① 0.6/1[kV] 연피 케이블

② 클로로프렌 외장 케이블

③ 비닐 외장 케이블

[해설]

「한국전기설비규정」은 저압에 쓸 수 있는 케이블의 품명을 다음과 같이 정하고 있다. 이 가운데 어느 3가지를 써도 정답이다.

· 0.6/1[kV] 연피 케이블
· 클로로프렌 외장 케이블
· 비닐 외장 케이블
· 폴리에틸렌 외장 케이블
· 무기물 절연 케이블
· 금속 외장 케이블
· 저독성 난연 폴리올레핀 외장 케이블
· 300/500[V] 연질 비닐 시스 케이블

주의할 것이 하나 있다. 시중 자료에는 '비닐 절연 비닐 시스 케이블(VV)', '가교 폴리에틸렌 절연 비닐 시스 케이블(CV)', '수저 케이블', '선박용 케이블', '아크 용접용 케이블'처럼 규정 정비 이전 체계의 품명으로 나열한 답이 함께 돌아다닌다. 발문이 「한국전기설비규정」을 준거로 명시하고 있으므로 위 목록의 명칭으로 답해야 하며, 두 목록을 섞어 쓰면 안 된다. 다만 '미네랄 인슈레이션(MI) 케이블'은 위 목록의 무기물 절연 케이블과 같은 것을 가리키는 다른 이름이다.

덧붙여 케이블 명칭 앞의 '0.6/1[kV]'는 도체와 대지 사이 정격 전압 0.6[kV], 도체 상호 간 정격 전압 1[kV]를 뜻한다. 저압 케이블 규격을 읽을 때 함께 알아 두면 좋다.

(1) 6,360[V]

(2) 510[kW] (중간 전류를 57.74[A]로 반올림해 계산하면 510.01[kW])

(3) 80.18[%]

[해설]

선로 전류를 먼저 구해 두면 세 물음이 모두 여기서 풀린다.

$I = \dfrac{P_r}{\sqrt{3}\,V_r\cos\theta} = \dfrac{480 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 6{,}000 \times 0.8} = 57.74\,[\mathrm{A}]$

(1) 송전단 전압 — 3상 선로의 전압 강하는 $e = \sqrt{3}\,I\,(R\cos\theta + X\sin\theta)$ 로 근사한다. 역률 0.8이면 $\sin\theta = 0.6$ 이므로

$V_s = 6{,}000 + \sqrt{3} \times 57.74 \times (3 \times 0.8 + 2 \times 0.6) = 6{,}000 + 360 = \mathbf{6{,}360}\,[\mathrm{V}]$

같은 값을 $V_s = V_r + \dfrac{P}{V_r}\left(R + X\tan\theta\right) = 6{,}000 + \dfrac{480 \times 10^{3}}{6{,}000}\left(3 + 2 \times \dfrac{0.6}{0.8}\right) = 6{,}000 + 80 \times 4.5 = 6{,}360\,[\mathrm{V}]$ 로도 얻는다.

(2) 송전단 전력 — 수전단 전력에 선로 저항손을 더한 값이고, 3상이므로 손실은 $3I^{2}R$ 이다.

$P_{\ell} = \dfrac{P^{2}R}{V_r^{2}\cos^{2}\theta} = \dfrac{(480 \times 10^{3})^{2} \times 3}{6{,}000^{2} \times 0.8^{2}} = 30{,}000\,[\mathrm{W}] = 30\,[\mathrm{kW}]$

$P_s = 480 + 30 = \mathbf{510}\,[\mathrm{kW}]$

전류를 57.74[A]로 반올림한 뒤 $3 \times 57.74^{2} \times 3 \times 10^{-3} = 30.01\,[\mathrm{kW}]$ 로 계산하면 $P_s = 480 + 30.01 = 510.01\,[\mathrm{kW}]$ 가 되고, 반올림을 전파시키지 않으면 510.00[kW]다. 두 값 모두 정답으로 인정된다.

