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전기기사 실기 2023년 1회 기출유형문제
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문제 1
전력용 콘덴서 개폐제어는 수동·자동으로 나뉜다. 자동조작방식의 제어요소 4가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 수전점 무효전력
② 수전점 전압
③ 수전점 역률
④ 부하전류

(이 외에 시각·시간 제어)
문제 2
가스절연 변전소(GIS)의 특징 5가지를 쓰시오. (단, 경제성·비용 답 제외)
정답 및 해설
① 옥외 철구형의 약 1/10~1/15로 소형화
② 충전부 완전 밀폐로 안전성 높음
③ 소음이 적고 주변과 조화
④ 대기 오염물 영향이 없어 신뢰도 높음
⑤ 절연물·접촉자가 SF₆ 가스 내에 있어 보수·점검 주기가 김

(이 외에 공장 조립으로 설치공사기간 단축)
문제 3
건축전기설비의 전력설비 간선 설계 시 고려사항 4가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 설계조건 — 배전방식, 수용률, 부하율, 건축조건, 계량구분, 동력부하 등
② 간선계통 — 전용간선 분리, 용도별 간선 구분, 법적 분리, 공급전압 결정
③ 간선경로 — 파이프 샤프트 위치·크기, 루트 길이 검토
④ 배선방식·간선 굵기 — 허용전류, 전압강하, 기계적 강도, 고조파, 장래 증설 고려
문제 4
지중전선로의 시설방식 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 직접매설식
② 관로식
③ 암거식
문제 5
빙설이 많은 지방에서 을종 풍압하중 적용 시 전선·가섭선에 부착되는 빙설의 두께와 비중을 쓰시오.
(1) 두께 :
(2) 비중 :
정답 및 해설
을종 풍압하중은 가섭선에 두께 6 [mm], 비중 0.9의 빙설이 부착된 상태로, 갑종의 0.5배로 계산한다.

(1) 두께 : 6 [mm]
(2) 비중 : 0.9
문제 6
다음 논리식에 답하시오. (A, B, C는 입력, X는 출력)

【보기】 X=A+BC‾X = A + B\overline{C}

(1) 유접점 시퀀스로 나타내시오.
(2) 2입력 NAND GATE를 최소로 써서 같은 출력 회로로 변환하시오.
(3) 2입력 NOR GATE를 최소로 써서 같은 출력 회로로 변환하시오.
정답 및 해설
출력식 X=A+BC‾X = A + B\overline{C}

(1) 유접점 — B의 a접점과 C의 b접점을 직렬로 묶은 가지와 A의 a접점 가지를 병렬 연결하면 A+BC‾A + B\overline{C} 가 된다.

(2) NAND 변환 — 드모르간으로 X=A+BC‾=A‾⋅BC‾‾‾X = A + B\overline{C} = \overline{\overline{A} \cdot \overline{B\overline{C}}}. BC‾B\overline{C} 는 2입력 NAND 2개로 만들고, 최종 OR는 두 입력을 NAND로 반전 후 NAND 하면 OR가 되어 2입력 NAND만으로 구현된다.

(3) NOR 변환 — X=A+BC‾=A+BC‾‾‾=A‾⋅BC‾‾‾X = A + B\overline{C} = \overline{\overline{A + B\overline{C}}} = \overline{\overline{A} \cdot \overline{B\overline{C}}} 에서 AND·NOT을 NOR로 치환한다. C‾\overline{C} 는 C를 NOR로 반전, BC‾B\overline{C} 는 \overline{B}와 C를 NOR로 만들고, 최종합은 두 항을 NOR 후 다시 NOR로 반전하면 OR가 되어 2입력 NOR만으로 구현된다.
정답 이미지
문제 7
다음 조건대로 동작하도록 제어회로와 감시반 회로의 단자(a, b, c, d, e ↔ 1, 2, 3, 4, 5)를 연결하시오.

【조건】
· MCCB를 ON 하면 GL₁·GL₂ 점등.
· SS를 "L"에 놓고 PB₁을 눌렀다 놓으면 MC 동작·전동기 운전, RL₁·RL₂ 점등, GL₁·GL₂ 소등.
· 운전 중 PB₂를 누르면 정지, RL₁·RL₂ 소등, GL₁·GL₂ 점등.
· SS를 "R"에 놓고 PB₃을 눌렀다 놓으면 MC 동작·전동기 운전, RL₁·RL₂ 점등, GL₁·GL₂ 소등.
· 운전 중 PB₄를 누르면 정지, RL₁·RL₂ 소등, GL₁·GL₂ 점등.
· 운전 중 과부하로 EOCR 작동 시 정지·모든 램프 소등, RESET 하면 초기 상태 복귀.
문제 이미지
정답 및 해설
감시반 단자 a, b, c, d, e 를 각각 제어반 단자 5, 4, 2, 3, 1 에 연결한다.

a → 5
b → 4
c → 2
d → 3
e → 1

이렇게 결선하면 감시반 표시등·푸시버튼이 제어반의 해당 접점(GL·RL 표시회로, PB₁~PB₄, EOCR-RESET)과 위 대응으로 이어져 조건의 기동·정지·과부하 동작에 맞게 표시된다.
정답 이미지
문제 8
어느 변전소에 그림과 같은 일부하곡선을 갖는 3개 부하 A, B, C가 있다. (단, A, B, C 역률은 각각 100[%], 80[%], 60[%])
(부하곡선 종축 ×10³ [kW], 횡축 시간 [h] 0~24. A곡선: 0~3시 4, 3~8시 6, 8~10시 4, 10~12시 9, 12~22시 5, 22~24시 4. 각 부하 평균전력 구간은 해설 참조.)

