2022년 전기산업기사실기(필답형) 2회차

61.25[kV]

[해설]

Still 식은 송전거리[km]와 송전전력[kW]으로 경제적인 송전전압을 어림하는 경험식이다.

V_s = 5.5√(0.6ℓ + P/100)
= 5.5√(0.6×40 + 10,000/100) = 5.5√124
≒ 61.25[kV]

혼동 주의: 송전전력은 [kW] 그대로 넣고 100으로 나눈다. [MW] 값을 넣으면 틀린다.

20[Ω]

[해설]

콜라우시 브리지 3점 측정법에서 두 접지판 사이의 측정값은 두 접지저항을 더한 값이다(R₁₂ = R₁ + R₂, R₂₃ = R₂ + R₃, R₃₁ = R₃ + R₁).

R₃ = ½(R₂₃ + R₃₁ − R₁₂)
= ½(30 + 20 − 10)
= 20 [Ω]

외우는 요령: 구하려는 접지판이 들어간 측정값 두 개를 더하고, 그 접지판이 빠진 측정값 하나를 뺀 뒤 2로 나눈다.

(1) 휘도 — 기호 $B$, 단위 $[\mathrm{cd/m^2}]$(=[nt])

(2) 광도 — 기호 $I$, 단위 [cd]

(3) 조도 — 기호 $E$, 단위 [lx]

(4) 광속 발산도 — 기호 $R$, 단위 [rlx]

[해설]

네 양은 모두 광속 F[lm]을 입체각이나 면적으로 나눈 값이라, 무엇으로 나눴는지 보면 단위가 정리된다.

• 휘도 B — 겉보기 면적당 광도로 눈이 느끼는 밝기이며, 단위 [cd/m²]를 니트[nt]라 부른다.
• 광도 I — 광원이 단위 입체각으로 내보내는 광속(lm/sr)으로, 단위는 칸델라[cd]다.
• 조도 E — 빛을 받는 면의 단위면적당 입사 광속(lm/m²)으로, 단위는 럭스[lx]다.
• 광속 발산도 R — 면에서 나가는 단위면적당 광속으로, 단위는 래드럭스[rlx]다.

혼동 주의: 조도와 광속 발산도는 차원이 같지만 들어오는 빛[lx]과 나가는 빛[rlx]으로 구분한다.

접점 A가 닫히면 1초 뒤 PL이 켜지고, 켜진 뒤 다시 1초가 지나면 꺼지며, A가 열릴 때까지 1초 간격의 점멸을 되풀이한다(플리커 동작).

[해설]

보조릴레이 X와 한시동작 타이머 두 개로 만든 플리커 회로로, 두 타이머가 번갈아 동작하면서 1초 간격의 점멸을 만든다.

• 소등 1초 — A가 닫히면 X의 b접점을 거쳐 T₁이 여자되고, 1초 뒤 T₁의 한시 a접점이 닫혀 X가 여자된다.
• 점등 — X가 여자되면 X a접점으로 자기유지가 걸리고 PL이 켜지며 T₂가 여자되고, X b접점이 열려 T₁은 복귀한다.
• 점등 1초 후 소등 — T₂의 한시 b접점이 열려 X가 소자되므로 PL이 꺼지고 T₂도 복귀한다.
• 반복 — X b접점이 다시 닫혀 T₁이 다시 여자되므로 A가 열릴 때까지 같은 동작이 되풀이된다.

외우는 요령: T₁ 설정시간은 소등시간, T₂ 설정시간은 점등시간을 정한다.

(1) V-V 결선

(2) 86.6[%]

(3) 57.74[%]

[해설]

△-△에서 한 대를 빼고 남은 2대로 3상을 공급하는 결선이 V-V 결선이며, 출력은 변압기 1대 용량 P의 √3배다.

이용률은 설치한 2대의 용량 가운데 실제로 쓰는 비율이다.
이용률 = √3P / 2P × 100
≒ 86.6[%]

출력비는 고장 전 △결선 3대의 출력 3P와 견준 값이다.
출력비 = √3P / 3P × 100 = 1/√3 × 100
≒ 57.74[%]

혼동 주의: 분모를 보고 구분한다. 이용률은 2대 용량(2P)과, 출력비는 3대 출력(3P)과 비교한다.

