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전기기사 실기 2018년 3회 기출유형문제
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전기기사 실기 기출문제

전기기사 실기 2018년 3회 기출유형문제

총 14문항 · 주관식 · A4 약 1장

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전기기사 실기 2018년 3회 기출유형문제

총 14문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
가공 송전선로의 코로나 임계전압 식이다. 물음에 답하시오.
E0=24.3 m0 m1 δ dlog⁡10DrE_0 = 24.3\,m_0\,m_1\,\delta\,d\log_{10}\dfrac{D}{r} [kV]

(1) 기온 tt[℃], 기압 bb[mmHg]에서 δ=0.386 b273+t\delta = \dfrac{0.386\,b}{273+t}인 δ\delta의 의미를 쓰시오.
(2) m1m_1이 날씨 계수면 m0m_0는 무엇에 대한 계수인가?
(3) 코로나 장해 2가지를 쓰시오.
(4) 코로나 방지 대책 2가지를 쓰시오.
정답 및 해설
(1) 상대공기밀도. 표준상태(20℃, 760mmHg) 공기밀도에 대한 비로, 기압 bb가 높으면 커지고 기온 tt가 높으면 작아진다.

(2) 전선 표면의 상태계수. 매끈한 단선은 1에 가깝고, 거칠거나 오손된 전선·연선일수록 작아진다.

(3) ① 코로나 손실(전력 손실)
② 통신선 유도장해(코로나 잡음)
(이 외: 전선·바인드선 부식, 소호 리액터 접지 시 소호능력 저하)

(4) ① 굵은 전선(또는 복도체·다도체)으로 전선 표면 전위경도를 낮춘다
② 가선 금구류 돌출부를 없애고 표면을 매끈하게 하여 코로나 임계전압을 높인다


[해설]

코로나는 전선 표면의 전위경도가 임계값을 넘으면 주변 공기가 절연파괴되어 방전하는 현상이므로, 임계전압식의 각 계수는 이 파괴 조건에 영향을 주는 요인을 보정한 값이다.

δ(상대공기밀도)는 기온·기압에 따른 공기 절연강도 변화를, m₀(전선 표면계수)는 전선이 매끈한지 거친지에 따른 방전개시전압 차이를 보정하며, 두 값 모두 작을수록 코로나가 쉽게 발생한다.

코로나 장해는 전력손실과 통신선 유도장해가 대표적이고, 방지 대책은 결국 전선 표면 전위경도를 낮추는 방향(복도체·굵은 전선, 매끈한 금구류)으로 귀결된다.

문제 2

ALTS의 우리말 명칭과 용도를 쓰시오.
(1) 명칭:
(2) 용도:

정답 및 해설

(1) 명칭: 자동부하전환개폐기(ALTS, Automatic Load Transfer Switch)

(2) 용도
· 정전이 허용되지 않는 중요 부하에 상용(주)전원과 예비전원의 이중전원을 확보하는 개폐기
· 주전원이 정전되거나 전압이 일정값 이하로 떨어지면 예비전원(비상발전기)으로 자동 절환하여 무정전에 가깝게 전원을 공급함


[해설]

ALTS(Automatic Load Transfer Switch)는 자동부하전환개폐기로, 22.9[kV-Y] 수전설비의 인입구 등에 시설한다. 상용전원과 예비전원 두 회선을 상시 감시하다가 주전원이 정전되거나 전압이 규정값 이하로 떨어지면 부하를 예비전원 측으로 자동 절환하고, 주전원이 복구되면 원래 회선으로 되돌린다.

따라서 병원·전산실·공공시설처럼 정전이 허용되지 않는 중요 부하에 무정전에 가까운 급전을 하는 것이 목적이다. 같은 인입구용 개폐기라도 ASS(자동고장구분개폐기)는 수용가 구내고장을 배전선로에서 분리하는 것이 목적이므로 혼동하지 않도록 한다.

문제 3
다음 용어의 정의를 쓰시오.
(1) 중성선
(2) 분기회로
(3) 등전위본딩
정답 및 해설
(1) 중성선: 다선식 전로에서 전원의 중성극에 접속된 전선.

(2) 분기회로: 간선에서 갈라져 분기과전류차단기를 거쳐 부하에 이르는 배선.

(3) 등전위본딩: 등전위를 형성하도록 도전성 부분(전선·금속체)끼리 전기적으로 접속하는 조치.


[해설]

중성선·분기회로·등전위본딩은 배전 계통과 접지 계통의 기본 구성요소를 지칭하는 KEC 용어다.

중성선은 다선식 전로에서 전원의 중성극에 접속된 전선이고, 분기회로는 간선에서 갈라져 분기과전류차단기를 거쳐 부하에 이르는 배선이다.

등전위본딩은 등전위를 형성하도록 서로 다른 도전성 부분(전선·금속체)끼리 전기적으로 접속하는 조치로, 부분 사이에 전위차가 생기지 않게 하는 감전 방지의 기본 원리다.

문제 4
지중전선로의 장점과 단점을 각각 4가지씩 쓰시오.
정답 및 해설
[장점]
① 풍수해·뇌해 등 기상 여건의 영향을 거의 받지 않는다.
② 도시 미관이 좋다.
③ 충전부가 절연·매설되어 감전 안전성이 높다.
④ 차폐 케이블로 통신선 유도장해가 적다.

[단점]
① 건설비가 가공전선로보다 비싸다.
② 고장점 발견·보수가 어렵다.
③ 부하 증설 등 탄력성이 떨어진다.
④ 방열이 어려워 송전용량(허용전류)이 가공선보다 낮다.


[해설]

지중전선로의 장단점은 결국 매설이라는 물리적 특성 하나에서 반대 방향으로 파생된다.

매설로 기상 영향(풍수해·뇌해)과 감전 위험은 줄고 도시 미관도 좋아지지만, 고장점을 눈으로 확인할 수 없어 보수가 어렵고 방열이 안 돼 허용전류(송전용량)가 가공선보다 낮다.

건설비와 탄력성(증설 용이성)도 매설 구조 때문에 불리해지는 항목으로, 같은 원인에서 반대로 도출한다는 논리로 답하면 빠뜨리는 항목이 줄어든다.

문제 5
변압기(모선) 결선방식 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 환상(루프) 모선 방식
② 2중 모선 방식
③ 1.5 차단기(one and a half breaker) 모선 방식

(이 외: 단일 모선, 단모선 방식 등)


[해설]

모선 결선방식은 정전 없이 점검·사고 대응이 가능하도록 모선을 어떻게 이중화·분할하느냐의 문제이므로, 이름이 곧 구조를 나타낸다.

환상(루프) 모선은 모선을 고리 형태로 이어 한 구간이 고장 나도 반대 방향으로 우회 공급하고, 2중 모선은 모선 자체를 두 계통으로 이중화해 한쪽 점검 중에도 공급을 유지한다.