(1) 합성 최대전력 [kW]
(2) 부등률
(3) 종합부하율 [%]
(4) 최대 부하시의 종합역률 [%]
문제 이미지
정답 및 해설
각 부하 최대전력은 A = 9×10³, B = 7×10³, C = 5×10³ [kW]이고, 합성 최대 구간(10~12시)에 A = 9, B = 7, C = 4 [×10³ kW]가 겹친다.

(1) 합성 최대전력
(9+7+4)×103=20×103(9+7+4) \times 10^{3} = 20 \times 10^{3} [kW]

(2) 부등률
각 최대전력의 합합성 최대전력=(9+7+5)×10320×103=1.05\dfrac{\text{각 최대전력의 합}}{\text{합성 최대전력}} = \dfrac{(9+7+5)\times 10^{3}}{20\times 10^{3}} = 1.05

(3) 각 부하 평균전력
A={(4×3)+(6×5)+(9×4)+(5×1)+(6×7)+(5×2)+(4×2)}×10324=5.96×103A = \dfrac{\{(4\times 3)+(6\times 5)+(9\times 4)+(5\times 1)+(6\times 7)+(5\times 2)+(4\times 2)\}\times 10^{3}}{24} = 5.96\times 10^{3} [kW]
B={(5×10)+(7×12)+(6×2)}×10324=6.08×103B = \dfrac{\{(5\times 10)+(7\times 12)+(6\times 2)\}\times 10^{3}}{24} = 6.08\times 10^{3} [kW]
C={(2×6)+(4×7)+(5×7)+(1×4)}×10324=3.29×103C = \dfrac{\{(2\times 6)+(4\times 7)+(5\times 7)+(1\times 4)\}\times 10^{3}}{24} = 3.29\times 10^{3} [kW]
종합부하율 =(5.96+6.08+3.29)×10320×103×100=76.67= \dfrac{(5.96+6.08+3.29)\times 10^{3}}{20\times 10^{3}} \times 100 = 76.67 [%]

(4) 최대 부하시(10~12시) 무효전력
Q=9×1031×0+7×1030.8×0.6+4×1030.6×0.8=10,583.33Q = \dfrac{9\times 10^{3}}{1}\times 0 + \dfrac{7\times 10^{3}}{0.8}\times 0.6 + \dfrac{4\times 10^{3}}{0.6}\times 0.8 = 10{,}583.33 [kVar]
cos⁡θ=PP2+Q2=20,00020,0002+10,583.332×100=88.39\cos\theta = \dfrac{P}{\sqrt{P^{2}+Q^{2}}} = \dfrac{20{,}000}{\sqrt{20{,}000^{2}+10{,}583.33^{2}}}\times 100 = 88.39 [%]
문제 9
전압 33,000 [V], 주파수 60 [c/s], 선로길이 7 [km]인 1회선 3상 지중송전선로의 3상 무부하 충전전류와 충전용량을 구하시오. (단, 케이블 1선당 작용정전용량 0.4 [μF/km])

(1) 충전전류
(2) 충전용량
정답 및 해설
정전용량 C=0.4×7=2.8C = 0.4 \times 7 = 2.8 [μF], ω=2πf=2π×60\omega = 2\pi f = 2\pi \times 60 [rad/s].

(1) 충전전류 (대지전압 = 선간/√3)
Ic=ωClV3=2π×60×0.4×10−6×7×33,0003=20.11I_{c} = \omega C l \dfrac{V}{\sqrt{3}} = 2\pi \times 60 \times 0.4 \times 10^{-6} \times 7 \times \dfrac{33{,}000}{\sqrt{3}} = 20.11 [A]

(2) 충전용량 (3상)
Qc=3 ωCl(V3)2=3 VIc=3×33,000×20.11×10−3=1,149.52Q_{c} = 3\,\omega C l \left(\dfrac{V}{\sqrt{3}}\right)^{2} = \sqrt{3}\,V I_{c} = \sqrt{3}\times 33{,}000 \times 20.11 \times 10^{-3} = 1{,}149.52 [kVA]
문제 10
그림과 같은 3상 4선식 배전선로에서 역률 100[%] 부하 a, b, c상이 각 상과 중성선 사이에 연결되어 있다. a, b, c상 전류가 각각 220 [A], 172 [A], 190 [A]일 때 중성선 전류를 구하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
역률 100[%]이고 3상이 120° 간격 평형 위상이라 가정하면, 중성선 전류는 세 상전류의 벡터합이다.

