전기기사 실기 2024년 1회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

욕실처럼 물기가 많은 장소는 인체가 젖은 상태로 통전 경로의 저항이 크게 낮아져 감전 위험이 특히 크다는 점 때문에, 일반 장소보다 더 낮은 감도전류와 빠른 차단 성능이 요구된다.

그래서 일반적인 인체감전보호용 누전차단기 기준(정격감도전류 30mA 이하)보다 강화된 15mA 이하, 동작시간 0.03초 이하의 고감도·고속형을 적용하는 것이 이 문제의 요구사항이다.

[해설]

두 입력이 서로 다를 때만 출력이 1이 되는 논리이므로, A만 1이거나($A\overline{B}$) B만 1인($\overline{A}B$) 두 경우를 OR로 묶은 $X=A\overline{B}+\overline{A}B$가 이 회로의 출력식이다.

이런 동작 방식 때문에 이 회로를 배타적 논리합(Exclusive-OR)이라 부르며, 두 입력이 같으면(00, 11) 0을, 다르면(01, 10) 1을 내보내는 진리표가 그대로 이 식의 동작을 보여준다.

[해설]

전력퓨즈의 용단특성은 불용단시간(그 시간 동안은 절대 끊어지지 않아야 하는 최소 시간, 순간 과전류에 오동작하지 않게 하는 기준)과 용단시간(그 시간 안에는 반드시 끊어져야 하는 최대 시간, 사고 시 확실히 보호하기 위한 기준)을 배수별로 규정한 것이다.

표에서 불용단시간이 표시된 배수(4, 8, 10배)는 그 배수까지는 퓨즈가 일정 시간 버텨야 함을, 용단시간이 표시된 배수(6.3, 12.5, 19배)는 그 시간 안에 반드시 끊어져야 함을 나타내며, 두 기준이 배수별로 번갈아 제시되는 것이 이 표의 특징이다.

일반적으로 배수가 커질수록(과전류가 심할수록) 짧은 시간 안에 끊어져야 하므로, 가장 큰 배수인 19배(④)가 여섯 값 중 가장 짧은 0.1초 이내로 지정되는 것이 채점 포인트다.

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침은 감리원이 현장을 객관적으로 확인·관리할 수 있도록 시공사가 특정 서식을 현장에 비치·기록하게 하는데, 답안의 항목들은 모두 공정·인력·자재·품질을 상시 추적 가능한 형태로 남기는 서식이라는 공통점이 있다.

하도급 현황과 주요인력·장비투입 현황은 시공 주체와 투입 자원을 확인하기 위한 서식이고, 작업계획서와 주간 공정계획·실적 보고서는 진도 관리를, 기자재 공급원 승인현황은 자재 품질 확인을 목적으로 한다.

[해설]

UPS 2차측에서 단락이 나면 UPS 자체(인버터 반도체 소자)가 큰 단락전류를 견디지 못하므로, 고장 구간을 신속히 분리하는 별도의 보호 수단이 필요하다는 것이 이 문제의 배경이다.

일반적인 배선용 차단기는 저렴하지만 동작이 상대적으로 느리고, 반도체 보호용 한류(속단)퓨즈는 훨씬 빠르게 전류를 제한하며, 사이리스터를 이용한 반도체 차단기는 전자적으로 가장 빠르게 차단할 수 있어 속도와 비용을 절충해 이 중에서 선택한다.

[해설]

이 조항은 변전소를 사람이 상시 지키지 않고 순회·원격 감시만으로 운영할 수 있는 조건을 전압 등급별로 나눠 규정한 것으로, 전압이 높을수록 사고 시 위험이 커서 완화 조건이 더 제한적이다.

①의 기준값은 변전소에 준하는 설비라도 특고압을 변성하는 용량이 일정 수준을 넘으면 규정 적용 대상에 포함시키기 위한 하한 전압이고, ②의 기준값은 그 이하의 사용전압을 가진 변압기 설비까지는 상시 감시원 없이 수시 순회·원격 감시만으로 운영을 허용하는 상한 전압이라는 성격 차이로 구분해서 채워야 한다.

[해설]

두 장소 어디서든 기동·정지가 가능하려면, 기동 신호는 둘 중 하나만 눌러도 동작해야 하고 정지 신호는 어느 쪽을 눌러도 즉시 멈춰야 한다는 요구가 회로 결선 방식을 결정한다.

그래서 두 곳의 PBS-ON은 병렬로 묶어 OR 조건을 만들고, 자기유지접점 MC-a도 이 병렬 그룹에 같이 넣어 버튼을 뗀 뒤에도 동작을 유지시킨다.

