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전기기사 실기 기출문제

전기기사 실기 2018년 2회 기출유형문제

총 16문항 · 주관식 · A4 약 1장

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전기기사 실기 2018년 2회 기출유형문제

총 16문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
배광(配光) 방식에 따른 조명기구의 종류 5가지를 쓰시오.
정답 및 해설
배광(빛이 위·아래로 배분되는 비율)에 따라 5종류로 나눈다.

① 직접조명 — 하향광속 90~100%
② 반직접조명 — 하향광속 60~90%
③ 전반확산조명 — 상·하향광속 각 40~60%
④ 반간접조명 — 하향광속 10~40%
⑤ 간접조명 — 하향광속 0~10%


[해설]

조명기구는 전 광속 중 아래로 향하는 빛의 비율(하향광속비)을 기준으로 직접 → 반직접 → 전반확산 → 반간접 → 간접의 5단계로 분류하며, 하향광속 구간은 각각 90~100 / 60~90 / 40~60 / 10~40 / 0~10[%]다.

하향광속비가 높을수록 조명효율은 좋지만 그림자·눈부심이 커지고, 낮을수록 빛은 부드러워지지만 효율이 떨어지는 상충관계가 이 분류의 기준이 된다.

문제 2
변압기 중성점을 접지하는 목적 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 1선 지락 시 건전상의 대지전위 상승(이상전압) 억제
② 고·특고압과 저압 혼촉 시 저압측 전위 상승 억제
③ 지락전류 확보로 지락보호계전기 확실히 동작


[해설]

변압기 중성점을 접지하는 이유는 크게 이상전압 억제, 혼촉사고 시 저압측 보호, 보호계전기의 확실한 동작 세 가지로 나뉜다.

접지가 없으면 1선 지락 시 건전상의 대지전위가 비정상적으로 상승하고, 지락전류가 작아 계전기가 사고를 제대로 검출하지 못할 수 있다는 점이 핵심 근거다.

문제 3
인텔리전트 빌딩(Intelligent Building)은 빌딩 자동화·사무 자동화·정보통신 시스템과 건축 환경을 통합해 건설·유지관리의 경제성을 높인 건물이다. 전산 시스템 비상전원으로 쓰이는 UPS에 관해 답하시오.
(1) UPS를 우리말로 풀어 쓰면?
(2) UPS에서 AC→DC, DC→AC로 변환하는 부분의 명칭을 각각 쓰시오.
(3) 전력 공급용 축전지 용량을 구하는 공식을 쓰시오. (사용 기호의 의미도 설명할 것)
정답 및 해설
(1) 무정전 전원공급 장치 (Uninterruptible Power Supply)

(2) AC→DC : 컨버터(정류기) / DC→AC : 인버터

(3) 축전지 용량 C=1LKIC=\dfrac{1}{L}KI [Ah]
CC : 축전지 용량 [Ah], LL : 보수율(경년용량 저하율), KK : 용량환산시간 계수, II : 방전전류 [A]


[해설]

UPS는 정전 시에도 부하에 전원을 끊김 없이 공급하는 장치로, 상시 정류기(컨버터)가 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고, 부하에는 인버터가 직류를 교류로 되돌려 공급한다.

축전지 용량 C=1LKIC=\dfrac{1}{L}KI에서 KK는 방전시간·최저허용전압에 따라 정해지는 용량환산시간계수, II는 방전전류이며, 경년열화를 반영한 보수율 LL로 나누는 것은 실제 필요용량을 여유 있게 잡기 위함이라는 점이 채점 포인트다.

문제 4
다음 논리식을 간략화하시오.
(1) Z=(A+B+C)AZ=(A+B+C)A
(2) Z=A‾ C+BC+AB+B‾ CZ=\overline{A}\,C+BC+AB+\overline{B}\,C
정답 및 해설
(1) 분배법칙으로 전개한다.
Z=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=AZ=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=A
∴ Z=AZ=A

(2) A‾ C\overline{A}\,C 와 B‾ C\overline{B}\,C 를 C로 묶는다.
Z=(A‾+B‾)C+AB+BCZ=(\overline{A}+\overline{B})C+AB+BC
=(A‾+B‾)C+BC+AB=(\overline{A}+\overline{B})C+BC+AB
(A‾+B‾)+B=A‾+1=1(\overline{A}+\overline{B})+B=\overline{A}+1=1 이므로 C항이 통합된다.
∴ Z=C+ABZ=C+AB


[해설]

(1)은 흡수법칙(A+AB=A)을 적용하면 바로 A로 줄어드는 문제다.
Z=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=AZ=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=A

(2)는 C가 곱해진 세 항 A‾C,  BC,  B‾C\overline{A}C,\;BC,\;\overline{B}C를 묶으면 C(A‾+B+B‾)=C(A‾+1)=CC(\overline{A}+B+\overline{B})=C(\overline{A}+1)=C로 정리되고, 남은 ABAB 항과 합쳐 Z=C+ABZ=C+AB가 된다.

문제 5
상용전원과 예비전원 운전 시 유의사항이다. 빈칸을 채우시오.
「상용전원과 예비전원은 병렬운전하지 않는 것이 원칙이므로, 수전용 차단기와 발전용 차단기 사이에 전기적 또는 기계적 ( ① )을 시설하고 ( ② )를 사용해야 한다.」
정답 및 해설
① 인터록(interlock)
② 전환개폐기(절체개폐기)

두 전원이 동시 투입(병렬운전)되지 않도록, 한쪽이 닫히면 다른 쪽은 닫히지 못하게 인터록을 두고 절체용 전환개폐기를 사용한다.


[해설]

상용전원과 예비전원(발전기)을 동시에 투입하면 위상 불일치로 인한 순환전류·기기손상 등 병렬운전 사고가 발생하므로 두 차단기가 동시에 닫히지 않도록 인터록을 걸어야 한다.

실제 절체는 전환개폐기로 이뤄지며, 한쪽 전원이 닫혀 있는 동안 다른 쪽 차단기의 투입회로를 기계적·전기적으로 차단하는 것이 인터록의 동작 원리다.

문제 6
부하의 최대수요전력(최대전력)을 억제하는 방법 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 부하율을 높여 운전(첨두부하 평준화)
② 부등률을 높여 운전(부하 사용 시각 분산)
③ 부하의 역률 개선


[해설]

최대수요전력을 낮추는 방법은 부하율을 높이는 것(사용량 평준화), 부등률을 높이는 것(피크 시각 분산), 역률 개선 세 방향으로 나뉜다.

부하율이 높을수록 최대전력 대비 평균전력이 커져 설비 이용효율이 좋아지고, 부등률이 클수록 각 부하의 최대수요 시각이 겹치지 않아 합성 최대전력이 낮아지는 원리다.

문제 7
다음 표의 PLC 프로그램을 보고 물음에 답하시오.
차례명령어번지
0SP000
1ANM000
2ONM001
3WP011
(S=START(a접점 시작), AN=AND NOT(b접점 직렬), ON=OR NOT(b접점 병렬), W=WRITE(출력))
(1) PLC 래더 다이어그램을 그리시오.
(2) 출력식을 쓰시오.
문제 이미지
정답 및 해설
P000 a접점에 M000 b접점을 직렬(AND NOT)로 잇고, 그 직렬군에 M001 b접점을 병렬(OR NOT)로 합친 뒤 출력 P011을 구동한다.

(1) 래더: 좌측 모선에서 ┤P000├ — ┤/M000├ 을 직렬로 잇고, 그 직렬군 전체에 ┤/M001├ 을 OR 병렬로 합류시킨 뒤 출력 코일 (P011) 에 연결한다.

