전기기사실기(단답형) 접지 시험지 PDF 다운로드

전기기사실기(단답형)-접지
전기기사실기(단답형)

전기기사실기(단답형) 접지

총 30문항 · 주관식 · A4 약 1장

1 / 1
A4정답 포함
전기기사실기(단답형)모두CBT · moducbt.com

전기기사실기(단답형) 접지

30문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
접지의 목적
정답 및 해설
1) 누전에 의한 감전사고 방지 2) 이상전압 억제 3) 보호계전기 확실한 동작 4) 기기 손상방지


[해설]

전기설비에서 접지의 근본 목적은 누전 시 대지전위 상승을 억제해 인체 감전사고를 방지하고 설비를 이상전압으로부터 보호하는 데 있다.

  • 누전이 발생한 기기 외함의 전위를 대지전위 가깝게 유지해 감전사고를 방지한다.
  • 뇌격 등으로 인한 이상전압을 대지로 방류해 억제한다.
  • 지락전류 경로를 확보해 보호계전기가 확실하게 동작하도록 한다.
  • 이상전압·과전류로 인한 기기 손상을 방지한다.
문제 2
접지개소
정답 및 해설
1) 피뢰기 2) 피뢰침 3) 일반기기 및 제어반 외함 4) 옥외 철구 및 경계책 5) 케이블 실드선


[해설]

이 항목들은 낙뢰전류·누설전류·유도전압을 대지로 방류시켜 인체 감전과 기기 손상을 막기 위해 반드시 접지가 필요한 대표적 개소들이다.

피뢰기·피뢰침은 낙뢰 서지를 순간적으로 대지로 방전시켜 절연파괴를 막는 것이 목적이고, 일반기기·제어반 외함은 누전 시 인체가 감전되지 않도록 하는 보호접지에 해당한다.

옥외 철구·경계책은 인축이 접촉 가능한 금속 구조물의 대지전위 상승을 막기 위함이며, 케이블 실드선 접지는 통신·제어선에 유기되는 유도잡음을 차폐하기 위한 것이다.

문제 3
공용접지의 장점
정답 및 해설
1) 접지극 수량 감소 2) 접지극 연접으로 신뢰도 향상 3) 접지극 연접으로 합성저항 저하 4) 계통접지의 단순화 5) 철근, 구조물 등을 연접하면 거대한 접지전극 효과


[해설]

공용접지는 여러 설비의 접지극을 하나의 접지망으로 연접하는 방식으로, 접지극이 병렬로 합쳐지면서 합성 접지저항이 낮아지고 전체 접지 신뢰도가 높아지는 것이 핵심 장점이다.

접지극 수가 줄어 시공비가 절감되고, 여러 계통을 하나로 묶으므로 계통접지 구성이 단순화된다.

또한 건물의 철근·구조물을 접지망에 연접하면 매우 넓은 면적의 거대한 접지전극 효과를 얻을 수 있어 대지와의 접촉 저항이 추가로 낮아진다.

문제 4
공용접지의 단점
정답 및 해설
1) 다른 기기나 계통으로부터 사고가 파급된다. 2) 계통에 이상전압 발생시 전압이 상승한다. 3) 피뢰침용과 공용이라서 뇌서지의 영향을 받을 수 있다.


[해설]

공용접지는 여러 설비의 접지가 하나로 묶여 있으므로, 한쪽 계통에서 발생한 사고전류나 이상전압이 다른 기기·계통으로 파급될 수 있다는 점이 가장 큰 단점이다.

계통에 지락 등 이상전압이 발생하면 공용 접지망 전체의 대지전위가 함께 상승해 연결된 다른 설비의 절연에 부담을 준다.

특히 피뢰침 접지와 공용으로 구성한 경우에는 뇌서지가 접지망을 통해 통신·제어기기 등 뇌서지에 취약한 설비까지 전파될 위험이 있다.

문제 5
계통접지와 기기접지의 역할을 쓰시오.
정답 및 해설
계통접지 : 고,저압 혼촉시 감전방지 기기접지 : 누전되고 있는 기기에 접촉시 감전방지


[해설]

계통접지와 기기접지는 접지하는 대상이 서로 달라 막아 주는 사고의 종류도 다르다 — 계통접지는 변압기 2차측 중성점을, 기기접지는 기기 외함을 접지한다.

계통접지는 고압과 저압이 혼촉되었을 때 저압측 전위가 고압에 가까운 위험한 값까지 상승하는 것을 억제하여, 저압측에서의 감전을 방지한다.

기기접지는 누전이 발생한 기기에 인체가 접촉하더라도 고장전류가 인체보다 저항이 훨씬 낮은 접지선을 통해 대지로 흘러, 인체를 통과하는 전류가 최소화되도록 함으로써 감전을 방지한다.

문제 6
워너의 4전극법
정답 및 해설
4개의 측정탐침을 지표면 일직선상에 등거리로 박아서 대지저항을 측정하는 방법


[해설]

워너법은 지표면에 일직선·등간격으로 박은 4개의 측정탐침 중 바깥쪽 두 전극으로 전류를 흘리고 안쪽 두 전극 사이의 전위차를 측정해, 그 지점의 겉보기 대지저항률을 구하는 방법이다.

전극 간격을 a[m], 측정된 저항을 R[Ω]이라 하면 대지저항률은 ρ=2πaR\rho = 2\pi a R 로 계산되며, 전극 간격 a를 바꿔가며 측정하면 깊이에 따른 대지저항률 분포도 추정할 수 있다.

등간격·일직선 배치가 핵심 조건으로, 이 조건이 지켜지지 않으면 측정된 전위차가 순수하게 대지저항률만을 반영하지 못해 오차가 커진다.

문제 7
독립접지 이격거리 결정요인
정답 및 해설
1) 발생하는 접지전류의 최대값 2) 전위상승의 허용값 3) 그 지점의 대지저항률


[해설]

독립접지 간 이격거리는 한쪽 접지극의 전위상승이 다른 접지계통에 영향을 주지 않는 범위에서 정해지므로, 접지전류의 크기와 그로 인한 전위상승 허용값이 기준이 된다.

접지전류의 최댓값이 클수록, 그리고 그 지점의 대지저항률이 높을수록 접지극 주변의 전위 경도가 커지므로 더 넓은 이격거리가 필요하다.

반대로 전위상승 허용값을 낮게 잡을수록(인체 안전 기준을 엄격히 할수록) 요구되는 이격거리는 커진다.

문제 8
접지저항 저감 방법
정답 및 해설
1) 접지극을 병렬로 연결한다 2) 접지극 길이를 길게한다 3) 접지저항 저감제를 사용한다 4) 접지봉 매설깊이를 길게한다 5) 심타공법으로 시공한다


[해설]

접지저항은 접지극과 대지 사이의 접촉저항을 낮추는 방향으로 저감시키며, 접지극을 병렬로 연결하거나 매설 면적을 늘리는 방법이 기본 원리다.

접지극을 병렬로 연결하면 저항의 병렬합성 원리로 합성저항이 낮아지고, 접지극 길이를 늘리거나 심타공법으로 깊게 매설하면 대지와의 접촉면적이 넓어지고 함수율이 높은 층에 도달해 저항이 낮아진다.

화학적으로는 접지저항 저감제를 주변 토양에 처리해 대지저항률 자체를 낮추는 방법도 함께 쓰인다.