반대로 두 곳의 PBS-OFF는 직렬로 묶어 어느 하나만 눌려도 회로가 끊기는 AND 조건을 만들고, 이 정지 접점열을 자기유지 블록 뒤에 직렬로 이어 전자코일 MC를 구동한다.

[해설]

이 약호들은 대부분 감시 대상 전기량과 그 이상(異常) 상태를 그대로 이름에 담고 있어 풀어 쓰면 명칭이 된다 — OCR(과전류계전기)은 전류가, OVR(과전압계전기)은 전압이 정정치를 넘을 때 동작하고, GR(지락계전기)은 지락전류를, PWR(전력계전기)은 전력을 감시 대상으로 한다.

다만 OPR(결상계전기)만은 성격이 달라, 값의 초과가 아니라 3상 중 어느 한 상이 끊어졌는지(결상·단선)를 판단한다는 점이 구분 포인트다.

답안에는 약호가 아니라 한글 명칭을 정확히 써야 하므로, 과전류·지락·결상·과전압·전력의 다섯 단어를 약호와 짝지어 외워두면 된다.

[해설]

이 명령어 체계는 니모닉 프로그래밍의 기본 골격 — S(새 블록 시작), A/O(같은 블록 안의 직렬·병렬 추가), AS/OS(서로 다른 두 블록을 직렬·병렬로 병합), W(출력), END(종료) — 를 그대로 따른다.

2행의 ①·②는 M000 접점으로 새 블록을 여는 S M000이고, 그 블록에 A P011을 직렬로 붙인 뒤 ③의 OS로 앞 블록(P000·M001̄)과 병렬로 합친다. ④는 그 합성 결과를 보조 릴레이로 내보내는 W(W M000)이며, 8행의 ⑤·⑥은 7행에서 출력한 M001을 다시 접점으로 불러오는 S M001이다.

⑦의 O는 P010을 같은 블록에 병렬로 추가하라는 뜻이고, 마지막 ⑧의 END는 프로그램의 논리 실행이 여기서 끝난다는 표시로 니모닉 프로그램의 맨 끝에 반드시 온다.

충전기 2차 전류 $I = \dfrac{\text{축전지 정격용량[Ah]}}{\text{정격방전율[h]}} + \dfrac{\text{상시부하[VA]}}{\text{표준전압[V]}}$

(1) 연축전지 : $I = \dfrac{200}{10} + \dfrac{10\times 10^{3}}{100} = 20 + 100 = 120$ [A]
(2) 알칼리축전지 : $I = \dfrac{200}{5} + \dfrac{10\times 10^{3}}{100} = 40 + 100 = 140$ [A]

[해설]

부동충전방식에서 충전기의 2차 전류는 축전지의 충전전류와 상시부하 전류의 합이다.

충전전류는 축전지 정격용량을 정격방전율(시간율)로 나눈 값이므로 연축전지는 $\dfrac{200}{10} = 20$[A], 알칼리축전지는 $\dfrac{200}{5} = 40$[A] 이다. 상시부하 전류는 역률이 1이므로 $\dfrac{10\times 10^{3}}{100} = 100$[A] 로 두 경우 모두 같다.

정격방전율(시간율)은 연축전지 10[h], 알칼리축전지 5[h]가 표준값이라는 점을 함께 기억한다.

[해설]

램프의 효율(발광효율)은 소비한 전력 대비 낸 광속이 얼마인가를 나타내는 지표이므로, $\eta=\dfrac{F}{P}$로 광속을 소비전력으로 나눈다.

$\eta=\dfrac{2{,}000}{1{,}000}=2\,[\mathrm{lm/W}]$이며 단위 lm/W는 1W당 몇 루멘을 내는가를 뜻해, 값이 클수록 같은 전력으로 더 밝은 빛을 내는 효율 좋은 광원이다. 문제에서 단위를 반드시 쓰라고 했으므로 [lm/W]를 빠뜨리면 감점이다.

[해설]

사고 시 짧은 시간에 큰 고장전류가 흐르는 보호도체는 단열(adiabatic) 조건으로 최소 단면적을 정하는데, 이는 사고전류가 흐르는 짧은 시간 동안 도체가 열을 주변으로 방출하지 못하고 전부 온도 상승에 쓰인다고 가정하는 방식이다.

$S=\dfrac{\sqrt{t}}{K}I$에서 t는 차단기 동작시간, K는 도체 재질·절연물에 따른 상수(동선 143)로, 계산값 31.27mm²는 표에 없는 값이므로 이보다 크거나 같은 바로 위 표준규격인 35mm²를 선정해야 한다.