(2) 출력식
P011=P000⋅M000‾+M001‾P011=P000\cdot\overline{M000}+\overline{M001}


[해설]

PLC 명령어를 그대로 논리 연산자로 옮기면 출력식이 나오므로, 그림 없이도 명령어 순서 자체가 해설의 근거가 된다.

AN(AND NOT)은 직전 로직에 b접점을 직렬로 잇는 연산이고, ON(OR NOT)은 그 시점까지 만들어진 로직 전체에 b접점을 병렬로 합치는 연산이다.

그래서 P000과 M000의 b접점이 먼저 직렬로 묶이고, 이 직렬군 전체에 M001의 b접점이 OR로 붙어 출력 P011을 구동한다 — M001을 M000과 직렬로 묶는 것이 흔한 오답이다.

정답 이미지
문제 8
그림과 같이 전동기 M과 H에 전력을 공급하는 저압 옥내 간선의 굵기를 정할 때, 전선의 허용전류는 최소 몇 [A] 이상이어야 하는가? (각 부하 정격전류는 그림 참조: 18[A], 17[A], 15[A], 50[A])
문제 이미지
정답 및 해설
현행 KEC(한국전기설비규정)에서는 저압 옥내간선의 허용전류를 전동기 등의 정격전류 합계와 그 밖의 전기사용기계기구의 정격전류 합계를 더한 값 이상으로 정한다(구 판단기준의 1.25배·1.1배 할증은 폐지되었다).
전동기 정격전류 합계 18+17+15=5018+17+15=50 [A], 전열기 H 5050 [A]
Ia=(18+17+15)+50=100I_a=(18+17+15)+50=100 [A]
∴ 허용전류는 100[A] 이상.
※ 구규정(전동기 합계 50[A] 이하일 때 1.25배 할증)으로 풀면 (18+17+15)×1.25+50=112.5(18+17+15)\times1.25+50=112.5 [A]였다.


[해설]

저압 옥내간선의 허용전류는 전동기 등의 정격전류 합계에 그 밖의 전기사용기계기구의 정격전류 합계를 더한 값 이상으로 정하도록 규정되어 있다.

과거 내선규정·판단기준에서는 전동기 합계가 50[A] 이하이면 1.25배, 50[A]를 초과하면 1.1배를 할증했으나 현행 KEC에서는 이 할증이 폐지되어 단순 합으로 구한다.
Ia=(18+17+15)+50=100I_a=(18+17+15)+50=100 [A]
(구규정 적용 시에는 (18+17+15)×1.25+50=112.5(18+17+15)\times1.25+50=112.5 [A])

여기서 전열기 H(50[A])는 전동기가 아닌 기타 전기사용기계기구이므로 배율을 곱하지 않고 그대로 더한다는 점이 계산에서 가장 흔히 놓치는 부분이다.

정답 이미지
문제 9
용량 200[kVA]인 단상변압기 2대를 V결선하여 3상 부하에 전원을 공급한다. 공급규정에 따라 한전과 전력 수급 계약을 맺을 때 계약 수전전력은 몇 [kVA]인가?
정답 및 해설
V결선 2대의 3상 출력은 단상 1대 용량의 3\sqrt{3} 배다.
Pv=3×200=346.41P_v=\sqrt{3}\times 200=346.41 [kVA]
∴ 계약 수전전력 약 346[kVA].


[해설]

V결선은 단상변압기 2대만으로 3상 전력을 공급하는 방식으로, 3상 출력이 변압기 1대 용량의 √3배로 제한된다는 점이 계약전력 산정의 근거다.

변압기 2대분 용량을 다 쓰지 못하고 √3배만 나오므로 이용률은 √3/2≒86.6[%]이고, 같은 변압기 3대를 △결선했을 때(3배 출력)와 비교한 출력비는 57.7[%]에 그친다.

계약 수전전력은 실제로 뽑아낼 수 있는 이 V결선 출력을 기준으로 정하므로, √3×200을 소수점까지 정확히 계산해 답하는 것이 채점 포인트다.

문제 10

어느 건물이 하루에 240[kW]로 5시간, 100[kW]로 8시간, 75[kW]로 나머지 시간을 사용한다. 수전설비 450[kVA], 부하 평균역률 0.8일 때 다음 물음에 답하시오.
(1) 수용률[%]을 구하시오.
(2) 일부하율[%]을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 수용률
· 설비용량(유효전력) =450×0.8=360=450\times0.8=360 [kW], 최대수용전력 =240=240 [kW]
· 수용률=240450×0.8×100=66.67\text{수용률}=\dfrac{240}{450\times0.8}\times100=66.67 [%]

(2) 일부하율
· 나머지 시간 =24−5−8=11=24-5-8=11 [h], 1일 사용전력량 =240×5+100×8+75×11=2,825=240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825 [kWh]
· 일부하율=2,825240×24×100=49.05\text{일부하율}=\dfrac{2{,}825}{240\times24}\times100=49.05 [%]


[해설]

수용률은 설비용량에 대한 최대수용전력의 비이다. 수전설비 용량은 피상전력 450[kVA]이므로 유효전력 기준 설비용량은 450×0.8=360450\times0.8=360 [kW]이고, 최대수용전력은 240[kW]이다.
수용률=최대수용전력설비용량×100=240360×100=66.67\text{수용률}=\dfrac{\text{최대수용전력}}{\text{설비용량}}\times100=\dfrac{240}{360}\times100=66.67 [%]

일부하율은 최대전력에 대한 1일 평균전력의 비이다. 75[kW]로 사용하는 시간은 24−5−8=1124-5-8=11 시간이므로 1일 사용전력량은 240×5+100×8+75×11=2,825240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825 [kWh], 1일 평균전력은 2,82524=117.71\dfrac{2{,}825}{24}=117.71 [kW]이다.
일부하율=117.71240×100=49.05\text{일부하율}=\dfrac{117.71}{240}\times100=49.05 [%]

분모를 240×24240\times24(최대전력 × 24시간)로 두고 1일 사용전력량을 그대로 나누어도 같은 값이 된다.

문제 11
다음 표의 빈칸에 절연내력 시험전압을 채우시오.
정격전압[V]최대전압[V]접지방식절연내력 시험전압[V]
6,6006,900비접지①
13,20013,800중성점 다중접지②
22,90024,000중성점 다중접지③
정답 및 해설
절연내력 시험전압 = 최대사용전압 × 접지방식별 배수(전기설비기술기준).

① 7,000[V] 이하 비접지: ×1.5 → 6,900×1.5=10,3506{,}900\times 1.5=10{,}350 [V]
② 7,000[V] 초과 25,000[V] 이하 중성점 다중접지: ×0.92 → 13,800×0.92=12,69613{,}800\times 0.92=12{,}696 [V]
③ 동일 ×0.92 → 24,000×0.92=22,08024{,}000\times 0.92=22{,}080 [V]


[해설]

절연내력 시험전압은 최대사용전압에 접지방식·전압구간별로 정해진 배수를 곱해 구하며, 이 배수를 아는지가 채점의 핵심이다.

7,000[V] 이하 비접지 계통은 배수 1.5, 7,000[V] 초과~25,000[V] 이하의 중성점 다중접지 계통은 배수 0.92를 적용한다.

배수를 곱하는 기준이 정격전압이 아니라 최대사용전압이라는 점, 접지방식이 달라지면 배수도 달라진다는 점이 자주 헷갈리는 지점이다.

