전기기사 실기 2020년 1회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

천장과 벽이 만나는 구석(코니스)에 램프를 숨겨 그 빛이 아래쪽 벽면을 직접 비추도록 하는 건축화 조명이므로 코니스 조명이 정답이다.

같은 은폐 광원이라도 빛을 위·아래 양방향으로 내보내면 밸런스 조명, 천장 쪽으로 향하게 해 반사광으로 실내를 밝히면 코브 조명으로 구분되며, 빛의 진행 방향이 명칭을 가르는 채점 포인트다.

[해설]

댐퍼는 가공송전선이 약한 바람에 스칠 때 발생하는 미풍진동(aeolian vibration)의 에너지를 흡수해 진동을 억제하는 장치이다.

미풍진동이 지속되면 전선이 지지점(클램프)에 물린 부분에서 반복 굽힘에 의한 피로가 누적되어 단선 사고로 이어질 수 있으므로, 댐퍼를 전선 지지점 부근에 설치해 이를 예방한다.

① 발전소·변전소 또는 이에 준하는 장소의 가공전선 인입구 및 인출구
② 특고압 가공전선로에 접속하는 배전용 변압기의 고압측 및 특고압측
③ 고압 및 특고압 가공전선로에서 공급을 받는 수용장소의 인입구
④ 가공전선로와 지중전선로가 접속되는 곳

[해설]

KEC 341.13(피뢰기의 시설) 규정으로, 고압 및 특고압 전로 중 위 네 곳 또는 이에 근접한 곳에는 피뢰기를 시설하여야 한다. 네 곳 모두 뇌서지가 직접 유입되거나 서지 임피던스가 급변하여 이상전압이 크게 나타나는 지점이라는 공통점이 있다.

특히 가공전선로와 지중전선로의 접속점은 두 선로의 특성 임피던스가 크게 달라 진행파의 반사로 전압이 상승하므로 반드시 시설 대상이 된다. 빈칸 채우기로 출제될 때는 '발전소·변전소 또는 이에 준하는 장소', '특고압 가공전선로', '배전용', '수용장소', '지중전선로'가 채점 키워드이다.

[해설]

CT 과전류강도는 정격 1차전류에 대한 배수로 표시하며, 통전시간을 견디는 열적강도와 전자기력을 견디는 기계적강도로 구분한다.

열적 과전류강도는 통전시간이 길수록 견딜 수 있는 배수가 줄어들어 1초 기준 정격과전류강도 $S_n$을 통전시간 t의 제곱근으로 나눈 $S=\dfrac{S_n}{\sqrt t}$로 환산한다.

기계적 과전류강도는 단락전류의 전자기력에 견디는 능력으로, 단락전류를 정격 1차전류로 나눈 배수 $S_m=\dfrac{I_s}{I_n}$로 표시하며 통상 열적강도의 약 2.5배로 설계한다.

[해설]

3개소 점멸은 양 끝에 3로 스위치 2개, 가운데에 4로 스위치 1개를 두고 두 스위치 사이를 두 가닥의 여행선(traveler)으로 연결하는 결선이 핵심이다.

전원은 첫 3로 스위치의 공통단자로 들어가 두 진행단자 중 하나를 통해 4로 스위치로 가고, 4로 스위치는 내부에서 두 여행선을 교차 또는 직진으로 절체해 둘째 3로 스위치의 두 진행단자 중 하나로 신호를 넘긴 뒤 그 공통단자에서 전등으로 나간다.

세 스위치 중 어느 것을 조작해도 회로의 통전·차단 상태가 뒤바뀌므로 3개소 어디서나 점멸이 가능하며, 점멸 개소를 늘리려면 두 3로 스위치 사이에 4로 스위치를 추가로 삽입하면 된다.

[해설]

이 문항은 ASS의 LOCK 기능, LA·PF의 표준값, MOF CT 과전류강도 배수, %Z 기반 단락전류 계산을 함께 확인하는 문항이다.

ASS(자동고장구분개폐기)는 후비 보호기기(리클로저 등)가 순시 동작해 무전압이 되는 순간을 감지해 개방되는 LOCK 기능을 가지며, 사고전류가 900[A] 이상일 때 이 기억(memory) 기능이 동작해 재폐로 시 무전압 상태에서 개방된다.

LA(피뢰기)의 정격전압은 22.9[kV-Y] 계통에서 18[kV]가 표준이며, 피뢰기가 1차로 보호해야 할 대상은 가장 고가이자 절연에 취약한 주변압기다. 한류형 퓨즈는 차단 후 재투입(재사용)이 불가능하고 결상(단상)을 자체적으로 검출·보호할 수 없다는 것이 대표적 단점이며, MOF의 CT 정격과전류강도는 정격 1차전류 60[A] 이하이면 75배 이상, 60[A]를 초과하면(75[A] 이하 구간 포함) 40배 이상인 것을 선정한다.

