① 15

② 0.03

③ 3

[해설]

한국전기설비규정은 물기가 있는 장소의 콘센트에 대해 일반 장소보다 강화된 감전보호를 요구한다. 사람의 몸이 젖어 접촉저항이 크게 떨어지면 같은 전압에서도 훨씬 큰 전류가 흐르기 때문이다.

보호 방법은 두 갈래다. 하나는 정격감도전류 15[mA] 이하, 동작시간 0.03초 이하의 전류동작형 인체감전보호용 누전차단기로 전로를 보호하는 것이고, 다른 하나는 정격용량 3[kVA] 이하의 절연변압기로 전원을 분리해 주는 것이다. 누전차단기가 붙어 있는 콘센트를 쓰는 것도 인정된다.

일반적인 인체감전보호용 누전차단기의 정격감도전류가 30[mA] 이하인 것과 견주면, 물기 있는 장소에서는 그 절반인 15[mA]까지 감도를 높여야 한다는 점이 이 조항의 핵심이다. 동작시간 0.03초는 심실세동을 일으키는 통전시간에 이르기 전에 전로를 끊기 위한 값이다.

17.5[lx]

[해설]

4점법은 단위 구역의 네 꼭짓점에서 잰 조도를 단순 평균해 그 구역의 평균 조도로 삼는 방법이다. 꼭짓점 간격이 모두 같아 각 측정점이 대표하는 면적이 같으므로 가중치 없이 산술평균한다.

$E=\dfrac{E_1+E_2+E_3+E_4}{4}=\dfrac{20+15+20+15}{4}=\dfrac{70}{4}$

따라서 평균 조도는 17.5[lx]이다.

참고로 5점법·9점법처럼 측정점이 늘면 경계·중앙점의 가중치가 달라지므로 같은 방식으로 단순 평균하면 안 된다. 문제에서 어떤 방법을 지정했는지 먼저 확인해야 한다.

① 영업소의 소재지

② 대표자

[해설]

「전기공사업법」은 등록 내용이 달라지면 신고하도록 하고, 무엇이 "중요사항"인지는 같은 법 시행령에 맡겨 두었다. 시행령이 드는 중요사항은 다음 다섯 가지다.

① 상호 또는 명칭

② 영업소의 소재지

③ 대표자

④ 자본금(공사업과 관련이 없는 자본금의 변경은 제외한다)

⑤ 전기공사기술자

이 가운데 2가지를 쓰면 된다. 상호·소재지·대표자는 공사업자가 누구이고 어디에 있는지를 가리는 항목이고, 자본금과 전기공사기술자는 등록기준 자체를 이루는 항목이라 바뀌면 등록요건 충족 여부를 다시 따져야 하므로 신고 대상이 된다. 공사업과 무관한 자본금 변동까지 신고하게 하면 실익이 없으므로 괄호로 덜어냈다는 점도 함께 기억해 두면 좋다.

각 부하의 개별 최대수용전력을 합한 값을 합성 최대수용전력으로 나눈 비

[해설]

$F=\dfrac{P_{m1}+P_{m2}+\cdots+P_{mn}}{P_{\max}}$

분자는 개개 부하가 각자의 시각에 기록한 최대수용전력의 합이고, 분모는 그 부하들을 한데 묶었을 때 같은 시각에 나타나는 합성 최대수용전력이다. 즉 부등률은 여러 부하의 최대가 서로 다른 시각에 흩어져 나타나는 정도를 나타낸다.

최대가 완전히 같은 시각에 겹치면 분자와 분모가 같아져 $F=1$이 되고, 시각이 어긋날수록 분모가 작아져 $F$는 1보다 커진다. 그래서 부등률은 항상 1 이상이며, 값이 클수록 변압기 용량을 그만큼 줄여 잡을 수 있다.

수용률(설비용량 대비 최대수용전력)이나 부하율(최대수용전력 대비 평균전력)과 헷갈리기 쉬우므로, 분자·분모에 무엇이 오는지로 구분해 두는 것이 좋다. 변압기 용량 산정식 $P=\dfrac{\text{설비용량}\times\text{수용률}}{\text{부등률}}$에서 부등률이 분모에 놓이는 이유도 여기에 있다.

