18-1
지중전선로는 케이블을 써서 관로식·암거식·직접 매설식 중 한 가지로 시설한다. 이 가운데 관로식으로 시설하는 경우와, 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 곳에 직접 매설식으로 시설하는 경우의 케이블 매설 깊이 기준을 아래 표의 빈칸에 쓰시오.
| 시설 방법 | 매설 깊이 |
| 관로식 | ( ① ) |
| 직접 매설식 | ( ② ) |
① 1.0[m] 이상
② 1.0[m] 이상
[해설]
현행 한국전기설비규정(KEC)의 지중전선로 시설 기준은 다음과 같다.
| 시설 방법 | 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 곳 | 그 밖의 곳 |
| 관로식 | 1.0[m] 이상 | 0.6[m] 이상 |
| 직접 매설식 | 1.0[m] 이상 | 0.6[m] 이상 |
암거식은 견고한 구조물 안에 케이블을 넣으므로 매설 깊이 기준 대신 구조물의 견고성과 차폐·방화 조치가 요구된다. 직접 매설식의 깊이를 1.2[m] 이상으로 적어 둔 자료가 아직 남아 있으나 이는 규정이 개정되기 전의 값이고, 현재는 관로식과 마찬가지로 1.0[m] 이상이다.
18-1
어느 수용가가 역률(지상) 80[%]로 100[kW]를 쓰고 있었는데, 여기에 역률(지상) 60[%]인 70[kW]의 부하를 새로 이어 붙였다. 이 상태에서 합성 역률을 90[%]까지 끌어올리려면 전력용 콘덴서 용량이 몇 [kVA] 필요한지 구하시오.
86.28[kVA]
[해설]
역률이 다른 부하가 섞여 있으면 유효전력과 무효전력을 따로 합산해 합성 역률을 먼저 구한다.
P = 100 + 70 = 170[kW]
Q = 100×0.6/0.8 + 70×0.8/0.6 = 75 + 93.33 = 168.33[kVar]
cosθ1 = 170/√(1702 + 168.332) ≒ 0.71
Qc = P(tanθ1 − tanθ2)
= 170×(0.9918 − 0.4843)
= 86.28[kVA]
혼동 주의: 합성 역률을 0.71로 반올림하지 않고 Q − P·tanθ2로 바로 계산하면 약 86.00[kVA]가 나온다.
18-1
논리식 에 대하여 다음 물음에 답하시오.
(1) 이 식을 그대로 나타내는 논리회로를 그리시오.
(2) (1)의 회로를 2입력 NAND 소자만으로 바꾸어 그리시오.
(1)
A를 NOT 게이트로 반전해 를 만들고, 이를 B와 함께 2입력 AND에 넣은 뒤 그 출력과 C를 2입력 OR에 넣으면 출력이 X가 된다.
(2)
NAND1은 두 입력을 모두 A에 묶어 를, NAND3은 두 입력을 모두 C에 묶어 를 만든다. NAND2에 NAND1 출력과 B를 넣고, NAND4에 NAND2 출력과 NAND3 출력을 넣으면 그 출력이 X이다(2입력 NAND 4개).
[해설]
(1) 주어진 식은 (NOT), (AND), 그리고 C와의 합(OR) 세 단계로 이루어진다. 게이트 세 개를 그대로 이어 붙이면 된다.
(2) NAND만으로 바꿀 때는 식 전체에 이중 부정을 씌운 뒤 드 모르간의 정리를 적용한다.
마지막 형태는 “의 NAND”와 “C의 NAND”를 다시 NAND한 꼴이므로, 필요한 소자는 2입력 NAND 4개이다. 두 입력을 하나로 묶은 NAND는 인버터로 동작한다는 점()이 핵심이다.
기본 게이트를 NAND로 바꾸는 등가 관계는 다음과 같다.
검산: 로 원식이 그대로 복원되므로 회로 구성이 옳다.
18-1
분전반에서 25[m] 떨어진 자리에 단상 100[V]용 2[kW] 전열기를 금속관공사로 시설하려고 한다. 전압강하를 정격전압의 2[%] 이내로 억제하려면 전선의 굵기를 몇 [mm2]로 고르는 것이 적당한지 구하시오.
