전기기사 실기 2020년 2회 기출유형문제

[해설]

전력퓨즈(PF)는 계통전압에서 한 단계 올린 퓨즈 정격전압과, 그 위의 상한인 최대 설계전압을 한 벌로 짝지어 정한다.

• 6.6[kV] 계통 — 정격 7.5[kV], 최대 설계 8.25[kV].
• 13.2[kV] 계통 — 정격 15[kV], 최대 설계 15.5[kV].
• 22(22.9)[kV] 계통 — 정격 23[kV], 최대 설계 25.8[kV].
• 66[kV] 계통 — 정격 69[kV], 최대 설계 72.5[kV].
• 154[kV] 계통 — 정격 161[kV], 최대 설계 169[kV].

외우는 요령: 한 행은 늘 계통전압 < 정격전압 < 최대 설계전압 순서이므로 세 값을 한 벌로 묶어 외운다.

[해설]

Y-Δ 기동은 Y결선으로 기동전류를 1/3로 줄여 기동한 뒤, 타이머로 Δ결선 운전으로 넘기는 감압기동법이다.

• 기동 — PBS(ON)을 누르면 MCM·MCS·T가 함께 여자되어 Y결선으로 기동한다.
• 자기유지 — MCM-a접점을 PBS(ON)과 병렬로 걸어 손을 떼도 기동이 유지된다.
• 절체 — 설정시간이 지나면 T의 한시 b접점이 MCS를 끊고, 한시 a접점이 MCD를 넣어 Δ결선으로 바꾼다.
• 인터록 — MCS 회로에 MCD-b를, MCD 회로에 MCS-b를 직렬로 넣어 두 접촉기가 동시에 들어가는 단락을 막는다.
• 타이머 소자 — MCD가 여자되면 MCD-b접점이 T 코일 회로를 끊는다.
• 정지·보호 — PBS(OFF)를 누르거나 과부하로 THR(열동계전기) 접점이 열리면 전 회로가 소자된다.

그림에서 MCS 접점은 X·Y·Z 단자를 한 점으로 묶어 Y결선의 중성점을 만든다. 그래서 MCS와 MCD가 동시에 들어가면 전원이 단락되고, 인터록이 반드시 필요하다.

[해설]

금속관 공사 부속품은 고정·접속·보호 중 어떤 역할을 하는지로 이름이 나뉜다.

• 로크너트 — 박스 안팎에서 관의 나사를 죄어 관을 박스에 고정하는 너트이며, 6각형과 기어형이 있다.
• 부싱 — 관 끝에 끼워 전선이 드나들 때 관 모서리에 피복이 긁히지 않게 막는다.
• 커플링 — 안쪽에 나사가 있어 관끼리 일직선으로 잇는 부품이며, 관을 돌릴 수 없는 곳에서는 유니온 커플링을 쓴다.
• 새들 — 노출배관을 벽이나 천장 같은 조영재에 붙잡아 두는 지지 금구다.
• 노멀밴드 — 배관을 직각으로 꺾을 때 쓰는 굽은 관이며, 양 끝 나사에 커플링을 끼워 관과 잇는다.
• 링리듀서 — 박스의 노크아웃(따서 여는 구멍)이 관보다 클 때 그 틈을 메워 주는 링이다.
• 스위치 박스 — 매입형 스위치·콘센트를 벽 속에 고정하는 함이며, 1·2·3개용이 있다.
• 아웃렛 박스 — 전등기구·점멸기·콘센트를 고정하고 전선을 접속하는 함이며, 4각과 8각이 있다.

혼동 주의: 부싱은 전선 피복을 보호하는 부품이고, 링리듀서는 구멍 크기 차이를 메우는 부품이다.

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침에 따라 감리원은 착공신고서에 붙은 서류로 공사 준비가 적정한지 검토한다.

• 공사 예정 공정표 — 공종별 일정과 작업 순서가 현실적인지 본다.
• 품질관리 계획서 — 자재·시공 품질을 어떻게 확보할지 정한 문서다.
• 안전관리 계획서 — 현장 재해 예방 대책을 담은 문서다.

이 밖에 공사 도급계약서 사본·산출내역서, 공사 시작 전 사진, 현장기술자 경력사항 확인서·자격증 사본도 함께 검토 대상이다.

[해설]

단상 유도전동기는 회전자계를 만드는 기동 방식이 형식마다 달라서 역회전 방법도 다르다.