(1) 200[V]

(2) 66.47[mA]

[해설]

(1) 완전 지락이 나면 전원 220[V]가 변압기 측 접지저항 $R_1=10$[Ω]과 기기 외함 접지저항 $R_2=100$[Ω]의 직렬회로에 걸린다. 외함의 대지전압은 $R_2$에 걸리는 분압이다.

$e=\dfrac{R_2}{R_1+R_2}\,E=\dfrac{100}{10+100}\times 220=200$ [V] → 200[V]

(2) 사람이 외함을 잡으면 인체저항 $R=3{,}000$[Ω]이 $R_2$와 병렬로 들어온다.

$R_2/\!/R=\dfrac{100\times 3{,}000}{100+3{,}000}=96.77$ [Ω]

$I=\dfrac{220}{10+96.77}=2.0604$ [A]

이 전류가 $R_2$와 인체로 갈라지므로 인체로 흐르는 몫은 전류분배로 구한다.

$I_g=2.0604\times\dfrac{100}{100+3{,}000}=0.06647$ [A] → 66.47[mA]

사람이 닿는 순간 외함 전압이 200[V]에서 $2.0604\times 96.77\fallingdotseq 199.4$[V] 남짓으로 거의 그대로 유지된다는 점이 중요하다. 접지저항 $R_2$가 인체저항보다 훨씬 작아야 인체로 갈라지는 전류가 줄어드는데, 여기서는 100[Ω]이나 되어 66[mA]가 흐른다. 이는 심실세동을 일으킬 수 있는 크기이므로, 외함 접지저항을 낮추는 것만으로는 부족하고 인체감전보호용 누전차단기를 함께 시설해야 한다.

(1) ① 전압 스위칭형 SPD ② 전압 제한형 SPD ③ 복합형 SPD

(2) ① 1포트 SPD ② 2포트 SPD

[해설]

(1) 기능에 따른 분류

① 전압 스위칭형 : 평상시에는 높은 임피던스를 유지하다가 서지가 들어오면 순간적으로 낮은 임피던스로 넘어가는 소자를 쓴다. 방전갭·가스방전관·사이리스터 계열이 여기 속하며, 불연속적인 전압-전류 특성을 보인다.

② 전압 제한형 : 서지 전압이 커질수록 임피던스가 연속적으로 낮아져 전압을 일정 수준으로 눌러 준다. 산화아연(ZnO) 바리스터나 억제형 다이오드가 대표적이다.

③ 복합형 : 위 두 소자를 함께 넣어 인가되는 서지의 성질에 따라 스위칭 동작과 제한 동작을 모두 하는 것이다.

(2) 구조에 따른 분류

① 1포트 SPD : 단자가 한 쌍뿐이어서 보호할 선로에 병렬로 접속한다. 서지전류를 대지로 흘려보내는 분류형이다.

② 2포트 SPD : 입력과 출력 단자쌍이 따로 있어 선로 중간에 직렬로 삽입한다. 두 단자쌍 사이에 직렬 임피던스가 들어 있어 전압을 한 번 더 낮춰 준다.

$DS_3$(투입) → CB(개방) → $DS_2$(개방) → $DS_1$(개방)

[해설]

단로기는 아크 소호 능력이 없어 부하전류를 끊을 수 없고, 무부하 상태에서만 개폐할 수 있다. 반면 차단기는 부하전류는 물론 고장전류까지 끊을 수 있다. 조작 순서는 이 차이에서 그대로 정해진다.

① $DS_3$ 투입 — 주회로와 측로가 나란히 이어져 부하전류가 두 경로로 나뉘어 흐른다. 이 상태에서 주회로를 끊어도 부하는 정전되지 않는다.

② CB 개방 — 부하전류를 끊을 수 있는 차단기로 주회로 전류를 먼저 없앤다.

③ $DS_2$ 개방 → ④ $DS_1$ 개방 — 전류가 흐르지 않게 된 뒤에 단로기를 열어 CB를 계통에서 완전히 떼어 낸다. 점검자 쪽인 부하 측($DS_2$)을 먼저 열고 전원 측($DS_1$)을 나중에 여는 순서를 지킨다.

