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

[해설]

조명기구는 전체 광속 가운데 아래로 향하는 빛의 비율(하향광속)에 따라 5가지로 나눈다.

• 직접조명 — 하향광속이 90~100%여서 빛 대부분이 작업면에 바로 닿는다.
• 반직접조명 — 하향광속이 60~90%이고, 일부는 천장으로 올라간다.
• 전반확산조명 — 상향·하향광속이 각각 40~60%여서 사방으로 고르게 퍼진다.
• 반간접조명 — 하향광속이 10~40%이고, 대부분 천장에서 반사돼 내려온다.
• 간접조명 — 하향광속이 0~10%여서 거의 모든 빛을 천장·벽 반사로 쓴다.

순서는 직접 → 반직접 → 전반확산 → 반간접 → 간접으로 외운다. 직접조명 쪽일수록 효율은 높지만 그림자·눈부심이 크고, 간접조명 쪽일수록 빛은 부드럽지만 효율이 낮다.

[해설]

변압기 중성점 접지는 이상전압 억제·혼촉 시 저압 보호·지락보호 확실화를 위한 계통접지다.

• 이상전압 억제 — 1선 지락 때 건전상(고장 나지 않은 상)의 대지전위가 크게 오르는 것을 막는다.
• 혼촉 시 저압측 보호 — 고·특고압이 저압 회로와 맞닿아(혼촉) 전압이 넘어와도 저압측 전위 상승을 억제한다.
• 지락보호계전기 동작 — 지락전류가 흐를 길이 생겨 계전기가 사고를 확실히 검출한다.

외우는 요령: 전위 억제 2가지(지락·혼촉)와 계전기 동작 1가지로 묶어 기억한다.

[해설]

UPS는 무정전 전원공급 장치로, 정전되는 순간에도 전산 부하에 전원을 끊김 없이 공급한다.

• 컨버터(정류기) — 상용 교류를 직류로 바꿔 축전지를 충전하고 인버터에 공급한다.
• 인버터 — 직류를 전압·주파수가 일정한 교류로 다시 바꿔 부하에 보낸다.

축전지 용량은 다음 식으로 구한다.
$C=\dfrac{1}{L}KI$ [Ah]

C는 축전지 용량[Ah], I는 방전전류[A], K는 방전시간과 최저허용전압으로 정해지는 용량환산시간 계수다. 보수율 L(경년용량 저하율)로 나누는 이유는 오래 쓰면서 줄어드는 용량만큼 여유를 두기 위해서다.

[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 예비전원은 병렬운전 금지가 원칙이므로, 두 차단기가 동시에 닫히지 않게 하는 장치와 절체 수단을 함께 둔다.

• 인터록(interlock) — 한쪽 차단기가 닫혀 있으면 다른 쪽 차단기가 전기적·기계적으로 투입되지 못하게 묶는 장치다.
• 전환개폐기(절체개폐기) — 부하를 상용전원이나 예비전원 가운데 한쪽에만 연결하도록 바꿔 주는 개폐기다.

두 전원이 동시에 투입되면 위상·전압 차이로 순환전류가 흘러 발전기가 손상되거나 한전 계통으로 전기가 역송될 수 있다.

[해설]

최대수요전력은 부하가 한꺼번에 몰리는 첨두부하로 정해진다. 따라서 피크를 낮추거나 필요한 피상전력을 줄이면 억제된다.

• 부하율 향상 — 사용량을 고르게 펴서 평균전력에 비해 최대전력이 튀지 않게 한다.
• 부등률 향상 — 부하별 사용 시각을 분산해 각 최대수요가 겹치지 않게 한다.
• 역률 개선 — 같은 유효전력에 필요한 피상전력(kVA)이 줄어 수요전력이 낮아진다.

혼동 주의: 부하율(평균전력/최대전력)과 부등률(개별 최대수요의 합/합성 최대전력)은 둘 다 클수록 좋다.

[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 2대로 3상 전력을 공급하는 방식으로, 3상 출력이 변압기 1대 용량의 √3배로 제한된다.

계약 수전전력은 V결선으로 실제 낼 수 있는 출력으로 정한다.
$P_v=\sqrt{3}\times 200=346.41$ [kVA]
≒ 346[kVA]

혼동 주의: 변압기 2대 용량의 합인 400[kVA]가 아니다. V결선의 이용률은 √3/2≒86.6%이고, △결선 대비 출력비는 57.7%다.

(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]

수용률=최대수용전력/설비용량, 일부하율=1일 평균전력/최대전력이다. 설비용량이 kVA로 주어졌으므로 역률 0.8을 곱해 kW로 맞춘다.

수용률
$\dfrac{240}{450\times0.8}\times100=\dfrac{240}{360}\times100=66.67$ [%]

일부하율(75 kW 사용시간 = 24−5−8 = 11 h)
$W=240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825$ [kWh]
$\dfrac{2{,}825}{240\times24}\times100=49.05$ [%]

[해설]

한국전기설비규정(KEC)에 따라 절연내력 시험전압은 최대사용전압에 접지방식·전압구간별 배수를 곱해 구한다.

7,000[V] 이하 비접지 계통에는 1.5배를 적용한다.
$6{,}900\times 1.5=10{,}350$ [V]

7,000[V] 초과 25,000[V] 이하 중성점 다중접지 계통에는 0.92배를 적용한다.
$13{,}800\times 0.92=12{,}696$ [V]
$24{,}000\times 0.92=22{,}080$ [V]

혼동 주의: 중성점 다중접지가 아닌 7,000[V] 초과 60,000[V] 이하 계통은 1.25배(최저 10,500[V])를 적용한다.

[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 $a=1\angle120^\circ$, $a^2=1\angle240^\circ$를 곱해 세 대칭분을 구한다.

영상분
$V_0=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle-100^\circ+4.4\angle154^\circ)$
$\fallingdotseq 1.47\angle 45.11^\circ$ [V]

정상분
$V_1=\dfrac{1}{3}(V_a+aV_b+a^2V_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle20^\circ+4.4\angle34^\circ)$
$\fallingdotseq 3.97\angle 20.54^\circ$ [V]

역상분
$V_2=\dfrac{1}{3}(V_a+a^2V_b+aV_c)=\dfrac{1}{3}(7.3\angle12.5^\circ+0.4\angle140^\circ+4.4\angle-86^\circ)$
$\fallingdotseq 2.52\angle -19.7^\circ$ [V]

외우는 요령: 정상분은 V_b에 a, V_c에 a²를 곱하고, 역상분은 그 반대로 곱한다.

[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.