전기기사 실기 2024년 2회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

리클로저(R/C)는 고장전류를 차단한 뒤 정해진 시간이 지나면 자동으로 재투입하는 개폐장치다. 가공선 사고는 조류·수목 접촉 같은 일시적 플래시오버가 대부분이라, 다시 투입하면 곧 복구된다.

선로개폐기(LS)는 책임분계점에서 보수·점검할 때 전로를 끊어 두는 기기다. 부하전류를 차단할 능력이 없어서 반드시 무부하 상태에서 개방한다.

혼동 주의: 부하전류까지 개폐할 수 있는 것은 부하개폐기(LBS)이고, 고장전류까지 끊는 것은 차단기(CB)다.

[해설]

KEC 용어 정의에서 겸용보호도체는 보호도체(PE) 기능과 다른 도체 기능을 한 선으로 합친 도체다.

• PEN 도체 — 교류 회로에서 중성선(N)과 보호도체를 겸용한다.
• PEL 도체 — 직류 회로에서 선도체(L)와 보호도체를 겸용한다.

외우는 요령: PE 뒤의 글자가 겸용 대상이다(N=중성선, L=선도체). 직류 회로에서 중간선을 겸용하는 도체는 PEM 도체다.

[해설]

개폐기 명판 기호는 극수·정격전류·부속기기(퓨즈·전류계) 정격을 축약해 표기한 것이다.

3P50은 3극(3P) 개폐기이며 정격전류 50[A]임을, f20A는 내장 퓨즈의 정격이 20[A]임을, A5는 부착된 전류계의 정격전류가 5[A]임을 나타낸다.

[해설]

유접점 변환 규칙은 OR(+)=병렬, AND(곱)=직렬, 바(bar)가 붙은 문자=b접점이다.

• 앞 괄호는 X의 b접점, Y의 a접점, Z의 b접점을 병렬로 묶는다.
• 뒤 괄호는 X의 a접점, Y의 b접점, Z의 b접점을 병렬로 묶는다.

두 병렬 묶음은 곱으로 이어져 있으니 직렬로 연결하고 끝에 램프 L을 단다. a접점은 평상시 열림, b접점은 평상시 닫힘이며, 각 접점에 문자와 a·b 구분을 꼭 적는다.

[해설]

단락용량 저감대책은 계통을 여러 구간으로 나누거나 임피던스를 인위적으로 늘려 사고 시 흐르는 단락전류 자체를 줄이는 방향으로 이루어진다.

모선(계통) 분리 운용은 병렬 연결된 전원·모선을 나눠 한 계통의 단락전류가 다른 계통까지 합쳐지지 않게 하고, 한류리액터는 직렬로 리액턴스를 추가해 단락전류를 직접 억제한다.

고임피던스 변압기를 채용하면 변압기 자체의 %임피던스가 커져 그만큼 단락전류가 줄어들며, 이 외에 한류퓨즈·직류연계 등도 같은 목적의 대책이다.

[해설]

중성점 직접접지는 중성점을 임피던스 없이 대지에 연결하므로 1선 지락 때 지락전류가 매우 크다. 장점과 단점이 모두 이 큰 지락전류에서 나온다.

• 전위상승 억제 — 건전상 대지전압이 거의 오르지 않아 이상전압이 낮다.
• 보호계전기 동작 확실 — 지락전류가 커서 고장을 검출하기 쉽다.
• 절연레벨 저감 — 이상전압이 낮으니 선로·기기 절연을 낮춰 설비비를 줄인다.
• 통신선 유도장해 — 큰 지락전류가 인접 통신선에 전자유도 전압을 일으킨다.
• 기계적 충격 — 큰 고장전류가 기기에 전자력 충격을 준다.
• 과도안정도 저하 — 지락 시 계통 전압·전력 변동이 커서 안정도가 나빠진다.

혼동 주의: 비접지·소호리액터접지는 반대로 지락전류가 작아 유도장해는 적지만 이상전압이 높다.

[해설]

STR은 새 회로 블록을 시작하는 명령이고, AND STR은 앞서 만든 두 블록을 직렬로 묶는 명령이다.

