 서지 억제·차폐·접지 개선으로 나뉜다.

  • 피뢰기 — 침입한 이상전압을 대지로 방전시켜 제한전압 이하로 억제한다.
  • 가공지선 — 전선 위에 설치한 접지선이 뇌격을 대신 맞아 전선을 차폐한다.
  • 매설지선 — 철탑 기초 주변 땅속에 묻은 접지선으로, 탑각 접지저항을 낮춘다.

역섬락은 철탑에 떨어진 뇌로 철탑 전위가 올라가 철탑에서 전선 쪽으로 섬락하는 현상이며, 접지저항이 낮을수록 줄어든다.

문제 5
CT(변류기)와 PT(계기용변압기)에 관한 다음 물음에 답하시오.

(1) 운전 중 CT를 개방해서는 안 되는 이유를 간단히 설명하시오.

(2) PT 2차측 정격전압과 CT 2차측 정격전류는 일반적으로 각각 얼마인가?

(3) 3상 간선의 전압·전류를 측정하기 위해 PT와 CT를 설치할 때의 결선도를 완성하시오. (단, 접지가 필요한 곳에는 접지표시와 함께 접지종별도 나타낼 것.)
문제 이미지
정답 및 해설
(1) CT 2차를 개방하면 1차 부하전류 전부가 여자전류로 작용해 철심이 과포화되고, 2차 단자에 매우 높은 과전압이 유도되어 절연이 파괴된다. 그러므로 점검 시에는 2차측을 반드시 단락시킨다.

(2) PT 2차 정격전압 110[V], CT 2차 정격전류 5[A]

(3) 결선도 참조. PT는 2대를 V-V결선해 3상 선간전압을, CT는 2대(가동접속·단권결선)로 선전류를 측정한다. PT·CT 2차측의 한 단자(중성점측)는 제3종 접지공사로 접지한다. (구 판단기준 제26조 — 고압 계기용변성기 2차측 전로는 제3종, 특고압은 제1종. 현행 KEC에서는 접지종별 구분이 폐지되고 보호도체 규격으로 규정한다.)


[해설]

CT는 1차 부하전류에 따라 2차 전류가 정해지는 전류원이어서 2차를 열어 두면 안 된다. 반대로 PT는 전압원이라 2차를 단락하면 안 된다.

  • CT 개방 금지 — 2차 기자력이 사라지면 1차 전류 전부가 여자전류가 되어 철심이 과포화되고, 2차에 고전압이 유도돼 절연이 파괴되므로 점검할 때는 2차를 단락한다.
  • 정격값 — PT 2차는 110[V], CT 2차는 5[A]로 표준화해 전압계·전류계·계전기를 공통으로 쓴다.
  • 결선 — PT 2대를 V-V결선해 선간전압을, CT 2대를 가동접속해 선전류를 전압계전환개폐기(VS)와 전류계전환개폐기(AS)를 거쳐 측정한다.
  • 접지 — PT·CT 2차측 한 단자를 제3종 접지공사로 접지해, 1·2차가 혼촉되더라도 2차측에 고전압이 걸리지 않게 한다.

혼동 주의: 제1·2·3종 같은 접지종별은 구 판단기준 표기다. 현행 KEC에서는 종별이 폐지되고 보호도체 규격으로 정한다.

정답 이미지
문제 6
그림의 유접점 시퀀스 회로를 무접점(논리) 회로로 그리시오.

주어진 유접점 회로: 모선 사이에 입력 a접점 A·B·C가 각각 릴레이 X₁·X₂·X₃를 구동하고, X₁ a접점과 X₂ a접점을 직렬로 넣은 회로가 X₄를 구동하며, X₃ b접점과 X₄ a접점을 병렬로 넣은 회로가 표시등 PL을 점등한다. 따라서 PL은 A·B의 AND와 C의 NOT을 OR한 출력으로 점등된다.
문제 이미지
정답 및 해설
출력 논리식: PL=(A⋅B)+C‾PL = (A \cdot B) + \overline{C}

A와 B를 AND, C는 NOT(인버터)에 통과시킨 뒤 두 출력을 OR게이트에 넣어 PL을 구동한다.


[해설]

유접점 회로를 논리식으로 옮기면 직렬 접점은 AND, 병렬 접점은 OR, b접점은 NOT이 된다.