In=Ia+Ib∠−120∘+Ic∠+120∘I_{n} = I_{a} + I_{b}\angle{-}120^{\circ} + I_{c}\angle{+}120^{\circ}
=220+172(−12−j32)+190(−12+j32)= 220 + 172\left(-\dfrac{1}{2}-j\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right) + 190\left(-\dfrac{1}{2}+j\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)
실수부 =220−86−95=39= 220 - 86 - 95 = 39
허수부 =(190−172)32=93=15.59= (190-172)\dfrac{\sqrt{3}}{2} = 9\sqrt{3} = 15.59
In=392+15.592=42I_{n} = \sqrt{39^{2}+15.59^{2}} = 42 [A]
정답 이미지
문제 11
수전전압 22.9 [kV], 계약전력 300[kW], 3상 단락전류 7,000 [A]인 수용가가 있다. 수전용 차단기의 정격차단용량은 몇 [MVA]인가? (단, 여유율 무시)
정답 및 해설
정격전압은 공칭전압 22.9 [kV]에 대해 22.9×1.21.1=25.822.9 \times \dfrac{1.2}{1.1} = 25.8 [kV]로 잡는다. 단락전류 7,000 [A] 이상 차단해야 하므로 정격차단전류는 표준값 8 [kA]를 선정한다.

정격차단용량 =3×정격전압×정격차단전류=3×25.8×8=357.5= \sqrt{3}\times \text{정격전압} \times \text{정격차단전류} = \sqrt{3}\times 25.8 \times 8 = 357.5 [MVA]
문제 12
평형 3상 회로에 변류비 100/5인 변류기 2개를 그림과 같이 접속했더니 전류계 ⒜에 3 [A]가 흘렀다. 1차 전류의 크기는 몇 [A]인가?
문제 이미지
정답 및 해설
그림은 a상·c상 변류기 2개의 2차를 잔류접속하고, b상에는 CT 없이 전류계 ⒜를 a·c CT 2차 합류점에 둔 결선이다. 평형 3상에서 이 전류계가 읽는 값은 각 CT 2차전류와 같다.

2차 전류 Ia′=Ic′=I=3I_{a}' = I_{c}' = I = 3 [A]
1차 전류 I1=a Ia′=1005×3=60I_{1} = a\,I_{a}' = \dfrac{100}{5}\times 3 = 60 [A]
정답 이미지
문제 13
회전날개 지름 31 [m]인 프로펠러형 풍차가 풍속 16.5 [m/s]로 돌 때 풍력에너지 [kW]를 구하시오. (단, 공기 밀도 1.225 [kg/m³])
정답 및 해설
풍력에너지(이론출력) P=12ρAv3P = \dfrac{1}{2}\rho A v^{3}, 수풍면적 A=π4D2A = \dfrac{\pi}{4}D^{2}.

P=12ρ(π4D2)v3=12×1.225×π4×312×16.53×10−3=2,076.69P = \dfrac{1}{2}\rho \left(\dfrac{\pi}{4}D^{2}\right) v^{3} = \dfrac{1}{2}\times 1.225 \times \dfrac{\pi}{4}\times 31^{2}\times 16.5^{3}\times 10^{-3} = 2{,}076.69 [kW]
문제 14
전력용 콘덴서에 직렬 리액터를 달아 제3고조파를 제거하려 한다. 직렬 리액터 용량은 콘덴서 용량의 몇 [%]인가? (단, 주파수 변동 등을 고려해 2% 여유)
정답 및 해설
제n고조파 공진 제거 조건은 nωL=1nωCn\omega L = \dfrac{1}{n\omega C} 이므로 ωL=1n2ωC\omega L = \dfrac{1}{n^{2}\omega C}, 리액터 용량비는 ωL1ωC=1n2\dfrac{\omega L}{\frac{1}{\omega C}} = \dfrac{1}{n^{2}}.

제3고조파(n=3)이므로 이론값 132=0.1111=11.11\dfrac{1}{3^{2}} = 0.1111 = 11.11 [%].
주파수 변동을 고려해 2% 여유를 두면 실용값 1313 [%]를 쓴다.
문제 15
1차 정격전압 6,600[V], 권수비 30인 3상 변압기가 있다.

(1) 2차 정격전압 [V]
(2) 용량 50 [kW], 역률 0.8 부하를 2차에 접속할 때 ① 1차 전류 ② 2차 전류
(3) 1차 입력 [kVA]
정답 및 해설
(1) 2차 정격전압
V2=V1a=6,60030=220V_{2} = \dfrac{V_{1}}{a} = \dfrac{6{,}600}{30} = 220 [V]

(2) P=50P = 50 [kW], 역률 0.8
① 1차 전류 I1=P3 V1cos⁡θ=50×1033×6,600×0.8=5.47I_{1} = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V_{1}\cos\theta} = \dfrac{50\times 10^{3}}{\sqrt{3}\times 6{,}600 \times 0.8} = 5.47 [A]
② 2차 전류 I2=P3 V2cos⁡θ=50×1033×220×0.8=164.02I_{2} = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V_{2}\cos\theta} = \dfrac{50\times 10^{3}}{\sqrt{3}\times 220 \times 0.8} = 164.02 [A]

(3) 1차 입력
P1=3 V1I1=Pcos⁡θ=500.8=62.5P_{1} = \sqrt{3}\,V_{1}I_{1} = \dfrac{P}{\cos\theta} = \dfrac{50}{0.8} = 62.5 [kVA]
문제 16
다음 단상 3선식 회로에서 각 선에 흐르는 전류를 구하시오. (단, 부하 역률 100[%])
(전압: a-중성 100[V], 중성-c 100[V], a-c 200[V]. 부하: a-중성 600W, 중성-c 400W, a-c(200V) 1000W.)

(1) Iₐ
(2) I_b(중성선)
(3) I_c
문제 이미지
정답 및 해설
단상 3선식에서 100V 부하는 해당 상-중성 100V에, 200V 부하는 a·c 두 외선에 공통으로 걸린다.

