(1) 기준충격절연강도

(2) 24[kV]

(3) 831.38[MVA]

(4) 직류전압 트립방식 / 콘덴서 트립방식 / 부족전압 트립방식

[해설]

(1) BIL(Basic Impulse Insulation Level)은 기준충격절연강도로, 뇌서지 같은 충격전압에 기기가 견딜 수 있는 절연 수준을 절연계급에 따라 규정한 값이다. 계통의 절연 협조를 세울 때 기준이 된다.

(2) 정격전압 — 절연계급 20호 이상의 비유효 접지계에서는 다음 관계가 성립한다.

BIL = 절연계급 $\times\,5+50\,[\mathrm{kV}]$

절연계급 $=\dfrac{150-50}{5}=20$ [호]

절연계급에서 공칭전압을, 공칭전압에서 정격전압을 차례로 구한다.

공칭전압 $=20\times1.1=22\,[\mathrm{kV}]$

$V_n=22\times\dfrac{1.2}{1.1}=\mathbf{24}\,[\mathrm{kV}]$

정격전압을 25.8[kV]로 싣고 있는 자료가 있으나, 25.8[kV]는 공칭 22.9[kV] 다중접지(유효접지) 계통의 표준 정격전압이어서 ‘절연계급 20호·비유효 접지계’라는 이 문제의 조건과 맞지 않는다. 조건대로 계산하면 24[kV]가 된다.

(3) 정격 차단용량 — 3상 회로이므로

$P_s=\sqrt{3}\,V_n I_s=\sqrt{3}\times24\times20=\mathbf{831.38}\,[\mathrm{MVA}]$

정격전압[kV]과 정격 차단전류[kA]를 곱하면 단위가 [MVA]로 떨어진다. 명판의 차단시간 8사이클과 솔레노이드형은 이 계산에 쓰이지 않는 조건으로, 각각 차단 속도와 조작 방식을 나타낼 뿐이다.

(4) 트립방식 — 트립코일을 여자시키는 전원을 무엇으로 하느냐에 따라 다음 네 가지로 나뉘며, 이 중 3가지를 쓰면 된다.

· 직류전압 트립방식 — 축전지 등 별도의 직류전원으로 트립코일을 여자시킨다. 가장 확실해 대용량 계통에 쓴다.

· 콘덴서 트립방식(CTD) — 평상시 콘덴서에 충전해 둔 전하를 사고 시 방전시켜 트립시킨다.

· 부족전압 트립방식 — 전압이 규정치 아래로 떨어지면 트립시킨다.

· 과전류 트립방식 — 변류기 2차 전류를 직접 트립코일에 흘려 동작시킨다.

① 접지극을 서로 연접시켜 합성 접지저항이 낮아진다

② 접지극의 신뢰도가 높아진다

③ 소요 접지극 수량이 줄어든다

④ 접지도체가 짧아지고 접지계통이 단순해져 유지·보수가 쉽다

⑤ 건축 구조체(철골·철근)와 연접하면 거대한 접지전극 효과를 얻는다

[해설]

공통접지는 피뢰·기기·계통 접지를 한 접지극군에 모아 등전위를 이루게 하는 방식이다. 이점은 크게 세 갈래에서 나온다.

· 저항 측면 — 접지극이 병렬로 이어지므로 합성저항은 개별 접지극 저항보다 작아진다. 극 $n$개를 이상적으로 병렬 접속하면 $R = \dfrac{R_0}{n}$ 에 가까워지고, 여기에 건물 기초의 철근까지 연접하면 접지 면적이 통째로 커져 단독 접지극으로는 얻기 어려운 낮은 저항값이 나온다.

· 신뢰도·시공 측면 — 한 극의 부식·단선이 곧바로 접지 상실로 이어지지 않아 신뢰도가 높고, 필요한 극 수가 줄어 매설 공간과 공사비가 절감된다.