1.5차단기 방식은 두 회선당 차단기 3대를 배치해 모선 정전 없이 어떤 차단기도 점검할 수 있게 한 고신뢰도 방식으로, 신뢰도와 설비비가 함께 올라간다.

문제 6
교류용 적산전력계에 관해 답하시오.
(1) 잠동(creeping) 현상을 설명하고, 방지법 2가지를 쓰시오.
(2) 적산전력계가 갖춰야 할 특성 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
(1) 잠동(creeping): 무부하에서 정격 주파수·정격전압의 110[%]를 걸었을 때 원판이 멈추지 않고 1회전 이상 계속 도는 현상.
[방지대책]
① 원판에 작은 구멍(슬롯)을 뚫는다
② 원판에 작은 철편을 붙인다

(2) ① 온도·주파수 변화에 보상되어 오차가 적을 것
② 기계적 강도가 클 것
③ 과부하 내량이 클 것


[해설]

잠동은 무부하인데도 원판이 계속 도는 오차 현상으로, 원인은 전압코일에 의한 미소 구동토크가 마찰(제동)토크를 이기고 남는 데 있다.

정격전압의 110[%]에서도 1회전 이상 계속 돌면 잠동으로 판정하며, 원판에 작은 구멍이나 철편을 붙여 자속 분포를 흐트러뜨리면 미소 토크에서도 제동력이 커져 잠동이 멎는다.

적산전력계에 요구되는 특성은 온도·주파수 변화에 오차가 적고, 기계적으로 튼튼하며, 과부하에도 견뎌야 한다는 세 가지로 정리된다.

문제 7
다음은 3φ4W 22.9[kV] 수전설비 단선결선도이다. 물음에 답하시오.

(1) 단선결선도의 LA에 대하여 답하시오.
　① 우리말 명칭을 쓰시오.
　② 기능과 역할을 간단히 설명하시오.
　③ 성능조건 2가지를 쓰시오.

(2) 부하집계 및 입력환산표를 완성하시오. (입력환산[kVA]은 소수 둘째자리에서 반올림)
구분설비용량[kW]효율[%]역률[%]입력환산[kVA]
전등 및 전열35010080?
일반동력6358590?
비상동력 - 유도전동기17.5×28590?
비상동력 - 유도전동기2118590?
비상동력 - 유도전동기3158590?
비상동력 - 비상조명810090?
비상동력 소계---?
(3) 단선결선도와 (2)항 부하집계표를 참고하여 TR-2의 적정용량[kVA]을 구하시오. [참고] 일반동력군과 비상동력군 간 부등률 1.3, 변압기는 15[%] 여유를 둠, 변압기 표준규격[kVA]은 200, 300, 400, 500, 600.

(4) 단선결선도에서 TR-2 2차측 중성점의 제2종 접지공사 접지선 굵기[mm²]를 구하시오. [참고] 접지선은 GV전선, 표준굵기[mm²]는 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70. GV전선 허용최고온도 160[℃], 고장전류 통과 전 접지선 온도 30[℃]. 고장전류는 과전류차단기 정격전류의 20배, 변압기 2차 과전류 보호차단기는 고장전류에서 0.1초 이내 차단, 변압기 2차 과전류차단기 정격전류는 변압기 정격전류의 1.5배.
문제 이미지
정답 및 해설
(1) ① 명칭: 피뢰기(LA, Lightning Arrester)
② 기능·역할: 뇌나 개폐 등으로 생긴 이상전압(서지)의 파고값이 일정값을 넘으면 방전하여 그 전압을 대지로 흘려보내 기기 절연을 보호하고, 방전 뒤에는 속류를 빠르게 차단해 계통을 정상 상태로 자동 복귀시킨다.
③ 성능조건:
　① 제한전압이 낮을 것
　② 충격파 방전개시전압이 낮을 것
　(이 외: 상용주파 방전개시전압이 높을 것, 속류 차단능력이 클 것)

(2) 입력환산[kVA] = 설비용량 ÷ (효율 × 역률)
구분입력환산[kVA]
전등 및 전열3501×0.8=437.5\dfrac{350}{1\times0.8}=437.5
일반동력6350.85×0.9=830.1\dfrac{635}{0.85\times0.9}=830.1
유도전동기17.5×20.85×0.9=19.6\dfrac{7.5\times2}{0.85\times0.9}=19.6
유도전동기2110.85×0.9=14.4\dfrac{11}{0.85\times0.9}=14.4
유도전동기3150.85×0.9=19.6\dfrac{15}{0.85\times0.9}=19.6
비상조명81×0.9=8.9\dfrac{8}{1\times0.9}=8.9
비상동력 소계19.6+14.4+19.6+8.9 = 62.5


(3) TR-2는 일반동력군과 비상동력군을 함께 맡는다. 두 군 사이 부등률 1.3, 일반동력 수용률 45[%], 비상동력 수용률 100[%]를 적용하고 15[%] 여유를 둔다.
TR2=830.1×0.45+62.5×1.01.3×1.15=385.73TR_2 = \dfrac{830.1\times0.45 + 62.5\times1.0}{1.3}\times1.15 = 385.73 [kVA]
표준규격 중 이를 만족하는 최소값은 400[kVA]이므로 400[kVA] 선정.

(4) TR-2 2차 정격전류(정격전류의 1.5배가 과전류차단기 정격):
I=400×1033×380×1.5=911.61I=\dfrac{400\times10^{3}}{\sqrt3\times380}\times1.5=911.61 [A]
고장전류는 그 20배지만, 접지선 굵기 식에는 차단기 정격전류 기준의 위 값을 적용한다.
접지선 굵기(구리, 30→160[℃], 0.1초 기준 GV전선 단면적 산정식):
A=0.0496×I=0.0496×911.61=45.22A=0.0496\times I = 0.0496\times911.61 = 45.22 [mm²]
표준굵기 중 45.22 이상인 최소값은 50이므로 50[mm²] 선정.


[해설]

LA의 기능·성능조건, 부하집계표 완성, TR-2 용량 선정, 접지선 굵기 산정을 순서대로 묻는 종합형이므로 각 소문항의 근거 공식을 구분해 알아야 한다.

LA(피뢰기)는 이상전압이 넘어오면 방전으로 대지에 흘려 기기를 보호하고 방전 뒤 속류를 스스로 차단해 복귀하는 소자이며, 제한전압·충격파 방전개시전압은 낮을수록 성능이 좋다.

입력환산은 설비용량효율×역률\dfrac{\text{설비용량}}{\text{효율}\times\text{역률}}로 구하고, TR-2는 함께 부담하는 부하군 사이에 부등률을 나누고 변압기 여유율(15[%])을 곱한 뒤 표준용량으로 올림해 정한다.

