전기기사 실기 2018년 2회 기출유형문제
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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 전체 광속 가운데 아래로 향하는 빛의 비율(하향광속)에 따라 5가지로 나눈다.

  • 직접조명 — 하향광속이 90~100%여서 빛 대부분이 작업면에 바로 닿는다.
  • 반직접조명 — 하향광속이 60~90%이고, 일부는 천장으로 올라간다.
  • 전반확산조명 — 상향·하향광속이 각각 40~60%여서 사방으로 고르게 퍼진다.
  • 반간접조명 — 하향광속이 10~40%이고, 대부분 천장에서 반사돼 내려온다.
  • 간접조명 — 하향광속이 0~10%여서 거의 모든 빛을 천장·벽 반사로 쓴다.

순서는 직접 → 반직접 → 전반확산 → 반간접 → 간접으로 외운다. 직접조명 쪽일수록 효율은 높지만 그림자·눈부심이 크고, 간접조명 쪽일수록 빛은 부드럽지만 효율이 낮다.

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 중성점 접지는 이상전압 억제·혼촉 시 저압 보호·지락보호 확실화를 위한 계통접지다.

  • 이상전압 억제 — 1선 지락 때 건전상(고장 나지 않은 상)의 대지전위가 크게 오르는 것을 막는다.
  • 혼촉 시 저압측 보호 — 고·특고압이 저압 회로와 맞닿아(혼촉) 전압이 넘어와도 저압측 전위 상승을 억제한다.
  • 지락보호계전기 동작 — 지락전류가 흐를 길이 생겨 계전기가 사고를 확실히 검출한다.

외우는 요령: 전위 억제 2가지(지락·혼촉)와 계전기 동작 1가지로 묶어 기억한다.

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 무정전 전원공급 장치로, 정전되는 순간에도 전산 부하에 전원을 끊김 없이 공급한다.

  • 컨버터(정류기) — 상용 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고 인버터에 공급한다.
  • 인버터 — 직류를 전압·주파수가 일정한 교류로 다시 바꿔 부하에 보낸다.

축전지 용량은 다음 식으로 구한다.
C=1LKIC=\dfrac{1}{L}KI [Ah]

C는 축전지 용량[Ah], I는 방전전류[A], K는 방전시간과 최저허용전압으로 정해지는 용량환산시간 계수다. 보수율 L(경년용량 저하율)로 나누는 이유는 오래 쓰면서 줄어드는 용량만큼 여유를 두기 위해서다.

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 예비전원은 병렬운전 금지가 원칙이므로, 두 차단기가 동시에 닫히지 않게 하는 장치와 절체 수단을 함께 둔다.

  • 인터록(interlock) — 한쪽 차단기가 닫혀 있으면 다른 쪽 차단기가 전기적·기계적으로 투입되지 못하게 묶는 장치다.
  • 전환개폐기(절체개폐기) — 부하를 상용전원이나 예비전원 가운데 한쪽에만 연결하도록 바꿔 주는 개폐기다.

두 전원이 동시에 투입되면 위상·전압 차이로 순환전류가 흘러 발전기가 손상되거나 한전 계통으로 전기가 역송될 수 있다.

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]

최대수요전력은 부하가 한꺼번에 몰리는 첨두부하로 정해진다. 따라서 피크를 낮추거나 필요한 피상전력을 줄이면 억제된다.

  • 부하율 향상 — 사용량을 고르게 펴서 평균전력에 비해 최대전력이 튀지 않게 한다.
  • 부등률 향상 — 부하별 사용 시각을 분산해 각 최대수요가 겹치지 않게 한다.
  • 역률 개선 — 같은 유효전력에 필요한 피상전력(kVA)이 줄어 수요전력이 낮아진다.

혼동 주의: 부하율(평균전력/최대전력)과 부등률(개별 최대수요의 합/합성 최대전력)은 둘 다 클수록 좋다.

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 명령어는 순서대로 논리식으로 옮긴다. AN은 바로 앞 로직에 b접점을 직렬로 잇고, ON은 그때까지 만든 로직 전체에 b접점을 병렬로 붙인다.

  • S P000은 왼쪽 모선에서 P000 a접점으로 회로를 시작한다.
  • AN M000은 P000 뒤에 M000 b접점을 직렬로 이어 P000⋅M000‾P000\cdot\overline{M000}을 만든다.
  • ON M001은 앞의 직렬 묶음 전체에 M001 b접점을 병렬로 합친다.
  • W P011은 합친 결과로 출력 코일 P011을 구동한다.