· 보수 측면 — 접지도체 길이가 짧아지고 계통이 단순해져 점검·측정과 사후 보수가 쉽다. 또한 설비 사이의 전위차가 줄어 통신·제어기기의 손상 위험도 낮아진다.

반대로 단점도 함께 알아 두어야 한다. ㉠ 피뢰설비와 접지를 공유하므로 뇌서지의 영향을 그대로 받는다. ㉡ 한 기기 계통의 사고가 다른 계통으로 파급될 우려가 있다. ㉢ 접지계통이 하나로 묶여 있어 보호 대상물을 따로 한정할 수 없다.

247[V]

[해설]

단상 선로에서 수전단 전압을 기준으로 한 전압강하의 근사식은 다음과 같다.

$V_s=V_r+I(R\cos\theta+X\sin\theta)$

단서에서 유도 리액턴스를 무시하라고 했으므로 $X=0$ 으로 두면 저항분만 남는다.

$V_s=220+15\times3\times0.6=220+27=\mathbf{247}\,[\mathrm{V}]$

즉 이 문제에서 리액턴스 4[Ω]은 계산에 쓰이지 않는 조건이다. 단서를 놓치고 리액턴스까지 넣으면 $V_s=220+15\,(3\times0.6+4\times0.8)=220+75=295\,[\mathrm{V}]$ 가 되므로 조건을 먼저 확인해야 한다.

참고로 역률 0.6(지상)이므로 $\sin\theta=\sqrt{1-0.6^{2}}=0.8$ 이고, 위 근사식은 수전단 전압과 송전단 전압의 위상차가 작다는 가정에서 벡터도의 실수축 성분만 더한 것이다.

좌측 모선에서 A의 a접점과 B의 a접점을 직렬로 이은 가닥과, C의 a접점과 D의 a접점을 직렬로 이은 가닥을 병렬로 접속한 뒤, 두 가닥의 합류점에서 출력 X를 거쳐 우측 모선에 연결한다.

[해설]

먼저 주어진 무접점 회로의 논리식을 세운다. A와 B가 AND 게이트로, C와 D가 또 다른 AND 게이트로 들어가고 두 출력이 OR 게이트에서 합쳐지므로

$X=A\cdot B+C\cdot D$

유접점 회로로 바꿀 때의 대응 관계는 다음과 같다.

· AND(논리곱) → 접점의 직렬 접속 : 두 접점이 모두 닫혀야 전류가 흐른다.

· OR(논리합) → 접점의 병렬 접속 : 두 가닥 중 하나만 닫혀도 전류가 흐른다.

· NOT(부정) → b접점 : 여기서는 부정 입력이 없으므로 네 접점 모두 a접점이다.

따라서 $A\cdot B$ 는 A-B 직렬 가닥, $C\cdot D$ 는 C-D 직렬 가닥이 되고, 두 항의 합은 두 가닥의 병렬 접속이 된다. 출력 X는 합류점 뒤에 하나만 직렬로 넣는다. 각 가닥마다 출력을 따로 달면 $X$ 가 둘이 되어 논리식과 어긋난다.

(1) 17,000[kW]

(2) A = 5,875[kW], B = 3,750[kW], C = 2,500[kW]

(3) 71.32[%]

(4) 1.12

(5) 79.81[%]

[해설]

세로축 값에 $10^{3}$ 을 곱한 값이 실제 전력이다. 각 곡선의 계단값은 A가 1-7-10-7-10-7-2, B가 5-3-5, C가 2-4-2-4-2-1이다.

(1) 합성 최대전력 — 세 곡선의 값을 시각별로 더해 가장 큰 순간을 찾는다. 8~11시와 13~17시에 A=10, C=4, B=3으로 합이 가장 크다.

$P_m=(10+4+3)\times10^{3}=\mathbf{17{,}000}\,[\mathrm{kW}]$

A의 최댓값 10과 B의 최댓값 5가 같은 시각에 겹치지 않는다는 점이 이 문제의 핵심이다.