점검을 마치고 복구할 때는 역순으로 $DS_1$(투입) → $DS_2$(투입) → CB(투입) → $DS_3$(개방)으로 조작한다. 어느 경우든 단로기는 반드시 차단기가 열린 상태에서만 조작한다는 원칙이 관통한다.

(1) 374.90[A]

(2) $\%Z_{G1}=150$[%], $\%Z_{G2}=600$[%], $\%Z_{T1}=50$[%], $\%Z_{T2}=200$[%], $\%Z_{TL}=25$[%]

(3) 185[%]

(4) 202.65[A]

(5) 54.05[MVA]

[해설]

(1) 기준용량 100[MVA], 기준전압 154[kV]에 대한 정격전류는

$I_n=\dfrac{P_n}{\sqrt{3}\,V_n}=\dfrac{100\times 10^{6}}{\sqrt{3}\times 154\times 10^{3}}=374.90$ [A]

(2) %임피던스는 기준용량에 비례하므로 $\%Z_{new}=\%Z\times\dfrac{P_n}{P_{old}}$로 환산한다.

$\%Z_{G1}=30\times\dfrac{100}{20}=150$[%], $\%Z_{G2}=30\times\dfrac{100}{5}=600$[%]

$\%Z_{T1}=10\times\dfrac{100}{20}=50$[%], $\%Z_{T2}=10\times\dfrac{100}{5}=200$[%], $\%Z_{TL}=5\times\dfrac{100}{20}=25$[%]

(3) $G_1$-$T_1$ 계열($150+50=200$[%])과 $G_2$-$T_2$ 계열($600+200=800$[%])이 모선에서 병렬이 되고, 거기에 선로 25[%]가 직렬로 붙는다.

$\%Z=\dfrac{200\times 800}{200+800}+25=160+25=185$ [%]

(4) $I_s=\dfrac{100}{\%Z}\,I_n=\dfrac{100}{185}\times 374.90=202.65$ [A]

(5) $P_s=\dfrac{100}{\%Z}\,P_n=\dfrac{100}{185}\times 100=54.05$ [MVA]

검산하면 $\sqrt{3}\times 154\times 10^{3}\times 202.65=54.05\times 10^{6}$[VA]로 (4)와 (5)가 서로 맞아떨어진다. 차단기는 이 값 이상의 정격차단용량을 갖는 것을 골라야 한다.

계통 전압을 154[kVA]로 적어 놓은 교재가 있는데, 용량 단위로는 $I_n=\dfrac{100\times 10^{6}}{\sqrt{3}\times 154}$이 되어 37만[A]라는 성립할 수 없는 값이 나온다. 조건과 풀이가 모두 154[kV]를 쓰고 있으므로 전압 154[kV]가 맞다.

① 변류기(상자)

② 타임스위치

③ 축전지

④ 콘덴서

⑤ 전력량계(상자들이 또는 후드붙이)

[해설]

옥내배선용 그림기호에서 사각 상자는 기기가 상자(함) 안에 들어 있음을 뜻한다. 그래서 명칭을 쓸 때 상자 표기를 함께 적어 준다.

① CT — 대전류를 계측·보호에 쓸 수 있는 작은 전류로 바꾸는 변류기다. 상자 안에 그려져 있으므로 '변류기(상자)'로 적는다.

② TS — 정해진 시각에 회로를 여닫는 타임스위치다.

③ 길이가 다른 두 평행선(긴 선이 +극, 짧은 선이 −극)은 축전지의 심벌이다.

④ 길이가 같은 두 평행선은 콘덴서의 심벌이다. ③과 ④는 선의 길이 차이로만 갈리므로 나란히 놓고 비교해 익혀 두어야 한다.

⑤ Wh — 사용 전력량을 재는 전력량계다. 상자 안에 넣은 것은 '상자들이', 옥외에서 비를 막는 후드를 씌운 것은 '후드붙이'라고 부른다.

① 급전소

② 전선

③ 전로

④ 전선로

[해설]

한국전기설비규정 용어의 정의에서 갈라 읽어야 할 네 가지다.

급전소는 설비가 놓인 곳이 아니라 계통을 어떻게 운용할지 지시하고 급전조작을 하는 지령의 장소다. 발전소·변전소·개폐소가 전기를 만들고 바꾸고 끊는 설비의 장소인 것과 구분된다.

