2022년 전기산업기사실기(필답형) 1회차

① 합성수지몰드공사

② 금속몰드공사

[해설]

한국전기설비규정(KEC)은 배선설비를 전선을 담는 구조물의 형태에 따라 전선관시스템·케이블트렁킹시스템·케이블덕팅시스템·애자공사·케이블트레이시스템·케이블공사로 분류한다.

케이블트렁킹시스템은 본체와 커버가 나뉘어 커버를 열고 전선을 넣을 수 있는 구조를 말하며, 여기에 합성수지몰드공사, 금속몰드공사, 금속트렁킹공사가 속한다. 반면 케이블덕팅시스템은 본체와 커버가 하나로 되어 있어 관 끝에서 전선을 넣는 구조로, 플로어덕트·셀룰러덕트·금속덕트공사가 여기에 든다. 두 계통을 가르는 기준이 "커버를 열 수 있는가"라는 점을 기억하면 헷갈리지 않는다.

분류표 전체는 다음과 같다.

a : 금속본체와 커버가 별도로 구성되어 커버를 개폐할 수 있는 금속덕트공사를 말한다.

b : 본체와 커버 구분 없이 하나로 구성된 금속덕트공사를 말한다.

90[A]

[해설]

부동 충전 방식에서 정류기는 ① 축전지의 자기방전을 메우는 충전전류와 ② 부하가 상시 소비하는 전류를 동시에 공급한다. 따라서 정류기 출력전류는 두 전류의 합이다.

정류기 출력전류 = (축전지 정격용량 ÷ 표준 방전율) + 상시 부하전류

연축전지의 표준 방전율은 10시간율이므로 축전지 몫은

$I_1=\dfrac{100}{10}=10\,[\mathrm{A}]$

부하 몫은 $I_2=80\,[\mathrm{A}]$ 이므로

$I=10+80=90\,[\mathrm{A}]$

∴ 90[A]

참고로 알칼리축전지는 표준 방전율이 5시간율이므로 같은 용량이라도 축전지 몫이 달라진다. 회로로 그리면 정류기 출력이 축전지 가지와 부하 가지로 나뉘는 병렬 구조가 된다.

(1) 11.67[kVA]

(2) 257.96[μF]

[해설]

역률 개선용 콘덴서 용량은 개선 전후 무효전력의 차와 같다. 역률 0.6이면 sinθ = 0.8이고, 역률 0.8이면 sinθ = 0.6이다.

Q_c = P(tanθ₁ − tanθ₂)
= 20 × (0.8/0.6 − 0.6/0.8) = 20 × (1.3333 − 0.75)
= 11.67[kVA]

Δ 결선에서는 콘덴서 한 상에 선간전압이 그대로 걸리므로 3상 용량은 Q_c = 3ωCV²이다.

C = Q_c ÷ (3 × 2πf × V²)
= 11.67×10³ ÷ (3 × 2π × 60 × 200²)
= 2.5796×10⁻⁴[F] = 257.96[μF]

혼동 주의: Y 결선이면 상전압이 V/√3로 줄어 Q_c = ωCV²가 된다. 따라서 같은 용량을 내려면 정전용량이 3배 필요하다.

1,771.86[lm]

[해설]

광속발산도는 발광면 1[cm²]에서 나오는 광속이다. 여기에 발광면적을 곱하면 기구 밖으로 나오는 광속이 되고, 이를 기구 효율로 나누면 전구가 내야 할 광속이 된다.

반구 발광면적 A = πD² ÷ 2 = π × 30² ÷ 2 = 1,413.72[cm²]
기구 광속 F = R × A = 0.94 × 1,413.72 = 1,328.89[lm]
전구 광속 F₀ = F ÷ η = 1,328.89 ÷ 0.75 = 1,771.86[lm]

완전확산면에서는 R = πB가 성립하므로, 휘도 0.3[cd/cm²]를 넣으면 R = π × 0.3 ≒ 0.94[lm/cm²]로 주어진 조건과 맞는다.

