2021년 전기산업기사실기(필답형) 1회차

16[A] 분기 2회로

[해설]

분기회로 수 = 총 부하 ÷ (전압 × 분기 정격전류 × 80[%])이며, 부하는 유효전력을 역률로 나눈 피상전력[VA]으로 잡는다.

P_a = 40 × 85 / 0.85 = 4,000[VA]
회로당 용량 = 220 × 16 × 0.8 = 2,816[VA]
n = 4,000 / 2,816 = 1.42

회로 수는 반올림이 아니라 올림하므로 16[A] 분기 2회로가 필요하다.

① ○　② ○　③ ○　④ ○　⑤ ○

[해설]

한국전기설비규정(KEC)의 시설 장소별 공사 종류에서 합성수지관공사는 금속관·케이블공사와 함께 어느 장소에나 시설할 수 있는 공사이다.

그래서 노출·점검 가능 은폐·점검 불가능 은폐 장소, 건조한 곳과 습기·물기가 있는 곳, 옥측·옥외의 우선 내·우선 외까지 빈칸이 모두 ○이다. 사용전압이 400[V] 미만이든 이상이든 결과는 같다.

혼동 주의: 애자공사·몰드공사·덕트공사류는 건조한 곳이나 점검 가능한 장소로 제한되는 경우가 많아 ×가 섞인다.

(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.

$I_2 = \dfrac{\text{정격용량}}{\text{공칭방전율}} + \dfrac{\text{상시부하}}{\text{표준전압}}$

상시부하 10[kW]일 때 $I_2 = \dfrac{200}{10} + \dfrac{10 \times 10^{3}}{100} = 20 + 100 =$ 120[A]

상시부하 15[kW]일 때 $I_2 = \dfrac{200}{10} + \dfrac{15 \times 10^{3}}{100} = 20 + 150 =$ 170[A]

역률을 1로 본다는 조건 덕분에 상시부하 [kW]를 그대로 [kVA]로 쓸 수 있다. 알칼리 축전지였다면 정격방전율이 5시간율이므로 앞 항이 $\dfrac{200}{5} = 40\,[\mathrm{A}]$ 로 달라진다.

150[MVA]

[해설]

기준 용량을 변압기 용량인 10[MVA]로 잡고, 전원 측 임피던스와 변압기 임피던스를 이 기준으로 통일해 더한 뒤 단락 용량을 구한다.

① 전원 측 %임피던스 — 주차단기의 차단 용량 200[MVA]가 곧 전원 측 단락 용량이므로

$\%Z_s = \dfrac{P_n}{P_s} \times 100 = \dfrac{10}{200} \times 100 = 5\,[\%]$

② 변압기까지 포함한 합성 %임피던스(변압기 2차 측 단락점 기준)

$\%Z = \%Z_s + \%Z_t = 5 + 4.5 = 9.5\,[\%]$

③ 변압기 2차 측 단락 용량

$P_s = \dfrac{100}{\%Z} \times P_n = \dfrac{100}{9.5} \times 10 = 105.26\,[\mathrm{MVA}]$

④ 차단기는 이 단락 용량보다 커야 하므로, 표의 표준 용량 중 105.26[MVA]를 넘는 가장 작은 값인 150[MVA]를 선정한다(100[MVA]는 단락 용량보다 작아 쓸 수 없다).

전원 측 임피던스를 빠뜨리고 변압기 %임피던스만으로 계산하면 $\dfrac{100}{4.5} \times 10 = 222.2[\mathrm{MVA}]$ 가 되어 250[MVA]를 고르게 된다. 전원의 임피던스가 더해질수록 단락 전류는 오히려 작아진다는 점에 주의한다.

642,390[원]

[해설]

전력량계 품셈에 따라 공동주택 동일 장소 10대 초과분은 1대당 품의 70[%]만 잡는다. 교체는 신설 100[%]에 철거 30[%]를 더해 130[%]를 적용한다.