(2) 평균전력 — 24시간 동안의 전력량을 24로 나눈다.

$P_A=\dfrac{\{(1\times6)+(7\times2)+(10\times3)+(7\times1)+(10\times5)+(7\times4)+(2\times3)\}\times10^{3}}{24}=\mathbf{5{,}875}\,[\mathrm{kW}]$

$P_B=\dfrac{\{(5\times7)+(3\times15)+(5\times2)\}\times10^{3}}{24}=\mathbf{3{,}750}\,[\mathrm{kW}]$

$P_C=\dfrac{\{(2\times8)+(4\times4)+(2\times1)+(4\times4)+(2\times3)+(1\times4)\}\times10^{3}}{24}=\mathbf{2{,}500}\,[\mathrm{kW}]$

(3) 총 부하율 — 평균전력의 합을 합성 최대전력으로 나눈다.

$F=\dfrac{5{,}875+3{,}750+2{,}500}{17{,}000}\times100=\dfrac{12{,}125}{17{,}000}\times100=\mathbf{71.32}\,[\%]$

(4) 부등률 — 개별 최대전력의 합을 합성 최대전력으로 나눈다. 개별 최댓값은 A 10, B 5, C 4이다.

$F_d=\dfrac{(10+5+4)\times10^{3}}{17\times10^{3}}=\dfrac{19}{17}=\mathbf{1.12}$

(5) 합성 역률 — 유효전력은 더할 수 있지만 역률은 그대로 더할 수 없으므로, 각 부하의 무효전력을 구해 합산한 뒤 되돌린다. 최대부하 시각의 값 A=10,000[kW](역률 0.8), B=3,000[kW](역률 1.0), C=4,000[kW](역률 0.6)를 쓴다.

$Q=10{,}000\times\dfrac{0.6}{0.8}+3{,}000\times0+4{,}000\times\dfrac{0.8}{0.6}=7{,}500+0+5{,}333.33=12{,}833.33\,[\mathrm{kVar}]$

$\cos\theta=\dfrac{P}{\sqrt{P^{2}+Q^{2}}}\times100=\dfrac{17{,}000}{\sqrt{17{,}000^{2}+12{,}833.33^{2}}}\times100=\mathbf{79.81}\,[\%]$

세 부하의 역률을 산술평균한 값(80[%])과는 다르다는 점에 주의한다.

① 가스차단기 — SF₆ 가스

② 유입차단기 — 절연유

③ 공기차단기 — 압축공기

④ 진공차단기 — 고진공

⑤ 자기차단기 — 전자력

[해설]

차단기는 전류 영점 부근에서 접점 사이에 생긴 아크를 얼마나 빨리 꺼뜨리느냐로 성능이 갈리며, 그 아크를 끄는 데 쓰는 매체가 곧 차단기의 이름이 된다.

이 가운데 진공차단기(VCB)는 파센의 법칙에서 알 수 있듯 압력이 아주 낮은 영역에서 절연내력이 급격히 커지는 성질을 이용한 것으로, 소형·경량이고 보수가 간편해 수전설비에 널리 쓰인다. 가스차단기(GCB)는 소호능력이 뛰어나 초고압 계통의 주력이지만 SF₆가 온실가스라는 부담이 있다. 자기차단기와 공기차단기는 소음·설비 규모 문제로 신설에서는 거의 쓰이지 않는다.

50[MVA]

[해설]

차단기의 차단용량은 그 설치점에서 생길 수 있는 단락용량 이상이어야 한다. 변압기 이외의 임피던스를 무시하라고 했으므로 기준용량에 대한 전체 %임피던스는 변압기 자신의 3[%]뿐이다.