① 설계감리일지

② 설계감리지시부

③ 설계감리기록부

④ 설계감리요청서

⑤ 설계자와 협의사항 기록부

[해설]

「설계감리업무 수행지침」은 책임 설계감리원이 설계감리의 기성·준공을 처리할 때 발주자에게 제출할 준공 서류를 정해 두고 있으며, 그 가운데 감리기록 서류가 위의 5가지다.

· 설계감리일지 — 날짜별 설계감리 수행 내용을 기록

· 설계감리지시부 — 설계자에게 내린 지시 사항을 기록

· 설계감리기록부 — 검토 결과와 조치 내용을 정리한 기록

· 설계감리요청서 — 설계자가 설계감리를 요청한 문서

· 설계자와 협의사항 기록부 — 설계자와 협의한 내용을 기록

다섯 서류가 모두 "기록"의 성격을 가진다는 점이 묶어서 외우는 열쇠다. 준공 서류에는 이 밖에 설계감리 결과보고서, 설계도서 등도 포함되지만 감리기록 서류로 분류되지는 않는다.

1,529.71[V]

[해설]

통신선에 생기는 전자 유도 전압은 세 상 전류의 벡터 합(영상전류의 3배)에 상호 임피던스를 곱한 값이다. 세 상 전류가 평형이면 합이 0이라 전압이 유도되지 않는다.

E_m = Z_m × |I_a + I_b + I_c|
I_a + I_b + I_c = (220 − 150 − 50) + j(50 − 300 + 150) = 20 − j100[A]
E_m = 15 × √(20² + 100²) = 15 × 101.98 = 1,529.71[V]

크기만 묻기 때문에 −jωM을 곱할 때 생기는 위상 회전은 결과에 영향을 주지 않는다.

(1) 부하개폐기(LBS)

(2) 50/5

(3) 6[A]

(4) 서지흡수기(SA)

[해설]

(1) 부하개폐기(LBS)는 정상 부하전류를 개폐할 수 있고, 한류형 전력퓨즈를 내장하거나 조합하면 퓨즈가 단락전류를 차단하도록 하여 인입구 개폐 겸 단락 보호를 맡는다. 자체로 단락전류를 차단하는 차단기와는 구분해야 한다.

(2) 도면의 변압기 뱅크는 500[kVA] 3대이므로 22.9[kV] 측 최대 부하전류는

$I_1=\dfrac{500\times 3}{\sqrt{3}\times 22.9}=37.82\,[\mathrm{A}]$

여유 125[%]를 주면

$37.82\times 1.25=47.27\,[\mathrm{A}]$

변류기 정격표에서 47.27[A] 바로 위의 1차 정격은 50[A]이므로 변류비는 50/5를 고른다.

(3) 한시 탭 전류는 변압기 정격전류의 150[%]를 변류비로 환산한 값이다.

$I_{tap}=37.82\times 1.5\times\dfrac{5}{50}=5.67\,[\mathrm{A}]$

5.67[A]를 넘는 가장 가까운 탭이 답이므로 6[A]를 선정한다. 탭 값은 계산값보다 작으면 정상 부하에서도 오동작하므로 반드시 위쪽 값을 잡는다.

(4) 도면에서 차단기 2차 측 모선에 분기되어 대지로 접속된 기기가 서지흡수기(SA)이다. 개폐서지·순간 과도전압을 흡수해 몰드변압기 등 2차 기기의 절연을 지킨다. 뇌서지를 대지로 방류하는 피뢰기(LA)와는 목적·설치 위치가 다르다.

(1) 10.01[kW]

(2) 11.78[kVA]

(3) 84.97[%]

[해설]

(1) 2전력계법에서 3상 유효전력은 두 전력계 지시값의 대수합이다.