• 분상 기동형 — 주권선과 기동권선의 전류 위상차로 돌기 때문에 기동권선 두 선의 접속을 바꾸면 위상차가 반대가 되어 역회전한다.
• 반발 기동형 — 정류자에 닿는 브러시의 위치가 토크 방향을 정하므로 브러시 위치를 옮기면 역회전한다.
• 쉐이딩 코일형 — 자극 일부에 감긴 단락 코일(쉐이딩 코일)이 자속을 한쪽 방향으로만 이동시키는 고정 구조라서 역회전이 불가능하다.

외우는 요령: 권선을 바꾸면 분상 기동형, 브러시를 옮기면 반발 기동형, 역회전 불가는 쉐이딩 코일형으로 짝지어 외운다.

[해설]

차단기는 쓰는 전압대와 아크를 끄는 소호 매체에 따라 이름이 붙는다. 특고압·고압용은 GCB·ABB·VCB, 저압용은 ACB·MCCB·ELB가 대표적이다.

• GCB(가스차단기) — 절연·소호 성능이 뛰어난 SF₆ 가스로 아크를 끈다.
• ABB(공기차단기) — 압축공기를 불어 아크를 끈다.
• VCB(진공차단기) — 진공 속에서 아크가 빠르게 확산·소멸한다.
• ACB(기중차단기) — 대기(공기) 중에서 아크를 끄는 저압 주차단기다.
• MCCB(배선용 차단기) — 몰드 케이스에 넣은 저압 과전류 차단기다.
• ELB(누전차단기) — 지락(누설)전류를 검출해 회로를 끊는다.

특고압·고압용은 이 밖에 OCB(유입차단기)·MBB(자기차단기)도 답이 된다.

[해설]

평균손실전력은 최대손실전력에 손실계수 H를 곱해 구한다. 손실계수는 부하율 F와 정수 α로 $H=\alpha F+(1-\alpha)F^2$ 관계를 쓴다.

손실계수
$H=0.2\times0.6+(1-0.2)\times0.6^2=0.408$
평균손실전력
$P=100\times0.408=40.8$ [kW]

혼동 주의: 손실은 전류의 제곱에 비례하므로 부하율 0.6을 그대로 곱한 60[kW]가 아니라 그보다 작은 40.8[kW]가 답이다.

[해설]

접지형 계기용 변압기(GPT)로 지락을 검출하는 원리는 이렇다. 1선이 완전지락되면 그 상의 대지전압은 0이 되고, 건전상의 대지전압은 √3배인 선간전압까지 오른다.

• B·C선 대지전압은 상전압 6,600/√3[V]의 √3배인 6,600[V]로 오른다.
• b·c 전구 전압은 PT 2차 상전압 110/√3[V]의 √3배인 110[V]로 오르고, a 전구는 0[V]가 되어 꺼진다.
• 전압계 V에는 개방델타 양단에 세 상전압의 벡터합인 영상전압, 곧 상전압의 3배인 190.53[V]가 걸린다.
• 경보벨은 전압계와 같은 개방델타 단자에 병렬로 연결돼 있으므로 똑같이 190.53[V]가 걸린다.

개방델타는 평상시 세 상전압이 서로 상쇄돼 거의 0[V]다. 그래서 여기에 전압이 나타나면 지락으로 판단하고 경보를 울린다.

[해설]

%임피던스법으로 단락전류에서 기준전류를 역산해 기준용량을 구하고, 차단용량은 단락전류로 구한다. 두 값 모두 표에서 한 단계 위 값을 고른다.

기준전류 $I_n=\dfrac{\%Z}{100}I_s=\dfrac{58.5}{100}\times7{,}000=4{,}095$ [A]
기준용량 $P_n=\sqrt{3}\times6{,}600\times4{,}095\times10^{-6}=46.81$ [MVA] → 50[MVA]

차단용량 $P_s=\sqrt{3}\times6{,}600\times7{,}000\times10^{-6}=80.02$ [MVA] → 100[MVA]

혼동 주의: 계산값이 표의 두 값 사이에 있으면 반올림하지 않고 반드시 큰 쪽을 고른다.

[해설]

3권선 변압기의 %X는 권선쌍 사이에서 서로 다른 용량 기준으로 측정된 값이다. 그래서 먼저 100[MVA] 기준으로 환산한 뒤 Y등가회로로 나눈다.