• STR P00·OR P01 — P00과 P01 a접점을 병렬로 연결한 첫째 블록.
• STR NOT P02·OR P03 — P02 b접점과 P03 a접점을 병렬로 연결한 둘째 블록.
• AND STR — 두 병렬 블록을 직렬로 연결.
• AND NOT P04·OUT P10 — P04 b접점을 직렬로 넣고 끝에 출력 P10을 연결.

논리식은 P10 = (P00 + P01)·(P02̄ + P03)·P04̄ 이다. 혼동 주의: 두 블록을 병렬로 묶는 명령은 OR STR이다.

[해설]

고휘도 방전램프(HID)는 고압 금속 증기 속 아크 방전으로 빛을 내는 램프다. 효율과 휘도가 높아 도로·체육관 같은 대공간 조명에 쓴다.

• 고압 수은등 — 수은 증기가 방전해 청백색 빛을 낸다.
• 고압 나트륨등 — 나트륨 증기가 방전해 황백색 빛을 내며, 셋 중 효율이 가장 높다.
• 메탈할라이드등 — 수은등에 금속 할로겐화물을 넣어 연색성을 높였다.

혼동 주의: 저압 나트륨등과 형광등은 저압 방전램프라 HID에 들지 않는다.

[해설]

리액턴스를 무시한 3상 전압강하식으로 허용 저항을 구하고, A = ρl/R로 필요한 단면적을 거꾸로 계산한다.

e = 6,600 − 6,300 = 300 V
I = 2,000×10³ ÷ (√3 × 6,300 × 0.8) = 229.11 A
e = √3·I·R·cosθ 에서 R = 300 ÷ (√3 × 229.11 × 0.8) = 0.945 Ω
A = (1/55) × 3,000 ÷ 0.945 = 57.72 mm²

50 mm²로는 저항이 커져 전압강하가 300 V를 넘는다. 그래서 57.72 mm² 이상인 공칭단면적 가운데 가장 작은 70 mm²를 고른다.

[해설]

보조접지 2개로 세 구간을 재는 콜라우시 브리지 3극법은 세 식을 연립해 본접지 저항만 따로 분리한다.
$R_x=\dfrac{1}{2}(R_{xa}+R_{bx}-R_{ab})$
$=\dfrac{1}{2}(86+80-156)=5\,[\Omega]$

용어는 KEC 용어 정의에서 나온다.

• 접지도체 — 기기의 한 점과 접지극을 잇는 도전성 경로가 되는 도체 자체.
• 보호접지 — 고장 시 감전을 막는 것이 목적인 접지.
• 접지시스템 — 접지에 필요한 접속과 장치 전체로 이루어진 설비.

혼동 주의: 보호도체는 감전 보호용 도체를 말하고, 계통접지는 전력계통의 중성점 등을 접지하는 것이다.

[해설]

실지수는 RI = XY / H(X+Y)로, 필요한 등기구 수는 광속법 N = EAD / FU로 구한다.

실지수 계산 — 광원 높이 H = 3.85 − 0.85 = 3.0 m
RI = (10 × 16) ÷ (3.0 × (10 + 16)) = 2.05

등기구 수 계산 — 감광보상률 D = 1 ÷ 0.7
N = 300 × 160 ÷ (3,150 × 0.6 × 0.7) = 36.28
소수점은 올림해 37개

혼동 주의: H는 천장높이가 아니라 작업면에서 광원까지의 높이다. 보수율은 분모에 곱하고, 그 역수인 감광보상률은 분자에 곱한다.

[해설]

환상(루프) 배전선로는 급전점 A에서 전류가 양쪽으로 갈라져 나가 한 바퀴 돌아오는 폐로이므로, 두 방향 전류를 미지수로 두고 전류의 분배식과 폐로 전압강하식을 연립하는 것이 정석 풀이다.

A에서 나가는 두 전류의 합은 두 부하전류의 합과 같아 $I_1+I_2=30+50=80\,[\mathrm{A}]$이고, 부하점 B를 지난 구간에는 30A가 빠진 $I_1-30$이 흐른다. 이를 반영해 각 구간의 왕복저항 0.1Ω에 대한 전압강하를 폐로를 따라 한 바퀴 합하면 0이 된다는 키르히호프 전압법칙 식이 세워진다.

