전기기사 실기 2021년 1회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지
- 저압으로 수전하면 조명 3%, 기타 부하 5%다.
- 고압 이상으로 수전하면 수용가 변압기의 전압강하까지 포함하므로 조명 6%, 기타 부하 8%로 여유가 더 크다.
- 기동 중인 전동기는 정격의 수 배에 이르는 기동전류가 잠깐 흐르므로 더 큰 전압강하가 허용된다.
- 역률 개선용 콘덴서처럼 돌입전류가 큰 기기도 투입 순간에 한해 더 큰 전압강하가 허용된다.
- Murray Loop법 — 휘트스톤 브리지 평형으로 도체 저항비를 구해 고장점까지 거리를 계산한다.
- Capacity Bridge법 — 건전상과 고장상의 정전용량비로 고장점까지 거리를 계산한다.
- Pulse radar법 — 펄스가 고장점에서 반사돼 돌아오는 시간으로 거리를 계산한다.
- Megger법 — 메거(절연저항계)로 절연저항을 측정한다.
- Tanδ법 — 절연체의 유전손실각(tanδ)이 커지는지를 보고 열화를 판단한다.
- 부분방전 측정법 — 절연체 내부 보이드(기포)에서 생기는 미세 방전을 검출한다.
- 도체저항 — 접지선과 접지극 금속 자체의 저항으로 보통 매우 작다.
- 접촉저항 — 접지극 표면과 흙이 맞닿는 면에서 생기는 저항이다.
- 대지저항 — 접지극 주위의 흙이 전류를 퍼뜨릴 때 생기는 저항으로 대지 고유저항에 비례한다.
| 전로의 사용전압[V] | DC시험전압[V] | 절연저항[MΩ] |
|---|---|---|
| SELV 및 PELV | ① | ② |
| FELV, 500 이하 | ③ | ④ |
| 500 초과 | ⑤ | ⑥ |
① 250
② 0.5
③ 500
④ 1.0
⑤ 1,000
⑥ 1.0
완성표
| 전로의 사용전압[V] | DC시험전압[V] | 절연저항[MΩ] |
|---|---|---|
| SELV 및 PELV | 250 | 0.5 |
| FELV, 500 이하 | 500 | 1.0 |
| 500 초과 | 1,000 | 1.0 |
※ SELV·PELV: 1·2차 절연 회로 / FELV: 비절연 회로.
[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.
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(1) A와 B를 함께 ON 하거나 C를 ON 하면 출력
① 유접점 회로
② 무접점 회로
(2) A를 ON 하고 B 또는 C를 ON 하면 출력
① 유접점 회로
② 무접점 회로
- 유접점: A·B의 a접점을 직렬 연결 → 그 직렬조에 C의 a접점을 병렬 → 출력 릴레이 코일에 직렬 접속.
- 무접점: A·B를 2입력 AND 게이트에 넣고, 그 출력과 C를 2입력 OR 게이트에 넣으면 .
(2) 출력식 . B·C를 OR(병렬)로 묶고 A와 AND(직렬)로 합친다.
- 유접점: B·C의 a접점을 병렬 연결 → 그 병렬조를 A의 a접점과 직렬 → 출력 릴레이 코일에 접속.
- 무접점: B·C를 2입력 OR 게이트에 넣고, 그 출력과 A를 2입력 AND 게이트에 넣으면 .
[해설]
릴레이 회로는 불 대수 식을 그대로 옮기면 된다. 유접점에서는 AND=직렬·OR=병렬로, 무접점에서는 AND 게이트·OR 게이트로 바꾼다.
는 A·B의 a접점을 먼저 직렬로 묶고, 그 묶음에 C의 a접점을 병렬로 붙인다. 무접점으로는 A·B를 AND 게이트에 넣고, 그 출력과 C를 OR 게이트에 넣는다.
는 반대로 B·C의 a접점을 먼저 병렬로 묶고, 그 묶음을 A의 a접점과 직렬로 잇는다. 무접점으로는 B·C를 OR 게이트에 넣고, 그 출력과 A를 AND 게이트에 넣는다.
혼동 주의: 식에서 괄호로 먼저 묶는 쪽이 회로에서도 먼저 묶는 접점조다. 직렬·병렬 순서가 식과 뒤바뀌면 다른 회로가 된다.
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(1) 다른 조건을 고려하지 않을 때, 인입구에서 기기까지의 허용 전압강하는 다음 표와 같다. 빈칸을 채우시오.