1φ2W용 35대 신설: 10 × 0.14 + 25 × 0.14 × 0.7 = 1.4 + 2.45 = 3.85[인]
3φ4W용 7대 교체: 7 × 0.32 × 1.3 = 2.912[인]
합계: 3.85 + 2.912 = 6.762[인]
직접노무비 = 6.762 × 95,000 = 642,390[원]

혼동 주의: 3φ4W용은 7대로 10대를 넘지 않으므로 70[%] 감액이 붙지 않는다.

(1) 1.0[m] 이상

(2) 1.0[m] 이상

[해설]

한국전기설비규정(KEC)의 지중 전선로 시설 기준에서 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 곳은 관로식·직접 매설식 모두 매설 깊이를 1.0[m] 이상으로 한다.

• 관로식 — 중량물 압력 우려가 있으면 1.0[m] 이상, 없으면 0.6[m] 이상.
• 직접 매설식 — 중량물 압력 우려가 있으면 1.0[m] 이상, 그 밖의 곳은 0.6[m] 이상이며 트라프 등 방호물에 넣는다.

혼동 주의: 직접 매설식의 1.2[m] 기준은 KEC 개정 전 수치이고, 암거식은 매설 깊이 대신 견고한 암거 구조로 보호한다.

(1) 카르노맵

(2) $X = \mathrm{LS}_1 \cdot \mathrm{LS}_2 + \mathrm{LS}_2 \cdot \mathrm{LS}_3 + \mathrm{LS}_1 \cdot \mathrm{LS}_3$

(3)

2입력 AND 게이트 3개로 $\mathrm{LS}_1 \cdot \mathrm{LS}_2$, $\mathrm{LS}_2 \cdot \mathrm{LS}_3$, $\mathrm{LS}_1 \cdot \mathrm{LS}_3$ 을 각각 만들고, 그 출력 셋을 3입력 OR 게이트로 묶어 X를 얻는다.

[해설]

진리표에서 X=1인 조합을 카르노맵에 옮기고, 이웃한 1을 두 칸씩 묶으면 값이 바뀌는 변수가 사라진다. 열을 00·01·11·10 순으로 놓는 것은 이웃 칸끼리 한 비트만 달라지게 하는 그레이 코드 순서다.

• LS₁LS₂=11 열의 두 칸을 묶으면 LS₃가 사라져 LS₁·LS₂가 된다.
• LS₃=1 행의 01·11 칸을 묶으면 LS₁이 사라져 LS₂·LS₃가 된다.
• LS₃=1 행의 11·10 칸을 묶으면 LS₂가 사라져 LS₁·LS₃가 된다.

곱항 세 개의 합이므로 무접점 회로는 2입력 AND 3개의 출력을 3입력 OR 하나로 묶는 2단 구성이다. 세 입력 중 둘 이상이 ON이면 출력이 나오는 다수결(2 out of 3) 회로로 외워 두면 편하다.

386.9[V]

[해설]

탭을 바꿔도 실제 1차 전압은 그대로이고 권수비만 바뀌므로, 2차 전압은 1차 탭 전압에 반비례한다.

V₂ = 370 × 22,900 / 21,900
V₂ ≈ 386.9[V]

2차 전압을 올리려면 1차 탭을 낮춰야 한다는 방향이 핵심이다. 2차 정격의 220[V]는 상전압 표기라 이 계산에는 쓰지 않는다.

(1) ① 다운라이트 조명 ② 코퍼 조명 ③ 루버 조명

(2) ① 코니스 조명 ② 밸런스 조명 ③ 코너 조명

[해설]

건축화 조명은 광원을 천장·벽 같은 구조체 안에 넣어 마감의 일부로 만든 조명이며, 광원을 묻는 면에 따라 천장면 이용과 벽면 이용으로 나뉜다.

• 다운라이트 조명 — 천장에 작은 구멍을 뚫고 기구를 매입해 아래로 비춘다.
• 코퍼 조명 — 천장을 우물처럼 오목하게 파고 그 안에 광원을 넣는다.
• 루버 조명 — 천장 광원 아래에 루버(격자형 차광판)를 달아 눈부심을 줄인다.
• 코니스 조명 — 벽 상부 돌출부(코니스) 뒤에 광원을 숨겨 벽면을 아래로 비춘다.
• 밸런스 조명 — 창 상부의 밸런스판 뒤에 광원을 두어 위·아래로 동시에 비춘다.
• 코너 조명 — 천장과 벽이 만나는 구석에 광원을 넣어 천장과 벽을 함께 비춘다.

