전기기사 실기 2018년 1회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

전력퓨즈(PF)는 평상시 부하전류는 이상 없이 통전시키되, 단락사고 시에는 스스로 용단되어 신속히 회로를 끊는 단락보호용 소자다.

채점 포인트는 부하전류 통전과 단락전류 차단이라는 상반된 두 기능을 모두 언급했는지 여부다.

[해설]

감리원은 공사 전 과정의 품질·안전·행정 처리를 문서로 남겨야 하므로, 비치서류는 크게 업무일지·지시처리 기록과 품질·안전 검사기록 두 계열로 나뉜다.

정답 항목 외에도 근무상황판, 검측요청서, 기성·준공검사조서 등 현장 행정서류를 답으로 인정하므로, 일지·지시처리·품질검사·설계변경·안전점검 범주에 속하는 서류라면 정답으로 채점된다.

[해설]

간선 설계는 부하의 성격(용량·수용률)과 배선의 물리적 조건(방식·경로·굵기)을 함께 고려해야 하므로, 답안은 이 두 축을 아우르는 항목으로 구성된다.

전선 굵기는 허용전류·전압강하·기계적 강도를 기준으로, 배전방식은 단상·3상 등 부하 특성에 맞춰 결정되는 것이 채점 포인트다.

[해설]

가공송전선로의 이상전압(특히 뇌서지) 대책은 침입 자체를 막는 차폐와 침입한 서지를 대지로 방류하는 장치 두 갈래로 나뉜다.

가공지선은 뇌격을 직접 맞아 선로를 보호하는 차폐 설비이고, 피뢰기는 이상전압을 제한전압 이하로 억제해 기기를 보호하며, 매설지선은 철탑 접지저항을 낮춰 역섬락을 방지한다는 점이 각 대책의 핵심 원리다.

[해설]

CT는 부하전류에 비례한 전류원처럼 동작하므로, 2차를 개방하면 1차 전류 전부가 여자전류가 되어 철심이 과포화되고 2차에 고전압이 유도돼 절연이 파괴된다. 그래서 점검 시에는 2차측을 반드시 단락시켜 둔다.

PT 2차 정격전압 110[V], CT 2차 정격전류 5[A]는 계기·계전기와 짝을 맞추기 위한 표준 규격이다.

3상 전압·전류를 모두 측정하려면 PT 2대를 V결선, CT 2대를 가동접속(단권결선)으로 구성하고, 감전 방지를 위해 PT·CT 2차측의 한 단자를 접지한다(과거 판단기준의 제3종 접지공사에 해당하며, 현행 KEC에서는 접지종별 구분이 폐지되고 보호도체 규격으로 규정한다).

[해설]

PL이 점등되는 조건은 A·B접점이 모두 닫히거나(AND) C접점이 동작하지 않을 때(NOT)이므로, 출력식은 $PL=(A\cdot B)+\overline{C}$로 정리된다.

무접점 회로로 옮기면 A·B는 AND 게이트, C는 인버터(NOT)를 거쳐, 두 결과를 OR 게이트에 입력해 PL을 구동하도록 그리는 것이 채점 포인트다.

[해설]

TN-C-S 계통은 경제성과 안전성을 절충한 방식으로, 전원 쪽 일정 구간은 중성선과 보호선을 하나의 도체(PEN)로 겸용하다가 부하에 가까운 지점에서 N과 PE로 분리한다.

따라서 도면에는 변압기 중성점의 계통접지, 분리 이전 구간의 PEN 표시, 분리 이후 구간의 N·PE 개별 표시가 모두 나타나야 하며, 부하의 노출도전부는 PE에 접속한다.

한 번 분리한 PEN을 그 이후 구간에서 다시 결합해서는 안 된다는 점이 채점 포인트다.

[해설]

점멸기 박스까지는 전원 공통선과 a·b 각 스위치로 나가는 부하선을 함께 끌어와야 하므로 최소 3가닥이 필요하다.