10[mm2]
[해설]
부하 전류
허용 전압강하
전선 단면적 — 교류 단상(단상 2선식)의 전압강하 계산식을 단면적에 대해 풀면 다음과 같다.
| 배전 방식 | 전선 단면적 |
| 단상 2선식 | |
| 3상 3선식 | |
| 단상 3선식 · 3상 4선식 |
계산값 8.9[mm2]는 규격품이 아니므로, 전선의 표준 단면적 1.5 · 2.5 · 4 · 6 · 10 · 16 · 25 · 35 … [mm2] 가운데 계산값 바로 위인 10[mm2]를 고른다. 계산값보다 작은 6[mm2]를 고르면 전압강하가 2[%]를 넘게 되므로 반드시 올려서 선정해야 한다.
18-1
아래 그림은 어느 수용가의 22.9[kV]급 수변전설비 단선 결선도이다. 물음에 답하시오.
(1) ①에 해당하는 심벌의 명칭과 용도를 쓰시오.
(2) ②에 해당하는 심벌의 명칭과 용도를 쓰시오.
(3) ③에 해당하는 심벌의 명칭과 용도를 쓰시오.
(4) ④부터 ⑫까지의 심벌 명칭을 각각 쓰시오.
(1) 케이블 헤드(CH) — 가공 전선과 케이블의 말단을 접속하는 단말 처리 장치
(2) 단로기(DS) — 무부하 상태에서 회로를 열고 닫아 피뢰기를 전로로부터 완전히 분리한다.
(3) 피뢰기(LA) — 이상전압이 침입하면 이를 대지로 방전시키고, 방전 후에 이어지는 속류를 차단해 기기를 보호한다.
(4) ④ 최대 수요 전력량계 ⑤ 무효 전력량계 ⑥ 지락 과전압 계전기 ⑦ 전력 퓨즈 ⑧ 차단기 ⑨ 과전류 계전기 ⑩ 지락 과전류 계전기 ⑪ 전류계용 전환 개폐기 ⑫ 전압계용 전환 개폐기
[해설]
인입점부터 부하 측까지 결선도를 따라 내려가며 각 기기의 자리를 읽으면 명칭이 정해진다.
| 번호 | 명칭(약호) | 역할 |
| ① | 케이블 헤드(CH) | 가공 전선과 지중 케이블의 접속점을 처리해 전계를 완화하고 절연을 유지 |
| ② | 단로기(DS) | 부하 전류가 없는 상태에서 회로를 개폐, 피뢰기 점검 시 전로에서 분리 |
| ③ | 피뢰기(LA) | 뇌·개폐 서지를 대지로 방전시키고 속류를 차단 |
| ④ | 최대 수요 전력량계(DM) | 일정 기간의 최대 수요 전력을 계량 |
| ⑤ | 무효 전력량계(VAR) | 부하가 소비한 무효 전력량을 계량 |
| ⑥ | 지락 과전압 계전기(OVGR) | 지락 시 나타나는 영상전압을 검출해 차단기를 동작시킴 |
| ⑦ | 전력 퓨즈(PF) | 계기용 변압기 회로의 단락 보호 |
| ⑧ | 차단기(CB) | 부하 전류의 개폐와 사고 전류의 차단 |
| ⑨ | 과전류 계전기(OCR) | 정정값을 넘는 과전류가 흐르면 차단기를 트립시킴 |
| ⑩ | 지락 과전류 계전기(OCGR) | 지락 사고 시 영상전류를 검출해 차단기를 트립시킴 |
| ⑪ | 전류계용 전환 개폐기(AS) | 전류계 한 대로 3상 각 상의 전류를 돌려가며 측정 |
| ⑫ | 전압계용 전환 개폐기(VS) | 전압계 한 대로 각 선간전압을 돌려가며 측정 |
②와 ③이 짝을 이루는 이유를 기억해 두면 좋다. 피뢰기는 활선 상태에서 점검할 수 없으므로 바로 앞에 단로기를 두어 전로에서 떼어낼 수 있게 한다. 또 ⑨·⑩은 변류기(CT) 2차 회로에, ⑥은 접지형 계기용 변압기 회로에 붙는다는 점에서 결선 위치로 서로를 구분할 수 있다.
