전기기사 실기 2024년 2회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지
- PEN 도체 — 교류 회로에서 중성선(N)과 보호도체를 겸용한다.
- PEL 도체 — 직류 회로에서 선도체(L)와 보호도체를 겸용한다.
- 앞 괄호는 X의 b접점, Y의 a접점, Z의 b접점을 병렬로 묶는다.
- 뒤 괄호는 X의 a접점, Y의 b접점, Z의 b접점을 병렬로 묶는다.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
(1) 가공 배전선로 사고는 대부분 조류·수목 접촉, 강풍·낙뢰에 의한 플래시오버이다. 사고 시 고장구간을 차단해 아크를 끈 뒤 곧바로 재투입하는 개폐장치.
(2) 책임분계점에서 보수·점검 시 전로를 개폐하는 기기로, 개방은 무부하 상태에서 한다.
(2) 선로개폐기(LS)
[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.
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· PEN 도체 : ( ① ) 회로의 ( ② ) 겸용보호도체
· PEL 도체 : ( ③ ) 회로의 ( ④ ) 겸용보호도체
② 중성선
③ 직류
④ 선도체
[해설]
KEC 용어 정의에서 겸용보호도체는 보호도체(PE) 기능과 다른 도체 기능을 한 선으로 합친 도체다.
외우는 요령: PE 뒤의 글자가 겸용 대상이다(N=중성선, L=선도체). 직류 회로에서 중간선을 겸용하는 도체는 PEM 도체다.
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(1) 3P50
(2) f20A
(3) A5
(2) 퓨즈 정격 20[A]
(3) 전류계(정격전류) 5[A]
[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.
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· 앞 OR군 : X(b)·Y(a)·Z(b) 접점 병렬
· 뒤 OR군 : X(a)·Y(b)·Z(b) 접점 병렬
두 OR군을 직렬 연결하고 끝에 램프 L을 단다.
[해설]
유접점 변환 규칙은 OR(+)=병렬, AND(곱)=직렬, 바(bar)가 붙은 문자=b접점이다.
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.
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② 한류리액터 설치
③ 고임피던스 변압기 채용
(그 외 : 한류퓨즈 백업차단, 직류연계, 계통전압 격상)
[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.
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① 1선 지락 시 전위상승(이상전압)이 낮음
② 지락전류가 커 보호계전기 동작이 확실
③ 선로·기기의 절연레벨을 낮출 수 있음
[단점]
① 큰 지락전류로 통신선 유도장해가 큼
② 큰 지락전류로 기기에 기계적 충격
③ 과도안정도가 나쁨
[해설]
중성점 직접접지는 중성점을 임피던스 없이 대지에 연결하므로 1선 지락 때 지락전류가 매우 크다. 장점과 단점이 모두 이 큰 지락전류에서 나온다.
혼동 주의: 비접지·소호리액터접지는 반대로 지락전류가 작아 유도장해는 적지만 이상전압이 높다.
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| 차례 | 명령어 | 번지 | 차례 | 명령어 | 번지 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | STR | P00 | 5 | AND STR | - |
| 2 | OR | P01 | 6 | AND NOT | P04 |
| 3 | STR NOT | P02 | 7 | OUT | P10 |
| 4 | OR | P03 | - | - | - |
(P00 ∥ P01) → (P02̄ ∥ P03) → P04̄ 를 직렬, 끝에 출력 P10.
즉
[해설]
STR은 새 회로 블록을 시작하는 명령이고, AND STR은 앞서 만든 두 블록을 직렬로 묶는 명령이다.
논리식은 P10 = (P00 + P01)·(P02̄ + P03)·P04̄ 이다. 혼동 주의: 두 블록을 병렬로 묶는 명령은 OR STR이다.
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② 고압 나트륨등
③ 메탈할라이드등
[해설]
고휘도 방전램프(HID)는 고압 금속 증기 속 아크 방전으로 빛을 내는 램프다. 효율과 휘도가 높아 도로·체육관 같은 대공간 조명에 쓴다.
혼동 주의: 저압 나트륨등과 형광등은 저압 방전램프라 HID에 들지 않는다.
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| 공칭단면적 [mm²] | 1.5 | 2.5 | 4 | 6 | 10 | 16 | 25 | 35 | 50 | 70 | 95 | 120 |
|---|
부하전류
리액턴스 무시 시 이므로
답 : 70 [mm²] 선정
[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.
