전기기사 실기 2021년 1회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

이 표는 KEC 저압전로 절연저항 기준으로, 회로 종류(SELV·PELV/FELV/그 외)와 사용전압 구간에 따라 DC 시험전압과 최소 절연저항값이 정해져 있다는 것이 핵심이다.

SELV·PELV(1차·2차가 절연분리된 안전초저압 회로)는 250[V] 시험전압에 0.5[MΩ] 이상, FELV(1차·2차가 절연되지 않은 회로) 및 500[V] 이하 일반 저압회로는 500[V] 시험전압에 1.0[MΩ] 이상을 요구한다.

500[V]를 초과하는 구간은 시험전압만 1,000[V]로 올라갈 뿐 절연저항 기준은 1.0[MΩ] 이상으로 동일하므로, ④와 ⑥에는 같은 1.0을 넣고 ③·⑤의 시험전압만 다르게 채우면 된다.

[해설]

두 회로 모두 출력식을 불 대수로 세운 뒤 그대로 접점·게이트 구성으로 옮기면 되므로, 핵심은 AND(직렬/AND게이트)와 OR(병렬/OR게이트)를 논리식과 일치시키는 것이다.

(1)의 $X_1=(A\cdot B)+C$는 A·B를 먼저 직렬(AND)로 묶고 그 결과를 C와 병렬(OR)로 합치는 구조이며, (2)의 $X_2=A\cdot(B+C)$는 반대로 B·C를 먼저 병렬(OR)로 묶고 그 결과를 A와 직렬(AND)로 합치는 구조다.

두 식은 괄호 위치만 다를 뿐 사용된 접점(a접점) 개수는 같으므로, 채점에서는 직렬/병렬(AND/OR)의 순서가 식과 일치하는지가 관건이다. 무접점 회로는 이 순서를 그대로 AND 게이트·OR 게이트로 치환하면 된다.

[해설]

이 표의 값은 KEC 수용가 설비 전압강하 기준으로, 저압 수전(A유형)이 고압 이상 수전(B유형)보다 허용 전압강하가 작게 규정돼 있다는 점이 핵심이다.

조명부하는 눈부심·깜빡임 등 사용자 체감에 민감해 기타부하보다 더 엄격한(더 작은) 허용치가 적용되므로, 각 유형에서 조명 값이 기타 값보다 작다는 관계를 기억해두면 빈칸을 채우기 쉽다.

(2)에서 더 큰 전압강하가 허용되는 경우는 기동 중인 전동기처럼 일시적으로 큰 전류가 흐르는 상태, 그리고 돌입전류가 큰 기기(예: 역률개선용 콘덴서)의 투입 순간 등 정상 운전 상태가 아닌 과도현상 구간이라는 공통점이 있다.

[해설]

지중 케이블 진단은 목적에 따라 두 갈래로 나뉜다 — 사고점(고장 위치) 측정법은 이미 발생한 고장의 거리를 찾는 것이고, 절연감시법은 고장이 나기 전 절연 열화 정도를 진단하는 것이다.

Murray Loop법은 휘트스톤 브리지로 도체 저항비를, Capacity Bridge법은 정전용량비를, Pulse radar법은 펄스 반사 시간을 이용해 각각 고장점까지의 거리를 산출하므로 사고점 측정법에 속한다.

반대로 Megger법(절연저항), Tanδ법(유전손실각), 부분방전 측정법(내부 보이드 방전)은 거리가 아니라 절연체 자체의 열화 정도를 수치화하므로 절연감시법으로 분류된다.

[해설]

접지저항은 하나의 값이 아니라 전류가 흐르는 경로를 따라 세 부분의 저항이 직렬로 더해진 결과라는 점이 핵심이다.

• 접지선과 접지극 자체가 가진 도체저항
• 접지극 표면이 흙과 맞닿는 부분의 접촉저항
• 접지극 주위 흙(대지)이 갖는 대지고유저항에 의한 저항분

이 중 실제 접지저항값을 좌우하는 지배적 요소는 대체로 대지고유저항이며, 토양의 습도·조성에 따라 계절적으로 변할 수 있다는 점도 함께 이해해두면 좋다.

[해설]

(1)의 색온도와 (2)의 연색성은 모두 광원의 색 특성을 나타내지만 서로 다른 개념을 가리킨다는 점이 핵심이다.