  • AND 게이트: X₁·X₂ a접점이 직렬이라 X₄는 A와 B가 모두 들어올 때만 동작한다.
  • NOT 게이트(인버터): X₃ b접점은 C가 없을 때 닫히므로 C‾\overline{C}가 된다.
  • OR 게이트: X₃ b접점과 X₄ a접점이 병렬이라 둘 중 하나만 성립해도 PL이 켜진다.

그래서 출력식은 PL=(A⋅B)+C‾PL=(A\cdot B)+\overline{C}이다. 논리회로는 A·B를 AND에, C를 인버터에 넣고, 두 출력을 OR에 넣어 PL에 연결하면 된다.

정답 이미지
문제 7
그림은 TN-C-S 계통접지이다. 중성선(N)·보호선(PE)·보호선중성선겸용(PEN)을 도면에 직접 표시하시오. (해당 도체가 쓰이지 않는 계통이면 표시하지 않는다.)
문제 이미지
정답 및 해설
TN-C-S 계통은 전원측(변압기 접지측)부터 일정 구간까지 N과 PE를 한 도체(PEN)로 배선하고, 부하측(인입점 이후)에서 N과 PE로 분리한다.

① 전원측 변압기 중성점은 계통접지한다.
② 전원~분기점은 한 가닥 PEN(겸용도체)으로 표시한다.
③ 분기점 이후는 위쪽 N, 아래쪽 PE로 분리 표시하고, 부하 노출도전부는 PE에 접속한다.

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


[해설]

KEC 203.2 TN 계통 가운데 TN-C-S는 전원 쪽 구간에서 중성선과 보호선을 한 도체(PEN)로 겸용하고, 설비의 어느 지점에서 N과 PE로 나누는 방식이다.

  • 변압기 중성점 — 전원측 계통접지를 표시한다.
  • 전원~분기점 — 네 번째 도체가 한 가닥이므로 PEN으로 표시한다.
  • 분기점 이후 — 위쪽 도체는 N, 아래쪽 도체는 PE로 표시하고 부하 노출도전부는 PE에 연결한다.

혼동 주의: PEN을 N·PE로 한 번 나눈 뒤에는 다시 합치지 않는다. 처음부터 끝까지 나눠 쓰면 TN-S, 끝까지 겸용하면 TN-C다.

정답 이미지
문제 8
다음은 옥내배선도의 일부이다. a 스위치로 ㉠·㉡ 전등을, b 스위치로 ㉢·㉣ 전등을 점멸할 때 각 전선관 내 전선의 최소 가닥수를 표시하시오. (전원이 좌측 점멸기 박스로 들어와 좌·우 두 방향으로 배선되고 각 방향에 등 2개가 배치된다. a·b 스위치 2개는 좌측 점멸기에 위치.)
문제 이미지
정답 및 해설
단상 2선식 배선이며, 공통선 1가닥을 공유하는 a·b 2회로로 4개 등을 점멸한다.

① 전원 → 점멸기(a·b) 박스: 3가닥 (공통 1 + a스위치 부하선 1 + b스위치 부하선 1)
② 좌측 등 사이: 2가닥
③ 우측 등 사이: 2가닥

표준 구성: 전원선 2, 점멸기에서 ㉠·㉡(a회로)로 2, ㉢·㉣(b회로)로 2가닥(슬래시 표기).


[해설]

단상 2선식 점멸 배선에서는 공통선 1가닥과 스위치마다 등으로 가는 부하선 1가닥씩이 필요하다.

  • 점멸기(a·b) 박스 구간 3가닥: 공통선 1가닥과 a·b 스위치 부하선 2가닥을 함께 넣는다.
  • 좌측 등 사이 2가닥: a회로의 ㉠·㉡은 a부하선과 공통선만 있으면 같이 점멸된다.
  • 우측 등 사이 2가닥: b회로의 ㉢·㉣도 b부하선과 공통선 2가닥이면 된다.

외우는 요령: 가닥수는 등 개수가 아니라 그 구간을 지나는 스위치 회로 수로 정해진다. 스위치가 둘이면 공통 1가닥에 1가닥씩 더해 3가닥이다.