접지선 굵기는 고장전류가 짧은 시간(0.1초) 흘러도 GV전선이 허용온도(160[℃])를 넘지 않도록 정한 단면적 공식에서 나온 값을 표준굵기로 올림한 것이다.

문제 8
오실로스코프 감쇄 probe는 입력전압을 10배 배율로 줄이도록 설계된다. 오실로스코프 입력 임피던스 RsR_s는 1[MΩ], probe 내부 저항 RpR_p는 9[MΩ]이다.

(1) probe 입력전압 vi=220v_i = 220[V]일 때 오실로스코프에 나타나는 전압은?
(2) Rs=1R_s=1[MΩ]과 Cs=200C_s=200[pF]이 병렬일 때, CsC_s에 대한 테브난 등가회로가 아래와 같다면 시정수 τ\tau와 vi=220v_i = 220[V]에서의 테브난 등가전압 EthE_{th}를 구하시오. (등가회로: Rth=0.9R_{th}=0.9[MΩ]와 CsC_s 직렬, viv_i 인가)
(3) 인가 주파수 10[kHz]일 때 주기는 몇 [ms]인가?
문제 이미지
정답 및 해설
(1) probe와 입력저항의 직렬 분압이므로 배율 n=Rp+RsRs=10n=\dfrac{R_p+R_s}{R_s}=10.
V2=vin=22010=22V_2=\dfrac{v_i}{n}=\dfrac{220}{10}=22 [V]

(2) 테브난 등가저항 Rth=Rp⋅RsRp+Rs=9×19+1=0.9R_{th}=\dfrac{R_p\cdot R_s}{R_p+R_s}=\dfrac{9\times1}{9+1}=0.9 [MΩ]
① 시정수 τ=Rth Cs=0.9×106×200×10−12=180×10−6\tau = R_{th}\,C_s = 0.9\times10^{6}\times200\times10^{-12}=180\times10^{-6} [s] = 180 [μs]
② 등가전압 Eth=RsRp+Rs vi=19+1×220=22E_{th}=\dfrac{R_s}{R_p+R_s}\,v_i=\dfrac{1}{9+1}\times220=22 [V]

(3) T=1f=110×103=0.1×10−3T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{10\times10^{3}}=0.1\times10^{-3} [s] = 0.1 [ms]


[해설]

감쇄 probe는 오실로스코프 입력저항과 probe 내부저항의 직렬 전압분배로 배율을 만들므로, 배율은 (Rp+Rs)/Rs로 정해진다는 원리를 알면 모든 소문항이 같은 회로에서 풀린다.

Rp=9[MΩ], Rs=1[MΩ]이면 배율은 정확히 10배가 되어 probe 설계 스펙과 일치하고, 두 저항의 병렬값이 곧 커패시터 Cs를 보는 테브난 등가저항(0.9[MΩ])이 된다.

시정수는 이 등가저항과 Cs의 곱(τ=RthCs\tau=R_{th}C_s)으로 구하고, 테브난 등가전압은 전압분배 그대로 22[V]로 (1)과 같은 값이 나오며, 주기는 T=1fT=\dfrac{1}{f}이므로 10[kHz]에서 0.1[ms]다.

문제 9
각 지점 간 저항이 모두 같다고 할 때 간선 A~D 구간에 전원을 공급하려 한다. 전력손실을 최소로 하려면 A~D 중 어느 지점이 가장 좋은가? (A점 20[A], B점 30[A], C점 40[A], D점 50[A] 부하가 등간격으로 분기.)
문제 이미지
정답 및 해설
각 구간(A-B, B-C, C-D) 저항을 rr로 같다 두면, 공급 지점 기준 한 구간 전류는 그 구간 바깥쪽 부하전류 합이고, 전력손실은 각 구간 I2rI^2 r의 합이다.
PℓA=(30+40+50)2r+(40+50)2r+502r=25000 rP_{\ell A}=(30+40+50)^2 r+(40+50)^2 r+50^2 r = 25000\,r
PℓB=202r+(40+50)2r+502r=11000 rP_{\ell B}=20^2 r+(40+50)^2 r+50^2 r = 11000\,r
PℓC=202r+(20+30)2r+502r=5400 rP_{\ell C}=20^2 r+(20+30)^2 r+50^2 r = 5400\,r
PℓD=202r+(20+30)2r+(20+30+40)2r=11000 rP_{\ell D}=20^2 r+(20+30)^2 r+(20+30+40)^2 r = 11000\,r
전력손실이 가장 작은 곳은 C점이다.

답: C점


[해설]

등간격 배전선에서 전력손실을 최소화하는 지점을 찾는 문제는, 공급점을 기준으로 각 구간에 흐르는 전류(그 구간 바깥쪽 부하전류의 합)로 ∑I2r\sum I^2 r을 비교하는 원리다.

공급점이 한쪽 끝(A)에 가까울수록 먼 구간에도 큰 전류가 흘러 손실이 커지고, 부하 중심에 가까운 지점일수록 각 구간 전류가 분산돼 손실이 작아진다.

A·B·C·D를 각각 공급점으로 놓고 계산하면 C점에서 손실이 가장 작게 나오는데, 이는 C가 부하(전류)의 무게중심에 가장 가까운 지점이기 때문이다.

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
정격출력 500[kW] 디젤발전기가 있다. 발열량 10000[kcal/L]인 중유 250[L]로 1/2 부하 운전하면 몇 시간 운전할 수 있는지 구하시오. (단, 발전기 열효율 34.4[%].)
정답 및 해설
열효율 η=860 Wm H=860 P Tm H\eta=\dfrac{860\,W}{m\,H}=\dfrac{860\,P\,T}{m\,H} (W=PTW=PT[kWh], mm=연료량[L], HH=발열량[kcal/L]).
1/2 부하이므로 출력 P=500×12=250P=500\times\tfrac12=250 [kW]. 운전시간 TT로 정리하면
T=η m H860 P=0.344×250×10000860×250=4T=\dfrac{\eta\,m\,H}{860\,P}=\dfrac{0.344\times250\times10000}{860\times250}=4 [시간]

답: 4시간


[해설]

발전기 열효율은 투입한 연료의 발열량 중 실제 전기출력으로 나온 비율이므로, 효율식을 운전시간에 대해 풀면 답이 나온다.

η=860 WmH\eta=\dfrac{860\,W}{mH}에서 W는 [kWh] 단위 전력량(출력×시간)이며, 860은 1[kWh]를 열량[kcal]으로 바꾸는 환산상수다.

1/2 부하이므로 출력을 250[kW]로 낮춰 대입해야 하며, 이를 빠뜨리고 정격출력을 그대로 쓰면 운전시간이 절반으로 잘못 나오는 것이 흔한 오답이다.