18-1
지표면보다 15[m] 높은 곳에 놓인 수조로 매시간 5,000[m3]의 물을 퍼 올리려고 한다. 이 양수에 쓰이는 펌프 구동용 전동기의 용량은 몇 [kW]가 되어야 하는지 구하시오.
(단, 펌프 효율은 55[%], 여유계수는 1.1로 본다.)
408.5[kW]
[해설]
양수량을 [m3/min] 단위로 두면 펌프용 전동기 용량은 P = QH/(6.12η) × K로 구한다.
Q = 5,000/60 = 83.33[m3/min]
P = (83.33×15)/(6.12×0.55) × 1.1
= 371.36 × 1.1 = 408.5[kW]
혼동 주의: 양수량을 [m3/s]로 두면 상수 6.12 대신 9.8을 곱하는 식(P = 9.8QH/η × K)을 쓴다.
18-1
정격출력 300[W]에 변환효율이 20[%]인 모듈로 12[kW] 규모의 태양광 발전설비를 계획하고 있다. 모듈을 놓는 데 들어가는 면적의 최솟값은 몇 [m2]인지 산정하시오.
(단, 일사강도는 1,000[W/m2]로 보고, 어레이 사이의 이격 거리는 셈에 넣지 않는다.)
60[m2]
[해설]
모듈 출력은 일사강도 × 면적 × 변환효율이다. 따라서 모듈 1장의 면적을 구하고 필요한 장수를 곱한다.
모듈 1장 면적 = 300 / (1,000 × 0.2) = 1.5[m2]
모듈 수 = 12,000 / 300 = 40[장]
총 면적 = 40 × 1.5 = 60[m2]
이격 거리를 빼라는 조건이 있으므로 모듈이 차지하는 순수 면적이 최솟값이다. 실제 부지는 그림자를 피하는 이격 거리와 점검 통로만큼 더 넓어진다.
18-1
어느 옥내배선이 단상 2선식 200[V]이고, 여기에 등당 소비전력 40[W]·역률 80[%]인 형광등 160개가 달린다. 이 부하를 용량 16[A]짜리 분기회로로 나누어 공급하려 할 때 회선이 최소 몇 개 있어야 하는지 구하시오.
(단, 회로 하나가 받는 부하전류는 그 분기회로 용량의 80[%]까지로 제한하며, 수용률은 100[%]를 적용한다.)
16[A] 분기회로 4회로
[해설]
형광등의 소비전력은 유효전력이므로 역률로 나누어 피상전력으로 바꾼 뒤, 분기회로 하나가 감당하는 용량(정격의 80[%])으로 나눈다.
부하 피상전력 = 40×160/0.8 = 8,000[VA]
회로당 용량 = 200×16×0.8 = 2,560[VA]
n = 8,000/2,560 = 3.125 → 올림하여 4회로
혼동 주의: 역률을 빼고 6,400[VA]로 계산하면 2.5가 되어 3회로라는 오답이 나온다. 회로 수는 모자라면 안 되므로 소수점은 항상 올림한다.
예비전원설비를 축전지 설비로 꾸미려고 한다. 다음 물음에 답하시오.
(1) 연축전지(납축전지)와 견주었을 때 알칼리 축전지가 갖는 장점과 단점을 각각 1가지씩 쓰시오.
(2) 연축전지와 알칼리 축전지의 셀당 공칭전압은 각각 몇 [V/cell]인가?
(3) 축전지의 일상 충전 방식 가운데 가장 널리 쓰이는 부동충전방식이 어떤 방식인지 설명하시오.
(4) 표준전압 100[V], 정격용량 200[Ah]인 연축전지로 부동충전 방식을 꾸미고 상시부하에 전력을 공급한다. 상시부하가 10[kW]인 경우와 15[kW]인 경우의 충전기 2차 전류[A]를 각각 구하시오. (단, 상시부하 역률은 1로 본다.)
(1) 장점 — 과충전·과방전 같은 가혹한 사용에 잘 견디고 수명이 길다.
단점 — 셀당 공칭전압이 낮아 같은 전압을 얻는 데 셀 수가 많이 들고 값이 비싸다.