정답 이미지
문제 9
그림은 PB-ON을 ON 한 뒤 일정 시간이 지나면 전동기 M이 운전하는 회로이다. 쓰인 타이머 T는 입력이 사라지면 이탈되는 형식인데, 한시접점 동작과 동시에 복귀되는 형식의 타이머를 쓸 경우 이 회로를 어떻게 고쳐야 하는지, 전자접촉기 MC의 보조 a·b접점을 각 1개씩 추가하여 회로를 완성하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
한시동작 후 즉시 복귀 타이머를 쓰면, 한시접점(T)이 닫혀 MC가 여자되는 순간 입력이 끊겨 타이머가 복귀하고 다시 MC가 열리는 채터링이 생긴다. 이를 막으려면 MC 보조 a접점으로 자기유지 회로를 만들고, MC 보조 b접점을 타이머 코일에 직렬로 넣어 MC 동작 후 타이머를 소자시킨다.

① MC 코일과 병렬로 MC-a접점(자기유지)을 추가한다.
② 타이머 T 코일과 직렬로 MC-b접점을 추가한다.

그러면 기동 후 타이머가 분리되고 MC만 자기유지로 운전된다.


[해설]

한시동작 즉시복귀형 타이머는 한시접점 T가 닫히는 순간 스스로 복귀한다. 그래서 접점이 순간만 닫혀 MC가 붙었다가 곧 떨어지는 채터링이 생긴다.

  • MC-a 접점 — 한시접점 T와 병렬로 넣어 MC가 스스로 여자를 유지하는 자기유지 회로를 만든다.
  • MC-b 접점 — 타이머 T 코일과 직렬로 넣어 MC가 동작하면 타이머를 소자시킨다.

이렇게 하면 기동 뒤 타이머는 회로에서 빠지고 MC만 자기유지로 운전을 이어 간다. 정지는 PB-OFF를 누르거나 OL이 동작해 조작회로 전체가 끊길 때 이루어진다.

정답 이미지
문제 10
△결선된 변압기에 역률 1인 부하 50[kW]와 역률 0.8인 부하 100[kW]가 접속되어 있다. 다음에 답하시오.

【변압기 정격용량 표준규격[kVA]】: 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300

(1) △결선 운전 시 변압기 1대의 최소용량을 구하시오. (표준규격에서 선정.)

(2) 변압기 1대 고장으로 V결선 운전 시 과부하율은 얼마인가?

(3) △결선 시 동손과 V결선 시 동손의 비를 구하시오.
정답 및 해설
(1) 유효전력 P=50+100=150P = 50 + 100 = 150 [kW]
무효전력 Q=100×0.60.8=75Q = 100 \times \dfrac{0.6}{0.8} = 75 [kVar] (역률 1 부하는 무효분 0)
피상전력 S=1502+752=167.71S = \sqrt{150^2 + 75^2} = 167.71 [kVA]
△결선은 3대이므로 1대 분담 P1=167.713=55.9P_1 = \dfrac{167.71}{3} = 55.9 [kVA] → 표준규격 75[kVA] 선정

(2) V결선 출력 PV=3 P1′=S=167.71P_V = \sqrt{3}\,P_1' = S = 167.71 [kVA]이므로 1대 분담 P1′=167.713=96.83P_1' = \dfrac{167.71}{\sqrt{3}} = 96.83 [kVA]
과부하율 =P1′P1=96.8375=1.2911= \dfrac{P_1'}{P_1} = \dfrac{96.83}{75} = 1.2911 [p.u] = 129.11[%]

(3) 1대 동손을 PcP_c라 하면 △결선 3대, V결선 2대이므로
Δ결선 동손V결선 동손=3Pc2Pc=1.5\dfrac{\Delta\text{결선 동손}}{V\text{결선 동손}} = \dfrac{3P_c}{2P_c} = 1.5 → 1.5배


[해설]

역률이 다른 두 부하를 유효·무효전력으로 분해·합성한 피상전력을 구한 뒤, Δ결선(3대)과 V결선(2대)이 전체 용량을 몇 대로 나눠 부담하는지에 따라 표준용량·과부하율·동손비가 결정된다.

무효전력은 역률 1 부하는 0, 역률 0.8 부하는 Q=100×0.60.8=75Q=100\times\dfrac{0.6}{0.8}=75[kVar]이며 합성 피상전력은 S=1502+752=167.71S=\sqrt{150^2+75^2}=167.71[kVA]다.

Δ결선은 3대가 균등분담하므로 1대당 S3=55.9\dfrac{S}{3}=55.9[kVA], V결선은 2대가 3\sqrt{3}배 관계로 출력을 내므로 1대당 S3=96.83\dfrac{S}{\sqrt{3}}=96.83[kVA]를 떠안아 과부하율이 129.11[%]가 되고, 동손은 대수비인 3:2로 비교해 1.5배가 된다.