문제 9
대지저항률을 낮추는 저감재의 조건
정답 및 해설
1) 지속성이 있을 것 2) 안전할 것 3) 전기적으로 양도체 일 것 4) 작업성이 좋을 것 5) 전극을 부식시키지 않을것


[해설]

저감재는 접지극 주변 토양의 저항률을 낮추기 위해 사용되므로, 그 효과가 오래 유지되고 접지극을 손상시키지 않아야 한다는 조건이 핵심이다.

전기적으로는 양도체여야 저감 효과가 있고, 시간이 지나도 유실·건조되지 않는 지속성이 있어야 반복 시공 없이 효과를 유지할 수 있다.

또한 접지극(금속)을 부식시키지 않고 인체와 환경에 안전해야 하며, 현장에서 다루기 쉬운 작업성도 요구된다.

문제 10
변압기(자가용) 설비 완료후 검사(시험) 항목
정답 및 해설
1) 외관검사 2) 보호장치 설치 및 동작시험 3) 접지저항 시험 4) 절연저항 시험 5) 절연내력 시험


[해설]

자가용 변압기 설비는 사용 전 외관·절연·접지·보호장치가 모두 정상인지 확인하는 준공검사를 거쳐야 하며, 각 검사 항목은 서로 다른 결함 유형을 걸러낸다.

외관검사는 시공 상태와 규격 적합성을, 절연저항·절연내력 시험은 절연파괴 위험을, 접지저항 시험은 감전·기기손상 위험을 확인한다.

보호장치 설치 및 동작시험은 실제 고장 발생 시 보호계전기·차단기가 설계대로 동작해 사고를 차단하는지를 검증하는 절차다.

문제 11
지중 배전선로 고장점 측정방법
정답 및 해설
1) 정전용량법 2) 펄스 레이더법 3) 수색 코일법 4) 아크 반사법 5) 머레이 루프법


[해설]

지중 배전선로는 육안으로 고장점을 확인할 수 없으므로, 고장의 종류(단선·지락·단락)에 따라 서로 다른 원리의 측정법을 사용한다.

머레이 루프법은 휘스톤 브리지 원리로 건전상과 고장상의 도체 저항비를 이용해 지락·단락 고장점을 찾고, 정전용량법은 단선사고에서 케이블의 정전용량이 거리에 비례하는 성질을 이용한다.

펄스 레이더법은 펄스를 보내 고장점에서 되돌아오는 반사파의 시간으로 거리를 구하는 방식이고, 수색 코일법은 매설 경로를 따라가며 자계 변화를 탐지하는 현장 탐사법, 아크 반사법은 고장점에 아크를 발생시켜 그 반사파를 포착하는 방법이다.

문제 12
전기재해를 3 가지로 분류 설명하시오
정답 및 해설
1) 정전기 재해 - 감전 - 전전기 화재 - 전기설비 기능저하 2) 전기 재해 - 감전 - 전기화재 - 전기설비 소손 - 아크 복사열 등에 의한 화상 3) 낙뢰 재해 - 감전 - 낙뢰 화재 - 전기설비 손괴


[해설]

전기재해는 발생 원인에 따라 정전기·전기(통전)·낙뢰 재해로 나뉘며, 원인은 달라도 감전이 공통적으로 나타나는 결과라는 점이 특징이다.

정전기 재해는 마찰 등으로 대전된 전하가 방전되며 감전·화재·전기설비 기능저하를 일으키고, 전기 재해는 통전 자체로 인한 감전·전기화재·설비 소손·아크 복사열에 의한 화상을 포함한다.

낙뢰 재해는 외부 뇌서지가 유입되어 감전·낙뢰 화재·전기설비 손괴를 일으키는 경우로, 접지·피뢰설비의 적정성이 피해 규모를 좌우한다.

문제 13
지중케이블 절연감시 방법
정답 및 해설
메거법, 탄젠트 델타법


[해설]

지중케이블의 절연 열화는 서서히 진행되므로, 메거법탄젠트 델타법은 각각 절연저항의 절대값과 절연체의 유전손실 특성을 통해 열화 정도를 판단한다는 점에서 서로 보완적이다.

메거법은 직류 고전압을 인가해 절연저항값을 직접 측정하는 방식으로 간단하지만, 이미 상당히 진행된 열화만 검출되는 한계가 있다.

탄젠트 델타법은 교류를 인가해 유전체의 손실각(tanδ)을 측정하는 방식으로, 절연체 내부의 미세한 열화(보이드·트리잉 등)를 절연저항 저하가 뚜렷해지기 전에 조기에 검출할 수 있다.

문제 14
1) 변압기의 절연저항 : ? 2) 절연재의 고유저항 : ? 3) 배전선의 전류 : ? 4) 검류계의 내부저항 : ? 5) 전해액의 저항 : ?
정답 및 해설
1) 변압기의 절연저항 : 절연저항계(메거) 2) 절연재의 고유저항 : 절연저항계(메거) 3) 배전선의 전류 : 후크 온 메타 4) 검류계의 내부저항 : 휘스톤 브리지 5) 전해액의 저항 : 콜라우시 브리지


[해설]

측정 대상이 저항인지 전류인지, 그리고 저항이라면 그 크기가 어느 범위인지에 따라 적합한 계측기가 달라진다.

변압기 권선이나 절연재처럼 매우 큰 절연저항은 절연저항계(메거)로, 배전선처럼 회로를 끊지 않고 흐르는 전류를 재야 할 때는 후크 온 메타로 측정한다.

검류계 내부저항처럼 작은 저항은 휘스톤 브리지로, 전해액 저항처럼 직류로는 분극이 생겨 정확히 잴 수 없는 대상은 교류를 쓰는 콜라우시 브리지로 측정한다.

문제 15
1) 머레이 루프법 : ? 2) 정전용량법 : ? 3) 펄스 레이더법 : ?
정답 및 해설
1) 머레이 루프법 : 1선지락, 2선지락, 선간 단락 2) 정전용량법 : 단선사고 3) 펄스 레이더법 : 지락사고, 3상 단락


[해설]

같은 지중선로 고장이라도 도체가 끊겼는지 여부에 따라 케이블에서 변하는 값이 다르므로, 적용할 수 있는 측정법도 달라진다.

머레이 루프법은 도체 저항의 비를 이용하므로 1선지락·2선지락·선간단락처럼 도체가 여전히 연속되어 루프를 구성할 수 있는 고장에 적용된다.

정전용량법은 단선으로 도체가 끊겨 루프 구성이 불가능한 경우에 케이블 정전용량이 길이에 비례하는 성질을 이용하고, 펄스 레이더법은 지락사고나 3상단락처럼 임피던스 불연속점이 뚜렷해 반사파가 잘 잡히는 고장에 적용된다.

문제 16
저안접로의 배선이나 기기의 절연저항 측정기는 몇[V]인가?
정답 및 해설
500[V]


[해설]

저압전로의 배선·기기는 절연 성능을 정량적으로 확인해야 하므로, 절연저항계(메거)에 직류 500[V]를 인가해 절연저항을 측정하는 것이 기준이다.

이는 한국전기설비규정(KEC)의 저압전로 절연성능 기준에서 사용전압 500[V] 이하 회로에 적용되는 시험전압으로, 실제 사용전압보다 높은 시험전압을 걸어 절연 여유를 확인하는 취지다.

회로의 전압 구분에 따라 시험전압이 달라져 SELV·PELV 등 초저압 회로는 직류 250[V], 사용전압 500[V]를 넘는 회로는 직류 1,000[V]를 인가하므로, 일반 저압전로에 해당하는 값이 500[V]임을 구분해서 기억해야 한다.