그래서 출력식은 P011=P000⋅M000‾+M001‾P011=P000\cdot\overline{M000}+\overline{M001}이다.

혼동 주의: M001을 M000에만 병렬로 붙이면 P000⋅(M000‾+M001‾)P000\cdot(\overline{M000}+\overline{M001})이 되어 틀린다.

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 2대로 3상 전력을 공급하는 방식으로, 3상 출력이 변압기 1대 용량의 √3배로 제한된다.

계약 수전전력은 V결선으로 실제 낼 수 있는 출력으로 정한다.
Pv=3×200=346.41P_v=\sqrt{3}\times 200=346.41 [kVA]
≒ 346[kVA]

혼동 주의: 변압기 2대 용량의 합인 400[kVA]가 아니다. V결선의 이용률은 √3/2≒86.6%이고, △결선 대비 출력비는 57.7%다.

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]

수용률=최대수용전력/설비용량, 일부하율=1일 평균전력/최대전력이다. 설비용량이 kVA로 주어졌으므로 역률 0.8을 곱해 kW로 맞춘다.

수용률
240450×0.8×100=240360×100=66.67\dfrac{240}{450\times0.8}\times100=\dfrac{240}{360}\times100=66.67 [%]

일부하율(75 kW 사용시간 = 24−5−8 = 11 h)
W=240×5+100×8+75×11=2,825W=240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825 [kWh]
2,825240×24×100=49.05\dfrac{2{,}825}{240\times24}\times100=49.05 [%]

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]

한국전기설비규정(KEC)에 따라 절연내력 시험전압은 최대사용전압에 접지방식·전압구간별 배수를 곱해 구한다.

7,000[V] 이하 비접지 계통에는 1.5배를 적용한다.
6,900×1.5=10,3506{,}900\times 1.5=10{,}350 [V]

7,000[V] 초과 25,000[V] 이하 중성점 다중접지 계통에는 0.92배를 적용한다.
13,800×0.92=12,69613{,}800\times 0.92=12{,}696 [V]
24,000×0.92=22,08024{,}000\times 0.92=22{,}080 [V]

혼동 주의: 중성점 다중접지가 아닌 7,000[V] 초과 60,000[V] 이하 계통은 1.25배(최저 10,500[V])를 적용한다.

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 건전 도체와 고장 도체를 선로 끝에서 이어 휘트스톤 브리지를 만든다. 검류계 G의 지시가 0이 되는 평형조건으로 고장점까지의 저항을 구한다.

그림에서 Q 쪽 변은 고장 도체의 X[km] 구간 저항 Rx이다. P 쪽 변은 건전 도체 3.6[km]와 고장 도체의 나머지 구간을 합친 R−Rx이므로 평형식은 P⋅Rx=Q⋅(R−Rx)P\cdot R_x=Q\cdot(R-R_x)이다.

왕복 전체 저항
R=0.3195×3.6×2=2.3004R=0.3195\times3.6\times2=2.3004 [Ω]

고장점까지 저항
Rx=QP+QR=20120×2.3004=0.3834R_x=\dfrac{Q}{P+Q}R=\dfrac{20}{120}\times2.3004=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]

혼동 주의: R은 왕복 저항이라 2배를 하지만, Rx는 편도 구간의 저항이므로 거리로 바꿀 때 다시 2로 나누지 않는다. 단면적 500[mm²]는 저항이 Ω/km로 주어졌으므로 계산에 쓰지 않는다.

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 a=1∠120∘a=1\angle120^\circ, a2=1∠240∘a^2=1\angle240^\circ를 곱해 세 대칭분을 구한다.

영상분
V0=13(7.3∠12.5∘+0.4∠−100∘+4.4∠154∘)V_0=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle-100^\circ+4.4\angle154^\circ)
≒1.47∠45.11∘\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ [V]

정상분
V1=13(Va+aVb+a2Vc)=13(7.3∠12.5∘+0.4∠20∘+4.4∠34∘)V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle20^\circ+4.4\angle34^\circ)
≒3.97∠20.54∘\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ [V]

역상분
V2=13(Va+a2Vb+aVc)=13(7.3∠12.5∘+0.4∠140∘+4.4∠−86∘)V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle140^\circ+4.4\angle-86^\circ)
≒2.52∠−19.7∘\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ [V]

외우는 요령: 정상분은 Vb에 a, Vc에 a2를 곱하고, 역상분은 그 반대로 곱한다.