문제 11

수전전압 6,600 [V], 가공전선로의 %임피던스 58.5 [%], 수전점의 3상 단락전류가 8,000 [A]일 때 기준용량과 수전용 차단기의 정격차단용량을 구하시오. (단, 차단기 정격용량[MVA]은 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 250, 300, 400, 500에서 선정한다.)

(1) 기준용량
(2) 차단용량

정답 및 해설

(1) In=%Z100Is=0.585×8,000=4,680I_n=\dfrac{\%Z}{100}I_s=0.585\times 8{,}000=4{,}680 [A], 기준용량 Pn=3 VIn≒53.5P_n=\sqrt{3}\,V I_n\fallingdotseq 53.5 [MVA]
(2) 차단용량 Ps=3 VnIs≒99.77P_s=\sqrt{3}\,V_n I_s\fallingdotseq 99.77 [MVA] (기준용량 환산식 Ps=100%ZPn=91.45P_s=\dfrac{100}{\%Z}P_n=91.45 [MVA]) → 표준값 100 [MVA] 선정


[해설]

%임피던스법에서 단락전류는 Is=100%ZInI_s=\dfrac{100}{\%Z}I_n이다. 이 식을 거꾸로 풀면 기준전류와 기준용량이 나온다.

기준용량
In=%Z100Is=58.5100×8,000=4,680I_n=\dfrac{\%Z}{100}I_s=\dfrac{58.5}{100}\times 8{,}000=4{,}680 [A]
Pn=3×6,600×4,680≒53.5P_n=\sqrt{3}\times 6{,}600\times 4{,}680\fallingdotseq 53.5 [MVA]

차단용량(차단기 정격전압 7.2 kV 적용)
Ps=3×7,200×8,000≒99.77P_s=\sqrt{3}\times 7{,}200\times 8{,}000\fallingdotseq 99.77 [MVA]
→ 표준값 가운데 계산값 바로 위 단계인 100 [MVA] 선정

혼동 주의: 차단용량은 공칭전압 6.6 kV가 아니라 정격전압 7.2 kV로 계산한다. 기준용량 환산식 100%ZPn=91.45\dfrac{100}{\%Z}P_n=91.45 [MVA]로 풀어도 선정값은 같은 100 MVA다.

문제 12
1차 정격전압 6,600[V], 권수비 30인 3상 변압기가 있다. 다음에 답하시오.

(1) 2차 정격전압은?

(2) 용량 50[kW], 역률 0.8인 부하 접속 시 1차 전류와 2차 전류는 각각 얼마인가?

(3) 변압기 1차측 정격용량은?
정답 및 해설
(1) 2차 정격전압 V2=V1a=6,60030=220V_2 = \dfrac{V_1}{a} = \dfrac{6{,}600}{30} = 220 [V]

(2) 1차 전류 I1=P3 V1cos⁡θ=50,0003×6,600×0.8=5.47I_1 = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V_1 \cos\theta} = \dfrac{50{,}000}{\sqrt{3}\times 6{,}600 \times 0.8} = 5.47 [A]
2차 전류 I2=P3 V2cos⁡θ=50,0003×220×0.8=164.02I_2 = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V_2 \cos\theta} = \dfrac{50{,}000}{\sqrt{3}\times 220 \times 0.8} = 164.02 [A]

(3) 1차측 정격용량 Pa=3 V1I1=Pcos⁡θ=500.8P_a = \sqrt{3}\,V_1 I_1 = \dfrac{P}{\cos\theta} = \dfrac{50}{0.8} = 62.5[kVA]


[해설]

권수비 a=V1/V2로 2차 전압을 구하고, 3상 전력식으로 1차·2차 전류를 각각 구한다.

2차 정격전압은 1차 전압을 권수비로 나눈 값이다.
V2=V1a=6,60030=220V_2=\dfrac{V_1}{a}=\dfrac{6{,}600}{30}=220 [V]

전류는 I=P3 Vcos⁡θI=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}에 각 측 전압을 넣어 구한다.
I1=50,0003×6,600×0.8=5.47I_1=\dfrac{50{,}000}{\sqrt{3}\times 6{,}600\times 0.8}=5.47 [A]
I2=50,0003×220×0.8=164.02I_2=\dfrac{50{,}000}{\sqrt{3}\times 220\times 0.8}=164.02 [A]

1차측 정격용량은 유효전력을 역률로 나눈 피상전력이다.
Pa=Pcos⁡θ=500.8=62.5P_a=\dfrac{P}{\cos\theta}=\dfrac{50}{0.8}=62.5 [kVA]

두 전류의 비(164.02÷5.47≒30)가 권수비와 같으면 맞게 푼 것이다.