문제 12
머레이 루프(Murray loop)법으로 선로 고장점을 찾으려 한다. 단면적 500[mm²], 길이 3.6[km], 저항 0.3195[Ω/km]인 선로에 그림과 같이 접지 고장이 생겼을 때 고장점까지 거리 X는 몇 [km]인가? (단, 평형 시 브리지 비율저항 P=100[Ω], Q=20[Ω]에서 평형되었다.)
문제 이미지
정답 및 해설
머레이 루프(휘트스톤 브리지 응용) 평형조건 P⋅Rx=Q⋅(R−Rx)P\cdot R_x=Q\cdot(R-R_x). R은 왕복선 합성저항, R_x는 고장점까지 왕복저항.

왕복선 합성저항 R=0.3195×3.6×2=2.3004R=0.3195\times 3.6\times 2=2.3004 [Ω]
고장점까지 저항 Rx=QP+QR=20120×2.3004=0.3834R_x=\dfrac{Q}{P+Q}R=\dfrac{20}{120}\times 2.3004=0.3834 [Ω]
고장점 거리 X=Rx0.3195=0.38340.3195=1.2X=\dfrac{R_x}{0.3195}=\dfrac{0.3834}{0.3195}=1.2 [km]
∴ X = 1.2 [km]


[해설]

머레이 루프법은 왕복선로를 브리지 회로로 보고, 평형 조건에서 고장점까지의 저항비로 거리를 역산하는 방법이다.

평형식의 R은 왕복(往復) 전체 저항이므로 선로 저항에 길이를 곱한 뒤 반드시 2배 해야 하며, 이를 빠뜨리는 것이 가장 흔한 오답 원인이다.

반면 평형식에서 구해지는 Rx는 고장점까지의 편도 저항이므로, 이를 단위길이 저항(0.3195[Ω/km])으로 그대로 나누면 거리 X가 나온다 — 여기서 다시 2로 나누면 답이 절반으로 어긋난다.

정답 이미지
문제 13

상순이 a-b-c인 3상 불평형 전압이 Va=7.3∠12.5∘V_a=7.3\angle 12.5^\circ [V], Vb=0.4∠−100∘V_b=0.4\angle -100^\circ [V], Vc=4.4∠154∘V_c=4.4\angle 154^\circ [V]일 때, 다음 대칭분 전압[V]을 구하시오.

(1) 영상분 전압 V0V_0
(2) 정상분 전압 V1V_1
(3) 역상분 전압 V2V_2

정답 및 해설

(1) 영상분 V0=13(Va+Vb+Vc)≒1.47∠45.11∘V_0=\dfrac{1}{3}(V_a+V_b+V_c)\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ [V]
(2) 정상분 V1=13(Va+aVb+a2Vc)≒3.97∠20.54∘V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ [V]
(3) 역상분 V2=13(Va+a2Vb+aVc)≒2.52∠−19.7∘V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ [V]


[해설]

대칭좌표법에서 상순 a-b-c이므로 연산자 a=1∠120∘a=1\angle 120^\circ, a2=1∠240∘a^2=1\angle 240^\circ로 두고 각 대칭분을 구한다.

(1) 영상분
V0=13(Va+Vb+Vc)=13(7.3∠12.5∘+0.4∠−100∘+4.4∠154∘)≒1.47∠45.11∘V_0=\dfrac{1}{3}(V_a+V_b+V_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle 12.5^\circ+0.4\angle -100^\circ+4.4\angle 154^\circ)\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ [V]

(2) 정상분
V1=13(Va+aVb+a2Vc)≒3.97∠20.54∘V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ [V]

(3) 역상분
V2=13(Va+a2Vb+aVc)≒2.52∠−19.7∘V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ [V]

세 성분 모두 13\dfrac{1}{3} 배가 붙고, 정상분은 VbV_b에 aa·VcV_c에 a2a^2, 역상분은 그 반대로 곱한다는 점만 기억하면 된다.

문제 14
답안지 도면은 3상 농형 유도전동기 IM의 Y-△ 기동 운전 제어의 미완성 회로도이다. 도면을 보고 답하시오.
(1) ①~③에 해당하는 전자접촉기 접점의 약호를 쓰시오.
(2) 운전 중 전자접촉기 MCS는 어떤 상태인가?
(3) 미완성 주회로에 Y-△ 기동 운전 결선도를 작성하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(1) ① MCM(주 전자접촉기) ② MCD(△ 운전용) ③ MCS(Y 기동용)

(2) △ 운전 중에는 Y결선이 풀리므로 MCS는 소자(消磁)되어 개방 상태.

(3) 주회로: 전원 R·S·T에 MCM a접점 3개를 직렬로 넣어 전동기 1차 단자 U·V·W에 접속. Y기동은 MCS a접점으로 권선 끝 X·Y·Z를 한 점(중성점)에 단락해 Y결선. △운전은 MCS를 열고 MCD a접점으로 U-Z, V-X, W-Y를 이어 △결선. 기동→운전 절체는 타이머 T(0~30sec)가 맡고, MCS와 MCD는 동시 투입을 막도록 상호 인터록한다.


[해설]

Y-△ 기동은 기동전류를 줄이려 처음엔 Y결선, 일정 시간 뒤 △결선으로 바꿔 운전하는 방식이므로 세 접촉기의 역할 구분이 핵심이다.

MCM은 전동기에 전원을 공급하는 주접촉기, MCS는 Y결선을 만드는 기동용, MCD는 △결선을 만드는 운전용이며, MCS와 MCD는 동시 투입되면 단락사고가 되므로 반드시 상호 인터록이 걸린다.

△운전으로 절체되는 순간 Y결선을 만들던 MCS는 소자(개방)되어야 하고 이 전환은 타이머가 담당한다 — 운전 중에도 MCS가 계속 여자돼 있다고 답하면 감점 포인트다.

정답 이미지
문제 15
도면은 어떤 배전용 변전소의 단선결선도이다. 도면과 조건을 이용해 답하시오.
【조건】
1. 주변압기 정격: 1차 66[kV], 2차 6.6[kV], 정격용량 3상 10[MVA].
2. 주변압기 1차측(1차 모선)에서 본 전원측 등가 임피던스는 100[MVA] 기준 16[%], 변압기 내부 임피던스는 자기용량 기준 7[%].
3. 각 Feeder 부하는 거의 동일.
4. 차단기 정격차단용량·정격전류, 단로기·CT 1차 정격전류 표준은 아래와 같다.
정격전압[kV]공칭전압[kV]정격차단용량[MVA]정격전류[A]정격차단시간[Hz]
7.26.6252005
50400, 6005
100400, 600, 800, 1,2005
150400, 600, 800, 1,2005
200600, 800, 1,2005
250600, 800, 1,200, 2,0005
72661,000600, 8003
1,500600, 800, 1,2003
2,500600, 800, 1,2003
3,500800, 1,2003
단로기(선로개폐기) 정격전류 표준: 72[kV] → 600[A], 1,200[A]; 7.2[kV] 이하 → 400, 600, 1,200, 2,000[A]. CT 1차 정격전류 표준[A]: 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1,200, 1,500, 2,000. CT 2차 정격전류 5[A], PT 2차 정격전압 110[V].
(1) 차단기 ①의 정격차단용량과 정격전류를 산정하시오.
(2) 선로개폐기 ②의 정격전류를 산정하시오.
(3) 변류기 ③의 1차 정격전류를 산정하시오.
(4) PT ④의 1차 정격전압은?
(5) ⑤ 기기의 명칭은?
(6) 선택지락계전기 ⑥의 역할을 간단히 설명하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 1차(66kV) 모선 차단기 ①. 전원측 등가 임피던스 16[%](100MVA 기준)에서 차단용량 Ps=100%Z×100=10016×100=625P_s=\dfrac{100}{\%Z}\times 100=\dfrac{100}{16}\times 100=625 [MVA] → 표준 1,000[MVA] 선정. 정격전류는 변압기 정격(66kV·10MVA) 기준 In=10×1033×66=87.48I_n=\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 66}=87.48 [A] 를 넘는 표준 600[A] 선정.
∴ 정격차단용량 1,000[MVA], 정격전류 600[A]