$P=W_1+W_2=6.24+3.77=10.01\,[\mathrm{kW}]$

∴ 10.01[kW]

(2) 피상전력은 전력계가 아니라 전압계·전류계의 지시값으로 구한다.

$P_a=\sqrt{3}\,VI=\sqrt{3}\times 200\times 34\times 10^{-3}=11.78\,[\mathrm{kVA}]$

∴ 11.78[kVA]

(3) 역률은 유효전력을 피상전력으로 나눈 값이다.

$\cos\theta=\dfrac{P}{P_a}\times 100=\dfrac{10.01}{11.78}\times 100=84.97\,[\%]$

∴ 84.97[%]

2전력계법에는 $P_a=2\sqrt{W_1^{2}+W_2^{2}-W_1W_2}$ 라는 공식도 있으나, 이 문제처럼 전압계·전류계 지시값이 함께 주어져 있으면 $P_a=\sqrt{3}\,VI$ 로 구하는 것이 출제 의도다. 두 식은 측정 오차가 없다면 같은 값을 준다.

(1) 차단기 투입 코일

(2) 차단기 트립 코일

[해설]

자동제어 기구번호에서 52는 교류 차단기를 뜻한다. 뒤에 붙은 영문자는 그 차단기에 딸린 요소를 구별한다.

• 52C — C는 close(투입)이므로 차단기 투입 코일이다.
• 52T — T는 trip(개방)이므로 차단기 트립 코일이다.

혼동 주의: 52X·52Y는 차단기 보조계전기다. 51은 교류 과전류 계전기, 27은 부족전압 계전기다.

-25[%]

[해설]

비오차는 공칭변류비가 측정변류비에서 벗어난 정도를 측정변류비 기준의 백분율로 나타낸 값이다.

ε = (K_n − K) ÷ K × 100[%]
K_n = 150 ÷ 5 = 30, K = 400 ÷ 10 = 40
ε = (30 − 40) ÷ 40 × 100 = −25[%]

공칭변류비가 측정변류비보다 작으면 비오차는 음(−)의 값이 되므로, 부호까지 적어야 완결된 답이다.

(1)

P001 a접점과 M001 a접점을 병렬로 묶은 블록, P002 b접점과 M000 a접점을 병렬로 묶은 블록을 서로 직렬로 이은 뒤 출력 코일 P017을 달아 우측 모선에 접속한 회로

(2)

P001 a접점과 M001 a접점을 직렬로 이은 가지, P002 b접점과 M000 a접점을 직렬로 이은 가지를 서로 병렬로 묶은 뒤 출력 코일 P017을 달아 우측 모선에 접속한 회로

[해설]

LOAD·LOAD NOT은 새 블록을 여는 명령이므로, 프로그램 안에 LOAD 계열이 두 번 나오면 독립된 블록이 두 개 만들어진 것이다. 이 두 블록을 마지막에 어떻게 묶는지를 지정하는 것이 AND LOAD(직렬 결합)와 OR LOAD(병렬 결합)이다.

(1) LOAD P001 → OR M001 로 첫 블록 $(P001+M001)$ 이 만들어지고, LOAD NOT P002 → OR M000 으로 둘째 블록 $(\overline{P002}+M000)$ 이 만들어진다. AND LOAD가 두 블록을 직렬로 결합하므로

$X=(P001+M001)\cdot(\overline{P002}+M000)$

즉 병렬 블록 두 개를 직렬로 이은 래더가 된다. LOAD NOT으로 시작한 P002는 b접점으로 그린다.

(2) LOAD P001 → AND M001 로 첫 블록 $P001\cdot M001$, LOAD NOT P002 → AND M000 으로 둘째 블록 $\overline{P002}\cdot M000$ 이 만들어지고 OR LOAD가 이를 병렬로 결합하므로

$X=P001\cdot M001+\overline{P002}\cdot M000$

즉 직렬 가지 두 개를 병렬로 묶은 래더가 된다.

명령어와 래더 기호의 대응은 다음과 같다.