문제 17
빈칸채우기
문제 이미지
정답 및 해설
[사진참고]
정답 이미지
문제 18
감전전류의종류
정답 및 해설
1) 감지 전류 : 인체에 흐르는 전류가 수[mA] 를 넘으면 느낄수 있게 되는데, 사람에 따라 1 [mA] 이하를 느끼는 경우도 있다 2) 경련 전류 : 도체를 잡은 상태에서 인체에 흐르는 전류를 증가 시키면 5~20[mA] 정도의 범위에서 근육이 수축·경련을 일으켜 스스로 도체에서 손을 델 수 없는 상태로 된다 3) 심실 세동 전류 : 인체에 흐르는 전류가 수십[mA] 를 넘으면 심장근육이 경련을 일으켜 혈액공급이 정지되며, 사망에 이를 수 있다. 단시간내 통전을 멈추면 죽음을 면할 수 있다


[해설]

인체에 흐르는 전류가 커질수록 감지→경련→심실세동 순으로 위험도가 커지며, 이 순서와 각 단계의 대략적인 전류범위를 아는 것이 채점 포인트다.

감지전류는 수[mA] 수준에서 전류가 흐름을 느끼는 정도이고, 경련전류(불수전류·이탈불능전류)는 5~20[mA] 범위에서 근육이 수축·경련을 일으켜 스스로 도체에서 손을 뗄 수 없게 되는 단계다.

심실세동전류는 수십[mA]를 넘어 심장근육이 불규칙하게 경련하고 혈액공급이 정지되는 치명적 단계로, 통전시간이 짧을수록 세동을 일으키는 전류값이 커진다는 점(전류-시간의 반비례 관계)이 실무적으로 중요하다.

문제 19
전기화재 발생원인
정답 및 해설
1) 누전 2) 과전류 3) 낙뢰 4) 지락 5) 용단 6) 단락 7) 도체 접속부과열 8) 불꽃방전


[해설]

전기화재의 원인은 크게 전류가 과다하게 흐르는 경우(과전류·단락), 절연이 약화되어 새는 경우(누전·지락), 접촉저항이 커 발열하는 경우(접속부 과열·불꽃방전)로 나눠 이해하면 항목을 빠짐없이 답하기 쉽다.

과전류·단락·용단은 정격을 넘는 전류가 흘러 도체가 과열되거나 순간적으로 큰 열을 내는 경우이고, 누전·지락은 절연 열화로 전류가 의도치 않은 경로로 흘러 국부 발열을 일으키는 경우다.

도체 접속부 과열과 불꽃방전은 접촉저항이 큰 지점에서 열이 집중되는 경우이며, 낙뢰는 외부에서 유입되는 대전류가 원인이 된다는 점에서 나머지와 구분된다.

문제 20
감전사고 방지 대책
정답 및 해설
1) 고감도 누전차단기 설치 2) 기계·기구 외함 접지 3) 접지시설을 완벽하게 한다 4) 2중 절연구조 전기기기 선정


[해설]

감전사고 방지대책은 누전 발생을 막는 대책누전이 나더라도 인체에 위험한 전류가 흐르지 않도록 하는 대책으로 나눠 볼 수 있다.

기계·기구 외함 접지와 완벽한 접지시설은 누전 시 고장전류가 인체보다 저항이 낮은 접지선을 통해 흐르도록 유도해 감전을 막는 방법이다.

고감도 누전차단기는 누전을 감지해 즉시 전원을 차단하는 방식이고, 2중 절연구조 전기기기는 애초에 절연이 파괴되어도 외함에 전압이 나타나지 않도록 설계된 기기다.

문제 21
진상 콘덴서와 직럴로 리액터 설치 이유는?
정답 및 해설
제5고조파 제거 ------► 파형개선


[해설]

전력용(진상) 콘덴서에 직렬리액터를 다는 이유는 계통에 존재하는 제5고조파가 콘덴서 회로와 공진해 확대되는 것을 막아 파형을 개선하기 위함이다.

콘덴서만 있으면 주파수가 높을수록 임피던스가 작아져 고조파 전류를 끌어들이지만, 직렬리액터를 넣으면 콘덴서 회로가 제5고조파에 대해 유도성이 되어 공진이 성립하지 않는다.

제5고조파에서 유도성이 되려면 5ωL>15ωC5\omega L > \dfrac{1}{5\omega C} 이어야 하므로 리액터 용량은 콘덴서 용량의 이론상 4[%], 주파수 변동 등의 여유를 둔 실제 적용값은 6[%]가 표준이며, 그 결과 콘덴서로 유입되는 고조파 전류가 줄어 과열·소손도 함께 방지된다.

문제 22
THD(토탈 하모닉 디스토션)의 정의와 계산식을 쓰시오
정답 및 해설
[사진참고]


[해설]

THD(총고조파왜형률)는 파형이 정현파에서 얼마나 벗어났는지를 나타내는 지표로, 기본파 실효값에 대한 전 고조파 성분 실효값의 비로 정의한다.

전류의 경우 THD=n=2In2I1×100[%]THD = \dfrac{\sqrt{\sum_{n=2}^{\infty} I_n^{2}}}{I_1} \times 100[\%]
전압의 경우 THD=n=2Vn2V1×100[%]THD = \dfrac{\sqrt{\sum_{n=2}^{\infty} V_n^{2}}}{V_1} \times 100[\%]

분자는 2차 이상의 고조파만을 합성한 실효값이므로 기본파 성분은 제외한다는 점이 핵심이며, THD가 클수록 파형 왜곡이 심해 기기의 과열·오동작 위험이 커진다.

정답 이미지
문제 23
고조파 전류의 발생원인
정답 및 해설
1 ) 변압기, 전동기 등의 여자전류 2) 전기로, 아크로 3) 용접기 4) 송전선로으| 코로나 5) 병렬 콘덴서(전력용 콘덴서) 6) 인버터, 컨버터 등의 전력변환 장치


[해설]

고조파 전류는 대부분 전압-전류 특성이 선형이 아닌 비선형 부하에서 발생하며, 자기포화가 일어나는 기기와 반도체로 전력을 변환하는 기기가 대표적이다.

변압기·전동기의 여자전류는 철심의 자기포화 때문에 정현파가 왜곡되어 발생하고, 전기로·아크로·용접기는 아크방전 자체가 불안정하기 때문에, 인버터·컨버터 등 전력변환장치는 스위칭으로 전류를 잘라 쓰기 때문에 고조파를 만든다.

송전선로의 코로나도 비선형 방전이라 고조파원이 되며, 병렬(전력용) 콘덴서는 스스로 고조파를 만든다기보다 계통 리액턴스와 공진해 이미 존재하는 고조파를 확대시키는 요인으로 함께 분류된다.

문제 24
고조파의 영향(장해)
정답 및 해설
1) 콘덴서 및 리액터에 소음·진동 및 과열 발생 2) 통신선에 잡음전압 발생 3) 전동기의 철손 및 동손 증가로 손실 발생


[해설]

고조파는 기본파(60[Hz])보다 높은 주파수 성분이므로, 주파수에 따라 임피던스나 손실이 변하는 소자일수록 그 영향을 크게 받는다.

콘덴서·리액터는 고조파 전류가 유입되면 발열·진동·소음이 커지고, 인접한 통신선에는 유도에 의한 잡음전압이 발생해 통신 품질을 떨어뜨린다.

전동기는 고조파 자속 때문에 철손·동손이 늘어 온도가 상승하고 효율이 떨어지는 손실 증가로 이어진다.