75[kVA]

[해설]

역률이 다른 부하는 [kW]를 그냥 더할 수 없으므로 유효전력과 무효전력을 따로 합한 뒤 벡터합으로 피상전력을 구한다.

P = 30 + 25 = 55[kW]
Q = 30 × 0.6/0.8 = 22.5[kVar] (전열설비는 역률 1이라 무효분 0)
P_a = √(55² + 22.5²) = 59.42[kVA]

59.42[kVA] 이상인 가장 작은 표준용량은 75[kVA]다. 50[kVA]는 용량이 모자라 과부하가 된다.

(1) 30[kW]

(2) 28[kW]

(3) 48.33[kW]

[해설]

변압기마다 맡는 최대부하는 설비용량 × 수용률이다.

Tr₁ = 50 × 0.6 = 30 [kW]

Tr₂ = 40 × 0.7 = 28 [kW]

두 최대부하가 같은 시각에 겹치지 않으므로 간선의 합성 최대수용전력은 최대부하의 합 ÷ 부등률이다.

(30 + 28) ÷ 1.2

= 48.33 [kW]

혼동 주의: 수용률은 1 이하라서 곱하고, 부등률은 1 이상이라서 나눈다.

① 6

② 13

③ 38

④ 0.2

[해설]

전기사업법 시행규칙은 표준전압과 표준주파수마다 유지해야 할 허용오차를 정해 둔다.

• 110[V]는 상하 6[V] 이내다.
• 220[V]는 상하 13[V] 이내다.
• 380[V]는 상하 38[V] 이내다.
• 60[Hz]는 상하 0.2[Hz] 이내다.

비율로 10[%]가 되는 것은 380[V]뿐이므로 220[V]를 ±22[V]로 비례 환산하면 틀린다.

80.06[%]

[해설]

2전력계법에서는 두 전력계 지시의 합이 3상 유효전력이다. 역률은 이 유효전력을 피상전력 √3VI로 나눈 값이다.

유효전력과 피상전력을 먼저 구한다.
$P=W_1+W_2=5.96+2.36=8.32\,[\mathrm{kW}]$
$P_a=\sqrt{3}\times200\times30\times10^{-3}=10.392\,[\mathrm{kVA}]$

역률은 다음과 같다.
$\cos\theta=\dfrac{P}{P_a}\times100=\dfrac{8.32}{10.392}\times100$ = 80.06[%]

혼동 주의: 두 지시의 차는 무효전력 쪽과 연결되므로 유효전력을 구할 때는 반드시 합을 쓴다. 피상전력을 중간에 반올림하면 끝자리가 달라지니 반올림은 마지막에 한 번만 한다.

· 벽붙이용 : 원의 왼쪽 절반을 검게 칠하고 안쪽에 점 2개를 찍는다.

· 천장붙이용 : 칠하지 않은 흰 원 안에 점 2개를 찍는다.

· 바닥붙이용 : 흰 원 안에 점 2개를 찍고 원 아래에 받침(작은 삼각형)을 붙인다.

· 방수형 : 벽붙이용 심벌에 첨자 WP 를 붙인다.

· 2구용 : 벽붙이용 심벌에 첨자 2 를 붙인다.

[해설]

KS C 0301 옥내배선용 그림기호에서 콘센트의 기본형은 원 안에 점 2개를 찍은 모양이다. 설치 위치는 원을 칠하는 방식으로, 성능과 구수는 첨자로 구분한다.

• 벽붙이용 — 벽에 닿는 쪽(왼쪽) 절반을 검게 칠한다.
• 천장붙이용 — 칠하지 않은 흰 원을 그대로 쓴다.
• 바닥붙이용 — 흰 원 아래에 작은 삼각형 받침을 붙인다.
• 방수형 — 벽붙이 기호 옆에 WP(Water Proof)를 적는다.
• 2구용 — 벽붙이 기호 옆에 구수를 뜻하는 2를 적는다.

혼동 주의: 다른 성능도 첨자만 다르다. 방폭형은 EX, 접지극붙이는 E, 누전차단기붙이는 EL 이다.

1.6

[해설]

조명 설계 기본식 FUN = EAD(F 광속, U 조명률, N 등 수, E 조도, A 면적, D 감광보상률)를 D에 대해 푼다.

D = FUN ÷ EA
D = (3,000 × 0.5 × 4) ÷ (100 × 5 × 7.5)
D = 6,000 ÷ 3,750 = 1.6

천장 높이는 실지수로 조명률을 찾을 때 쓰는 값이라, 조명률이 주어진 이 문제에서는 쓰지 않는다.