문제 13
단상 3선식 110/220[V]를 쓰는 건물이 있다. 변압기가 설치된 수전실에서 50[m] 떨어진 곳에 부하집계표와 같은 분전반을 시설하려 한다. 전압변동률 2[%] 이하, 전압강하율 2[%] 이하가 되도록 다음을 구하시오. (단, 공사방법 B1, PVC 절연전선, 후강전선관 공사, 3선 모두 같은 굵기, 부하 수용률 100[%], 후강전선관 내 전선 점유율 48[%] 이내.)

회로번호부하명칭부하[VA]A선 분담[VA]B선 분담[VA]극수AFAT
1전등24001200120025015
2전등140070070025015
3콘센트10001000-15020
4콘센트14001400-15020
5콘센트600-60015020
6콘센트1000-100015020
7팬코일700700-13015
8팬코일700-70013015
합계920050004200

【표2. 전선(피복절연물 포함) 단면적】및【표3. 공사방법별 허용전류[A]】는 시험지 표 참조.

(1) 간선의 굵기는?
(2) AF·AT 용량을 선정하시오.
(3) 후강전선관 굵기를 구하시오.
(4) 분전반 복선결선도를 완성하시오.
(5) 설비 불평형률은?
문제 이미지
정답 및 해설
(1) A선 전류 IA=5,000110=45.45I_A = \dfrac{5{,}000}{110} = 45.45 [A], B선 전류 IB=4,200110=38.18I_B = \dfrac{4{,}200}{110} = 38.18 [A]. 큰 값 45.45[A] 기준. L=50[m], 단상 3선식(외측선) 전압강하 허용 e=110×0.02=2.2e = 110 \times 0.02 = 2.2 [V].
A=17.8 L I1,000 e=17.8×50×45.451,000×2.2=18.39A = \dfrac{17.8\,L\,I}{1{,}000\,e} = \dfrac{17.8 \times 50 \times 45.45}{1{,}000 \times 2.2} = 18.39 [mm²] → 표2에서 이를 초과하는 공칭단면적 25[mm²] 선정

(2) AF 100[A], AT 75[A] (간선전류 45.45A 수용, 허용전류표에 적합)

(3) 점유율 조건 πD24×0.48≥74×3\dfrac{\pi D^2}{4} \times 0.48 \geq 74 \times 3 (25mm² 전선 완성 단면적 74mm²×3선)에서
D≥74×3×4π×0.48=24.27D \geq \sqrt{\dfrac{74 \times 3 \times 4}{\pi \times 0.48}} = 24.27 [mm] → 후강전선관 28[mm](G28) 선정

(4) 복선결선도: 단상 3선식 모선(A·N·B)에서 2P 분기(회로 1·2 전등)와 1P 분기(회로 3~8)를 NFB로 인출한다. (도면 참조)

(5) 설비 불평형률 =중성선과 각 전압측 부하차총부하×12×100=5,000−4,2009,200×12×100=17.39= \dfrac{\text{중성선과 각 전압측 부하차}}{\text{총부하} \times \frac{1}{2}} \times 100 = \dfrac{5{,}000 - 4{,}200}{9{,}200 \times \frac{1}{2}} \times 100 = 17.39 [%]


[해설]

간선은 전압강하로 굵기, 부하전류로 차단기, 점유율 48[%]로 전선관을 정한다.

간선 굵기는 부하가 큰 A선 전류를 기준으로 하고, 외측선과 중성선 사이 허용 전압강하는 110×0.02=2.2[V]로 잡는다.
IA=5,000110=45.45 [A]I_A=\dfrac{5{,}000}{110}=45.45\,[\mathrm{A}]
A=17.8LI1,000e=17.8×50×45.451,000×2.2A=\dfrac{17.8LI}{1{,}000e}=\dfrac{17.8\times50\times45.45}{1{,}000\times2.2}
A=18.39 [mm2]A=18.39\,[\mathrm{mm^2}] → 이를 넘는 공칭단면적 25[mm²]

차단기는 AF 100[A], AT 75[A]로 정한다. AT가 간선전류 45.45[A]를 넘으면서 25[mm²] 전선의 허용전류 이내라 과부하 보호가 된다.