[수용가설비의 전압강하]
| 설비의 유형 | 조명[%] | 기타[%] |
|---|---|---|
| A - 저압으로 수전하는 경우 | ① | ② |
| B - 고압 이상으로 수전하는 경우a | ③ | ④ |
(2) 표보다 더 큰 전압강하를 허용할 수 있는 경우를 2가지 쓰시오.
① 3 (A형, 조명[%])
② 5 (A형, 기타[%])
③ 6 (B형, 조명[%])
④ 8 (B형, 기타[%])
완성표
| 설비의 유형 | 조명[%] | 기타[%] |
|---|---|---|
| A - 저압으로 수전하는 경우 | 3 | 5 |
| B - 고압 이상으로 수전하는 경우 | 6 | 8 |
(2) 표보다 큰 전압강하 허용 경우(2가지)
① 기동 중인 전동기
② 돌입전류가 큰 기기(역률 개선용 콘덴서 등)
※ 인정 답: 일시적 과도 과전압·비정상 사용에 의한 전압변동은 고려 제외.
[해설]
KEC 232.3.9(수용가 설비에서의 전압강하)는 인입구에서 기기까지의 허용 전압강하를 수전 방식과 부하 종류로 나눠 정한다.
조명은 기타 부하보다 2%p 엄격하게 정해져 있다.
고압 이상 수전은 저압 수전보다 3%p 여유가 있다.
일시적인 과도과전압과 비정상 사용에 의한 전압변동은 더 큰 강하를 허용하는 경우가 아니라 아예 고려하지 않는 항목이다.
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【보기】
① Megger 법 ② Tanδ 법 ③ 부분방전 측정법
④ Murray Loop 법 ⑤ Capacity Bridge 법 ⑥ Pulse radar 법
- Murray Loop: 휘트스톤 브리지(도체 저항비)로 거리 산정
- Capacity Bridge: 정전용량비로 거리 산정
- Pulse radar: 펄스 반사 시간으로 거리 산정
(2) 절연감시법: ① Megger, ② Tanδ, ③ 부분방전
- Megger: 절연저항 측정
- Tanδ: 유전손실각 측정
- 부분방전: 절연체 내부 보이드 방전 측정
→ 모두 절연 열화 진단.
[해설]
지중 케이블 진단은 두 가지로 나뉜다. 이미 난 고장의 위치를 찾는 사고점 측정법과, 고장이 나기 전에 절연 상태를 진단하는 절연감시법이다.
외우는 요령: 거리를 구하는 방법(Murray Loop·Capacity Bridge·Pulse radar)은 사고점 측정법이다. 절연 상태를 수치로 재는 방법(Megger·Tanδ·부분방전)은 절연 열화 진단, 즉 절연감시법이다.
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① 접지선·접지극 자체의 도체저항
② 접지극 표면과 대지(토양) 사이의 접촉저항
③ 접지극 주위 대지의 저항(대지 고유저항)
[해설]
접지저항은 전류가 접지극을 거쳐 대지로 퍼져 나가는 경로에 있는 저항들이 직렬로 합쳐진 값이다.
실제 접지저항은 대부분 대지저항이 좌우하며, 토양의 수분과 온도에 따라 계절마다 달라진다.
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(1) 어떤 광원의 광색이 특정 온도 흑체의 광색과 일치할 때, 그 흑체 온도를 무엇이라 하는가?
(2) 같은 색이라도 비추는 빛에 따라 다르게 보이는 성질을 무엇이라 하는가?
- 광원의 광색을 같은 광색의 흑체 절대온도[K]로 표시한 값.
(2) 연색성(color rendering)
- 광원의 분광분포에 따라 색이 다르게 보이는 성질.
[해설]
두 용어 모두 광원의 색 특성을 나타낸다. 색온도는 광원 자체의 빛깔을, 연색성은 광원이 물체 색을 어떻게 보이게 하는지를 말한다.
색온도는 광원의 광색을 같은 광색을 내는 흑체의 절대온도[K]로 표시한 값이다. 값이 낮을수록 붉은빛, 높을수록 푸른빛을 띤다.
연색성은 광원의 분광분포에 따라 같은 물체색이 다르게 보이는 성질이다. 연색평가수(Ra)로 나타내며, 자연광에 가까울수록 100에 가깝다.
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완성 방법
- 개방된 루프의 한쪽을 구간개폐기(또는 연계 차단기)로 다른 간선과 이어 폐루프로 결선.
- 정상 시: 연계점 상시개방 개폐기로 한쪽을 열어 운전.
- 고장 시: 고장구간 분리, 연계점 투입으로 무정전 양방향 공급.
- 각 분기 부하점(부하 1·2·3)에 분기선·구분개폐기 표시.
[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.