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 처음에 Y결선으로 기동해 기동전류를 줄이고, 타이머 T(0~30 sec) 설정시간이 지나면 △결선으로 바꿔 운전한다.

  • MCM은 전원 R·S·T를 전동기 1차 단자 U·V·W에 넣어 주는 주 전자접촉기이다.
  • MCD는 도면에서 전원선과 연결된 접점으로, U-Z·V-X·W-Y를 이어 △결선을 만드는 운전용이다.
  • MCS는 권선 끝 X·Y·Z를 한 점(중성점)으로 묶어 Y결선을 만드는 기동용이다.

△운전 중에는 Y결선을 풀어야 하므로 MCS는 소자되어 개방 상태가 된다. MCS와 MCD가 동시에 들어가면 전원이 단락되므로 두 접촉기는 서로 인터록한다.

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]

%임피던스법으로 설치 지점의 단락용량을 구해 차단기의 차단용량을 정한다.

개폐기·CT는 흐르는 정격전류보다 큰 표준값 중 가장 작은 것을 고른다.

66[kV] 측 차단기는 변압기 앞에 있으므로 전원측 %Z 16[%]만 적용한다.
Ps=10016×100=625P_s=\dfrac{100}{16}\times100=625 [MVA] → 72[kV]급 표준 1,000[MVA]

66[kV] 측 차단기와 선로개폐기의 정격전류는 변압기 1차 정격전류로 정한다.
In=10×1033×66=87.48I_n=\dfrac{10\times10^3}{\sqrt3\times66}=87.48 [A] → 66[kV]급 최소 표준 600[A]

6.6[kV] 모선 아래의 변류기는 변압기 2차 정격전류에 여유 1.25배를 곱한다.
I1=10×1033×6.6×1.25=1093.47I_1=\dfrac{10\times10^3}{\sqrt3\times6.6}\times1.25=1093.47 [A] → CT 표준 1,200[A]

  • PT는 6.6[kV] 모선에 붙어 있으므로 1차 정격전압이 6,600[V]이다.
  • 접지선과 OVG가 연결된 기기는 접지형 계기용 변압기(GPT)로, 지락이 나면 영상전압을 검출한다.
  • 선택지락계전기(SGR)는 GPT의 영상전압과 ZCT의 영상전류 위상을 비교해 지락이 난 회선만 골라 차단한다.

혼동 주의: 변압기 내부 %Z 7[%]는 6.6[kV] 측 단락용량을 구할 때 더하는 값이라 66[kV] 측 차단기 계산에는 넣지 않는다.

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]

%임피던스법에서는 모든 %X를 기준용량 10 MVA로 환산한 뒤 결선대로 직렬·병렬 합성한다.
%X′=%X×10자기용량[MVA]\%X'=\%X\times\dfrac{10}{\text{자기용량[MVA]}} → 발전기 6 %, T₁ 2.4 %, 송전선 10 %, 조상기 20 %

3권선 변압기는 권선 사이 값(4.8·6·10.8 %)을 권선별 Y형 등가로 나눈다.
%X1=12(4.8+10.8−6)=4.8\%X_1=\tfrac12(4.8+10.8-6)=4.8, %X2=12(4.8+6−10.8)=0\%X_2=\tfrac12(4.8+6-10.8)=0, %X3=12(6+10.8−4.8)=6\%X_3=\tfrac12(6+10.8-4.8)=6 [%]

고장점 S에서 보면 1차 경로(6+2.4+10+4.8=23.2 %)와 조상기 경로(20+6=26 %)가 병렬이고, 여기에 2차 0 %가 직렬로 붙는다.
%Z=23.2×2623.2+26+0=12.26\%Z=\dfrac{23.2\times26}{23.2+26}+0=12.26 [%]

고장점 전류는 합성 12.26 %와 77 kV 기준으로 구한다.
Is2=10012.26×10×1033×77=611.6I_{s2}=\dfrac{100}{12.26}\times\dfrac{10\times10^3}{\sqrt{3}\times77}=611.6 [A]

차단기 CB는 154 kV 1차 경로에 있으므로 그 경로 23.2 %만으로 154 kV 기준 전류를 구한다.
Is1=10023.2×10×1033×154=161.6I_{s1}=\dfrac{100}{23.2}\times\dfrac{10\times10^3}{\sqrt{3}\times154}=161.6 [A]

차단용량은 차단기 정격전압 170 kV와 차단기 통과전류로 계산한다.
Ps=3×170×161.6×10−3=47.58P_s=\sqrt{3}\times170\times161.6\times10^{-3}=47.58 [MVA]

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 전체 광속 가운데 아래로 향하는 빛의 비율(하향광속)에 따라 5가지로 나눈다.