문제 25
고조파가 전기설비에 미치는 장해(영향)
정답 및 해설
1) 3상4선식 회로의 중성선 과열 2) 보호계전기의 오동작 3) 통신선의 유도장해 4) 전력용 기기의 과열 및 소손


[해설]

고조파는 전력설비 전반에 걸쳐 과열·오동작·통신장해를 일으키는데, 특히 3상4선식 회로의 중성선에서 그 영향이 두드러진다.

제3고조파 계열(영상분)은 3상에서 상쇄되지 않고 중성선에 그대로 합쳐져 흐르므로 중성선이 상전류보다 큰 전류로 과열될 수 있고, 보호계전기는 고조파가 섞인 왜곡 파형을 정상 파형과 다르게 인식해 오동작을 일으킬 수 있다.

통신선에는 유도장해로 잡음이 발생하고, 변압기·차단기 등 전력용 기기는 고조파 전류로 인한 추가 발열로 과열·소손 위험이 커진다.

문제 26
고장회로(지락 등)에 인축이 접촉할 때 간접접촉 보호조건 2가지
정답 및 해설
① 인축의 몸으로 고장전류가 흐르지 않도록 한다.
② 인축에 흐르는 고장전류를 위험하지 않은 값 이하로 제한한다.
(그 외 : 고장전류 지속시간을 위험하지 않은 시간 이내로 제한)


[해설]

간접접촉 보호는 정상 시에는 충전부가 아니던 부분(기기 외함 등)이 고장으로 인해 위험한 전위를 갖게 되는 상황으로부터 인축을 보호하는 것이므로, 고장전류의 경로와 크기를 제어하는 두 방향으로 접근한다.

첫째는 접지·등전위본딩·절연 등으로 고장전류가 인축의 몸을 통해 흐르지 않도록 경로를 만들어 주는 방법이고, 둘째는 누전차단기 등으로 인축에 흐르는 고장전류를 위험하지 않은 값 이하로, 또는 지속시간을 위험하지 않은 시간 이내로 제한하는 방법이다.

KEC 체계에서는 이를 충전부 직접접촉을 막는 기본보호와 구분되는 고장보호로 다루며, 실제 설비에서는 두 방법을 함께 적용해 감전 위험을 낮춘다.

문제 27
KEC 접지 용어 정의에 맞는 용어
① 계통·설비 또는 기기의 한 점과 접지극 사이의 도전성 경로가 되는 도체
② 감전에 대한 보호 등 안전을 위해 제공되는 도체
③ 기기나 계통을 개별·공통으로 접지하기 위해 필요한 접속 및 장치로 구성된 설비
정답 및 해설
① 접지도체
② 보호도체
③ 접지시스템


[해설]

세 용어는 KEC 용어정의에서 도체의 역할에 따라 구분한 것으로, 전류가 흐르는 경로인지 안전 목적의 도체인지 이를 아우르는 전체 설비인지로 나눠 이해하면 된다.

①은 기기·계통의 한 점을 접지극에 연결하는 도전성 경로 자체를 가리키므로 접지도체이고, ②는 고장전류나 감전전압으로부터 사람을 보호할 목적으로 설치되는 도체이므로 보호도체이다.

③은 개별 도체가 아니라 접지극·접지도체·본딩도체 등 접속과 장치 전체를 포괄하는 설비 단위를 지칭하므로 접지시스템이라 정의된다.

채점 시에는 접지도체와 보호도체를 서로 바꿔 쓰지 않는지, 접지시스템을 단순히 '접지'로만 답하지 않는지가 포인트다.

문제 28
저압 전로의 절연성능 기준표이다. 빈칸 수치를 채우시오.
전로의 사용전압[V]DC시험전압[V]절연저항[MΩ]
SELV 및 PELV
FELV, 500 이하
500 초과
정답 및 해설
KEC 저압 전로 절연저항 기준이다.

① 250   ② 0.5
③ 500   ④ 1.0
⑤ 1,000   ⑥ 1.0

완성표
전로의 사용전압[V]DC시험전압[V]절연저항[MΩ]
SELV 및 PELV2500.5
FELV, 500 이하5001.0
500 초과1,0001.0
※ SELV·PELV : 1·2차 절연 회로 / FELV : 비절연 회로.


[해설]

이 수치는 KEC 저압전로의 절연성능 기준에서 정하는 값으로, 사용전압 구간이 높아질수록 절연내력을 검증하는 DC 시험전압도 함께 높아진다.

SELV·PELV처럼 안전특별저압 회로는 인체에 미치는 위험이 낮아 시험전압 250V·절연저항 0.5MΩ으로 기준이 낮게 설정되고, FELV 및 500V 이하 구간부터는 시험전압 500V·절연저항 1.0MΩ으로 올라간다.

500V를 넘는 구간은 시험전압만 1,000V로 상향되고 절연저항 기준은 1.0MΩ으로 그대로 유지되므로, 시험전압 250·500·1,000절연저항 0.5·1.0·1.0의 짝을 기억하는 것이 채점 포인트다.

문제 29
접지저항을 결정하는 구성요소 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 접지선·접지극 자체의 도체저항
② 접지극 표면과 대지(토양) 사이의 접촉저항
③ 접지극 주위 대지의 저항(대지 고유저항)


[해설]

접지저항은 전류가 접지극을 통해 대지로 흘러들어가기까지 거치는 세 구간의 저항이 직렬로 합산된 값이기 때문에 이 세 요소로 나뉜다.

①은 접지선과 접지극 금속 자체의 도체저항으로 통상 무시할 만큼 작고, ②는 접지극 표면이 흙과 맞닿는 부분의 접촉저항으로 시공 상태·다짐 정도에 좌우된다.

③은 접지극에서 멀어질수록 전류가 퍼져나가며 나타나는 대지 고유저항에 의한 저항으로, 실제 접지저항 값의 대부분을 차지하는 지배적 요소다.

문제 30
등전위본딩 도체에 관한 다음 빈칸의 값을 쓰시오.

(1) 주접지단자 접속용 등전위본딩 도체는 설비 내 가장 큰 보호접지도체 단면적의 1/2 이상이면서 아래 단면적 이상이어야 한다.
가. 구리도체 ( ① ) mm²
나. 알루미늄 도체 ( ② ) mm²
다. 강철 도체 ( ③ ) mm²

(2) 주접지단자 접속용 보호본딩도체 단면적은 구리도체 ( ④ ) mm²(또는 타 재질 동등 단면적)를 초과할 필요가 없다.
정답 및 해설
KEC 143.3.1(주등전위본딩 도체) 규정값이다.

(1) 최소 단면적
① 구리도체 : 6 mm²
② 알루미늄 도체 : 16 mm²
③ 강철 도체 : 50 mm²

(2) ④ 구리도체 25 mm²

[tip] 6 / 16 / 50, 상한 25.


[해설]

등전위본딩 도체의 최소 단면적은 KEC 143.3.1에서 감전보호를 위해 고장전류를 안전하게 흘려보낼 수 있는 굵기로 정한 값이다.

주접지단자에 접속되는 본딩도체는 설비 내 가장 큰 보호접지도체 단면적의 1/2 이상이면서 재질별 최소값 이상이어야 하며, 전기전도도가 낮은 재질일수록 단면적 기준이 커진다(구리 6mm² → 알루미늄 16mm² → 강철 50mm²).

다만 도전율이 이미 충분한 구리도체는 단면적을 과도하게 키울 필요가 없으므로 상한을 25mm²로 제한하는데, 이는 시공성과 비용을 고려한 규정이다.

