전기기사 실기 2019년 2회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

3상 유도전동기는 3상 중 2상을 바꿔 상순을 반대로 하면 회전방향이 반대가 되므로, 52R 주접점은 R·T 두 상을 교차해 결선한다.

• 주회로 — MCCB(3극)와 각 상 전류계를 지나 52F·52R 주접점을 병렬로 두고, 합류한 뒤 열동계전기 49를 거쳐 IM에 연결한다.
• 자기유지 — 각 ON 버튼에 자기 접촉기의 a접점을 병렬로 달아 버튼에서 손을 떼도 운전이 이어지게 한다.
• OFF 버튼 — 방향별 b접점 버튼을 각 코일 회로에 직렬로 넣어 그 방향만 끊는다.
• 인터록 — 52F 코일 회로에는 52R b접점을, 52R 코일 회로에는 52F b접점을 직렬로 넣어 동시투입을 막는다.
• 표시램프 — RL은 52F 코일에, GL은 52R 코일에 병렬로 달아 현재 운전 방향을 보여 준다.
• 49 b접점 — 조작회로 전원 입구에 두어 과부하가 걸리면 두 방향을 모두 차단한다.

혼동 주의: 전기적 인터록이 없으면 두 접촉기가 함께 붙어 R·T 상간 단락이 생긴다.

[해설]

진공차단기(VCB)는 전류를 급격히 끊어 급준한 개폐 서지를 만든다. 그래서 절연이 약한 2차 기기 앞에는 SA(서지흡수기)를 둔다.

• 전동기 — 적용한다. 권선 절연이 서지에 약하다.
• 유입식 변압기 — 필요 없다. 절연유 덕분에 절연 강도가 커서 서지를 견딘다.
• 몰드식 변압기 — 적용한다. 절연내력이 유입식보다 낮다.
• 건식 변압기 — 적용한다. 몰드식과 마찬가지로 서지에 약하다.
• 콘덴서 — 필요 없다. 콘덴서 자체가 서지를 흡수해 완화한다.

외우는 요령: 기름이 든 유입식 변압기와 콘덴서만 필요 없고, 나머지는 모두 적용한다.

① 현장조건에의 부합 여부
② 시공의 실제 가능 여부
③ 설계도면·설계설명서·기술계산서·산출내역서 등 내용의 상호 일치 여부
④ 설계도서의 누락·오류 등 불명확한 부분의 존재 여부
⑤ 발주자가 제공한 물량내역서와 공사업자가 제출한 산출내역서의 수량 일치 여부

[해설]

전기공사 감리업무 수행지침에 따라 감리원은 착공 전에 설계도서를 현장 시공 관점에서 검토해 문제를 미리 걸러낸다.

• 현장조건 부합 여부 — 도면이 실제 지형·지반·기존 시설과 맞는지 본다.
• 시공의 실제 가능 여부 — 공법·장비·작업 공간으로 실제 시공할 수 있는지 확인한다.
• 설계도서 상호 일치 여부 — 설계도면·설계설명서·기술계산서·산출내역서의 내용이 서로 어긋나지 않는지 대조한다.
• 누락·오류 등 불명확한 부분 — 빠지거나 잘못된 곳을 미리 찾아 시공 중 분쟁을 막는다.
• 물량 일치 여부 — 발주자의 물량내역서와 공사업자의 산출내역서 수량이 같은지 확인한다.

외우는 요령: 현장·시공·상호일치·누락오류·수량 순으로 묶어 외운다. 다른 공정과의 상호 부합 여부, 시공상 예상 문제점과 대책도 검토 대상이다.

[해설]

지중선은 전선을 땅속에 묻어 외부 환경과 차단한 선로다.

• 설비 보안 유지가 쉽다 — 지하에 있어 외부 접촉이나 훼손이 적다.
• 공급 신뢰도가 높다 — 바람·눈·낙뢰 같은 기상 영향을 받지 않는다.
• 유도장해가 경감된다 — 케이블 차폐층 덕분에 인근 통신선에 주는 전자유도가 약하다.
• 고장점 발견·복구가 어렵다 — 눈으로 볼 수 없어 위치를 찾아 굴착하는 데 오래 걸린다.
• 신규 수용에 대한 탄력성이 부족하다 — 새 부하가 생기면 관로를 다시 파야 한다.
• 건설비가 비싸다 — 굴착·관로·케이블 비용이 가공선보다 훨씬 크다.