  • 직접조명 — 하향광속이 90~100%여서 빛 대부분이 작업면에 바로 닿는다.
  • 반직접조명 — 하향광속이 60~90%이고, 일부는 천장으로 올라간다.
  • 전반확산조명 — 상향·하향광속이 각각 40~60%여서 사방으로 고르게 퍼진다.
  • 반간접조명 — 하향광속이 10~40%이고, 대부분 천장에서 반사돼 내려온다.
  • 간접조명 — 하향광속이 0~10%여서 거의 모든 빛을 천장·벽 반사로 쓴다.

순서는 직접 → 반직접 → 전반확산 → 반간접 → 간접으로 외운다. 직접조명 쪽일수록 효율은 높지만 그림자·눈부심이 크고, 간접조명 쪽일수록 빛은 부드럽지만 효율이 낮다.

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 중성점 접지는 이상전압 억제·혼촉 시 저압 보호·지락보호 확실화를 위한 계통접지다.

  • 이상전압 억제 — 1선 지락 때 건전상(고장 나지 않은 상)의 대지전위가 크게 오르는 것을 막는다.
  • 혼촉 시 저압측 보호 — 고·특고압이 저압 회로와 맞닿아(혼촉) 전압이 넘어와도 저압측 전위 상승을 억제한다.
  • 지락보호계전기 동작 — 지락전류가 흐를 길이 생겨 계전기가 사고를 확실히 검출한다.

외우는 요령: 전위 억제 2가지(지락·혼촉)와 계전기 동작 1가지로 묶어 기억한다.

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 무정전 전원공급 장치로, 정전되는 순간에도 전산 부하에 전원을 끊김 없이 공급한다.

  • 컨버터(정류기) — 상용 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고 인버터에 공급한다.
  • 인버터 — 직류를 전압·주파수가 일정한 교류로 다시 바꿔 부하에 보낸다.

축전지 용량은 다음 식으로 구한다.
C=1LKIC=\dfrac{1}{L}KI [Ah]

C는 축전지 용량[Ah], I는 방전전류[A], K는 방전시간과 최저허용전압으로 정해지는 용량환산시간 계수다. 보수율 L(경년용량 저하율)로 나누는 이유는 오래 쓰면서 줄어드는 용량만큼 여유를 두기 위해서다.

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 예비전원은 병렬운전 금지가 원칙이므로, 두 차단기가 동시에 닫히지 않게 하는 장치와 절체 수단을 함께 둔다.

  • 인터록(interlock) — 한쪽 차단기가 닫혀 있으면 다른 쪽 차단기가 전기적·기계적으로 투입되지 못하게 묶는 장치다.
  • 전환개폐기(절체개폐기) — 부하를 상용전원이나 예비전원 가운데 한쪽에만 연결하도록 바꿔 주는 개폐기다.

두 전원이 동시에 투입되면 위상·전압 차이로 순환전류가 흘러 발전기가 손상되거나 한전 계통으로 전기가 역송될 수 있다.

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]

최대수요전력은 부하가 한꺼번에 몰리는 첨두부하로 정해진다. 따라서 피크를 낮추거나 필요한 피상전력을 줄이면 억제된다.

  • 부하율 향상 — 사용량을 고르게 펴서 평균전력에 비해 최대전력이 튀지 않게 한다.
  • 부등률 향상 — 부하별 사용 시각을 분산해 각 최대수요가 겹치지 않게 한다.
  • 역률 개선 — 같은 유효전력에 필요한 피상전력(kVA)이 줄어 수요전력이 낮아진다.

혼동 주의: 부하율(평균전력/최대전력)과 부등률(개별 최대수요의 합/합성 최대전력)은 둘 다 클수록 좋다.

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 명령어는 순서대로 논리식으로 옮긴다. AN은 바로 앞 로직에 b접점을 직렬로 잇고, ON은 그때까지 만든 로직 전체에 b접점을 병렬로 붙인다.

  • S P000은 왼쪽 모선에서 P000 a접점으로 회로를 시작한다.
  • AN M000은 P000 뒤에 M000 b접점을 직렬로 이어 P000⋅M000‾P000\cdot\overline{M000}을 만든다.
  • ON M001은 앞의 직렬 묶음 전체에 M001 b접점을 병렬로 합친다.
  • W P011은 합친 결과로 출력 코일 P011을 구동한다.

