전기기사실기(단답형) 축전지

1) 개폐기 : 쉽게 개폐할 수 있는 장소의 각극에 설치 2) 과전류 차단기 : 쉽게 개폐할 수 있는 장소의 각극에 설치 3) 전압계 : 각 상으| 전압을 읽을 수 있도록 설치 4) 전류계 : 각 선의 전류를 읽을 수 있도록 설치 [tip] 고발 가까 하니 개과전전(개과천선) 했다

[해설]

고압 발전기는 사고가 나면 곧바로 끊고 운전 상태를 지켜봐야 하므로, 가까운 곳에 개폐기·과전류차단기·전압계·전류계를 둔다.

• 개폐기 — 쉽게 조작할 수 있는 곳의 각 극에 두어 회로를 끊고 연결한다.
• 과전류차단기 — 쉽게 조작할 수 있는 곳의 각 극에 두어 과전류·단락 때 자동으로 차단한다.
• 전압계 — 각 상의 전압을 읽을 수 있게 두어 발전 전압을 감시한다.
• 전류계 — 각 선의 전류를 읽을 수 있게 두어 부하 상태를 감시한다.

외우는 요령은 '개과전전(개과천선)'이다. 설치 위치는 개폐기·차단기가 '각 극', 전압계는 '각 상', 전류계는 '각 선'으로 구분한다.

상용전원과 예비전원은 병렬운전 하지 않는 것이 원칙이다 수전용 차단기와 발전용 차단기 사이에는 ( 인터록 )을 시설해야 하며, （ 전환 개폐기 )를 사용해야 한다

[해설]

상용전원과 예비전원(발전기)이 동시에 투입되면 전압·위상·주파수가 서로 맞지 않아 사고가 나므로 병렬운전을 하지 않는 것이 원칙이다.

인터록은 수전용 차단기와 발전용 차단기가 동시에 닫히지 않도록 서로 묶어 두는 기계적·전기적 잠금장치이다.

전환 개폐기는 부하를 상용전원 쪽이나 예비전원 쪽 한 곳에만 연결해 주는 스위치이다.

1) 엔진기초는 건물기초와 별도로 시설 2) 보수점검이 용이하도록 충분한 면적과 층고 확보 3) 급·배기가 잘 되는 장소 4) 소음·진동이 주위에 영향을 미치지 않는 장소 5) 높이는 발전기의 약 2 배 정도 확보

[해설]

발전기실은 엔진 발전기에서 나오는 진동·소음·배기가스와 점검 공간을 기준으로 위치를 정한다.

• 엔진기초를 건물기초와 따로 만든다 — 엔진 진동이 건물 구조로 전해지지 않게 하기 위해서다.
• 충분한 면적과 층고를 확보한다 — 보수점검과 장비 반입·반출을 쉽게 하기 위해서다.
• 급·배기가 잘 되는 곳에 둔다 — 엔진 연소용 공기를 공급하고 배기가스·열을 내보내야 한다.
• 소음·진동이 주위에 영향을 주지 않는 곳에 둔다 — 거실·사무실 등과 떨어진 곳이 좋다.
• 실의 높이는 발전기 높이의 약 2배 정도로 확보한다.

외우는 요령: '기초 분리·점검 공간·급배기·소음진동·높이 2배'를 한 묶음으로 기억한다.

1) 충방전 특성이 양호하다 2) 방전시 전압변동이 작다 3) 사용 온도범위가 넓다 4) 진동·충격에 강하다 5) 수명이 길다

[해설]

알칼리 축전지는 전해액으로 수산화칼륨(KOH) 수용액을 쓰며, 연축전지와 비교했을 때의 장점을 묻는 문항이다.

• 충방전 특성이 양호하다 — 급속 충방전이나 과충전·과방전을 해도 잘 상하지 않는다.
• 방전 전압변동이 작다 — 방전하는 동안 단자전압이 비교적 고르게 유지된다.
• 사용 온도범위가 넓다 — 저온에서도 성능이 크게 떨어지지 않는다.
• 진동·충격에 강하다 — 극판이 기계적으로 튼튼하다.
• 수명이 길다 — 극판이 잘 열화되지 않아 오래 쓴다.

혼동 주의: 알칼리 축전지는 공칭전압이 셀당 1.2V로 연축전지의 2.0V보다 낮고 값이 비싸다는 것이 단점이다.

1) 연 축전지 보다 공칭전압이 낮다 2) 가격이 비싸다

[해설]

알칼리 축전지는 수명이 길고 튼튼한 대신, 연축전지와 비교하면 두 가지 단점이 있다.

• 공칭전압이 낮다 — 셀당 1.2[V]로 연축전지의 2.0[V]보다 낮아, 같은 전압을 얻으려면 셀을 더 많이 직렬로 이어야 한다.
• 가격이 비싸다 — 니켈·카드뮴 같은 비싼 전극 재료를 쓴다.