기준용량(변압기 3대의 합계 용량)은

$P_n=500\times3=1{,}500\,[\mathrm{kVA}]$

단락용량은 %임피던스의 역수에 비례하므로

$P_s=\dfrac{100}{\%Z}\,P_n=\dfrac{100}{3}\times1{,}500=50{,}000\,[\mathrm{kVA}]=\mathbf{50}\,[\mathrm{MVA}]$

%임피던스는 자기 용량 기준의 값이므로 1차·2차 어느 쪽에서 보아도 같은 값을 쓴다. 따라서 2차 전압 380[V]를 따로 대입할 필요가 없고, 결선이 Y-Y라는 점도 용량 계산 자체에는 영향을 주지 않는다. 실제 선정에서는 이 계산값 이상인 표준 차단용량을 고르면 된다.

참고로 단락전류가 필요하다면 $I_s=\dfrac{100}{\%Z}\,I_n$ 으로 정격전류의 $\dfrac{100}{3}\fallingdotseq33.3$ 배가 된다.

① 제5고조파를 제거하여 전압 파형을 개선한다

② 콘덴서 투입 시의 돌입전류를 억제한다

③ 콘덴서 개방 시 재점호에 의한 모선의 과전압을 억제한다

④ 고조파 전류의 유입을 억제하여 보호계전기의 오동작을 방지한다

[해설]

전력용 콘덴서만 단독으로 달면 계통의 고조파에 대해 임피던스가 낮아져 고조파 전류가 콘덴서로 몰리고, 파형이 일그러지며 콘덴서 자신도 과열된다. 직렬리액터는 이를 막기 위해 콘덴서와 직렬로 넣는 유도성 소자다.

제5고조파 제거 조건 — 제5고조파에 대해 리액터의 유도성 리액턴스와 콘덴서의 용량성 리액턴스가 같아지면(직렬공진) 그 주파수에서 회로는 저항만 남고, 그보다 낮은 차수에서는 회로 전체가 유도성이 되어 고조파 확대가 사라진다.

$5\omega L=\dfrac{1}{5\omega C}$

$\omega L=\dfrac{1}{25\,\omega C}=0.04\times\dfrac{1}{\omega C}$

즉 이론상 콘덴서 용량의 4[%]인 리액터가 필요하며, 주파수 변동과 여유를 고려해 실제로는 6[%]를 표준으로 채용한다.

제3고조파가 문제 되는 계통에서는 $3\omega L=\dfrac{1}{3\omega C}$ 에서 $\omega L=\dfrac{1}{9\omega C}$, 곧 약 11[%]의 리액터가 쓰인다.

이 밖에 콘덴서를 투입할 때 순간적으로 흐르는 큰 돌입전류를 리액터의 인덕턴스가 눌러 주고, 개방 시 접점의 재점호로 생기는 모선 과전압도 억제한다. 결과적으로 고조파 전류가 계전기 회로로 흘러드는 것을 막아 오동작을 방지하는 효과까지 얻는다.

(1) 2배

(2) 75[%]

(3) 75[%]

[해설]

(1) 공급능력 — 간선의 전선 굵기가 그대로이므로 흘릴 수 있는 전류 $I$(허용전류)도 그대로다. 공급능력은 피상전력이므로

$P_a=VI$ 이므로 $P_a \propto V$

$\dfrac{P_a'}{P_a}=\dfrac{220}{110}=2$ → 2배

승압 시 공급능력의 증대 배수는 전압비 그 자체이다. $\left(\dfrac{220}{110}\right)^{2}=4$ 로 답하는 경우가 있으나, 이 값은 ‘전력손실률을 같게 유지할 때 보낼 수 있는 전력’의 증가 배수여서 전선 굵기를 고정한 이 문제의 조건과는 다른 명제다.

(2) 전력손실 — 같은 전력을 보낼 때 전류는 전압에 반비례하고, 손실은 전류의 제곱에 비례한다.

