2018년 전기산업기사실기(필답형) 3회차

(1) 5,000[kVA]

(2) CT₁ 500/5, CT₂ 2,500/5

[해설]

변압기 용량은 설비용량×수용률의 합 ÷ 부등률 ÷ 역률로 구한다. 변류기는 설치 지점의 부하전류에 1.25~1.5배 여유를 주어 표준 정격에서 고른다.

네 뱅크의 부하가 같으므로 뱅크 하나의 용량을 구해 4배한 뒤 부등률로 나눈다.
P_뱅크 = (125×0.8 + 125×0.8 + 500×0.7 + 600×0.84) ÷ 0.8 = 1,317.5[kVA]
P = 1,317.5 × 4 ÷ 1.3 = 4,053.85[kVA] → 표준 5,000[kVA]

CT₁은 20/6[kV] 변압기의 2차, 즉 6[kV] 쪽 전류를 측정한다.
I = 4,053.85 ÷ (√3 × 6) = 390.08[A]
390.08 × (1.25~1.5) = 487.6~585.1[A] → 500/5

CT₂는 뱅크 변압기의 400[V] 쪽에 있으므로 뱅크 용량을 기준으로 한다.
I = 1,317.5 ÷ (√3 × 0.4) = 1,901.65[A]
1,901.65 × (1.25~1.5) = 2,377.1~2,852.5[A] → 2,500/5

(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 변압기용 10[A], 3상 변압기용 10[A]

(7) 4.63[kVA]

[해설]

(1) 난방 동력의 수용 부하

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

$P = 3.7\times 1 + (6.7+0.4)\times 0.55 = 3.7 + 3.905 = 7.605 \approx$ 7.61[kW]

(2) 계통별 피상 전력

표의 계절별 합계를 동력 역률 0.7로 나눈다. $P_a=\dfrac{P}{\cos\theta}$

상용 $\dfrac{26.5}{0.7}=37.857\approx$ 37.86[kVA], 하계 $\dfrac{52.0}{0.7}=74.285\approx$ 74.29[kVA], 동계 $\dfrac{10.8}{0.7}=15.428\approx$ 15.43[kVA]

(3) 총 전기 설비 용량

하계 부하와 동계 부하는 같은 계절에 겹쳐 쓰이지 않으므로 둘 중 큰 하계 부하만 산입하고, 여기에 상용 동력과 조명·콘센트 설비 용량 75,880[VA]를 더한다.

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

동계 15.43[kVA]까지 모두 더해 203.46[kVA]로 싣는 자료가 있으나, 그렇게 하면 (5)에서 하계·동계 중 큰 쪽만 잡는 처리와 앞뒤가 맞지 않는다.

(4) 단상 변압기 용량

전등 $(520+1{,}120+45{,}100+1{,}200)\times 0.6 = 28{,}764\,[\mathrm{VA}] = 28.76\,[\mathrm{kVA}]$

콘센트 $(10{,}500+440+3{,}000+3{,}600+2{,}400+7{,}200)\times 0.7 = 18{,}998\,[\mathrm{VA}] = 19\,[\mathrm{kVA}]$

기타(정류기) $800\times 1 = 800\,[\mathrm{VA}] = 0.8\,[\mathrm{kVA}]$

합 $28.76+19+0.8 = 48.56\,[\mathrm{kVA}]$ → 이보다 큰 표준 용량 50[kVA]

(5) 3상 변압기 용량

하계 52[kW] > 동계 10.8[kW] 이므로 하계 부하를 상용 동력과 합산한 뒤 평균 수용률 65[%]를 건다.

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

(6) 변류기 1차 측 정격 전류

단상(단상 2선식) $I_1=\dfrac{50\times 10^{3}}{6{,}000}=8.33\,[\mathrm{A}]$, 여유 1.25~1.5배 → $10.42\sim 12.5\,[\mathrm{A}]$ → 표준 정격 10[A]

3상 $I_1=\dfrac{75\times 10^{3}}{\sqrt{3}\times 6{,}000}=7.22\,[\mathrm{A}]$, 여유 1.25~1.5배 → $9.02\sim 10.83\,[\mathrm{A}]$ → 표준 정격 10[A]

변류기 1차 정격 전류의 표준값은 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600[A] … 이다.

(7) 콘덴서 용량

보일러 펌프 6.7[kW]의 역률을 0.7 에서 0.95 로 올린다.

$Q_c = P(\tan\theta_1-\tan\theta_2) = 6.7\times\left(\dfrac{\sqrt{1-0.7^{2}}}{0.7}-\dfrac{\sqrt{1-0.95^{2}}}{0.95}\right) = 6.7\times(1.0202-0.3287) = 4.633$

따라서 4.63[kVA]이다.