[해설]

계약최대전력은 부하설비 용량 전체에 곱하는 것이 아니라, 구간별로 정해진 승률(수용률 개념의 체감 비율)을 각 75kW 구간마다 다르게 적용해 누적으로 합산한다.

처음 네 구간(0~300kW)은 표의 승률(100%·85%·75%·65%)을 각각 75kW에 곱해 더하고, 300kW를 초과한 나머지 600kW는 60%를 적용해 더하면 603.75kW가 되며, 계약전력은 통상 정수 kW로 절상하여 604kW로 정한다.

[해설]

펌프용 전동기의 소요동력은 양수에 실제 필요한 수동력을 펌프 효율(η)로 나누어 여유를 두고, 다시 여유계수(K)를 곱해 전동기 정격을 넉넉히 잡는 방식으로 구한다.

$P=\dfrac{HQK}{6.12\eta}=\dfrac{25\times18\times1.1}{6.12\times0.82}=98.64\,[\mathrm{kW}]$에서 6.12는 양정·양수량 단위를 kW로 환산하는 상수이며, η와 K를 각각 분모·분자 어디에 넣는지가 흔한 실수 포인트다.

[해설]

중성선이 끊어지면 두 부하가 하나의 폐회로에서 직렬로 연결되어 선간전압 200[V]를 저항비로 나눠 갖게 되므로, 소비전력이 작아 저항이 큰 A쪽에 더 높은 전압이 걸린다.

각 부하저항은 정격전압 100[V] 기준 $R=\dfrac{V^2}{P}$로 환산하며, $R_A=200\,[\Omega]$, $R_B=100\,[\Omega]$이다.

직렬회로이므로 전압은 저항에 비례해 분배된다.
$V_A=\dfrac{R_A}{R_A+R_B}\times200=133.33\,[\mathrm{V}]$
$V_B=\dfrac{R_B}{R_A+R_B}\times200=66.67\,[\mathrm{V}]$

[해설]

이 문제는 154[kV] 수전설비 표준설계를 부하용량 산정→변압기 표준용량 선정→관련 기기 정격 산출 순서로 묻는 문제다.

• (1) 수용률·역률을 반영한 $P=\dfrac{\text{설비용량}\times\text{수용률}}{\text{역률}}$로 소요용량(39.67[MVA])을 구한 뒤, 이를 웃도는 표준용량을 표에서 선정한다.
• (2) DS 정격전압은 공칭 154[kV] 계통에 대응하는 표준 정격전압인 170[kV]를 쓴다.
• (3) 변압기 1차 정격전류 $I_1=\dfrac{40\times10^3}{\sqrt{3}\times154}=150\,[\mathrm{A}]$에 여유율 1.25배를 곱한 187.5[A] 이상인 CT 1차 정격전류를 표에서 고른다.
• (4) 차단용량 $P_s=\sqrt{3}\,V_n I_s$에서 $V_n$은 계통 공칭전압이 아니라 VCB 자신의 정격전압(도면상 25.8[kV])을 쓰는 점에 주의한다.
• (5) 계전기 임피던스는 정격부담을 정격 2차전류의 제곱으로 나눈 $Z=\dfrac{VA}{I^2}$로 구한다.
• (6) CT비로 2차전류(2.5[A])를 구한 뒤 Δ결선이므로 비율차동계전기 단자전류는 $\sqrt{3}$배가 된다는 점이 채점 포인트다.

[해설]

두 변압기의 고압측이 직렬로 접속돼 동일한 전류가 흐르고 권수비도 같으므로, 저압측 전류도 서로 같아 고압측 분담전압은 저압측 부하저항에 정비례한다.

2차전류가 같으면 2차전압은 $V=IR$로 저항에 비례하고, 권수비가 같으므로 1차 분담전압도 같은 비율이 되어 5,500[V]를 3:5로 나눠 갖는다.

$E_1=\dfrac{3}{3+5}\times5{,}500=2{,}062.5\,[\mathrm{V}]$
$E_2=\dfrac{5}{3+5}\times5{,}500=3{,}437.5\,[\mathrm{V}]$

[해설]

변압기 용량은 각 설비의 단위면적당 부하밀도[VA/m²]를 합산한 뒤 연면적을 곱해 얻는 설비용량 합계로 산정한다(수용률이 주어지지 않았으므로 감하지 않고 단순 합산한다).

$P=(20+35+40)\times70{,}000\times10^{-3}=6{,}650\,[\mathrm{kVA}]$