4[A]

[해설]

과전류 계전기는 변류기 2차 측에 붙으므로, 1차 부하전류를 변류비로 나눠 2차 값으로 바꾼 뒤 동작 배수 1.2(120[%])를 곱한다.

I_tap = 부하전류 × (5/60) × 1.2
= 40 × 5/60 × 1.2
= 4[A]

혼동 주의: 계산값이 표준 탭과 딱 맞지 않으면 정상 부하에서 오동작하지 않도록 계산값보다 큰 쪽의 탭을 고른다.

20배

[해설]

단락전류는 %임피던스에 반비례하며, %임피던스는 %저항과 %리액턴스를 직각으로 합성해 구한다.

%Z = √(%R² + %X²) = √(3² + 4²) = 5[%]
I_s = (100 ÷ %Z) × I_n = (100 ÷ 5) × I_n = 20I_n

배수만 묻기 때문에 용량 150[kVA]와 전압 22.9[kV]/220[V]는 계산에 쓰이지 않는다.

11[Ω]

[해설]

3점 측정법에서는 두 접지극 사이를 재면 두 극의 접지저항을 더한 값이 나온다. 따라서 E–A 35[Ω]은 R_E+R_A, A–B 53[Ω]은 R_A+R_B, B–E 40[Ω]은 R_B+R_E이다.

E가 들어간 두 측정값을 더하고 E가 빠진 측정값을 빼면 R_A와 R_B가 지워진다.
R_E = ½(R_EA + R_BE − R_AB) = ½(35 + 40 − 53) = 11[Ω]

검산: 같은 방법으로 구하면 R_A = 24[Ω], R_B = 29[Ω]이다. 이 값들을 두 개씩 더하면 세 측정값 35·53·40[Ω]이 그대로 나온다.

(1)

A와 B를 2입력 OR 게이트에 넣고, C는 NOT 게이트로 반전한 뒤, 두 출력을 2입력 AND 게이트에 넣어 X를 얻는 회로

(2)

A와 B를 첫째 2입력 NOR 게이트에 넣고, 그 출력과 C를 둘째 2입력 NOR 게이트에 넣어 X를 얻는 회로(NOR 게이트 2개)

[해설]

(1) 논리식 $X=(A+B)\cdot\overline{C}$ 는 괄호 안의 논리합이 OR 게이트, $\overline{C}$ 가 NOT 게이트, 두 항의 논리곱이 AND 게이트에 대응한다. 게이트 순서는 식의 계산 순서와 같다.

(2) NOR만으로 바꿀 때는 이중부정과 드모르간 정리를 쓴다.

$X=(A+B)\cdot\overline{C}=\overline{\overline{(A+B)\cdot\overline{C}}}=\overline{\overline{(A+B)}+C}$

안쪽 $\overline{A+B}$ 가 A, B를 받는 첫째 NOR 게이트이고, 그 결과와 C의 논리합을 다시 부정한 $\overline{\overline{(A+B)}+C}$ 가 둘째 NOR 게이트이다. 즉 2입력 NOR 두 개면 충분하다.

진리표로 확인하면 $(A+B)\cdot\overline{C}$ 와 위 NOR 2단 구성은 A, B, C의 8가지 조합에서 모두 같은 출력을 낸다.

AND·OR를 부정 게이트로 바꿔 쓰는 다음 등가 기호를 외워 두면 변환이 빠르다.

1,250[cd]

[해설]

광도는 단위 입체각당 광속이므로 원형면을 향한 원뿔의 입체각부터 구해야 한다.