문제 12
도면은 어느 154[kV] 수용가 수전설비 단선결선도의 일부이다. 표와 도면을 이용해 답하시오.
1차 정격전류[A]20040060080012001500
2차 정격전류[A]5
(1) 변압기 2차 부하 설비용량 51[MW], 수용률 70[%], 부하역률 90[%]일 때 변압기 용량은 몇 [MVA]인가?
(2) 변압기 1차측 DS의 정격전압은 몇 [kV]인가?
(3) CT₁의 비를 계산하고 표에서 선정하시오.
(4) GCB에 주로 쓰는 가스는?
(5) OCB 정격차단전류가 23[kA]일 때 차단용량은 몇 [MVA]인가? (정격전압 25.8[kV] 기준)
(6) 과전류계전기 정격부담이 9[VA]일 때 계전기 임피던스는 몇 [Ω]인가? (CT 2차 정격전류 5[A])
(7) CT₇ 1차 전류 600[A]일 때 CT₇ 2차에서 비율차동계전기 단자에 흐르는 전류는 몇 [A]인가? (CT가 Δ결선, 정격 1200/5)
문제 이미지
정답 및 해설
(1) =설비용량×수용률부등률×역률=51×0.71×0.9=39.67=\dfrac{\text{설비용량}\times\text{수용률}}{\text{부등률}\times\text{역률}}=\dfrac{51\times0.7}{1\times0.9}=39.67 [MVA]

(2) 154[kV] 계통 기기이므로 DS 정격전압 = 170 [kV] (계통 최고전압 기준).

(3) CT₁ 1차 전류 I1=P3 V=39.67×1033×154=148.72I_1=\dfrac{P}{\sqrt3\,V}=\dfrac{39.67\times10^{3}}{\sqrt3\times154}=148.72 [A]. 여유배수(1.25~1.5)를 곱하면 148.72×(1.25∼1.5)=185.9∼223.1148.72\times(1.25\sim1.5)=185.9\sim223.1 [A]. 표에서 만족하는 정격은 200[A]이므로 CT비 200/5 선정.

(4) SF6SF_6(육불화황) 가스.

(5) Ps=3 Vn Is=3×25.8×23=1027.8P_s=\sqrt3\,V_n\,I_s=\sqrt3\times25.8\times23=1027.8 [MVA]

(6) Z=[VA]I2=952=0.36Z=\dfrac{[VA]}{I^2}=\dfrac{9}{5^2}=0.36 [Ω]

(7) Δ결선이면 비율차동계전기 단자전류는 (CT 1차전류 × 역수비)에 3\sqrt3배.
Id=600×51200×3=4.33I_d=600\times\dfrac{5}{1200}\times\sqrt3=4.33 [A]


[해설]

변전설비 각 기기의 정격을 계산값에 여유를 준 뒤 표준규격에서 고르는 공통 원칙을 여러 기기에 반복 적용하는 문항이다.

변압기 용량은 수용률·부등률·역률로 합성최대전력을 구해 정하고, DS 정격전압은 실사용전압이 아니라 계통 최고전압(154→170[kV])으로, CT 1차전류는 부하전류에 여유율 1.25~1.5배를 곱한 범위 안에 드는 표준규격으로 선정한다.

차단용량은 Ps=3 VnIsP_s=\sqrt3\,V_n I_s로, 계전기 임피던스는 정격부담을 CT 2차 정격전류의 제곱으로 나눠 구하며, Δ결선 CT의 비율차동계전기 전류에는 권수비 외에 √3배가 추가로 붙는다는 점이 헷갈리기 쉽다.

문제 13
22.9[kV], 용량 1000[kVA] 폐쇄형 큐비클식 수변전설비가 설치된 변전실이 있다.
(1) 변전실의 유효높이[m]를 쓰시오.
(2) 계획 시 변전실 추정면적[m²]을 구하시오. (단, 추정계수 1.4.)
정답 및 해설
(1) 22.9[kV] 큐비클식 수변전설비 변전실 유효높이는 4.5[m] 이상으로 한다.

(2) 추정면적 A=k⋅W0.7A=k\cdot W^{0.7} (k=1.4k=1.4, W=1000W=1000[kVA]).
A=1.4×(변압기 용량[kVA])0.7=1.4×10000.7=176.25A=1.4\times(\text{변압기 용량}[\text{kVA}])^{0.7}=1.4\times1000^{0.7}=176.25 [m²]


[해설]

큐비클식 수변전설비의 변전실 규모는 안전한 조작·점검 공간을 확보하기 위해 경험식으로 정해져 있다.

22.9[kV]급 큐비클 설비의 변전실 유효높이는 통상 4.5[m] 이상을 확보해야 하며, 이는 기기 인출입과 상부 여유공간을 감안한 기준이다.

추정면적은 변압기 용량의 0.7제곱에 비례하는 경험식(A=k W0.7A=k\,W^{0.7})을 쓰는데, 용량이 커질수록 면적 증가율이 완만해진다는 점을 기억해두면 계산 실수를 줄일 수 있다.

문제 14
공칭전압 140[kV]인 송전선로의 선로정수가 A=0.9A=0.9, B=j380B=j380[Ω], C=j0.5×10−3C=j0.5\times10^{-3}[℧]일 때 답하시오.
(1) 무부하 시 송전단에 154[kV]를 인가했을 때 수전단전압을 구하시오.
(2) 이때의 송전단 전류를 구하시오.
정답 및 해설
4단자 정수 [EsIs]=[ABCD][ErIr]\begin{bmatrix}E_s\\I_s\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}A&B\\C&D\end{bmatrix}\begin{bmatrix}E_r\\I_r\end{bmatrix} 에서 무부하이므로 Ir=0I_r=0.

(1) Es=A ErE_s=A\,E_r 이므로 Er=EsA=1540.9=171.11E_r=\dfrac{E_s}{A}=\dfrac{154}{0.9}=171.11 [kV]

(2) ErE_r는 선간전압이므로 상전압 Er3\dfrac{E_r}{\sqrt{3}}을 대입한다.
Is=CEr3=0.5×10−3×171.11×1033=49.4I_s=C\dfrac{E_r}{\sqrt{3}}=0.5\times10^{-3}\times\dfrac{171.11\times10^{3}}{\sqrt{3}}=49.4 [A] (진상)


[해설]

4단자정수(ABCD 정수)는 송전단·수전단의 전압·전류 관계를 하나의 행렬로 표현하므로, 무부하(I_r=0) 조건을 대입하면 식이 크게 단순해진다.

무부하에서는 Es=AErE_s=A E_r만 남으므로 수전단전압은 송전단전압을 A로 나누면 되고, A가 1보다 작으면 무부하 시 수전단전압이 송전단보다 높아지는 페란티 현상이 나타난다.

송전단전류를 구할 때는 E_r이 선간전압이므로 상전압으로 바꾸기 위해 √3으로 나눈 뒤 C를 곱해야 하며, 이를 빠뜨리고 선간전압을 그대로 대입하는 것이 흔한 오답이다.

