2025년 전기산업기사실기(필답형) 3회차

5.2[A]

[해설]

변류기(CT) 2차 전류를 벡터로 합성하는 문제다. 결선도에서 i_a와 i_c의 화살표가 서로 반대 방향이므로, 공통 귀로에 있는 A₃에는 두 전류의 차가 흐른다.

3상 평형이면 두 전류의 위상차는 120°이므로 차의 크기는 다음과 같다.
I₃ = √(3² + 3² − 2×3×3×cos120°)
= √27 = 3√3 ≈ 5.2[A]

혼동 주의: 화살표가 같은 방향이면 두 전류의 합이 흐른다. 이때는 √(9+9−9) = 3[A]로 나머지 전류계와 같은 값이 된다.

① 책임감리원

② 보조감리원

③ 비상주감리원

[해설]

「전력시설물 공사감리업무 수행지침」은 감리원을 현장 상주 여부에 따라 상주감리원과 비상주감리원으로 나눈다. 상주감리원은 다시 책임감리원과 보조감리원으로 나뉜다.

• 책임감리원 — 감리업자를 대표해 현장에 상주하며 공사 전반의 감리업무를 총괄한다.
• 보조감리원 — 책임감리원을 보좌하며 맡은 감리업무를 책임감리원과 연대해 책임진다.
• 비상주감리원 — 현장이 아닌 감리업체에 근무하며 상주감리원의 업무를 기술적·행정적으로 지원한다.

혼동 주의: 책임감리원과 보조감리원은 둘 다 상주감리원이고, 현장에 상주하지 않는 쪽만 비상주감리원이다.

1.29

[해설]

부등률은 각 수용가 최대수요전력의 합을 합성 최대전력으로 나눈 값이다. 수용가별 최대수요전력은 설비용량에 수용률을 곱해 구한다.

부등률 = Σ(설비용량 × 수용률) ÷ 합성 최대전력
= (400 × 0.6 + 600 × 0.7 + 500 × 0.75) ÷ 800
= (240 + 420 + 375) ÷ 800 = 1,035 ÷ 800
= 1.29

수용가마다 최대수요가 나타나는 시각이 달라서 부등률은 항상 1 이상이고, 단위는 없다.

① 모선 단자전압 상승

② 보호계전기의 오동작

③ 진상 역률에 의한 역률 저하

[해설]

콘덴서를 부하의 지상 무효전력보다 많이 넣으면 계통이 진상 상태가 되어 아래 문제가 생긴다.

• 모선 단자전압 상승 — 진상전류가 선로 리액턴스를 흐르면서 수전단 전압을 끌어올린다.
• 보호계전기의 오동작 — 전류 위상이 바뀌어 방향성 계전기 등이 사고로 오인해 동작할 수 있다.
• 진상 역률에 의한 역률 저하 — 역률 1을 지나 진상 쪽으로 넘어가면 무효전력이 다시 커져 역률이 떨어진다.

이를 막으려고 콘덴서는 부하 변동에 맞춰 자동 역률조정장치(APFR)로 나눠서 투입·개방한다.

2.18[V/cell]

[해설]

축전지가 내야 하는 단자전압은 부하 허용 최저전압 + 전선 전압강하이다. 이 값을 직렬 셀 수로 나누면 셀 하나의 최저전압이 된다.

V = (V_a + V_e) ÷ n
= (115 + 5) ÷ 55
= 2.18[V/cell]

혼동 주의: 부하 쪽에서 115[V]를 유지하려면 축전지가 강하분만큼 더 내야 하므로, 전압강하는 빼지 않고 더한다.

① 특성요소

② 직렬갭

[해설]

갭형 피뢰기는 직렬갭과 특성요소를 직렬로 연결한 구조다.

• 특성요소 — SiC·ZnO 같은 비직선 저항체로, 이상전압이 걸리면 저항이 급감해 방전전류를 흘리고 제한전압을 낮춘다.
• 직렬갭 — 평상시에는 특성요소를 선로에서 절연하고, 이상전압이 오면 방전한 뒤 이어 흐르려는 속류를 끊는다.

혼동 주의: 산화아연(ZnO) 소자를 쓰는 갭리스 피뢰기는 직렬갭 없이 특성요소만으로 이루어진다.

4.5[%]

[해설]

퍼센트 임피던스는 정격전류가 흐를 때 임피던스에 걸리는 전압강하가 정격전압의 몇 [%]인지를 나타낸다.

%Z = (I_nZ ÷ V_n) × 100
= (10 × 13.5 ÷ 3,000) × 100
= 4.5[%]

용량식 %Z = PZ ÷ (10V²)에 P = 30[kVA], V = 3[kV]를 넣어도 30 × 13.5 ÷ 90 = 4.5[%]로 같다.

① 페란티 현상 방지

② 제5고조파 제거

③ 단락전류 제한

[해설]

리액터는 계통에 넣는 위치와 방식에 따라 분로·직렬·한류 리액터로 나뉘며, 설치 목적도 각각 다르다.