(3) 송전단 역률 — 선로가 직렬이라 송·수전단 전류가 같으므로 정의식으로 바로 구한다.

$\cos\theta_s = \dfrac{P_s}{\sqrt{3}\,V_s\,I} = \dfrac{510.01 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 6{,}360 \times 57.74} = 0.8018 \;\rightarrow\; \mathbf{80.18}\,[\%]$

선로 손실 30[kW]는 수전 전력의 6.25[%]에 해당하며, 수전단 역률 80[%]보다 송전단 역률이 조금 높게 나온다. 저항이 유효 전력을 늘리는 효과가 리액턴스가 무효 전력을 늘리는 효과보다 크게 작용했기 때문이다.

(1) ① 1,000 ② 기중 부하 개폐기(인터럽터 스위치, IS)

(2) ① 25 ② 2

(3) 단락 보호, 과부하 보호, 결상 보호

(4) 1,500/5

[해설]

(1) 도면의 ⓐ는 자동 고장 구분 개폐기(ASS)다. 이 결선도는 22.9[kV-Y] 수전에서 수전 용량 1,000[kVA] 이하일 때 쓰는 간이 수전설비의 표준형이며, 그중에서도 300[kVA] 이하인 경우에는 ASS 대신 기중 부하 개폐기(인터럽터 스위치, IS)를 쓸 수 있다. 정식 수전설비와 달리 CB 대신 PF로 단락 보호를 대신하는 것이 간이 수전설비의 특징이며, 이때 PF의 정격 차단 전류는 10[kA] 이상이어야 한다.

(2) ⓑ는 700[kVA], 22.9[kV]/380[V]-220[V]로 표기된 수전용 변압기다. 변압기는 2차 측 단락과 같은 큰 사고 전류가 차단기에 의해 제거될 때까지 기계적·열적으로 버텨야 하므로, 그 견딤 능력을 과전류 강도로 규정한다. 기준은 최대 부하 전류의 25배 전류를 2초 동안 흘릴 수 있어야 한다는 것이다.

(3) ACB는 변압기 2차 측 저압 주회로를 맡는 차단기로, 과전류 계전 요소를 통해 단락 보호(순시 요소), 과부하 보호(한시 요소), 결상 보호를 수행한다. 3상 중 한 상이 끊어진 결상 상태를 그대로 두면 전동기가 소손되므로 결상 보호가 함께 요구된다.

(4) CT는 변압기 2차 측에 붙어 있으므로 2차 정격 전압 380[V]를 기준으로 전류를 구한다.

$I = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V} = \dfrac{700 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 380} = 1{,}063.54\,[\mathrm{A}]$

여기에 여유 1.25배를 곱하면

$I_{1} = 1{,}063.54 \times 1.25 = 1{,}329.42\,[\mathrm{A}]$

제시된 1차 정격 전류 규격(1,000 · 1,200 · 1,500 · 2,000 · 2,500[A]) 중 이 값을 넘는 가장 작은 값은 1,500[A]이므로 변류비는 1,500/5가 된다.

같은 조건의 문항이 다른 회차에도 나오는데, 그때는 제시 규격 목록이 1,000 · 1,200 · 1,400 · 2,000[A]로 실려 있어 같은 1,329.42[A]에서 답이 1,400/5가 된다. 계산값이 아니라 발문이 제시한 규격 목록이 답을 가르므로, 회차별 답이 다르다고 해서 오답으로 볼 것이 아니라 목록부터 확인해야 한다. 또 여유율을 곱하지 않고 1,063.54[A]에서 바로 고르면 1,200/5가 되어 틀리므로 1.25배 조건을 놓치지 않아야 한다.

