전기기사 실기 2020년 2회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

전력퓨즈(PF)는 계통전압에서 한 단계 올린 퓨즈 정격전압과, 그 위의 상한인 최대 설계전압을 한 벌로 짝지어 정한다.

• 6.6[kV] 계통 — 정격 7.5[kV], 최대 설계 8.25[kV].
• 13.2[kV] 계통 — 정격 15[kV], 최대 설계 15.5[kV].
• 22(22.9)[kV] 계통 — 정격 23[kV], 최대 설계 25.8[kV].
• 66[kV] 계통 — 정격 69[kV], 최대 설계 72.5[kV].
• 154[kV] 계통 — 정격 161[kV], 최대 설계 169[kV].

외우는 요령: 한 행은 늘 계통전압 < 정격전압 < 최대 설계전압 순서이므로 세 값을 한 벌로 묶어 외운다.

[해설]

이 시퀀스는 자기유지 회로로 기동을 유지하고, 타이머 한시접점으로 Y결선에서 Δ결선으로 자동 전환하며, 상호 인터록으로 MCS·MCD 동시 투입을 막는 표준 Y-Δ 감압기동 회로다.

PBS(ON)을 누르면 MCM·MCS·타이머 T가 동시 여자되어 주회로가 Y결선으로 감압기동하고, MCM의 a접점을 PBS(ON)과 병렬로 걸어 손을 떼도 기동이 유지된다.

타이머 설정시간이 지나면 한시b접점이 MCS를 소자시키고 한시a접점이 MCD를 여자시켜 Δ결선 운전으로 넘어가며, 이때 MCD의 b접점이 타이머 코일 회로를 끊어 T를 소자시킨다.

MCS·MCD 회로에는 서로 상대 접점의 b접점을 직렬로 넣어 동시 투입을 방지하고, PBS(OFF)나 THR(열동계전기) 동작 시에는 제어전원이 차단돼 전 접촉기가 소자되며 초기상태로 복귀한다.

[해설]

금속관 공사 부속품은 고정·접속·보호 중 어떤 역할을 하는지로 이름이 나뉜다.

• 로크너트 — 박스 안팎에서 관의 나사를 죄어 관을 박스에 고정하는 너트이며, 6각형과 기어형이 있다.
• 부싱 — 관 끝에 끼워 전선이 드나들 때 관 모서리에 피복이 긁히지 않게 막는다.
• 커플링 — 안쪽에 나사가 있어 관끼리 일직선으로 잇는 부품이며, 관을 돌릴 수 없는 곳에서는 유니온 커플링을 쓴다.
• 새들 — 노출배관을 벽이나 천장 같은 조영재에 붙잡아 두는 지지 금구다.
• 노멀밴드 — 배관을 직각으로 꺾을 때 쓰는 굽은 관이며, 양 끝 나사에 커플링을 끼워 관과 잇는다.
• 링리듀서 — 박스의 노크아웃(따서 여는 구멍)이 관보다 클 때 그 틈을 메워 주는 링이다.
• 스위치 박스 — 매입형 스위치·콘센트를 벽 속에 고정하는 함이며, 1·2·3개용이 있다.
• 아웃렛 박스 — 전등기구·점멸기·콘센트를 고정하고 전선을 접속하는 함이며, 4각과 8각이 있다.

혼동 주의: 부싱은 전선 피복을 보호하는 부품이고, 링리듀서는 구멍 크기 차이를 메우는 부품이다.

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침에 따라 감리원은 착공신고서에 붙은 서류로 공사 준비가 적정한지 검토한다.

• 공사 예정 공정표 — 공종별 일정과 작업 순서가 현실적인지 본다.
• 품질관리 계획서 — 자재·시공 품질을 어떻게 확보할지 정한 문서다.
• 안전관리 계획서 — 현장 재해 예방 대책을 담은 문서다.

이 밖에 공사 도급계약서 사본·산출내역서, 공사 시작 전 사진, 현장기술자 경력사항 확인서·자격증 사본도 함께 검토 대상이다.

[해설]

단상 유도전동기는 회전자계를 만드는 기동 방식이 형식마다 달라서 역회전 방법도 다르다.

• 분상 기동형 — 주권선과 기동권선의 전류 위상차로 돌기 때문에 기동권선 두 선의 접속을 바꾸면 위상차가 반대가 되어 역회전한다.
• 반발 기동형 — 정류자에 닿는 브러시의 위치가 토크 방향을 정하므로 브러시 위치를 옮기면 역회전한다.
• 쉐이딩 코일형 — 자극 일부에 감긴 단락 코일(쉐이딩 코일)이 자속을 한쪽 방향으로만 이동시키는 고정 구조라서 역회전이 불가능하다.

외우는 요령: 권선을 바꾸면 분상 기동형, 브러시를 옮기면 반발 기동형, 역회전 불가는 쉐이딩 코일형으로 짝지어 외운다.