$I=\dfrac{F}{\omega},\qquad \omega=2\pi(1-\cos\theta)$

여기서 $\theta$ 는 원뿔의 반각이다. 높이 8[m], 밑면 반지름 $\dfrac{12}{2}=6\,[\mathrm{m}]$ 이므로 빗변은

$\sqrt{8^{2}+6^{2}}=10\,[\mathrm{m}]$

$\cos\theta=\dfrac{8}{10}=0.8$

따라서 입체각은

$\omega=2\times 3.14\times(1-0.8)=1.256\,[\mathrm{sr}]$

$I=\dfrac{1{,}570}{1.256}=1{,}250\,[\mathrm{cd}]$

∴ 1,250[cd]

입체각을 밑면의 넓이를 거리의 제곱으로 나눈 값($\omega=\dfrac{A}{r^{2}}$)으로 잡으면 원뿔이 아니라 구면 일부를 가정한 근사가 되어 답이 달라진다. 원뿔의 입체각은 반드시 $2\pi(1-\cos\theta)$ 로 계산한다.

(1) 저독성 난연 폴리올레핀 절연전선

(2) EP 고무절연 클로로프렌 캡타이어 케이블

[해설]

전선 약호는 절연체·외장 재료의 머리글자를 조합한 것이고, 괄호 속 수치는 정격전압이다.

• HFIO — 저독성 난연 폴리올레핀 절연전선으로, 할로겐 프리(HF) 재료라 불이 났을 때 유독가스와 연기가 적게 나온다.
• PNCT — EP 고무절연 클로로프렌 캡타이어 케이블로, P는 EP 고무 절연체, N은 클로로프렌 외장, CT는 캡타이어를 뜻한다.

혼동 주의: HFIX는 저독성 난연 '가교' 폴리올레핀 절연전선으로, HFIO와 절연체가 다르다.

1,732.05[kVA]

[해설]

단상 변압기가 4대면 Δ-Δ 2뱅크(6대 필요)를 만들 수 없다. 그래서 2대씩 묶어 V결선 2뱅크로 운전하는 것이 최대 출력이다.

V결선 1뱅크 출력 P_V = √3 × 500 = 866.03[kVA]
2뱅크 출력 P = 2 × √3 × 500 = 1,732.05[kVA]

혼동 주의: 4대 총용량은 2,000[kVA]이지만 V결선 이용률이 √3/2 ≈ 0.866이라 실제 3상 출력은 1,732.05[kVA]에 그친다.

(1) 절연저항계(메거)

(2) 휘트스톤 브리지

(3) 콜라우시 브리지

(4) 후크온 미터(클램프 미터)

(5) 접지저항계(어스 테스터)

(6) 절연저항계(메거)

[해설]

측정 대상의 저항 크기와 직류를 흘려도 되는가가 계측기 선택의 갈림길이다.

(1) 변압기 권선과 대지 사이의 절연저항은 [MΩ] 급의 고저항이므로 직류 고전압을 걸어 재는 절연저항계(절연 저항계, 메거)를 쓴다.

(2) 검류계의 내부저항은 수 [Ω]~수백 [Ω]의 중저항이어서, 4개의 저항 변을 평형시켜 미지 저항을 구하는 휘트스톤 브리지가 적합하다.

(3) 전해액은 직류를 흘리면 분극·전기 분해가 일어나 값이 흔들리므로 직류 브리지를 쓸 수 없다. 가청 주파수의 교류 전원과 수화기를 쓰는 콜라우시 브리지로 측정한다. 축전지 내부저항도 같은 이유로 콜라우시 브리지를 쓴다.

(4) 운전 중인 배전선의 전류는 선로를 끊지 않고 도체를 물어 재야 하므로 자기장을 이용하는 후크온 미터(클램프 미터)를 쓴다.

(5) 접지극의 접지저항은 보조 접지극 2개를 박고 전위 강하법으로 재는 접지저항계(접지 저항계, 어스 테스터)로 구한다. 대지를 통한 측정이어서 교류를 쓰는 콜라우시 브리지법으로 답해도 정답으로 인정된다.

(6) 절연 재료의 고유저항(체적저항률)은 절연저항과 같은 고저항 영역이므로 절연저항계(메거)로 측정한다.