(1) Ia=600100+1000200=6+5=11I_{a} = \dfrac{600}{100} + \dfrac{1000}{200} = 6 + 5 = 11 [A]

(2) Ib=400100−600100=4−6=−2I_{b} = \dfrac{400}{100} - \dfrac{600}{100} = 4 - 6 = -2 [A]

(3) Ic=−400100−1000200=−4−5=−9I_{c} = -\dfrac{400}{100} - \dfrac{1000}{200} = -4 - 5 = -9 [A]

(부호는 가정한 기준방향에 대한 전류 방향이다.)
정답 이미지
문제 17
단자 a-b 사이에 저항을 넣어 최대전력을 전달하려 한다. (단, 효율 90[%])
(브리지 회로: 전원 220[V]. 상부: 좌측노드—60[Ω]—a—20[Ω]—우측노드. 하부: 좌측노드—10[Ω]—b—40[Ω]—우측노드. a-b가 대각선 단자.)

(1) 최대전력 전달을 위해 a-b에 넣을 저항값
(2) 10분간 전원 인가 시 삽입 저항이 한 일 [kJ]
문제 이미지
정답 및 해설
a-b에서 본 데브난 등가회로를 구한다(전원 220[V]).

등가전압
Vth=4010+40×220−2060+20×220=176−55=121V_{th} = \dfrac{40}{10+40}\times 220 - \dfrac{20}{60+20}\times 220 = 176 - 55 = 121 [V]
등가저항(전원 단락)
Rth=10×4010+40+60×2060+20=8+15=23R_{th} = \dfrac{10\times 40}{10+40} + \dfrac{60\times 20}{60+20} = 8 + 15 = 23 [Ω]

(1) 최대전력 전송조건에 따라 R=Rth=23R = R_{th} = 23 [Ω]을 넣는다.

(2) 외부저항이 받는 최대전력
Pm=(VthRth+R)2R=Vth24Rth=12124×23=159.14P_{m} = \left(\dfrac{V_{th}}{R_{th}+R}\right)^{2}R = \dfrac{V_{th}^{2}}{4R_{th}} = \dfrac{121^{2}}{4\times 23} = 159.14 [W]
효율 90[%]로 10분(600초) 동안 한 일
W=Pm×0.9×t=159.14×0.9×600×10−3=85.93W = P_{m}\times 0.9 \times t = 159.14 \times 0.9 \times 600 \times 10^{-3} = 85.93 [kJ]
정답 이미지
문제 18
다음 그림과 같은 계통에서 모선 ③의 F점에 3상 단락이 발생했을 때, 모선 ③-① 간, 모선 ②-③ 간, 모선 ①-② 간의 고장전력 [MVA]과 고장전류 [A]를 구하시오. (단, 그림의 수치는 모두 154[kV], 100[MVA] 기준 %임피던스이며, ①번 모선 좌측은 전원측으로 %Z 40[%], ②번 모선 우측은 전원측으로 %Z 4[%]이다. 선로 %Z는 ①-② 11[%], ①-③ 3.2[%], ②-③ 7.8[%].)

(1) 모선 ③-① 간 고장전력 Ps13
(2) 모선 ②-③ 간 고장전력 Ps23
(3) 모선 ①-② 간 고장전력 Ps12
(4) 모선 ③-① 간 고장전류 Is13
(5) 모선 ②-③ 간 고장전류 Is23
(6) 모선 ①-② 간 고장전류 Is12
문제 이미지
정답 및 해설
154[kV], 100[MVA] 기준. 각 구간 임피던스(실값)는 Z=%Z100⋅V2PbaseZ = \dfrac{\%Z}{100}\cdot\dfrac{V^{2}}{P_{base}} 로 구한다. F점(모선③) 3상 단락에 대해 전원측 ①(40%)·②(4%)에서 망을 환원해 각 구간 고장전류를 구한 뒤, 고장전력은 Ps=3I2ZP_{s} = 3 I^{2} Z 로 산정한다.

구간 임피던스: Z13=3.2100⋅154,0002100×106=7.59Z_{13} = \dfrac{3.2}{100}\cdot\dfrac{154{,}000^{2}}{100\times 10^{6}} = 7.59 [Ω], Z23=18.50Z_{23} = 18.50 [Ω], Z12=26.09Z_{12} = 26.09 [Ω].

(1) 고장전류 I31=2,094.70I_{31} = 2{,}094.70 [A] → Ps13=3I312Z13=99.90P_{s13} = 3 I_{31}^{2} Z_{13} = 99.90 [MVA]
(2) 고장전류 I23=2,728.0I_{23} = 2{,}728.0 [A] → Ps23=3I232Z23=413.0P_{s23} = 3 I_{23}^{2} Z_{23} = 413.0 [MVA]
(3) 고장전류 I12=1,325.0I_{12} = 1{,}325.0 [A] → Ps12=3I122Z12=137.4P_{s12} = 3 I_{12}^{2} Z_{12} = 137.4 [MVA]
(4) 모선 ③-① 간 고장전류 Is13=2,094.70I_{s13} = 2{,}094.70 [A]
(5) 모선 ②-③ 간 고장전류 Is23=2,728.0I_{s23} = 2{,}728.0 [A]
(6) 모선 ①-② 간 고장전류 Is12=−1,325.0I_{s12} = -1{,}325.0 [A] (기준방향에 대한 역류)
문제 1
전력용 콘덴서 개폐제어는 수동·자동으로 나뉜다. 자동조작방식의 제어요소 4가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 수전점 무효전력
② 수전점 전압
③ 수전점 역률
④ 부하전류