$P_L=\dfrac{P^{2}R}{V^{2}\cos^{2}\theta}$ 이므로 $P_L \propto \dfrac{1}{V^{2}}$

$P_L'=\left(\dfrac{110}{220}\right)^{2}P_L=0.25\,P_L$

감소율 $=(1-0.25)\times100=\mathbf{75}\,[\%]$

(3) 전압강하율 — 전압강하 $e=\dfrac{P}{V}(R+X\tan\theta)$ 는 전압에 반비례하고, 전압강하율은 이를 다시 전압으로 나눈 값이다.

$\varepsilon=\dfrac{e}{V}\times100=\dfrac{P}{V^{2}}(R+X\tan\theta)\times100$ 이므로 $\varepsilon \propto \dfrac{1}{V^{2}}$

감소율 $=\left\{1-\left(\dfrac{110}{220}\right)^{2}\right\}\times100=\mathbf{75}\,[\%]$

정리하면 승압에서 전압에 비례하는 양은 공급능력(피상전력)과 전압강하의 여유이고, 전압의 제곱에 비례하는 양은 공급전력·전력손실률 개선폭이며, 전압의 제곱에 반비례하는 양은 전력손실·전압강하율·전압변동률이다.

(1) ① 배선용 차단기 ② 열동계전기 ③ 전력용 콘덴서 ④ 푸시버튼 스위치 b접점(수동조작 자동복귀 b접점) ⑤ 리미트 스위치 a접점

(2) 열동계전기가 동작했을 때 점등되어 전동기의 과부하 상태를 표시하는 등

(3)

점선 박스 안에 두 가닥을 병렬로 접속한다. 왼쪽 가닥은 MC의 a접점과 적색등 Ⓡ의 직렬, 오른쪽 가닥은 MC의 b접점과 녹색등 Ⓖ의 직렬로 하여 각각 제어회로의 상단 모선과 하단 모선 사이에 연결한다.

[해설]

(1) 도면 기호

· ① 주회로 최상단에서 3상을 한꺼번에 개폐하는 3극 개폐 기호이므로 배선용 차단기(MCCB)이다. 과부하·단락 시 회로를 차단하고 평상시에는 수동 개폐기로 쓴다.

· ② MC 주접점과 전동기 사이에 든 히터 기호이므로 열동계전기(THR)이다. 과부하 전류의 열로 바이메탈이 휘어 제어회로의 접점을 전환시킨다.

· ③ 전동기와 병렬로 △결선된 커패시터 3개이므로 전력용 콘덴서(SC)이다. 전동기의 지상 무효전력을 보상해 역률을 개선한다.

· ④ MAN(수동) 측 회로에서 MC 코일 앞에 직렬로 든 접점으로, 누르면 열려 자기유지를 끊는 푸시버튼 스위치 b접점(정지용, 수동조작 자동복귀 b접점)이다.

· ⑤ AUTO(자동) 측에서 기계의 위치를 검출해 코일을 여자시키는 리미트 스위치 a접점이다.

(2) Ⓨ등 — 열동계전기의 전환접점 가운데 평상시 열려 있는 쪽에 물려 있다. 정상 운전 중에는 소등되어 있다가 과부하로 열동계전기가 동작하면 접점이 전환되어 점등되므로, 과부하(트립) 상태를 알리는 표시등이다. 이때 MC 코일 회로는 끊어져 전동기가 정지한다.

(3) 표시등 회로 — 표시등은 전자접촉기 MC의 여자 여부를 그대로 따라가야 한다.

· 전동기 정지 중에는 MC가 소자되어 b접점이 닫혀 있으므로 Ⓖ(녹색등)가 점등된다.

· 전동기 운전 중에는 MC가 여자되어 a접점이 닫히므로 Ⓡ(적색등)이 점등되고, 동시에 b접점이 열려 Ⓖ는 소등된다.

따라서 ‘MC a접점 + Ⓡ’과 ‘MC b접점 + Ⓖ’를 각각 직렬로 만든 뒤 두 가닥을 병렬로 상·하 모선에 접속하면 요구 동작이 그대로 구현된다. 두 표시등을 직렬로 잇거나 접점을 공유하면 동작하지 않는다.