참고로 조명·콘센트 표의 항목을 모두 더하면 $47{,}940+27{,}140+800 = 75{,}880\,[\mathrm{VA}]$ 로 표의 합계와 정확히 맞는다. 일반 콘센트를 80개(12,000[VA])로, 동력 역률을 55[%]로, (1)의 수용률을 65[%]로 실은 자료도 있으나 그 조건으로는 표의 합계와 항목 합이 어긋나고 다른 회차에 재출제된 같은 문항의 조건과도 맞지 않는다.

① 안전 관리 조직표

② 재해 발생 현황

③ 안전 교육 실적표

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침에 따라 감리원이 분기마다 받는 안전 관리 결과 보고서에는 다음 서류를 첨부한다.

• 안전 관리 조직표는 현장 안전 관리 책임자와 담당 조직을 보여 준다.
• 재해 발생 현황은 그 분기에 일어난 재해의 건수와 내용을 정리한다.
• 안전 교육 실적표는 근로자에게 실시한 안전 교육의 횟수와 내용을 기록한다.

이 밖에 안전 보건 관리 체제와 산재 요양 신청서 사본도 첨부 서류에 포함된다.

(1) 2.24배

(2) 80.07[%]

(3) 80.07[%]

[해설]

(1) 전력 손실 $P_l = 3I^{2}R$ 이 같다는 것은 선로 전류가 같다는 뜻이다. $P=\sqrt{3}\,VI\cos\theta$ 에서 전류가 고정이면 공급 전력은 전압에 정비례하므로

$\dfrac{P_2}{P_1}=\dfrac{V_2}{V_1}=\dfrac{345}{154}=$ 2.24배

(2) 같은 전력을 보낼 때 전력 손실은 전압의 제곱에 반비례한다($P_l \propto \dfrac{1}{V^{2}}$).

$\dfrac{P_{l2}}{P_{l1}}=\left(\dfrac{154}{345}\right)^{2}=0.1993$

감소분 $(1-0.1993)\times 100 =$ 80.07[%]

(3) 전압 강하율 $\varepsilon=\dfrac{P}{V^{2}}(R+X\tan\theta)\times 100$ 역시 전압의 제곱에 반비례하므로 감소분은 (2)와 같은 80.07[%]이다.

참고로 전압 강하 자체($e \propto \dfrac{1}{V}$)는 전압에 반비례하고, 전선의 단면적도 $\dfrac{1}{V^{2}}$ 로 줄어든다.

① LOAD — a접점(시작 입력) 접점으로, a접점의 연산을 시작하는 명령

② LOAD NOT — b접점(시작 입력) 접점으로, b접점의 연산을 시작하는 명령

[해설]

LOAD 계열은 한 회로(래더의 한 줄)를 시작하는 명령으로, 모선에서 처음 만나는 접점에 붙는다.

· LOAD(약어 LD) — 기호 ─┤ ├─ 는 a접점이다. 평소에는 열려 있다가 입력 신호가 들어오면 닫히며, 신호가 있을 때 1을 내보낸다.

· LOAD NOT(약어 LDN) — 기호 ─┤/├─ 는 b접점이다. 평소에는 닫혀 있다가 입력 신호가 들어오면 열리며, 신호가 없을 때 1을 내보낸다. 접점 기호 안의 빗금이 부정(NOT)을 뜻한다.

줄의 첫 접점이 아니라 도중에 접점을 이어 붙일 때에는 직렬이면 AND / AND NOT, 병렬이면 OR / OR NOT 을 쓰고, 출력 코일에는 OUT 을 쓴다.

2배

[해설]

전선의 실제 길이 공식 L = S + 8D²/3S를 쓰고, 지지점에서 벗어나도 전선 자체의 길이는 그대로라는 조건으로 푼다.

벗어나기 전(경간 S 두 구간)과 벗어난 뒤(경간 2S 한 구간)의 전선 길이를 같게 놓는다.
2(S + 8D₁²/3S) = 2S + 8D₂²/(3×2S)
16D₁² = 4D₂²
D₂ = 2D₁ → 2배

혼동 주의: 장력이 같다고 보고 이도가 경간 제곱에 비례하니 4배라고 답하면 틀린다.

1차 측: 세 권선의 단자를 순환 접속(1번 권선 우단–2번 권선 좌단, 2번 권선 우단–3번 권선 좌단, 3번 권선 우단–1번 권선 좌단)해 닫힌 삼각형을 만들고, 각 접속점에서 3상 전원선을 뽑는다.

2차 측: 세 권선의 한쪽 단자를 한 도선으로 모두 묶어 중성점을 만들고, 반대쪽 단자 3개를 각각 3상 출력선으로 인출한다.