(이 외에 시각·시간 제어)
문제 2
가스절연 변전소(GIS)의 특징 5가지를 쓰시오. (단, 경제성·비용 답 제외)
정답 및 해설
① 옥외 철구형의 약 1/10~1/15로 소형화
② 충전부 완전 밀폐로 안전성 높음
③ 소음이 적고 주변과 조화
④ 대기 오염물 영향이 없어 신뢰도 높음
⑤ 절연물·접촉자가 SF₆ 가스 내에 있어 보수·점검 주기가 김

(이 외에 공장 조립으로 설치공사기간 단축)
문제 3
건축전기설비의 전력설비 간선 설계 시 고려사항 4가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 설계조건 — 배전방식, 수용률, 부하율, 건축조건, 계량구분, 동력부하 등
② 간선계통 — 전용간선 분리, 용도별 간선 구분, 법적 분리, 공급전압 결정
③ 간선경로 — 파이프 샤프트 위치·크기, 루트 길이 검토
④ 배선방식·간선 굵기 — 허용전류, 전압강하, 기계적 강도, 고조파, 장래 증설 고려
문제 4
지중전선로의 시설방식 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 직접매설식
② 관로식
③ 암거식
문제 5
빙설이 많은 지방에서 을종 풍압하중 적용 시 전선·가섭선에 부착되는 빙설의 두께와 비중을 쓰시오.
(1) 두께 :
(2) 비중 :
정답 및 해설
을종 풍압하중은 가섭선에 두께 6 [mm], 비중 0.9의 빙설이 부착된 상태로, 갑종의 0.5배로 계산한다.

(1) 두께 : 6 [mm]
(2) 비중 : 0.9
문제 6
다음 논리식에 답하시오. (A, B, C는 입력, X는 출력)

【보기】 X=A+BC‾X = A + B\overline{C}

(1) 유접점 시퀀스로 나타내시오.
(2) 2입력 NAND GATE를 최소로 써서 같은 출력 회로로 변환하시오.
(3) 2입력 NOR GATE를 최소로 써서 같은 출력 회로로 변환하시오.
정답 및 해설
출력식 X=A+BC‾X = A + B\overline{C}

(1) 유접점 — B의 a접점과 C의 b접점을 직렬로 묶은 가지와 A의 a접점 가지를 병렬 연결하면 A+BC‾A + B\overline{C} 가 된다.

(2) NAND 변환 — 드모르간으로 X=A+BC‾=A‾⋅BC‾‾‾X = A + B\overline{C} = \overline{\overline{A} \cdot \overline{B\overline{C}}}. BC‾B\overline{C} 는 2입력 NAND 2개로 만들고, 최종 OR는 두 입력을 NAND로 반전 후 NAND 하면 OR가 되어 2입력 NAND만으로 구현된다.

(3) NOR 변환 — X=A+BC‾=A+BC‾‾‾=A‾⋅BC‾‾‾X = A + B\overline{C} = \overline{\overline{A + B\overline{C}}} = \overline{\overline{A} \cdot \overline{B\overline{C}}} 에서 AND·NOT을 NOR로 치환한다. C‾\overline{C} 는 C를 NOR로 반전, BC‾B\overline{C} 는 \overline{B}와 C를 NOR로 만들고, 최종합은 두 항을 NOR 후 다시 NOR로 반전하면 OR가 되어 2입력 NOR만으로 구현된다.
정답 이미지
문제 7
다음 조건대로 동작하도록 제어회로와 감시반 회로의 단자(a, b, c, d, e ↔ 1, 2, 3, 4, 5)를 연결하시오.

【조건】
· MCCB를 ON 하면 GL₁·GL₂ 점등.
· SS를 "L"에 놓고 PB₁을 눌렀다 놓으면 MC 동작·전동기 운전, RL₁·RL₂ 점등, GL₁·GL₂ 소등.
· 운전 중 PB₂를 누르면 정지, RL₁·RL₂ 소등, GL₁·GL₂ 점등.
· SS를 "R"에 놓고 PB₃을 눌렀다 놓으면 MC 동작·전동기 운전, RL₁·RL₂ 점등, GL₁·GL₂ 소등.
· 운전 중 PB₄를 누르면 정지, RL₁·RL₂ 소등, GL₁·GL₂ 점등.
· 운전 중 과부하로 EOCR 작동 시 정지·모든 램프 소등, RESET 하면 초기 상태 복귀.
문제 이미지
정답 및 해설
감시반 단자 a, b, c, d, e 를 각각 제어반 단자 5, 4, 2, 3, 1 에 연결한다.

a → 5
b → 4
c → 2
d → 3
e → 1

이렇게 결선하면 감시반 표시등·푸시버튼이 제어반의 해당 접점(GL·RL 표시회로, PB₁~PB₄, EOCR-RESET)과 위 대응으로 이어져 조건의 기동·정지·과부하 동작에 맞게 표시된다.
정답 이미지
문제 8
어느 변전소에 그림과 같은 일부하곡선을 갖는 3개 부하 A, B, C가 있다. (단, A, B, C 역률은 각각 100[%], 80[%], 60[%])
(부하곡선 종축 ×10³ [kW], 횡축 시간 [h] 0~24. A곡선: 0~3시 4, 3~8시 6, 8~10시 4, 10~12시 9, 12~22시 5, 22~24시 4. 각 부하 평균전력 구간은 해설 참조.)