점멸기 이후 각 방향 등 사이 배선은 스위치가 여닫는 부하선과 공통선 2가닥씩이면 충분하며, 등 개수와 무관하게 회로별로 2가닥이 유지되는 점이 채점 포인트다.

[해설]

한시동작 즉시복귀형 타이머를 쓰면 한시접점이 닫혀 MC가 여자되는 순간 타이머 코일 입력이 끊겨 곧바로 복귀하고, 그러면 MC 접점도 다시 열리는 채터링이 발생하는 것이 이 문제의 핵심이다.

이를 막으려면 MC 코일에 병렬로 MC-a접점 자기유지를 추가해 MC 스스로 운전을 유지하게 하고, 타이머 코일과 직렬로 MC-b접점을 넣어 MC 동작 후 타이머 회로를 끊어주면 된다.

[해설]

역률이 다른 두 부하를 유효·무효전력으로 분해·합성한 피상전력을 구한 뒤, Δ결선(3대)과 V결선(2대)이 전체 용량을 몇 대로 나눠 부담하는지에 따라 표준용량·과부하율·동손비가 결정된다.

무효전력은 역률 1 부하는 0, 역률 0.8 부하는 $Q=100\times\dfrac{0.6}{0.8}=75$[kVar]이며 합성 피상전력은 $S=\sqrt{150^2+75^2}=167.71$[kVA]다.

Δ결선은 3대가 균등분담하므로 1대당 $\dfrac{S}{3}=55.9$[kVA], V결선은 2대가 $\sqrt{3}$배 관계로 출력을 내므로 1대당 $\dfrac{S}{\sqrt{3}}=96.83$[kVA]를 떠안아 과부하율이 129.11[%]가 되고, 동손은 대수비인 3:2로 비교해 1.5배가 된다.

(1) $I_n=\dfrac{\%Z}{100}I_s=0.585\times 8{,}000=4{,}680$ [A], 기준용량 $P_n=\sqrt{3}\,V I_n\fallingdotseq 53.5$ [MVA]
(2) 차단용량 $P_s=\sqrt{3}\,V_n I_s\fallingdotseq 99.77$ [MVA] (기준용량 환산식 $P_s=\dfrac{100}{\%Z}P_n=91.45$ [MVA]) → 표준값 100 [MVA] 선정

[해설]

(1) 기준용량
단락전류 $I_s=\dfrac{100}{\%Z}I_n$이므로 기준(정격)전류는
$I_n=\dfrac{\%Z}{100}I_s=\dfrac{58.5}{100}\times 8{,}000=4{,}680$ [A]
$P_n=\sqrt{3}\,V I_n=\sqrt{3}\times 6{,}600\times 4{,}680=53{,}499{,}585$ [VA] $\fallingdotseq 53.5$ [MVA]
(kV·kA 단위로 계산해도 $P_n=\sqrt{3}\times 6.6\times 4.68\fallingdotseq 53.5$ [MVA]로 같다.)

(2) 차단용량
차단기 정격전압은 6.6 [kV] 계통에서 7.2 [kV]이므로
$P_s=\sqrt{3}\,V_n I_s=\sqrt{3}\times 7{,}200\times 8{,}000=99{,}766{,}000$ [VA] $\fallingdotseq 99.77$ [MVA]
기준용량으로 환산하면 $P_s=\dfrac{100}{\%Z}P_n=\dfrac{100}{58.5}\times 53.5=91.45$ [MVA]로, 어느 쪽이든 표준 정격용량표에서 이를 넘는 100 [MVA]를 선정한다.

계산값은 반드시 표준 정격용량 중 바로 위 단계를 고르는 것이 채점 포인트다.

[해설]

권수비 $a=\dfrac{V_1}{V_2}$는 1차·2차 정격전압의 비이므로, 2차 정격전압은 $V_2=\dfrac{6{,}600}{30}=220\,[\mathrm{V}]$로 먼저 구한다.

전류는 3상 전력식 $I=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}$에 각 측 전압을 넣어 구하며, 두 값의 비가 권수비($I_2/I_1=a$)와 맞는지 검산하면 실수를 줄일 수 있다.