(2) 연축전지 2.0[V/cell], 알칼리 축전지 1.2[V/cell]
(3) 축전지와 충전기를 부하에 병렬로 접속해 두고, 평상시 상시부하는 충전기가 공급하면서 축전지의 자기방전분만 보충해 주다가, 충전기가 감당하기 어려운 일시적인 대전류 부하가 걸리면 그 몫을 축전지가 부담하도록 하는 충전 방식
(4) 상시부하 10[kW]일 때 120[A], 15[kW]일 때 170[A]
[해설]
(1) 알칼리 축전지는 전극이 소결식·포켓식으로 견고해 과충전·과방전에 강하고 수명이 길며 급속 충전이 가능한 반면, 셀당 전압이 낮아 같은 전압을 만들려면 셀 수가 늘고 값이 비싸다. 진동·충격에 강하다는 것도 장점이고, 같은 용량에서 부피가 크다는 것도 단점으로 인정된다. 장·단점 각 1가지만 정확히 쓰면 된다.
(2) 공칭전압은 연축전지 2.0[V/cell], 알칼리 축전지 1.2[V/cell]이다. 같은 100[V]를 얻으려면 연축전지는 약 50셀, 알칼리 축전지는 약 80셀이 필요해 셀 수 차이가 크다. 공칭방전율(정격 방전 시간)은 연축전지 10[h], 알칼리 축전지 5[h]로 함께 외워 둔다.
(3) 부동충전은 충전기와 축전지를 부하에 병렬로 연결해 두는 방식으로, 상용 부하는 충전기가 부담하고 축전지는 자기 방전 보충분만 받다가 순간적인 대전류만 분담한다. 축전지가 늘 완전 충전 상태에 가까워 정전 시 곧바로 전 용량을 낼 수 있다.
(4) 충전기 2차 전류는 '축전지를 되채우는 전류 + 상시부하로 나가는 전류'다. 연축전지이므로 공칭(정격)방전율에 10[h]를 넣는다.
상시부하 10[kW]일 때 120[A]
상시부하 15[kW]일 때 170[A]
역률을 1로 본다는 조건 덕분에 상시부하 [kW]를 그대로 [kVA]로 쓸 수 있다. 알칼리 축전지였다면 정격방전율이 5시간율이므로 앞 항이 로 달라진다.
18-1
아래 그림은 3상 154[kV] 계통의 단선도이다. 주어진 [조건]을 이용하여, 점 F에서 3상 단락이 일어났을 때의 값들을 기준용량 100[MVA]·기준전압 154[kV]로 환산하여 구하시오.
[조건]
| 구분 | 용량 | %임피던스 | 비고 |
| 발전기 G1 | 20[MVA] | 30[%] | |
| 발전기 G2 | 5[MVA] | 30[%] | |
| 변압기 T1 | 20[MVA] | 10[%] | 11/154[kV] |
| 변압기 T2 | 5[MVA] | 10[%] | 6.6/154[kV] |
| 송전선로 | 20[MVA] | 5[%] | 154[kV] |
(1) 기준전압 154[kV], 기준용량 100[MVA]에 대한 정격전류 [A]
(2) 발전기·변압기·송전선로의 %임피던스를 기준용량으로 환산한 값
(3) 점 F에서 본 합성 %임피던스
(4) 점 F의 3상 단락전류 [A]
(5) 점 F에 시설할 차단기의 차단용량[MVA]
(1) 374.9[A]
(2) , , , ,
(3) 185[%]
(4) 202.65[A]
(5) 59.67[MVA]
[해설]
%임피던스법에서는 각 기기의 %Z를 모두 기준용량 100[MVA]로 환산하고 합성한 뒤 단락전류를 구한다.
기준 정격전류
환산은 로 한다.
합성할 때 G1·T1 갈래(200%)와 G2·T2 갈래(800%)는 모선에서 병렬로 묶이고, 송전선로는 여기에 직렬로 붙는다.
단락전류
차단용량에는 공칭전압 154[kV]가 아닌 정격전압 170[kV]를 대입한다.
혼동 주의: 는 계통의 단락용량이지 차단기의 차단용량이 아니다.