(1) 합성 최대전력 [kW]
(2) 부등률
(3) 종합부하율 [%]
(4) 최대 부하시의 종합역률 [%]
문제 이미지
정답 및 해설
각 부하 최대전력은 A = 9×10³, B = 7×10³, C = 5×10³ [kW]이고, 합성 최대 구간(10~12시)에 A = 9, B = 7, C = 4 [×10³ kW]가 겹친다.

(1) 합성 최대전력
(9+7+4)×103=20×103(9+7+4) \times 10^{3} = 20 \times 10^{3} [kW]

(2) 부등률
각 최대전력의 합합성 최대전력=(9+7+5)×10320×103=1.05\dfrac{\text{각 최대전력의 합}}{\text{합성 최대전력}} = \dfrac{(9+7+5)\times 10^{3}}{20\times 10^{3}} = 1.05

(3) 각 부하 평균전력
A={(4×3)+(6×5)+(9×4)+(5×1)+(6×7)+(5×2)+(4×2)}×10324=5.96×103A = \dfrac{\{(4\times 3)+(6\times 5)+(9\times 4)+(5\times 1)+(6\times 7)+(5\times 2)+(4\times 2)\}\times 10^{3}}{24} = 5.96\times 10^{3} [kW]
B={(5×10)+(7×12)+(6×2)}×10324=6.08×103B = \dfrac{\{(5\times 10)+(7\times 12)+(6\times 2)\}\times 10^{3}}{24} = 6.08\times 10^{3} [kW]
C={(2×6)+(4×7)+(5×7)+(1×4)}×10324=3.29×103C = \dfrac{\{(2\times 6)+(4\times 7)+(5\times 7)+(1\times 4)\}\times 10^{3}}{24} = 3.29\times 10^{3} [kW]
종합부하율 =(5.96+6.08+3.29)×10320×103×100=76.67= \dfrac{(5.96+6.08+3.29)\times 10^{3}}{20\times 10^{3}} \times 100 = 76.67 [%]

(4) 최대 부하시(10~12시) 무효전력
Q=9×1031×0+7×1030.8×0.6+4×1030.6×0.8=10,583.33Q = \dfrac{9\times 10^{3}}{1}\times 0 + \dfrac{7\times 10^{3}}{0.8}\times 0.6 + \dfrac{4\times 10^{3}}{0.6}\times 0.8 = 10{,}583.33 [kVar]
cos⁡θ=PP2+Q2=20,00020,0002+10,583.332×100=88.39\cos\theta = \dfrac{P}{\sqrt{P^{2}+Q^{2}}} = \dfrac{20{,}000}{\sqrt{20{,}000^{2}+10{,}583.33^{2}}}\times 100 = 88.39 [%]
문제 9
전압 33,000 [V], 주파수 60 [c/s], 선로길이 7 [km]인 1회선 3상 지중송전선로의 3상 무부하 충전전류와 충전용량을 구하시오. (단, 케이블 1선당 작용정전용량 0.4 [μF/km])

(1) 충전전류
(2) 충전용량
정답 및 해설
정전용량 C=0.4×7=2.8C = 0.4 \times 7 = 2.8 [μF], ω=2πf=2π×60\omega = 2\pi f = 2\pi \times 60 [rad/s].

(1) 충전전류 (대지전압 = 선간/√3)
Ic=ωClV3=2π×60×0.4×10−6×7×33,0003=20.11I_{c} = \omega C l \dfrac{V}{\sqrt{3}} = 2\pi \times 60 \times 0.4 \times 10^{-6} \times 7 \times \dfrac{33{,}000}{\sqrt{3}} = 20.11 [A]

(2) 충전용량 (3상)
Qc=3 ωCl(V3)2=3 VIc=3×33,000×20.11×10−3=1,149.52Q_{c} = 3\,\omega C l \left(\dfrac{V}{\sqrt{3}}\right)^{2} = \sqrt{3}\,V I_{c} = \sqrt{3}\times 33{,}000 \times 20.11 \times 10^{-3} = 1{,}149.52 [kVA]
문제 10
그림과 같은 3상 4선식 배전선로에서 역률 100[%] 부하 a, b, c상이 각 상과 중성선 사이에 연결되어 있다. a, b, c상 전류가 각각 220 [A], 172 [A], 190 [A]일 때 중성선 전류를 구하시오.
문제 이미지
정답 및 해설
역률 100[%]이고 3상이 120° 간격 평형 위상이라 가정하면, 중성선 전류는 세 상전류의 벡터합이다.