그래서 출력식은 P011=P000⋅M000‾+M001‾P011=P000\cdot\overline{M000}+\overline{M001}이다.

혼동 주의: M001을 M000에만 병렬로 붙이면 P000⋅(M000‾+M001‾)P000\cdot(\overline{M000}+\overline{M001})이 되어 틀린다.

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 2대로 3상 전력을 공급하는 방식으로, 3상 출력이 변압기 1대 용량의 √3배로 제한된다.

계약 수전전력은 V결선으로 실제 낼 수 있는 출력으로 정한다.
Pv=3×200=346.41P_v=\sqrt{3}\times 200=346.41 [kVA]
≒ 346[kVA]

혼동 주의: 변압기 2대 용량의 합인 400[kVA]가 아니다. V결선의 이용률은 √3/2≒86.6%이고, △결선 대비 출력비는 57.7%다.

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]

수용률=최대수용전력/설비용량, 일부하율=1일 평균전력/최대전력이다. 설비용량이 kVA로 주어졌으므로 역률 0.8을 곱해 kW로 맞춘다.

수용률
240450×0.8×100=240360×100=66.67\dfrac{240}{450\times0.8}\times100=\dfrac{240}{360}\times100=66.67 [%]

일부하율(75 kW 사용시간 = 24−5−8 = 11 h)
W=240×5+100×8+75×11=2,825W=240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825 [kWh]
2,825240×24×100=49.05\dfrac{2{,}825}{240\times24}\times100=49.05 [%]

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]

한국전기설비규정(KEC)에 따라 절연내력 시험전압은 최대사용전압에 접지방식·전압구간별 배수를 곱해 구한다.

7,000[V] 이하 비접지 계통에는 1.5배를 적용한다.
6,900×1.5=10,3506{,}900\times 1.5=10{,}350 [V]

7,000[V] 초과 25,000[V] 이하 중성점 다중접지 계통에는 0.92배를 적용한다.
13,800×0.92=12,69613{,}800\times 0.92=12{,}696 [V]
24,000×0.92=22,08024{,}000\times 0.92=22{,}080 [V]

혼동 주의: 중성점 다중접지가 아닌 7,000[V] 초과 60,000[V] 이하 계통은 1.25배(최저 10,500[V])를 적용한다.

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 건전 도체와 고장 도체를 선로 끝에서 이어 휘트스톤 브리지를 만든다. 검류계 G의 지시가 0이 되는 평형조건으로 고장점까지의 저항을 구한다.

그림에서 Q 쪽 변은 고장 도체의 X[km] 구간 저항 Rx이다. P 쪽 변은 건전 도체 3.6[km]와 고장 도체의 나머지 구간을 합친 R−Rx이므로 평형식은 P⋅Rx=Q⋅(R−Rx)P\cdot R_x=Q\cdot(R-R_x)이다.

왕복 전체 저항
R=0.3195×3.6×2=2.3004R=0.3195\times3.6\times2=2.3004 [Ω]

고장점까지 저항
Rx=QP+QR=20120×2.3004=0.3834R_x=\dfrac{Q}{P+Q}R=\dfrac{20}{120}\times2.3004=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]

혼동 주의: R은 왕복 저항이라 2배를 하지만, Rx는 편도 구간의 저항이므로 거리로 바꿀 때 다시 2로 나누지 않는다. 단면적 500[mm²]는 저항이 Ω/km로 주어졌으므로 계산에 쓰지 않는다.

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 a=1∠120∘a=1\angle120^\circ, a2=1∠240∘a^2=1\angle240^\circ를 곱해 세 대칭분을 구한다.

영상분
V0=13(7.3∠12.5∘+0.4∠−100∘+4.4∠154∘)V_0=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle-100^\circ+4.4\angle154^\circ)
≒1.47∠45.11∘\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ [V]

정상분
V1=13(Va+aVb+a2Vc)=13(7.3∠12.5∘+0.4∠20∘+4.4∠34∘)V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle20^\circ+4.4\angle34^\circ)
≒3.97∠20.54∘\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ [V]

역상분
V2=13(Va+a2Vb+aVc)=13(7.3∠12.5∘+0.4∠140∘+4.4∠−86∘)V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle140^\circ+4.4\angle-86^\circ)
≒2.52∠−19.7∘\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ [V]

외우는 요령: 정상분은 Vb에 a, Vc에 a2를 곱하고, 역상분은 그 반대로 곱한다.

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 처음에 Y결선으로 기동해 기동전류를 줄이고, 타이머 T(0~30 sec) 설정시간이 지나면 △결선으로 바꿔 운전한다.

