23년 3회차

임피던스의 허수부가 $-j$(음수)이면 용량성 리액턴스, 즉 콘덴서 성분을 의미한다. $Z=R-jX_C$처럼 저항과 용량 리액턴스가 하나의 임피던스 식으로 더해진 형태는 R과 C가 직렬로 연결된 RC 직렬회로이다. RL 직렬회로라면 $Z=R+jX_L$로 허수부가 양수가 된다.

1차 전지는 한 번 방전하면 충전하여 재사용할 수 없는 전지로, 건전지로 가장 널리 쓰이는 망간 전지가 대표적이다. 니켈-카드뮴 전지와 납축전지는 충전이 가능한 2차 전지이다.

피상전력은 전압과 전류의 곱으로 나타내는 겉보기 전력으로 단위는 [VA]이다.

• 유효전력의 단위는 [W]이다.
• 무효전력의 단위는 [Var]이다.
• 최대전력도 [W] 계열 단위로 나타낸다.

복소수 $a+jb$의 절대값은 $\sqrt{a^2+b^2}$이다. $|3+j4|=\sqrt{3^2+4^2}=\sqrt{25}=5$가 된다.

도체의 전기저항은 $R=\rho\dfrac{l}{A}$로, 길이 $l$에 비례하고 단면적 $A$에 반비례한다. 전선이 길수록 저항이 커지고, 굵을수록 저항이 작아진다.

콘덴서에 충전되는 전하량은 $Q=CV$이다. $Q=10^{-2}\times100=1\,\mathrm{C}$이 된다.

전류가 흐르는 도체 주위에 생기는 자계의 세기를 구하는 법칙은 비오-사바르 법칙이다.

• 옴의 법칙은 전압과 전류의 관계를 다룬다.
• 렌츠의 법칙은 유도기전력의 방향을 다룬다.
• 키르히호프의 법칙은 회로망의 전류·전압 관계를 다룬다.

두 자극 사이에 작용하는 힘은 쿨롱의 법칙과 같은 형태로 $F = \dfrac{m_1 m_2}{4\pi\mu_0 r^2}$이므로 자극 간 거리의 제곱에 반비례한다.

전자력은 자기장 내의 전류가 흐르는 도체가 받는 힘(플레밍의 왼손 법칙)으로, 이를 회전력으로 이용한 대표적인 기기가 전동기이다. 전열기와 전등은 전류의 발열 작용을 응용한 것이다.

전기량 단위 환산에서 $1[\mathrm{Ah}] = 1\times3600 = 3600[\mathrm{C}]$이다.

묽은 황산에 구리판과 아연판을 넣은 볼타 전지에서 이온화 경향이 작은 구리판이 양극(+), 큰 아연판이 음극(-)이 된다. 방전 시 양극인 구리판 표면에는 수소 기체가 발생하며, 이것이 기전력을 떨어뜨리는 분극 작용의 원인이 된다.

복소 전류의 크기는 실수부와 허수부 제곱합의 제곱근이다. $I=\sqrt{8^2+6^2}=\sqrt{64+36}=\sqrt{100}=10\,\mathrm{A}$이다.

V결선 출력은 △결선 변압기 1대의 용량을 기준으로 $P_V=\sqrt{3}\,P_1$으로 구한다. $P_V=\sqrt{3}\times250\approx433~\mathrm{kVA}$이다.

환상 솔레노이드 내부 자계의 세기는 $H=\dfrac{NI}{2\pi r}\,[\mathrm{AT/m}]$이다. 이를 권수 $N$에 대해 정리하면 $N=\dfrac{2\pi r H}{I}$가 된다.

영구자석은 외부 자기장이 없어도 자성을 오래 유지해야 하므로 잔류자기($B_r$)와 보자력($H_c$)이 모두 큰 재료가 적합하다.

병렬접속이므로 두 콘덴서에는 같은 전압 200V가 걸린다. $C_1$에 축적되는 전하는 $Q_1=C_1V=10\times200=2000\,\mathrm{\mu C}$이다.

패러데이 법칙 $w=kIt$에서 $Q=It=1\times7200=7200\mathrm{C}$(2시간=7200초)이므로 $w=1.1\times10^{-3}\times7200=7.92\mathrm{g}$이다.