(2) 선로개폐기 ②(66kV측)도 In=10×1033×66=87.48I_n=\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 66}=87.48 [A] 를 넘는 표준 600[A] 선정.
∴ 600[A]

(3) 변류기 ③ 1차 정격전류. 2차(6.6kV)측 정격전류에 여유율 1.25를 곱한다.
I1=10×1033×6.6×1.25=1093.47I_1=\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 6.6}\times 1.25=1093.47 [A] 를 넘는 CT 표준 1,200[A] 선정.
∴ 1,200[A]

(4) PT ④는 6.6kV 모선에 접속 → 1차 정격전압 = 6,600[V]

(5) ⑤ : 접지형 계기용 변압기(GPT)

(6) 선택지락계전기(SGR)는 다회선 배전선로에서 지락사고 시 영상전압(GPT)과 영상전류(ZCT)의 위상 관계로 사고 회선만 골라 차단하는 보호계전기다.


[해설]

이 문항은 %임피던스법으로 차단용량·정격전류를 정하고, 부속기기의 명칭과 역할을 함께 묻는 종합형이다.

차단용량은 Ps=100%Z×PnP_s=\dfrac{100}{\%Z}\times P_n으로 구하고, 정격전류·CT 1차전류는 계산값보다 큰 표준값 중 가장 가까운 것을 선정하는 것이 원칙이다 — 특히 CT는 여유율 1.25배를 곱한 뒤 표준규격에서 올림하는 것이 채점 키워드다.

GPT(접지형 계기용변압기)는 영상전압을, SGR(선택지락계전기)은 GPT의 영상전압과 ZCT의 영상전류를 조합해 다회선 중 사고 회선만 골라 차단한다는 원리를 정확히 쓰는 것이 핵심이다.

문제 16
그림과 같은 송전계통 S점에서 3상 단락사고가 발생했다. 도면과 조건을 참고해 답하시오. (단선도: G — T₁(11/154[kV]) — CB — T₂ — ×S, T₂ 3차에 조상기 C 접속)
【조건】
번호기기명용량전압%X
1발전기 G50,000[kVA]11[kV]30
2변압기 T₁50,000[kVA]11/154[kV]12
3송전선-154[kV]10 (10[MVA] 기준)
4변압기 T₂1차 25,000[kVA]154[kV]12 (25,000[kVA] 기준, 1차~2차)
2차 30,000[kVA]77[kV]15 (25,000[kVA] 기준, 2차~3차)
3차 10,000[kVA]11[kV]10.8 (10,000[kVA] 기준, 3차~1차)
5조상기 C10,000[kVA]11[kV]20
(1) 발전기, 변압기 T₁, 송전선, 조상기의 %리액턴스를 기준출력 10[MVA]로 환산하시오.
(2) 변압기 T₂의 각 %리액턴스를 10[MVA]로 환산하고 1차(P)·2차(T)·3차(S)의 %리액턴스를 구하시오.
(3) 사고점 S에서 본 총 임피던스를 구하시오.
(4) 고장점과 차단기를 통과하는 단락전류를 각각 구하시오.
(5) 차단기의 차단용량은 몇 [MVA]인가?
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 기준출력 10[MVA]로 환산(%X′=%X×10자기용량[MVA]\%X'=\%X\times\dfrac{10}{\text{자기용량[MVA]}}).
① 발전기 30×1050=630\times\dfrac{10}{50}=6 [%]
② 변압기 T₁ 12×1050=2.412\times\dfrac{10}{50}=2.4 [%]
③ 송전선 10×1010=1010\times\dfrac{10}{10}=10 [%]
④ 조상기 20×1010=2020\times\dfrac{10}{10}=20 [%]

(2) T₂ 3권선 환산: X12=12×1025=4.8X_{12}=12\times\dfrac{10}{25}=4.8, X23=15×1025=6X_{23}=15\times\dfrac{10}{25}=6, X31=10.8×1010=10.8X_{31}=10.8\times\dfrac{10}{10}=10.8 [%].
1차 %X1=12(X12+X31−X23)=12(4.8+10.8−6)=4.8\%X_1=\dfrac{1}{2}(X_{12}+X_{31}-X_{23})=\dfrac{1}{2}(4.8+10.8-6)=4.8 [%]
2차 %X2=12(X12+X23−X31)=12(4.8+6−10.8)=0\%X_2=\dfrac{1}{2}(X_{12}+X_{23}-X_{31})=\dfrac{1}{2}(4.8+6-10.8)=0 [%]
3차 %X3=12(X23+X31−X12)=12(6+10.8−4.8)=6\%X_3=\dfrac{1}{2}(X_{23}+X_{31}-X_{12})=\dfrac{1}{2}(6+10.8-4.8)=6 [%]

(3) 사고점 S(77kV·T₂ 2차)에서 본 총 임피던스. 1차측 경로(발전기→T₁→송전선→T₂ 1차) %Z1=6+2.4+10+4.8=23.2\%Z_1=6+2.4+10+4.8=23.2 [%], 2차측 %Z2=0\%Z_2=0 [%], 3차측(조상기→T₂ 3차) %Z3=20+6=26\%Z_3=20+6=26 [%]. 1차측과 3차측은 병렬, 여기에 2차측이 직렬이다.
%Z=23.2×2623.2+26+0=12.26\%Z=\dfrac{23.2\times 26}{23.2+26}+0=12.26 [%]

(4) 사고점은 77kV측, 차단기 CB는 154kV측.
① 고장점 단락전류 Is2=10012.26×10×1033×77=611.6I_{s2}=\dfrac{100}{12.26}\times\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 77}=611.6 [A]
② 차단기 통과 단락전류(1차측 분담분) Is1=10023.2×10×1033×154=161.6I_{s1}=\dfrac{100}{23.2}\times\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 154}=161.6 [A]

(5) 차단용량(차단기 정격전압 170[kV] 기준) Ps=3×170×161.6×10−3=47.58P_s=\sqrt{3}\times 170\times 161.6\times 10^{-3}=47.58 [MVA]


[해설]

%임피던스법 단락계산은 각 기기의 %X를 하나의 기준용량으로 통일한 뒤 회로 결선(직렬·병렬)대로 합성하는 원리이므로, 기준환산이 틀리면 이후 계산이 모두 어긋난다.

3권선 변압기는 1차·2차·3차를 스타(Y)형 등가로 분해하는 %X1=12(X12+X31−X23)\%X_1=\tfrac12(X_{12}+X_{31}-X_{23}) 류의 공식을 적용하는 것이 채점 포인트다.

사고점(77kV, T₂ 2차)은 1차 경로와 3차(조상기) 경로가 병렬로 전류를 공급하는 구조이므로, 두 경로를 병렬 합성해 고장점 전류를 구하고, 차단기 통과전류는 차단기가 놓인 1차 경로 임피던스만으로 따로 구해야 한다.

