전기기사 실기 2021년 2회 기출유형문제 시험지 PDF 다운로드

절연내력 시험전압(KEC 132)은 사용전압·접지방식별 배수로 정한다.

① 7kV 이하·비접지 → 1.5배
$6900 \times 1.5 = 10{,}350$ [V]

② 7kV 초과 25kV 이하·중성점 다중접지 → 0.92배
$13800 \times 0.92 = 12{,}696$ [V]

③ 7kV 초과 25kV 이하·중성점 다중접지 → 0.92배
$24000 \times 0.92 = 22{,}080$ [V]

[암기] 25kV 이하 다중접지=0.92배, 7kV 이하 비접지·기타=1.5배(최저 500V).

KEC 143.3.1(주등전위본딩 도체) 규정값.

(1) 최소 단면적
① 구리도체: 6 mm²
② 알루미늄 도체: 16 mm²
③ 강철 도체: 50 mm²

(2) ④ 구리도체 25 mm²

[암기] 6 / 16 / 50, 상한 25.

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

(2) 용도: 정전이 허용되지 않는 중요 부하에 이중전원(주/예비)을 두고, 주전원 정전 시 예비전원(비상발전기)으로 자동 절체하여 무정전에 가깝게 급전하는 개폐기.

등급(LPL Ⅰ~Ⅳ)은 뇌격 보호 성능을 좌우하는 설계값(회전구체 반경·메시·보호각, 인하/환상도체 간격, 이격거리, 접지극 최소길이)에만 좌우된다. 반면 수뢰부 최소두께, 접속도체 최소치수, 재료·사용조건은 등급과 무관한 공통 요건이다.

(1) 관계 있는 데이터: ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ
(2) 관계 없는 데이터: ⓔ, ⓕ, ⓖ

타이머 T1·T2로 MC1→MC2→MC3 순차 기동하고, PBS2로 보조릴레이 X와 타이머 T3·T4가 동작해 MC3→MC2→MC1 역순으로 순차 정지하는 회로.

(1) 접점
· 기동: PBS1로 MC1·T1 여자, 자기유지 MC1-a 병렬, 정지신호 X-b 직렬.
· 순차기동: T1 한시 a접점(T1-Ta)으로 MC2·T2 여자, T2 한시 a접점(T2-Ta)으로 MC3 여자.
· 표시등: PL1=MC1-a에 MC2-b 직렬, PL2=MC2-a∧MC3-b, PL3=MC3-a.
· 정지: PBS2로 X·T3·T4 여자, X-b로 MC3 즉시 소호, T3 한시 b접점으로 MC2 소호, T4 한시 b접점으로 MC1 소호.
· 전체 Reset: 모든 코일회로에 PBS3-b 직렬.

(2) 타임차트
· PBS1 ON → MC1·PL1 ON
· t1 후 → MC2·PL2 ON, PL1 OFF
· t2 후 → MC3·PL3 ON, PL2 OFF
· PBS2 ON → MC3·PL3 OFF(X 동작)
· t3 후 → MC2·PL2 OFF
· t4 후 → MC1·PL1 OFF
(※ 접점 약호·타임차트는 도면 재작도 시 시퀀스 도면으로 표현)

(1) LA(피뢰기)
① 명칭: 피뢰기(避雷器, Lightning Arrester)
② 기능·역할: 뇌·개폐 이상전압(서지) 침입 시 즉시 방전해 기기 절연을 보호하고, 방전 후 속류를 신속히 차단하여 계통을 정상상태로 자동 복귀시킨다.
③ 요구 성능조건
㉠ 충격방전 개시전압이 낮을 것
㉡ 제한전압이 낮을 것
㉢ 속류 차단능력이 클 것
㉣ 방전내량(상용주파 방전개시전압)이 클 것
(그 외 반복동작 특성변화가 적을 것)

(2) 입력환산[kVA] = 설비용량 ÷ (효율 × 역률)
· 전등및전열 $= \dfrac{350}{1.0 \times 0.8} = 437.5$ [kVA]
· 일반동력 $= \dfrac{635}{0.85 \times 0.9} = 830.1$ [kVA]
· 유도전동기1(7.5×2=15) $= \dfrac{15}{0.85 \times 0.9} = 19.6$ [kVA]
· 유도전동기2(11) $= \dfrac{11}{0.85 \times 0.9} = 14.4$ [kVA]
· 유도전동기3(15) $= \dfrac{15}{0.85 \times 0.9} = 19.6$ [kVA]
· 비상조명(8) $= \dfrac{8}{1.0 \times 0.9} = 8.9$ [kVA]
· 비상동력 소계 $= 19.6 + 14.4 + 19.6 + 8.9 = 62.5$ [kVA]

