[전기기능사 필기] 09년 4회차 시험지 PDF 다운로드

발전기는 도체가 자기장 속에서 운동하여 기전력이 유도되는 원리로 동작하며, 이때 자기장·운동(도체)·유도기전력 방향의 관계는 플레밍의 오른손 법칙으로 정한다. 전동기에서 힘의 방향을 구하는 플레밍의 왼손 법칙과는 반대 관계이므로 혼동하지 않도록 한다.

R-L 직렬회로에서 전압과 전류 사이의 위상차는 저항 R과 유도리액턴스 $X_L=\omega L$의 비로 나타난다. 즉 $\tan\theta = \dfrac{X_L}{R} = \dfrac{\omega L}{R}$이며, 전류가 전압보다 뒤지는(지상) 위상각을 결정한다.

원형 코일 중심의 자기장 세기는 $H=\dfrac{NI}{2r}$로 구한다. 대입하면 $H=\dfrac{100\times 15}{2\times 0.05}=15000\ \mathrm{AT/m}$이 되어 정답과 일치한다.

그림에서 A와 B 사이에는 세 경로가 병렬로 놓이며, 위와 아래 경로는 각각 $r$ 두 개의 직렬이라 $2r$, 가운데 경로는 $r$ 하나이다. 따라서 $\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{2r}+\dfrac{1}{r}+\dfrac{1}{2r}=\dfrac{2}{r}$이므로 합성저항은 $R=\dfrac{r}{2}$이다.

바리스터(varistor)는 인가 전압에 따라 저항이 비직선적으로 급격히 변하는 반도체 소자로, 이상전압으로부터 회로를 보호하는 피뢰용·계전기 접점 보호용으로 쓰인다. 서미스터는 전압이 아닌 온도에 따라 저항이 변하는 소자이므로 이 문제의 답이 될 수 없다.

전하를 축적하는 작용을 하는 전기소자는 콘덴서(condenser, 커패시터)이다. 자유전자(free electron)나 저항(resistance)은 전하를 축적하는 기능을 갖지 않는다.

2전력계법으로 3상 전력을 측정할 때, 두 전력계의 지시값 $P_1,\ P_2$를 단순히 합산한 값이 3상 전력이 된다. 즉 $P=P_1+P_2$이며, 이는 역률과 무관하게 성립하는 2전력계법의 기본 원리이다.

정전 평형 상태에 있는 도체 내부에서는 전계 $E=0$이므로, 전속밀도 $D=\varepsilon E$ 역시 도체 내부에서는 0이 된다. 대전된 전하는 모두 도체 표면에만 분포하기 때문이다.

유전율은 $\varepsilon=\varepsilon_0 \varepsilon_s$로 구하며, 진공의 유전율 $\varepsilon_0 \approx 8.855\times10^{-12}\ \mathrm{F/m}$에 비유전율 9를 곱하면 $\varepsilon \approx 8.855\times10^{-12}\times 9 \approx 80\times10^{-12}\ \mathrm{F/m}$이 되어 정답과 일치한다.

환상 솔레노이드 내부의 자기장 세기는 $H=\dfrac{NI}{2\pi r}$로 나타나며, 권수·평균 반지름이 일정하면 전류에 정비례한다. 자장의 세기가 반지름에 비례하거나 전류·권수와 무관하다는 설명은 이 관계식과 맞지 않으므로 틀린 보기이다.

유전체 내에서 크기가 같고 극성이 반대인 한 쌍의 전하로 이루어진 것을 쌍극자(dipole)라 하며, 유전체의 분극 현상은 이러한 쌍극자들이 전기장 방향으로 배열되면서 나타난다.

정현파 교류에서 평균값과 최대값의 관계는 $V_{avg}=\dfrac{2}{\pi}V_m$이므로 $V_m=\dfrac{\pi}{2}V_{avg}$이다. 대입하면 $V_m=\dfrac{\pi}{2}\times 220 \approx 346\ \mathrm{V}$가 되어 정답과 일치한다.

절연체를 서로 마찰시켰을 때 전기를 띠게 되는 현상을 대전(electrification)이라 한다. 분극은 유전체 내부 전하 배열의 변화, 코로나는 고전계에서 공기 절연이 부분 파괴되는 방전 현상으로 서로 다른 개념이다.

순시값 $v=311\sin(120\pi t)$에서 최대값은 311V이며, 실효값은 $V_{rms}=\dfrac{V_m}{\sqrt{2}}=\dfrac{311}{\sqrt{2}}\approx 220\ \mathrm{V}$로 계산되어 정답과 일치한다.