정답 이미지
전기기사 실기 기출문제모두CBT · moducbt.com

전기기사 실기 2018년 2회 기출유형문제

총 16문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
배광(配光) 방식에 따른 조명기구의 종류 5가지를 쓰시오.
정답 및 해설
배광(빛이 위·아래로 배분되는 비율)에 따라 5종류로 나눈다.

① 직접조명 — 하향광속 90~100%
② 반직접조명 — 하향광속 60~90%
③ 전반확산조명 — 상·하향광속 각 40~60%
④ 반간접조명 — 하향광속 10~40%
⑤ 간접조명 — 하향광속 0~10%


[해설]

조명기구는 전 광속 중 아래로 향하는 빛의 비율(하향광속비)을 기준으로 직접 → 반직접 → 전반확산 → 반간접 → 간접의 5단계로 분류하며, 하향광속 구간은 각각 90~100 / 60~90 / 40~60 / 10~40 / 0~10[%]다.

하향광속비가 높을수록 조명효율은 좋지만 그림자·눈부심이 커지고, 낮을수록 빛은 부드러워지지만 효율이 떨어지는 상충관계가 이 분류의 기준이 된다.

문제 2
변압기 중성점을 접지하는 목적 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 1선 지락 시 건전상의 대지전위 상승(이상전압) 억제
② 고·특고압과 저압 혼촉 시 저압측 전위 상승 억제
③ 지락전류 확보로 지락보호계전기 확실히 동작


[해설]

변압기 중성점을 접지하는 이유는 크게 이상전압 억제, 혼촉사고 시 저압측 보호, 보호계전기의 확실한 동작 세 가지로 나뉜다.

접지가 없으면 1선 지락 시 건전상의 대지전위가 비정상적으로 상승하고, 지락전류가 작아 계전기가 사고를 제대로 검출하지 못할 수 있다는 점이 핵심 근거다.

문제 3
인텔리전트 빌딩(Intelligent Building)은 빌딩 자동화·사무 자동화·정보통신 시스템과 건축 환경을 통합해 건설·유지관리의 경제성을 높인 건물이다. 전산 시스템 비상전원으로 쓰이는 UPS에 관해 답하시오.
(1) UPS를 우리말로 풀어 쓰면?
(2) UPS에서 AC→DC, DC→AC로 변환하는 부분의 명칭을 각각 쓰시오.
(3) 전력 공급용 축전지 용량을 구하는 공식을 쓰시오. (사용 기호의 의미도 설명할 것)
정답 및 해설
(1) 무정전 전원공급 장치 (Uninterruptible Power Supply)

(2) AC→DC : 컨버터(정류기) / DC→AC : 인버터

(3) 축전지 용량 C=1LKIC=\dfrac{1}{L}KI [Ah]
CC : 축전지 용량 [Ah], LL : 보수율(경년용량 저하율), KK : 용량환산시간 계수, II : 방전전류 [A]


[해설]

UPS는 정전 시에도 부하에 전원을 끊김 없이 공급하는 장치로, 상시 정류기(컨버터)가 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고, 부하에는 인버터가 직류를 교류로 되돌려 공급한다.

축전지 용량 C=1LKIC=\dfrac{1}{L}KI에서 KK는 방전시간·최저허용전압에 따라 정해지는 용량환산시간계수, II는 방전전류이며, 경년열화를 반영한 보수율 LL로 나누는 것은 실제 필요용량을 여유 있게 잡기 위함이라는 점이 채점 포인트다.

문제 4
다음 논리식을 간략화하시오.
(1) Z=(A+B+C)AZ=(A+B+C)A
(2) Z=A‾ C+BC+AB+B‾ CZ=\overline{A}\,C+BC+AB+\overline{B}\,C
정답 및 해설
(1) 분배법칙으로 전개한다.
Z=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=AZ=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=A
∴ Z=AZ=A

(2) A‾ C\overline{A}\,C 와 B‾ C\overline{B}\,C 를 C로 묶는다.
Z=(A‾+B‾)C+AB+BCZ=(\overline{A}+\overline{B})C+AB+BC
=(A‾+B‾)C+BC+AB=(\overline{A}+\overline{B})C+BC+AB
(A‾+B‾)+B=A‾+1=1(\overline{A}+\overline{B})+B=\overline{A}+1=1 이므로 C항이 통합된다.
∴ Z=C+ABZ=C+AB


[해설]

(1)은 흡수법칙(A+AB=A)을 적용하면 바로 A로 줄어드는 문제다.
Z=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=AZ=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=A

(2)는 C가 곱해진 세 항 A‾C,  BC,  B‾C\overline{A}C,\;BC,\;\overline{B}C를 묶으면 C(A‾+B+B‾)=C(A‾+1)=CC(\overline{A}+B+\overline{B})=C(\overline{A}+1)=C로 정리되고, 남은 ABAB 항과 합쳐 Z=C+ABZ=C+AB가 된다.

문제 5
상용전원과 예비전원 운전 시 유의사항이다. 빈칸을 채우시오.
「상용전원과 예비전원은 병렬운전하지 않는 것이 원칙이므로, 수전용 차단기와 발전용 차단기 사이에 전기적 또는 기계적 ( ① )을 시설하고 ( ② )를 사용해야 한다.」
정답 및 해설
① 인터록(interlock)
② 전환개폐기(절체개폐기)

두 전원이 동시 투입(병렬운전)되지 않도록, 한쪽이 닫히면 다른 쪽은 닫히지 못하게 인터록을 두고 절체용 전환개폐기를 사용한다.


[해설]

상용전원과 예비전원(발전기)을 동시에 투입하면 위상 불일치로 인한 순환전류·기기손상 등 병렬운전 사고가 발생하므로 두 차단기가 동시에 닫히지 않도록 인터록을 걸어야 한다.

실제 절체는 전환개폐기로 이뤄지며, 한쪽 전원이 닫혀 있는 동안 다른 쪽 차단기의 투입회로를 기계적·전기적으로 차단하는 것이 인터록의 동작 원리다.

문제 6
부하의 최대수요전력(최대전력)을 억제하는 방법 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 부하율을 높여 운전(첨두부하 평준화)
② 부등률을 높여 운전(부하 사용 시각 분산)
③ 부하의 역률 개선


[해설]

최대수요전력을 낮추는 방법은 부하율을 높이는 것(사용량 평준화), 부등률을 높이는 것(피크 시각 분산), 역률 개선 세 방향으로 나뉜다.

부하율이 높을수록 최대전력 대비 평균전력이 커져 설비 이용효율이 좋아지고, 부등률이 클수록 각 부하의 최대수요 시각이 겹치지 않아 합성 최대전력이 낮아지는 원리다.

문제 7
다음 표의 PLC 프로그램을 보고 물음에 답하시오.
차례명령어번지
0SP000
1ANM000
2ONM001
3WP011
(S=START(a접점 시작), AN=AND NOT(b접점 직렬), ON=OR NOT(b접점 병렬), W=WRITE(출력))
(1) PLC 래더 다이어그램을 그리시오.
(2) 출력식을 쓰시오.
문제 이미지
정답 및 해설
P000 a접점에 M000 b접점을 직렬(AND NOT)로 잇고, 그 직렬군에 M001 b접점을 병렬(OR NOT)로 합친 뒤 출력 P011을 구동한다.

(1) 래더: 좌측 모선에서 ┤P000├ — ┤/M000├ 을 직렬로 잇고, 그 직렬군 전체에 ┤/M001├ 을 OR 병렬로 합류시킨 뒤 출력 코일 (P011) 에 연결한다.