단락전류는 %Z로부터 구하며, 2차 정격전류 $I_n=\dfrac{500\times10^3}{\sqrt3\times380}=759.67\,\mathrm{A}$에 $\dfrac{100}{\%Z}$를 곱한 3상 단락전류 $I_s=\dfrac{100}{5}\times759.67=15{,}193.43\,\mathrm{A}$가 기준이 되고, 2상(선간) 단락전류는 이 값의 $\dfrac{\sqrt3}{2}$배인 $13{,}157.4\,\mathrm{A}$다.

[해설]

노무비는 표의 등기구별 설치 품에 가산조건(매입루버 110%, 철거·재사용철거 비율)을 적용한 인공수를 모두 합산한 뒤 내선전공 노임을 곱해 구한 것이 핵심이다.

신설되는 32[W]×3 매입 루버형은 매입형 기준 품 0.545에 루버 가산 110[%]를 곱하고, 20[W]×2 직부 개방형은 직부형 품 0.177을 그대로 적용해 각각 $0.545\times30\times1.1=17.985$인, $0.177\times20=3.54$인이 설치 인공이다.

철거되는 32[W]×3 매입 개방형은 철거 30[%]를, 재사용되는 20[W]×2 펜던트형은 재사용 철거 50[%]를 적용해 각각 $0.415\times30\times0.3=3.735$인, $0.215\times20\times0.5=2.15$인이 되며, 넷을 합한 총 인공 27.41인에 노임 225,408원을 곱하면 $27.41\times225{,}408=6{,}178{,}433.28$원이다.

[해설]

연선의 총 소선수와 층수 사이의 관계식으로 층수를 먼저 구한 뒤, 그 층수로 바깥지름을 계산한 것이 결론이다.

총 소선수 공식 $N=3n(n+1)+1$에 37을 대입하면 $n(n+1)=12$가 되어 층수 n=3이 나온다.

바깥지름은 $D=(2n+1)d$로, 소선지름 3.2[mm]를 적용해 $D=(2\times3+1)\times3.2=22.4\,\mathrm{mm}$다.

[해설]

완전 지락사고 시 지락전류는 중성점 저항으로 정해지고 DG는 이 지락전류를 변류비로 축소해 받으며, 사고가 없는 b·c상은 부하전류만, 사고상인 a상은 부하전류와 지락전류가 합성된 전류가 흐른다는 점이 핵심이다.

지락전류는 상전압을 중성점 저항으로 나눈 $I_g=\dfrac{66{,}000/\sqrt3}{300}=127.02\,\mathrm{A}$이고, DG 전류는 여기에 변류비(5/300)를 곱한 $2.12\,\mathrm{A}$다.

부하 선전류는 $I_l=\dfrac{20{,}000}{\sqrt3\times66\times0.8}=218.69\,\mathrm{A}$이며 b·c상 전류계는 이 값에 변류비를 곱한 $3.64\,\mathrm{A}$를 지시한다.

a상은 부하전류의 유효분에 지락전류가 실수축으로 더해지므로 벡터합으로 $I_a=\sqrt{(174.95+127.02)^2+131.22^2}=329.25\,\mathrm{A}$가 되고, 전류계 A는 여기에 변류비를 곱한 $5.49\,\mathrm{A}$를 지시한다.

[해설]

차동계전기는 변압기 1차·2차 CT 2차전류의 차로 동작하며, Δ-Y 변압기는 CT를 반대로(1차측 Y, 2차측 Δ) 결선해 위상을 맞추므로 2차측 CT 2차전류에 $\sqrt3$를 곱해 비교한다는 점이 핵심이다.

1차(Δ측) CT 2차전류는 $i_1=\dfrac{30\times10^3}{\sqrt3\times33}\times\dfrac{5}{500}=5.25\,\mathrm{A}$이고, 2차(Y측) CT 2차전류는 Δ결선에 의한 $\sqrt3$ 보정을 포함해 $i_2=\dfrac{30\times10^3}{\sqrt3\times11}\times\dfrac{5}{2000}\times\sqrt3=6.82\,\mathrm{A}$다.

정격의 200[%]에서 동작하므로 동작전류는 두 전류 차의 2배인 $i=2|i_1-i_2|=2|5.25-6.82|=3.14\,\mathrm{A}$다.

[해설]

이 문항은 동력부하와 조명·콘센트부하에 각각 수용률을 적용해 변압기 용량을 산정하고, 총 설비용량은 계절별 동력부하 중 더 큰 하계 부하를 기준으로 조명·콘센트와 합산한다는 원칙을 확인하는 문항이다.