감광보상률은 항상 1보다 크며 보수율 M과 D = 1/M 관계다.

(1) 311.59[kVA]

(2) 175[kW]

[해설]

역률 개선에서 콘덴서 용량은 개선 전후 무효전력의 차이이며, 유효전력은 그대로다.

P = 700×0.65 = 455[kW]
Q_c = P(tanθ₁ − tanθ₂)
= 455×(√(1−0.65²)/0.65 − √(1−0.9²)/0.9) = 455×(1.1691 − 0.4843)
≒ 311.59[kVA]

역률이 좋아지면 같은 700[kVA]로 더 많은 유효전력을 보낼 수 있다.
ΔP = P_a(cosθ₂ − cosθ₁)
= 700×(0.9 − 0.65)
= 175[kW]

증설 부하의 역률이 90[%]여야 증설 후에도 합성역률 90[%]가 유지되어 변압기가 630[kW]까지 감당한다.

(1) 18,496,500[원]

(2) 66,556,500[원]

[해설]

역률에 따른 할인·할증은 기본요금에만 적용되며, 측정 역률 95[%]는 기준 90[%]보다 5[%] 높아 기본요금을 5[%] 깎는다.

기본요금 = 3,000 × 6,490 × (1 − 0.05) = 18,496,500[원]

전력량요금 = 540,000 × 89 = 48,060,000[원]
총액 = 18,496,500 + 48,060,000 = 66,556,500[원]

① 16

② 20

[해설]

한국전기설비규정(KEC)의 저압전로 중 전동기 보호용 과전류보호장치 시설 기준에서 정한 생략 조건이다.

단상 전동기는 전원 측 과전류차단기의 정격전류가 16[A] 이하, 배선용 차단기라면 20[A] 이하일 때 과부하 보호장치를 생략할 수 있다. 이 정도 정격이면 차단기 자체가 과부하 보호를 겸하기 때문이다.

혼동 주의: 과전류차단기는 16[A], 배선용 차단기는 20[A]로 값이 다르다. 정격출력 기준인 0.2[kW]와도 구분한다.

(1) 116.67[V]

(2) 83.33[V]

[해설]

중성선이 끊기면 두 부하가 200[V]에 직렬로 걸리고, 전압은 저항비로 나뉜다. 역률이 1이므로 각 부하를 정격 100[V] 기준 저항 R=V²/P로 바꾼다.

두 부하의 저항은 다음과 같다.
$R_A=\dfrac{100^2}{500}=20\,[\Omega]$
$R_B=\dfrac{100^2}{700}=\dfrac{100}{7}\approx14.29\,[\Omega]$

부하 A는 용량이 작아 저항이 크므로 전압이 더 걸린다.
$V_A=\dfrac{20}{20+100/7}\times200$ = 116.67[V]

부하 B에는 나머지 전압이 걸린다.
$V_B=\dfrac{100/7}{20+100/7}\times200$ = 83.33[V]

실무 의미: 용량이 작은 부하에 정격을 넘는 전압이 걸려 소손될 수 있다. 그래서 단상 3선식 중성선에는 과전류차단기를 시설하지 않는다.

① 갭형 피뢰기

② 갭리스형 피뢰기

③ 밸브형 피뢰기

④ 저항형 피뢰기

[해설]

피뢰기는 직렬 갭과 특성요소로 이루어지며, 구조로 나눌 때는 갭이 있는지와 특성요소가 어떻게 동작하는지가 기준이 된다.

• 갭형 — 직렬 갭과 특성요소(탄화규소 SiC 등)를 함께 갖추고, 이상전압이 들어오면 갭이 방전한다.
• 갭리스형 — 직렬 갭 없이 산화아연(ZnO) 소자만으로 만들어 크기가 작고, 현재 배전용으로 가장 많이 쓴다.
• 밸브형 — 특성요소의 저항이 전압에 따라 크게 변해 밸브처럼 전류를 여닫는다.
• 저항형 — 저항체를 특성요소로 써서 방전전류를 제한한다.

혼동 주의: 성능별 분류를 물으면 답이 밸브형·밸브저항형·방출형·자기소호형·전류제한형으로 바뀐다.