그 밖의 장점으로 도시 미관, 인축 안전성, 다회선 동일 경과지 부설이 있다.

그 밖의 단점으로 공사 중 교통장해·소음·분진과 긴 건설 공기가 있다.

[해설]

비오차는 명판에 적힌 공칭변류비가 실제변류비와 얼마나 차이 나는지를 백분율로 나타낸 값이다.

공칭변류비는 명판에 적힌 정격 1차/2차 전류비이고, 실제변류비는 철심 여자전류 등의 영향으로 조금 어긋난 실제 1차/2차 전류비다.
$\varepsilon = \dfrac{\text{공칭변류비} - \text{실제변류비}}{\text{실제변류비}} \times 100$ [%]

비오차가 크면 전력량계·보호계전기가 실제 전류를 잘못 읽는다. 그래서 계량용 CT일수록 낮은 오차 등급이 요구되며, 분모는 실제변류비라는 점에 주의한다.

[해설]

수전설비 단선결선도의 기기는 계량(MOF·DM)·개폐보호(DS·PF·OCB)·지락보호(ZCT·GR)·역률개선(SC)으로 묶어 외운다.

• DM은 최대수요전력계로, MOF에서 받은 전압·전류로 일정 시간 평균전력의 최댓값을 기록한다.
• 22.9[kV] 계통에 쓰는 DS의 정격전압은 25.8[kV]이다.
• OCB는 부하전류를 개폐하고 단락 등 고장전류를 차단하는 차단기다.
• PF(전력퓨즈)는 단락전류 차단만 맡고 부하전류 개폐는 하지 않는다.
• 22.9[kV]측 피뢰기는 옛 기준 제1종 접지공사(현행 KEC는 종별 폐지로 보호접지)로 접지하고 정격전압은 18[kV]이다.
• VS(전압계용 절환개폐기)는 전압계 하나로 3상 선간전압을 차례로 바꿔 가며 측정하게 해 준다.
• AS(전류계용 절환개폐기)는 전류계 하나로 3상 각 상의 전류를 바꿔 가며 측정하게 해 준다.
• SC(전력용 콘덴서)는 진상전류를 공급해 유도성 부하의 지상 역률을 개선한다.
• MOF(전력수급용 계기용변성기)는 PT·CT를 한 함에 넣어 전력량계에 계량용 전압·전류를 공급한다.
• GR(지락계전기)은 ZCT 신호로 지락을 판단해 차단기를 트립시킨다.
• ZCT(영상변류기)는 3상 전류의 합인 영상전류를 검출해 GR에 보낸다.
• OS는 유입개폐기로, 그림에서는 SC 회로를 개폐한다.
• 고압동력 OCB의 600[A]는 차단기가 계속 흘릴 수 있는 정격전류다.

혼동 주의: 수전 OCB의 1000[MVA]는 정격차단용량이고, 분기 OCB의 600[A]는 정격전류다.

[해설]

지락 때 흐르는 영상전류(3I₀)는 평상시 0인 세 상 전류의 합이 지락 순간에만 나타나는 성분이다. 그래서 이 합을 어디서 재느냐에 따라 검출 방식이 나뉜다.

• 영상변류기(ZCT) 방식 — 세 상 전선을 한 철심에 함께 통과시켜 세 전류의 합을 직접 검출한다.
• CT 잔류회로 방식 — 각 상에 단 CT 3개의 2차를 잔류접속해, 서로 상쇄되고 남은 전류를 계전기로 보낸다.
• 중성점 접지선 CT 방식 — 변압기나 발전기의 중성점 접지선에 CT를 달아 대지를 거쳐 돌아오는 지락전류를 잡는다.

그 밖에 3권선 CT의 3차 권선(영상분로)으로 검출하는 방식도 있다.

[해설]

분전반 공급범위·설치 기준은 건축전기설비 설계기준의 분전반 설계 원칙으로, 전압강하·조작성·안전을 고려해 정해진다.