18-1
50[Hz] 계통에 맞추어 제작된 3상 유도전동기를 인가 전압은 그대로 둔 채 60[Hz] 계통에서 운전하려고 한다. 다음 항목이 각각 몇 배로 달라지는지 수치를 들어 설명하시오.
(1) 무부하 전류
(2) 온도 상승
(3) 회전 속도
(1) 5/6배로 감소한다.
(2) 5/6배로 감소한다.
(3) 6/5배로 증가한다.
[해설]
전압이 일정하면 E = 4.44fNφ에서 자속 φ ∝ 1/f가 된다. 동기속도 Ns = 120f/p는 주파수에 비례한다.
- 무부하 전류 — 대부분이 자속을 만드는 여자 전류여서 자속을 따라 50/60 = 5/6배로 감소한다.
- 온도 상승 — 자속이 줄어 철손이 감소하므로 주파수에 반비례해 5/6배로 감소한다.
- 회전 속도 — 동기속도가 주파수에 비례하므로 60/50 = 6/5배로 증가한다.
혼동 주의: 60[Hz]용 전동기를 50[Hz]에서 쓰면 배율이 뒤집혀 무부하 전류와 온도 상승이 6/5배로 커진다.
18-1
지상 3층 사무실 건물에서 3상 3선식 6,000[V]를 받아 200[V]로 낮추어 쓰는 설비를 갖추었다. 부하 내역이 아래 두 표와 같고 [조건]이 다음과 같을 때 물음에 답하시오.
[동력 부하 설비]
| 사용 목적 | 용량[kW] | 대수 | 상용 동력[kW] | 하계 동력[kW] | 동계 동력[kW] |
| 난방 설비 | |||||
| · 보일러 펌프 | 6.7 | 1 | 6.7 | ||
| · 오일 기어 펌프 | 0.4 | 1 | 0.4 | ||
| · 온수 순환 펌프 | 3.7 | 1 | 3.7 | ||
| 공기 조화 설비 | |||||
| · 1·2·3층 패키지 콤프레셔 | 7.5 | 6 | 45.0 | ||
| · 콤프레셔 팬 | 5.5 | 3 | 16.5 | ||
| · 냉각수 펌프 | 5.5 | 1 | 5.5 | ||
| · 쿨링 타워 | 1.5 | 1 | 1.5 | ||
| 급수·배수 설비 | |||||
| · 양수 펌프 | 3.7 | 1 | 3.7 | ||
| 기타 | |||||
| · 소화 펌프 | 5.5 | 1 | 5.5 | ||
| · 셔터 | 0.4 | 2 | 0.8 | ||
| 합계 | 26.5 | 52.0 | 10.8 |
[조명 및 콘센트 부하 설비]
| 사용 목적 | 와트수[W] | 설치 수량 | 환산 용량[VA] | 총 용량[VA] | 비고 |
| 전등 설비 | |||||
| · 수은등 A | 200 | 2 | 260 | 520 | 200[V] 고역률 |
| · 수은등 B | 100 | 8 | 140 | 1,120 | 100[V] 고역률 |
| · 형광등 | 40 | 820 | 55 | 45,100 | 200[V] 고역률 |
| · 백열 전등 | 60 | 20 | 60 | 1,200 | |
| 콘센트 설비 | |||||
| · 일반 콘센트 | 70 | 150 | 10,500 | 2P 16[A] | |
| · 환기팬용 콘센트 | 8 | 55 | 440 | ||
| · 히터용 콘센트 | 1,500 | 2 | 1,500 | 3,000 | |
| · 복사기용 콘센트 | 4 | 900 | 3,600 | ||
| · 텔레타이프용 콘센트 | 2 | 1,200 | 2,400 | ||
| · 룸 쿨러용 콘센트 | 6 | 1,200 | 7,200 | ||
| 기타 | |||||
| · 전화 교환용 정류기 | 1 | 800 | |||
| 합계 | 75,880 |
[조건]
· 역률은 동력 쪽을 모두 70[%]로, 그 밖의 것을 100[%]로 잡는다.
· 수용률 — 전등 60[%] / 콘센트 70[%] / 전화 교환용 정류기 100[%]
· 변압기 용량을 뽑을 때 여유율은 보지 않고, 답은 표준 규격 용량으로 낸다.
