전기기사 실기 2023년 2회 기출유형문제 기출문제 정답·해설 페이지

① 발전소·변전소 또는 이에 준하는 장소의 가공전선 인입구 및 인출구
② 특고압 가공전선로에 접속하는 배전용 변압기의 고압측 및 특고압측
③ 고압 및 특고압 가공전선로에서 공급을 받는 수용장소의 인입구
④ 가공전선로와 지중전선로가 접속되는 곳

[해설]

KEC 341.13(피뢰기의 시설) 규정으로, 고압 및 특고압 전로 중 위 네 곳 또는 이에 근접한 곳에는 피뢰기를 시설하여야 한다. 네 곳 모두 뇌서지가 직접 유입되거나 서지 임피던스가 급변하여 이상전압이 크게 나타나는 지점이라는 공통점이 있다.

특히 가공전선로와 지중전선로의 접속점은 두 선로의 특성 임피던스가 크게 달라 진행파의 반사로 전압이 상승하므로 반드시 시설 대상이 된다. 빈칸 채우기로 출제될 때는 '발전소·변전소 또는 이에 준하는 장소', '특고압 가공전선로', '배전용', '수용장소', '지중전선로'가 채점 키워드이다.

[해설]

전기안전관리자는 자신이 수행한 점검·검사 내용을 기록 서류로 남겨 설치장소 또는 사업장마다 비치하고 4년간 보존해야 하며, 이는 사후에 점검이 실제로 이루어졌는지 확인할 수 있는 근거가 된다.

다만 전기안전종합정보시스템에 매월 1회 이상 점검 결과 등을 입력한 경우에는 별도로 서류를 제출하지 않을 수 있다.

서면 보존과 전산 입력이라는 두 가지 방식 중 하나로 점검 이력의 추적 가능성을 확보하려는 취지의 규정으로, 근거는 「전기안전관리자의 직무에 관한 고시」다.

[해설]

주택용 배선용차단기는 순시트립전류의 범위에 따라 B·C·D형으로 분류되며, B→C→D로 갈수록 순시트립 배수 범위가 커진다.

B형은 정격전류의 3~5배, C형은 5~10배, D형은 10~20배에서 순시 동작한다.

시간-전류 특성표의 부동작전류·동작전류는 정격전류 구분(63A 이하·초과)과 무관하게 각각 정격전류의 1.13배·1.45배로 동일하게 규정되고, 구분에 따라 달라지는 것은 시간(60분·120분)뿐이다.

[해설]

3권선 변압기의 각 권선 %임피던스는 두 권선씩 측정한 $\%Z_{12},\ \%Z_{23},\ \%Z_{31}$ 세 값을 스타(Y)결선 등가로 변환해 얻으며, 모든 %Z를 동일 기준용량으로 통일해야 한다.

계산 순서는 ① 각 %Z를 10[MVA] 기준으로 환산 → ② $\%Z_1=\dfrac12(\%Z_{12}+\%Z_{31}-\%Z_{23})$ 형태로 1·2·3차 등가 %Z 산출 → ③ 발전기·주변압기·조상기 등 전원측을 같은 기준으로 환산해 병렬·직렬 합성하는 순이다.

단락점에서 본 합성 %Z를 구하면 차단용량은 $P_s=\dfrac{100}{\%Z}\times P_n$, 고장전류는 단락점 전압(77[kV]) 기준 정격전류에 $\dfrac{100}{\%Z}$를 곱해 구한다.

모든 기기 용량을 10[MVA] 기준으로 통일하지 않으면 합성 %Z 계산이 어긋나므로, 단위 환산이 가장 중요한 채점 포인트다.

[해설]

이 결선은 1전력계법으로, Y결선 평형 3상 부하에서 전력계 1대가 지시하는 값은 1상분 유효전력이므로 3상 전체 전력은 그 3배다.

전력계로 저항분을, 전압계·전류계로 임피던스 크기를 구해 리액턴스를 역산한다.

$R=\dfrac{W_1}{I^{2}}=\dfrac{2{,}000}{20^{2}}=5$[Ω]
$|Z|=\dfrac{V_p}{I}=\dfrac{220/\sqrt3}{20}=6.35$[Ω]
$X=\sqrt{6.35^{2}-5^{2}}=3.92$[Ω]

선간전압이 아니라 상전압(선간전압/√3)을 임피던스 계산에 써야 하는 점이 실수하기 쉬운 부분이다.

[해설]

변류기 2대를 교차(차동)결선하면 전류계에는 두 CT 2차전류의 벡터차가 흐르는데, 평형 3상에서 이 차전류의 크기는 2차전류의 $\sqrt3$배가 된다.

따라서 전류계 지시값을 $\sqrt3$로 나눠야 실제 CT 2차전류가 나오고, 여기에 변류비 50/5=10을 곱해 1차전류를 구한다.

$I'=\dfrac{2}{\sqrt3}$[A]
$I_1=10\times\dfrac{2}{\sqrt3}=11.55$[A]
√3배 관계를 빠뜨리고 전류계값에 변류비만 곱하면 오답이 된다.

[해설]

점광원의 평균조도는 입체각 개념으로 접근해, 원뿔 밑면이 받는 광속을 밑면 면적으로 나눠 구한다.

광원에서 밑면 가장자리까지의 거리와 그때의 입사각(코사인)을 구한 뒤, 전광속 $F=I\cdot2\pi(1-\cos\theta)$를 밑면 면적 $\pi R^{2}$로 나눈 식을 광도 I에 대해 정리한다.