전선관은 25[mm²] 전선의 피복 포함 단면적 74[mm²] 3가닥이 관 내단면적의 48[%] 이내에 들어가야 한다.
πD24×0.48≥74×3\dfrac{\pi D^2}{4}\times0.48\ge74\times3
D≥74×3×4π×0.48=24.27 [mm]D\ge\sqrt{\dfrac{74\times3\times4}{\pi\times0.48}}=24.27\,[\mathrm{mm}] → 후강전선관 28[mm]

복선결선도는 주개폐기 아래 A·N·B 모선에서 분기를 인출한다. 2P 전등 회로는 A·B선에, 1P 회로는 A선 또는 B선 중 하나와 N선에 건다.

설비 불평형률은 두 전압측 부하 차이를 총부하의 절반으로 나눈 값이다.
5,000−4,2009,200×12×100=17.39 [%]\dfrac{5{,}000-4{,}200}{9{,}200\times\frac{1}{2}}\times100=17.39\,[\%]

혼동 주의: 단상 3선식 설비 불평형률 한도는 40[%] 이하이고, 3상 3선식·3상 4선식의 30[%]와 다르다.

정답 이미지
문제 14
그림과 같은 단상 3선식 배전선의 a·b·c 선간에 부하가 접속되어 있다. 전선 저항은 모두 1선당 0.06[Ω]이다. ab간·bc간·ca간 전압을 구하시오. (부하 역률은 변압기 2차 전압 기준, 선로 리액턴스 무시.)

주어진 값: 변압기 2차 전압 a-b간 100[V], b-c간 105[V](따라서 a-c간 205[V], 변압기 1차는 200[V]), a선 부하 20[A](역률 1.0), b선(중간) 부하 40[A](역률 0.6), c선 부하 50[A](역률 0.8). 선전류 합성 결과 a선 60[A], 중성선 4[A], c선 64[A].
문제 이미지
정답 및 해설
각 부하전류를 유효분으로 환산하면 20×1.0=2020\times1.0=20[A], 40×0.6=2440\times0.6=24[A], 50×0.8=4050\times0.8=40[A]이고, 이를 합성하면 a선 60[A], 중성선 4[A], c선 64[A]. 1선당 r=0.06[Ω], 리액턴스 무시이므로 각 구간 전압강하를 빼면
Vab=100−(60×0.06−4×0.06)=96.64V_{ab} = 100 - (60 \times 0.06 - 4 \times 0.06) = 96.64 [V]
Vbc=105−(4×0.06+64×0.06)=100.92V_{bc} = 105 - (4 \times 0.06 + 64 \times 0.06) = 100.92 [V]
Vca=205−(60×0.06+64×0.06)=197.56V_{ca} = 205 - (60 \times 0.06 + 64 \times 0.06) = 197.56 [V]

V_ab = 96.64[V], V_bc = 100.92[V], V_ca = 197.56[V]


[해설]

선로 리액턴스를 무시하므로 전압강하는 유효분 전류 × 선로저항만으로 구한다. 각 구간 전압은 변압기 2차 전압에서 두 선의 강하를 뺀 값이다.

유효분 전류와 선전류:
20×1.0 = 20[A], 40×0.6 = 24[A], 50×0.8 = 40[A]
a선 = 20 + 40 = 60[A], c선 = 24 + 40 = 64[A], 중성선 = 24 − 20 = 4[A]

구간 전압:
Vab = 100 − (60×0.06 − 4×0.06) = 96.64[V]
Vbc = 105 − (4×0.06 + 64×0.06) = 100.92[V]
Vca = 205 − (60×0.06 + 64×0.06) = 197.56[V]

혼동 주의: 중성선 전류 4[A]는 전원에서 부하 쪽으로 흐른다. 그래서 a-b 구간에서는 강하를 줄이고(빼고) b-c 구간에서는 강하에 더한다.