자기장 속의 도체에 전류를 흘릴 때 작용하는 힘은 전자력($F = BIl\sin\theta$)이며, 기전력은 전자기 유도로 생기는 전압을 뜻하므로 용어가 잘못되었다. 기자력의 단위가 AT라는 것, 평행 도체에 같은 방향의 전류가 흐르면 흡인력이 작용한다는 설명은 옳다.

코일에 축적되는 전자(電磁) 에너지는 $W=\dfrac{1}{2}LI^2=\dfrac{1}{2}\times 0.2\times 5^2=\dfrac{1}{2}\times 0.2\times 25=2.5[\mathrm{J}]$이다(근거: 코일 축적 에너지 W=(1/2)LI^2).
검산하면 $0.1\times 25=2.5$로 같은 값이 나오며, 5는 계수 1/2을 빠뜨린 값이다.

자기장 속에서 도체가 운동할 때 유도 기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙(엄지=운동, 검지=자속, 중지=기전력)으로 정한다. 플레밍의 왼손 법칙은 전동기의 전자력 방향, 앙페르의 오른나사 법칙은 전류에 의한 자기장의 방향을 정하는 법칙이다.

[근거] 플레밍의 오른손 법칙(발전기)

발전기의 규약 효율은 측정하기 쉬운 출력을 기준으로 하여 $\eta_G=\dfrac{\text{출력}}{\text{출력}+\text{손실}}\times100=\dfrac{Q}{Q+L}\times100\,[\%]$로 나타낸다. 반대로 전동기의 규약 효율은 입력을 기준으로 $\dfrac{P-L}{P}$로 표현한다.

단락비가 큰 동기기는 동기임피던스가 작아 전압변동률이 작고 안정도가 높다(다만 기계 치수는 커지고 전기자반작용은 작아진다).

분권전동기는 계자가 전원에 병렬로 연결되어 자속이 거의 일정하므로 토크는 전기자 전류의 1승에 비례한다($T\propto I_a$). 전기자 전류의 제곱에 비례하는 것은 직권전동기의 특성이므로 첫 번째 설명이 틀렸다. 계자회로가 끊어지면 자속이 급감해 위험속도가 되므로 퓨즈를 넣지 않는 것은 옳은 설명이다.

동기조상기를 부족여자로 운전하면 전기자에 지상(뒤진) 전류가 흘러 리액터로 작용하며, 경부하 시 송전선의 페란티 현상을 억제한다. 반대로 과여자로 운전하면 진상 전류가 흘러 콘덴서로 작용해 뒤진 역률을 보상한다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}$이다. 슬립 4%를 반영하면 회전수는 $N=(1-s)N_s=(1-0.04)\times1800=1728\,\mathrm{rpm}$이 된다.

동기기의 위상 특성 곡선(V곡선)에서 전기자 전류가 최소가 되는 V자의 최저점은 전기자 전류가 유효분만 흐르는 상태, 즉 역률이 1인 점이다. 이 점보다 여자를 줄이면 지상, 늘리면 진상 역률로 운전된다.

분권전동기는 자속이 일정해 부하 변동에도 속도가 거의 일정한 정속도 특성을 가지며, 계자 저항기로 자속을 조절하면 속도를 쉽게 바꿀 수 있어 정속도·가변속도 제어가 모두 가능한 전동기이다.

주파수는 $f=\dfrac{P\,n_s}{2}$($n_s$는 초당 회전수)이다. $P=\dfrac{2f}{n_s}=\dfrac{2\times60}{30}=4$극이 된다.

직류발전기에서 계자는 계자 권선에 전류를 흘려 자속을 만드는 부분이다. 기전력을 유도하는 것은 전기자이고, 교류를 직류로 바꾸는 정류작용은 정류자가 담당한다.

단상 반파 정류의 직류 평균전압은 $E_d=\dfrac{\sqrt{2}}{\pi}E=0.45\times200=90\,\mathrm{V}$이다.
따라서 부하 전류는 $I_d=\dfrac{E_d}{R}=\dfrac{90}{20}=4.5\,\mathrm{A}$가 된다.

고장 시 불평형 차전류가 평형(관통)전류의 일정 비율 이상이 되면 동작하는 계전기는 비율차동계전기이다. 변압기·발전기의 내부고장 보호에 사용된다.

3상 유도전동기의 고정자 권선은 일반적으로 2층 중권을 사용하므로, "고정자 권선은 단층 파권이다"는 설명은 실제 권선법과 맞지 않아 틀린 내용이다.