전기기사실기(단답형)모두CBT · moducbt.com

전기기사실기(단답형) 접지

30문항 · 주관식 · 정답·해설 포함
문제 1
접지의 목적
정답 및 해설
1) 누전에 의한 감전사고 방지 2) 이상전압 억제 3) 보호계전기 확실한 동작 4) 기기 손상방지


[해설]

전기설비에서 접지의 근본 목적은 누전 시 대지전위 상승을 억제해 인체 감전사고를 방지하고 설비를 이상전압으로부터 보호하는 데 있다.

  • 누전이 발생한 기기 외함의 전위를 대지전위 가깝게 유지해 감전사고를 방지한다.
  • 뇌격 등으로 인한 이상전압을 대지로 방류해 억제한다.
  • 지락전류 경로를 확보해 보호계전기가 확실하게 동작하도록 한다.
  • 이상전압·과전류로 인한 기기 손상을 방지한다.
문제 2
접지개소
정답 및 해설
1) 피뢰기 2) 피뢰침 3) 일반기기 및 제어반 외함 4) 옥외 철구 및 경계책 5) 케이블 실드선


[해설]

이 항목들은 낙뢰전류·누설전류·유도전압을 대지로 방류시켜 인체 감전과 기기 손상을 막기 위해 반드시 접지가 필요한 대표적 개소들이다.

피뢰기·피뢰침은 낙뢰 서지를 순간적으로 대지로 방전시켜 절연파괴를 막는 것이 목적이고, 일반기기·제어반 외함은 누전 시 인체가 감전되지 않도록 하는 보호접지에 해당한다.

옥외 철구·경계책은 인축이 접촉 가능한 금속 구조물의 대지전위 상승을 막기 위함이며, 케이블 실드선 접지는 통신·제어선에 유기되는 유도잡음을 차폐하기 위한 것이다.

문제 3
공용접지의 장점
정답 및 해설
1) 접지극 수량 감소 2) 접지극 연접으로 신뢰도 향상 3) 접지극 연접으로 합성저항 저하 4) 계통접지의 단순화 5) 철근, 구조물 등을 연접하면 거대한 접지전극 효과


[해설]

공용접지는 여러 설비의 접지극을 하나의 접지망으로 연접하는 방식으로, 접지극이 병렬로 합쳐지면서 합성 접지저항이 낮아지고 전체 접지 신뢰도가 높아지는 것이 핵심 장점이다.

접지극 수가 줄어 시공비가 절감되고, 여러 계통을 하나로 묶으므로 계통접지 구성이 단순화된다.

또한 건물의 철근·구조물을 접지망에 연접하면 매우 넓은 면적의 거대한 접지전극 효과를 얻을 수 있어 대지와의 접촉 저항이 추가로 낮아진다.

문제 4
공용접지의 단점
정답 및 해설
1) 다른 기기나 계통으로부터 사고가 파급된다. 2) 계통에 이상전압 발생시 전압이 상승한다. 3) 피뢰침용과 공용이라서 뇌서지의 영향을 받을 수 있다.


[해설]

공용접지는 여러 설비의 접지가 하나로 묶여 있으므로, 한쪽 계통에서 발생한 사고전류나 이상전압이 다른 기기·계통으로 파급될 수 있다는 점이 가장 큰 단점이다.

계통에 지락 등 이상전압이 발생하면 공용 접지망 전체의 대지전위가 함께 상승해 연결된 다른 설비의 절연에 부담을 준다.

특히 피뢰침 접지와 공용으로 구성한 경우에는 뇌서지가 접지망을 통해 통신·제어기기 등 뇌서지에 취약한 설비까지 전파될 위험이 있다.

문제 5
계통접지와 기기접지의 역할을 쓰시오.
정답 및 해설
계통접지 : 고,저압 혼촉시 감전방지 기기접지 : 누전되고 있는 기기에 접촉시 감전방지


[해설]

계통접지와 기기접지는 접지하는 대상이 서로 달라 막아 주는 사고의 종류도 다르다 — 계통접지는 변압기 2차측 중성점을, 기기접지는 기기 외함을 접지한다.

계통접지는 고압과 저압이 혼촉되었을 때 저압측 전위가 고압에 가까운 위험한 값까지 상승하는 것을 억제하여, 저압측에서의 감전을 방지한다.

기기접지는 누전이 발생한 기기에 인체가 접촉하더라도 고장전류가 인체보다 저항이 훨씬 낮은 접지선을 통해 대지로 흘러, 인체를 통과하는 전류가 최소화되도록 함으로써 감전을 방지한다.

문제 6
워너의 4전극법
정답 및 해설
4개의 측정탐침을 지표면 일직선상에 등거리로 박아서 대지저항을 측정하는 방법


[해설]

워너법은 지표면에 일직선·등간격으로 박은 4개의 측정탐침 중 바깥쪽 두 전극으로 전류를 흘리고 안쪽 두 전극 사이의 전위차를 측정해, 그 지점의 겉보기 대지저항률을 구하는 방법이다.

전극 간격을 a[m], 측정된 저항을 R[Ω]이라 하면 대지저항률은 ρ=2πaR\rho = 2\pi a R 로 계산되며, 전극 간격 a를 바꿔가며 측정하면 깊이에 따른 대지저항률 분포도 추정할 수 있다.

등간격·일직선 배치가 핵심 조건으로, 이 조건이 지켜지지 않으면 측정된 전위차가 순수하게 대지저항률만을 반영하지 못해 오차가 커진다.

문제 7
독립접지 이격거리 결정요인
정답 및 해설
1) 발생하는 접지전류의 최대값 2) 전위상승의 허용값 3) 그 지점의 대지저항률


[해설]

독립접지 간 이격거리는 한쪽 접지극의 전위상승이 다른 접지계통에 영향을 주지 않는 범위에서 정해지므로, 접지전류의 크기와 그로 인한 전위상승 허용값이 기준이 된다.

접지전류의 최댓값이 클수록, 그리고 그 지점의 대지저항률이 높을수록 접지극 주변의 전위 경도가 커지므로 더 넓은 이격거리가 필요하다.

반대로 전위상승 허용값을 낮게 잡을수록(인체 안전 기준을 엄격히 할수록) 요구되는 이격거리는 커진다.

문제 8
접지저항 저감 방법
정답 및 해설
1) 접지극을 병렬로 연결한다 2) 접지극 길이를 길게한다 3) 접지저항 저감제를 사용한다 4) 접지봉 매설깊이를 길게한다 5) 심타공법으로 시공한다


[해설]

접지저항은 접지극과 대지 사이의 접촉저항을 낮추는 방향으로 저감시키며, 접지극을 병렬로 연결하거나 매설 면적을 늘리는 방법이 기본 원리다.

접지극을 병렬로 연결하면 저항의 병렬합성 원리로 합성저항이 낮아지고, 접지극 길이를 늘리거나 심타공법으로 깊게 매설하면 대지와의 접촉면적이 넓어지고 함수율이 높은 층에 도달해 저항이 낮아진다.

화학적으로는 접지저항 저감제를 주변 토양에 처리해 대지저항률 자체를 낮추는 방법도 함께 쓰인다.

문제 9
대지저항률을 낮추는 저감재의 조건
정답 및 해설
1) 지속성이 있을 것 2) 안전할 것 3) 전기적으로 양도체 일 것 4) 작업성이 좋을 것 5) 전극을 부식시키지 않을것


[해설]

저감재는 접지극 주변 토양의 저항률을 낮추기 위해 사용되므로, 그 효과가 오래 유지되고 접지극을 손상시키지 않아야 한다는 조건이 핵심이다.