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(1) 피뢰기 접지공사 후 보조접지 2개(A, B)로 측정하니 본접지~A = 86[Ω], A~B = 156[Ω], B~본접지 = 80[Ω]였다. 피뢰기 접지저항을 구하시오.
(2) 표의 정의에 맞는 용어를 보기에서 골라 쓰시오.
【보기】 접지도체, 보호도체, 접지시스템, 내부피뢰시스템, 계통접지, 보호접지
| 구분 | 용어 | 정의 |
|---|---|---|
| ① | ( ) | 계통·설비 또는 기기의 한 점과 접지극 사이의 도전성 경로(또는 그 일부)가 되는 도체 |
| ② | ( ) | 고장 시 감전에 대한 보호를 목적으로 기기의 한 점 또는 여러 점을 접지하는 것 |
| ③ | ( ) | 기기나 계통을 개별적 또는 공통으로 접지하기 위하여 필요한 접속 및 장치로 구성된 설비 |
답 : 5 [Ω]
(2) ① 접지도체
② 보호접지
③ 접지시스템
[해설]
보조접지 2개로 세 구간을 재는 콜라우시 브리지 3극법은 세 식을 연립해 본접지 저항만 따로 분리한다.
용어는 KEC 용어 정의에서 나온다.
혼동 주의: 보호도체는 감전 보호용 도체를 말하고, 계통접지는 전력계통의 중성점 등을 접지하는 것이다.
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(1) 실지수를 구하시오.
(2) 작업면 조도 300[lx], F40×2 1등기구 광속 3,150[lm], 보수율 70[%], 조명률 60[%]일 때 필요한 등기구 수[개]를 구하시오.
답 : 2.05
(2)
답 : 37 [개]
[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.
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→
전류 분배
연립 : → ,
B점 전압
답 : 96.5 [V]
[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 이고, 부하점 B를 지난 구간에는 30A가 빠진 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 에서 가 나오고, B점 전압은 A~B 구간의 전압강하만 빼면 되므로 다. 어느 전류가 어느 구간을 어느 방향으로 흐르는지 부호와 구간 배정을 맞추는 것이 채점 포인트다.
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(1) 승압에 필요한 변압기 2차전압[V]을 구하시오.
(2) 변압기(자기) 용량[kVA]을 구하시오.
답 : 2차전압 66.31 [V] (1차전압 3,000 [V])
(2) 자기용량
답 : 7.41 [kVA]
[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 라는 점이 핵심이다.
는 승압 전후 선간전압 , 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.
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이므로
답 : 29.31 [℃]
[해설]
도체 저항은 온도에 비례해 늘어나며, 연동선의 0℃ 기준 저항온도계수는 이다.
혼동 주의: t[℃] 기준 계수는 로 기준온도마다 달라지므로 0℃ 기준값인지 먼저 확인한다.
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(1) 제3고조파 전압[V]을 구하시오.
(2) 왜형률을 구하시오.
상전압 에서
답 : 79.79 [V]
(2) 왜형률
[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 로 보고 를 구한 뒤, 상전압은 기본파와 3고조파가 실효값으로 합성된 이므로 여기서 을 역산한다.
왜형률은 기본파에 대한 고조파 성분의 비 으로 정의되므로, 62.82%라는 큰 값은 이 예시가 3고조파 비중이 매우 큰 경우임을 보여준다.
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(1) 지락계전기 DG에 흐르는 전류[A]
(2) a상 전류계 의 전류[A]
(3) b상 전류계 의 전류[A]
(4) c상 전류계 의 전류[A]
부하전류 (=174.95−j131.22)
(1)
(2)
(3)
(4)
[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()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.
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| 차단기의 정격용량 [MVA] | 50 | 100 | 200 | 300 | 500 | 750 |
|---|
차단용량
계산값 625[MVA] 이상인 최소 정격용량을 표에서 고르면 750[MVA]
답 : 750 [MVA]
[해설]
차단기 용량 선정은 고장점까지의 %임피던스가 작을수록 단락전류·차단용량이 커진다는 원리에 근거하며, 변압기()와 선로()의 %임피던스를 같은 기준용량(10MVA)으로 맞춰 직렬로 합산한다.
차단용량은 으로 기준용량을 %임피던스로 나눈 값이므로 625MVA가 나오는데, 실제 차단기는 이 계산값 이상인 표준 정격 중 가장 가까운 것을 선정해야 하므로 750MVA가 답이 된다.
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