전기기사 실기 2018년 2회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

조명기구는 전 광속 중 아래로 향하는 빛의 비율(하향광속비)을 기준으로 직접 → 반직접 → 전반확산 → 반간접 → 간접의 5단계로 분류하며, 하향광속 구간은 각각 90~100 / 60~90 / 40~60 / 10~40 / 0~10[%]다.

하향광속비가 높을수록 조명효율은 좋지만 그림자·눈부심이 커지고, 낮을수록 빛은 부드러워지지만 효율이 떨어지는 상충관계가 이 분류의 기준이 된다.

[해설]

변압기 중성점을 접지하는 이유는 크게 이상전압 억제, 혼촉사고 시 저압측 보호, 보호계전기의 확실한 동작 세 가지로 나뉜다.

접지가 없으면 1선 지락 시 건전상의 대지전위가 비정상적으로 상승하고, 지락전류가 작아 계전기가 사고를 제대로 검출하지 못할 수 있다는 점이 핵심 근거다.

[해설]

UPS는 정전 시에도 부하에 전원을 끊김 없이 공급하는 장치로, 상시 정류기(컨버터)가 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고, 부하에는 인버터가 직류를 교류로 되돌려 공급한다.

축전지 용량 $C=\dfrac{1}{L}KI$에서 $K$는 방전시간·최저허용전압에 따라 정해지는 용량환산시간계수, $I$는 방전전류이며, 경년열화를 반영한 보수율 $L$로 나누는 것은 실제 필요용량을 여유 있게 잡기 위함이라는 점이 채점 포인트다.

[해설]

(1)은 흡수법칙(A+AB=A)을 적용하면 바로 A로 줄어드는 문제다.
$Z=(A+B+C)A=A+AB+AC=A(1+B+C)=A$

(2)는 C가 곱해진 세 항 $\overline{A}C,\;BC,\;\overline{B}C$를 묶으면 $C(\overline{A}+B+\overline{B})=C(\overline{A}+1)=C$로 정리되고, 남은 $AB$ 항과 합쳐 $Z=C+AB$가 된다.

[해설]

상용전원과 예비전원(발전기)을 동시에 투입하면 위상 불일치로 인한 순환전류·기기손상 등 병렬운전 사고가 발생하므로 두 차단기가 동시에 닫히지 않도록 인터록을 걸어야 한다.

실제 절체는 전환개폐기로 이뤄지며, 한쪽 전원이 닫혀 있는 동안 다른 쪽 차단기의 투입회로를 기계적·전기적으로 차단하는 것이 인터록의 동작 원리다.

[해설]

최대수요전력을 낮추는 방법은 부하율을 높이는 것(사용량 평준화), 부등률을 높이는 것(피크 시각 분산), 역률 개선 세 방향으로 나뉜다.

부하율이 높을수록 최대전력 대비 평균전력이 커져 설비 이용효율이 좋아지고, 부등률이 클수록 각 부하의 최대수요 시각이 겹치지 않아 합성 최대전력이 낮아지는 원리다.

[해설]

PLC 명령어를 그대로 논리 연산자로 옮기면 출력식이 나오므로, 그림 없이도 명령어 순서 자체가 해설의 근거가 된다.

AN(AND NOT)은 직전 로직에 b접점을 직렬로 잇는 연산이고, ON(OR NOT)은 그 시점까지 만들어진 로직 전체에 b접점을 병렬로 합치는 연산이다.

그래서 P000과 M000의 b접점이 먼저 직렬로 묶이고, 이 직렬군 전체에 M001의 b접점이 OR로 붙어 출력 P011을 구동한다 — M001을 M000과 직렬로 묶는 것이 흔한 오답이다.

[해설]

저압 옥내간선의 허용전류는 전동기 등의 정격전류 합계에 그 밖의 전기사용기계기구의 정격전류 합계를 더한 값 이상으로 정하도록 규정되어 있다.

과거 내선규정·판단기준에서는 전동기 합계가 50[A] 이하이면 1.25배, 50[A]를 초과하면 1.1배를 할증했으나 현행 KEC에서는 이 할증이 폐지되어 단순 합으로 구한다.
$I_a=(18+17+15)+50=100$ [A]
(구규정 적용 시에는 $(18+17+15)\times1.25+50=112.5$ [A])

여기서 전열기 H(50[A])는 전동기가 아닌 기타 전기사용기계기구이므로 배율을 곱하지 않고 그대로 더한다는 점이 계산에서 가장 흔히 놓치는 부분이다.

[해설]

V결선은 단상변압기 2대만으로 3상 전력을 공급하는 방식으로, 3상 출력이 변압기 1대 용량의 √3배로 제한된다는 점이 계약전력 산정의 근거다.

변압기 2대분 용량을 다 쓰지 못하고 √3배만 나오므로 이용률은 √3/2≒86.6[%]이고, 같은 변압기 3대를 △결선했을 때(3배 출력)와 비교한 출력비는 57.7[%]에 그친다.

계약 수전전력은 실제로 뽑아낼 수 있는 이 V결선 출력을 기준으로 정하므로, √3×200을 소수점까지 정확히 계산해 답하는 것이 채점 포인트다.