외우는 요령: 천장면은 다운라이트·코퍼·루버(그 밖에 핀홀·광천장), 벽면은 코니스·밸런스·코너(그 밖에 광창)로 묶는다.

(1) 190.53[V]

(2) 291.03[V]

(3) 291.03[V]

[해설]

중점 O에서 110[V]가 나오므로 한 상(권선)의 전압은 220[V]이고, 상끼리 120°씩 벌어져 있어 크기는 벡터 합으로 구한다.

V결선에서는 A·B·C가 한 변 220[V]인 정삼각형을 이루고 O가 B–C 변의 중점이라, (a)는 정삼각형의 중선 길이다.
V_a = 220 × √3/2 = 190.53[V]

Y결선에서는 중성점 N에서 각 단자까지 220[V]이고, O가 N–C의 중점이라 NO = 110[V]다.

NA와 NB가 모두 NO와 120°를 이루므로 코사인 제2법칙을 쓴다.
V = √(220² + 110² − 2 × 220 × 110 × cos120°) = √84,700 = 291.03[V]

혼동 주의: (b)와 (c)는 A와 B가 O에 대해 대칭이라 크기가 같으며, 220 + 110 = 330[V]처럼 스칼라로 더하면 틀린다.

① 10

② 5

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침의 공정관리 규정에 따라, 공정 지연이 아래 기준을 넘으면 감리원은 공사업자에게 만회대책을 지시해야 한다.

• 월간 공정실적이 계획 대비 10[%] 이상 지연되면 지시한다.
• 누계 공정실적이 계획 대비 5[%] 이상 지연되면 지시한다.

누계 기준이 더 작은 이유는 한 달 부진은 만회할 여지가 있지만 쌓인 지연은 준공 기한을 직접 위협하기 때문이다. 외우는 요령: 월간 10, 누계 5로 누계 쪽이 더 엄격하다.

119.01[kVA]

[해설]

3상 변압기는 단상 변압기 3대와 같으므로, 가장 무거운 상이 부담할 용량을 구한 뒤 3배 한다.

최대 단상 부하 = 33[kVA], 3상 부하의 한 상 몫 = 20 ÷ 3 = 6.67[kVA]
한 상 부담 = 33 + 6.67 = 39.67[kVA]
변압기 용량 = 39.67 × 3 = 119.01[kVA]

혼동 주의: 부하를 단순 합산(25 + 33 + 19 + 20 = 97[kVA])하면 불평형 상태에서 가장 무거운 상을 감당하지 못해 틀린다.

왼쪽 노출 도전성 부분에는 L1 · L2 · L3 세 가닥과 함께 중성선(N, 점이 붙은 사선)과 보호도체(PE, 사선)를 따로 인출하여 모두 5가닥을 내리고, 오른쪽 노출 도전성 부분에는 L1 · L2 · L3 세 가닥과 보호도체(PE, 사선) 한 가닥으로 모두 4가닥을 내린다. 두 인출부 사이의 간선 구간에는 보호도체와 중성선을 겸한 도체(PEN, 점이 붙은 사선)를 표시한다.

[해설]

계통접지 방식의 문자는 다음과 같이 읽는다.

· 첫 문자 — 전원 측 중성점과 대지의 관계. T(Terra, 대지에 직접 접속), I(절연 또는 임피던스를 통해 접속)

· 둘째 문자 — 설비의 노출 도전성 부분과 대지의 관계. T(독립 접지), N(전원의 중성점에 접속)

· 뒤에 붙는 문자 — 중성선과 보호도체의 배치. C(Combined, 하나의 도체로 겸용 = PEN), S(Separated, 별개의 도체로 분리)

따라서 TN-C는 전원 중성점을 직접 접지하고, 노출 도전성 부분을 그 중성점에 접속하되 중성선과 보호도체를 하나의 PEN 도체로 겸용하는 방식이다. PEN 도체를 어느 지점부터 N과 PE로 갈라 쓰면 그 뒤 구간은 TN-S가 되고, 이렇게 두 방식이 한 계통에 섞인 것을 TN-C-S라 한다.