• 분기회로 길이 30 m 이하 — 전압강하와 전선 굵기를 적정 범위로 유지하기 위해서다.
• 2개 분전반 — 과전류장치가 42개를 넘으면 한 함에 몰지 말고 나누거나 자립형으로 해 점검·보수를 쉽게 한다.
• 상단 기준 1.8 m — 표준 크기 분전반을 선 자세로 도구 없이 조작할 수 있는 높이다.
• 중간 기준 1.4 m — 크기가 작은 분전반의 중심을 맞추는 높이다.
• 하단 기준 1.0 m — 작은 분전반의 아래 끝을 맞출 때의 높이다.
• 격벽 — 전원이 2개 이상 들어오면 분전반과 같은 재질의 칸막이로 나눠 오조작과 고장 파급을 막는다.

외우는 요령: 설치 높이는 상단 1.8·중간 1.4·하단 1.0으로, 위에서부터 0.4 m씩 내려간다.

[해설]

• 모선 방식 — 그림처럼 #1·#2 BUS 두 모선을 쓰는 2중 모선 1.5 차단기방식으로, 두 회선이 차단기 3대를 나눠 써서 차단기를 점검할 때도 정전이 없다.
• 분로 리액터 — 경부하 때 장거리 선로의 진상 충전전류로 수전단 전압이 오르는 페란티 현상을 지상 무효전력으로 상쇄한다.
• 모선연락 차단기 — 두 모선을 같은 전위로 묶어 모선을 전환할 때 생기는 일시 단락을 막고, 모선 점검도 무정전으로 하게 해 준다.
• BCT 부담 — C800은 정격 20배인 100 A에서 800 V라는 뜻이므로 Z=800/100=8 Ω이고, 부담은 5²×8=200 VA이다.
• 병렬운전 — 극성·권수비·%임피던스 강하·저항/리액턴스비가 같아야 순환전류 없이 부하를 나눈다(3상은 위상변위·상회전도 같아야 한다).

권선 간 %Z를 100 MVA 기준으로 환산(×100/500)한 뒤 등가 T회로로 나눈다.
$Z_{HM}=2,\ Z_{HL}=15.6,\ Z_{ML}=13.4$ [%]
$Z_H=\tfrac{1}{2}(2+15.6-13.4)=2.1,\ Z_M=\tfrac{1}{2}(2+13.4-15.6)=-0.1,\ Z_L=\tfrac{1}{2}(15.6+13.4-2)=13.5$ [%]

23 kV 고장점에서 보면 345 kV측(Z_H+0.4)과 154 kV측(Z_M+0.67)이 병렬이고, 여기에 Z_L이 직렬로 붙는다.
$\%Z=13.5+\dfrac{2.5\times0.57}{2.5+0.57}=13.96$ [%]
$I_n=\dfrac{100\times10^3}{\sqrt{3}\times23}=2510.22$ [A], $I_s=\dfrac{100}{13.96}\times2510.22=17.98$ [kA]
$P_s=\sqrt{3}\times25.8\times17.98=803.47$ [MVA]

혼동 주의: 차단용량은 계통전압 23 kV가 아니라 차단기 정격전압 25.8 kV로 계산한다. 3권선 등가회로에서는 Z_M이 음수로 나와도 정상이다.

[해설]

극판에 흰 황산납 결정이 굳는 설페이션이나 과방전으로 떨어진 용량을 되살리려고 따로 실시하는 충전이 회복충전이다.

알칼리축전지의 공칭전압은 1.2 V/cell로 연축전지(2.0 V/cell)보다 낮다.

직렬 55셀이 부하 최저전압과 배선 전압강하를 함께 감당하므로 둘을 더한 값을 셀 수로 나눈다.
$V=\dfrac{V_{min}+e}{n}$
$=\dfrac{115+5}{55}$
$=2.18$ [V/cell]

황산 농도는 정상이고 물만 줄어든 상태라 증류수만 보충하며, 황산까지 넣으면 전해액이 표준보다 진해진다.

[해설]

GPT(접지형 계기용 변압기)는 1차를 중성점 접지한 Y결선으로, 2차를 개방델타(잔류회로)로 묶어 1선 지락 때 생기는 영상전압을 검출한다.

평상시에는 3상이 대칭이라 잔류회로 전압이 0이지만, 완전 1선 지락이 나면 2차 상전압의 3배가 나타난다.