(1) 수용률
· 설비용량(유효전력) $=450\times0.8=360$ [kW], 최대수용전력 $=240$ [kW]
· $\text{수용률}=\dfrac{240}{450\times0.8}\times100=66.67$ [%]

(2) 일부하율
· 나머지 시간 $=24-5-8=11$ [h], 1일 사용전력량 $=240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825$ [kWh]
· $\text{일부하율}=\dfrac{2{,}825}{240\times24}\times100=49.05$ [%]

[해설]

수용률은 설비용량에 대한 최대수용전력의 비이다. 수전설비 용량은 피상전력 450[kVA]이므로 유효전력 기준 설비용량은 $450\times0.8=360$ [kW]이고, 최대수용전력은 240[kW]이다.
$\text{수용률}=\dfrac{\text{최대수용전력}}{\text{설비용량}}\times100=\dfrac{240}{360}\times100=66.67$ [%]

일부하율은 최대전력에 대한 1일 평균전력의 비이다. 75[kW]로 사용하는 시간은 $24-5-8=11$ 시간이므로 1일 사용전력량은 $240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825$ [kWh], 1일 평균전력은 $\dfrac{2{,}825}{24}=117.71$ [kW]이다.
$\text{일부하율}=\dfrac{117.71}{240}\times100=49.05$ [%]

분모를 $240\times24$(최대전력 × 24시간)로 두고 1일 사용전력량을 그대로 나누어도 같은 값이 된다.

[해설]

절연내력 시험전압은 최대사용전압에 접지방식·전압구간별로 정해진 배수를 곱해 구하며, 이 배수를 아는지가 채점의 핵심이다.

7,000[V] 이하 비접지 계통은 배수 1.5, 7,000[V] 초과~25,000[V] 이하의 중성점 다중접지 계통은 배수 0.92를 적용한다.

배수를 곱하는 기준이 정격전압이 아니라 최대사용전압이라는 점, 접지방식이 달라지면 배수도 달라진다는 점이 자주 헷갈리는 지점이다.

[해설]

머레이 루프법은 왕복선로를 브리지 회로로 보고, 평형 조건에서 고장점까지의 저항비로 거리를 역산하는 방법이다.

평형식의 R은 왕복(往復) 전체 저항이므로 선로 저항에 길이를 곱한 뒤 반드시 2배 해야 하며, 이를 빠뜨리는 것이 가장 흔한 오답 원인이다.

반면 평형식에서 구해지는 Rx는 고장점까지의 편도 저항이므로, 이를 단위길이 저항(0.3195[Ω/km])으로 그대로 나누면 거리 X가 나온다 — 여기서 다시 2로 나누면 답이 절반으로 어긋난다.

(1) 영상분 $V_0=\dfrac{1}{3}(V_a+V_b+V_c)\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ$ [V]
(2) 정상분 $V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ$ [V]
(3) 역상분 $V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ$ [V]

[해설]

대칭좌표법에서 상순 a-b-c이므로 연산자 $a=1\angle 120^\circ$, $a^2=1\angle 240^\circ$로 두고 각 대칭분을 구한다.

(1) 영상분
$V_0=\dfrac{1}{3}(V_a+V_b+V_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle 12.5^\circ+0.4\angle -100^\circ+4.4\angle 154^\circ)\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ$ [V]

(2) 정상분
$V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ$ [V]

(3) 역상분
$V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ$ [V]

세 성분 모두 $\dfrac{1}{3}$ 배가 붙고, 정상분은 $V_b$에 $a$·$V_c$에 $a^2$, 역상분은 그 반대로 곱한다는 점만 기억하면 된다.

[해설]

Y-△ 기동은 기동전류를 줄이려 처음엔 Y결선, 일정 시간 뒤 △결선으로 바꿔 운전하는 방식이므로 세 접촉기의 역할 구분이 핵심이다.

MCM은 전동기에 전원을 공급하는 주접촉기, MCS는 Y결선을 만드는 기동용, MCD는 △결선을 만드는 운전용이며, MCS와 MCD는 동시 투입되면 단락사고가 되므로 반드시 상호 인터록이 걸린다.

△운전으로 절체되는 순간 Y결선을 만들던 MCS는 소자(개방)되어야 하고 이 전환은 타이머가 담당한다 — 운전 중에도 MCS가 계속 여자돼 있다고 답하면 감점 포인트다.

[해설]

이 문항은 %임피던스법으로 차단용량·정격전류를 정하고, 부속기기의 명칭과 역할을 함께 묻는 종합형이다.

차단용량은 $P_s=\dfrac{100}{\%Z}\times P_n$으로 구하고, 정격전류·CT 1차전류는 계산값보다 큰 표준값 중 가장 가까운 것을 선정하는 것이 원칙이다 — 특히 CT는 여유율 1.25배를 곱한 뒤 표준규격에서 올림하는 것이 채점 키워드다.

GPT(접지형 계기용변압기)는 영상전압을, SGR(선택지락계전기)은 GPT의 영상전압과 ZCT의 영상전류를 조합해 다회선 중 사고 회선만 골라 차단한다는 원리를 정확히 쓰는 것이 핵심이다.

[해설]

%임피던스법 단락계산은 각 기기의 %X를 하나의 기준용량으로 통일한 뒤 회로 결선(직렬·병렬)대로 합성하는 원리이므로, 기준환산이 틀리면 이후 계산이 모두 어긋난다.

3권선 변압기는 1차·2차·3차를 스타(Y)형 등가로 분해하는 $\%X_1=\tfrac12(X_{12}+X_{31}-X_{23})$ 류의 공식을 적용하는 것이 채점 포인트다.

사고점(77kV, T₂ 2차)은 1차 경로와 3차(조상기) 경로가 병렬로 전류를 공급하는 구조이므로, 두 경로를 병렬 합성해 고장점 전류를 구하고, 차단기 통과전류는 차단기가 놓인 1차 경로 임피던스만으로 따로 구해야 한다.