도체 기호는 중성선(N)과 중간도체(M)는 점이 붙은 사선, 보호도체(PE)는 사선, 겸용 도체(PEN)는 점이 붙은 사선으로 표시한다. 도면을 완성할 때는 각 노출 도전성 부분으로 어떤 도체가 들어가는지(N과 PE를 따로 넣는지, 겸용 도체 하나로 넣는지)를 기호로 분명히 구분해 주어야 한다.

1.26[kW]

[해설]

물을 데우는 데 드는 열량은 Q = mcΔT이고, 1[kWh] = 860[kcal]이므로 효율 η인 전열기의 용량은 아래 식으로 구한다.
P = mcΔT ÷ (860 t η)

물 15[L]는 15[kg], 비열 1[kcal/kg·℃], 온도 상승 60 − 5 = 55[℃], 시간 1[h]를 넣는다.
P = (15 × 1 × 55) ÷ (860 × 1 × 0.76)
P = 825 ÷ 653.6 ≒ 1.26[kW]

효율은 분모에 들어가므로 효율이 낮을수록 더 큰 용량이 필요하다.

진공차단기(VCB)

[해설]

변압기 내부고장 전류는 전원 쪽에서만 흘러 들어오므로 변압기 전원 측 차단기가 끊어야 한다. 변압기 2차 측 ACB·MCCB에는 고장 전류가 흐르지 않아 동작해도 이 고장을 끊지 못한다.

• LBS(부하개폐기) — 정상 부하전류만 여닫을 뿐 고장전류를 차단할 능력이 없다.
• VCB(진공차단기) — 진공 속에서 아크를 꺼 고압 고장전류를 차단하는 기기로, 보호계전기 신호를 받아 트립한다.
• ACB·MCCB — 변압기 2차 저압 측에서 부하 회로를 보호한다.

혼동 주의: LBS가 전원에 더 가깝지만 차단기가 아니라 개폐기여서 답이 될 수 없다.

1.29[m]

[해설]

이도는 D = WS²/8T로 구한다. 하중 W는 자체 무게와 수평하중을 직각 합성한 합성하중, 장력 T는 인장하중을 안전율로 나눈 허용 수평장력이다.

W = √(0.334² + 0.608²) = 0.6937[kg/m]
T = 1,480 ÷ 2.2 = 672.73[kg]
D = (0.6937 × 100²) ÷ (8 × 672.73) = 1.29[m]

혼동 주의: 안전율을 빼고 1,480[kg]을 그대로 넣으면 틀리며, 단면적 38[mm²]은 계산에 쓰지 않는다.

(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]

(5) 75[kVA]

(6) 단상 변압기 10[A], 3상 변압기 10[A]

(7) 4.63[kVA]

[해설]

(1) 난방 동력의 수용 부하

온수 순환 펌프는 상시 운전이므로 수용률 100[%], 보일러 펌프와 오일 기어 펌프에만 수용률 55[%]를 적용한다.

$P = 3.7 \times 1 + (6.7 + 0.4) \times 0.55 = 3.7 + 3.905 = \;$ 7.61[kW]

(2) 계절별 피상 전력

표의 합계값을 역률 0.7로 나눈다.

$P_{a1} = \dfrac{26.5}{0.7} = 37.86\,[\mathrm{kVA}]$(상용), $P_{a2} = \dfrac{52.0}{0.7} = 74.29\,[\mathrm{kVA}]$(하계), $P_{a3} = \dfrac{10.8}{0.7} = 15.43\,[\mathrm{kVA}]$(동계)

(3) 총 전기 설비 용량

하계 부하와 동계 부하는 같은 시기에 함께 쓰이지 않으므로 둘 중 큰 쪽(하계)만 더한다. 조명 및 콘센트 부하는 표의 총 용량 75,880[VA] = 75.88[kVA]를 그대로 쓴다(설비 용량이므로 수용률을 곱하지 않는다).