[해설]

차단기는 쓰는 전압대와 아크를 끄는 소호 매체에 따라 이름이 붙는다. 특고압·고압용은 GCB·ABB·VCB, 저압용은 ACB·MCCB·ELB가 대표적이다.

• GCB(가스차단기) — 절연·소호 성능이 뛰어난 SF₆ 가스로 아크를 끈다.
• ABB(공기차단기) — 압축공기를 불어 아크를 끈다.
• VCB(진공차단기) — 진공 속에서 아크가 빠르게 확산·소멸한다.
• ACB(기중차단기) — 대기(공기) 중에서 아크를 끄는 저압 주차단기다.
• MCCB(배선용 차단기) — 몰드 케이스에 넣은 저압 과전류 차단기다.
• ELB(누전차단기) — 지락(누설)전류를 검출해 회로를 끊는다.

특고압·고압용은 이 밖에 OCB(유입차단기)·MBB(자기차단기)도 답이 된다.

[해설]

평균손실전력은 최대손실전력에 손실계수 H를 곱해 구한다. 손실계수는 부하율 F와 정수 α로 $H=\alpha F+(1-\alpha)F^2$ 관계를 쓴다.

손실계수
$H=0.2\times0.6+(1-0.2)\times0.6^2=0.408$
평균손실전력
$P=100\times0.408=40.8$ [kW]

혼동 주의: 손실은 전류의 제곱에 비례하므로 부하율 0.6을 그대로 곱한 60[kW]가 아니라 그보다 작은 40.8[kW]가 답이다.

[해설]

1선이 완전지락되면 건전상의 대지전압이 상전압의 √3배(선간전압)로 상승하고, 2차 개방델타 단자에는 상전압의 3배에 해당하는 잔류전압이 나타난다.

1차측은 A선이 0V가 되면 중성점 전위가 이동해 B·C선 대지전압이 $\dfrac{6{,}600}{\sqrt{3}}\times\sqrt{3}=6{,}600$ [V]로 상승한다.

2차측도 같은 원리로 ⓑ·ⓒ 전구 전압은 $\dfrac{110}{\sqrt{3}}\times\sqrt{3}=110$ [V]가 되고, 개방델타(오픈델타) 결선의 특성상 전압계·경보벨에는 정상 시 0에 가깝던 전압이 $\dfrac{110}{\sqrt{3}}\times3=190.53$ [V]로 나타나 지락을 검출한다.

[해설]

%임피던스법으로 단락전류에서 기준전류를 역산해 기준용량을 구하고, 차단용량은 단락전류로 구한다. 두 값 모두 표에서 한 단계 위 값을 고른다.

기준전류 $I_n=\dfrac{\%Z}{100}I_s=\dfrac{58.5}{100}\times7{,}000=4{,}095$ [A]
기준용량 $P_n=\sqrt{3}\times6{,}600\times4{,}095\times10^{-6}=46.81$ [MVA] → 50[MVA]

차단용량 $P_s=\sqrt{3}\times6{,}600\times7{,}000\times10^{-6}=80.02$ [MVA] → 100[MVA]

혼동 주의: 계산값이 표의 두 값 사이에 있으면 반올림하지 않고 반드시 큰 쪽을 고른다.

[해설]

3권선 변압기의 각 권선 리액턴스는 권선쌍 사이의 측정값을 먼저 공통 기준용량으로 환산한 뒤, Y등가회로 변환식으로 분리한다.

기준환산 $\%X_{12}=48,\ \%X_{23}=60,\ \%X_{31}=108$ [%]를 구한 다음 $\%X_1=\dfrac{1}{2}(\%X_{12}+\%X_{31}-\%X_{23})=48$ [%], $\%X_2=\dfrac{1}{2}(\%X_{12}+\%X_{23}-\%X_{31})=0$ [%], $\%X_3=\dfrac{1}{2}(\%X_{23}+\%X_{31}-\%X_{12})=60$ [%]로 분리한다.

2차 리액턴스가 0[%]로 나오는 것은 이례적으로 보이지만, 세 권선쌍 측정값의 조합에서 나온 정상적인 결과다.

[해설]

합성최대전력은 각 수용가의 개별 최대치 합이 아니라 같은 시각의 부하를 더한 값이므로, 일부하곡선에서 합계가 가장 큰 시간대(10~12시)의 값을 읽어 더한다.

그 시각 A 8,000·B 3,000·C 1,000이므로 $P_{max}=12{,}000$ [kW]이고, 종합부하율 $=\dfrac{4{,}500+2{,}400+900}{12{,}000}\times100=65$ [%], 부등률 $=\dfrac{8{,}000+4{,}000+2{,}000}{12{,}000}=1.17$이다.