(2) 출력식
P011=P000⋅M000‾+M001‾P011=P000\cdot\overline{M000}+\overline{M001}


[해설]

PLC 명령어를 그대로 논리 연산자로 옮기면 출력식이 나오므로, 그림 없이도 명령어 순서 자체가 해설의 근거가 된다.

AN(AND NOT)은 직전 로직에 b접점을 직렬로 잇는 연산이고, ON(OR NOT)은 그 시점까지 만들어진 로직 전체에 b접점을 병렬로 합치는 연산이다.

그래서 P000과 M000의 b접점이 먼저 직렬로 묶이고, 이 직렬군 전체에 M001의 b접점이 OR로 붙어 출력 P011을 구동한다 — M001을 M000과 직렬로 묶는 것이 흔한 오답이다.

정답 이미지
문제 8
그림과 같이 전동기 M과 H에 전력을 공급하는 저압 옥내 간선의 굵기를 정할 때, 전선의 허용전류는 최소 몇 [A] 이상이어야 하는가? (각 부하 정격전류는 그림 참조: 18[A], 17[A], 15[A], 50[A])
문제 이미지
정답 및 해설
현행 KEC(한국전기설비규정)에서는 저압 옥내간선의 허용전류를 전동기 등의 정격전류 합계와 그 밖의 전기사용기계기구의 정격전류 합계를 더한 값 이상으로 정한다(구 판단기준의 1.25배·1.1배 할증은 폐지되었다).
전동기 정격전류 합계 18+17+15=5018+17+15=50 [A], 전열기 H 5050 [A]
Ia=(18+17+15)+50=100I_a=(18+17+15)+50=100 [A]
∴ 허용전류는 100[A] 이상.
※ 구규정(전동기 합계 50[A] 이하일 때 1.25배 할증)으로 풀면 (18+17+15)×1.25+50=112.5(18+17+15)\times1.25+50=112.5 [A]였다.


[해설]

저압 옥내간선의 허용전류는 전동기 등의 정격전류 합계에 그 밖의 전기사용기계기구의 정격전류 합계를 더한 값 이상으로 정하도록 규정되어 있다.

과거 내선규정·판단기준에서는 전동기 합계가 50[A] 이하이면 1.25배, 50[A]를 초과하면 1.1배를 할증했으나 현행 KEC에서는 이 할증이 폐지되어 단순 합으로 구한다.
Ia=(18+17+15)+50=100I_a=(18+17+15)+50=100 [A]
(구규정 적용 시에는 (18+17+15)×1.25+50=112.5(18+17+15)\times1.25+50=112.5 [A])

여기서 전열기 H(50[A])는 전동기가 아닌 기타 전기사용기계기구이므로 배율을 곱하지 않고 그대로 더한다는 점이 계산에서 가장 흔히 놓치는 부분이다.

정답 이미지
문제 9
용량 200[kVA]인 단상변압기 2대를 V결선하여 3상 부하에 전원을 공급한다. 공급규정에 따라 한전과 전력 수급 계약을 맺을 때 계약 수전전력은 몇 [kVA]인가?
정답 및 해설
V결선 2대의 3상 출력은 단상 1대 용량의 3\sqrt{3} 배다.
Pv=3×200=346.41P_v=\sqrt{3}\times 200=346.41 [kVA]
∴ 계약 수전전력 약 346[kVA].


[해설]

V결선은 단상변압기 2대만으로 3상 전력을 공급하는 방식으로, 3상 출력이 변압기 1대 용량의 √3배로 제한된다는 점이 계약전력 산정의 근거다.

변압기 2대분 용량을 다 쓰지 못하고 √3배만 나오므로 이용률은 √3/2≒86.6[%]이고, 같은 변압기 3대를 △결선했을 때(3배 출력)와 비교한 출력비는 57.7[%]에 그친다.

계약 수전전력은 실제로 뽑아낼 수 있는 이 V결선 출력을 기준으로 정하므로, √3×200을 소수점까지 정확히 계산해 답하는 것이 채점 포인트다.

문제 10

어느 건물이 하루에 240[kW]로 5시간, 100[kW]로 8시간, 75[kW]로 나머지 시간을 사용한다. 수전설비 450[kVA], 부하 평균역률 0.8일 때 다음 물음에 답하시오.
(1) 수용률[%]을 구하시오.
(2) 일부하율[%]을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 수용률
· 설비용량(유효전력) =450×0.8=360=450\times0.8=360 [kW], 최대수용전력 =240=240 [kW]
· 수용률=240450×0.8×100=66.67\text{수용률}=\dfrac{240}{450\times0.8}\times100=66.67 [%]

(2) 일부하율
· 나머지 시간 =24−5−8=11=24-5-8=11 [h], 1일 사용전력량 =240×5+100×8+75×11=2,825=240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825 [kWh]
· 일부하율=2,825240×24×100=49.05\text{일부하율}=\dfrac{2{,}825}{240\times24}\times100=49.05 [%]


[해설]

수용률은 설비용량에 대한 최대수용전력의 비이다. 수전설비 용량은 피상전력 450[kVA]이므로 유효전력 기준 설비용량은 450×0.8=360450\times0.8=360 [kW]이고, 최대수용전력은 240[kW]이다.
수용률=최대수용전력설비용량×100=240360×100=66.67\text{수용률}=\dfrac{\text{최대수용전력}}{\text{설비용량}}\times100=\dfrac{240}{360}\times100=66.67 [%]

일부하율은 최대전력에 대한 1일 평균전력의 비이다. 75[kW]로 사용하는 시간은 24−5−8=1124-5-8=11 시간이므로 1일 사용전력량은 240×5+100×8+75×11=2,825240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825 [kWh], 1일 평균전력은 2,82524=117.71\dfrac{2{,}825}{24}=117.71 [kW]이다.
일부하율=117.71240×100=49.05\text{일부하율}=\dfrac{117.71}{240}\times100=49.05 [%]

분모를 240×24240\times24(최대전력 × 24시간)로 두고 1일 사용전력량을 그대로 나누어도 같은 값이 된다.

문제 11
다음 표의 빈칸에 절연내력 시험전압을 채우시오.
정격전압[V]최대전압[V]접지방식절연내력 시험전압[V]
6,6006,900비접지①
13,20013,800중성점 다중접지②
22,90024,000중성점 다중접지③
정답 및 해설
절연내력 시험전압 = 최대사용전압 × 접지방식별 배수(전기설비기술기준).

① 7,000[V] 이하 비접지: ×1.5 → 6,900×1.5=10,3506{,}900\times 1.5=10{,}350 [V]
② 7,000[V] 초과 25,000[V] 이하 중성점 다중접지: ×0.92 → 13,800×0.92=12,69613{,}800\times 0.92=12{,}696 [V]
③ 동일 ×0.92 → 24,000×0.92=22,08024{,}000\times 0.92=22{,}080 [V]


[해설]

절연내력 시험전압은 최대사용전압에 접지방식·전압구간별로 정해진 배수를 곱해 구하며, 이 배수를 아는지가 채점의 핵심이다.

7,000[V] 이하 비접지 계통은 배수 1.5, 7,000[V] 초과~25,000[V] 이하의 중성점 다중접지 계통은 배수 0.92를 적용한다.

배수를 곱하는 기준이 정격전압이 아니라 최대사용전압이라는 점, 접지방식이 달라지면 배수도 달라진다는 점이 자주 헷갈리는 지점이다.