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전기기사 실기 2018년 3회 기출유형문제

총 14문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
가공 송전선로의 코로나 임계전압 식이다. 물음에 답하시오.
E0=24.3 m0 m1 δ dlog⁡10DrE_0 = 24.3\,m_0\,m_1\,\delta\,d\log_{10}\dfrac{D}{r} [kV]

(1) 기온 tt[℃], 기압 bb[mmHg]에서 δ=0.386 b273+t\delta = \dfrac{0.386\,b}{273+t}인 δ\delta의 의미를 쓰시오.
(2) m1m_1이 날씨 계수면 m0m_0는 무엇에 대한 계수인가?
(3) 코로나 장해 2가지를 쓰시오.
(4) 코로나 방지 대책 2가지를 쓰시오.
정답 및 해설
(1) 상대공기밀도. 표준상태(20℃, 760mmHg) 공기밀도에 대한 비로, 기압 bb가 높으면 커지고 기온 tt가 높으면 작아진다.

(2) 전선 표면의 상태계수. 매끈한 단선은 1에 가깝고, 거칠거나 오손된 전선·연선일수록 작아진다.

(3) ① 코로나 손실(전력 손실)
② 통신선 유도장해(코로나 잡음)
(이 외: 전선·바인드선 부식, 소호 리액터 접지 시 소호능력 저하)

(4) ① 굵은 전선(또는 복도체·다도체)으로 전선 표면 전위경도를 낮춘다
② 가선 금구류 돌출부를 없애고 표면을 매끈하게 하여 코로나 임계전압을 높인다


[해설]

코로나는 전선 표면의 전위경도가 임계값을 넘으면 주변 공기가 절연파괴되어 방전하는 현상이므로, 임계전압식의 각 계수는 이 파괴 조건에 영향을 주는 요인을 보정한 값이다.

δ(상대공기밀도)는 기온·기압에 따른 공기 절연강도 변화를, m₀(전선 표면계수)는 전선이 매끈한지 거친지에 따른 방전개시전압 차이를 보정하며, 두 값 모두 작을수록 코로나가 쉽게 발생한다.

코로나 장해는 전력손실과 통신선 유도장해가 대표적이고, 방지 대책은 결국 전선 표면 전위경도를 낮추는 방향(복도체·굵은 전선, 매끈한 금구류)으로 귀결된다.

문제 2

ALTS의 우리말 명칭과 용도를 쓰시오.
(1) 명칭:
(2) 용도:

정답 및 해설

(1) 명칭: 자동부하전환개폐기(ALTS, Automatic Load Transfer Switch)

(2) 용도
· 정전이 허용되지 않는 중요 부하에 상용(주)전원과 예비전원의 이중전원을 확보하는 개폐기
· 주전원이 정전되거나 전압이 일정값 이하로 떨어지면 예비전원(비상발전기)으로 자동 절환하여 무정전에 가깝게 전원을 공급함


[해설]

ALTS(Automatic Load Transfer Switch)는 자동부하전환개폐기로, 22.9[kV-Y] 수전설비의 인입구 등에 시설한다. 상용전원과 예비전원 두 회선을 상시 감시하다가 주전원이 정전되거나 전압이 규정값 이하로 떨어지면 부하를 예비전원 측으로 자동 절환하고, 주전원이 복구되면 원래 회선으로 되돌린다.

따라서 병원·전산실·공공시설처럼 정전이 허용되지 않는 중요 부하에 무정전에 가까운 급전을 하는 것이 목적이다. 같은 인입구용 개폐기라도 ASS(자동고장구분개폐기)는 수용가 구내고장을 배전선로에서 분리하는 것이 목적이므로 혼동하지 않도록 한다.

문제 3
다음 용어의 정의를 쓰시오.
(1) 중성선
(2) 분기회로
(3) 등전위본딩
정답 및 해설
(1) 중성선: 다선식 전로에서 전원의 중성극에 접속된 전선.

(2) 분기회로: 간선에서 갈라져 분기과전류차단기를 거쳐 부하에 이르는 배선.

(3) 등전위본딩: 등전위를 형성하도록 도전성 부분(전선·금속체)끼리 전기적으로 접속하는 조치.


[해설]

중성선·분기회로·등전위본딩은 배전 계통과 접지 계통의 기본 구성요소를 지칭하는 KEC 용어다.

중성선은 다선식 전로에서 전원의 중성극에 접속된 전선이고, 분기회로는 간선에서 갈라져 분기과전류차단기를 거쳐 부하에 이르는 배선이다.

등전위본딩은 등전위를 형성하도록 서로 다른 도전성 부분(전선·금속체)끼리 전기적으로 접속하는 조치로, 부분 사이에 전위차가 생기지 않게 하는 감전 방지의 기본 원리다.

문제 4
지중전선로의 장점과 단점을 각각 4가지씩 쓰시오.
정답 및 해설
[장점]
① 풍수해·뇌해 등 기상 여건의 영향을 거의 받지 않는다.
② 도시 미관이 좋다.
③ 충전부가 절연·매설되어 감전 안전성이 높다.
④ 차폐 케이블로 통신선 유도장해가 적다.

[단점]
① 건설비가 가공전선로보다 비싸다.
② 고장점 발견·보수가 어렵다.
③ 부하 증설 등 탄력성이 떨어진다.
④ 방열이 어려워 송전용량(허용전류)이 가공선보다 낮다.


[해설]

지중전선로의 장단점은 결국 매설이라는 물리적 특성 하나에서 반대 방향으로 파생된다.

매설로 기상 영향(풍수해·뇌해)과 감전 위험은 줄고 도시 미관도 좋아지지만, 고장점을 눈으로 확인할 수 없어 보수가 어렵고 방열이 안 돼 허용전류(송전용량)가 가공선보다 낮다.

건설비와 탄력성(증설 용이성)도 매설 구조 때문에 불리해지는 항목으로, 같은 원인에서 반대로 도출한다는 논리로 답하면 빠뜨리는 항목이 줄어든다.

문제 5
변압기(모선) 결선방식 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 환상(루프) 모선 방식
② 2중 모선 방식
③ 1.5 차단기(one and a half breaker) 모선 방식

(이 외: 단일 모선, 단모선 방식 등)


[해설]

모선 결선방식은 정전 없이 점검·사고 대응이 가능하도록 모선을 어떻게 이중화·분할하느냐의 문제이므로, 이름이 곧 구조를 나타낸다.

환상(루프) 모선은 모선을 고리 형태로 이어 한 구간이 고장 나도 반대 방향으로 우회 공급하고, 2중 모선은 모선 자체를 두 계통으로 이중화해 한쪽 점검 중에도 공급을 유지한다.