컨덕턴스 $G=0.2\ \mho$인 소자의 저항은 $R=\dfrac{1}{G}=5\ \Omega$이며, 이를 2개 직렬로 연결하면 합성저항은 $10\ \Omega$이 된다. 전압은 $V=IR=3\times 10=30\ \mathrm{V}$로 정답과 일치한다.

진공 중 두 자극 사이의 힘은 $F=\dfrac{m_1 m_2}{4\pi\mu_0 r^2}\approx 6.33\times10^{4}\times\dfrac{m_1 m_2}{r^2}$로 계산한다. 대입하면 $F=6.33\times10^{4}\times\dfrac{10^{-3}\times10^{-5}}{1^2}=6.33\times10^{-4}\ \mathrm{N}$이 되어 정답과 일치한다.

묽은 황산에 구리와 아연을 담그면 이온화 경향이 큰 아연판이 전자를 내놓으며 산화(음극, -)되고, 구리판(양극, +)에서는 수소 이온이 전자를 받아 환원되어 수소 기체가 발생한다. 따라서 양극은 구리판이며 수소 기체가 발생한다는 설명이 옳다.

평형 3상 성형(Y) 결선에서는 선간전압이 상전압보다 $\sqrt{3}$배 크며 위상은 30° 앞선다. 즉 $V_l=\sqrt{3}\,V_p$의 관계가 성립한다.

물체의 온도 변화는 $Q=mc\Delta T$로 나타나므로, 같은 열량 Q를 가할 때 비열 c가 작은 물체일수록 온도 변화 $\Delta T$가 커져 쉽게 온도를 올릴 수 있다. 질량이 큰 물체는 오히려 온도를 올리기 어려우므로 반대되는 보기이다.

기전력 E, 내부저항 r인 전지 n개를 직렬 연결하면 합성 기전력은 nE, 합성 내부저항은 nr이 된다. 여기에 외부저항 R을 직렬로 연결하면 전류는 옴의 법칙에 따라 $I=\dfrac{nE}{nr+R}$가 된다.

접지 전극과 대지 사이의 저항을 접지저항이라 하며, 접지선을 통해 이상전류가 대지로 안전하게 흐를 수 있는지를 나타내는 값이다. 고유저항이나 접촉저항은 접지 전극-대지 간의 저항 자체를 지칭하는 용어가 아니다.

동기 발전기의 병렬 운전 중 부하 분담(유효전력 분담)은 원동기의 입력, 즉 속도(조속기 설정)를 조정하여 바꾼다. A기의 속도(원동기 출력)를 증가시키면 A기가 더 많은 유효전력을 부담하게 되며, 계자 전류 조정은 무효전력·역률에 영향을 줄 뿐 유효전력 분담과는 직접 관련이 없다.

3상 농형 유도전동기는 회전자 권선에 접근할 수 없어 2차 저항 제어가 불가능하므로, 속도 제어는 주로 공급 전원의 주파수를 바꾸는 주파수(인버터) 제어 방식을 사용한다.

△결선 변압기 3대 중 1대가 고장으로 제거되어 V결선으로 운전하면, 공급 가능 전력은 원래 출력의 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}\approx 0.577$배, 즉 약 57.7%가 된다.

전압 변동률은 정격전압 $V_n$과 무부하 단자전압 $V_0$를 이용해 $\varepsilon=\dfrac{V_0-V_n}{V_n}\times 100\ [\%]$로 정의한다. 이는 부하 인가 시 전압 강하가 정격전압 대비 얼마나 되는지를 나타내는 지표이다.

%저항강하 p=3%, %리액턴스강하 q=4%일 때 최대 전압변동률은 $\varepsilon_{max}=\sqrt{p^2+q^2}$로 구한다. 대입하면 $\varepsilon_{max}=\sqrt{3^2+4^2}=\sqrt{25}=5\ [\%]$가 되어 정답과 일치한다.

복권 발전기를 병렬 운전할 때는 직권 계자 권선 간의 안정적인 전류 분담을 위해 두 발전기의 전기자와 직권 권선 접속점을 연결하는 균압선(균압 모선)을 설치해야 한다. 이를 통해 한쪽 발전기의 부하 증가가 그대로 그 발전기의 직권계자를 강화시켜 발생하는 불안정 현상을 막는다.

3상 유도전동기의 원선도는 무부하시험, 구속(단락)시험, 저항측정시험 등을 통해 얻은 값으로 작성하는데, 보기 중에서는 무부하시험이 원선도 작성에 필요한 시험에 해당한다.

단상 유도전압조정기의 단락 권선은 회로에 존재하는 누설 리액턴스로 인한 전압 강하를 경감시켜 위상 특성이 개선된 안정적인 전압 조정이 가능하도록 하는 역할을 한다.