기준용량 환산(%X' = %X × 기준용량/측정기준용량):
$\%X_{12}=12\times\dfrac{100{,}000}{25{,}000}=48$ [%]
$\%X_{23}=15\times\dfrac{100{,}000}{25{,}000}=60$ [%]
$\%X_{31}=10.8\times\dfrac{100{,}000}{10{,}000}=108$ [%]

Y등가 분리(자기 권선이 들어간 두 쌍은 더하고, 자기 권선이 없는 쌍은 뺀 뒤 절반):
$\%X_1=\dfrac{1}{2}(48+108-60)=48$ [%]
$\%X_2=\dfrac{1}{2}(48+60-108)=0$ [%]
$\%X_3=\dfrac{1}{2}(60+108-48)=60$ [%]

혼동 주의: 환산할 때는 각 권선의 정격용량(30,000[kVA] 등)이 아니라 괄호 안의 측정 기준용량을 분모에 넣는다. 2차 값이 0[%]로 나오는 것은 계산상 정상이다.

[해설]

합성최대전력은 수용가별 최대전력의 합이 아니라 같은 시각 부하 합계가 가장 큰 값이다. 그림에서는 10~12시(A 8,000·B 3,000·C 1,000[kW])가 최대다.

$P_{max}=8{,}000+3{,}000+1{,}000=12{,}000$ [kW]
종합 부하율 $=\dfrac{4{,}500+2{,}400+900}{12{,}000}\times100=65$ [%]
부등률 $=\dfrac{8{,}000+4{,}000+2{,}000}{12{,}000}=1.17$

종합역률은 합성최대 시각의 무효전력을 Q = P·tanθ로 구해 더하며, 역률 100[%]인 A는 무효전력이 0이다.
$Q=8{,}000\times0+3{,}000\times\dfrac{0.6}{0.8}+1{,}000\times\dfrac{0.8}{0.6}=3{,}583.33$ [kVar]
$\cos\theta=\dfrac{12{,}000}{\sqrt{12{,}000^2+3{,}583.33^2}}\times100=95.82$ [%]

그림에서 A수용가는 10~12시에 첨두부하 8,000[kW]가 이어진다.

하루 공급 전력량은 평균전력에 24시간을 곱해 구한다.
$4{,}500\times24\times10^{-3}=108$ [MWh]

혼동 주의: 부등률은 개별 최대의 합을 합성최대로 나눈 값이라 1 이상이고, 부하율은 평균을 최대로 나눈 값이라 100[%] 이하다.

[해설]

도로 조명은 광속법 $F=\dfrac{EA}{UM}$으로 등 1개에 필요한 광속을 구한다. 양쪽 지그재그 배치에서는 등 1개가 맡는 면적이 도로폭×등 간격÷2이다.

담당면적
$A=\dfrac{30\times30}{2}=450$ [m²]
소요광속
$F=\dfrac{6\times450}{0.32\times0.8}=10{,}546.875$ [lm]

이 값이 표의 10,000~11,000[lm] 구간에 들어가므로 300[W] 수은등을 고른다.

[해설]

전동기 간선의 과전류차단기·개폐기는 전동기 kW 총계로 표의 행을 고르고, 기동기 사용 전동기 중 최대 kW로 열을 골라 읽는다.

총계는 표에 없는 값이므로 바로 위 37.5[kW] 이하 행을 쓰고, 기동기 사용 22[kW] 열에서 과전류차단기 150[A]·개폐기 200[A]를 읽는다.
$3.7+7.5+22=33.2$ [kW]

• 간선 — 같은 행의 공사방법 B1·XLPE 칸에서 50[mm²]이다.
• 7.5[kW] 분기회로 — 직입기동이므로 [표2]의 200[V] 3상 7.5[kW]·B1·XLPE 칸에서 10[mm²]이다.
• 22[kW] 분기회로 — 기동기를 쓰는 [표2]의 22[kW]·B1·XLPE 칸에서 25[mm²]이다.

혼동 주의: 총계가 표의 두 값 사이에 있으면 반드시 큰 쪽 행을 적용한다. 분기회로는 총계가 아니라 그 전동기 한 대의 kW로 찾는다.