색온도는 광원의 빛깔을 같은 빛깔을 내는 흑체의 절대온도[K]로 환산해 표시한 값으로, 광원 자체의 색감(붉은빛~푸른빛)을 나타낸다.

연색성은 광원의 분광분포에 따라 동일한 물체색이 다르게 보이는 정도를 뜻하며, 조명이 사물의 색을 얼마나 자연광과 가깝게 재현하는지를 평가하는 지표라는 차이를 구분해서 답해야 한다.

[해설]

환상(루프)식 배전방식의 핵심은 간선 양 끝을 하나의 폐루프(환상)로 이어 양방향에서 부하에 전력을 공급할 수 있게 한다는 것이다.

평상시에는 루프 중 한 지점의 연계개폐기를 열어 방사상처럼 운전하다가, 특정 구간에 고장이 나면 그 구간만 분리하고 열려 있던 연계점을 투입해 반대 방향에서 우회 공급함으로써 정전 범위를 최소화하는 것이 이 방식의 장점이다.

따라서 결선도 완성 시에는 개방된 두 끝을 서로 연결하는 구간개폐기와, 각 부하 분기점마다 구분개폐기를 표시해 무정전 절체가 가능한 형태로 그려야 한다.

[해설]

이 문제는 콘덴서 설치 전후에 선로전류를 일정하게 유지한다는 조건이 계산의 실마리로, 전류가 같으면 수전단 피상전력도 그대로 유지된다는 관계를 이용해 무효전력 변화량만큼 콘덴서 용량을 정한다.

(1)은 부하 증설 전 피상전력 $S=\sqrt3\,V I_1$을 구한 뒤, 증설 후 유효전력 600[kW]에 대응하는 무효전력과 원래 부하(역률 0.8)의 무효전력 차이를 콘덴서가 보상하도록 $Q_C=Q_L-Q_2$로 계산한다.

(2)(3)의 송전단 전압은 근사식 $V_s=V+\sqrt3\,I(R\cos\theta+X\sin\theta)$를 사용하며, 증설 후에는 전류 크기는 그대로이지만 역률이 개선되어 $\cos\theta,\ \sin\theta$가 달라진다는 점이 (2)와 (3)의 결과 차이를 만드는 핵심이다.

[해설]

이 문제는 등급별 단위면적당 전원용량[VA/㎡]에 연면적을 곱해 부하용량을 구하고(1), 여기에 그룹별 수용률과 부등률을 적용해 변압기 표준용량을 선정하는(2) 2단계 구조다.

(1)은 표의 2등급 항목값에 연면적 10,000[㎡]을 곱하고 1000으로 나눠 kVA로 환산하는 단순 대입이며, 항목별 합이 아니라 표의 합계행(157)으로 검산할 수 있다.

(2)는 세 부하군(조명·콘센트·OA기기 / 일반동력·OA동력 / 냉방동력)에 각각 다른 수용률을 적용해 그룹별 수요전력을 구한 뒤, 표준용량(200~1,000[kVA]) 중 그 값 이상인 최소 규격을 선정한다. 주변압기는 선정된 규격이 아니라 세 그룹의 수요전력 합을 부등률 1.2로 나눈 값 이상인 표준용량으로 별도 선정한다는 순서를 지켜야 한다.

[해설]

이 문제는 물이 실제로 흡수한 열량과 전열기가 투입한 전기에너지의 비로 효율을 구하는 열량-전력량 환산 문제다.

흡수열량은 $Q=mc\Delta T$[kcal]로 구하고, 전기에너지는 $W=Pt$[kWh]를 1[kWh]=860[kcal]로 환산해 같은 단위(kcal)로 맞춘 뒤 비교해야 한다.

효율 $\eta=\dfrac{Q}{860Pt}\times100$에서 시간 $t$는 반드시 [h] 단위(25분→25/60)로 넣어야 하며, 분 단위를 그대로 대입하는 것이 흔한 실수다.

[해설]

무손실 선로의 특성임피던스 $Z_0=\sqrt{L/C}$와 전파속도 $v=1/\sqrt{LC}$ 두 관계식을 연립하면 $L,\ C$를 각각 $Z_0,\ v$만으로 구할 수 있다는 것이 이 문제의 핵심이다.