[해설]

복선도는 각 상의 권선을 한 가닥씩 모두 그려 어느 단자끼리 이어지는지를 보이는 그림이다. 단선도처럼 기호 하나로 줄여 그리면 안 된다.

Δ 결선은 세 권선을 끝과 끝이 물리도록 고리로 이어 폐로를 만들고, 세 접속점에서 선을 뽑는다. 폐로가 있어 제3고조파 여자 전류가 권선 안을 순환하며 기전력 파형이 정현파에 가까워지고, 한 상이 고장 나도 V결선으로 계속 송전할 수 있다.

Y 결선은 세 권선의 한쪽 끝을 한 점(중성점)에 모으고 나머지 끝에서 선을 뽑는다. 선간 전압이 상전압의 $\sqrt{3}$ 배가 되어 절연이 유리하고, 중성점 접지가 가능해 이상 전압을 억제할 수 있다.

따라서 Δ-Y 결선은 승압용에 알맞고, 1차와 2차 사이에 $30^{\circ}$ 의 각 변위가 생긴다. 1차 권선과 2차 권선은 도선으로 잇지 않는다(자기적으로만 결합).

변압기의 3상 결선은 다음 네 가지가 기본이다.

① 구성이 단순하고 건설비가 적게 든다

② 주로 소규모 용량의 수용가에 쓰인다

③ 예비 회선이 없어 사고가 나면 정전을 피할 수 없다

[해설]

1회선 수전은 전력회사 인입선이 한 회선뿐인 가장 단순한 수전 방식이다.

• 구성이 단순하다 — 기기와 선로가 적어 건설비가 적게 든다.
• 소규모 수용가에 쓴다 — 신뢰도보다 경제성이 중요한 소규모 용량 수용가에 주로 쓴다.
• 예비 회선이 없다 — 인입선이나 수전설비에 사고가 나면 정전을 피할 수 없다.

혼동 주의: 공급 신뢰도를 높이려면 평행 2회선·루프·스폿 네트워크 수전 방식을 쓴다.

1.43

[해설]

부등률은 각 수용가 최대 전력의 합을 합성 최대 전력으로 나눈 값이며, 각 최대 전력은 설비 용량 × 수용률이다.

A = 500 × 0.6 = 300[kW]
B = C = 700 × 0.5 = 350[kW]

부등률 = (300 + 350 + 350) / 700
= 1,000 / 700 ≈ 1.43

혼동 주의: 부등률은 최대 부하 시각이 서로 어긋나 항상 1 이상이며, 단위가 없다.

① 다운 라이트 방식

② 핀홀 라이트 방식

③ 코퍼 방식

[해설]

건축화 조명 가운데 천장 매입 방식은 기구를 천장 속에 묻고 천장면에는 개구부만 드러나게 하는 방식이다.

• 다운 라이트 방식 — 천장에 작은 구멍을 뚫고 기구를 매입해 빛을 아래로 비춘다.
• 핀홀 라이트 방식 — 다운 라이트의 개구부를 바늘구멍처럼 아주 작게 줄인 방식이다.
• 코퍼 방식 — 천장을 원형·사각으로 우묵하게 파낸 자리(코퍼) 안에 기구를 넣는다.

혼동 주의: 광천장·루버 천장·코브 조명은 천장면을 발광면으로 쓰는 천장면 이용 방식이라 매입 방식과 구분한다.

(1)

(2) $X = LS_1\cdot LS_2 + LS_2\cdot LS_3 + LS_1\cdot LS_3$

(3)

2입력 AND 게이트 3개로 $LS_1\cdot LS_2$, $LS_2\cdot LS_3$, $LS_1\cdot LS_3$ 을 각각 만들고, 세 출력을 3입력 OR 게이트로 모아 X 를 얻는다.

[해설]

진리값 표에서 X가 1인 행은 011·101·110·111이다. 즉 세 스위치 중 둘 이상이 ON일 때 출력이 나오는 다수결 회로다.

• 카르노도 — 이 네 경우를 LS₁LS₂ 열과 LS₃ 행이 만나는 칸에 1로 옮기고, 나머지 칸은 0이다.
• 논리식 — 이웃한 1을 2칸씩 세 묶음으로 묶으면 LS₁·LS₂, LS₂·LS₃, LS₁·LS₃가 나와 X = LS₁LS₂ + LS₂LS₃ + LS₁LS₃이다.
• 무접점 회로 — 곱 항마다 2입력 AND 게이트를 하나씩 두고, 세 출력을 3입력 OR 게이트로 합친다.

혼동 주의: 111 칸은 세 묶음에 겹쳐 들어가도 된다. LS₁(LS₂+LS₃)+LS₂LS₃로 묶어 그려도 값이 같은 동치식이다.

30개

[해설]

광속법 FUN = EAD 를 등수 N 에 대해 풀어 계산한다.