난방부하는 상시 운전되는 설비(온수순환펌프)는 수용률 100[%]로 그대로 더하고 간헐 운전 설비(보일러·오일기어펌프)에만 수용률 60[%]를 적용하며, 동력부하의 피상전력은 주어진 역률 0.8로 $kW\div0.8$해 구한다.

총 전기설비용량은 상용 동력과 계절별 동력 중 더 큰 하계 동력을 채택해 조명·콘센트 총용량과 합산하는데, 이는 상용+동계 조합보다 상용+하계 조합이 더 큰 부하 상태이기 때문이다.

전등·콘센트용 단상변압기와 동력용 3상변압기는 각각 수용률을 적용한 최대수요를 표준용량으로 올림 선정하며, 총 변압기 용량은 두 변압기 용량의 합이다. 1차측 전력퓨즈는 변압기 정격전류를 기준으로 표준정격 중 가까운 값을 선정하고, 역률개선 콘덴서 용량은 개선 전·후 역률각의 탄젠트 차에 유효전력을 곱해 구한다.

[해설]

2전력계법에서 유효전력은 두 전력계 지시값의 합이고, 역률은 이 유효전력을 피상전력(√3·V·I)으로 나눠 구하며, 콘덴서 용량은 개선 전후 무효전력의 차이만큼만 필요하다는 것이 핵심이다.

유효전력 $P=W_1+W_2=8.9\,\mathrm{kW}$이므로 역률은 $\cos\theta=\dfrac{8.9\times10^3}{\sqrt3\times200\times30}=85.64\,[\%]$다.

역률을 90[%]로 개선하는 콘덴서 용량은 $Q_c=P\left(\dfrac{\sqrt{1-0.8564^2}}{0.8564}-\dfrac{\sqrt{1-0.9^2}}{0.9}\right)=8.9\times(0.6037-0.4843)=1.06\,\mathrm{kVA}$다.

권상 출력식 $P=\dfrac{MV}{6.12\eta}$에서 무게 M을 구하면 $M=\dfrac{6.12\times0.8\times8.9}{20}=2.18\,\mathrm{ton}$까지 권상할 수 있다.

[해설]

실지수는 방의 평면 치수와 등기구~작업면 높이의 비로 정해지며, 천장직부형이므로 등고는 천장에서 작업면까지의 높이를 그대로 쓴다는 점이 핵심이다.

등고 H는 천장높이에서 작업면 높이를 뺀 $H=4.8-0.8=4.0\,\mathrm{m}$이다.

실지수 $RI=\dfrac{X\cdot Y}{H(X+Y)}=\dfrac{8\times10}{4.0\times(8+10)}=\dfrac{80}{72}=1.11$이다.

[해설]

비오차는 공칭변류비와 실제(측정)변류비의 차이를 실제변류비에 대한 비율로 나타낸 값이다.

공칭변류비는 $\dfrac{100}{5}=20$, 실제변류비는 측정된 1차·2차전류비 $\dfrac{250}{10}=25$다.

비오차 $\varepsilon=\dfrac{20-25}{25}\times100=-20\,[\%]$로, 음수는 공칭변류비가 실제보다 작다는 것을 의미한다.

[해설]

계단형 방전특성의 축전지 용량은 각 구간의 용량환산시간(K)과 전류 증분을 곱해 합산한 뒤 보수율로 나눠 구한다는 것이 핵심이다.

공식 $C=\dfrac1L\big[K_1I_1+K_2(I_2-I_1)+K_3(I_3-I_2)+K_4(I_4-I_3)\big]$에서 후속 구간은 직전 구간과의 전류 증분만 반영한다는 점이 채점 포인트다.

주어진 값을 대입하면 $C=\dfrac1{0.7}\big[2.45\times200+2.45\times(300-200)+1.46\times(150-300)+0.45\times(100-150)\big]=\dfrac{493.5}{0.7}=705\,\mathrm{Ah}$다.

[해설]

예비를 포함해 단상변압기 4대를 확보했으므로 이를 2뱅크의 V결선으로 운용하면 3상부하에 낼 수 있는 출력이 최대가 된다는 것이 핵심이다.

V결선 1뱅크의 출력은 단상변압기 1대 용량의 $\sqrt3$배인 $\sqrt3\times500\,\mathrm{kVA}$이며, 이를 2뱅크로 병렬 운전하므로 최대출력은 $P=2\times\sqrt3\times500=1{,}732.05\,\mathrm{kVA}$다.

△결선 3대로 운전하면 $3\times500=1500\,\mathrm{kVA}$에 그치므로, 4대를 두 V결선 뱅크로 나누는 쪽이 더 큰 출력을 낼 수 있다는 점이 채점 포인트다.