(3)의 1차측 정격용량은 유효전력을 역률로 나눈 피상전력 $P_a=\sqrt{3}\,V_1I_1=\dfrac{P}{\cos\theta}$와 같다는 점이 핵심이다.

[해설]

단상 3선식 간선 설계는 전압강하로 굵기를 정하고 → 허용전류로 차단기(AF/AT)를 정하고 → 점유율로 전선관을 정하는 순서로 진행한다.

굵기는 부담이 큰 A선 전류 $I_A=\dfrac{5{,}000}{110}=45.45\,[\mathrm{A}]$와 허용 전압강하 $e=110\times0.02=2.2\,[\mathrm{V}]$를 단상 3선식 전압강하식에 대입해 구한 뒤, 이를 넘는 공칭단면적을 표에서 고른다.
$A=\dfrac{17.8LI}{1{,}000e}=\dfrac{17.8\times50\times45.45}{1{,}000\times2.2}=18.39\,[\mathrm{mm^2}]$

전선관은 내단면적의 48[%] 이내라는 점유율 조건 $\dfrac{\pi D^2}{4}\times0.48\ge(\text{전선 완성 단면적})\times3$에서 D를 역산해 표준 후강전선관을 선정한다.

(5) 설비 불평형률은 $\dfrac{\text{중성선과 각 전압측에 접속된 부하설비 용량의 차}}{\text{총 부하설비 용량}\times\frac{1}{2}}\times100$으로 정의되며, 단상 3선식은 40[%] 이하로 관리해야 한다.

[해설]

단상 3선식은 중성선을 공유하는 두 회로로 볼 수 있어, 각 구간(a-b, b-c, a-c)의 전압강하는 그 구간에 흐르는 전류의 벡터합과 선로저항의 곱으로 결정된다.

부하전류를 역률별로 유효분·무효분으로 나눠 합성하면 a선 60[A]·중성선 4[A]·c선 64[A]가 되며, 리액턴스를 무시하므로 전압강하에는 저항분(1선당 0.06[Ω])만 반영한다.

각 구간전압은 정격전압에서 (구간 전류×저항)을 빼서 구하되, 중성선전류가 전압측 선전류를 가산하는지 상쇄하는지를 부호로 정확히 반영하는 것이 채점 포인트다.

이때 기준전압이 구간마다 다르다는 점에 주의한다. 그림의 변압기 2차는 a-b 100[V], b-c 105[V]이므로 a-c는 205[V]이며(1차는 200[V]), 각 구간의 전압강하는 그 구간의 기준전압에서 빼야 한다.

[해설]

접지선 굵기는 고장전류가 짧은 시간 흐르는 동안 발생한 열이 전부 도체에 갇힌다고 보는 단열 발열식에서, 도체가 허용온도상승을 넘지 않는 최소 단면적으로 역산해 구한다.

$\theta=0.008\left(\dfrac{I}{A}\right)^2 t$를 A에 대해 정리하면
$A=I\sqrt{\dfrac{0.008\,t}{\theta}}=10{,}000\times\sqrt{\dfrac{0.008\times0.5}{1{,}000}}=20\,[\mathrm{mm^2}]$

[해설]

Cubicle 반 구성은 기능별 분리 원칙을 따라, 고압측은 보호(PF+LA)·계량(MOF)·변압기별 인출(COS+TR)로 각각 한 면씩 나누고, 저압측은 차단기 종류별(ACB/MCCB)로 나눈다.

ASS·LA·COS의 정격은 22.9[kV-Y]급 수전설비에서 통상 쓰는 표준값을 그대로 적용한 것이다.

차단기는 역률 100[%] 기준 변압기 2차 정격전류보다 큰 표준 AF·AT를 고르는 것이 원칙이다.
$I_{TR1}=\dfrac{300\times10^3}{\sqrt{3}\times380}=455.82\,[\mathrm{A}]$
$I_{TR2}=\dfrac{200\times10^3}{\sqrt{3}\times380}=303.88\,[\mathrm{A}]$