전기적으로는 양도체여야 저감 효과가 있고, 시간이 지나도 유실·건조되지 않는 지속성이 있어야 반복 시공 없이 효과를 유지할 수 있다.

또한 접지극(금속)을 부식시키지 않고 인체와 환경에 안전해야 하며, 현장에서 다루기 쉬운 작업성도 요구된다.

문제 10
변압기(자가용) 설비 완료후 검사(시험) 항목
정답 및 해설
1) 외관검사 2) 보호장치 설치 및 동작시험 3) 접지저항 시험 4) 절연저항 시험 5) 절연내력 시험


[해설]

자가용 변압기 설비는 사용 전 외관·절연·접지·보호장치가 모두 정상인지 확인하는 준공검사를 거쳐야 하며, 각 검사 항목은 서로 다른 결함 유형을 걸러낸다.

외관검사는 시공 상태와 규격 적합성을, 절연저항·절연내력 시험은 절연파괴 위험을, 접지저항 시험은 감전·기기손상 위험을 확인한다.

보호장치 설치 및 동작시험은 실제 고장 발생 시 보호계전기·차단기가 설계대로 동작해 사고를 차단하는지를 검증하는 절차다.

문제 11
지중 배전선로 고장점 측정방법
정답 및 해설
1) 정전용량법 2) 펄스 레이더법 3) 수색 코일법 4) 아크 반사법 5) 머레이 루프법


[해설]

지중 배전선로는 육안으로 고장점을 확인할 수 없으므로, 고장의 종류(단선·지락·단락)에 따라 서로 다른 원리의 측정법을 사용한다.

머레이 루프법은 휘스톤 브리지 원리로 건전상과 고장상의 도체 저항비를 이용해 지락·단락 고장점을 찾고, 정전용량법은 단선사고에서 케이블의 정전용량이 거리에 비례하는 성질을 이용한다.

펄스 레이더법은 펄스를 보내 고장점에서 되돌아오는 반사파의 시간으로 거리를 구하는 방식이고, 수색 코일법은 매설 경로를 따라가며 자계 변화를 탐지하는 현장 탐사법, 아크 반사법은 고장점에 아크를 발생시켜 그 반사파를 포착하는 방법이다.

문제 12
전기재해를 3 가지로 분류 설명하시오
정답 및 해설
1) 정전기 재해 - 감전 - 전전기 화재 - 전기설비 기능저하 2) 전기 재해 - 감전 - 전기화재 - 전기설비 소손 - 아크 복사열 등에 의한 화상 3) 낙뢰 재해 - 감전 - 낙뢰 화재 - 전기설비 손괴


[해설]

전기재해는 발생 원인에 따라 정전기·전기(통전)·낙뢰 재해로 나뉘며, 원인은 달라도 감전이 공통적으로 나타나는 결과라는 점이 특징이다.

정전기 재해는 마찰 등으로 대전된 전하가 방전되며 감전·화재·전기설비 기능저하를 일으키고, 전기 재해는 통전 자체로 인한 감전·전기화재·설비 소손·아크 복사열에 의한 화상을 포함한다.

낙뢰 재해는 외부 뇌서지가 유입되어 감전·낙뢰 화재·전기설비 손괴를 일으키는 경우로, 접지·피뢰설비의 적정성이 피해 규모를 좌우한다.

문제 13
지중케이블 절연감시 방법
정답 및 해설
메거법, 탄젠트 델타법


[해설]

지중케이블의 절연 열화는 서서히 진행되므로, 메거법탄젠트 델타법은 각각 절연저항의 절대값과 절연체의 유전손실 특성을 통해 열화 정도를 판단한다는 점에서 서로 보완적이다.

메거법은 직류 고전압을 인가해 절연저항값을 직접 측정하는 방식으로 간단하지만, 이미 상당히 진행된 열화만 검출되는 한계가 있다.

탄젠트 델타법은 교류를 인가해 유전체의 손실각(tanδ)을 측정하는 방식으로, 절연체 내부의 미세한 열화(보이드·트리잉 등)를 절연저항 저하가 뚜렷해지기 전에 조기에 검출할 수 있다.

문제 14
1) 변압기의 절연저항 : ? 2) 절연재의 고유저항 : ? 3) 배전선의 전류 : ? 4) 검류계의 내부저항 : ? 5) 전해액의 저항 : ?
정답 및 해설
1) 변압기의 절연저항 : 절연저항계(메거) 2) 절연재의 고유저항 : 절연저항계(메거) 3) 배전선의 전류 : 후크 온 메타 4) 검류계의 내부저항 : 휘스톤 브리지 5) 전해액의 저항 : 콜라우시 브리지


[해설]

측정 대상이 저항인지 전류인지, 그리고 저항이라면 그 크기가 어느 범위인지에 따라 적합한 계측기가 달라진다.

변압기 권선이나 절연재처럼 매우 큰 절연저항은 절연저항계(메거)로, 배전선처럼 회로를 끊지 않고 흐르는 전류를 재야 할 때는 후크 온 메타로 측정한다.

검류계 내부저항처럼 작은 저항은 휘스톤 브리지로, 전해액 저항처럼 직류로는 분극이 생겨 정확히 잴 수 없는 대상은 교류를 쓰는 콜라우시 브리지로 측정한다.

문제 15
1) 머레이 루프법 : ? 2) 정전용량법 : ? 3) 펄스 레이더법 : ?
정답 및 해설
1) 머레이 루프법 : 1선지락, 2선지락, 선간 단락 2) 정전용량법 : 단선사고 3) 펄스 레이더법 : 지락사고, 3상 단락


[해설]

같은 지중선로 고장이라도 도체가 끊겼는지 여부에 따라 케이블에서 변하는 값이 다르므로, 적용할 수 있는 측정법도 달라진다.

머레이 루프법은 도체 저항의 비를 이용하므로 1선지락·2선지락·선간단락처럼 도체가 여전히 연속되어 루프를 구성할 수 있는 고장에 적용된다.

정전용량법은 단선으로 도체가 끊겨 루프 구성이 불가능한 경우에 케이블 정전용량이 길이에 비례하는 성질을 이용하고, 펄스 레이더법은 지락사고나 3상단락처럼 임피던스 불연속점이 뚜렷해 반사파가 잘 잡히는 고장에 적용된다.

문제 16
저안접로의 배선이나 기기의 절연저항 측정기는 몇[V]인가?
정답 및 해설
500[V]


[해설]

저압전로의 배선·기기는 절연 성능을 정량적으로 확인해야 하므로, 절연저항계(메거)에 직류 500[V]를 인가해 절연저항을 측정하는 것이 기준이다.

이는 한국전기설비규정(KEC)의 저압전로 절연성능 기준에서 사용전압 500[V] 이하 회로에 적용되는 시험전압으로, 실제 사용전압보다 높은 시험전압을 걸어 절연 여유를 확인하는 취지다.

회로의 전압 구분에 따라 시험전압이 달라져 SELV·PELV 등 초저압 회로는 직류 250[V], 사용전압 500[V]를 넘는 회로는 직류 1,000[V]를 인가하므로, 일반 저압전로에 해당하는 값이 500[V]임을 구분해서 기억해야 한다.