출력 (100) : 001 a접점 한 줄과, 003 a접점·002 b접점을 직렬로 이은 가지를 병렬로 묶어 (100) 코일에 접속 — $100 = 001 + (003 \cdot \overline{002})$

출력 (200) : 001 a접점·002 b접점을 직렬로 이은 줄과, 003 a접점 가지를 병렬로 묶어 (200) 코일에 접속 — $200 = (001 \cdot \overline{002}) + 003$

[해설]

니모닉을 접점 회로로 되돌릴 때는 명령어를 스택 연산으로 읽으면 헷갈리지 않는다. STR은 새 블록을 여는 명령이고, OB는 직전에 연 두 블록을 병렬로 합치는 명령이다. AND·ANDN은 지금 만들고 있는 블록에 접점을 직렬로 덧붙인다.

어드레스 01~05를 순서대로 읽으면

01 STR 001 → 블록 A = 001
02 STR 003 → 새 블록 B = 003
03 ANDN 002 → 블록 B = 003 · 002바
04 OB → A와 B를 병렬 합성 = 001 + 003 · 002바
05 OUT 100 → 그 결과를 코일 (100)에 출력

따라서 $100 = 001 + (003 \cdot \overline{002})$이고, 회로도에서는 001 a접점 한 줄 밑에 003 a접점과 002 b접점을 직렬로 이은 줄을 나란히 두어 병렬 가지로 만든다.

어드레스 06~10도 같은 방식이다.

06 STR 001 → 블록 A = 001
07 ANDN 002 → 블록 A = 001 · 002바
08 STR 003 → 새 블록 B = 003
09 OB → A + B = 001 · 002바 + 003
10 OUT 200 → 코일 (200)에 출력

즉 $200 = (001 \cdot \overline{002}) + 003$이다. 두 출력은 001·002바·003이라는 같은 재료를 쓰지만 묶는 순서가 달라 결과가 다르다. 003이 직렬 가지 안에 들어가 있으면 100, 003이 단독 병렬 가지로 나와 있으면 200이라고 보면 구분이 쉽다. 003이 002 b접점과 함께 직렬로 묶이는지 아닌지가 두 회로를 가르는 지점이므로, OB가 어느 두 블록을 합치는지만 정확히 짚으면 된다.

458.33[V]

[해설]

두 전압계를 직렬로 이으면 같은 전류가 흐르고, 각 전압계에 걸리는 전압은 내부 저항에 비례해 나뉜다. 그러므로 저항이 큰 쪽이 먼저 눈금 끝에 닿는다. 여기서는 18[kΩ]인 $V_2$가 한계를 결정한다.

이때 회로에 흐를 수 있는 전류는

$I_{max} = \dfrac{250}{18 \times 10^{3}} = 1.3889 \times 10^{-2}\,[\mathrm{A}]$

따라서 두 전압계 양단에 걸 수 있는 전체 전압은

$V = I_{max}\,(R_1 + R_2) = 250 \times \dfrac{15 + 18}{18} = \mathbf{458.33}\,[\mathrm{V}]$

이 상태에서 $V_1$의 지시값은 $458.33 - 250 = 208.33\,[\mathrm{V}]$로 250[V]를 넘지 않으므로 측정이 성립한다. 반대로 15[kΩ]인 $V_1$을 먼저 눈금 끝까지 쓴다고 두면 전체 전압이 $250 \times \dfrac{15+18}{15} = 550\,[\mathrm{V}]$가 되고, $V_2$에 300[V]가 걸려 눈금을 넘어서므로 성립하지 않는다.

일부 교재에는 이 문항이 '측정 가능한 최대 전력'을 묻는 것처럼 인쇄되어 있으나, 답의 단위와 풀이가 모두 전압이므로 최대 전압을 묻는 문항이다. 또 중간 전류를 13.89[mA]로 반올림한 뒤 곱해 458.37[V]로 적은 답도 보이는데, 이는 반올림 오차가 쌓인 값이고 정확한 값은 458.33[V]다.

(1) 1선 지락 사고가 났을 때 건전상의 전위 상승이 상규 대지 전압의 1.3배를 넘지 않도록 중성점의 접지 임피던스를 조정하여 접지하는 방식

(2) 직접 접지 방식

[해설]

3상 계통에서 한 상이 대지와 붙는 1선 지락이 생기면 나머지 두 상(건전상)의 대지 전압이 올라간다. 얼마나 올라가는지는 중성점을 어떤 임피던스로 접지했느냐에 달려 있다. 중성점을 아예 접지하지 않으면 건전상 전압이 $\sqrt{3}$배까지 치솟지만, 중성점을 저임피던스로 접지할수록 상승분이 줄어든다.