두 식을 연립하면 $0.4I_1=14$에서 $I_1=35\,[\mathrm{A}]$가 나오고, B점 전압은 A~B 구간의 전압강하만 빼면 되므로 $V_B=100-35\times0.1=96.5\,[\mathrm{V}]$다. 어느 전류가 어느 구간을 어느 방향으로 흐르는지 부호와 구간 배정을 맞추는 것이 채점 포인트다.

[해설]

이 문제는 단권변압기(승압기) 3대로 배전전압을 3,000V에서 3,100V로 올리는 경우로, 여기서 묻는 2차전압은 승압 후 전압 3,100V 전체가 아니라 선로에 직렬로 더해지는 승압분 $e_2$라는 점이 핵심이다.

$e_2$는 승압 전후 선간전압 $V_1$, $V_2$의 관계식에서 유도되어 66.31V가 되며, 승압폭이 작을수록 직렬권선이 부담하는 전압·전류가 작아 변압기도 작아진다.

그래서 (2)의 자기용량은 실제로 통과시키는 부하용량(200kVA) 전체가 아니라 승압분에 비례하는 훨씬 작은 용량인 7.41kVA만 부담하면 되며, 이 '자기용량 ≪ 부하용량' 관계가 승압기를 쓰는 경제적 이유다.

[해설]

도체 저항은 온도에 비례해 늘어나며, 연동선의 0℃ 기준 저항온도계수는 $\alpha_0=\dfrac{1}{234.5}$이다.

$R_T=\{1+\alpha_0(T-0)\}R_0$
$4{,}500=\left(1+\dfrac{T}{234.5}\right)\times4{,}000$
$T=\left(\dfrac{4{,}500}{4{,}000}-1\right)\times234.5=29.31\,[{}^{\circ}\mathrm{C}]$

혼동 주의: t[℃] 기준 계수는 $\alpha_t=\dfrac{1}{234.5+t}$로 기준온도마다 달라지므로 0℃ 기준값인지 먼저 확인한다.

[해설]

Y결선에서 제3고조파(및 3의 배수 고조파)는 3상이 서로 동상(영상분)이라 선간전압을 구성할 때 서로 상쇄되어 나타나지 않고, 상전압에만 남는다는 성질이 풀이의 근거다.

그래서 선간전압 220V는 기본파 성분만의 관계 $V_l=\sqrt{3}\,V_1$로 보고 $V_1=127.02\,\mathrm{V}$를 구한 뒤, 상전압은 기본파와 3고조파가 실효값으로 합성된 $V_p=\sqrt{V_1^2+V_3^2}$이므로 여기서 $V_3$을 역산한다.

왜형률은 기본파에 대한 고조파 성분의 비 $\dfrac{V_3}{V_1}\times100$으로 정의되므로, 62.82%라는 큰 값은 이 예시가 3고조파 비중이 매우 큰 경우임을 보여준다.

[해설]

66kV 계통이 저항접지(300Ω)이므로 완전 지락 시 지락전류는 상전압을 접지저항으로 나눈 값으로 제한된다는 점이 (1)의 근거이며, 이 127.02A를 CT비 300/5로 환산($\times\dfrac{5}{300}$)해 DG에 흐르는 2차전류 2.12A를 얻는다.

(2)~(4)는 a상만 지락된 상태이므로 b상·c상 전류계는 지락과 무관하게 평상시 부하전류만 CT비로 환산되어 표시되고, a상 전류계만 부하전류(유효분 174.95, 지상 무효분 −131.22)에 지락전류가 벡터로 합쳐져 훨씬 커진다.

따라서 (2)의 계산은 부하전류의 유효분에 지락전류를 더한 뒤 무효분과 다시 크기를 구하는 벡터합이며, 이 벡터합 여부가 (3)·(4)와 갈리는 채점 포인트다.

[해설]

차단기 용량 선정은 고장점까지의 %임피던스가 작을수록 단락전류·차단용량이 커진다는 원리에 근거하며, 변압기($\%Z_{TS}$)와 선로($\%Z_L$)의 %임피던스를 같은 기준용량(10MVA)으로 맞춰 직렬로 합산한다.

차단용량은 $P_S=\dfrac{100}{\%Z}P_n$으로 기준용량을 %임피던스로 나눈 값이므로 625MVA가 나오는데, 실제 차단기는 이 계산값 이상인 표준 정격 중 가장 가까운 것을 선정해야 하므로 750MVA가 답이 된다.