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

[해설]

KEC 콘센트 시설 기준에서 욕조·샤워시설이 있는 욕실처럼 몸이 물에 젖은 채 전기를 쓰는 곳은 고감도·고속형 누전차단기로 보호하게 되어 있다.

누전차단기는 정격감도전류 15 mA 이하, 동작시간 0.03초 이하인 전류동작형이어야 한다. 누전차단기 대신 정격용량 3 kVA 이하 절연변압기로 보호된 전로에 접속해도 된다.

혼동 주의: 일반 장소의 인체감전보호용 누전차단기는 정격감도전류 30 mA 이하다.

[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]

전력퓨즈 용단특성은 전류 배수별로 두 가지 시간을 정한다. 과전류에 오동작하지 않도록 버텨야 하는 시간이 불용단시간이고, 사고 때 반드시 끊어져야 하는 시간이 용단시간이다.

• 4배 불용단 60초 이내 — 4배 전류가 흘러도 60초 동안은 녹지 않아야 한다.
• 10배 불용단 0.2초 이내 — 10배 전류에서도 0.2초까지는 견뎌야 한다.
• 6.3배 용단 60초 이내 — 6.3배 전류면 60초 안에 녹아 끊어져야 한다.
• 19배 용단 0.1초 이내 — 표에서 가장 큰 전류라 가장 짧은 0.1초 안에 끊어져야 한다.

외우는 요령: 불용단 4·8·10배는 60·0.5·0.2초, 용단 6.3·12.5·19배는 60·0.5·0.1초로 짝지어 외운다.

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침은 감리원이 공사 진행을 확인할 수 있도록 공사업자가 정해진 서식을 현장에 비치·기록·보관하게 한다.

• 하도급 현황 — 누가 어느 공종을 맡아 시공하는지 확인한다.
• 주요인력 및 장비투입 현황 — 인력·장비가 계획대로 투입되는지 본다.
• 작업계획서 — 작업 순서·방법·안전조치를 미리 정해 둔 문서다.
• 기자재 공급원 승인현황 — 승인받은 공급원의 자재를 쓰는지 관리한다.
• 주간 공정계획 및 실적 보고서 — 매주 계획과 실제 진도를 비교한다.

혼동 주의: 감리업무일지·설계변경 현황은 감리원이 비치하는 서류이고, 이 문항은 공사업자가 갖추는 서식이다.

[해설]

UPS 인버터의 반도체 소자는 큰 단락전류를 오래 견디지 못한다. 그래서 2차측에서 단락이 나면 고장회로를 빨리 떼어내는 보호 수단이 따로 필요하다.

• 배선용 차단기 — 가장 흔하고 값이 싸지만, 동작이 비교적 느려 UPS의 전류 제한 능력과 맞춰 써야 한다.
• 반도체 보호용 한류(속단)퓨즈 — 단락전류가 최대값에 이르기 전에 녹아 끊어지면서 전류를 제한한다.
• 사이리스터를 사용한 반도체 차단기 — 기계식 접점 없이 전자적으로 끊어 가장 빠르다.

외우는 요령: 배선용 차단기 → 한류퓨즈 → 반도체 차단기 순서로 차단 속도가 빨라진다.

[해설]

한국전기설비규정(KEC)에서 상주 감시를 하지 않는 변전소의 시설 기준을 정한 조항이다.

변전소에 준하는 곳이라도 50 kV를 초과하는 특고압을 변성하면 이 규정의 변전소에 포함된다. 사용전압 170 kV 이하 변압기를 둔 변전소는 기술원이 수시로 순회하거나 변전제어소에서 상시 감시하면 기술원이 상주하지 않아도 된다.

혼동 주의: 170 kV를 초과하는 변전소는 변전제어소에서 상시 감시하는 경우에만 기술원 상주 없이 운영할 수 있다.

[해설]

두 곳에서 제어하는 회로는 기동은 OR(병렬), 정지는 AND(직렬) 원리로 결선한다.

• 기동버튼 PBS-ON 2개와 MC-a를 병렬로 접속한다. 어느 쪽 기동버튼을 눌러도 코일이 여자되고, 버튼에서 손을 떼도 MC-a가 동작을 유지한다(자기유지).
• 정지버튼 PBS-OFF 2개를 직렬로 접속한다. b접점이므로 어느 하나만 눌러도 회로가 끊겨 MC가 소자된다.