동기 발전기의 병렬운전 조건은 유도 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 같아야 한다는 것이다. 발전기의 용량은 서로 달라도 병렬운전이 가능하므로 병렬운전 조건이 아니다.

반발 기동형은 정류자와 브러시로 회전자 권선을 단락시켜 생기는 반발력으로 기동하므로 단상 유도전동기 중 기동 토크가 가장 크다. 기동 토크의 크기는 반발 기동형 > 콘덴서 기동형 > 분상 기동형 > 세이딩 코일형 순이다.

역전제동(플러깅)은 전동기의 전원 접속을 반대로 바꾸어 역방향 토크를 발생시키는 방법으로, 급정지에 가장 효과적인 제동법이다. 발전제동과 회생제동은 관성 에너지를 전기로 소비·회수하는 방식으로 제동력이 상대적으로 완만하다.

TRIAC은 양방향 도통 소자로 교류 위상제어(조광기, 온도제어 등)에 사용되며, 직류를 다루는 초퍼나 인버터용 소자로는 쓰이지 않는다. GTO, SCR, BJT는 초퍼·인버터 회로의 스위칭 소자로 사용된다.

분권 발전기는 잔류 자기로 초기 전압을 확립하는 자여자 발전기인데, 회전 방향을 반대로 하면 전기자 전류가 잔류 자기를 상쇄하는 방향으로 흘러 잔류 자기가 소멸되고 발전이 불가능해진다.

분권 전동기는 계자 저항기로 계자 전류(자속)를 조절하여 회전속도를 쉽게 조정할 수 있다. 직권 전동기는 부하가 줄면 속도가 급상승하여 위험하고, 분권 전동기는 부하 변동에도 속도가 거의 일정한 정속도 특성을 가지며, 전기철도용으로는 기동 토크가 큰 직권 전동기가 쓰인다.

Y결선으로 기동하면 각 상권선에 걸리는 전압이 전전압의 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$배가 된다. 토크는 전압의 제곱에 비례하므로 기동토크는 $\left(\dfrac{1}{\sqrt{3}}\right)^2 = \dfrac{1}{3}$배가 된다. 검산: 기동전류(선전류) 역시 $\dfrac{1}{3}$배로 감소하며, 이것이 Y-Δ 기동을 쓰는 이유이다.

[근거] Y-Δ 기동 시 상전압 1/√3배, 토크 ∝ V²

유도전동기의 자속은 $\phi \propto \dfrac{V}{f}$이다. 주파수만 낮추면 자속이 증가하여 자기포화·과열이 생기고, 주파수만 높이면 자속이 감소하여 토크가 저하한다. 따라서 $\dfrac{V}{f}$를 일정하게 유지하도록 전압과 주파수를 함께 제어하며, 이를 VVVF(가변전압 가변주파수) 제어의 V/f 일정 제어라 한다.

전반조명은 광원을 일정한 간격으로 배치하여 실내 전체를 균일한 조도로 밝히는 방식으로, 공장·학교·사무실 등에 널리 채용된다. 국부조명은 작업면 등 필요한 부분만 집중적으로 밝히는 방식이다.

표준부하 20VA/m²는 학교·음식점 등에 적용하는 기준이며, 교회·극장은 10VA/m², 은행·상점·아파트 등은 30VA/m² 수준의 표준부하를 적용한다.

1종 가요전선관을 구부릴 때의 곡률 반지름은 관 안지름의 6배 이상으로 하여야 하므로 10배라는 설명이 틀렸다. 상호 접속은 커플링, 조영재 측면 지지 시 지지점 간 거리 1m 이하는 옳은 내용이다.

캡타이어 케이블을 조영재의 옆면이나 아랫면에 따라 시설하는 경우 지지점 간의 거리는 1m 이하로 하여야 한다. 일반 케이블 배선의 지지점 간 거리 2m 이하와 구분해서 기억한다.

지중전선로에 사용하는 케이블 중 고압용으로는 콤바인덕트(CD) 케이블을 사용한다. CD 케이블은 케이블에 파형의 합성수지 피복(덕트)이 일체로 되어 있어 직접 매설이 가능하다.

와이어 게이지는 전선의 굵기(지름)를 측정하는 공구로, 판에 뚫린 홈에 전선을 끼워 굵기를 확인한다. 프레셔 툴은 터미널 압착, 스패너는 볼트·너트 조임에 사용한다.