  • MCM은 전원 R·S·T를 전동기 1차 단자 U·V·W에 넣어 주는 주 전자접촉기이다.
  • MCD는 도면에서 전원선과 연결된 접점으로, U-Z·V-X·W-Y를 이어 △결선을 만드는 운전용이다.
  • MCS는 권선 끝 X·Y·Z를 한 점(중성점)으로 묶어 Y결선을 만드는 기동용이다.

△운전 중에는 Y결선을 풀어야 하므로 MCS는 소자되어 개방 상태가 된다. MCS와 MCD가 동시에 들어가면 전원이 단락되므로 두 접촉기는 서로 인터록한다.

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]

%임피던스법으로 설치 지점의 단락용량을 구해 차단기의 차단용량을 정한다.

개폐기·CT는 흐르는 정격전류보다 큰 표준값 중 가장 작은 것을 고른다.

66[kV] 측 차단기는 변압기 앞에 있으므로 전원측 %Z 16[%]만 적용한다.
Ps=10016×100=625P_s=\dfrac{100}{16}\times100=625 [MVA] → 72[kV]급 표준 1,000[MVA]

66[kV] 측 차단기와 선로개폐기의 정격전류는 변압기 1차 정격전류로 정한다.
In=10×1033×66=87.48I_n=\dfrac{10\times10^3}{\sqrt3\times66}=87.48 [A] → 66[kV]급 최소 표준 600[A]

6.6[kV] 모선 아래의 변류기는 변압기 2차 정격전류에 여유 1.25배를 곱한다.
I1=10×1033×6.6×1.25=1093.47I_1=\dfrac{10\times10^3}{\sqrt3\times6.6}\times1.25=1093.47 [A] → CT 표준 1,200[A]

  • PT는 6.6[kV] 모선에 붙어 있으므로 1차 정격전압이 6,600[V]이다.
  • 접지선과 OVG가 연결된 기기는 접지형 계기용 변압기(GPT)로, 지락이 나면 영상전압을 검출한다.
  • 선택지락계전기(SGR)는 GPT의 영상전압과 ZCT의 영상전류 위상을 비교해 지락이 난 회선만 골라 차단한다.

혼동 주의: 변압기 내부 %Z 7[%]는 6.6[kV] 측 단락용량을 구할 때 더하는 값이라 66[kV] 측 차단기 계산에는 넣지 않는다.

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]

%임피던스법에서는 모든 %X를 기준용량 10 MVA로 환산한 뒤 결선대로 직렬·병렬 합성한다.
%X′=%X×10자기용량[MVA]\%X'=\%X\times\dfrac{10}{\text{자기용량[MVA]}} → 발전기 6 %, T₁ 2.4 %, 송전선 10 %, 조상기 20 %

3권선 변압기는 권선 사이 값(4.8·6·10.8 %)을 권선별 Y형 등가로 나눈다.
%X1=12(4.8+10.8−6)=4.8\%X_1=\tfrac12(4.8+10.8-6)=4.8, %X2=12(4.8+6−10.8)=0\%X_2=\tfrac12(4.8+6-10.8)=0, %X3=12(6+10.8−4.8)=6\%X_3=\tfrac12(6+10.8-4.8)=6 [%]

고장점 S에서 보면 1차 경로(6+2.4+10+4.8=23.2 %)와 조상기 경로(20+6=26 %)가 병렬이고, 여기에 2차 0 %가 직렬로 붙는다.
%Z=23.2×2623.2+26+0=12.26\%Z=\dfrac{23.2\times26}{23.2+26}+0=12.26 [%]

고장점 전류는 합성 12.26 %와 77 kV 기준으로 구한다.
Is2=10012.26×10×1033×77=611.6I_{s2}=\dfrac{100}{12.26}\times\dfrac{10\times10^3}{\sqrt{3}\times77}=611.6 [A]

차단기 CB는 154 kV 1차 경로에 있으므로 그 경로 23.2 %만으로 154 kV 기준 전류를 구한다.
Is1=10023.2×10×1033×154=161.6I_{s1}=\dfrac{100}{23.2}\times\dfrac{10\times10^3}{\sqrt{3}\times154}=161.6 [A]

차단용량은 차단기 정격전압 170 kV와 차단기 통과전류로 계산한다.
Ps=3×170×161.6×10−3=47.58P_s=\sqrt{3}\times170\times161.6\times10^{-3}=47.58 [MVA]

정답 이미지