전기기사 실기 2018년 3회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

코로나 임계전압식의 각 계수는 전선 주변 공기가 얼마나 쉽게 절연파괴되는지를 보정한다.

• δ(상대공기밀도) — 표준 공기(20℃·760mmHg)에 대한 밀도비로, 기압이 높을수록 커지고 기온이 높을수록 작아진다.
• m₀(전선 표면계수) — 매끈한 단선은 1에 가깝고, 거칠거나 오손된 전선·연선일수록 작아진다.
• 코로나 장해 — 코로나 손실(전력손실)과 코로나 잡음에 따른 통신선 유도장해가 대표적이다.
• 방지 대책 — 굵은 전선·복도체로 표면 전위경도를 낮추고, 금구류 돌출부를 없애 표면을 매끈하게 한다.

δ와 m₀가 작을수록 임계전압이 낮아져 코로나가 쉽게 생긴다. 그래서 방지 대책은 모두 임계전압을 높이는 방향이다.

(1) 명칭: 자동부하전환개폐기(ALTS, Automatic Load Transfer Switch)

(2) 용도
· 정전이 허용되지 않는 중요 부하에 상용(주)전원과 예비전원의 이중전원을 확보하는 개폐기
· 주전원이 정전되거나 전압이 일정값 이하로 떨어지면 예비전원(비상발전기)으로 자동 절환하여 무정전에 가깝게 전원을 공급함

[해설]

ALTS는 Automatic Load Transfer Switch의 약자로, 우리말로는 자동부하전환개폐기다.

• 이중전원 확보 — 정전이 허용되지 않는 중요 부하에 상용(주)전원과 예비전원 두 회선을 연결해 둔다.
• 자동 절환 — 주전원이 정전되거나 전압이 일정값 이하로 떨어지면 예비전원(비상발전기)으로 자동으로 넘겨 무정전에 가깝게 공급한다.

혼동 주의: 같은 인입구 개폐기라도 ASS(자동고장구분개폐기)는 구내 고장을 배전선로에서 분리하는 용도다.

[해설]

전기설비 기준(KEC 등)의 용어 정의 문항이므로, 정의문의 핵심어를 그대로 외운다.

• 중성선 — 다선식 전로에서 전원의 중성극에 접속된 전선이다.
• 분기회로 — 간선에서 갈라져 분기과전류차단기를 거쳐 부하에 이르는 배선이다.
• 등전위본딩 — 도전성 부분(전선·금속체)끼리 전기적으로 접속해 등전위를 만드는 조치다.

등전위본딩의 목적은 사람이 동시에 만질 수 있는 금속체 사이의 전위차를 없애 감전을 막는 것이다.

[해설]

지중전선로의 장단점은 모두 전선을 땅속에 매설한다는 한 가지 특성에서 나온다.

• 기상 영향이 적음 — 바람·홍수·낙뢰에 노출되지 않는다.
• 도시 미관 — 철탑·전주·가공선이 보이지 않는다.
• 감전 안전성 — 충전부가 절연된 채 땅속에 있어 사람이 닿을 일이 없다.
• 유도장해 감소 — 금속 차폐층이 있는 케이블이라 가까운 통신선에 유도전압을 적게 일으킨다.
• 건설비 — 굴착·관로·케이블 비용 때문에 가공선보다 비싸다.
• 고장 보수 — 고장점을 눈으로 찾을 수 없고 땅을 파야 고칠 수 있다.
• 탄력성 부족 — 부하가 늘어도 선로를 증설하거나 분기하기 어렵다.
• 송전용량 — 흙 속이라 열이 잘 빠지지 않아 허용전류가 가공선보다 작다.

외우는 요령: 장점과 단점 모두 '땅속이라서'로 설명되므로 매설의 이득과 대가를 짝지어 떠올린다.

[해설]

모선 결선방식은 변전소 모선의 신뢰도를 높이려고 모선과 차단기를 어떻게 이중화하느냐에 따라 나뉜다.

• 환상(루프) 모선 방식 — 모선을 고리 모양으로 이어 한 구간이 고장 나도 반대쪽으로 돌아서 공급한다.
• 2중 모선 방식 — 모선을 두 계통으로 두어 한쪽을 점검하는 동안 다른 쪽으로 공급을 유지한다.
• 1.5 차단기 방식 — 두 회선마다 차단기 3대를 두어 모선을 정전시키지 않고 어느 차단기든 점검할 수 있다.

단일(단모선) 방식은 구조가 가장 간단하고 싸다. 대신 모선 사고가 나면 전체가 정전되어 신뢰도가 가장 낮다.

[해설]

잠동은 무부하인데도 전압코일이 만드는 작은 구동토크가 마찰을 이겨 원판이 계속 도는 현상이다. 정격전압의 110[%]를 걸었을 때 1회전 이상 도는지로 판정한다.

• 원판에 작은 구멍 — 구멍 자리에서 와전류 분포가 달라져 원판을 그 위치에 멈추게 하는 토크가 생긴다.
• 원판에 작은 철편 — 철편이 전압 자속에 끌려 원판을 멈추게 하는 제동력이 생긴다.

적산전력계는 오랜 기간 전력량을 누적하는 계기라 온도·주파수가 변해도 오차가 적어야 한다. 또한 기계적 강도가 크고, 일시적인 과부하에도 견디도록 과부하 내량이 커야 한다.

[해설]

LA의 기능·성능조건, 부하집계표 완성, TR-2 용량 선정, 접지선 굵기 산정을 순서대로 묻는 종합형이므로 각 소문항의 근거 공식을 구분해 알아야 한다.

LA(피뢰기)는 이상전압이 넘어오면 방전으로 대지에 흘려 기기를 보호하고 방전 뒤 속류를 스스로 차단해 복귀하는 소자이며, 제한전압·충격파 방전개시전압은 낮을수록 성능이 좋다.