(3) TR-2는 일반동력(ACB)·비상동력(ATS)을 함께 공급한다.
· 일반동력 수요 $= 830.1 \times 0.45 = 373.55$ [kVA]
· 비상동력 수요 $= 62.5 \times 1.0 = 62.5$ [kVA]
· 합성용량 $= \dfrac{373.55 + 62.5}{1.3} = 335.42$ [kVA]
· 여유 15% $= 335.42 \times 1.15 = 385.73$ [kVA]
· 표준규격에서 이상 → TR-2 = 400 [kVA]

(4) 단열식 $A = \dfrac{I\sqrt{t}}{K}$
· TR-2(400kVA) 2차(380V) 정격전류 $I_2 = \dfrac{400 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 380} = 607.74$ [A]
· 고장전류 $I = 20 \times 607.74 = 12{,}154.74$ [A]
· 접지선 단면적 $A = \dfrac{12{,}154.74 \times \sqrt{0.1}}{143} = 26.88$ [mm²]
· 표준굵기에서 이상 → 35 [mm²]

직렬승압기는 2차(직렬권선)를 선로에 직렬로 넣어 1차 전압에 2차 전압을 더한다.

(1) 승압비 $= 1 + \dfrac{e_2}{e_1} = 1 + \dfrac{210}{6600}$
$V_2 = V_1 \left(1 + \dfrac{e_2}{e_1}\right) = 6300 \times \left(1 + \dfrac{210}{6600}\right) = 6500.45$ [V] ≈ 6500.45 [V]

(2) 결선도: 6300V 3상(R·S·T) 선로 도중에 두 단상변압기의 직렬권선(2차 210V)을 직렬 삽입하고, 분로권선(1차 6600V)은 V결선으로 선간에 병렬 접속한다. 두 변압기로 3상 V결선 승압을 구성해 출력 약 6500V를 얻는다.

측정전력 $P_M = \dfrac{3600 \times n}{t \times k}$ [kW] (n=회전수, t=시간[s], k=계기정수[Rev/kWh])
$P_M = \dfrac{3600 \times 20}{40.3 \times 1000} = 1.7866$ [kW]

+2% 오차는 측정값이 참값보다 2% 큼을 뜻하므로(오차 $= \dfrac{M-T}{T}$) 참전력은
$P = \dfrac{P_M}{1+0.02} = \dfrac{1.7866}{1.02} = 1.7516$ [kW]
∴ 부하전력 ≈ 1.75 [kW]

전선 반지름 $r = \dfrac{1.6}{2} = 0.8$ [cm], 직경 $d = 1.6$ [cm], $D = 430$ [cm], 표면계수 $m_0 = 0.83$, 날씨계수 $m_1 = 1$, 상대공기밀도 $\delta = 1$.

(1) 임계전압(상전압, Peek식)
$E_0 = 24.3\, m_0\, m_1\, \delta\, d \log_{10}\dfrac{D}{r}$
$= 24.3 \times 0.83 \times 1 \times 1 \times 1.6 \times \log_{10}\dfrac{430}{0.8} = 88.11$ [kV] ≈ 88.11 [kV](상전압)

(2) 코로나 손실(Peek식, 1선당)
상전압 $E = \dfrac{154}{\sqrt{3}} = 88.91$ [kV]
$P = \dfrac{241}{\delta}(f+25)\sqrt{\dfrac{r}{D}}\,(E - E_0)^2 \times 10^{-5}$
$= 241 \times (60+25) \times \sqrt{\dfrac{0.8}{430}} \times (88.91 - 88.11)^2 \times 10^{-5} \approx 5.68 \times 10^{-3}$ [kW/km/선]
∴ P ≈ 0.0057 [kW/km/선](E가 E₀에 매우 근접해 손실이 작게 산출됨)

1선 총 정전용량 $C = 0.01 \times 50 = 0.5$ [μF]
각속도 $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 60$ [rad/s]
3상 충전용량 $Q_c = 3 \omega C E^2 = \omega C V^2$ (E=상전압, V=선간전압)
$Q_c = 2\pi \times 60 \times 0.5 \times 10^{-6} \times (22{,}900)^2 = 98{,}849$ [VA]
∴ 충전용량 ≈ 98.85 [kVA]

$\cos\theta = 0.8$, $\sin\theta = 0.6$. 송전단 $V_s = 3300$ [V], 수전단 $V_r = 3000$ [V], 전압강하 $e = V_s - V_r = 300$ [V].