금속덕트의 끝부분은 먼지나 이물질의 침입을 막기 위해 막아야 하므로 열어 놓는다는 설명이 옳지 않다(KEC 232.31). 지지점 간 거리 3m 이하, 덕트 상호간의 견고하고 전기적으로 완전한 접속은 옳은 시설 방법이다.

직접조명기구는 광속의 대부분을 아래 방향(작업면)으로 집중시켜 특정 장소만을 고조도로 비출 수 있는 배광방식이다.

피뢰기의 약호는 LA(Lightning Arrester)이다.

• PF는 전력퓨즈를 나타낸다.
• SA는 서지흡수기를 나타낸다.
• COS는 컷아웃 스위치를 나타낸다.

부식성 가스 등이 있는 장소에는 금속관 배선, 케이블 배선, 캡타이어 케이블 배선, 합성수지관 배선 등을 시설할 수 있으나, 제1종 금속제 가요전선관 배선은 시설할 수 없다. 가요전선관을 쓰려면 내식성이 있는 2종 금속제 가요전선관이어야 한다.

근가는 전주의 밑동 부분에 묻어 전주를 지반에 고정하는 버팀 블록으로, 논이나 연약 지반에서 전주가 넘어지는 것을 방지한다. 완금·완목은 전주 위에서 애자와 전선을 지지하는 부재이다.

애자사용배선에는 절연전선을 사용해야 하는데, 인입용 비닐절연전선(DV선)은 옥외 인입선 전용으로 제작되어 애자사용공사에는 사용할 수 없다.

진동이 심한 전기기계기구의 단자에는 스프링 와셔를 끼워 접속함으로써 풀림을 방지한다.

합성수지관 상호 및 관과 박스의 접속 시 삽입 깊이는 관 바깥지름의 1.2배 이상, 접착제를 사용하는 경우에는 0.8배 이상으로 하여야 한다(KEC 232.11). 접착제를 사용하는 조건이므로 0.8배가 답이 된다.

위험물 등이 존재하는 장소의 저압 옥내배선은 금속관 공사, 케이블 공사, 합성수지관 공사(두께 2mm 미만 관 및 CD관 제외)에 의하여야 한다(KEC 242.4). 애자 공사, 몰드 공사, 덕트 공사는 허용되지 않는다.

[근거] KEC 242.4

금속덕트에 넣는 전선의 단면적(절연피복 포함) 총합은 덕트 내부 단면적의 20% 이하가 원칙이며, 전광표시장치·제어회로 등의 배선만을 넣는 경우에 한하여 50% 이하로 할 수 있다(KEC 232.31.1, 232.31.2). 지지점 간 거리 3m 이하, 끝부분 폐쇄, 상호 간 전기적 완전 접속은 옳은 내용이다. 템플릿의 구 제3종 접지 보기는 폐지되어 현행은 KEC 140에 의한 접지공사를 한다.

굵기가 다른 절연전선을 동일 관 내에 넣는 경우에는 피복절연물을 포함한 단면적의 총합계가 관 내 단면적의 32% 이하가 되도록 관 굵기를 선정해야 하므로, 48% 이하 기준을 적용한 설명은 틀렸다. 48% 이하 기준은 굵기가 같은 전선을 넣는 경우에 적용되며, 이는 KEC 232.12 및 내선규정(금속관 굵기의 선정)에 근거한다. 나머지 보기는 모두 옳다.

완금(완철)의 표준 길이는 저압 2조 900mm·3조 1,400mm, 고압 2조 1,400mm·3조 1,800mm, 특고압 2조 1,800mm·3조 2,400mm이다(배전공사 표준의 완철 표준 길이 규정). 저압 3조이므로 1,400mm이다.

쥐꼬리 접속은 정션박스(접속함) 안에서 가는 단선을 접속할 때 심선을 서로 꼬아 접속하는 방법이다. 접속 후 와이어 커넥터를 사용하면 테이프 처리를 생략할 수 있다. 굵은 연선의 직선 접속에는 슬리브 접속·브리타니아 접속 등을 사용한다.

접속 부분의 절연은 테이프 폭의 반(1/2) 이상을 겹쳐 2회 이상(4겹 이상) 감아, 원래 절연피복과 동등 이상의 절연성능을 갖도록 한다(KEC 123). 테이프는 접속부 양쪽의 절연피복 위까지 걸쳐 감아야 한다.