전선은 도체 자체를 가리키는 말로, 나도체든 절연물로 감싼 것이든 다시 보호피복을 덧입힌 것이든 모두 전선이다. 이에 비해 전선로는 발전소·변전소·개폐소와 전기사용장소를 잇는 전선과 그것을 붙들거나 담아 두는 지지물·관로까지 묶은 시설물 전체를 뜻한다. 전차선은 전선로에서 제외한다.

전로는 통상의 사용상태에서 전기가 통하고 있는 곳, 즉 전류가 흐르도록 되어 있는 경로를 말한다. 배선은 전기사용장소에 시설하는 전선을 가리키는 별개의 용어라 여기서는 답이 되지 않는다.

28.67[%]

[해설]

발전소의 종합 효율은 연료가 지닌 열량 가운데 전기로 나온 몫의 비율이다. 1[kWh]는 860[kcal]에 해당하므로 발전 전력량을 열량으로 환산해 분자에 둔다.

$\eta=\dfrac{860\,P\,T}{B\,H}\times 100$

여기서 $P$는 출력[kW], $T$는 시간[h], $B$는 연료 소비량[kg], $H$는 발열량[kcal/kg]이다. 중유 12[ton]은 $12\times 10^3$[kg]이다.

$\eta=\dfrac{860\times 40{,}000\times 1}{12\times 10^{3}\times 10{,}000}\times 100=\dfrac{34{,}400{,}000}{120{,}000{,}000}\times 100=28.67$ [%]

따라서 효율은 28.67[%]이다.

이 식이 주는 값은 보일러·터빈·발전기를 모두 거친 발전소 전체의 열효율이다. 발전기 단독 효율(입력 기계동력 대비 출력 전력)과는 다른 양이므로, 문제가 발전기 효율을 묻는 것처럼 적혀 있더라도 연료 발열량이 주어졌다면 종합 효율을 구하는 것이다.

① 환상식(루프) 수전방식

② 스폿 네트워크 방식

[해설]

① 환상식(루프) 수전방식 : 변전소에서 나간 회선이 여러 수용가를 차례로 거쳐 다시 변전소로 돌아와 하나의 고리를 이룬다. 그림에서 두 인출 회선이 세 수전설비를 지나 서로 이어져 폐루프를 만드는 것이 특징이다. 고장 구간을 양쪽 개폐기로 떼어 내면 나머지 구간은 반대 방향에서 계속 급전받을 수 있어 정전 범위가 좁고 전압변동이 작다. 다만 보호협조가 까다롭고 설비비가 늘어난다.

② 스폿 네트워크 방식 : 서로 다른 배전선 여러 회선(보통 3회선)에서 각각 네트워크 변압기로 받은 뒤, 네트워크 프로텍터를 거쳐 2차 측을 하나의 공통 모선에 병렬로 묶는다. 그림에서 3계열이 각각 단로기 → 네트워크 변압기 → 프로텍터를 지나 한 모선에 모이는 구성이 그것이다. 한 회선이 고장 나면 그 계열의 프로텍터만 자동으로 열려 분리되므로 무정전으로 공급이 이어진다. 신뢰도가 가장 높아 대도시의 중요 부하에 쓰이지만 설비비가 비싸다.

네트워크 프로텍터는 프로텍터 차단기·프로텍터 퓨즈·전력방향계전기로 이루어져, 배전선 쪽으로 전력이 거꾸로 흐르면 이를 검출해 회선을 떼어 내는 역할을 한다.

접지형 계기용변압기(GPT)

[해설]

비접지 계통은 중성점이 대지와 떨어져 있어 1선 지락이 나도 지락전류가 매우 작다. 그래서 전류로 사고를 잡기 어렵고 전압, 곧 영상전압으로 지락을 검출한다.

접지형 계기용변압기(GPT)는 3상의 각 상과 대지 사이에 1차 권선을 Y결선하고 중성점을 접지한 뒤, 2차의 한 권선을 개방 델타(브로큰 델타)로 결선한 기기다. 평상시에는 세 상 전압의 합이 0이라 개방 단자에 전압이 나타나지 않지만, 1선 지락이 생기면 세 상의 대지전압 균형이 깨지면서 개방 단자에 영상전압 $3V_0$이 나타난다.