두 식을 정리하면 $L=\dfrac{Z_0}{v}$, $C=\dfrac{1}{Z_0 v}$가 되며, 여기서 $v$는 문제에서 주어진 전파속도 $3\times10^5$[km/s]를 그대로 대입한다.

파장은 $\lambda=v/f$로 구하는데, 주파수 60[Hz]와 전파속도의 단위(km/s)를 그대로 나누면 파장이 [km] 단위로 나온다는 점에 유의해야 한다.

[해설]

보정률은 계기의 측정값이 참값보다 얼마나 벗어나 있는지를 나타내는 비율이므로, 참값은 측정값에서 이 오차를 역보정해 구해야 한다는 것이 핵심이다.

보정률 정의 $\varepsilon_c=\dfrac{T-M}{M}\times100$을 참값 $T$에 대해 정리하면 $T=M\left(1+\dfrac{\varepsilon_c}{100}\right)$가 되고, 여기에 음수 보정률(−0.8[%])을 그대로 대입하면 참값이 측정값보다 작아진다.

보정률을 오차율과 혼동해 부호를 반대로 적용하면 참값이 측정값보다 커지는 오답이 나오므로, 부호 처리가 채점 포인트다.

[해설]

V결선 2대의 3상 출력용량은 단상변압기 1대 용량의 $\sqrt3$배(2대 합계의 약 86.6[%])에 그친다는 점과, 철손·동손은 변압기 2대분을 모두 합산해야 한다는 점이 이 문제의 핵심이다.

출력전력은 $P_{out}=\sqrt3\,P_1\cos\theta$로 구하는데, 여기에 역률 0.5가 곱해져 실제 출력[W]이 V결선 용량의 절반에 그치므로 손실이 차지하는 비중이 커져 효율이 낮게 나온다.

효율은 $\eta=\dfrac{P_{out}}{P_{out}+P_i+P_c}\times100$으로, 분모의 손실에 철손·동손을 각각 2배로 넣는 것을 빠뜨리면 오답이 된다.

[해설]

3상 4선식에서 중성선 전류는 세 상전류를 단순히 더하는 것이 아니라 120° 위상차를 가진 벡터로 합산해야 한다는 점이 핵심이다.

역률 100[%]이면 각 상전류는 해당 상전압과 동상이므로 위상차는 오직 상 간 120°뿐이며, 이때 벡터합의 크기는 $|I_N|=\sqrt{I_a^2+I_b^2+I_c^2-I_aI_b-I_bI_c-I_cI_a}$로 정리된다.

세 상전류가 완전히 평형(크기가 같음)이면 이 식의 값이 0이 되어 중성선 전류가 흐르지 않지만, 이 문제처럼 상별 크기가 다르면(불평형) 그 차이만큼 중성선에 전류가 남는다.

[해설]

Y결선에서는 상전압에 기본파와 제3고조파가 함께 나타나지만, 선간전압에서는 각 상의 제3고조파 성분이 서로 상쇄되어 기본파만 남는다는 성질이 이 문제를 푸는 열쇠다.

이 성질 덕분에 선간전압 $V_l$로부터 기본파 상전압 $V_1=V_l/\sqrt3$을 먼저 구할 수 있고, 실측 상전압 $V_p$는 기본파와 제3고조파의 실효값 합성이므로 $V_p=\sqrt{V_1^2+V_3^2}$ 관계에서 $V_3$를 역산한다.

왜형률(THD)은 제3고조파 성분이 기본파에 대해 차지하는 비율 $V_3/V_1\times100$로 정의되며, 상전압을 그대로 왜형률 정의에 대입하는 것은 오류다.

[해설]

광속발산도 $R$는 단위 면적에서 방출되는 광속이므로, 구 표면적을 곱하면 외구가 실제로 내보내는 총광속을 구할 수 있다는 것이 이 문제의 출발점이다.

외구 표면적은 $A=4\pi r^2$(반지름 $r=0.1$[m])이고, 외구를 통과하며 투과율 90[%]만큼 손실되므로 중심 광원이 실제로 낸 광속은 $F=RA/\tau$로 나눠서 구해야 한다.

균등점광원의 광도는 $I=F/4\pi$이며, 이를 정리하면 $I=\dfrac{Rr^2}{\tau}$로 표면적의 $4\pi$가 약분되어 간단해진다는 점도 함께 알아두면 검산에 유용하다.