$V_0 = 3\times\dfrac{110}{\sqrt{3}}$
$= \sqrt{3}\times110 \approx 190.53$ [V]

혼동 주의: 3을 곱하는 대상은 2차 선간전압 110 V가 아니라 2차 상전압 $\dfrac{110}{\sqrt{3}}$ V다.

[해설]

CT·PT 취부 3상 적산전력량계는 2전력계법 원리로 계량한다. 그림처럼 1S·1L과 P1·P3가 바뀌면 전압·전류의 위상 대응이 어긋나 지시값이 2VIsinθ가 된다.

그래서 지시값 300[kWh]로 VI를 먼저 역산한 뒤, 정상 3상 전력식 √3VIcosθ에 넣어 실제 전력량을 구한다. 역률이 0.8이면 sinθ는 0.6이다.

VI = 300 ÷ (2×0.6) = 250
W = √3 × 250 × 0.8 = 346.41[kWh]

[해설]

허용전압강하는 내선규정의 거리별 기준을 따른다. 전기사용장소 안의 변압기에서 공급하고 전선 길이가 200 m를 넘으면 7 %까지 허용된다.

허용전압강하는 선간전압에 7 %를 곱해 구한다.
$e=380\times0.07=26.6$ [V]

먼저 부하전류를 구한다.
$I=\dfrac{P}{\sqrt{3}V}=\dfrac{50\times10^3}{\sqrt{3}\times380}=75.97$ [A]

3상 4선식 단면적 공식에는 상전압 기준 전압강하 e'(220 V × 0.07 = 15.4 V)를 넣는다.
$A=\dfrac{17.8LI}{1000e'}$
$=\dfrac{17.8\times270\times75.97}{1000\times15.4}$
$=23.71$ [mm²]

계산값 이상인 표준 공칭단면적 가운데 가장 작은 25 mm²를 고른다. 혼동 주의: 3상 3선식은 계수 30.8과 선간 전압강하를 쓰므로 두 방식의 공식과 기준 전압을 섞지 않는다.

(1) 충전전류 $I_c=2\pi f C l\dfrac{V}{\sqrt{3}}\fallingdotseq 13.96$ [A]
(2) 충전용량 $Q_c=\sqrt{3}\,V I_c\fallingdotseq 553{,}554$ [VA] $\fallingdotseq 553.55$ [kVA]

[해설]

1선당 작용 정전용량 $C=0.4\times 7=2.8$ [μF]

(1) 충전전류 — 충전전류는 대지전압(상전압) 기준으로 흐른다.
$I_c=2\pi f C E=2\pi f C\dfrac{V}{\sqrt{3}}=2\pi\times 60\times 2.8\times 10^{-6}\times\dfrac{22{,}900}{\sqrt{3}}\fallingdotseq 13.96$ [A]

(2) 충전용량(3상)
$Q_c=3\times 2\pi f C\left(\dfrac{V}{\sqrt{3}}\right)^{2}=\sqrt{3}\,V I_c=2\pi\times 60\times 2.8\times 10^{-6}\times 22{,}900^{2}\fallingdotseq 553{,}554$ [VA] $\fallingdotseq 553.55$ [kVA]

전류는 상전압 $\dfrac{V}{\sqrt{3}}$, 3상 용량은 선간전압 $V$의 제곱으로 정리된다는 점이 핵심이다.

[해설]

대칭배열에서는 등 1개가 도로폭의 절반과 등주 간격을 곱한 면적을 맡으므로 FUN = ½EWDS에서 간격을 구한다.

등주 간격은 다음과 같다.
$S=\dfrac{F\,U\,N}{\frac{1}{2}\,W\,E\,D}=\dfrac{20{,}000\times0.5\times1}{\frac{1}{2}\times20\times22.5\times1.5}=29.63$ [m]

컷오프형은 빛을 아래쪽으로 좁게 모아 운전자 눈부심을 줄이는 등기구다.

빛이 퍼지는 범위가 좁으므로 등주 간격을 높이의 3배로 한다.
$S=3h=3\times10=30$ [m]

보수율은 사용 중 광속 감소를 반영한 계수로 감광보상률의 역수다.
$M=\dfrac{1}{D}=\dfrac{1}{1.5}=0.67$

편측배열과 중앙배열은 등 1개가 W×S 전체를 맡으므로 식에 ½이 없고, 지그재그배열은 대칭배열과 같이 ½을 곱한다.