권수비는 $a=\dfrac{V_1}{V_2}$이므로 2차 전압은 $V_2=\dfrac{V_1}{a}=\dfrac{6600}{30}=220\ \mathrm{V}$로 계산되어 정답과 일치한다.

타여자 발전기는 계자 권선에 외부의 독립된 전원(축전지 등)으로 여자 전류를 공급하므로, 계자 철심에 잔류 자기가 전혀 없어도 외부 전원만 있으면 정상적으로 발전할 수 있다. 반면 분권·직권·복권 발전기는 자기 여자 방식이므로 잔류 자기가 있어야 전압을 확립할 수 있다.

인버터(inverter)는 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 장치이다. 반대로 교류를 직류로 변환하는 장치는 컨버터(정류기, converter)라 한다.

직류기의 브러시는 정류자면과 접촉하여 회전하는 전기자 권선과 고정된 외부 회로(단자)를 전기적으로 연결해 주는 역할을 한다. 기전력 유도나 자속 생성, 정류 작용 자체는 정류자와 전기자 권선, 계자의 역할이다.

비돌극형 동기발전기의 1상 출력은 단자전압 V, 유기기전력 E, 동기리액턴스 $X_s$, 부하각 $\delta$에 대해 $P=\dfrac{VE}{X_s}\sin\delta$로 나타난다. 이는 부하각이 커질수록 출력이 증가하다가 $\delta=90^\circ$에서 최대가 되는 전형적인 동기기 출력 특성식이다.

단락비가 큰 동기기는 동기임피던스가 작아 전기자 반작용과 전압 변동률이 작고, 계자 기자력에 비해 전기자 기자력의 영향이 적어 안정도가 높다. 다만 철을 많이 사용해 기계가 대형·중량화되므로 기계가 소형이라는 설명은 틀린 보기이다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{p}=\dfrac{120\times 50}{8}=750\ \mathrm{rpm}$이며, 슬립은 $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}=\dfrac{750-720}{750}=0.04$이다. 2차 효율은 $\eta_2=1-s=0.96=96\%$로 계산되어 정답과 일치한다.

양방향성 3단자 사이리스터의 대표적인 소자는 트라이액(Triac)이다. SCR은 단일방향성, SSS는 2단자 양방향성, Diac은 2단자 양방향성 소자로 3단자 양방향 소자와는 구분된다.

보호 계전기는 동작 원리·기능에 따라 차동 계전기, 거리 계전기, 주파수 계전기 등으로 분류되며, '저항 계전기'는 보호계전기의 일반적인 기능상 분류 명칭에 해당하지 않는다.

반파 정류회로의 직류 평균전압은 $E_d = 0.45\,E_2 - e$(e: 정류기 전압강하)로 근사한다. 부하측 직류전압 100V, 전압강하 5V를 대입하면 $0.45E_2 = 100+5=105$, $E_2=\dfrac{105}{0.45}\approx 233\ \mathrm{V}$로 정답과 일치한다.

교류(동기) 발전기의 동기 임피던스는 계자 철심의 투자율에 비례하는 동기 리액턴스가 지배적인데, 철심이 자기포화 상태에 이르면 투자율이 낮아져 동기 리액턴스와 동기 임피던스가 감소한다.

합성수지관 상호 및 관과 박스의 접속 시, 접착제를 사용하는 경우 삽입 깊이는 관 바깥지름의 0.8배 이상으로 하여야 한다(접착제를 사용하지 않는 경우는 1.2배 이상). 접착제가 결합력을 보강해 주므로 삽입 깊이 기준이 완화되는 것이다.

습기가 많거나 물기가 있는 장소에서 금속제 외함으로 된 400V를 초과하는 저압 전기기계기구에는 특별 제3종 접지공사를 시행하여야 한다(400V 이하는 제3종). ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사의 종별(1~4종) 구분이 폐지되고 계통접지·보호접지 방식으로 통합되었다(KEC 142).

저압전로용 배선용차단기는 정격전류 30A 이하인 경우, 정격전류의 2배 전류(여기서는 25A의 2배인 50A)가 흐르면 2분 이내에 자동으로 동작하여 차단하여야 한다.

저압 가공 인입선이 도로를 횡단하는 경우 노면상 높이는 원칙적으로 5m 이상으로 하여야 한다(교통에 지장이 없는 등 조건을 만족하면 완화 규정 적용 가능).

배선설계를 위한 표준부하는 건축물 용도별로 정해지는데, 학교·음식점 등은 원칙적으로 20VA/m²를 적용한다(공장·교회·극장 등은 10VA/m², 사무실·은행·상점 등은 30VA/m², 주택·아파트는 40VA/m²).