(1) 14,550[VA]

(2) 16[A] 분기 6회로

(3) 16[A] 분기 10회로

[해설]

(1) 설비 부하용량 — 평면도에서 각 부분의 바닥면적을 먼저 읽는다. 주택 부분은 $15\times12=180\,[\mathrm{m^2}]$, 상점 부분은 $12\times10=120\,[\mathrm{m^2}]$, 창고는 $3\times10=30\,[\mathrm{m^2}]$, 진열장의 폭은 6[m]이다.

· 주택 부분(참고자료 라) : $\left\{3+\dfrac{0.5}{10}\times(180-60)\right\}\times10^{3}=(3+6)\times10^{3}=9{,}000\,[\mathrm{VA}]$

· 상점 부분(표준부하 30[VA/m²]) : $120\times30=3{,}600\,[\mathrm{VA}]$

· 창고(별도 계산 부분 5[VA/m²]) : $30\times5=150\,[\mathrm{VA}]$

· 진열장 가산분(폭 1[m]당 300[VA]) : $6\times300=1{,}800\,[\mathrm{VA}]$

$P=9{,}000+3{,}600+150+1{,}800=\mathbf{14{,}550}\,[\mathrm{VA}]$

창고는 주택이 아닌 건축물의 별도 계산 부분이므로 30이 아니라 5[VA/m²]를 적용하고, 진열장은 면적이 아니라 폭으로 가산한다는 점이 함정이다.

(2) 220[V]일 때의 분기회로수 — 분기회로의 정격전류가 주어지지 않았으므로 표준인 16[A]를 적용한다.

$N=\dfrac{14{,}550}{220\times16}=\dfrac{14{,}550}{3{,}520}=4.13$

소수가 생기면 절상하므로 5회로이고, 여기에 RC(220[V], 3[kW])의 전용 분기회로 1회로를 더한다.

$N=5+1=\mathbf{6}$ 회로

(3) 110[V]일 때의 분기회로수

$N=\dfrac{14{,}550}{110\times16}=\dfrac{14{,}550}{1{,}760}=8.27$

절상하면 9회로이고, RC(110[V], 1.5[kW])의 전용 분기회로 1회로를 더한다.

$N=9+1=\mathbf{10}$ 회로

냉방기기나 취사용 기기의 정격소비전력이 110[V]에서 1.5[kW], 220[V]에서 3[kW] 이상이면 전용 분기회로를 두어야 하므로, RC의 용량은 상정부하 14,550[VA]에 포함시키지 않고 회로수만 따로 1회로 더하는 것이다. 전압이 절반이 되면 같은 부하에 필요한 회로수가 약 두 배로 늘어난다는 점도 함께 확인해 둔다.

DS₃ 투입(ON) → CB 개방(OFF) → DS₂ 개방(OFF) → DS₁ 개방(OFF)

[해설]

단로기(DS)는 소호 장치가 없어 부하전류를 끊거나 넣을 수 없고, 전류가 흐르지 않는 상태에서 회로를 기계적으로 개폐하는 데만 쓴다. 조작 순서는 이 제약에서 그대로 따라 나온다.

① 먼저 DS₃를 투입한다. 이때 DS₃ 양단은 이미 닫혀 있는 DS₁–CB–DS₂ 경로를 통해 같은 전위이므로 전위차 없이 병렬 회로를 만드는 조작이 되어 아크가 생기지 않는다.

② 부하전류가 측로로도 흐를 수 있게 된 뒤 CB를 개방한다. 부하전류는 전부 DS₃ 쪽으로 옮겨 가고 급전은 끊기지 않는다.