이때 건전상 전위 상승이 상규 대지 전압의 1.3배 이하가 되도록 억제된 접지를 유효 접지라 한다. 이 조건을 만족하면 기기의 절연을 그만큼 낮춰 설계할 수 있어 단절연(절연 저감)이 가능해지고, 특히 초고압 계통에서 변압기 값이 크게 내려간다. 지락 전류가 커서 계전기 동작이 확실해지는 것도 장점이다.

중성점을 저항이나 리액턴스 없이 대지에 곧바로 잇는 직접 접지 방식이 이 조건을 가장 확실하게 만족하는 대표적인 방식이며, 우리나라 154[kV]·345[kV] 계통이 여기에 해당한다. 다만 지락 전류가 커서 통신선 유도 장해와 차단기 부담이 크다는 것이 반대급부다.

5[Ω]

[해설]

거리 계전기는 자기 단자에 들어온 전압과 전류의 비로 고장점까지의 거리를 판별한다. 그런데 계전기가 받는 전압은 PT비만큼 낮아지고 전류는 CT비만큼 낮아지므로, 계전기가 보는 임피던스는 실제 선로 임피던스와 다음 관계를 갖는다.

$Z_{r} = \dfrac{V_1 / n_{PT}}{I_1 / n_{CT}} = Z_1 \times \dfrac{n_{CT}}{n_{PT}}$

여기서 $n_{PT}$는 PT의 변압비, $n_{CT}$는 CT의 변류비다. 전압이 나눠지는 만큼은 임피던스를 줄이고, 전류가 나눠지는 만큼은 임피던스를 키우므로 CT비가 분자, PT비가 분모에 온다.

$n_{PT} = \dfrac{154{,}000}{110} = 1{,}400$, $n_{CT} = \dfrac{500}{5} = 100$

$Z_{r} = 70 \times \dfrac{100}{1{,}400} = \mathbf{5}\,[\Omega]$

즉 1차 임피던스 70[Ω]이 계전기 쪽에서는 5[Ω]으로 축소되어 보인다. 계전기의 정정값은 이 축소된 값으로 잡아야 한다.

(1) $X = A \cdot B + \overline{C} \cdot X$

(2)

좌측 모선에서 [A a접점 → B a접점] 가지와 [C b접점 → X a접점] 가지를 병렬로 묶고, 합류점에서 (X) 코일을 거쳐 우측 모선에 접속한 자기유지 회로

(3)

X는 A와 B가 동시에 High가 되는 d8에서 상승하고 C가 다시 High가 되는 d11에서 하강한다(d8~d11 구간만 High)

[해설]

(1) 게이트를 출력 쪽에서부터 거슬러 읽는다. 최종 OR의 위쪽 입력은 A와 B의 AND이므로 $A \cdot B$, 아래쪽 입력은 C를 NOT한 값과 귀환된 X의 AND이므로 $\overline{C} \cdot X$다. 둘을 OR로 합치면 $X = A \cdot B + \overline{C} \cdot X$가 된다. 출력 X가 자기 입력으로 되돌아오는 항이 있다는 것이 핵심이다.

(2) 무접점을 유접점으로 옮기는 규칙은 단순하다. AND는 접점의 직렬, OR는 접점의 병렬, NOT은 b접점이다. 그러면 $A \cdot B$는 A·B a접점의 직렬 가지, $\overline{C} \cdot X$는 C의 b접점과 X a접점의 직렬 가지가 되고, 두 가지를 병렬로 묶어 X 코일에 연결하면 된다. 여기서 $\overline{C} \cdot X$ 항의 X a접점이 바로 자기유지 접점이다.