이 전압을 지락과전압계전기(OVGR)나 지락표시등에 넣어 지락 발생과 사고 상을 알린다. 지락전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)와 짝을 이루어 쓰이므로 둘을 혼동하지 않도록 한다.

0.3[μ℧]

[해설]

애자련은 전선과 대지 사이에 나란히 매달려 있으므로, 누설 경로로 보면 같은 저항 300개가 병렬로 연결된 셈이다. 병렬이면 합성저항은 $1/300$로 줄어든다.

$R_0=\dfrac{10^3\times 10^6}{300}=3.333\times 10^6$ [Ω]

누설 컨덕턴스는 그 역수이므로

$G_0=\dfrac{1}{R_0}=\dfrac{300}{10^3\times 10^6}=3\times 10^{-7}$ [℧]

단위를 [μ℧]로 고치면 $3\times 10^{-7}\times 10^{6}=0.3$, 즉 0.3[μ℧]이다.

여기서 선로 길이 50[km]는 계산에 쓰이지 않는다. 애자 1련의 저항과 련수만 주어지면 병렬 합성으로 답이 나오기 때문이며, 발문이 "주어진 조건만 사용하라"고 못 박은 것도 길이당 누설을 따로 환산하지 말라는 뜻이다. 거리당 값($[\mathrm{\mu\mho/km}]$)을 묻는 문제와 혼동하지 않도록 주의한다.

(1)

(2) $P_1=\overline{A}(\overline{B}+\overline{C})+\overline{B}\,\overline{C}$

$P_2=A(\overline{B}C+B\overline{C})+\overline{A}BC$

$P_3=ABC$

(3)

좌·우 모선 사이에 세 그룹을 병렬로 놓는다. $P_1$ 그룹은 $\overline{B}\cdot\overline{C}$ 직렬 가지와, $\overline{C}$·$\overline{B}$ 병렬 뒤에 $\overline{A}$를 직렬로 단 가지를 병렬로 묶어 $P_1$에 접속한다. $P_2$ 그룹은 $\overline{A}\!-\!B\!-\!C$ 가지와, $A$ 뒤에 $\overline{B}\!-\!C$·$B\!-\!\overline{C}$ 두 가지를 병렬로 단 가지를 병렬로 묶어 $P_2$에 접속한다. $P_3$ 그룹은 $A\!-\!B\!-\!C$를 직렬로만 잇는다.

[해설]

가동 중인 공장을 1로 두면 세 입력 $A,\;B,\;C$ 중 1의 개수가 곧 가동 공장 수다. 방침을 그대로 옮기면 1의 개수가 0개 또는 1개이면 $P_1$, 2개이면 $P_2$, 3개이면 $P_3$가 1이 된다. 8행 어디에서도 출력이 둘 이상 동시에 1이 되지 않는다.

$P_1$의 최소화: 출력이 1인 4행을 모아 $P_1=\overline{A}\,\overline{B}\,\overline{C}+\overline{A}\,\overline{B}C+\overline{A}B\overline{C}+A\overline{B}\,\overline{C}$이다. $X+X=X$를 이용해 $\overline{A}\,\overline{B}\,\overline{C}$를 세 번 겹쳐 쓴 뒤 짝을 지으면 $\overline{A}\,\overline{B}(\overline{C}+C)+\overline{A}\,\overline{C}(B+\overline{B})+\overline{B}\,\overline{C}(A+\overline{A})=\overline{A}\,\overline{B}+\overline{A}\,\overline{C}+\overline{B}\,\overline{C}$가 되고, 앞의 두 항을 묶어 $P_1=\overline{A}(\overline{B}+\overline{C})+\overline{B}\,\overline{C}$를 얻는다.

$P_2$는 1이 정확히 두 개인 세 행 $\overline{A}BC,\;A\overline{B}C,\;AB\overline{C}$의 합이므로 $A$가 있는 두 항을 묶어 $P_2=A(\overline{B}C+B\overline{C})+\overline{A}BC$로 쓴다. $P_3$는 세 입력이 모두 1인 한 행뿐이므로 $P_3=ABC$이다.