• 분로(병렬) 리액터 — 지상 무효전력을 공급해, 경부하 때 수전단 전압이 송전단보다 높아지는 페란티 현상을 막는다.
• 직렬 리액터 — 전력용 콘덴서와 직렬로 넣어 제5고조파를 제거한다(콘덴서 용량의 이론값 4[%], 실무 적용값 6[%]).
• 한류 리액터 — 사고가 나면 단락전류를 제한해 차단기의 차단용량을 줄인다.

혼동 주의: 중성점에 넣어 지락 아크를 끄는 것은 소호리액터로, 이 세 리액터와 목적이 다르다.

(1) 75.64[A]

(2) 1[%]

(3) 7,564[A]

(4) 40,000[kVA]

(5) 100.01[A]

[해설]

%임피던스법에 따라 모든 %Z를 기준용량 3,000[kVA]로 맞춰 계산한다. F₁은 변압기 앞이라 전원 측 %Z만 걸리고, F₂는 변압기 뒤라 전원 측과 변압기 %Z가 함께 걸린다.

변압기 1차 측 전부하전류
I_n = P_B/(√3×V)
= 3,000×10³/(√3×22.9×10³)
= 75.64[A]

전원 측 %임피던스
%Z_s = P_B/P_s×100
= 3,000/300,000×100
= 1[%]

F₁ 점 3상 단락전류
I_s = I_n×100/%Z_s
= 75.64×100/1
= 7,564[A]

F₂ 점 단락용량
%Z = 1+6.5 = 7.5[%]
P_s = P_B×100/%Z = 3,000×100/7.5
= 40,000[kVA]

F₂ 점 1선 지락전류는 NGR 19.05[Ω]에 비해 계통 임피던스가 매우 작아서, 이를 무시하고 상전압을 NGR 저항으로 나눈다.
I_g = (V/√3)/R_N
= 3,300/(√3×19.05)
= 100.01[A]

혼동 주의: 지락전류는 NGR이 달린 2차 측 3.3[kV] 기준으로 계산하므로 22.9[kV]를 넣지 않는다.

A와 B를 2입력 AND 게이트에 넣고, C는 NOT 게이트를 거치게 한 다음, 두 출력을 2입력 OR 게이트로 묶어 그 출력을 PL로 한다.

논리식 : $PL = A \cdot B + \overline{C}$

[해설]

먼저 릴레이별 출력을 입력 문자로 정리한다.

$X_1 = A$,   $X_2 = B$,   $X_3 = C$,   $X_4 = X_1 \cdot X_2 = A \cdot B$

표시등 회로는 X₃의 b접점과 X₄의 a접점이 병렬로 놓여 있다. b접점은 부정이고 병렬은 논리합이므로

$PL = \overline{X_3} + X_4 = \overline{C} + A \cdot B$

따라서 필요한 게이트는 AND 1개(A·B), NOT 1개(C의 부정), OR 1개(두 항의 합)로, 발문이 준 게이트 개수 조건과 정확히 맞아떨어진다.

동작으로 읽으면 'A와 B를 함께 누르거나, C를 누르지 않으면 PL이 켜진다'는 회로다. C를 누르면 X₃가 여자되어 b접점이 열리므로, 그때는 A·B가 모두 눌려 X₄가 여자된 경우에만 PL이 켜진다.

한편 출력단의 X₃ 접점을 a접점으로 그린 판본도 돌아다니는데, 그렇게 되면 $PL = A \cdot B + C$ 가 되어 NOT 게이트가 아예 필요 없어진다. 그러면 'NOT 게이트 1개를 쓰라'는 조건과 어긋날 뿐 아니라, X₃ 릴레이가 C를 그대로 통과시키기만 하는 무의미한 중계가 되어 회로 구성 자체가 성립하지 않는다. b접점이 맞다.

70.71[%]

[해설]

변압기 효율은 철손(고정손) = 동손(가변손)일 때 가장 높다. 동손은 부하율 m의 제곱에 비례한다.

P_i = m²P_c → m = √(P_i ÷ P_c)
= √(50 ÷ 100) × 100
= 70.71[%]

혼동 주의: 전부하 동손 100[W]은 m = 1일 때의 값이므로, 부하율을 곱하지 않고 그대로 대입한다.

① 자기소화성이 뛰어나 화재의 우려가 적다.

② 코로나 특성과 임펄스 강도가 우수하다.

③ 소형·경량으로 제작할 수 있다.

[해설]

몰드형 변압기는 권선을 에폭시 수지로 감싸 굳힌 건식 변압기라서 절연유를 쓰지 않는다.

• 자기소화성 — 난연성 수지라 불이 붙어도 스스로 꺼지므로 화재 우려가 적다.
• 코로나 특성·임펄스 강도 — 권선이 수지로 빈틈없이 덮여 있어 부분방전이 적고 충격전압에 강하다.
• 소형·경량 — 기름과 탱크가 없어 작고 가볍게 만들 수 있다.

외우는 요령: 화재 우려가 적고 작고 가볍다는 장점은 모두 절연유가 없다는 점에서 나온다.

2,656.78[kVA]

[해설]

필요한 콘덴서 용량은 개선 전과 개선 후 무효전력의 차이며, 식은 Q_c = P(tanθ₁ − tanθ₂)이다.