(3) 이 회로의 동작은 두 문장으로 요약된다. 세트 조건은 A와 B가 함께 성립하는 것이고, 리셋 조건은 C가 성립하는 것이다. 한 번 X가 서면 $\overline{C} \cdot X$ 항이 스스로를 붙잡으므로 A·B가 없어져도 X는 유지된다.

주어진 파형에서 A는 d1~d2와 d7~d9, B는 d3~d4와 d8~d10 구간이 High다. 둘이 겹치는 최초 시점은 d8이므로 여기서 X가 선다. 이후 A가 d9에서, B가 d10에서 내려가지만 C가 Low인 동안에는 자기유지로 X가 계속 High다. C는 d11에서 다시 High가 되므로 이 시점에 $\overline{C}$가 0이 되어 자기유지가 끊기고 X가 내려간다. 결국 X는 d8~d11 구간만 High다. C가 먼저 나오는 d5~d6 구간은 X가 애초에 서 있지 않았으므로 파형에 영향이 없다.

① 절연 변압기

② 정류기

③ 개폐기

④ 과전류 차단기

⑤ 60

[해설]

전기 방식(전기 부식 방지)은 지중에 묻힌 금속제 탱크나 배관 등이 부식되지 않도록 대지 사이에 직류 전류를 흘려 방식 전류를 공급하는 설비다. 이때 전류를 만들어 내는 전원 장치는 절연 변압기 · 정류기 · 개폐기 · 과전류 차단기로 구성된다. 교류 계통과 방식 회로를 전기적으로 떼어 놓기 위해 반드시 절연 변압기를 쓴다는 점, 그리고 방식 전류는 직류여야 하므로 정류기가 들어간다는 점이 이 조합의 핵심이다.

전기 방식 회로는 사람이 접촉할 수 있는 대지면과 직접 맞닿는 회로이므로 전압을 낮게 제한한다. 최대 사용 전압은 직류 60[V] 이하이며, 이 값을 넘는 전압을 걸어 방식하는 것은 허용되지 않는다.

답으로 요구하는 네 가지는 순서를 바꿔 써도 무방하지만, '변압기'라고만 쓰면 절연 여부가 빠져 감점될 수 있으므로 절연 변압기로 정확히 적는 것이 좋다.

36[등]

[해설]

광속법의 기본식은 $F \cdot U \cdot N \cdot M = E \cdot A$다. 왼쪽은 조명 기구가 실제로 작업면에 뿌려 주는 광속이고, 오른쪽은 필요한 조도에 면적을 곱한 값이다. 등수에 대해 풀면

$N = \dfrac{E \cdot A}{F \cdot U \cdot M}$

여기서 $E$는 조도[lx], $A$는 면적[m²], $F$는 등기구 1세트의 광속[lm], $U$는 조명률, $M$은 보수율(유지율)이다. 보수율은 감광 보상률 $D$의 역수여서, $D$가 주어진 문제라면 분자에 곱해도 결과가 같다.

면적은 $A = 12 \times 24 = 288\,[\mathrm{m^2}]$이므로

$N = \dfrac{300 \times 288}{6{,}000 \times 0.5 \times 0.8} = \dfrac{86{,}400}{2{,}400} = \mathbf{36}$ [등]

이 문제에서 가장 자주 나오는 실수는 광속을 두 배로 세는 것이다. 6,000[lm]은 2등용 한 세트 전체의 광속이므로 그대로 $F$에 대입해야 하며, 여기에 다시 2를 곱하면 등수가 절반으로 나온다. 답으로 요구하는 것도 램프 개수가 아니라 등기구 세트 수 36[등]이다. 또 등기구의 정격 소비 전력(40[W])은 광속이 직접 주어져 있으므로 계산에 쓰이지 않는다.

(1) ① 30X ② BS3 ③ BS1 ④ BS2 ⑤ RL ⑥ GL ⑦ OL ⑧ 51, 51G, 49

(2)

51·49·51G를 3입력 OR로 묶고, BS3를 NOT에 통과시킨 뒤 30X 출력 귀환과 AND로 묶어, 두 결과를 2입력 OR로 합쳐 30X를 출력한다(OL은 30X와 같은 출력) — $30X = (51 + 49 + 51G) + \overline{BS3} \cdot 30X$

[해설]

(1) 도면의 기구를 역할별로 갈라 보면 된다.