혼동 주의: 수명이 길고 과충전·과방전에 강한 점, 저온 특성이 좋은 점은 알칼리 축전지의 장점이다.

1) 연 축전지 : 2[V] 2) 알칼리 축전지 : 1.2[V] [tip] 연이 알리

[해설]

축전지의 공칭전압은 전극 재료의 화학반응 전위차로 정해지는 고유값이며, 연축전지는 2[V], 알칼리 축전지는 1.2[V]이다.

구분	공칭전압
연축전지	$2\,\mathrm{V}$
알칼리 축전지	$1.2\,\mathrm{V}$

같은 용량이라도 알칼리 축전지는 셀 전압이 낮아 원하는 시스템 전압을 얻으려면 더 많은 셀을 직렬 연결해야 한다.

축전지는 시간이 경과함에 따라 용량이 줄어들게 되는데, 이를 보상하기 위한 지표이다

[해설]

보수율(L)은 축전지가 사용 연수·온도 변화로 용량이 줄어드는 것을 보상하려고 용량 산정식에 넣는 1보다 작은 계수다.

용량 산정식 C = (1/L) × K × I [Ah]에서 L로 나누므로 계산 용량이 커져 수명 말기에도 필요한 용량을 낼 수 있다.

일반적으로 보수율은 0.8을 적용한다.

1) 전해액 변색 2) 축전지 용량 감소 3) 다량의 가스 발생

[해설]

알칼리 축전지는 수산화칼륨 전해액의 순도가 성능을 좌우하므로, 불순물이 섞이면 아래 이상이 나타난다.

• 전해액 변색은 녹아든 불순물 때문에 무색 투명하던 전해액의 색이 변하는 것이다.
• 축전지 용량 감소는 불순물이 극판 반응을 방해해 저장·방출할 수 있는 전기량이 줄어드는 것이다.
• 다량의 가스 발생은 불순물이 부반응을 일으켜 수소·산소 가스가 많이 나오는 것이다.

관리 요령: 전해액을 보충할 때는 반드시 증류수(정제수)를 쓴다.

연 축전지롤 방전상태로 오래 두면 용량과 수명이 줄어드는 현상

[해설]

연축전지를 방전된 상태로 오래 방치하면 극판 표면의 황산납이 굵은 결정으로 결정화(황산화)되는데, 이를 설페이션(sulfation)이라 한다.

결정화된 황산납은 충전 시 잘 녹지 않아 극판의 유효 반응면적이 줄고, 그 결과 용량과 수명이 감소하는 것이 이 현상의 핵심이다.

1) 방전상태로 오래 방치 2) 충전부족상태로 오래 방치 3) 불순물 혼입

[해설]

연축전지에서 셀 전압 불균형과 비중 저하가 함께 보이면 충전이 제대로 안 된 채 방치됐거나 전해액이 오염된 것으로 본다.

• 방전상태로 오래 방치하면 극판의 황산납이 굳어(설페이션) 충전해도 잘 회복되지 않는다.
• 충전부족상태로 오래 방치하면 셀마다 충전 정도가 달라져 전압 편차가 커지고 비중이 낮게 유지된다.
• 불순물이 혼입되면 전해액이 오염되어 자기방전이 늘고 비중이 떨어진다.

조치: 균등충전으로 셀 간 편차를 맞추고, 불순물이 원인이면 전해액을 교체한다.

축전지의 현저한 온도 상승 또는 소손

[해설]

문항에 나온 원인은 모두 축전지 내부에 비정상적인 전류나 열을 만들어 현저한 온도 상승 또는 소손으로 이어진다.

• 충전장치 고장·과충전 — 필요 이상의 충전 전류가 계속 흘러 발열이 커진다.
• 액면 저하로 인한 극판 노출 — 전해액 밖으로 드러난 극판 부분에 열이 집중된다.
• 교류분 전류의 유입 과대 — 충전기 출력에 섞인 교류 성분이 쓸데없는 발열을 일으킨다.

외우는 요령: 원인은 모두 '전류·열이 지나치다'로 묶이고, 결과는 온도 상승·소손 한 가지다.

1) 축전지 2) 보안장치 3) 충전장치 4) 제어장치

[해설]

축전지 설비는 직류 비상전원을 저장·공급하는 설비로, 축전지·보안·충전·제어 네 부분이 역할을 나눠 맡는다.

• 축전지는 전기를 화학에너지로 저장했다가 정전 시 방전한다.
• 보안장치는 과전류·단락 같은 이상이 생기면 회로를 차단해 설비를 보호한다.
• 충전장치는 상용 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고 충전 상태를 유지한다.
• 제어장치는 충방전 상태와 전압을 감시하고 제어한다.

외우는 요령: "축·보·충·제" 네 글자로 묶어 기억한다.