$P_a = 37.86 + 74.29 + 75.88 = \;$ 188.03[kVA]

(4) 단상 변압기 용량

전등: $(520 + 1{,}120 + 45{,}100 + 1{,}200) \times 0.6 \times 10^{-3} = 28.76\,[\mathrm{kVA}]$

콘센트: $(10{,}500 + 440 + 3{,}000 + 3{,}600 + 2{,}400 + 7{,}200) \times 0.7 \times 10^{-3} = 19.00\,[\mathrm{kVA}]$

전화 교환용 정류기: $800 \times 1.0 \times 10^{-3} = 0.8\,[\mathrm{kVA}]$

$P_a = 28.76 + 19.00 + 0.8 = 48.56\,[\mathrm{kVA}]$ → 표준 규격 50[kVA] 선정

(5) 3상 변압기 용량

동계(10.8[kW])와 하계(52.0[kW]) 중 큰 하계 부하를 상용 부하와 합쳐 역률로 나눈 뒤 평균 수용률 65[%]를 곱한다.

$P_a = \dfrac{26.5 + 52.0}{0.7} \times 0.65 = 112.14 \times 0.65 = 72.89\,[\mathrm{kVA}]$ → 표준 규격 75[kVA] 선정

(6) 변류기 1차 측 정격 전류

변류기는 부하 전류에 여유 $1.25 \sim 1.5$ 배를 곱한 뒤 표준값(5, 10, 15, 20, 30, 40[A] …) 중에서 고른다.

단상: $I_1 = \dfrac{50 \times 10^{3}}{6{,}000} \times (1.25 \sim 1.5) = 8.33 \times (1.25 \sim 1.5) = 10.42 \sim 12.5\,[\mathrm{A}]$ → 10[A]

3상: $I_1 = \dfrac{75 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 6{,}000} \times (1.25 \sim 1.5) = 7.22 \times (1.25 \sim 1.5) = 9.02 \sim 10.83\,[\mathrm{A}]$ → 10[A]

(7) 전력용 콘덴서 용량

$Q_c = P\left(\dfrac{\sqrt{1 - \cos^2\theta_1}}{\cos\theta_1} - \dfrac{\sqrt{1 - \cos^2\theta_2}}{\cos\theta_2}\right)$

$Q_c = 6.7 \times \left(\dfrac{\sqrt{1 - 0.7^2}}{0.7} - \dfrac{\sqrt{1 - 0.95^2}}{0.95}\right) = 6.7 \times (1.0202 - 0.3287) = \;$ 4.63[kVA]

참고로 일부 교재는 이 문항의 조건에 직접조명 LED의 소비전력 · 광효율 · 보수 상태를 함께 실어 두었으나, (1)~(7) 어디에도 광속이나 조도 계산이 없어 쓰이지 않는 조건이다. 같은 문항이 다른 회차에 다시 실릴 때에도 그 줄은 없다.

(1) $Z = A \cdot B$

(2)

A와 B가 동시에 High인 $t_2 \sim t_3$ 구간에서만 Z가 High가 된다.

[해설]

두 다이오드는 캐소드가 입력 쪽을 향하고, 출력 노드는 저항 R을 통해 +E_C에 풀업되어 있는 다이오드 AND 회로다. 따라서 출력식은 Z = A·B이다.

입력 중 하나라도 0[V]이면 그쪽 다이오드가 도통해 출력이 0[V]로 끌려 내려간다. 두 입력이 모두 High일 때만 다이오드가 막혀 Z가 +E_C(High)가 된다.

타임차트에서 A(t₁~t₃)와 B(t₂~t₄)가 겹치는 t₂~t₃ 구간에서만 Z가 High다. 혼동 주의: 다이오드 방향이 반대(애노드가 입력 쪽)이고 저항이 0[V] 쪽에 연결되면 OR 회로가 된다.