전기기사 실기 2022년 3회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

한국전력의 특고압 간이수전설비 표준결선도 기준에서 정해진 생략 가능 조건·회선수·케이블 종류·개폐기 대체 규정을 그대로 답한 것이다.

결선도에서 생략할 수 있는 것은 LA용 DS(단로기)로, 22.9[kV-Y]용 피뢰기를 단로기(Disconnector) 붙임형으로 사용하기 때문이다. 인입선이 지중이고 보호장치를 갖춘 경우에는 자동고장구분개폐기(ASS)도 생략할 수 있다.

공동주택 등 정전 피해가 큰 수용가는 예비지중선을 포함해 2회선으로 인입하는 것이 원칙이며, 지중선에는 CNCV-W(수밀형) 또는 TR CNCV-W(트리억제형) 케이블을, 난연이 요구되는 장소에는 FR CNCO-W 케이블을 쓴다.

300[kVA] 이하의 소용량 설비는 자동고장구분개폐기(ASS) 대신 더 간단한 인터럽터 스위치로 대체할 수 있다.

[해설]

상용전원과 발전기(예비전원)를 동시에 투입하면 위상·전압 차로 사고가 나므로, 인터록(interlock)으로 두 차단기가 동시에 닫히지 않게 막는다.

실제 전원 전환은 절환개폐기(ATS)가 맡아, 한쪽 전원만 부하에 연결되도록 기계적·전기적으로 순차 절환한다.

즉 인터록은 동시 투입 자체를 물리적으로 불가능하게 만드는 구속 장치이고, 절환개폐기는 부하를 어느 전원에 물릴지 옮겨 주는 전환 장치라는 점에서 역할이 구분된다.

[해설]

네 계전기는 모두 정정값과 비교해 이상 여부를 판단하는 보호계전기로, 감시하는 전기량과 동작 조건이 각각 다르다.

OCR은 전류가 정정값을 초과할 때, OVR은 전압이 상승할 때, UVR은 반대로 전압이 떨어질 때 동작하며, GR은 정상 시 0에 가까운 영상전류가 지락으로 커질 때 동작한다.

채점 포인트는 영문 약호를 Over/Under + Current/Voltage/Ground + Relay로 정확히 풀어 과전류·과전압·부족전압·지락 계전기라고 쓰는 것이다.

[해설]

수용률은 실제 동시에 쓰이는 최대전력이 설비용량 전체에 비해 얼마나 되는지를 나타내는 비율이다.

$\text{수용률}=\dfrac{\text{최대수요전력[kW]}}{\text{설비용량의 합계[kW]}}\times100$[%]로 정의된다.

변압기·간선 용량을 설비용량 그대로가 아니라 수용률을 반영해 산정하는 근거가 되는 지표다.

[해설]

세 가지 모두 리액터이지만 접속 위치와 목적이 다르므로 이름이 구분된다.

• 한류리액터는 회로에 직렬로 넣어 단락사고 시 흐르는 단락전류를 제한한다.
• 분로리액터(병렬리액터)는 선로에 병렬로 연결해 경부하 시 충전전류에 의한 페란티 현상(수전단 전압 상승)을 억제한다.
• 소호리액터는 중성점에 접속해 1선 지락 시 발생하는 아크를 소호시킨다.

① 내압(耐壓) 방폭구조
② 압력(壓力) 방폭구조
③ 유입(油入) 방폭구조
④ 안전증 방폭구조
⑤ 본질안전 방폭구조

[해설]

내압 방폭구조는 용기 내부의 폭발압력에 견디고 화염이 외부 폭발성 가스로 전파되지 않도록 한 구조, 압력 방폭구조는 용기 내부에 보호기체를 넣어 외부 폭발성 가스의 침입을 막는 구조, 유입 방폭구조는 아크·불꽃이 발생하는 부분을 기름 속에 넣어 점화를 방지하는 구조이다.

안전증 방폭구조는 정상 운전 중 아크·과열이 생기지 않도록 기계적·전기적 안전도를 높인 구조, 본질안전 방폭구조는 정상 시 및 사고 시 발생하는 불꽃·열이 점화원이 되지 않음을 시험으로 확인한 구조이다.

이 밖에 충전(充塡)·몰드·비점화 방폭구조 등이 있으며, 3가지·4가지를 요구하는 문제도 위 순서대로 답하면 된다.

[해설]

AND-AND-OR 구조 그대로를 논리식과 릴레이 회로로 옮기면 된다.