3상 전압강하 근사식 $e = \sqrt{3}\, I (R\cos\theta + X\sin\theta)$에서
$I = \dfrac{e}{\sqrt{3}(R\cos\theta + X\sin\theta)} = \dfrac{300}{\sqrt{3}(2 \times 0.8 + 1.8 \times 0.6)} = 64.63$ [A]
부하전력 $P = \sqrt{3}\, V_r I \cos\theta = \sqrt{3} \times 3000 \times 64.63 \times 0.8 = 268{,}657$ [W]
∴ P ≈ 268.66 [kW]

기준용량 $P_n = 10$ [MVA] = 10000 [kVA]로 각 발전기 %리액턴스 환산($\%X' = \%X \times \dfrac{P_n}{P}$).
· G1: $15 \times \dfrac{10000}{5000} = 30\%$
· G2: $15 \times \dfrac{10000}{10000} = 15\%$
· G3: $15 \times \dfrac{10000}{10000} = 15\%$

병렬 합성 $\%X_g = \dfrac{1}{\frac{1}{30}+\frac{1}{15}+\frac{1}{15}} = 6\%$
100MVA 제한 시 B점 합성 %리액턴스 $\%X_t = \dfrac{P_n}{P_s}\times 100 = \dfrac{10}{100}\times 100 = 10\%$
한류리액터 $\%X_L = \%X_t - \%X_g = 10 - 6 = 4\%$
∴ 한류리액터 리액턴스 = 4 [%] (10MVA 기준)

(1) 양수동력 $P = \dfrac{9.8\, Q\, H\, K}{\eta}$ [kW] (Q=0.2 m³/s, H=15 m, K=1.1 여유, η=0.65)
$P = \dfrac{9.8 \times 0.2 \times 15 \times 1.1}{0.65} = 49.75$ [kW]
역률 0.85 적용 피상전력 $P_a = \dfrac{49.75}{0.85} = 58.53$ [kVA]
∴ 소요동력 ≈ 58.53 [kVA]

(2) V결선 3상 용량 $P_V = \sqrt{3}\, P_1$이므로
$P_1 = \dfrac{P_a}{\sqrt{3}} = \dfrac{58.53}{\sqrt{3}} = 33.79$ [kVA]
∴ 1대 용량 ≈ 33.79 [kVA](실무상 표준규격 이상 선정)

(1) 각 상 좌표(중심축 기준 수평거리, 높이) [mm]: A(6700, 16300), B(7300, 7700), C(8300, 0).
· $D_{AB} = \sqrt{(6700-7300)^2 + 8600^2} = 8620.9$ [mm]
· $D_{BC} = \sqrt{(7300-8300)^2 + 7700^2} = 7764.7$ [mm]
· $D_{CA} = \sqrt{(8300-6700)^2 + 16300^2} = 16378.3$ [mm]
등가선간거리 $D_e = \sqrt[3]{D_{AB}\,D_{BC}\,D_{CA}} = \sqrt[3]{8620.9 \times 7764.7 \times 16378.3} = 10311.3$ [mm] ≈ 10.31 [m]

(2) 정사각형 4도체는 6쌍(변 4개=500, 대각선 2개=$500\sqrt{2}$).
$D = \sqrt[6]{(500)^4 \times (500\sqrt{2})^2} = \sqrt[6]{2}\times 500 = 561.2$ [mm] ≈ 0.561 [m]

비정현파 전류의 실효값은 각 고조파 실효값(=진폭/√2) 제곱합의 제곱근이다.
$I = \sqrt{\left(\dfrac{10}{\sqrt{2}}\right)^2 + \left(\dfrac{4}{\sqrt{2}}\right)^2 + \left(\dfrac{3}{\sqrt{2}}\right)^2} = \sqrt{\dfrac{10^2 + 4^2 + 3^2}{2}} = \sqrt{\dfrac{125}{2}}$
$= 7.906$ [A]
∴ 실효값 ≈ 7.91 [A]

각 부하 피상전력[VA] 합을 분기회로 1회선 용량으로 나눈다.
· 형광등 $= \dfrac{60}{0.9} \times 50 = 3{,}333.3$ [VA]
· 백열등(역률 1) $= 100 \times 60 = 6{,}000$ [VA]
· 총 부하 $= 3{,}333.3 + 6{,}000 = 9{,}333.3$ [VA]
16A 분기회로 1회선 용량 $= 16 \times 220 = 3{,}520$ [VA]
회로수 $= \dfrac{9{,}333.3}{3{,}520} = 2.65$ → 절상
∴ 최소 3회로

내부저항 = 최대눈금 전압강하 ÷ 최대눈금 전류.
· $R_1 = \dfrac{75 \times 10^{-3}}{15} = 5$ [mΩ]
· $R_2 = \dfrac{50 \times 10^{-3}}{15} = 3.333$ [mΩ]

병렬이므로 전압이 같고 전류는 저항에 반비례(전류 분배), 합계 20A.
· $I_1 = 20 \times \dfrac{R_2}{R_1 + R_2} = 20 \times \dfrac{3.333}{5 + 3.333} = 8$ [A]
· $I_2 = 20 \times \dfrac{R_1}{R_1 + R_2} = 20 \times \dfrac{5}{8.333} = 12$ [A]
∴ A₁ = 8 [A], A₂ = 12 [A] (합 20A 검산 일치)