문제 12
머레이 루프(Murray loop)법으로 선로 고장점을 찾으려 한다. 단면적 500[mm²], 길이 3.6[km], 저항 0.3195[Ω/km]인 선로에 그림과 같이 접지 고장이 생겼을 때 고장점까지 거리 X는 몇 [km]인가? (단, 평형 시 브리지 비율저항 P=100[Ω], Q=20[Ω]에서 평형되었다.)
문제 이미지
정답 및 해설
머레이 루프(휘트스톤 브리지 응용) 평형조건 P⋅Rx=Q⋅(R−Rx)P\cdot R_x=Q\cdot(R-R_x). R은 왕복선 합성저항, R_x는 고장점까지 왕복저항.

왕복선 합성저항 R=0.3195×3.6×2=2.3004R=0.3195\times 3.6\times 2=2.3004 [Ω]
고장점까지 저항 Rx=QP+QR=20120×2.3004=0.3834R_x=\dfrac{Q}{P+Q}R=\dfrac{20}{120}\times 2.3004=0.3834 [Ω]
고장점 거리 X=Rx0.3195=0.38340.3195=1.2X=\dfrac{R_x}{0.3195}=\dfrac{0.3834}{0.3195}=1.2 [km]
∴ X = 1.2 [km]


[해설]

머레이 루프법은 왕복선로를 브리지 회로로 보고, 평형 조건에서 고장점까지의 저항비로 거리를 역산하는 방법이다.

평형식의 R은 왕복(往復) 전체 저항이므로 선로 저항에 길이를 곱한 뒤 반드시 2배 해야 하며, 이를 빠뜨리는 것이 가장 흔한 오답 원인이다.

반면 평형식에서 구해지는 Rx는 고장점까지의 편도 저항이므로, 이를 단위길이 저항(0.3195[Ω/km])으로 그대로 나누면 거리 X가 나온다 — 여기서 다시 2로 나누면 답이 절반으로 어긋난다.

정답 이미지
문제 13

상순이 a-b-c인 3상 불평형 전압이 Va=7.3∠12.5∘V_a=7.3\angle 12.5^\circ [V], Vb=0.4∠−100∘V_b=0.4\angle -100^\circ [V], Vc=4.4∠154∘V_c=4.4\angle 154^\circ [V]일 때, 다음 대칭분 전압[V]을 구하시오.

(1) 영상분 전압 V0V_0
(2) 정상분 전압 V1V_1
(3) 역상분 전압 V2V_2

정답 및 해설

(1) 영상분 V0=13(Va+Vb+Vc)≒1.47∠45.11∘V_0=\dfrac{1}{3}(V_a+V_b+V_c)\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ [V]
(2) 정상분 V1=13(Va+aVb+a2Vc)≒3.97∠20.54∘V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ [V]
(3) 역상분 V2=13(Va+a2Vb+aVc)≒2.52∠−19.7∘V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ [V]


[해설]

대칭좌표법에서 상순 a-b-c이므로 연산자 a=1∠120∘a=1\angle 120^\circ, a2=1∠240∘a^2=1\angle 240^\circ로 두고 각 대칭분을 구한다.

(1) 영상분
V0=13(Va+Vb+Vc)=13(7.3∠12.5∘+0.4∠−100∘+4.4∠154∘)≒1.47∠45.11∘V_0=\dfrac{1}{3}(V_a+V_b+V_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle 12.5^\circ+0.4\angle -100^\circ+4.4\angle 154^\circ)\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ [V]

(2) 정상분
V1=13(Va+aVb+a2Vc)≒3.97∠20.54∘V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ [V]

(3) 역상분
V2=13(Va+a2Vb+aVc)≒2.52∠−19.7∘V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ [V]

세 성분 모두 13\dfrac{1}{3} 배가 붙고, 정상분은 VbV_b에 aa·VcV_c에 a2a^2, 역상분은 그 반대로 곱한다는 점만 기억하면 된다.

문제 14
답안지 도면은 3상 농형 유도전동기 IM의 Y-△ 기동 운전 제어의 미완성 회로도이다. 도면을 보고 답하시오.
(1) ①~③에 해당하는 전자접촉기 접점의 약호를 쓰시오.
(2) 운전 중 전자접촉기 MCS는 어떤 상태인가?
(3) 미완성 주회로에 Y-△ 기동 운전 결선도를 작성하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(1) ① MCM(주 전자접촉기) ② MCD(△ 운전용) ③ MCS(Y 기동용)

(2) △ 운전 중에는 Y결선이 풀리므로 MCS는 소자(消磁)되어 개방 상태.

(3) 주회로: 전원 R·S·T에 MCM a접점 3개를 직렬로 넣어 전동기 1차 단자 U·V·W에 접속. Y기동은 MCS a접점으로 권선 끝 X·Y·Z를 한 점(중성점)에 단락해 Y결선. △운전은 MCS를 열고 MCD a접점으로 U-Z, V-X, W-Y를 이어 △결선. 기동→운전 절체는 타이머 T(0~30sec)가 맡고, MCS와 MCD는 동시 투입을 막도록 상호 인터록한다.


[해설]

Y-△ 기동은 기동전류를 줄이려 처음엔 Y결선, 일정 시간 뒤 △결선으로 바꿔 운전하는 방식이므로 세 접촉기의 역할 구분이 핵심이다.

MCM은 전동기에 전원을 공급하는 주접촉기, MCS는 Y결선을 만드는 기동용, MCD는 △결선을 만드는 운전용이며, MCS와 MCD는 동시 투입되면 단락사고가 되므로 반드시 상호 인터록이 걸린다.

△운전으로 절체되는 순간 Y결선을 만들던 MCS는 소자(개방)되어야 하고 이 전환은 타이머가 담당한다 — 운전 중에도 MCS가 계속 여자돼 있다고 답하면 감점 포인트다.

정답 이미지
문제 15
도면은 어떤 배전용 변전소의 단선결선도이다. 도면과 조건을 이용해 답하시오.
【조건】
1. 주변압기 정격: 1차 66[kV], 2차 6.6[kV], 정격용량 3상 10[MVA].
2. 주변압기 1차측(1차 모선)에서 본 전원측 등가 임피던스는 100[MVA] 기준 16[%], 변압기 내부 임피던스는 자기용량 기준 7[%].
3. 각 Feeder 부하는 거의 동일.
4. 차단기 정격차단용량·정격전류, 단로기·CT 1차 정격전류 표준은 아래와 같다.
정격전압[kV]공칭전압[kV]정격차단용량[MVA]정격전류[A]정격차단시간[Hz]
7.26.6252005
50400, 6005
100400, 600, 800, 1,2005
150400, 600, 800, 1,2005
200600, 800, 1,2005
250600, 800, 1,200, 2,0005
72661,000600, 8003
1,500600, 800, 1,2003
2,500600, 800, 1,2003
3,500800, 1,2003
단로기(선로개폐기) 정격전류 표준: 72[kV] → 600[A], 1,200[A]; 7.2[kV] 이하 → 400, 600, 1,200, 2,000[A]. CT 1차 정격전류 표준[A]: 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1,200, 1,500, 2,000. CT 2차 정격전류 5[A], PT 2차 정격전압 110[V].
(1) 차단기 ①의 정격차단용량과 정격전류를 산정하시오.
(2) 선로개폐기 ②의 정격전류를 산정하시오.
(3) 변류기 ③의 1차 정격전류를 산정하시오.
(4) PT ④의 1차 정격전압은?
(5) ⑤ 기기의 명칭은?
(6) 선택지락계전기 ⑥의 역할을 간단히 설명하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 1차(66kV) 모선 차단기 ①. 전원측 등가 임피던스 16[%](100MVA 기준)에서 차단용량 Ps=100%Z×100=10016×100=625P_s=\dfrac{100}{\%Z}\times 100=\dfrac{100}{16}\times 100=625 [MVA] → 표준 1,000[MVA] 선정. 정격전류는 변압기 정격(66kV·10MVA) 기준 In=10×1033×66=87.48I_n=\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 66}=87.48 [A] 를 넘는 표준 600[A] 선정.
∴ 정격차단용량 1,000[MVA], 정격전류 600[A]