$r=\sqrt{4^{2}+3^{2}}=5$, $\cos\theta=\dfrac{4}{5}=0.8$
$I=\dfrac{E\,R^{2}}{2(1-\cos\theta)}=\dfrac{100\times9}{2\times0.2}=2{,}250$[cd]

거리(5[m])와 밑면 반지름(3[m])을 혼동하지 않고 입사각의 코사인을 정확히 구하는 것이 채점의 핵심이다.

[해설]

역률개선용 콘덴서 용량은 개선 전·후 무효전력의 차이며, 유효전력은 변하지 않는다고 보고 계산한다.

$Q_c=P\left(\dfrac{\sin\theta_1}{\cos\theta_1}-\dfrac{\sin\theta_2}{\cos\theta_2}\right)=7.5\left(\dfrac{0.6}{0.8}-\dfrac{0.436}{0.9}\right)=1.99$[kVA]

Δ결선 콘덴서는 각 상에 선간전압이 그대로 걸리므로 $Q_c=3\cdot2\pi fCV^{2}$이며, Y결선(상전압 적용)과 식이 다르다는 점이 채점 포인트다.

$C=\dfrac{Q_c}{3\cdot2\pi f V^{2}}=\dfrac{1.99\times10^{3}}{3\times2\pi\times60\times380^{2}}\times10^{6}=12.19$[μF]

[해설]

3상 3선식 전압강하식은 단상 2선식(계수 35.6)과 계수가 다르므로 혼동하지 않고 $e=\dfrac{30.8LI}{1{,}000A}$를 그대로 적용해야 한다.

주어진 전압강하 한도(5V)로 단면적을 역산하면 나오는 값은 이론상 최소치일 뿐이므로, 실제 시공은 이 값 이상인 표준 규격 전선을 선정해야 한다.

$A=\dfrac{30.8\times50\times75}{1{,}000\times5}=23.1$[mm²] → 표준 규격 25[mm²] 선정

[해설]

수용률은 설비용량 대비 최대수용전력, 부하율은 최대전력 대비 평균전력, 부등률은 개별 최대전력의 합을 합성 최대전력으로 나눈 값으로 서로 다른 개념이다.

A는 최대부하가 12~18시(8kW), B는 18~24시(6kW)로 최대 시각이 서로 어긋나므로 부등률이 1보다 커진다.

A 수용률 80[%]·부하율 56.25[%], B 수용률 60[%]·부하율 58.33[%]이며, 부등률은 $\dfrac{8+6}{10}=1.4$로 개별 최대전력의 합(14kW)이 합성 최대전력(10kW)보다 큰 정도를 나타낸다.

[해설]

불평형 3상 전류는 영상분·정상분·역상분의 합으로 표현되며, 상별로 회전연산자 $a=1\angle120^{\circ}$를 곱하는 순서만 다르다.

a상은 세 대칭분을 그대로 더하고, b상은 정상분에 $a^{2}$·역상분에 $a$를 곱해 더하며, c상은 그 반대로 곱한다.

각 항을 복소수(직교좌표)로 바꿔 더한 뒤 다시 극좌표로 변환하는 과정에서 정상분·역상분에 곱하는 회전자 순서를 바꾸지 않는 것이 채점 포인트다.

[해설]

변압기 용량은 설비용량×수용률을 부등률과 역률로 나눠 구하며, 역률이 1이므로 유효전력만으로 계산된다.

$A군:\ \dfrac{50\times0.6}{1.2}=25$[kVA], $B군:\ \dfrac{30\times0.5}{1.2}=12.5$[kVA]

고압간선의 최대부하는 두 변압기 용량의 합을 변압기간 부등률로 한 번 더 나눠 구하는데, A·B군의 최대수요 시각도 서로 어긋난다고 보기 때문이다.

$\dfrac{25+12.5}{1.3}=28.85$[kW]

[해설]

변압기 병렬운전에서 각 대의 부하분담은 정격용량에 비례하고 %임피던스에 반비례하므로, 두 변압기의 정격이 동시에 꽉 차지 않는다.

분담비를 구하면 A(250kVA, 2.7%)가 B(200kVA, 3%)보다 먼저 정격에 도달하므로, A가 정격 250kVA에 이를 때 B의 분담을 비례식으로 구한다.

$\dfrac{P_a}{P_b}=\dfrac{250/2.7}{200/3}=\dfrac{25}{18}$
$P_b=\dfrac{18}{25}\times250=180$[kVA]
합성 용량 $=250+180=430$[kVA]

두 변압기 정격의 단순 합(450kVA)이 아니라 먼저 포화되는 변압기 기준으로 계산해야 하는 점이 핵심이다.

[해설]

고저압 혼촉 시 저압측 인체감전을 막기 위해 변압기 저압측 중성점에 시설하는 접지의 저항값은 지락전류와 차단시간 조건에 따라 달라진다.

2초 이내에 자동 차단하는 장치가 없으면 $R=150/I_g$, 1초 초과 2초 이내에 차단되면 $R=300/I_g$, 1초 이내로 신속히 차단되면 $R=600/I_g$를 기준으로 삼는다.

이 문제는 1초 초과 2초 이내 차단 조건이므로 $R=\dfrac{300}{100}=3$[Ω] 이하가 된다.