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(1) 필요한 전력용 콘덴서 용량[kVA]
(2) 부하 증가 전 송전단 전압[V]
(3) 부하 증가 후 송전단 전압[V]
[A]
전류·수전단 전압 일정 → 수전단 피상전력도 일정
[kVA]
(1) 600[kW] 후 수전단 무효전력
[kVar]
부하 무효전력(역률 0.8)
[kVar]
콘덴서 용량
[kVA]
(2) 증가 전(520[kW], 역률 0.8) 송전단 전압(근사식)
[V]
(3) 증가 후 전류는 불변, 개선 역률
[V]
[해설]
콘덴서를 달아 선로전류와 수전단 전압을 일정하게 유지하면 수전단 피상전력도 그대로다. 따라서 늘어난 유효전력만큼 콘덴서가 무효전력을 줄여 줘야 한다.
증설 전 전류와 피상전력
[A]
[kVA]
콘덴서 용량
[kVar]
[kVar]
[kVA]
송전단 전압(근사식)
증설 전: [V]
증설 후 역률
[V]
혼동 주의: 증설 후에도 전류 크기는 같고 역률만 개선되므로 송전단 전압은 오히려 조금 낮아진다.
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[등급별 추정 전원 용량 VA/㎡]
| 내용 \ 등급별 | 0등급 | 1등급 | 2등급 | 3등급 |
|---|---|---|---|---|
| 조명 | 32 | 22 | 22 | 29 |
| 콘센트 | - | 13 | 5 | 5 |
| 사무자동화(OA) 기기 | - | - | 34 | 36 |
| 일반동력 | 38 | 45 | 45 | 45 |
| 냉방동력 | 40 | 43 | 43 | 43 |
| 사무자동화(OA) 동력 | - | 2 | 8 | 8 |
| 합계 | 110 | 125 | 157 | 166 |
(1) 연면적 10000[㎡] 인텔리전트 2등급 사무실 빌딩의 부하용량을 표에 따라 구하시오. (조명·콘센트·OA기기·일반동력·냉방동력·OA동력·합계, 면적 적용 부하용량[kVA])
(2) (1)에서 수용률은 조명·콘센트·OA기기 0.7, 일반동력·OA동력 0.5, 냉방동력 0.8, 주변압기 부등률 1.2. 2단강압방식으로 변압기 용량별 변전설비 용량을 산출하시오. (조명·콘센트·OA기기를 3상 변압기 1대, 일반동력·OA동력을 3상 변압기 1대, 냉방동력을 3상 변압기 1대, 이들에 대한 주변압기 1대 사용. 변압기 용량은 표에서 선정)
① 조명·콘센트·OA기기용 변압기 용량
② 일반동력·OA동력용 변압기 용량
③ 냉방동력용 변압기 용량
④ 주변압기 용량
(변압기 용량[kVA] 선정표: 200 / 300 / 400 / 500 / 750 / 1000)
(3) 주변압기에서 각 부하에 이르는 변전설비 단선 계통도를 간단히 그리시오.
| 부하내용 | 면적 적용 부하용량[kVA] |
|---|---|
| 조명 | 22×10000/1000 = 220 |
| 콘센트 | 5×10000/1000 = 50 |
| OA기기 | 34×10000/1000 = 340 |
| 일반동력 | 45×10000/1000 = 450 |
| 냉방동력 | 43×10000/1000 = 430 |
| OA동력 | 8×10000/1000 = 80 |
| 합계 | 157×10000/1000 = 1,570 |
(2) 그룹별 수용률 적용 → 표준용량 선정
① 조명+콘센트+OA기기 = (220+50+340)×0.7 = 610×0.7 = 427 [kVA] → 500[kVA]
② 일반동력+OA동력 = (450+80)×0.5 = 530×0.5 = 265 [kVA] → 300[kVA]
③ 냉방동력 = 430×0.8 = 344 [kVA] → 400[kVA]
④ 주변압기 = (427+265+344)/1.2 = 1036/1.2 ≈ 863.3 [kVA] → 1000[kVA]
※ 부등률은 합성수요전력에 적용. 863.3kVA를 만족하는 표준용량 1000kVA 선정.
[해설]
부하용량은 등급별 단위면적당 추정 전원용량[VA/㎡]에 연면적을 곱해 구한다. 여기에 그룹별 수용률을 적용해 변압기 용량을 정하고, 주변압기 용량은 부등률로 정한다.
부하용량은 2등급 값에 10,000[㎡]을 곱하고 1,000으로 나눠 [kVA]로 바꾼다.
