전기기사 실기 2021년 3회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

래더를 논리회로로 바꿀 때는 a접점은 그대로, b접점은 NOT으로 두고, 직렬은 AND·병렬은 OR로 옮긴다.

P010 자기유지 접점은 P000·P001 직렬군과 병렬이고, P003·P004 직렬군은 P002 뒤 마디로 합류한다.
$P010 = \{(P000 \cdot \overline{P001} + P010) \cdot \overline{P002}\} + (P003 \cdot P004)$

• P000과 NOT P001을 AND — 1행 앞쪽 직렬.
• 그 결과와 P010을 OR — 출력을 입력으로 되먹이는 자기유지.
• 그 결과와 NOT P002를 AND — P002 b접점 직렬.
• P003과 P004를 AND — 3행 직렬군.
• 두 결과를 OR — 코일 직전 마디의 병렬 합류로 P010 출력.

혼동 주의: P003·P004 항은 P002 뒤에서 합류하므로 NOT P002와 곱해지지 않는 별도 OR항이다.

[해설]

자기유지·타이머 순차제어에 EOCR(전자식 과전류계전기) 트립 보호를 더한 시퀀스다. 접점은 동작설명 순서대로 채운다.

• 기동 — 누르는 동안만 닫히는 PB1에 MC1-a를 병렬로 달아, 손을 떼도 MC1·T1이 유지되고 MC1-a로 GL이 켜진다.
• T1 한시 후 — T1 한시a접점이 닫혀 MC2·T2가 여자되고, MC1 유지회로에 직렬로 넣은 MC2-b가 열려 MC1이 풀리면서 GL이 꺼진다.
• 점멸 — FR(플리커릴레이, 일정 주기로 a·b접점을 번갈아 여닫는 릴레이)이 동작해 FR-a로 RL, FR-b로 YL이 번갈아 켜지고, 부저는 YL과 엇갈려 울린다.
• T2 한시 후 — T2 한시b접점이 열려 MC2·T2가 풀리고, 이어서 FR·RL·YL이 꺼지며 부저도 멈춘다.
• 과전류 — EOCR-b를 전원선에 직렬로 두어 트립 시 회로 전체를 끊고, EOCR-a로 WL을 켠다.

정지용 PB0(b접점)는 EOCR-b와 함께 공통 전원선에 직렬로 들어가 있어서, 누르면 회로 전체가 처음 상태로 돌아간다.

혼동 주의: 한시a접점은 설정시간이 지나면 닫히고, 한시b접점은 설정시간이 지나면 열린다.

[해설]

전기안전관리자의 직무에 관한 고시 별표에서 정한 계측장비 권장 교정주기로 보면, 표에 있는 다섯 장비는 모두 1년이다.

• 계전기 시험기는 보호계전기의 동작값·동작시간을 시험하는 장비로 1년마다 교정한다.
• 절연내력 시험기는 고전압을 가해 절연을 확인하는 장비로 1년마다 교정한다.
• 절연유 내압 시험기는 변압기 절연유의 절연파괴전압을 재는 장비로 1년마다 교정한다.
• 적외선 열화상 카메라는 접속부 과열을 찾는 장비로 1년마다 교정한다.
• 전원 품질 분석기는 고조파·전압변동 등을 측정하는 장비로 1년마다 교정한다.

외우는 요령: 전기안전관리자가 쓰는 계측장비 교정주기는 모두 1년이다.

[해설]

케이블공사는 케이블 자체의 절연체와 외장이 전선을 보호하므로, 저압 배선 공사방법 중 시설장소 제한이 가장 적다.

따라서 옥내(건조한 장소·습기가 많은 장소), 옥측(우선내·우선외), 옥외, 물기가 있는 장소의 모든 칸이 O이다.

혼동 주의: 금속덕트공사와 라이팅덕트공사는 옥내의 건조한 장소로 제한되므로, 이런 표 문제에서 X가 섞이는 대표 공사방법이다.

[해설]

설계감리업무 관련 서류는 설계 단계에서 감리원이 작성·비치하는 서류들로, 공사기성신청서는 시공 단계에서 수급인이 기성금을 청구할 때 쓰는 서류이므로 성격이 다르다.

근무상황부·설계감리일지·설계감리기록부·협의사항 기록부·검토결과·검토의견서 등은 모두 설계감리 과정을 기록해 발주자에게 제출하는 서류인 반면, 공사기성신청서는 설계가 아닌 시공관리 영역의 서류라는 점이 구분 기준이다.