· 변압기 용량 산정에 쓰이는 동력 설비의 평균 수용률은 65[%]로 잡는다.
(1) 겨울철 난방 때 온수 순환 펌프는 쉬지 않고 돌며 보일러용 펌프와 오일 기어 펌프에는 55[%]의 수용률이 걸린다. 난방 동력의 수용 부하[kW]를 구하시오.
(2) 상용·하계·동계 동력의 피상전력[kVA]을 각각 구하시오.
(3) 이 건물이 갖추어야 할 전기 설비 용량[kVA]은 얼마를 기준으로 잡아야 하는가?
(4) 조명·콘센트 쪽을 맡을 단상 변압기는 최소 몇 [kVA]짜리여야 하는가?
(5) 동력 쪽을 맡을 3상 변압기는 몇 [kVA]짜리로 잡으면 되는가?
(6) 위 두 변압기에 각각 붙는 전류계용 변류기의 1차 정격전류[A]를 구하시오.
(7) 부하마다 전력용 콘덴서를 달아 역률을 손보려 한다. 보일러 펌프를 역률 95[%]로 만들려면 콘덴서가 몇 [kVA] 필요한가?
(1) 7.61[kW]
(2) 상용 동력 37.86[kVA], 하계 동력 74.29[kVA], 동계 동력 15.43[kVA]
(3) 188.03[kVA]
(4) 50[kVA] 선정
(5) 75[kVA] 선정
(6) 단상 변압기 10[A], 3상 변압기 10[A]
(7) 4.63[kVA]
[해설]
동력 부하는 역률 70[%]로 나눠 피상전력으로 바꾼다. 하계 동력과 동계 동력은 함께 쓰지 않으므로 큰 쪽(하계)만 넣는다.
난방 수용 부하 = 3.7 × 1 + (6.7 + 0.4) × 0.55 = 7.61[kW]
상용 26.5 / 0.7 = 37.86[kVA], 하계 52.0 / 0.7 = 74.29[kVA], 동계 10.8 / 0.7 = 15.43[kVA]
설비 용량 = 37.86 + 74.29 + 75.88 = 188.03[kVA]
단상 변압기 = 47,940 × 0.6 + 27,140 × 0.7 + 800 × 1 ≒ 48.56[kVA] → 표준 용량 50[kVA]
3상 변압기 = (26.5 + 52.0) / 0.7 × 0.65 = 72.89[kVA] → 표준 용량 75[kVA]
변류기 1차 전류는 변압기 1차 전류의 1.25~1.5배를 구해 가장 가까운 표준 정격으로 정한다.
단상: 50,000 / 6,000 × (1.25~1.5) = 10.42~12.5[A] → 10[A]
3상: 75,000 / (√3 × 6,000) × (1.25~1.5) = 9.02~10.83[A] → 10[A]
콘덴서 용량 = P(tanθ1 − tanθ2)
= 6.7 × (1.0202 − 0.3287) = 4.63[kVA]
혼동 주의: 동계 동력까지 더해 203.46[kVA]로 잡으면 설비 용량을 너무 크게 잡게 된다.
18-1
고압 회로에 쓰이는 차단기 가운데 서로 다른 3가지를 고르고, 각각이 아크를 끄는 데 이용하는 매질을 아래 표의 빈칸에 채워 넣으시오.
| 고압 차단기 | 소호 매체 |
① 유입 차단기 — 절연유
② 가스 차단기 — SF6 가스
③ 진공 차단기 — 고진공
[해설]
차단기는 접점이 열릴 때 생기는 아크를 무엇으로 끄느냐(소호 매체)에 따라 종류가 갈린다. 표준적으로 정리되는 것은 아래 다섯 가지이며, 이 가운데 3가지를 골라 매질과 짝지어 쓰면 된다.