입력환산은 $\dfrac{\text{설비용량}}{\text{효율}\times\text{역률}}$로 구하고, TR-2는 함께 부담하는 부하군 사이에 부등률을 나누고 변압기 여유율(15[%])을 곱한 뒤 표준용량으로 올림해 정한다.

접지선 굵기는 고장전류가 짧은 시간(0.1초) 흘러도 GV전선이 허용온도(160[℃])를 넘지 않도록 정한 단면적 공식에서 나온 값을 표준굵기로 올림한 것이다.

[해설]

감쇄 probe는 오실로스코프 입력저항과 probe 내부저항의 직렬 전압분배로 배율을 만들므로, 배율은 (Rp+Rs)/Rs로 정해진다는 원리를 알면 모든 소문항이 같은 회로에서 풀린다.

Rp=9[MΩ], Rs=1[MΩ]이면 배율은 정확히 10배가 되어 probe 설계 스펙과 일치하고, 두 저항의 병렬값이 곧 커패시터 Cs를 보는 테브난 등가저항(0.9[MΩ])이 된다.

시정수는 이 등가저항과 Cs의 곱($\tau=R_{th}C_s$)으로 구하고, 테브난 등가전압은 전압분배 그대로 22[V]로 (1)과 같은 값이 나오며, 주기는 $T=\dfrac{1}{f}$이므로 10[kHz]에서 0.1[ms]다.

[해설]

등간격 배전선에서 전력손실을 최소화하는 지점을 찾는 문제는, 공급점을 기준으로 각 구간에 흐르는 전류(그 구간 바깥쪽 부하전류의 합)로 $\sum I^2 r$을 비교하는 원리다.

공급점이 한쪽 끝(A)에 가까울수록 먼 구간에도 큰 전류가 흘러 손실이 커지고, 부하 중심에 가까운 지점일수록 각 구간 전류가 분산돼 손실이 작아진다.

A·B·C·D를 각각 공급점으로 놓고 계산하면 C점에서 손실이 가장 작게 나오는데, 이는 C가 부하(전류)의 무게중심에 가장 가까운 지점이기 때문이다.

(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 비이고, 부하율은 최대전력에 대한 평균전력의 비다.

수용률을 구할 때는 설비용량 [kVA]에 역률을 곱해 유효전력 [kW]으로 단위를 맞춘다.
$\text{수용률}=\dfrac{\text{최대수용전력}}{\text{설비용량}}\times100$
$=\dfrac{240}{450\times0.8}\times100$
$=66.67$ [%]

일부하율을 구할 때 75[kW]로 쓰는 시간은 $24-5-8=11$ [h]이다.
$W=240\times5+100\times8+75\times11=2{,}825$ [kWh]
$\text{일부하율}=\dfrac{2{,}825}{240\times24}\times100$
$=49.05$ [%]

혼동 주의: 부하율의 분모는 설비용량이 아니라 최대전력 240[kW]다.

[해설]

발전기 열효율은 연료 발열량 가운데 전력량으로 바뀐 비율이다. 860은 1[kWh]를 [kcal]로 바꾸는 환산값이다.

$\eta=\dfrac{860\,P\,T}{m\,H}$
$T=\dfrac{0.344\times250\times10000}{860\times250}$
$T=4$ [시간]

혼동 주의: 1/2 부하이므로 출력은 250[kW]로 대입한다. 정격출력 500[kW]를 넣으면 2시간이라는 틀린 값이 나온다.

[해설]

변전설비 각 기기의 정격을 계산값에 여유를 준 뒤 표준규격에서 고르는 공통 원칙을 여러 기기에 반복 적용하는 문항이다.

변압기 용량은 수용률·부등률·역률로 합성최대전력을 구해 정하고, DS 정격전압은 실사용전압이 아니라 계통 최고전압(154→170[kV])으로, CT 1차전류는 부하전류에 여유율 1.25~1.5배를 곱한 범위 안에 드는 표준규격으로 선정한다.

차단용량은 $P_s=\sqrt3\,V_n I_s$로, 계전기 임피던스는 정격부담을 CT 2차 정격전류의 제곱으로 나눠 구하며, Δ결선 CT의 비율차동계전기 전류에는 권수비 외에 √3배가 추가로 붙는다는 점이 헷갈리기 쉽다.

[해설]

변전실 계획 기준에 따라 22.9[kV] 큐비클식 수변전설비 변전실의 유효높이는 4.5[m] 이상으로 한다.

변전실 추정면적은 변압기 용량의 0.7제곱에 비례하는 경험식으로 구한다.
$A=k\cdot W^{0.7}$
$A=1.4\times1000^{0.7}=1.4\times125.89$
$=176.25$ [m²]

혼동 주의: W에는 kW가 아니라 변압기 용량 [kVA]를 넣는다.

[해설]

4단자 정수식 $E_s=AE_r+BI_r,\quad I_s=CE_r+DI_r$에 무부하 조건 $I_r=0$을 넣으면 B·D 항이 사라진다.

$E_r=\dfrac{E_s}{A}=\dfrac{154}{0.9}=171.11$ [kV]
$I_s=C\dfrac{E_r}{\sqrt{3}}=0.5\times10^{-3}\times\dfrac{171.11\times10^{3}}{\sqrt{3}}=49.4$ [A]

A가 1 미만이라 무부하 수전단전압이 송전단전압을 웃도는 현상이 페란티 현상이며, 이때 흐르는 전류는 선로 정전용량의 충전전류라 진상이다.

혼동 주의: 송전단전류에는 선간전압 대신 상전압 E_r/√3을 넣어 C를 곱한다.