(2) 선로개폐기 ②(66kV측)도 In=10×1033×66=87.48I_n=\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 66}=87.48 [A] 를 넘는 표준 600[A] 선정.
∴ 600[A]

(3) 변류기 ③ 1차 정격전류. 2차(6.6kV)측 정격전류에 여유율 1.25를 곱한다.
I1=10×1033×6.6×1.25=1093.47I_1=\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 6.6}\times 1.25=1093.47 [A] 를 넘는 CT 표준 1,200[A] 선정.
∴ 1,200[A]

(4) PT ④는 6.6kV 모선에 접속 → 1차 정격전압 = 6,600[V]

(5) ⑤ : 접지형 계기용 변압기(GPT)

(6) 선택지락계전기(SGR)는 다회선 배전선로에서 지락사고 시 영상전압(GPT)과 영상전류(ZCT)의 위상 관계로 사고 회선만 골라 차단하는 보호계전기다.


[해설]

이 문항은 %임피던스법으로 차단용량·정격전류를 정하고, 부속기기의 명칭과 역할을 함께 묻는 종합형이다.

차단용량은 Ps=100%Z×PnP_s=\dfrac{100}{\%Z}\times P_n으로 구하고, 정격전류·CT 1차전류는 계산값보다 큰 표준값 중 가장 가까운 것을 선정하는 것이 원칙이다 — 특히 CT는 여유율 1.25배를 곱한 뒤 표준규격에서 올림하는 것이 채점 키워드다.

GPT(접지형 계기용변압기)는 영상전압을, SGR(선택지락계전기)은 GPT의 영상전압과 ZCT의 영상전류를 조합해 다회선 중 사고 회선만 골라 차단한다는 원리를 정확히 쓰는 것이 핵심이다.

문제 16
그림과 같은 송전계통 S점에서 3상 단락사고가 발생했다. 도면과 조건을 참고해 답하시오. (단선도: G — T₁(11/154[kV]) — CB — T₂ — ×S, T₂ 3차에 조상기 C 접속)
【조건】
번호기기명용량전압%X
1발전기 G50,000[kVA]11[kV]30
2변압기 T₁50,000[kVA]11/154[kV]12
3송전선-154[kV]10 (10[MVA] 기준)
4변압기 T₂1차 25,000[kVA]154[kV]12 (25,000[kVA] 기준, 1차~2차)
2차 30,000[kVA]77[kV]15 (25,000[kVA] 기준, 2차~3차)
3차 10,000[kVA]11[kV]10.8 (10,000[kVA] 기준, 3차~1차)
5조상기 C10,000[kVA]11[kV]20
(1) 발전기, 변압기 T₁, 송전선, 조상기의 %리액턴스를 기준출력 10[MVA]로 환산하시오.
(2) 변압기 T₂의 각 %리액턴스를 10[MVA]로 환산하고 1차(P)·2차(T)·3차(S)의 %리액턴스를 구하시오.
(3) 사고점 S에서 본 총 임피던스를 구하시오.
(4) 고장점과 차단기를 통과하는 단락전류를 각각 구하시오.
(5) 차단기의 차단용량은 몇 [MVA]인가?
문제 이미지
정답 및 해설
(1) 기준출력 10[MVA]로 환산(%X′=%X×10자기용량[MVA]\%X'=\%X\times\dfrac{10}{\text{자기용량[MVA]}}).
① 발전기 30×1050=630\times\dfrac{10}{50}=6 [%]
② 변압기 T₁ 12×1050=2.412\times\dfrac{10}{50}=2.4 [%]
③ 송전선 10×1010=1010\times\dfrac{10}{10}=10 [%]
④ 조상기 20×1010=2020\times\dfrac{10}{10}=20 [%]

(2) T₂ 3권선 환산: X12=12×1025=4.8X_{12}=12\times\dfrac{10}{25}=4.8, X23=15×1025=6X_{23}=15\times\dfrac{10}{25}=6, X31=10.8×1010=10.8X_{31}=10.8\times\dfrac{10}{10}=10.8 [%].
1차 %X1=12(X12+X31−X23)=12(4.8+10.8−6)=4.8\%X_1=\dfrac{1}{2}(X_{12}+X_{31}-X_{23})=\dfrac{1}{2}(4.8+10.8-6)=4.8 [%]
2차 %X2=12(X12+X23−X31)=12(4.8+6−10.8)=0\%X_2=\dfrac{1}{2}(X_{12}+X_{23}-X_{31})=\dfrac{1}{2}(4.8+6-10.8)=0 [%]
3차 %X3=12(X23+X31−X12)=12(6+10.8−4.8)=6\%X_3=\dfrac{1}{2}(X_{23}+X_{31}-X_{12})=\dfrac{1}{2}(6+10.8-4.8)=6 [%]

(3) 사고점 S(77kV·T₂ 2차)에서 본 총 임피던스. 1차측 경로(발전기→T₁→송전선→T₂ 1차) %Z1=6+2.4+10+4.8=23.2\%Z_1=6+2.4+10+4.8=23.2 [%], 2차측 %Z2=0\%Z_2=0 [%], 3차측(조상기→T₂ 3차) %Z3=20+6=26\%Z_3=20+6=26 [%]. 1차측과 3차측은 병렬, 여기에 2차측이 직렬이다.
%Z=23.2×2623.2+26+0=12.26\%Z=\dfrac{23.2\times 26}{23.2+26}+0=12.26 [%]

(4) 사고점은 77kV측, 차단기 CB는 154kV측.
① 고장점 단락전류 Is2=10012.26×10×1033×77=611.6I_{s2}=\dfrac{100}{12.26}\times\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 77}=611.6 [A]
② 차단기 통과 단락전류(1차측 분담분) Is1=10023.2×10×1033×154=161.6I_{s1}=\dfrac{100}{23.2}\times\dfrac{10\times 10^3}{\sqrt{3}\times 154}=161.6 [A]

(5) 차단용량(차단기 정격전압 170[kV] 기준) Ps=3×170×161.6×10−3=47.58P_s=\sqrt{3}\times 170\times 161.6\times 10^{-3}=47.58 [MVA]


[해설]

%임피던스법 단락계산은 각 기기의 %X를 하나의 기준용량으로 통일한 뒤 회로 결선(직렬·병렬)대로 합성하는 원리이므로, 기준환산이 틀리면 이후 계산이 모두 어긋난다.

3권선 변압기는 1차·2차·3차를 스타(Y)형 등가로 분해하는 %X1=12(X12+X31−X23)\%X_1=\tfrac12(X_{12}+X_{31}-X_{23}) 류의 공식을 적용하는 것이 채점 포인트다.

사고점(77kV, T₂ 2차)은 1차 경로와 3차(조상기) 경로가 병렬로 전류를 공급하는 구조이므로, 두 경로를 병렬 합성해 고장점 전류를 구하고, 차단기 통과전류는 차단기가 놓인 1차 경로 임피던스만으로 따로 구해야 한다.

정답 이미지