In=Ia+Ib∠−120∘+Ic∠+120∘I_{n} = I_{a} + I_{b}\angle{-}120^{\circ} + I_{c}\angle{+}120^{\circ}
=220+172(−12−j32)+190(−12+j32)= 220 + 172\left(-\dfrac{1}{2}-j\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right) + 190\left(-\dfrac{1}{2}+j\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)
실수부 =220−86−95=39= 220 - 86 - 95 = 39
허수부 =(190−172)32=93=15.59= (190-172)\dfrac{\sqrt{3}}{2} = 9\sqrt{3} = 15.59
In=392+15.592=42I_{n} = \sqrt{39^{2}+15.59^{2}} = 42 [A]
정답 이미지
문제 11
수전전압 22.9 [kV], 계약전력 300[kW], 3상 단락전류 7,000 [A]인 수용가가 있다. 수전용 차단기의 정격차단용량은 몇 [MVA]인가? (단, 여유율 무시)
정답 및 해설
정격전압은 공칭전압 22.9 [kV]에 대해 22.9×1.21.1=25.822.9 \times \dfrac{1.2}{1.1} = 25.8 [kV]로 잡는다. 단락전류 7,000 [A] 이상 차단해야 하므로 정격차단전류는 표준값 8 [kA]를 선정한다.

정격차단용량 =3×정격전압×정격차단전류=3×25.8×8=357.5= \sqrt{3}\times \text{정격전압} \times \text{정격차단전류} = \sqrt{3}\times 25.8 \times 8 = 357.5 [MVA]
문제 12
평형 3상 회로에 변류비 100/5인 변류기 2개를 그림과 같이 접속했더니 전류계 ⒜에 3 [A]가 흘렀다. 1차 전류의 크기는 몇 [A]인가?
문제 이미지
정답 및 해설
그림은 a상·c상 변류기 2개의 2차를 잔류접속하고, b상에는 CT 없이 전류계 ⒜를 a·c CT 2차 합류점에 둔 결선이다. 평형 3상에서 이 전류계가 읽는 값은 각 CT 2차전류와 같다.

2차 전류 Ia′=Ic′=I=3I_{a}' = I_{c}' = I = 3 [A]
1차 전류 I1=a Ia′=1005×3=60I_{1} = a\,I_{a}' = \dfrac{100}{5}\times 3 = 60 [A]
정답 이미지
문제 13
회전날개 지름 31 [m]인 프로펠러형 풍차가 풍속 16.5 [m/s]로 돌 때 풍력에너지 [kW]를 구하시오. (단, 공기 밀도 1.225 [kg/m³])
정답 및 해설
풍력에너지(이론출력) P=12ρAv3P = \dfrac{1}{2}\rho A v^{3}, 수풍면적 A=π4D2A = \dfrac{\pi}{4}D^{2}.

P=12ρ(π4D2)v3=12×1.225×π4×312×16.53×10−3=2,076.69P = \dfrac{1}{2}\rho \left(\dfrac{\pi}{4}D^{2}\right) v^{3} = \dfrac{1}{2}\times 1.225 \times \dfrac{\pi}{4}\times 31^{2}\times 16.5^{3}\times 10^{-3} = 2{,}076.69 [kW]
문제 14
전력용 콘덴서에 직렬 리액터를 달아 제3고조파를 제거하려 한다. 직렬 리액터 용량은 콘덴서 용량의 몇 [%]인가? (단, 주파수 변동 등을 고려해 2% 여유)
정답 및 해설
제n고조파 공진 제거 조건은 nωL=1nωCn\omega L = \dfrac{1}{n\omega C} 이므로 ωL=1n2ωC\omega L = \dfrac{1}{n^{2}\omega C}, 리액터 용량비는 ωL1ωC=1n2\dfrac{\omega L}{\frac{1}{\omega C}} = \dfrac{1}{n^{2}}.

제3고조파(n=3)이므로 이론값 132=0.1111=11.11\dfrac{1}{3^{2}} = 0.1111 = 11.11 [%].
주파수 변동을 고려해 2% 여유를 두면 실용값 1313 [%]를 쓴다.
문제 15
1차 정격전압 6,600[V], 권수비 30인 3상 변압기가 있다.

(1) 2차 정격전압 [V]
(2) 용량 50 [kW], 역률 0.8 부하를 2차에 접속할 때 ① 1차 전류 ② 2차 전류
(3) 1차 입력 [kVA]
정답 및 해설
(1) 2차 정격전압
V2=V1a=6,60030=220V_{2} = \dfrac{V_{1}}{a} = \dfrac{6{,}600}{30} = 220 [V]

(2) P=50P = 50 [kW], 역률 0.8
① 1차 전류 I1=P3 V1cos⁡θ=50×1033×6,600×0.8=5.47I_{1} = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V_{1}\cos\theta} = \dfrac{50\times 10^{3}}{\sqrt{3}\times 6{,}600 \times 0.8} = 5.47 [A]
② 2차 전류 I2=P3 V2cos⁡θ=50×1033×220×0.8=164.02I_{2} = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V_{2}\cos\theta} = \dfrac{50\times 10^{3}}{\sqrt{3}\times 220 \times 0.8} = 164.02 [A]

(3) 1차 입력
P1=3 V1I1=Pcos⁡θ=500.8=62.5P_{1} = \sqrt{3}\,V_{1}I_{1} = \dfrac{P}{\cos\theta} = \dfrac{50}{0.8} = 62.5 [kVA]
문제 16
다음 단상 3선식 회로에서 각 선에 흐르는 전류를 구하시오. (단, 부하 역률 100[%])
(전압: a-중성 100[V], 중성-c 100[V], a-c 200[V]. 부하: a-중성 600W, 중성-c 400W, a-c(200V) 1000W.)

(1) Iₐ
(2) I_b(중성선)
(3) I_c
문제 이미지
정답 및 해설
단상 3선식에서 100V 부하는 해당 상-중성 100V에, 200V 부하는 a·c 두 외선에 공통으로 걸린다.