A, B가 첫 AND를 거쳐 $A\cdot B$가 되고, 그 출력과 C가 둘째 AND를 거쳐 $A\cdot B\cdot C$가 된 뒤 D와 OR로 묶이므로 출력은 $X=A\cdot B\cdot C+D$이다.

유접점 회로에서는 AND는 접점의 직렬, OR는 가지의 병렬로 표현하므로, A·B·C a접점을 직렬로 이은 가지와 D a접점 가지를 병렬로 묶어 X 코일에 연결한다.

[해설]

이 회로는 자기유지(self-holding) 구조로, 한 번 세트되면 정지 입력이 들어오기 전까지 스스로 동작을 유지한다.

출력식은 $X=A\cdot B+\overline{C}\cdot X$이며, A·B가 동시에 1이 되는 순간 X가 1로 세트된다.

이후에는 되먹임 항 $\overline{C}\cdot X$가 C=0인 동안 X=1을 유지시키고, C가 1이 되면 $\overline{C}=0$이 되어 유지가 풀린다.

유접점 회로에서는 A·B 직렬 가지에 자기유지 접점 X를 병렬로 붙이고, 이 전체를 C의 b접점과 직렬로 연결해 정지 기능을 준다.

[해설]

완전 지락(저항 0)이 나면 지락상의 대지전압은 0, 나머지 건전상의 대지전압은 상전압이 아니라 선간전압 수준(상전압의 √3배)으로 올라간다는 원리를 그대로 적용한 문제다.

1차측 정상 상전압은 $6600/\sqrt{3}\fallingdotseq3810.5$[V]이며, A선 지락 시 B·C선 대지전압은 이 값의 √3배인 6,600[V]로 상승한다.

2차측도 같은 원리로, 정상 상전압 $110/\sqrt{3}\fallingdotseq63.5$[V]가 지락 시 110[V]로 올라간다.

개방델타(broken delta)로 묶은 2차 3상 전압의 합은 정상 시 0이지만, 완전 1선 지락 시에는 영상전압의 3배인 $3\times110/\sqrt{3}=110\sqrt{3}\fallingdotseq190.5$[V]가 나타나며, 전압계와 경보벨은 이 잔류전압을 그대로 받는다.

[해설]

하루 평균 발생 전력량을 구한 뒤, 열효율 정의식을 거꾸로 풀어 필요한 연료소비량을 구하는 문제다.

평균출력은 최대출력에 부하율을 곱한 값이므로 하루 발전전력량은 $W=400\times0.4\times24=3{,}840$[kWh]이다.

열효율 $\eta=\dfrac{860\,W}{B\cdot H}$을 B에 대해 풀면 $B=\dfrac{860\times3{,}840}{0.36\times9{,}600}\fallingdotseq955.56$[ℓ]가 된다.

[해설]

2전력계법에서는 두 전력계 지시값을 더하기만 하면 3상 유효전력이 되므로 별도의 위상 보정이 필요 없다.

$P=W_1+W_2=2.6+5.4=8$[kW]이고, 피상전력은 선전류·선간전압으로 $S=\sqrt{3}\,V\,I=\sqrt{3}\times220\times25\fallingdotseq9{,}526.28$[VA]로 구한다.

역률은 $\cos\theta=\dfrac{P}{S}\times100\fallingdotseq83.98$[%]로, 유효전력과 피상전력의 비로 정의된다.

[해설]

부하전압과 유효전력이 일정하게 유지되므로, 역률이 개선되면 선전류가 줄어 전압강하와 전력손실이 함께 낮아진다는 원리를 이용한다.

전압강하는 $e=\dfrac{P}{V}(R+X\tan\theta)$로 표현되므로, $\tan\theta$가 0.75에서 약 0.3287로 작아지면 500[V]에서 359.56[V]로 줄어 개선 후 비율은 약 71.91[%]가 된다.

전력손실은 전류의 제곱에 비례하고 전류는 역률에 반비례하므로, 손실비는 $(\cos\theta_1/\cos\theta_2)^2$로 계산되어 약 70.91[%]가 된다.

전압강하는 저항분 R이 그대로 남아 $X\tan\theta$ 항만 줄지만 전력손실은 $1/\cos^{2}\theta$에 비례해 줄기 때문에, 같은 역률 개선이라도 두 개선 비율이 서로 다르게 나온다는 점이 채점 포인트다.