지선은 형태별로 보통지선, 수평지선, 궁지선, Y지선 등으로 나뉘는데, 이 중 장력이 비교적 적고 다른 형태의 지선을 시설하기 어려운 협소한 장소에서 지선용 근가를 지지물 근원 가까이에 매설하여 활 모양으로 시설하는 것이 궁지선이다.

저압 옥내전로의 절연저항은 대지전압 150V 이하에서 0.1MΩ 이상, 150V 초과 300V 이하에서 0.2MΩ 이상 등으로 규정되어 있다. 보기 1은 기준 전압을 '200V 이하'로 잘못 서술하고 있어(실제는 150V 이하) 틀린 설명이다. ※ 현행 KEC(132)에서는 절연저항 기준이 사용전압 구분(SELV/PELV, FELV·저압 등)과 측정전압(250V/500V/1000V) 방식으로 개정되어 이 표와 다르게 적용된다.

지선이 도로를 횡단하여 시설되는 경우 그 높이는 지표상 5m 이상으로 하여야 한다(교통에 지장이 없는 장소에서는 완화 규정 적용 가능).

리노 테이프는 점착성은 없으나 절연성, 내온성, 내유성이 우수하여 연피 케이블(납피케이블)의 접속부 절연에 사용된다. 고무 테이프나 비닐 테이프는 점착성이 있어 이러한 용도의 표준 테이프와는 특성이 다르다.

금속관을 구부릴 때 관이 눌리거나 파손되지 않도록 굴곡 부분의 곡률반경(A)은 관 안지름(B)의 6배 이상으로 하여야 한다. 즉 $A \geq 6B$의 관계가 성립한다.

박스 내에서 비교적 가는 전선을 접속할 때는 서로 꼬아 마무리하는 쥐꼬리 접속을 주로 사용한다. 트위스트 접속이나 슬리브 접속은 박스 밖에서 굵은 전선을 이을 때 주로 쓰인다.

경질 비닐 전선관은 관 안지름의 크기에 가까운 짝수의 밀리미터(14, 16, 22, 28, 36 mm 등)로 호칭한다.

전선의 굵기(지름)를 측정하는 데 사용하는 공구는 와이어 게이지이다. 파이프 커터나 스패너, 프레셔 툴은 각각 관 절단, 조임, 압착 작업에 쓰이는 공구이다.

전선관의 지지점 간 거리는 관 종류에 따라 다르게 규정되는데, 사람이 접촉될 우려가 있는 장소에서 가요전선관을 새들 등으로 지지할 때는 그 지지점 간 거리를 1m 이하로 하여야 한다(합성수지관은 1.5m 이하, 금속관은 2m 이하가 원칙).

대지전압 150V를 초과하고 300V 이하인 전로에 백열전등을 시설할 때는 감전 위험을 줄이기 위해 옥내배선과 직접 접속(코드·플러그를 거치지 않는 방식)하여 시설하여야 한다. 따라서 '옥내배선과 직접 접속을 하지 않고 시설하였다'는 설명은 규정과 반대이므로 잘못된 것이다.

사람이 상시 통행하는 터널·갱도 내의 배선은 애자사용, 금속제 가요전선관, 합성수지관, 케이블 배선 등으로 시설하여야 하며, 라이팅덕트 배선은 이러한 장소의 배선 방법으로 적절하지 않다.

금속덕트에 전광표시장치, 출퇴표시등 또는 제어회로 등에 사용하는 전선만을 넣는 경우에는, 전선 피복절연물을 포함한 단면적의 총합이 덕트 내 단면적의 50% 이하가 되도록 하여야 한다(일반적인 경우는 20% 이하가 원칙).

화약고에 시설하는 전기설비의 전로 대지전압은 300V 이하로 제한하여, 폭발 위험이 있는 화약고 내에서 감전 및 스파크에 의한 사고 위험을 낮추도록 규정하고 있다.

두 개 이상의 회로 중 어느 하나가 동작하면 다른 회로의 동작을 금지시키는(선행동작 우선, 상대동작 금지) 제어회로를 인터록 회로라 한다. 자기유지회로는 한 번 동작한 상태를 스스로 유지하는 회로로 이와는 목적이 다르다.

전선 접속 시에는 접속 부분의 전기저항을 증가시키지 않아야 하며(증가시켜서는 안 됨), 인장강도는 원래의 80% 이상을 유지해야 한다. 따라서 '전기저항을 20% 이상 증가'시킨다는 설명은 규정과 반대되므로 틀린 보기이다.