· 고장 검출 — 주회로에서 이상을 잡아내는 계전기들이다. 51(과전류 계전기), 51G(지락 과전류 계전기), 49(열동 계전기)가 각각 과전류·지락·과부하를 검출해 a접점을 닫는다. 셋이 병렬이므로 어느 하나만 동작해도 고장으로 처리된다.

· 고장 표시 기구는 그 검출 신호를 받아 기억하는 보조 계전기 30X다. 자기유지 접점 30X(1)을 갖고 있어서 고장이 순간적으로 지나가도 표시 상태가 남는다. 또 30X(2) b접점이 88 코일 회로에 직렬로 들어 있어 고장이 나면 전동기가 정지한다.

· 고장 회복 확인 기구는 그 기억을 지우는 BS3다. b접점이므로 누르면 자기유지 회로가 끊겨 30X가 복귀한다. 고장 원인을 없앤 뒤 눌러 확인하는 리셋 버튼이다.

· 기동은 BS1(a접점), 정지는 BS2(b접점)다. 88(1) a접점이 BS1과 병렬로 붙어 88의 자기유지를 만든다.

· 램프는 어느 접점에 물려 있는지로 갈린다. 88(3) a접점에 물린 RL은 운전 표시, 88(2) b접점에 물린 GL은 정지 표시다. b접점은 88이 여자되지 않은 정지 상태에서 닫혀 있기 때문이다. 30X 쪽에 물린 OL이 고장 표시다.

(2) 점선 안의 회로를 논리식으로 옮기면 병렬은 OR, 직렬은 AND, b접점은 NOT이다.

51·49·51G의 병렬 → $51 + 49 + 51G$ (3입력 OR 하나로 처리하면 3입력 이하 조건을 만족한다)
BS3 b접점과 30X(1) a접점의 직렬 → $\overline{BS3} \cdot 30X$ (NOT 하나 + 2입력 AND 하나)
두 가지가 30X 코일 위에서 합류 → 2입력 OR

정리하면 $30X = (51 + 49 + 51G) + \overline{BS3} \cdot 30X$, 그리고 OL은 같은 노드에서 갈라져 나오므로 $OL = 30X$다. AND의 한 입력이 출력에서 되돌아오는 귀환선이라는 점을 반드시 그려 넣어야 자기유지가 표현된다.

(1) 전해액에 불순물이 혼입되었다

(2) 부동 충전 방식

(3) ① 연축전지 2.0[V/cell] ② 알칼리 축전지 1.2[V/cell]

(4) 보수율(경년 용량 저하율)

[해설]

(1) 연축전지에서 나타나는 대표적인 이상 증상은 원인이 정해져 있다. 전해액이 변색되고 충전하지 않은 상태에서도 가스가 계속 나오는 것은 전해액에 불순물이 섞여 들어가 국부 전지가 만들어졌다는 신호다. 국부 전지가 생기면 자기 방전이 심해지면서 가스가 발생한다. 참고로 극판이 하얗게 되는 설페이션은 과방전이나 방전 상태 방치가 원인이고, 전체 셀 전압이 낮으면 충전 부족을 의심한다.

(2) 부동 충전 방식은 충전기·축전지·부하를 모두 같은 모선에 병렬로 걸어 두는 방식이다. 평상시에는 충전기가 부하 전류를 전부 공급하면서 축전지에는 자기 방전분만큼의 작은 전류를 흘려 늘 만충 상태로 붙잡아 두고, 순간적으로 큰 전류가 필요할 때만 축전지가 함께 부담한다. 그래서 충전기 용량을 크게 잡지 않아도 되고 축전지 수명도 길어져 거치용 설비에서 가장 많이 쓰인다.