조명 220, 콘센트 50, OA기기 340, 일반동력 450, 냉방동력 430, OA동력 80[kVA]
합계 = 157×10000/1000 = 1,570[kVA]
조명·콘센트·OA기기용 = (220+50+340)×0.7 = 427[kVA] → 500[kVA]
일반동력·OA동력용 = (450+80)×0.5 = 265[kVA] → 300[kVA]
냉방동력용 = 430×0.8 = 344[kVA] → 400[kVA]
주변압기 = (427+265+344)/1.2 ≈ 863.3[kVA] → 1000[kVA]
변압기마다 계산값 이상인 가장 작은 표준용량을 고른다.
혼동 주의: 주변압기 용량은 선정한 표준용량(500+300+400)의 합으로 구하지 않는다. 세 그룹 수요전력의 합을 부등률로 나눈 값으로 정한다.
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[kcal]
입력 전기에너지 (1[kWh]=860[kcal])
[kWh] [kcal]
효율
[%]
[해설]
효율은 물이 흡수한 열량을 전열기에 넣은 전기에너지로 나눈 값이다. 두 값의 단위는 1 kWh = 860 kcal로 환산해 맞춘다.
흡수열량(1 L = 1 kg, 물의 비열 1 kcal/kg·℃)
[kcal]
입력 에너지
[kcal]
효율
[%]
혼동 주의: 시간은 반드시 시간 단위로 넣는다(25분 → 25/60 h).
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(1) 다음을 구하시오.
① 인덕턴스[H/km]
② 커패시턴스[F/km]
(2) 파장[km]은?
(1) ① [H/km]
② [F/km]
(2) 파장
[km]
[해설]
무손실 선로에서는 특성임피던스 와 전파속도 두 식을 연립하면 L과 C를 구할 수 있다.
,
인덕턴스
[H/km]
커패시턴스
[F/km]
파장
[km]
전파속도를 [km/s] 단위로 대입했기 때문에 L·C·파장이 모두 km 기준 단위로 나온다.
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[V]
[해설]
보정률은 측정값 M을 참값 T로 고치기 위한 비율로, 측정값을 기준으로 정의한다.
참값에 대해 정리해 대입한다.
[V]
혼동 주의: 오차율은 (M−T)/T로 보정률과 부호가 반대라서, 보정률이 음수면 참값이 측정값보다 작아진다.
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[kVA]
출력전력 (역률 0.5)
[W]
손실(2대분): 철손 [W], 동손 [W]
효율
[%]
[해설]
V결선의 출력은 단상변압기 1대 용량의 배다. 손실은 변압기 2대분의 철손과 동손을 모두 더한다.
출력
[W]
손실
[W]
효율
[%]
혼동 주의: 철손·동손을 1대분만 넣으면 오답이다. 역률이 0.5로 낮아 출력이 작기 때문에 손실 비중이 커지고, 그만큼 효율이 낮게 나온다.
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크기
[A]
[해설]
역률이 100%이면 각 상전류는 상전압과 위상이 같으므로, 상전류끼리는 서로 120° 위상차를 가진다. 중성선 전류는 세 상전류의 벡터합이다.
벡터합의 크기
[A]
혼동 주의: 세 상전류의 크기가 같은 평형 상태이면 중성선 전류는 0이 된다. 상전류의 크기만 단순히 더하거나 빼면 틀린다.
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(1) 제3고조파 전압[V]
(2) 전압의 왜형률[%]
기본파 상전압
[V]
(1) 이므로 제3고조파 전압
[V]
(2) 왜형률
[%]
[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 로부터 기본파 상전압 을 먼저 구할 수 있고, 실측 상전압 는 기본파와 제3고조파의 실효값 합성이므로 관계에서 를 역산한다.
왜형률(THD)은 제3고조파 성분이 기본파에 대해 차지하는 비율 로 정의되며, 상전압을 그대로 왜형률 정의에 대입하는 것은 오류다.
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외구 표면적 (반지름 [m])
[m²]
외구 방출 총광속
[lm]
투과율 0.9이므로 중심 광원 광속
[lm]
균등점광원 광도
[cd]
[해설]
광속발산도 [rlx]는 단위 면적당 방출되는 광속이므로, 외구 표면적을 곱하면 외구가 내보내는 총광속이 된다. 외구를 통과한 광속은 광원 광속에 투과율 0.9를 곱한 값이다.
외구 표면적 (반지름 0.1[m])
[m2]
외구 방출 광속
[lm]
광원 광속
[lm]
광도
[cd]
혼동 주의: 문제에 주어진 값은 지름 20[cm]이므로 반지름 0.1[m]를 대입해야 한다.
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