| 종류 | 소호 매체 | 소호 원리 |
| 유입 차단기(OCB) | 절연유 | 아크열로 절연유가 분해되며 생긴 수소 가스가 아크를 냉각시켜 소호 |
| 가스 차단기(GCB) | SF6 가스 | 절연내력과 소호능력이 뛰어난 SF6 가스를 아크에 불어 소호, 대용량 계통에 사용 |
| 진공 차단기(VCB) | 고진공 | 고진공 중에서 아크 생성물이 급속히 확산되며 소호, 소형이고 보수가 쉬움 |
| 공기 차단기(ABB) | 압축 공기 | 수십 기압의 압축 공기를 아크에 불어 소호 |
| 자기 차단기(MBB) | 전자력 | 아크 전류가 만드는 전자력으로 아크를 소호실(아크 슈트)로 밀어 넣어 소호 |
표에서 알 수 있듯 답으로 인정되는 조합은 하나가 아니다. 어느 3가지를 고르더라도 종류와 매질이 올바르게 짝지어져 있으면 된다.
용량이 500[kVA]인 역률 개선용 콘덴서에 직렬리액터를 달아 제5고조파 전류가 확대되는 것을 막고 개폐기 투입 때의 돌입전류도 억제하려고 한다. 물음에 답하시오.
(1) 이론상 갖추어야 할 직렬 리액터의 용량은 몇 [kVA]인가?
(2) 현장에서 실제로 채택하는 직렬 리액터의 용량은 몇 [kVA]이며, 왜 그렇게 정하는지 쓰시오.
(1) 20[kVA] (콘덴서 용량의 4[%])
(2) 30[kVA] (콘덴서 용량의 6[%]) — 이론값 4[%]는 제5고조파 공진점 그 자체여서, 주파수 변동과 리액터·콘덴서의 용량 오차가 있으면 회로가 용량성이 되어 오히려 고조파가 확대될 수 있다. 그래서 여유를 둔 6[%]를 적용하여 돌입전류 억제와 파형 개선 효과까지 확실히 얻는다.
[해설]
(1) 제5고조파에 대해 회로가 유도성이 되려면 리액터의 유도리액턴스가 콘덴서의 용량리액턴스보다 커야 하고, 두 값이 같아지는 직렬공진 조건이 이론상의 경계다.
즉 이론상 필요한 리액터 용량은 콘덴서 용량의 4[%]이므로
(2) 4[%]는 공진점 그 자체여서 계통 주파수가 조금만 흔들리거나 리액터·콘덴서의 실제 용량이 공칭값과 어긋나 리액턴스가 4[%]에 못 미치면 제5고조파에 대해 회로가 용량성이 되어 고조파 전류가 오히려 확대된다. 그래서 여유를 두어 6[%]를 표준으로 적용한다.
직렬 리액터는 이와 함께 콘덴서 투입 시의 돌입전류를 억제하고 전압·전류 파형을 개선하는 역할도 한다. 제3고조파까지 문제가 되는 계통에서는 를 만족해야 하므로 이상(실용상 13[%])의 리액터를 쓴다.
18-1
조도에 관한 다음 서술에서 괄호 안에 들어갈 알맞은 말을 쓰시오.
어떤 면의 한 점에서 나타나는 조도는 그 점을 비추는 광원의 광도와 빛이 들어오는 각의 코사인에 비례하고, 광원까지의 거리의 제곱에는 반비례한다. 입사각의 코사인에 따라 조도가 정해지는 이 관계를 램버트(Lambert)의 코사인 법칙이라 한다. 또한 광선과 피조면이 놓인 관계에 따라 조도는 ( ① ) 조도, ( ② ) 조도, ( ③ ) 조도 등으로 구분한다.
① 법선
② 수평면
③ 수직면
[해설]
광도 I[cd]인 점광원에서 거리 r[m] 떨어진 면의 조도는 다음과 같다.
여기서 는 광선과 피조면의 법선이 이루는 각이며, 조도가 에 비례하는 것이 램버트의 코사인 법칙이다. 피조면을 어느 방향으로 잡느냐에 따라 조도는 다음 세 가지로 갈린다.
· 법선 조도 — 광선에 수직인 면의 조도
· 수평면 조도 — 바닥과 같은 수평면의 조도
· 수직면 조도 — 벽면과 같은 연직면의 조도
세 조도의 기하학적 관계는 다음 그림과 같다.
h는 광원의 높이, r은 광원에서 피조점까지의 거리이며 관계가 있어 위와 같이 h로 정리된 식이 나온다.