N = EAD / FU
= (150 × 200 × 1.25) / (2,500 × 0.5)
= 37,500 / 1,250 = 30개

감광 보상률 D 는 보수율의 역수로, 광속 감퇴를 미리 보태는 값이라 분자에 곱한다. 40[W] 소비 전력은 광속이 주어졌으므로 계산에 쓰지 않는다.

71.43[%]

[해설]

형번 FL-20D의 20은 램프 출력 20[W]를 뜻한다. 역률은 안정기 손실까지 더한 유효 전력 ÷ 피상 전력으로 구한다.

P = 20 + 5 = 25[W]
P_a = VI = 100 × 0.35 = 35[VA]
cosθ = 25/35 × 100 = 71.43[%]

혼동 주의: 안정기 손실을 빼고 20[W]만 넣으면 57.14[%]가 나와 틀린다.

(1) 장점

① 크기가 작아도 차단 용량이 크다

② 차단 시간이 짧아 고속 차단이 된다

③ 계전기와 변성기 없이 단독으로 동작한다

(2) 단점

① 한 번 용단되면 재투입이 안 된다

② 보호가 되지 않는 영역(비보호 영역)이 남는다

③ 과도 전류에 쉽게 녹아 결상을 일으킬 수 있다

[해설]

전력 퓨즈(PF)는 단락 전류를 차단하는 소자로, 구조가 단순한 대신 재사용·조정이 안 된다는 점이 장단점의 핵심이다.

• (장점) 소형이면서 차단 용량이 크다 — 한류 효과로 큰 단락 전류도 작은 몸체로 끊는다.
• (장점) 고속 차단 — 사고 전류를 최초 반파 안에 끊어 후단 기기를 보호한다.
• (장점) 계전기·변성기 불필요 — 퓨즈 스스로 녹아 동작하므로 단독으로 보호가 된다.
• (단점) 재투입 불가 — 한 번 용단되면 퓨즈를 교체해야 한다.
• (단점) 비보호 영역 — 정격보다 조금 큰 과부하 전류 구간에서는 확실히 동작하지 않는다.
• (단점) 과도 전류에 용단·결상 — 여자 돌입 전류나 기동 전류에도 녹을 수 있고, 한 상만 끊기면 결상 운전이 된다.

장점은 크기·속도·단독 동작, 단점은 재투입·비보호 영역·결상으로 묶어 외운다.

20.54[kVA]

[해설]

콘덴서 용량은 역률 개선 전후 무효 전력의 차이며, 공식은 Q_c = P(tanθ₁ − tanθ₂)이다.

tanθ₁ = √(1 − 0.65²)/0.65 = 1.1691
tanθ₂ = √(1 − 0.9²)/0.9 = 0.4843
Q_c = 30 × (1.1691 − 0.4843)
= 20.54[kVA]

tanθ = sinθ/cosθ이므로 역률만 주어지면 √(1 − cos²θ)/cosθ로 바꿔 대입한다.

(1)

(2) ① $\overline{B}$   ② $\overline{B}$   ③ $\overline{C}$

(3) $P_1=\overline{A}\cdot\overline{B}+(\overline{A}+\overline{B})\cdot\overline{C}$

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

$P_3=A\cdot B\cdot C$

[해설]

(1) 진리표 — 가동 중인 공장 수를 세면 된다. 0개나 1개면 P₁, 2개면 P₂, 3개면 P₃ 가 1이 되고 나머지 펌프는 0이다. 세 출력이 동시에 1이 되는 행은 없다.

(3) 출력식

P₁ 은 출력이 1인 네 행(000, 001, 010, 100)의 최소항을 더한 뒤 묶는다.

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

$\overline{A}\,\overline{B}\,\overline{C}$ 는 몇 번을 더해도 값이 변하지 않으므로($X+X=X$) 세 번 쓴 뒤 짝을 지으면

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

$\overline{C}$ 로 다시 묶어 $P_1=\overline{A}\,\overline{B}+(\overline{A}+\overline{B})\overline{C}$ 를 얻는다.

P₂ 는 출력이 1인 세 행(011, 101, 110)을 더한다.

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

P₃ 는 세 입력이 모두 1인 한 행뿐이므로 $P_3=ABC$ 이다.

(2) 빈칸 접점 — 회로도의 각 가지를 위 출력식과 맞대어 보면, P₁ 회로에서 $\overline{A}$ 와 병렬로 놓인 ①은 $\overline{B}$(그래야 $(\overline{A}+\overline{B})\overline{C}$ 가 된다), P₂ 회로에서 A 뒤 C 앞의 ②는 $\overline{B}$, B 뒤의 ③은 $\overline{C}$ 이다.

완성된 회로는 다음과 같다.