유접점 회로는 논리곱을 접점의 직렬, 논리합을 병렬로 옮기면 된다. 문자 위의 바($\overline{A}$ 등)는 b접점으로 그린다. 정리한 식과 회로를 서로 되짚어 보면 접점 개수가 최소인지 확인할 수 있다.

진리표의 행을 배열하는 순서(2진수 오름차순인지, 1의 개수 순인지)는 채점과 무관하며, $P_1$을 $\overline{A}\,\overline{B}+(\overline{A}+\overline{B})\overline{C}$로 묶어도 8행 전부에서 같은 값을 주므로 정답으로 인정된다.

변전소에서 인출한 두 회선을 부하 1 → 부하 2 → 부하 3 순으로 이어 준 뒤 마지막 부하에서 나온 선을 나머지 인출 회선에 연결하여 하나의 폐루프를 만든다. 각 부하는 좌·우 두 방향의 간선에서 각각 단로기 → 차단기 → 단로기 순서로 분기시켜 부하 변압기에 접속한다. 이렇게 하면 어느 방향에서도 급전할 수 있다.

[해설]

환상식(루프식) 배전간선은 변전소에서 나간 간선이 부하를 차례로 거친 뒤 다시 변전소로 돌아와 닫힌 고리를 이루는 방식이다. 작도에서 반드시 지켜야 할 점은 두 가지다.

첫째, 고리가 실제로 닫혀 있어야 한다. 변전소의 두 인출 회선 중 하나가 부하 1로 들어가고, 부하 3을 지난 선이 다른 인출 회선으로 되돌아와야 한다. 한쪽 끝이 열려 있으면 그것은 수지상(가지식)일 뿐 환상이 아니다.

둘째, 각 부하마다 좌·우 양쪽에서 분기시키고 그 분기점마다 개폐 기기를 둔다. 간선 쪽 단로기로 고장 구간을 계통에서 떼어 내고, 그 안쪽 차단기로 부하 측 사고전류를 끊는다. 단로기를 차단기 앞뒤에 두면 차단기 자체를 점검할 때도 부하를 살린 채 작업할 수 있다.

이렇게 구성하면 간선 한 구간에 사고가 나도 그 구간 양끝의 단로기만 열어 분리하고 반대 방향에서 계속 급전할 수 있어, 정전 구간이 좁고 전압강하와 전력손실도 작아진다. 대신 보호협조가 복잡해지고 개폐기 수가 늘어 설비비가 커지므로 부하가 밀집한 도심 배전에 주로 쓴다.

309[개]

[해설]

광속법(등수 산정식)은 램프가 낸 광속 가운데 작업면에 유효하게 닿는 몫이 필요 광속과 같다는 관계에서 나온다.

$F\,U\,N=E\,A\,D$ 이므로 $N=\dfrac{E\,A\,D}{F\,U}$

$N=\dfrac{300\times 1{,}200\times 1.5}{2{,}500\times 0.7}=\dfrac{540{,}000}{1{,}750}=308.57$

등의 개수는 정수여야 하고 모자라면 목표 조도에 미치지 못하므로 올려서 309개로 한다.

감광보상률 $D$는 램프 노후와 먼지로 광속이 줄어드는 몫을 미리 얹어 두는 계수라 분자에 곱한다. 보수율 $M$으로 주어지는 문제라면 $D=\dfrac{1}{M}$의 관계로 바꾸어 $N=\dfrac{E\,A}{F\,U\,M}$을 쓰면 된다. 40[W]라는 소비전력은 등의 종류를 알려 줄 뿐 계산에는 쓰이지 않는다.

(1) b상 전류

(2) 단락사고

(3) 변류기 2차 측을 단락시킨다.

[해설]

(1) CT는 a상과 c상에만 걸려 있고, 두 CT 2차의 한쪽 단자를 묶어 만든 잔류회로에 ③번 OCR이 들어간다. 잔류회로에는 두 2차 전류의 벡터합이 흐르는데, 영상분이 없는 3상 회로에서는 $I_a+I_b+I_c=0$이므로

$I_a+I_c=-I_b$

즉 ③번에는 크기가 b상 전류와 같은 전류가 흐른다. CT 2대만으로 3상 전류를 모두 감시할 수 있는 이유가 여기에 있으며, 이를 V결선(2CT 3OCR) 방식이라고 한다.