[해설]

광원에서 점 P까지의 실제 거리와 입사각을 구한 뒤, 조도의 정의식에 대입하는 문제다.

거리는 $r=\sqrt{5^2+7.5^2}\fallingdotseq9.01$[m]이고, 연직선 기준 입사각은 $\cos\theta=5/r,\ \sin\theta=7.5/r$로 구한다.

수평면 조도는 $E_h=\dfrac{I}{r^2}\cos\theta$, 수직면 조도는 $E_v=\dfrac{I}{r^2}\sin\theta$로, 같은 광도·거리에서 입사각의 코사인·사인만 다르게 곱한다는 점이 핵심이다.

[해설]

등수부터 등간격, 주파수 변경의 영향, 등간격 기준까지 조명설계 전반을 묻는 문제로, 각 항목은 표준 공식과 관용 기준을 그대로 적용한 값이다.

등수는 $N=\dfrac{E\cdot A\cdot D}{F\cdot U}=\dfrac{200\times200\times1.2}{2{,}500\times0.6}=32$[등]이며, 여기서 감광보상률(D)은 등의 광속 감쇠를 보정하기 위해 곱해준다.

32등을 가로 8열×세로 4열로 고르게 배치하면 등간격은 가로·세로 모두 2.5[m]가 되고, 벽까지의 간격은 관례상 등간격의 절반(1.25[m])으로 둔다.

60[Hz]용 형광등을 50[Hz]에서 쓰면 안정기 리액턴스가 줄어 전류가 늘기 때문에 광속은 증가하고 점등(시동)에 걸리는 시간은 길어지며, 일반적으로 등간격은 등 높이의 1.5배 이하로 두는 것이 권장 기준이다.

[해설]

실지수는 방의 가로·세로에 비해 작업면 위 등고가 얼마나 되는지를 나타내는 형상 지표로, 조명률을 정할 때 쓰인다.

등고는 천장고에서 작업면고를 뺀 3[m]이며, 실지수는 $RI=\dfrac{X\cdot Y}{H(X+Y)}=\dfrac{10\times16}{3\times26}\fallingdotseq2.05$로 구한다.

등기구 1개가 형광등 2등(F40×2)이므로 등기구당 광속은 6,300[lm]이 되고, 등기구 수는 $N=\dfrac{E\cdot A}{F\cdot U\cdot M}=\dfrac{300\times160}{6{,}300\times0.61\times0.7}\fallingdotseq17.84$로 계산되어 18등기구로 올림한다.

[해설]

두 변압기의 내부저항 대 리액턴스 비가 같다는 조건 덕분에 위상차 없이 분담전력을 (정격용량/%임피던스)의 비로만 나눌 수 있다.

$P_A/\%Z_A=20/4=5$, $P_B/\%Z_B=75/5=15$로 분담비는 1:3이 되며, 이 비율대로 부하 60[kVA]·120[kVA]를 나누면 각각 15/45[kVA], 30/90[kVA]가 된다.

120[kVA] 때는 B변압기(90[kVA])가 정격 75[kVA]를 넘어 과부하가 되므로, 두 변압기 모두 정격을 넘지 않는 한계는 먼저 정격에 도달하는 쪽(A, 80[kVA] 시점)이 기준이 되어 최대 부하용량은 80[kVA]이다.

[해설]

전류·전압강하 조건으로 전선 굵기를 먼저 정하고, 그 굵기로 전선관 규격을 정한 뒤 마지막으로 설비불평형률을 확인하는 순서로 푸는 문제다.

부하가 더 큰 A선 전류 $I=5{,}000/110\fallingdotseq45.45$[A]와 허용 전압강하 $e=110\times0.02=2.2$[V]를 전선 단면적 공식 $A=\dfrac{17.8\,L\,I}{1{,}000\,e}$에 대입하면 약 36.78[mm²]가 나와, 이보다 큰 표준 굵기 50[mm²]를 선정한다.

[표 2]에서 50[mm²] 전선의 피복 포함 단면적은 128[mm²]이므로 3가닥의 총점유면적은 384[mm²]이고, 점유율 48[%] 이내 조건을 맞추려면 관 내단면적이 800[mm²] 이상이어야 해 후강전선관 G36을 선정한다.

설비불평형률은 중성선을 뺀 두 전압측 부하 차를 전체 부하의 절반으로 나눈 값이며, $(5{,}000-4{,}200)/(9{,}200\times0.5)\times100\fallingdotseq17.39$[%]로 40[%] 제한을 만족한다.