③ 점검할 구간을 전원에서 떼어내기 위해 DS₂(부하측) → DS₁(전원측) 순으로 개방한다. 이 구간에는 이미 전류가 흐르지 않으므로 단로기로 개방해도 무방하다. 부하측을 먼저 열어 잔류 전하·역가압 경로를 끊고 마지막에 전원측을 여는 것이 원칙이다.

점검을 마치고 원상 복구할 때에는 역순으로 조작한다. DS₂ 투입 → DS₁ 투입 → CB 투입 → DS₃ 개방. 여기서도 DS₃는 CB가 투입되어 병렬 경로가 확보된 뒤 마지막에 열어야 아크 없이 개방된다.

2,000[kVA]

[해설]

전동기를 기동하면 큰 기동전류가 발전기의 과도 리액턴스에 흘러 발전기 단자전압이 떨어진다. 이 전압강하를 허용치 이내로 붙들어 두려면 발전기가 충분히 커야 한다는 것이 이 식의 뜻이다.

$P_a \ge \left(\dfrac{1}{e}-1\right)\times X_d' \times P_s$

여기서 $e$ 는 허용 전압강하, $X_d'$ 는 발전기의 과도 리액턴스, $P_s$ 는 전동기의 기동용량이다. 값을 대입하면

$P_a \ge \left(\dfrac{1}{0.2}-1\right)\times0.25\times2{,}000=4\times0.25\times2{,}000=\mathbf{2{,}000}\,[\mathrm{kVA}]$

허용 전압강하를 더 조이면($e$ 가 작아지면) 괄호 안의 값이 커져 필요한 발전기 용량이 급격히 늘어난다. 예컨대 허용 전압강하를 10[%]로 하면 $(1/0.1-1)\times0.25\times2{,}000=4{,}500\,[\mathrm{kVA}]$ 가 되어 두 배 이상이 필요하다. 실제 선정에서는 이 계산값 이상인 표준 용량기를 고른다.

(1) 와이어 게이지

(2) 절연저항계(메거)

(3) 콜라우시 브리지(또는 접지저항계)

[해설]

(1) 와이어 게이지는 원형 판 둘레에 여러 크기의 홈이 파여 있어 단선을 끼워 넣어 지름을 직접 읽는 도구이다. 연선의 굵기는 소선 지름과 가닥수로 환산하거나 버니어캘리퍼스로 재지만, 단선의 굵기를 현장에서 바로 확인할 때는 와이어 게이지가 표준이다.

(2) 절연저항계(메거)는 내부에서 직류 고전압(저압 옥내배선은 보통 DC 500[V])을 만들어 전로와 대지 사이에 걸고 흐르는 미소 전류로 [MΩ] 단위의 절연저항을 읽는다. 보통의 저항계로는 이만한 고저항을 잴 수 없다.

(3) 콜라우시 브리지는 교류 전원과 검류계를 써서 접지극과 보조전극 사이의 저항을 재는 방식으로, 직류를 쓰면 대지에 분극이 생기므로 접지저항·전해액 저항 측정에는 교류식이 쓰인다. 실무에서는 같은 원리를 내장한 접지저항계(어스테스터)를 쓴다.

저항은 크기에 따라 측정법이 달라지므로 함께 정리해 둔다.

(1) ① 단로기 ② 차단기 ③ 과전류계전기 ④ 계기용변압기 ⑤ 피뢰기

(2) ① 2.19[A]   ② 97.2[kVA]

(3) 콘덴서 개방 시 잔류전하를 신속히 방전시켜 감전을 방지한다

[해설]

(1) 결선도상 기기 — ①은 짧은 사선 접점의 단로기 심벌, ②는 세로 직사각형 안에 접점이 든 차단기 심벌, ③은 CT 2차에 연결된 원 안의 ‘51’(과전류계전기의 계기번호), ④는 지그재그 2권선으로 그린 계기용변압기, ⑤는 위아래 삼각형을 맞댄 피뢰기 심벌이다.