1.5차단기 방식은 두 회선당 차단기 3대를 배치해 모선 정전 없이 어떤 차단기도 점검할 수 있게 한 고신뢰도 방식으로, 신뢰도와 설비비가 함께 올라간다.

문제 6
교류용 적산전력계에 관해 답하시오.
(1) 잠동(creeping) 현상을 설명하고, 방지법 2가지를 쓰시오.
(2) 적산전력계가 갖춰야 할 특성 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
(1) 잠동(creeping): 무부하에서 정격 주파수·정격전압의 110[%]를 걸었을 때 원판이 멈추지 않고 1회전 이상 계속 도는 현상.
[방지대책]
① 원판에 작은 구멍(슬롯)을 뚫는다
② 원판에 작은 철편을 붙인다

(2) ① 온도·주파수 변화에 보상되어 오차가 적을 것
② 기계적 강도가 클 것
③ 과부하 내량이 클 것


[해설]

잠동은 무부하인데도 원판이 계속 도는 오차 현상으로, 원인은 전압코일에 의한 미소 구동토크가 마찰(제동)토크를 이기고 남는 데 있다.

정격전압의 110[%]에서도 1회전 이상 계속 돌면 잠동으로 판정하며, 원판에 작은 구멍이나 철편을 붙여 자속 분포를 흐트러뜨리면 미소 토크에서도 제동력이 커져 잠동이 멎는다.

적산전력계에 요구되는 특성은 온도·주파수 변화에 오차가 적고, 기계적으로 튼튼하며, 과부하에도 견뎌야 한다는 세 가지로 정리된다.

문제 7
다음은 3φ4W 22.9[kV] 수전설비 단선결선도이다. 물음에 답하시오.

(1) 단선결선도의 LA에 대하여 답하시오.
　① 우리말 명칭을 쓰시오.
　② 기능과 역할을 간단히 설명하시오.
　③ 성능조건 2가지를 쓰시오.

(2) 부하집계 및 입력환산표를 완성하시오. (입력환산[kVA]은 소수 둘째자리에서 반올림)
구분설비용량[kW]효율[%]역률[%]입력환산[kVA]
전등 및 전열35010080?
일반동력6358590?
비상동력 - 유도전동기17.5×28590?
비상동력 - 유도전동기2118590?
비상동력 - 유도전동기3158590?
비상동력 - 비상조명810090?
비상동력 소계---?
(3) 단선결선도와 (2)항 부하집계표를 참고하여 TR-2의 적정용량[kVA]을 구하시오. [참고] 일반동력군과 비상동력군 간 부등률 1.3, 변압기는 15[%] 여유를 둠, 변압기 표준규격[kVA]은 200, 300, 400, 500, 600.

(4) 단선결선도에서 TR-2 2차측 중성점의 제2종 접지공사 접지선 굵기[mm²]를 구하시오. [참고] 접지선은 GV전선, 표준굵기[mm²]는 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70. GV전선 허용최고온도 160[℃], 고장전류 통과 전 접지선 온도 30[℃]. 고장전류는 과전류차단기 정격전류의 20배, 변압기 2차 과전류 보호차단기는 고장전류에서 0.1초 이내 차단, 변압기 2차 과전류차단기 정격전류는 변압기 정격전류의 1.5배.
문제 이미지
정답 및 해설
(1) ① 명칭: 피뢰기(LA, Lightning Arrester)
② 기능·역할: 뇌나 개폐 등으로 생긴 이상전압(서지)의 파고값이 일정값을 넘으면 방전하여 그 전압을 대지로 흘려보내 기기 절연을 보호하고, 방전 뒤에는 속류를 빠르게 차단해 계통을 정상 상태로 자동 복귀시킨다.
③ 성능조건:
　① 제한전압이 낮을 것
　② 충격파 방전개시전압이 낮을 것
　(이 외: 상용주파 방전개시전압이 높을 것, 속류 차단능력이 클 것)

(2) 입력환산[kVA] = 설비용량 ÷ (효율 × 역률)
구분입력환산[kVA]
전등 및 전열3501×0.8=437.5\dfrac{350}{1\times0.8}=437.5
일반동력6350.85×0.9=830.1\dfrac{635}{0.85\times0.9}=830.1
유도전동기17.5×20.85×0.9=19.6\dfrac{7.5\times2}{0.85\times0.9}=19.6
유도전동기2110.85×0.9=14.4\dfrac{11}{0.85\times0.9}=14.4
유도전동기3150.85×0.9=19.6\dfrac{15}{0.85\times0.9}=19.6
비상조명81×0.9=8.9\dfrac{8}{1\times0.9}=8.9
비상동력 소계19.6+14.4+19.6+8.9 = 62.5


(3) TR-2는 일반동력군과 비상동력군을 함께 맡는다. 두 군 사이 부등률 1.3, 일반동력 수용률 45[%], 비상동력 수용률 100[%]를 적용하고 15[%] 여유를 둔다.
TR2=830.1×0.45+62.5×1.01.3×1.15=385.73TR_2 = \dfrac{830.1\times0.45 + 62.5\times1.0}{1.3}\times1.15 = 385.73 [kVA]
표준규격 중 이를 만족하는 최소값은 400[kVA]이므로 400[kVA] 선정.

(4) TR-2 2차 정격전류(정격전류의 1.5배가 과전류차단기 정격):
I=400×1033×380×1.5=911.61I=\dfrac{400\times10^{3}}{\sqrt3\times380}\times1.5=911.61 [A]
고장전류는 그 20배지만, 접지선 굵기 식에는 차단기 정격전류 기준의 위 값을 적용한다.
접지선 굵기(구리, 30→160[℃], 0.1초 기준 GV전선 단면적 산정식):
A=0.0496×I=0.0496×911.61=45.22A=0.0496\times I = 0.0496\times911.61 = 45.22 [mm²]
표준굵기 중 45.22 이상인 최소값은 50이므로 50[mm²] 선정.


[해설]

LA의 기능·성능조건, 부하집계표 완성, TR-2 용량 선정, 접지선 굵기 산정을 순서대로 묻는 종합형이므로 각 소문항의 근거 공식을 구분해 알아야 한다.

LA(피뢰기)는 이상전압이 넘어오면 방전으로 대지에 흘려 기기를 보호하고 방전 뒤 속류를 스스로 차단해 복귀하는 소자이며, 제한전압·충격파 방전개시전압은 낮을수록 성능이 좋다.

입력환산은 설비용량효율×역률\dfrac{\text{설비용량}}{\text{효율}\times\text{역률}}로 구하고, TR-2는 함께 부담하는 부하군 사이에 부등률을 나누고 변압기 여유율(15[%])을 곱한 뒤 표준용량으로 올림해 정한다.

접지선 굵기는 고장전류가 짧은 시간(0.1초) 흘러도 GV전선이 허용온도(160[℃])를 넘지 않도록 정한 단면적 공식에서 나온 값을 표준굵기로 올림한 것이다.