(1) Ia=600100+1000200=6+5=11I_{a} = \dfrac{600}{100} + \dfrac{1000}{200} = 6 + 5 = 11 [A]

(2) Ib=400100−600100=4−6=−2I_{b} = \dfrac{400}{100} - \dfrac{600}{100} = 4 - 6 = -2 [A]

(3) Ic=−400100−1000200=−4−5=−9I_{c} = -\dfrac{400}{100} - \dfrac{1000}{200} = -4 - 5 = -9 [A]

(부호는 가정한 기준방향에 대한 전류 방향이다.)
정답 이미지
문제 17
단자 a-b 사이에 저항을 넣어 최대전력을 전달하려 한다. (단, 효율 90[%])
(브리지 회로: 전원 220[V]. 상부: 좌측노드—60[Ω]—a—20[Ω]—우측노드. 하부: 좌측노드—10[Ω]—b—40[Ω]—우측노드. a-b가 대각선 단자.)

(1) 최대전력 전달을 위해 a-b에 넣을 저항값
(2) 10분간 전원 인가 시 삽입 저항이 한 일 [kJ]
문제 이미지
정답 및 해설
a-b에서 본 데브난 등가회로를 구한다(전원 220[V]).

등가전압
Vth=4010+40×220−2060+20×220=176−55=121V_{th} = \dfrac{40}{10+40}\times 220 - \dfrac{20}{60+20}\times 220 = 176 - 55 = 121 [V]
등가저항(전원 단락)
Rth=10×4010+40+60×2060+20=8+15=23R_{th} = \dfrac{10\times 40}{10+40} + \dfrac{60\times 20}{60+20} = 8 + 15 = 23 [Ω]

(1) 최대전력 전송조건에 따라 R=Rth=23R = R_{th} = 23 [Ω]을 넣는다.

(2) 외부저항이 받는 최대전력
Pm=(VthRth+R)2R=Vth24Rth=12124×23=159.14P_{m} = \left(\dfrac{V_{th}}{R_{th}+R}\right)^{2}R = \dfrac{V_{th}^{2}}{4R_{th}} = \dfrac{121^{2}}{4\times 23} = 159.14 [W]
효율 90[%]로 10분(600초) 동안 한 일
W=Pm×0.9×t=159.14×0.9×600×10−3=85.93W = P_{m}\times 0.9 \times t = 159.14 \times 0.9 \times 600 \times 10^{-3} = 85.93 [kJ]
정답 이미지
문제 18
다음 그림과 같은 계통에서 모선 ③의 F점에 3상 단락이 발생했을 때, 모선 ③-① 간, 모선 ②-③ 간, 모선 ①-② 간의 고장전력 [MVA]과 고장전류 [A]를 구하시오. (단, 그림의 수치는 모두 154[kV], 100[MVA] 기준 %임피던스이며, ①번 모선 좌측은 전원측으로 %Z 40[%], ②번 모선 우측은 전원측으로 %Z 4[%]이다. 선로 %Z는 ①-② 11[%], ①-③ 3.2[%], ②-③ 7.8[%].)

(1) 모선 ③-① 간 고장전력 Ps13
(2) 모선 ②-③ 간 고장전력 Ps23
(3) 모선 ①-② 간 고장전력 Ps12
(4) 모선 ③-① 간 고장전류 Is13
(5) 모선 ②-③ 간 고장전류 Is23
(6) 모선 ①-② 간 고장전류 Is12
문제 이미지
정답 및 해설
154[kV], 100[MVA] 기준. 각 구간 임피던스(실값)는 Z=%Z100⋅V2PbaseZ = \dfrac{\%Z}{100}\cdot\dfrac{V^{2}}{P_{base}} 로 구한다. F점(모선③) 3상 단락에 대해 전원측 ①(40%)·②(4%)에서 망을 환원해 각 구간 고장전류를 구한 뒤, 고장전력은 Ps=3I2ZP_{s} = 3 I^{2} Z 로 산정한다.

구간 임피던스: Z13=3.2100⋅154,0002100×106=7.59Z_{13} = \dfrac{3.2}{100}\cdot\dfrac{154{,}000^{2}}{100\times 10^{6}} = 7.59 [Ω], Z23=18.50Z_{23} = 18.50 [Ω], Z12=26.09Z_{12} = 26.09 [Ω].

(1) 고장전류 I31=2,094.70I_{31} = 2{,}094.70 [A] → Ps13=3I312Z13=99.90P_{s13} = 3 I_{31}^{2} Z_{13} = 99.90 [MVA]
(2) 고장전류 I23=2,728.0I_{23} = 2{,}728.0 [A] → Ps23=3I232Z23=413.0P_{s23} = 3 I_{23}^{2} Z_{23} = 413.0 [MVA]
(3) 고장전류 I12=1,325.0I_{12} = 1{,}325.0 [A] → Ps12=3I122Z12=137.4P_{s12} = 3 I_{12}^{2} Z_{12} = 137.4 [MVA]
(4) 모선 ③-① 간 고장전류 Is13=2,094.70I_{s13} = 2{,}094.70 [A]
(5) 모선 ②-③ 간 고장전류 Is23=2,728.0I_{s23} = 2{,}728.0 [A]
(6) 모선 ①-② 간 고장전류 Is12=−1,325.0I_{s12} = -1{,}325.0 [A] (기준방향에 대한 역류)