[해설]

비율차동계전기(87)는 정상·외부고장 시 양측 CT 2차 전류의 크기·위상이 같아 차전류가 0이어야 한다. Δ-Y 변압기는 1·2차 전류에 30° 위상차를 만들므로 CT를 변압기와 반대로 결선해 상쇄한다.

• 1차측(변압기 Δ) CT — 2차를 Y(성형)로 결선한다.
• 2차측(변압기 Y) CT — 2차를 Δ(환상)로 결선한다.

위상을 맞춘 양측 CT 2차 회로를 87R·87S·87T 동작코일에 연결하면 내부고장 시에만 차전류가 흘러 동작한다. CT 비는 양측 2차 정격전류가 같아지도록 정한다.

[해설]

발전기 용량은 각 부하의 입력 kVA를 구한 뒤 수용률을 곱해 합산한다.

전동기 입력은 $\dfrac{\text{출력}}{\eta\cos\theta}$로 환산하며, 입력이 가장 큰 37kW(53.47kVA) 1대만 100%이고 나머지는 80%이다.
$53.47\times1.0+(32.78\times2+17.01\times2+8.39)\times0.8=139.85$ [kVA]

전등·기타는 역률과 수용률이 모두 100%이므로 50kVA를 그대로 더한다.
$139.85+50=189.85$ [kVA] → 표준출력 중 이를 넘는 최소값인 200 [kVA]

혼동 주의: 2대씩인 22kW와 11kW는 1대 입력에 2를 곱해야 하며, 계산값보다 큰 최소 표준용량으로 올려서 선정한다.

[해설]

광속법 조명설계는 총 광속 NF = EAD/U를 기본식으로 쓴다. 표는 실지수 기호표 → 조명률·감광보상률표 → 백열등 특성표 순서로 찾는다.

광원 높이는 작업면(바닥)에서 광원까지의 거리이므로, 천장고에서 천장면하 거리 1[m]를 뺀다.
$H=9-1=8$ [m]

실지수는 방의 가로·세로와 광원 높이로 방의 형태를 수치로 나타낸 값이다.
$RI=\dfrac{XY}{H(X+Y)}=\dfrac{50\times25}{8\times(50+25)}\fallingdotseq2.08$
표1의 2.25~1.75 구간 → 기호 E, 실지수 2.0

표2의 E 2.0 행에서 천장 반사율 0.30·벽 0.3 칸을 읽으면 $U=0.47$이다. 감광보상률은 전구·보수상태 "양" 칸에서 $D=1.3$이다.

총 광속을 구한 뒤 총 등수 8×4=32등으로 나눠 한 등의 광속을 구한다.
$NF=\dfrac{EAD}{U}=\dfrac{200\times(50\times25)\times1.3}{0.47}\fallingdotseq691{,}489$ [lm]
$F=\dfrac{691{,}489}{32}\fallingdotseq21{,}609$ [lm]

표3에서 가장 가까운 규격은 1000[W](21,000[lm])이다. 표의 광속은 약 ±10[%] 허용차가 있는 중심값이라 21,609[lm]와의 차이는 이 범위 안에 든다.

혼동 주의: 보수에 따른 광속 감소를 미리 채워 주는 감광보상률 D는 분자에, 조명률 U는 분모에 온다.

[해설]

전기설비기술기준(KEC)의 절연내력 시험전압은 최대사용전압에 전압 구간과 접지방식별 배율을 곱해 구한다. 이 문제는 단서(정격전압으로 계산)에 따라 최대사용전압을 154kV 그대로 쓴다. 154kV는 60kV 초과 170kV 이하 중성점 직접접지식에 해당하므로 배율 0.72배를 쓴다.

시험전압
$154{,}000 \times 0.72 = 110{,}880$ [V]

시험방법은 110,880V를 전로와 대지 사이에 연속 10분간 가해 견디는지 확인하는 것이다. 혼동 주의: 단서 없이 공칭전압을 최대사용전압으로 환산하라고 하면 154,000×1.15/1.1=161,000V에 0.72배를 곱한다. 170kV 초과 직접접지식(발·변전소 등)은 배율이 0.64배다.

[해설]

역률 개선용 콘덴서 용량은 개선 전후의 무효전력 차인 $Q_c=P(\tan\theta_1-\tan\theta_2)$이다.