문제 8
오실로스코프 감쇄 probe는 입력전압을 10배 배율로 줄이도록 설계된다. 오실로스코프 입력 임피던스 RsR_s는 1[MΩ], probe 내부 저항 RpR_p는 9[MΩ]이다.

(1) probe 입력전압 vi=220v_i = 220[V]일 때 오실로스코프에 나타나는 전압은?
(2) Rs=1R_s=1[MΩ]과 Cs=200C_s=200[pF]이 병렬일 때, CsC_s에 대한 테브난 등가회로가 아래와 같다면 시정수 τ\tau와 vi=220v_i = 220[V]에서의 테브난 등가전압 EthE_{th}를 구하시오. (등가회로: Rth=0.9R_{th}=0.9[MΩ]와 CsC_s 직렬, viv_i 인가)
(3) 인가 주파수 10[kHz]일 때 주기는 몇 [ms]인가?
문제 이미지
정답 및 해설
(1) probe와 입력저항의 직렬 분압이므로 배율 n=Rp+RsRs=10n=\dfrac{R_p+R_s}{R_s}=10.
V2=vin=22010=22V_2=\dfrac{v_i}{n}=\dfrac{220}{10}=22 [V]

(2) 테브난 등가저항 Rth=Rp⋅RsRp+Rs=9×19+1=0.9R_{th}=\dfrac{R_p\cdot R_s}{R_p+R_s}=\dfrac{9\times1}{9+1}=0.9 [MΩ]
① 시정수 τ=Rth Cs=0.9×106×200×10−12=180×10−6\tau = R_{th}\,C_s = 0.9\times10^{6}\times200\times10^{-12}=180\times10^{-6} [s] = 180 [μs]
② 등가전압 Eth=RsRp+Rs vi=19+1×220=22E_{th}=\dfrac{R_s}{R_p+R_s}\,v_i=\dfrac{1}{9+1}\times220=22 [V]

(3) T=1f=110×103=0.1×10−3T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{10\times10^{3}}=0.1\times10^{-3} [s] = 0.1 [ms]


[해설]

감쇄 probe는 오실로스코프 입력저항과 probe 내부저항의 직렬 전압분배로 배율을 만들므로, 배율은 (Rp+Rs)/Rs로 정해진다는 원리를 알면 모든 소문항이 같은 회로에서 풀린다.

Rp=9[MΩ], Rs=1[MΩ]이면 배율은 정확히 10배가 되어 probe 설계 스펙과 일치하고, 두 저항의 병렬값이 곧 커패시터 Cs를 보는 테브난 등가저항(0.9[MΩ])이 된다.

시정수는 이 등가저항과 Cs의 곱(τ=RthCs\tau=R_{th}C_s)으로 구하고, 테브난 등가전압은 전압분배 그대로 22[V]로 (1)과 같은 값이 나오며, 주기는 T=1fT=\dfrac{1}{f}이므로 10[kHz]에서 0.1[ms]다.

문제 9
각 지점 간 저항이 모두 같다고 할 때 간선 A~D 구간에 전원을 공급하려 한다. 전력손실을 최소로 하려면 A~D 중 어느 지점이 가장 좋은가? (A점 20[A], B점 30[A], C점 40[A], D점 50[A] 부하가 등간격으로 분기.)
문제 이미지
정답 및 해설
각 구간(A-B, B-C, C-D) 저항을 rr로 같다 두면, 공급 지점 기준 한 구간 전류는 그 구간 바깥쪽 부하전류 합이고, 전력손실은 각 구간 I2rI^2 r의 합이다.
PℓA=(30+40+50)2r+(40+50)2r+502r=25000 rP_{\ell A}=(30+40+50)^2 r+(40+50)^2 r+50^2 r = 25000\,r
PℓB=202r+(40+50)2r+502r=11000 rP_{\ell B}=20^2 r+(40+50)^2 r+50^2 r = 11000\,r
PℓC=202r+(20+30)2r+502r=5400 rP_{\ell C}=20^2 r+(20+30)^2 r+50^2 r = 5400\,r
PℓD=202r+(20+30)2r+(20+30+40)2r=11000 rP_{\ell D}=20^2 r+(20+30)^2 r+(20+30+40)^2 r = 11000\,r
전력손실이 가장 작은 곳은 C점이다.

답: C점


[해설]

등간격 배전선에서 전력손실을 최소화하는 지점을 찾는 문제는, 공급점을 기준으로 각 구간에 흐르는 전류(그 구간 바깥쪽 부하전류의 합)로 ∑I2r\sum I^2 r을 비교하는 원리다.

공급점이 한쪽 끝(A)에 가까울수록 먼 구간에도 큰 전류가 흘러 손실이 커지고, 부하 중심에 가까운 지점일수록 각 구간 전류가 분산돼 손실이 작아진다.

A·B·C·D를 각각 공급점으로 놓고 계산하면 C점에서 손실이 가장 작게 나오는데, 이는 C가 부하(전류)의 무게중심에 가장 가까운 지점이기 때문이다.

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
정격출력 500[kW] 디젤발전기가 있다. 발열량 10000[kcal/L]인 중유 250[L]로 1/2 부하 운전하면 몇 시간 운전할 수 있는지 구하시오. (단, 발전기 열효율 34.4[%].)
정답 및 해설
열효율 η=860 Wm H=860 P Tm H\eta=\dfrac{860\,W}{m\,H}=\dfrac{860\,P\,T}{m\,H} (W=PTW=PT[kWh], mm=연료량[L], HH=발열량[kcal/L]).
1/2 부하이므로 출력 P=500×12=250P=500\times\tfrac12=250 [kW]. 운전시간 TT로 정리하면
T=η m H860 P=0.344×250×10000860×250=4T=\dfrac{\eta\,m\,H}{860\,P}=\dfrac{0.344\times250\times10000}{860\times250}=4 [시간]

답: 4시간


[해설]

발전기 열효율은 투입한 연료의 발열량 중 실제 전기출력으로 나온 비율이므로, 효율식을 운전시간에 대해 풀면 답이 나온다.

η=860 WmH\eta=\dfrac{860\,W}{mH}에서 W는 [kWh] 단위 전력량(출력×시간)이며, 860은 1[kWh]를 열량[kcal]으로 바꾸는 환산상수다.

1/2 부하이므로 출력을 250[kW]로 낮춰 대입해야 하며, 이를 빠뜨리고 정격출력을 그대로 쓰면 운전시간이 절반으로 잘못 나오는 것이 흔한 오답이다.