1) 연 축전지 : 2.05~2.08[V/Cell] 2) 알칼리 축전지 : 1.32[V/Cell]

[해설]

셀 하나가 내는 기전력(무부하 개로 전압)은 축전지 종류마다 정해져 있다.

연축전지는 2.05~2.08[V/Cell], 알칼리 축전지는 1.32[V/Cell]이다. 혼동 주의: 공칭전압(연 2.0[V], 알칼리 1.2[V])과는 다른 값이다.

무정전전원공급장치로, 정전시에도 정상적으로 부하측에 전력을 공급하는 설비이다

[해설]

UPS(Uninterruptible Power Supply)는 무정전전원공급장치로, 정전 시에도 부하에 전력을 끊김 없이 공급하는 설비다.

평상시에는 정류기가 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고, 인버터가 이를 다시 교류로 바꿔 부하에 보낸다. 상용전원이 끊기면 축전지가 곧바로 인버터에 전력을 대므로 무순단으로 급전이 이어진다.

혼동 주의: 비상발전기는 기동에 수 초 이상 걸려 순간 정전을 막지 못하므로 UPS와 구분한다.

1) 속단 퓨즈에 의한 보호 2) 배선용 차단기에 의한 보호 3) 반도체 차단기에 의한 보호

[해설]

UPS 부하 쪽에서 단락 같은 고장이 나면 고장 회로만 빨리 떼어 내야 UPS와 건전한 회로가 계속 운전할 수 있다.

• 속단 퓨즈 — 동작이 빠른 퓨즈로, 큰 고장전류가 흐르면 녹아서 끊어진다.
• 배선용 차단기 — 과전류·단락 시 트립되며, 다시 투입해 계속 쓸 수 있다.
• 반도체 차단기 — 사이리스터 같은 반도체 소자로 전류를 끊어 응답이 가장 빠르다.

외우는 요령: 끊는 수단을 퓨즈·차단기·반도체 세 가지로 묶어 기억한다.

1) 세류충전 : 부하를 OFF한 상태에서 축전지의 자기방전을 미소전류로 항상 충전하는 방식 2) 균등충전 : 정전압 충전으로 각 전해조의 용량을 균등하게 하는 방식 3) 보통충전 : 필요할 때마다 표준시간율로 충전하는 방식 4) 급속충전 : 짧은 시간에 보통충전 전류의 2-3 배의 전류로 충전하는 방식 5) 부동충전 : 축전지의 자기방전을 보충함과 동시에 상용부하에 대한 전력공급은 충전기가 부담하도록 하되 충전기가 부담하기 어러운 일시적인 대전류 부하는 축전지가 부담하도록 하는 방식

[해설]

축전지 충전방식은 부하 연결 여부·전류 크기·충전 목적으로 구분한다.

• 세류충전은 부하를 끊은 채 자기방전분만 미소전류로 늘 보충하는 방식이다.
• 균등충전은 정전압으로 충전해 각 전해조(셀)의 용량 편차를 고르게 맞추는 방식이다.
• 보통충전은 필요할 때마다 표준시간율로 충전하는 방식이다.
• 급속충전은 보통충전 전류의 2~3배 전류로 짧은 시간에 충전하는 방식이다.
• 부동충전은 상용부하는 충전기가, 일시적 대전류 부하는 축전지가 맡으면서 자기방전도 보충하는 방식이다.

혼동 주의: 세류충전은 부하를 끊은 상태이고, 부동충전은 부하를 건 상태에서 충전기와 축전지가 부하를 나눠 맡는다.

약한 전류로 40~50 시간 충전시킨후 방전시키고 다시 충전시킨후 방전시킨다. 이와같은 동작을 여러번 반복하게 되면 본래의 용량을 회복하게 되는데, 이러한 충전방법을 회복충전이라 한다.

[해설]

정상적인 충방전으로 용량이 완전히 회복되지 않을 때, 약한 전류로 40~50시간 충전한 뒤 방전시키는 동작을 여러 번 반복해 본래 용량을 되찾는 것이 회복충전이다.

설페이션 등으로 저하된 극판의 반응성을 서서히 되살린다는 점에서 일반적인 보통충전·급속충전과 구분된다.

① 0.15
② 보통차단
③ 15

[해설]

KEC 비상용 예비전원설비 규정은 정전 후 전원이 자동으로 공급되기까지 걸리는 시간에 따라 등급을 나눈다.

• 순단 — 0.15초 이내 공급.
• 보통차단 — 단시간 차단(0.5초)과 중간 차단 사이의 5초 이내 공급.
• 중간 차단 — 15초 이내 공급.

장시간 차단은 중간 차단의 경계인 15초를 넘겨 공급되는 경우라서 같은 값이 두 번 들어간다. 0.15 → 0.5 → 5 → 15초 순서로 외우면 된다.