콘덴서 용량은 다음과 같다.
$Q_c=18.5\times(1.0202-0.4843)=9.91$ [kVA]

Y결선은 각 상에 상전압 $V/\sqrt3$가 걸리므로 $Q_c=2\pi fCV^2$이 된다.
$C=\dfrac{9.91\times10^3}{2\pi\times60\times380^2}\approx182.1\times10^{-6}$ [F] → 182.1 [μF]

혼동 주의: Δ결선은 각 상에 선간전압이 걸려 $Q_c=3\cdot2\pi fCV^2$이므로, 같은 용량이면 Y결선에 필요한 정전용량이 Δ결선의 3배이다.

[해설]

KEC 보호도체 단면적 식은 자동차단시간 5초 이내에 쓰며, 고장전류가 흐르는 짧은 동안 열이 밖으로 빠지지 않는다고 보는 단열 가정 식이다.

k=143은 보호도체 재질과 절연물 종류로 정해지는 상수다.

최소 단면적
$S = \dfrac{\sqrt{I^2 t}}{k} = \dfrac{\sqrt{48{,}162^2 \times 0.1}}{143}$
$= 106.5$ [mm²]
설계여유 적용
$106.5 \times 1.25 = 133.13$ [mm²]

t에는 자동차단 한계인 5초가 아니라 보호장치 실제 차단시간 0.1초를 넣고, 마지막에 1.25배 여유를 곱한다.

[해설]

3상 기본파 전류는 피상전력을 $\sqrt3V$로 나눠 구한다.
$I_1=\dfrac{200\times10^3}{\sqrt3\times200}=577.35$ [A]

이상적인 6펄스 정류기에서 제n고조파는 기본파의 1/n이며, 여기에 저감계수 0.5를 곱한다.
$I_5=\dfrac{577.35}{5}\times0.5=57.74$ [A]

혼동 주의: 6펄스 정류기의 고조파 차수는 6n±1(제5·7·11·13차)이며, 제3고조파는 이론상 나타나지 않는다.

[해설]

머레이 루프법은 건전 도체와 고장 도체를 끝에서 이어 루프로 만들고 휘트스톤 브리지 평형 조건으로 고장점을 찾는다. 그림에서 90[Ω] 변은 고장 도체의 X 구간 쪽, 170[Ω] 변은 건전 도체를 거쳐 돌아오는 나머지(2L−X) 쪽이다.

루프 전체는 왕복 2L = 2 × 4 = 8[km]이고, 평형 시 마주 보는 변의 곱이 같다.
$P \cdot X = Q(2L - X)$
$X = \dfrac{Q}{P+Q} \times 2L = \dfrac{90}{170+90} \times 8$
$X = 2.77$ [km]

도체 저항 0.2[Ω/km]는 양변에 똑같이 곱해져 상쇄되므로 결과에 영향이 없다.

[해설]

리액턴스를 무시하므로 3상 전압강하 $e=\sqrt3\,IR$(저항분만 작용)에서 선로저항을 역산하고, 고유저항식 $R=\rho\dfrac{L}{A}$로 단면적을 구한다.

$I=\dfrac{1000\times10^3}{\sqrt3\times3150}=183.3$ [A]
$e=3300-3150=150$ [V]
$R=\dfrac{150}{\sqrt3\times183.3}=0.4725$ [Ω]
$A=1.818\times10^{-2}\times\dfrac{3000}{0.4725}=115.43$ [mm²]

계산값 이상인 규격 중 가장 작은 120 mm²를 고른다. 혼동 주의: L은 왕복이 아닌 1선 길이 3,000 m이다.

[해설]

이 문제는 발전기·변압기·선로 각 구간의 %임피던스를 하나의 기준용량(10,000kVA)으로 통일해 합성한 뒤, 이를 이용해 단락용량·단락전류·차단기 정격을 차례로 구하는 절차형 문제다.

변압기 %X는 명판용량 기준값을 $\%X'=\%X\times(P_n/P)$로 환산하고, 선로는 구간별 %r·%x에 각 구간 길이(km)를 곱해 누적한 뒤 전체를 $\%Z=\sqrt{\%R^2+\%X^2}$로 합성하는 순서가 핵심이다.

3상 단락용량은 $P_s=(100/\%Z)\times P_n$, 단락전류는 같은 비율을 기준전류에 곱해 구하며, 정격차단용량은 계산된 단락용량 이상인 표준 차단용량 계열 중 최소값으로 선정한다.