충전기 2차 전류 $I = \dfrac{\text{축전지 정격용량[Ah]}}{\text{정격방전율[h]}} + \dfrac{\text{상시부하[VA]}}{\text{표준전압[V]}}$

(1) 연축전지 : $I = \dfrac{200}{10} + \dfrac{10\times 10^{3}}{100} = 20 + 100 = 120$ [A]
(2) 알칼리축전지 : $I = \dfrac{200}{5} + \dfrac{10\times 10^{3}}{100} = 40 + 100 = 140$ [A]

[해설]

부동충전방식의 충전기는 축전지를 보충하는 충전전류와 상시부하 전류를 함께 공급하므로 2차 전류는 두 전류의 합이다.

충전전류 = 정격용량[Ah] ÷ 정격방전율[h], 부하전류 = 상시부하[VA] ÷ 표준전압[V]
연축전지 $I=\dfrac{200}{10}+\dfrac{10\times10^{3}}{100}=20+100=120$ [A]
알칼리축전지 $I=\dfrac{200}{5}+\dfrac{10\times10^{3}}{100}=40+100=140$ [A]

혼동 주의: 정격방전율이 연축전지 10[h], 알칼리축전지 5[h]로 달라 충전전류만 바뀌고 부하전류 100[A]는 같다.

[해설]

중성선에 시설한 추가접지는 변압기 접지 R₂와 병렬로 들어가 지락전류가 돌아오는 길의 저항을 줄인다.

(나)점에서 지락이 나면 전류는 외함에서 기기접지 R₃와 대지를 거쳐 변압기 접지 R₂로 돌아온다.

추가접지가 없으면 R₂와 R₃가 직렬이다.
$I_g=\dfrac{100}{R_2+R_3}=\dfrac{100}{10+10}=5$ [A]

추가접지가 있으면 R₂와 3[Ω]을 병렬로 합친 저항에 R₃가 직렬로 붙는다.
$R=10+\dfrac{10\times3}{10+3}=12.307$ [Ω]
$I_g=\dfrac{100}{12.307}=8.13$ [A]

지락전류가 커지므로 그림의 퓨즈 같은 과전류차단기가 동작하기에 유리해진다.

참고로 '제2종 접지공사'는 2021년 KEC 시행으로 종별 접지가 폐지되기 전의 명칭이다.

[해설]

%임피던스법으로 전원·선로·변압기를 모두 기준용량 100[MVA]로 환산한다. 그다음 %R과 %X를 따로 더해 단락전류를 구한다.

전원측은 단락용량으로 %Z를 구하고, X/R=10으로 %R·%X를 나눈다.
$\%Z=\dfrac{100}{1{,}000}\times100=10$ [%]
$\%R=\dfrac{10}{\sqrt{1+10^2}}=0.995$ [%]
$\%X=10\times0.995=9.9504$ [%]

선로는 3[km]분 옴값을 22.9[kV] 기준 %값으로 바꾼다.
$R=0.234\times3=0.702,\;X=0.162\times3=0.486$ [Ω]
$\%R_2=\dfrac{100{,}000\times0.702}{10\times22.9^2}=13.3865$ [%]
$\%X_2=\dfrac{100{,}000\times0.486}{10\times22.9^2}=9.2676$ [%]
$\%Z_2=\sqrt{13.3865^2+9.2676^2}=16.2814$ [%]

변압기는 자기용량 기준 7[%]를 기준용량 비율만큼 키운 뒤, X/R=8로 나눈다.
$\%Z_T=7\times\dfrac{100{,}000}{2{,}500}=280$ [%]
$\%R_T=\dfrac{280}{\sqrt{1+8^2}}=34.7297$ [%]
$\%X_T=8\times34.7297=277.8378$ [%]

합성은 %R과 %X를 각각 더한 뒤 벡터합으로 구한다.
$\%R=0.995+13.3865+34.7297=49.1112$ [%]
$\%X=9.9504+9.2676+277.8378=297.0558$ [%]
$\%Z=\sqrt{49.1112^2+297.0558^2}=301.088$ [%]

단락점이 변압기 2차 쪽이므로 380[V] 기준 정격전류를 쓴다.
$I_n=\dfrac{100\times10^6}{\sqrt{3}\times380}=151{,}934.28$ [A]
$I_s=\dfrac{100}{301.088}\times151{,}934.28=50.4617$ [kA]

혼동 주의: 구간마다 %Z끼리 바로 더하면 안 되고, %R·%X를 각각 합산한 뒤 벡터합한다.