문제 17
빈칸채우기
문제 이미지
정답 및 해설
[사진참고]
정답 이미지
문제 18
감전전류의종류
정답 및 해설
1) 감지 전류 : 인체에 흐르는 전류가 수[mA] 를 넘으면 느낄수 있게 되는데, 사람에 따라 1 [mA] 이하를 느끼는 경우도 있다 2) 경련 전류 : 도체를 잡은 상태에서 인체에 흐르는 전류를 증가 시키면 5~20[mA] 정도의 범위에서 근육이 수축·경련을 일으켜 스스로 도체에서 손을 델 수 없는 상태로 된다 3) 심실 세동 전류 : 인체에 흐르는 전류가 수십[mA] 를 넘으면 심장근육이 경련을 일으켜 혈액공급이 정지되며, 사망에 이를 수 있다. 단시간내 통전을 멈추면 죽음을 면할 수 있다


[해설]

인체에 흐르는 전류가 커질수록 감지→경련→심실세동 순으로 위험도가 커지며, 이 순서와 각 단계의 대략적인 전류범위를 아는 것이 채점 포인트다.

감지전류는 수[mA] 수준에서 전류가 흐름을 느끼는 정도이고, 경련전류(불수전류·이탈불능전류)는 5~20[mA] 범위에서 근육이 수축·경련을 일으켜 스스로 도체에서 손을 뗄 수 없게 되는 단계다.

심실세동전류는 수십[mA]를 넘어 심장근육이 불규칙하게 경련하고 혈액공급이 정지되는 치명적 단계로, 통전시간이 짧을수록 세동을 일으키는 전류값이 커진다는 점(전류-시간의 반비례 관계)이 실무적으로 중요하다.

문제 19
전기화재 발생원인
정답 및 해설
1) 누전 2) 과전류 3) 낙뢰 4) 지락 5) 용단 6) 단락 7) 도체 접속부과열 8) 불꽃방전


[해설]

전기화재의 원인은 크게 전류가 과다하게 흐르는 경우(과전류·단락), 절연이 약화되어 새는 경우(누전·지락), 접촉저항이 커 발열하는 경우(접속부 과열·불꽃방전)로 나눠 이해하면 항목을 빠짐없이 답하기 쉽다.

과전류·단락·용단은 정격을 넘는 전류가 흘러 도체가 과열되거나 순간적으로 큰 열을 내는 경우이고, 누전·지락은 절연 열화로 전류가 의도치 않은 경로로 흘러 국부 발열을 일으키는 경우다.

도체 접속부 과열과 불꽃방전은 접촉저항이 큰 지점에서 열이 집중되는 경우이며, 낙뢰는 외부에서 유입되는 대전류가 원인이 된다는 점에서 나머지와 구분된다.

문제 20
감전사고 방지 대책
정답 및 해설
1) 고감도 누전차단기 설치 2) 기계·기구 외함 접지 3) 접지시설을 완벽하게 한다 4) 2중 절연구조 전기기기 선정


[해설]

감전사고 방지대책은 누전 발생을 막는 대책누전이 나더라도 인체에 위험한 전류가 흐르지 않도록 하는 대책으로 나눠 볼 수 있다.

기계·기구 외함 접지와 완벽한 접지시설은 누전 시 고장전류가 인체보다 저항이 낮은 접지선을 통해 흐르도록 유도해 감전을 막는 방법이다.

고감도 누전차단기는 누전을 감지해 즉시 전원을 차단하는 방식이고, 2중 절연구조 전기기기는 애초에 절연이 파괴되어도 외함에 전압이 나타나지 않도록 설계된 기기다.

문제 21
진상 콘덴서와 직럴로 리액터 설치 이유는?
정답 및 해설
제5고조파 제거 ------► 파형개선


[해설]

전력용(진상) 콘덴서에 직렬리액터를 다는 이유는 계통에 존재하는 제5고조파가 콘덴서 회로와 공진해 확대되는 것을 막아 파형을 개선하기 위함이다.

콘덴서만 있으면 주파수가 높을수록 임피던스가 작아져 고조파 전류를 끌어들이지만, 직렬리액터를 넣으면 콘덴서 회로가 제5고조파에 대해 유도성이 되어 공진이 성립하지 않는다.

제5고조파에서 유도성이 되려면 5ωL>15ωC5\omega L > \dfrac{1}{5\omega C} 이어야 하므로 리액터 용량은 콘덴서 용량의 이론상 4[%], 주파수 변동 등의 여유를 둔 실제 적용값은 6[%]가 표준이며, 그 결과 콘덴서로 유입되는 고조파 전류가 줄어 과열·소손도 함께 방지된다.

문제 22
THD(토탈 하모닉 디스토션)의 정의와 계산식을 쓰시오
정답 및 해설
[사진참고]


[해설]

THD(총고조파왜형률)는 파형이 정현파에서 얼마나 벗어났는지를 나타내는 지표로, 기본파 실효값에 대한 전 고조파 성분 실효값의 비로 정의한다.

전류의 경우 THD=n=2In2I1×100[%]THD = \dfrac{\sqrt{\sum_{n=2}^{\infty} I_n^{2}}}{I_1} \times 100[\%]
전압의 경우 THD=n=2Vn2V1×100[%]THD = \dfrac{\sqrt{\sum_{n=2}^{\infty} V_n^{2}}}{V_1} \times 100[\%]

분자는 2차 이상의 고조파만을 합성한 실효값이므로 기본파 성분은 제외한다는 점이 핵심이며, THD가 클수록 파형 왜곡이 심해 기기의 과열·오동작 위험이 커진다.

정답 이미지
문제 23
고조파 전류의 발생원인
정답 및 해설
1 ) 변압기, 전동기 등의 여자전류 2) 전기로, 아크로 3) 용접기 4) 송전선로으| 코로나 5) 병렬 콘덴서(전력용 콘덴서) 6) 인버터, 컨버터 등의 전력변환 장치


[해설]

고조파 전류는 대부분 전압-전류 특성이 선형이 아닌 비선형 부하에서 발생하며, 자기포화가 일어나는 기기와 반도체로 전력을 변환하는 기기가 대표적이다.

변압기·전동기의 여자전류는 철심의 자기포화 때문에 정현파가 왜곡되어 발생하고, 전기로·아크로·용접기는 아크방전 자체가 불안정하기 때문에, 인버터·컨버터 등 전력변환장치는 스위칭으로 전류를 잘라 쓰기 때문에 고조파를 만든다.

송전선로의 코로나도 비선형 방전이라 고조파원이 되며, 병렬(전력용) 콘덴서는 스스로 고조파를 만든다기보다 계통 리액턴스와 공진해 이미 존재하는 고조파를 확대시키는 요인으로 함께 분류된다.

문제 24
고조파의 영향(장해)
정답 및 해설
1) 콘덴서 및 리액터에 소음·진동 및 과열 발생 2) 통신선에 잡음전압 발생 3) 전동기의 철손 및 동손 증가로 손실 발생


[해설]

고조파는 기본파(60[Hz])보다 높은 주파수 성분이므로, 주파수에 따라 임피던스나 손실이 변하는 소자일수록 그 영향을 크게 받는다.

콘덴서·리액터는 고조파 전류가 유입되면 발열·진동·소음이 커지고, 인접한 통신선에는 유도에 의한 잡음전압이 발생해 통신 품질을 떨어뜨린다.

전동기는 고조파 자속 때문에 철손·동손이 늘어 온도가 상승하고 효율이 떨어지는 손실 증가로 이어진다.