Q_c = 10,000 × (0.6/0.8 − √(1 − 0.9²)/0.9)
= 10,000 × (0.75 − 0.48432)
= 7,500 − 4,843.22
= 2,656.78[kVA]

콘덴서가 공급하는 진상 무효전력이 부하의 지상 무효전력을 상쇄한다. 그래서 선로전류, 전력손실, 전압강하가 함께 줄어든다.

① 직접접지 방식

② 저항접지 방식

③ 비접지 방식

[해설]

중성점 접지 방식은 변압기 중성점과 대지 사이에 무엇을 넣느냐에 따라 구분한다.

• 직접접지 — 중성점을 도체로 바로 접지해 건전상 전위 상승은 작지만 지락전류가 크다.
• 저항접지 — 중성점에 저항을 넣어 지락전류를 적당한 크기로 제한한다.
• 비접지 — 중성점을 접지하지 않아 지락전류는 작지만 이상전압이 커질 수 있다.

혼동 주의: 중성점에 리액터를 넣는 소호리액터 접지도 같은 분류에 드는 방식이다.

(1) 3[A]

(2) a점 : 3[A], b점 : 0[A]

[해설]

클램프로 여러 가닥을 한꺼번에 감싸면 계기가 검출하는 것은 그 안을 지나는 전류의 벡터합이다. 즉 $I_{\mathrm{clamp}} = \dot{I}_{L1} + \dot{I}_{L2} + \dot{I}_{L3} + \dot{I}_{N}$ 이다.

그림 (가)의 값으로 이를 확인해 보자. 3상분만 더하면 $\left| 30\angle 0^\circ + 30\angle(-120^\circ) + 40\angle 120^\circ \right| = 10\,[\mathrm{A}]$ 로, 도면에 적힌 중성선 전류 10[A]와 정확히 같다. 3상 전류의 불평형분이 남김없이 중성선으로 되돌아오고 있다는 뜻이므로, 네 가닥을 함께 감싸면 나가는 전류와 돌아오는 전류가 상쇄되어 계기는 0을 가리켜야 한다.

(1) 그런데 어딘가로 전류가 새면 그만큼은 클램프 안으로 되돌아오지 못하므로 상쇄되지 않고 그대로 남는다. 따라서 지시값은 누설전류 그 자체이며 3[A]이다.

(2) 누설(지락)전류는 지락점에서 대지로 빠져나가 전원의 접지점으로 되돌아간다. 그러므로 지락점보다 전원 쪽 구간(a점)에는 지락전류가 흐르고 그 크기가 그대로 검출되어 3[A], 지락점보다 부하 쪽 구간(b점)에는 지락전류가 흐르지 않아 0[A]가 된다. 이 성질을 이용해 클램프를 전원 쪽에서 부하 쪽으로 옮겨 가며 지시가 사라지는 구간을 찾으면 누전 지점을 좁힐 수 있다.

PL이 1초 간격으로 점등과 소등을 되풀이한다(점멸·플리커 동작).

[해설]

보조릴레이 X와 한시타이머 두 개로 만든 플리커 회로다. A를 닫으면 X b접점을 거쳐 T₁이 여자되고, 1초 뒤 T₁ 한시 a접점이 닫혀 X가 여자되며 자기유지된다.

X가 여자되면 T₁은 복귀하고, T₂가 여자되면서 PL이 켜진다. 다시 1초 뒤 T₂ 한시 b접점이 열려 X가 소자되면 PL이 꺼지고 T₁이 다시 여자된다.

그래서 A가 닫혀 있는 동안 PL은 1초 점등·1초 소등을 되풀이한다. 즉 주기 2초의 점멸이다.

50[등]

[해설]

광속법 FUN = EAD를 등수에 대해 정리하면 N = EAD ÷ FU이다. 면적은 A = 10 × 20 = 200[m²]이다.

N = (250 × 200 × 1.2) ÷ (2,400 × 0.5)
= 60,000 ÷ 1,200
= 50[등]

혼동 주의: 40[W]는 소비전력이라 등수 계산에 쓰지 않는다. 계산값이 소수로 나오면 반드시 올림한다.

1,000[kVA]

[해설]

콘덴서 용량은 한 상에 걸리는 전압의 제곱에 비례한다. Y결선은 상전압이 선간전압의 1/√3이므로 용량이 △결선의 1/3이 된다.

Q_△ = 3ωCV², Q_Y = 3ωC(V/√3)² = ωCV²
Q_Y = Q_△/3 = 3,000/3
Q_Y = 1,000[kVA]

① 일부

② 발주자

[해설]

전기공사업법 제14조는 도급받은 공사를 통째로 넘기는 일괄 하도급을 금지한다. 예외는 대통령령으로 정한 경우뿐이다.

• 일부 — 예외적으로 하도급할 때도 공사의 일부만 넘길 수 있고, 전부는 넘길 수 없다.
• 발주자 — 하도급을 주려면 공사를 맡긴 발주자에게 미리 서면으로 알려야 한다.

혼동 주의: 하수급인이 하도급받은 공사를 다시 다른 자에게 넘기는 재하도급은 원칙적으로 금지된다.