(2)① 전류계 지시값 — 부등률은 개별 최대전력의 합을 합성 최대전력으로 나눈 값이므로, 합성 최대전력은 개별 최대전력의 합을 부등률로 나누어 구한다.

$P=\dfrac{100+140+180}{1.4}=\dfrac{420}{1.4}=300\,[\mathrm{kW}]$

이 전력을 6,600[V]·역률 0.8로 보낼 때 변압기 1차 전류(=CT 1차 전류)는

$I_1=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}=\dfrac{300\times10^{3}}{\sqrt{3}\times6{,}600\times0.8}=32.80\,[\mathrm{A}]$

전류계는 CT 2차에 달려 있으므로 CT비 75/5를 나눈 값을 지시한다.

$I=I_1\times\dfrac{5}{75}=32.80\times\dfrac{1}{15}=\mathbf{2.19}\,[\mathrm{A}]$

(2)② 콘덴서 용량 — 유효전력을 그대로 두고 역률만 $\cos\theta_1=0.8$ 에서 $\cos\theta_2=0.92$ 로 올릴 때 필요한 진상 용량은 무효전력의 감소분이다.

$Q_c=P\left(\dfrac{\sin\theta_1}{\cos\theta_1}-\dfrac{\sin\theta_2}{\cos\theta_2}\right)=300\left(\dfrac{0.6}{0.8}-\dfrac{\sqrt{1-0.92^{2}}}{0.92}\right)$

$=300\,(0.75-0.42600)=300\times0.32400=\mathbf{97.2}\,[\mathrm{kVA}]$

여기서 $\sin\theta_2=\sqrt{1-0.92^{2}}=0.39192$ 이다. 합성 최대전력 300[kW]를 기준으로 잡는 것이 핵심이며, 부하 합계 420[kW]를 그대로 쓰면 안 된다.

(3) 방전코일(DC) — 전력용 콘덴서는 회로에서 분리된 뒤에도 전하를 품고 있어 그대로 두면 점검자가 감전된다. 방전코일은 콘덴서와 병렬로 접속되어 개방 직후 잔류전하를 빠르게 방전시키며, 규정상 개방 후 5초 이내에 50[V] 이하로 낮추도록 한다(방전저항을 쓰는 경우는 5분 이내 50[V] 이하). 재투입 시의 과전압을 막는 효과도 있다.

역률 개선용 콘덴서 설비는 아래와 같이 직렬리액터(SR)·방전코일(DC)·전력용 콘덴서(SC)가 한 벌로 구성된다.

① 매입형광등 조명

② 다운라이트 조명

③ 핀홀라이트 조명

④ 코퍼 조명

[해설]

건축화 조명은 광원을 어디에 묻느냐에 따라 천장면을 이용하는 것과 벽면을 이용하는 것으로 나뉜다. 답으로 쓸 수 있는 항목은 아래와 같으며, 천장면 이용 방식 가운데 4가지를 들면 된다.

· 매입형광등 조명 — 형광등기구를 천장 속에 묻고 개구부만 노출시키는 가장 일반적인 방식이다.

· 다운라이트 조명 — 천장에 작은 구멍을 뚫고 그 안에 광원을 넣어 아래로 빛을 내리는 방식이다.

· 핀홀라이트 조명 — 다운라이트의 개구부를 아주 작게 만들어 빛을 좁게 모으는 방식으로, 강조 조명에 쓴다.

· 코퍼 조명 — 천장면을 여러 형태로 우물처럼 파내고 그 안에 광원을 넣어 조명하는 방식으로, 장식성이 높다.

· 광천장 조명 — 천장 전체를 확산 투과재로 마감하고 그 위에 광원을 두어 천장 자체를 발광면으로 만든다.

· 루버 조명 — 광원 아래에 루버를 달아 눈부심을 줄이면서 빛을 확산시킨다.

벽면을 이용하는 코니스·코너·밸런스·광창 조명은 이 문제의 답이 아니므로 구분해서 외워 둔다.