문제 15
고장전류 10,000[A], 통전시간 0.5[sec], 접지선 허용온도 상승 1,000[℃]일 때 접지선 굵기를 구하시오.
정답 및 해설
온도상승식 θ=0.008(IA)2t\theta = 0.008 \left(\dfrac{I}{A}\right)^2 t [℃]을 단면적에 대해 정리하면
A=I0.008 tθ=10,000×0.008×0.51,000=10,000×4×10−6=10,000×0.002=20A = I\sqrt{\dfrac{0.008\,t}{\theta}} = 10{,}000 \times \sqrt{\dfrac{0.008 \times 0.5}{1{,}000}} = 10{,}000 \times \sqrt{4 \times 10^{-6}} = 10{,}000 \times 0.002 = 20 [mm²]

A = 20[mm²]


[해설]

접지선 굵기는 고장전류의 열이 모두 도체에 쌓인다고 보는 단열 온도상승식 θ=0.008(IA)2t\theta=0.008\left(\dfrac{I}{A}\right)^2 t에서 구한다. 허용온도상승 1,000 ℃를 넘지 않는 최소 단면적을 역산하는 것이다.

A=I0.008 tθA=I\sqrt{\dfrac{0.008\,t}{\theta}}
=10,000×0.008×0.51,000=10,000×0.002=10{,}000\times\sqrt{\dfrac{0.008\times0.5}{1{,}000}}=10{,}000\times0.002
A = 20 [mm2]

전류가 크고 통전시간이 길수록 굵어지고, 허용온도상승이 클수록 가늘어도 된다.

문제 16
그림과 같은 간이 수전설비 결선도를 보고 답하시오. (구성: 인입 COS(특고압) → 책임분계점 → ASS(자동고장구분개폐기) → PF(전력퓨즈, 2차측에서 LA 분기·E₁ 접지) → MOF → 모선에서 COS+TR1(3φ 300kVA, 22900/380-220), COS+TR2(3φ 200kVA, 22900/380-220) → 각각 ACB, MCCB)

(1) 수전실을 Cubicle Type으로 할 경우 고압반(HV)과 저압반(LV)이 각각 몇 개의 면으로 구성되는지 구분하고 수용 기기 명칭을 쓰시오.

(2) ①ASS ②LA ③COS 기기의 정격을 쓰시오.

(3) ④TR1측·⑤TR2측 차단기의 용량(AF, AT)은 무엇으로 선정하는가? (단, 역률 100[%]로 계산.)
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 고압반(HV) 4면: ① PF+LA반, ② MOF반, ③ COS+TR1반, ④ COS+TR2반
저압반(LV) 2면: ① ACB반, ② MCCB반

(2) ① ASS: 25.8[kV], 200[A]
② LA: 18[kV], 2,500[A]
③ COS: 25[kV], 100[AF], 8[A]

(3) 변압기 2차 정격전압 380[V], 역률 100[%] 기준
④ TR1: I4=300×1033×380=455.82I_4 = \dfrac{300 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 380} = 455.82 [A] → ACB AF 630[A], AT 600[A]
⑤ TR2: I5=200×1033×380=303.88I_5 = \dfrac{200 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 380} = 303.88 [A] → MCCB AF 400[A], AT 350[A]


[해설]

큐비클형 간이 수전설비는 기능별로 반(면)을 나눠 구성하고, 기기 정격은 22.9 kV-Y급 표준값을 쓴다.

  • 고압반 4면은 보호용 PF+LA반, 계량용 MOF반, 변압기별 COS+TR1반과 COS+TR2반이다.
  • 저압반 2면은 변압기 2차 차단기 종류에 따라 ACB반과 MCCB반으로 나눈다.
  • ASS(자동고장구분개폐기)는 25.8 kV·200 A이며, 수용가 쪽 고장을 자동으로 떼어 내 배전선로로 번지지 않게 한다.
  • LA(피뢰기)는 정격전압 18 kV, 공칭방전전류 2,500 A이다.
  • COS(컷아웃스위치)는 변압기 1차를 보호하는 퓨즈 개폐기로 25 kV·100 AF·8 A이다.

차단기는 역률 100 % 기준 변압기 2차 정격전류보다 큰 표준 AT를 고르고, AF는 AT 이상으로 잡는다.

TR1 측은 ACB, TR2 측은 MCCB로 같은 식을 써서 고른다.
I4=300×1033×380=455.82I_4=\dfrac{300\times10^3}{\sqrt{3}\times380}=455.82 [A] → ACB AF 630 A, AT 600 A
I5=200×1033×380=303.88I_5=\dfrac{200\times10^3}{\sqrt{3}\times380}=303.88 [A] → MCCB AF 400 A, AT 350 A

혼동 주의: AF(프레임 전류)는 차단기 틀의 최대 크기이고, AT(트립 전류)는 실제로 동작하는 전류 설정값이다.