문제 25
고조파가 전기설비에 미치는 장해(영향)
정답 및 해설
1) 3상4선식 회로의 중성선 과열 2) 보호계전기의 오동작 3) 통신선의 유도장해 4) 전력용 기기의 과열 및 소손


[해설]

고조파는 전력설비 전반에 걸쳐 과열·오동작·통신장해를 일으키는데, 특히 3상4선식 회로의 중성선에서 그 영향이 두드러진다.

제3고조파 계열(영상분)은 3상에서 상쇄되지 않고 중성선에 그대로 합쳐져 흐르므로 중성선이 상전류보다 큰 전류로 과열될 수 있고, 보호계전기는 고조파가 섞인 왜곡 파형을 정상 파형과 다르게 인식해 오동작을 일으킬 수 있다.

통신선에는 유도장해로 잡음이 발생하고, 변압기·차단기 등 전력용 기기는 고조파 전류로 인한 추가 발열로 과열·소손 위험이 커진다.

문제 26
고장회로(지락 등)에 인축이 접촉할 때 간접접촉 보호조건 2가지
정답 및 해설
① 인축의 몸으로 고장전류가 흐르지 않도록 한다.
② 인축에 흐르는 고장전류를 위험하지 않은 값 이하로 제한한다.
(그 외 : 고장전류 지속시간을 위험하지 않은 시간 이내로 제한)


[해설]

간접접촉 보호는 정상 시에는 충전부가 아니던 부분(기기 외함 등)이 고장으로 인해 위험한 전위를 갖게 되는 상황으로부터 인축을 보호하는 것이므로, 고장전류의 경로와 크기를 제어하는 두 방향으로 접근한다.

첫째는 접지·등전위본딩·절연 등으로 고장전류가 인축의 몸을 통해 흐르지 않도록 경로를 만들어 주는 방법이고, 둘째는 누전차단기 등으로 인축에 흐르는 고장전류를 위험하지 않은 값 이하로, 또는 지속시간을 위험하지 않은 시간 이내로 제한하는 방법이다.

KEC 체계에서는 이를 충전부 직접접촉을 막는 기본보호와 구분되는 고장보호로 다루며, 실제 설비에서는 두 방법을 함께 적용해 감전 위험을 낮춘다.

문제 27
KEC 접지 용어 정의에 맞는 용어
① 계통·설비 또는 기기의 한 점과 접지극 사이의 도전성 경로가 되는 도체
② 감전에 대한 보호 등 안전을 위해 제공되는 도체
③ 기기나 계통을 개별·공통으로 접지하기 위해 필요한 접속 및 장치로 구성된 설비
정답 및 해설
① 접지도체
② 보호도체
③ 접지시스템


[해설]

세 용어는 KEC 용어정의에서 도체의 역할에 따라 구분한 것으로, 전류가 흐르는 경로인지 안전 목적의 도체인지 이를 아우르는 전체 설비인지로 나눠 이해하면 된다.

①은 기기·계통의 한 점을 접지극에 연결하는 도전성 경로 자체를 가리키므로 접지도체이고, ②는 고장전류나 감전전압으로부터 사람을 보호할 목적으로 설치되는 도체이므로 보호도체이다.

③은 개별 도체가 아니라 접지극·접지도체·본딩도체 등 접속과 장치 전체를 포괄하는 설비 단위를 지칭하므로 접지시스템이라 정의된다.

채점 시에는 접지도체와 보호도체를 서로 바꿔 쓰지 않는지, 접지시스템을 단순히 '접지'로만 답하지 않는지가 포인트다.

문제 28
저압 전로의 절연성능 기준표이다. 빈칸 수치를 채우시오.
전로의 사용전압[V]DC시험전압[V]절연저항[MΩ]
SELV 및 PELV
FELV, 500 이하
500 초과
정답 및 해설
KEC 저압 전로 절연저항 기준이다.

① 250   ② 0.5
③ 500   ④ 1.0
⑤ 1,000   ⑥ 1.0

완성표
전로의 사용전압[V]DC시험전압[V]절연저항[MΩ]
SELV 및 PELV2500.5
FELV, 500 이하5001.0
500 초과1,0001.0
※ SELV·PELV : 1·2차 절연 회로 / FELV : 비절연 회로.


[해설]

이 수치는 KEC 저압전로의 절연성능 기준에서 정하는 값으로, 사용전압 구간이 높아질수록 절연내력을 검증하는 DC 시험전압도 함께 높아진다.

SELV·PELV처럼 안전특별저압 회로는 인체에 미치는 위험이 낮아 시험전압 250V·절연저항 0.5MΩ으로 기준이 낮게 설정되고, FELV 및 500V 이하 구간부터는 시험전압 500V·절연저항 1.0MΩ으로 올라간다.

500V를 넘는 구간은 시험전압만 1,000V로 상향되고 절연저항 기준은 1.0MΩ으로 그대로 유지되므로, 시험전압 250·500·1,000절연저항 0.5·1.0·1.0의 짝을 기억하는 것이 채점 포인트다.

문제 29
접지저항을 결정하는 구성요소 3가지를 쓰시오.
정답 및 해설
① 접지선·접지극 자체의 도체저항
② 접지극 표면과 대지(토양) 사이의 접촉저항
③ 접지극 주위 대지의 저항(대지 고유저항)


[해설]

접지저항은 전류가 접지극을 통해 대지로 흘러들어가기까지 거치는 세 구간의 저항이 직렬로 합산된 값이기 때문에 이 세 요소로 나뉜다.

①은 접지선과 접지극 금속 자체의 도체저항으로 통상 무시할 만큼 작고, ②는 접지극 표면이 흙과 맞닿는 부분의 접촉저항으로 시공 상태·다짐 정도에 좌우된다.

③은 접지극에서 멀어질수록 전류가 퍼져나가며 나타나는 대지 고유저항에 의한 저항으로, 실제 접지저항 값의 대부분을 차지하는 지배적 요소다.

문제 30
등전위본딩 도체에 관한 다음 빈칸의 값을 쓰시오.

(1) 주접지단자 접속용 등전위본딩 도체는 설비 내 가장 큰 보호접지도체 단면적의 1/2 이상이면서 아래 단면적 이상이어야 한다.
가. 구리도체 ( ① ) mm²
나. 알루미늄 도체 ( ② ) mm²
다. 강철 도체 ( ③ ) mm²

(2) 주접지단자 접속용 보호본딩도체 단면적은 구리도체 ( ④ ) mm²(또는 타 재질 동등 단면적)를 초과할 필요가 없다.
정답 및 해설
KEC 143.3.1(주등전위본딩 도체) 규정값이다.

(1) 최소 단면적
① 구리도체 : 6 mm²
② 알루미늄 도체 : 16 mm²
③ 강철 도체 : 50 mm²

(2) ④ 구리도체 25 mm²

[tip] 6 / 16 / 50, 상한 25.


[해설]

등전위본딩 도체의 최소 단면적은 KEC 143.3.1에서 감전보호를 위해 고장전류를 안전하게 흘려보낼 수 있는 굵기로 정한 값이다.

주접지단자에 접속되는 본딩도체는 설비 내 가장 큰 보호접지도체 단면적의 1/2 이상이면서 재질별 최소값 이상이어야 하며, 전기전도도가 낮은 재질일수록 단면적 기준이 커진다(구리 6mm² → 알루미늄 16mm² → 강철 50mm²).

다만 도전율이 이미 충분한 구리도체는 단면적을 과도하게 키울 필요가 없으므로 상한을 25mm²로 제한하는데, 이는 시공성과 비용을 고려한 규정이다.