(3) 공칭 전압은 셀 하나의 기준 전압이다. 연축전지는 2.0[V/cell], 알칼리 축전지는 1.2[V/cell]로, 같은 직류 전압을 얻으려면 알칼리 축전지 쪽 셀 수가 더 많이 필요하다. 부동 충전 전압은 연축전지가 셀당 2.15~2.17[V] 정도, 알칼리 축전지가 1.4~1.45[V] 정도로 공칭 전압보다 조금 높게 잡는다.

(4) $L$은 보수율이며 경년 용량 저하율이라고도 한다. 축전지는 사용 기간이 길어질수록, 또 사용 조건이 나빠질수록 초기 용량을 그대로 내지 못하므로, 수명 말기에도 필요한 용량이 확보되도록 미리 여유를 주는 계수다. 설계에서는 보통 0.8을 적용하며, 식에서 분모가 아니라 $1/L$로 곱해지므로 용량을 25[%] 키우는 효과가 된다. 같은 식에서 $K$는 방전 시간과 최저 축전지 온도, 허용 최저 전압으로 정해지는 용량 환산 시간 계수, $I$는 각 단계의 방전 전류다.

(1)

① 수용률 = (최대 수용 전력 ÷ 설비 용량의 합계) × 100[%]

② 부등률 = 각 부하의 최대 수용 전력의 합 ÷ 합성 최대 수용 전력

③ 부하율 = (평균 수용 전력 ÷ 최대 수용 전력) × 100[%]

(2) 부하율은 부등률에 비례하고 수용률에 반비례한다

[해설]

수용률은 설비를 얼마나 몰아서 쓰는가를 나타낸다. 설비 용량을 전부 동시에 쓰는 일은 없으므로 대개 1보다 작고, 변압기 용량을 정할 때 쓰인다.

부등률은 개별 부하들의 최대가 서로 다른 시각에 나타나는 정도다. 분자가 개별 최대의 단순 합, 분모가 실제로 관측된 합성 최대이므로 항상 1 이상이며, 값이 클수록 설비를 공용해서 얻는 이득이 크다.

부하율은 설비를 얼마나 고르게 쓰는가를 나타낸다. 값이 클수록 첨두가 낮고 평탄한 부하다.

세 값의 관계는 부하율의 정의식에 나머지 둘을 대입하면 드러난다. 합성 최대 수용 전력은 (설비 용량 × 수용률) ÷ 부등률이므로

부하율 = 평균 수용 전력 ÷ 합성 최대 수용 전력 = (평균 수용 전력 × 부등률) ÷ (설비 용량 × 수용률)

이 식에서 부등률은 분자에, 수용률은 분모에 있다. 그러므로 부하율은 부등률에 비례하고 수용률에 반비례한다. 관계를 외우려 하지 말고 이 한 줄을 세워 보면 바로 확인된다.

(1) 전기자 권선과 계자 권선 중 어느 한쪽의 접속만 반대로 바꾼다

(2) 전원 3선 중 임의의 2선을 서로 바꾸어 접속한다

(3) 기동 권선(보조 권선)의 접속을 반대로 바꾼다

[해설]

회전 방향은 결국 토크의 방향이 결정하고, 토크의 방향은 자속과 전류의 상대적인 방향이 결정한다. 세 전동기 모두 '둘 중 하나만 뒤집는다'가 공통 원리다.

(1) 직류 직권 전동기 — 토크는 $T \propto \phi \, I_a$이고 직권기는 계자와 전기자가 직렬이라 전원 극성을 바꾸면 계자 전류와 전기자 전류가 함께 뒤집힌다. 그러면 토크의 부호는 그대로여서 회전 방향이 바뀌지 않는다. 따라서 전기자 권선이나 계자 권선 중 한쪽만 접속을 반대로 해 주어야 한다.

(2) 3상 유도 전동기 — 회전 자기장의 방향은 3상 전원의 상순으로 정해진다. 3선 중 어느 두 선이든 서로 바꾸면 상순이 반대가 되어 회전 자기장이 거꾸로 돌고, 회전자도 따라 반대로 돈다. 세 선을 모두 돌려 끼우면 상순이 그대로이므로 방향이 바뀌지 않는다.