문제 12
도면은 어느 154[kV] 수용가 수전설비 단선결선도의 일부이다. 표와 도면을 이용해 답하시오.
1차 정격전류[A]20040060080012001500
2차 정격전류[A]5
(1) 변압기 2차 부하 설비용량 51[MW], 수용률 70[%], 부하역률 90[%]일 때 변압기 용량은 몇 [MVA]인가?
(2) 변압기 1차측 DS의 정격전압은 몇 [kV]인가?
(3) CT₁의 비를 계산하고 표에서 선정하시오.
(4) GCB에 주로 쓰는 가스는?
(5) OCB 정격차단전류가 23[kA]일 때 차단용량은 몇 [MVA]인가? (정격전압 25.8[kV] 기준)
(6) 과전류계전기 정격부담이 9[VA]일 때 계전기 임피던스는 몇 [Ω]인가? (CT 2차 정격전류 5[A])
(7) CT₇ 1차 전류 600[A]일 때 CT₇ 2차에서 비율차동계전기 단자에 흐르는 전류는 몇 [A]인가? (CT가 Δ결선, 정격 1200/5)
문제 이미지
정답 및 해설
(1) =설비용량×수용률부등률×역률=51×0.71×0.9=39.67=\dfrac{\text{설비용량}\times\text{수용률}}{\text{부등률}\times\text{역률}}=\dfrac{51\times0.7}{1\times0.9}=39.67 [MVA]

(2) 154[kV] 계통 기기이므로 DS 정격전압 = 170 [kV] (계통 최고전압 기준).

(3) CT₁ 1차 전류 I1=P3 V=39.67×1033×154=148.72I_1=\dfrac{P}{\sqrt3\,V}=\dfrac{39.67\times10^{3}}{\sqrt3\times154}=148.72 [A]. 여유배수(1.25~1.5)를 곱하면 148.72×(1.25∼1.5)=185.9∼223.1148.72\times(1.25\sim1.5)=185.9\sim223.1 [A]. 표에서 만족하는 정격은 200[A]이므로 CT비 200/5 선정.

(4) SF6SF_6(육불화황) 가스.

(5) Ps=3 Vn Is=3×25.8×23=1027.8P_s=\sqrt3\,V_n\,I_s=\sqrt3\times25.8\times23=1027.8 [MVA]

(6) Z=[VA]I2=952=0.36Z=\dfrac{[VA]}{I^2}=\dfrac{9}{5^2}=0.36 [Ω]

(7) Δ결선이면 비율차동계전기 단자전류는 (CT 1차전류 × 역수비)에 3\sqrt3배.
Id=600×51200×3=4.33I_d=600\times\dfrac{5}{1200}\times\sqrt3=4.33 [A]


[해설]

변전설비 각 기기의 정격을 계산값에 여유를 준 뒤 표준규격에서 고르는 공통 원칙을 여러 기기에 반복 적용하는 문항이다.

변압기 용량은 수용률·부등률·역률로 합성최대전력을 구해 정하고, DS 정격전압은 실사용전압이 아니라 계통 최고전압(154→170[kV])으로, CT 1차전류는 부하전류에 여유율 1.25~1.5배를 곱한 범위 안에 드는 표준규격으로 선정한다.

차단용량은 Ps=3 VnIsP_s=\sqrt3\,V_n I_s로, 계전기 임피던스는 정격부담을 CT 2차 정격전류의 제곱으로 나눠 구하며, Δ결선 CT의 비율차동계전기 전류에는 권수비 외에 √3배가 추가로 붙는다는 점이 헷갈리기 쉽다.

문제 13
22.9[kV], 용량 1000[kVA] 폐쇄형 큐비클식 수변전설비가 설치된 변전실이 있다.
(1) 변전실의 유효높이[m]를 쓰시오.
(2) 계획 시 변전실 추정면적[m²]을 구하시오. (단, 추정계수 1.4.)
정답 및 해설
(1) 22.9[kV] 큐비클식 수변전설비 변전실 유효높이는 4.5[m] 이상으로 한다.

(2) 추정면적 A=k⋅W0.7A=k\cdot W^{0.7} (k=1.4k=1.4, W=1000W=1000[kVA]).
A=1.4×(변압기 용량[kVA])0.7=1.4×10000.7=176.25A=1.4\times(\text{변압기 용량}[\text{kVA}])^{0.7}=1.4\times1000^{0.7}=176.25 [m²]


[해설]

큐비클식 수변전설비의 변전실 규모는 안전한 조작·점검 공간을 확보하기 위해 경험식으로 정해져 있다.

22.9[kV]급 큐비클 설비의 변전실 유효높이는 통상 4.5[m] 이상을 확보해야 하며, 이는 기기 인출입과 상부 여유공간을 감안한 기준이다.

추정면적은 변압기 용량의 0.7제곱에 비례하는 경험식(A=k W0.7A=k\,W^{0.7})을 쓰는데, 용량이 커질수록 면적 증가율이 완만해진다는 점을 기억해두면 계산 실수를 줄일 수 있다.

문제 14
공칭전압 140[kV]인 송전선로의 선로정수가 A=0.9A=0.9, B=j380B=j380[Ω], C=j0.5×10−3C=j0.5\times10^{-3}[℧]일 때 답하시오.
(1) 무부하 시 송전단에 154[kV]를 인가했을 때 수전단전압을 구하시오.
(2) 이때의 송전단 전류를 구하시오.
정답 및 해설
4단자 정수 [EsIs]=[ABCD][ErIr]\begin{bmatrix}E_s\\I_s\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}A&B\\C&D\end{bmatrix}\begin{bmatrix}E_r\\I_r\end{bmatrix} 에서 무부하이므로 Ir=0I_r=0.

(1) Es=A ErE_s=A\,E_r 이므로 Er=EsA=1540.9=171.11E_r=\dfrac{E_s}{A}=\dfrac{154}{0.9}=171.11 [kV]

(2) ErE_r는 선간전압이므로 상전압 Er3\dfrac{E_r}{\sqrt{3}}을 대입한다.
Is=CEr3=0.5×10−3×171.11×1033=49.4I_s=C\dfrac{E_r}{\sqrt{3}}=0.5\times10^{-3}\times\dfrac{171.11\times10^{3}}{\sqrt{3}}=49.4 [A] (진상)


[해설]

4단자정수(ABCD 정수)는 송전단·수전단의 전압·전류 관계를 하나의 행렬로 표현하므로, 무부하(I_r=0) 조건을 대입하면 식이 크게 단순해진다.

무부하에서는 Es=AErE_s=A E_r만 남으므로 수전단전압은 송전단전압을 A로 나누면 되고, A가 1보다 작으면 무부하 시 수전단전압이 송전단보다 높아지는 페란티 현상이 나타난다.

송전단전류를 구할 때는 E_r이 선간전압이므로 상전압으로 바꾸기 위해 √3으로 나눈 뒤 C를 곱해야 하며, 이를 빠뜨리고 선간전압을 그대로 대입하는 것이 흔한 오답이다.