이를 논리식으로 쓰면 다음과 같다.
$MC=(PBS_{ON1}+PBS_{ON2}+MC_a)\cdot\overline{PBS_{OFF1}}\cdot\overline{PBS_{OFF2}}$

혼동 주의: 정지버튼을 병렬로 접속하면 두 버튼을 동시에 눌러야만 멈추므로 틀린 결선이다.

[해설]

계전기 약호는 감시하는 전기량과 이상 상태를 나타내는 영문 머리글자로 만든다.

• OCR(Over Current Relay) — 과전류계전기로, 전류가 정정값을 넘으면 동작한다.
• GR(Ground Relay) — 지락계전기로, 지락전류를 검출한다.
• OPR(Open Phase Relay) — 결상계전기로, 3상 중 한 상이 끊긴 상태를 검출한다.
• OVR(Over Voltage Relay) — 과전압계전기로, 전압이 정정값을 넘으면 동작한다.
• PWR(Power Relay) — 전력계전기로, 전력의 크기나 방향을 감시한다.

혼동 주의: OPR은 과전력이 아니라 결상을 검출하는 계전기이고, 부족전압계전기는 UVR이다.

[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]

부동충전방식에서는 충전기가 축전지 충전전류와 상시부하 전류를 함께 공급하므로 2차 전류는 두 전류의 합이다.
$I=\dfrac{\text{정격용량[Ah]}}{\text{정격방전율[h]}}+\dfrac{\text{상시부하[VA]}}{\text{표준전압[V]}}$

연축전지(정격방전율 10[h])
$I=\dfrac{200}{10}+\dfrac{10\times10^{3}}{100}$
$=20+100=120$ [A]

알칼리축전지(정격방전율 5[h])
$I=\dfrac{200}{5}+\dfrac{10\times10^{3}}{100}$
$=40+100=140$ [A]

혼동 주의: 상시부하 전류 100[A]는 두 경우가 같고 충전전류만 20[A]와 40[A]로 달라진다.

[해설]

램프 효율은 소비전력 1 W당 내는 광속이며, 단위는 [lm/W]이다.

$\eta=\dfrac{F}{P}$
$\eta=\dfrac{2{,}000}{1{,}000}$
$\eta=2\,[\mathrm{lm/W}]$

값이 클수록 같은 전력으로 더 밝은 빛을 낸다. 문제에서 단위를 요구했으므로 lm/W를 반드시 적는다.

[해설]

KEC의 보호도체 단면적 식은 고장전류의 열을 도체가 모두 흡수한다고 보는 단열 조건에서 나온다.

동선의 계수와 보호장치 동작시간을 대입한다.
$S=\dfrac{\sqrt{t}}{K}I=\dfrac{\sqrt{0.2}}{143}\times10{,}000=31.27\,[\mathrm{mm^2}]$

계산값 이상인 가장 가까운 표준규격 35[mm²]를 선정한다.

25[mm²]는 값이 더 가까워 보여도 계산값에 못 미치므로 선정할 수 없다.

[해설]

한전 기본공급약관의 계약부하설비 환산표에 따라, 부하설비 용량을 구간별로 나눈 뒤 구간마다 승률을 곱해 더한다.

계약최대전력 = Σ(구간 용량 × 승률)
= 75×1.0 + 75×0.85 + 75×0.75 + 75×0.65 + (900−300)×0.6
= 75 + 63.75 + 56.25 + 48.75 + 360
= 603.75 [kW]

계약최대전력은 kW 단위로 정하므로 1 kW 미만을 반올림하여 604 kW가 된다.

[해설]

펌프용 전동기의 소요동력은 양정과 양수량으로 구한 동력을 펌프효율로 나누고 여유계수를 곱해 구한다.
$P=\dfrac{HQK}{6.12\eta}$ [kW] (Q는 m³/min)

주어진 값을 대입한다.
$P=\dfrac{25\times18\times1.1}{6.12\times0.82}=\dfrac{495}{5.0184}$
$=98.64$ [kW]

혼동 주의: 양수량이 m³/s 단위이면 6.12 대신 $P=\dfrac{9.8HQK}{\eta}$를 쓴다.

[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]

수용률이 주어지지 않았으므로 변압기 용량은 부하밀도 합계 × 연면적으로 구한 설비용량을 그대로 쓴다.

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

부하밀도 단위가 VA/m²이므로 10^-3을 곱해 kVA로 바꾼다.