(2) OCR은 정정값을 넘는 과전류가 흐를 때 동작하는 계전기다. 부하 증가로 인한 과부하에도 반응하지만, 보호계전기로서 주로 노리는 것은 단락사고다. 지락사고는 전류가 작아 별도의 지락계전기(OCGR·SGR 등)가 맡는다.

(3) 1차에 전류가 흐르는 상태에서 CT 2차를 열면 1차 전류가 전부 여자전류로 작용해 철심이 포화되고 2차에 매우 높은 첨두전압이 유기된다. 절연이 깨지고 작업자가 감전될 수 있으므로, 반드시 2차 측을 먼저 단락시킨 다음 기기를 떼어 내야 한다. CT 2차 단자에 단락용 단자대를 두는 것도 같은 이유다.

386.9[V]

[해설]

탭을 바꾸어도 계통이 걸어 주는 실제 1차 전압은 그대로이고, 달라지는 것은 권수비뿐이다. 그러므로 2차가 370[V]로 나오게 만든 실제 1차 전압을 먼저 역산한다.

① 탭 22,900[V]에서 2차가 370[V]로 측정되었으므로

$V_1 \times \dfrac{380}{22{,}900} = 370 \;\Rightarrow\; V_1 = 370 \times \dfrac{22{,}900}{380} = 22{,}297.37\,[\mathrm{V}]$

② 탭을 21,900[V]로 내리면 같은 1차 전압에 대해 권수비가 달라져 2차 전압이 올라간다.

$V_2 = 22{,}297.37 \times \dfrac{380}{21{,}900} =$ 386.9[V]

정리하면 $V_2 = 370 \times \dfrac{22{,}900}{21{,}900} = 386.9\,[\mathrm{V}]$ 로 한 번에 계산해도 같은 값이 나온다.

2차 전압을 올리고 싶으면 1차 탭 전압을 낮춰야 한다는 것이 이 문제의 요지이며, 방향을 반대로 잡는 실수가 잦다. 실제 1차 전압이 정격보다 낮아 2차 전압이 부족할 때 탭을 내리는 것이 이 때문이다. 2차 정격의 220[V]는 3상 4선식의 상전압 표기일 뿐 이 계산에는 쓰이지 않는다.

(1) 10[kVA]

(2) 15[kVA]

(3) 15[kVA]

[해설]

표준부하[W/m²]에 연면적을 곱하면 설비용량[W], 여기에 수용률을 곱하면 최대수용전력[W], 다시 역률로 나누면 변압기가 감당해야 할 피상전력[kVA]이 된다.

$P=\dfrac{(\text{표준부하})\times(\text{연면적})\times(\text{수용률})}{\cos\theta}\times 10^{-3}$

(1) 전등 : $\dfrac{30\times 420\times 0.75}{1}\times 10^{-3}=9.45$ [kVA] → 바로 위 표준용량인 10[kVA]

(2) 일반 동력 : $\dfrac{50\times 420\times 0.65}{0.95}\times 10^{-3}=14.37$ [kVA] → 15[kVA]

(3) 냉방 동력 : $\dfrac{35\times 420\times 0.7}{0.9}\times 10^{-3}=11.43$ [kVA] → 15[kVA]

계산값보다 작은 표준용량을 고르면 과부하가 되므로, 반드시 계산값 바로 위의 표준용량을 선정한다. 전등은 역률이 1이어서 나눗셈이 없다는 점, 동력은 역률로 나누는 만큼 용량이 커진다는 점을 구분해야 한다.

냉방 동력의 표준부하는 35[W/m²]이다. 일부 교재의 표에는 55[W/m²]로 실려 있으나, 그 값으로 계산하면 $\dfrac{55\times 420\times 0.7}{0.9}\times 10^{-3}=17.97$[kVA]가 되어 20[kVA]를 골라야 하므로 같은 책이 제시한 정답 15[kVA]와 어긋난다. 표의 55는 오식으로 보는 것이 옳다. 단상 표준용량 계열에 7.8이 끼어 있는 것도 7.5의 오식이다.