(3) 분상 기동형 단상 유도 전동기 — 이 전동기는 주 권선과, 저항이 커서 전류 위상이 앞서는 기동 권선의 위상차로 회전 자기장을 만든다. 두 권선의 위상 관계가 회전 방향을 정하므로 기동 권선(보조 권선)의 접속만 반대로 하면 된다. 주 권선까지 함께 뒤집으면 위상 관계가 그대로여서 방향이 바뀌지 않는다.

(1) 300[kW]

(2) 400[kW]

(3) 550[kW]

[해설]

이 유형은 계산 순서가 정해져 있다. 설비 용량 → (수용률 곱하기) 개별 최대 수용 전력 → (부등률 나누기) 종합 최대 수용 전력 → (상위 부등률 나누기) 합성 최대 전력 → (손실 더하기) 공급 전력 순으로 내려가면 된다. 수용률은 곱하고 부등률은 나눈다는 것만 헷갈리지 않으면 된다.

(1) 전등

$P_{L} = \dfrac{600 \times 0.6}{1.2} = \mathbf{300}\,[\mathrm{kW}]$

(2) 동력

$P_{M} = \dfrac{800 \times 0.8}{1.6} = \mathbf{400}\,[\mathrm{kW}]$

(3) 변전소 공급 최대 전력 — 전등과 동력의 최대가 동시에 걸리지 않으므로 두 종합 최대 수용 전력의 합을 다시 상위 부등률 1.4로 나눈다. 그리고 배전선 손실이 10[%]이므로 변전소는 그만큼을 더 내보내야 한다.

$P = \dfrac{300 + 400}{1.4} \times (1 + 0.1) = 500 \times 1.1 = \mathbf{550}\,[\mathrm{kW}]$

손실 10[%]는 부하 쪽에서 본 값이므로 $\times 1.1$로 더해 주는 것이지 $\div 0.9$가 아니라는 점에 주의한다. 또 손실률이 전등·동력 모두 10[%]로 같기 때문에 합성한 뒤 한 번에 곱해도 결과가 같다.

(1) 22.9[kV-Y] 계통 : VCB 2차 측과 몰드 변압기 1차 측 사이에 SA를 병렬로 접속하고 반대편은 접지(E) — 정격 전압 18[kV], 공칭 방전 전류 5[kA]

(2) 3.3[kV] 계통 : VCB 2차 측과 전동기(M) 사이에 SA를 병렬로 접속하고 반대편은 접지(E) — 정격 전압 4.5[kV], 공칭 방전 전류 5[kA]

[해설]

서지 흡수기는 차단기의 개폐 조작에서 생기는 개폐 서지를 흡수해, 충격파 내량이 상대적으로 낮은 기기 — 몰드 변압기·건식 변압기·고압 전동기·콘덴서 등 — 를 지켜 주는 장치다. 낙뢰를 대상으로 하는 피뢰기(LA)가 인입 측에 놓이는 것과 달리, 서지 흡수기는 서지를 만들어 내는 차단기(VCB)의 2차 측과 보호할 기기의 1차 측 사이에 놓인다.

결선은 언제나 같은 모양이다. 차단기와 기기 사이의 주회로에서 한 점을 분기해 SA를 선로와 대지 사이에 병렬로 넣고, SA의 반대편 단자는 반드시 접지(E)한다. 작도할 때 접지 기호를 빠뜨리면 서지가 빠져나갈 길이 없어져 도면 자체가 성립하지 않으므로, 감점이 가장 많이 나는 지점이다.

정격은 계통 공칭 전압으로 정해진다.

따라서 22.9[kV-Y] 몰드 변압기 계통에는 18[kV], 5[kA], 3.3[kV] 전동기 계통에는 4.5[kV], 5[kA]짜리를 붙인다. 공칭 방전 전류는 배전 계통에서 두 경우 모두 5[kA]로 같다.