종합역률은 각 부하의 무효전력을 더해 구한다. $Q=8{,}000\times0+3{,}000\times\dfrac{0.6}{0.8}+1{,}000\times\dfrac{0.8}{0.6}=3{,}583.33$ [kVar]이므로 $\cos\theta=\dfrac{12{,}000}{\sqrt{12{,}000^2+3{,}583.33^2}}\times100=95.82$ [%]다.

A수용가의 첨두부하는 8,000[kW](10~12시 지속)이고, 하루 공급전력량은 24시간 평균전력으로 $4{,}500\times24\times10^{-3}=108$ [MWh]다.

[해설]

도로 조명은 광속법 $F=\dfrac{EA}{UM}$으로 등 1개에 필요한 광속을 구한다. 양쪽 지그재그 배치에서는 등 1개가 맡는 면적이 도로폭×등 간격÷2이다.

담당면적
$A=\dfrac{30\times30}{2}=450$ [m²]
소요광속
$F=\dfrac{6\times450}{0.32\times0.8}=10{,}546.875$ [lm]

이 값이 표의 10,000~11,000[lm] 구간에 들어가므로 300[W] 수은등을 고른다.

[해설]

간선 보호기기는 전동기 kW 총계로 표의 해당 행을 잡고, 기동기 사용 여부에 따른 열에서 차단기·개폐기 용량을 읽는 것이 절차다.

총계 $3.7+7.5+22=33.2$ [kW]이므로 이를 포함하는 한 단계 위 37.5[kW] 이하 행을 적용하고, 기동기를 쓰는 22[kW] 전동기가 있으므로 기동기 사용 열에서 과전류차단기 150[A]·개폐기 200[A]를 선정한다.

간선 굵기는 공사방법 B1·XLPE 조건의 허용전류표에서 50[mm²]이고, 분기회로는 각 전동기 정격으로 표를 찾아 7.5[kW]는 10[mm²], 22[kW]는 25[mm²]가 된다.

충전기 2차 전류 $I = \dfrac{\text{축전지 정격용량[Ah]}}{\text{정격방전율[h]}} + \dfrac{\text{상시부하[VA]}}{\text{표준전압[V]}}$

(1) 연축전지 : $I = \dfrac{200}{10} + \dfrac{10\times 10^{3}}{100} = 20 + 100 = 120$ [A]
(2) 알칼리축전지 : $I = \dfrac{200}{5} + \dfrac{10\times 10^{3}}{100} = 40 + 100 = 140$ [A]

[해설]

부동충전방식의 충전기는 축전지를 보충하는 충전전류와 상시부하 전류를 함께 공급하므로 2차 전류는 두 전류의 합이다.

충전전류 = 정격용량[Ah] ÷ 정격방전율[h], 부하전류 = 상시부하[VA] ÷ 표준전압[V]
연축전지 $I=\dfrac{200}{10}+\dfrac{10\times10^{3}}{100}=20+100=120$ [A]
알칼리축전지 $I=\dfrac{200}{5}+\dfrac{10\times10^{3}}{100}=40+100=140$ [A]

혼동 주의: 정격방전율이 연축전지 10[h], 알칼리축전지 5[h]로 달라 충전전류만 바뀌고 부하전류 100[A]는 같다.

[해설]

추가접지는 중성선(접지측 전선)에 시설되어 변압기 2종접지 R₂와 병렬로 들어가 합성저항을 낮추므로, 추가접지가 있으면 지락전류가 오히려 커진다.

추가접지가 없으면 R₂·R₃가 직렬이라 $I_g=\dfrac{100}{10+10}=5$ [A]이다.

추가접지가 있으면 R₂와 추가접지 3Ω이 병렬로 합쳐져 $R=10+\dfrac{10\times3}{10+3}=12.307$ [Ω], $I_g=\dfrac{100}{12.307}=8.13$ [A]로 커진다.

지락전류가 커지는 것은 과전류차단기 동작을 확실하게 만들기 위한 접지 보강의 목적과 맞아떨어지는 결과다.

[해설]

이 문제는 기준용량 100MVA로 전원·선로·변압기의 %임피던스를 통일해 합성한 뒤, 저압측 단락전류를 구하는 표준 계통해석 절차다.

전원측은 단락용량으로부터 $\%Z=\dfrac{100}{1{,}000}\times100=10$ [%]을 구하고, X/R비 10을 이용해 %R·%X로 분해한다.

선로는 옴 임피던스를 $\%Z=\dfrac{100{,}000\times Z[\Omega]}{10\times kV^2}$ 식으로 %임피던스화하고, 변압기는 자기 용량 기준 %Z를 $\%Z_T=7\times\dfrac{100{,}000}{2{,}500}=280$ [%]로 환산한다.

세 구간의 %R·%X를 각각 더해 합성 $\%Z=301.088$ [%]를 얻고, $I_s=\dfrac{100}{\%Z}I_n$으로 저압측(380V) 단락전류 50.46[kA]를 산출한다.