(1) 10[mm²]

(2) 계산값 14.18[mm²] → 규격 굵기 16[mm²] 선정

(3) ① 0[A], ② 50[A], ③ 50[A]

[해설]

(1) 허용전류로 고르는 굵기

[표 1]의 허용전류는 기중 주위온도 30[℃] 기준이다. 현장 주위온도가 40[℃]이므로 [표 2]에서 XLPE 절연의 보정계수 0.91을 읽어 케이블이 실제로 견뎌야 할 전류로 환산한다.

$I' = \dfrac{I}{k} = \dfrac{50}{0.91} = 54.95\,[\mathrm{A}]$

[표 1]의 공사방법 B2, 3상 열에서 54.95[A] 이상이 되는 첫 단계는 10[mm²]의 60[A]이다(6[mm²]는 44[A]로 부족). 따라서 10[mm²]을 고른다.

(2) 전압강하로 고르는 굵기

3상 3선식의 전선 단면적 약산식을 쓴다. 그림에서 회로전압이 380[V]이므로 허용 전압강하는 $e = 380 \times 0.02 = 7.6\,[\mathrm{V}]$ 이다.

$A = \dfrac{30.8\,L\,I}{1{,}000\,e} = \dfrac{30.8 \times 70 \times 50}{1{,}000 \times 7.6} = \mathbf{14.18}\,[\mathrm{mm^2}]$

계산값 14.18[mm²]보다 큰 규격 굵기는 16[mm²]이므로 16[mm²]을 선정한다. 허용전류로 구한 10[mm²]보다 크므로 실제 시공 굵기는 두 조건을 모두 만족하는 16[mm²]가 된다.

(3) 클램프미터의 지시

클램프미터는 물고 있는 전선들의 전류를 벡터로 합한 값을 지시한다. 평형 3상이므로 세 선전류는 크기가 같고 위상이 120°씩 벌어져 있다.

$\dot{I}_1 = 50\angle 0^\circ,\quad \dot{I}_2 = 50\angle -120^\circ,\quad \dot{I}_3 = 50\angle 120^\circ$

① 세 선을 모두 물었으므로 $|\dot{I}_1 + \dot{I}_2 + \dot{I}_3| = \mathbf{0}\,[\mathrm{A}]$ — 평형 3상의 벡터합은 0이다.

② 두 선을 물었으므로 나머지 한 선의 전류와 크기가 같아진다. $\dot{I}_2 + \dot{I}_3 = -\dot{I}_1$ 이므로 지시는 50[A]이다.

③ 한 선만 물었으므로 그 선의 선전류 그대로 50[A]이다.

①가 0이 되는 성질이 바로 누전 점검의 원리다. 세 선(또는 단상의 두 선)을 함께 물었을 때 0이 아닌 값이 나오면 그만큼이 대지로 새는 전류다.

32.7[%]

[해설]

일 부하율은 평균수용전력을 최대수용전력으로 나눈 값이다. 수전설비 용량이 [kVA]로 주어졌으므로 평균역률 0.8을 곱해 [kW]로 바꾼 값을 최대수용전력으로 쓴다.

하루 사용전력량(75[kW] 구간은 24 − 13 = 11시간)
W = 240×5 + 100×8 + 75×11 = 2,825[kWh]

평균수용전력 = 2,825 ÷ 24 = 117.71[kW]
최대수용전력 = 450 × 0.8 = 360[kW]

일 부하율 = 117.71 ÷ 360 × 100 = 32.7[%]

혼동 주의: 450[kVA]를 쓰지 않고 실제 최대부하 240[kW]로 나누면 49.05[%]가 나온다. 이 문항은 설비 용량과 역률 조건을 모두 쓰는 풀이를 요구한다.

(1) 직입기동

(2) 직입기동

[해설]

보기 가운데 직입기동만 정격전압을 그대로 걸고, 나머지 셋은 기동할 때 전동기에 걸리는 전압을 낮춘다.

기동전류는 전압에 비례(I_s ∝ V)하므로 전압을 낮추지 않는 직입기동이 가장 크고, 전부하 전류의 5~7배에 이른다. 기동토크는 전압의 제곱에 비례(T_s ∝ V²)하므로 토크도 직입기동이 가장 크다.

혼동 주의: Y-△ 기동은 기동전류와 기동토크가 모두 직입기동의 1/3로 줄어든다. 즉 전류를 줄이면 토크도 함께 줄어든다.