[전기기능사 필기] 14년 2회차 기출문제 해설 페이지

코일의 리액턴스는 $X_L = 2\pi f L$로 주파수에 비례하므로, 전압이 일정할 때 주파수를 2배로 하면 리액턴스가 2배가 되어 전류는 절반으로 줄어든다. 저항은 주파수와 무관하고, 콘덴서는 $X_C = \dfrac{1}{2\pi f C}$이므로 주파수를 2배로 하면 전류가 오히려 2배가 된다.

콘덴서를 충전할 때 저장되는 정전에너지는 $W = \dfrac{1}{2}QV\,\mathrm{[J]}$이다. $Q = CV$를 대입하면 $W = \dfrac{1}{2}CV^2 = \dfrac{Q^2}{2C}$로도 쓸 수 있으며 세 표현은 모두 같은 값이다.

진공 중 두 점전하 사이에 작용하는 쿨롱 힘은 $F = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\cdot\dfrac{Q_1 Q_2}{r^2} = 9\times10^{9}\times\dfrac{Q_1 Q_2}{r^2}\,\mathrm{[N]}$이다. 힘의 크기는 두 전하의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.

쿨롱의 법칙 $F = 9\times10^{9}\times\dfrac{Q_1 Q_2}{r^2}$에 값을 대입한다. $F = 9\times10^{9}\times\dfrac{10^{-4}\times10^{-8}}{10^{2}} = 9\times10^{-5}\,\mathrm{[N]}$이다.

자기장 속의 도체에 전류를 흘릴 때 작용하는 힘은 전자력($F = BIl\sin\theta$)이며, 기전력은 전자기 유도로 생기는 전압을 뜻하므로 용어가 잘못되었다. 기자력의 단위가 AT라는 것, 평행 도체에 같은 방향의 전류가 흐르면 흡인력이 작용한다는 설명은 옳다.

도체가 자속을 끊으며 운동할 때 유도되는 기전력의 방향은 플레밍의 오른손법칙으로 판정한다(엄지=운동 방향, 검지=자속 방향, 중지=기전력 방향). 왼손법칙은 전류가 흐르는 도체가 자기장에서 받는 힘의 방향을 찾는 데 쓴다.

유효전력은 W, 피상전력은 VA, 무효전력은 Var를 단위로 사용한다. 무효전력은 $P_r = VI\sin\theta\,\mathrm{[Var]}$로 계산되며 실제로 소비되지 않고 전원과 부하 사이를 왕복하는 전력이다.

3상 부하의 소비전력은 상전류와 상저항으로 $P = 3I_p^2 R$로 구한다. 대입하면 $P = 3\times10^2\times4 = 1200\,\mathrm{[W]}$이다. 리액턴스 3Ω은 무효전력만 담당하므로 소비전력에는 관여하지 않는다.

Y결선에서는 선전류와 상전류가 같고 선간전압이 상전압의 $\sqrt{3}$배이다. 따라서 상전압은 $\dfrac{210}{\sqrt{3}} \approx 121\,\mathrm{[V]}$, 상전류는 선전류와 같은 10A이다.

a에서 b로 가는 경로는 위쪽 4Ω과 왼쪽 1Ω, 그리고 오른쪽 4Ω과 가운데 1Ω으로 서로 대칭이므로 2Ω 양단의 전위가 같아져 2Ω에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 2Ω을 제거하면 $4+1=5\,\Omega$인 두 경로의 병렬이 되어 $R_{ab} = \dfrac{5}{2} = 2.5\,\Omega$이다.

같은 전압 V의 전지 3개를 같은 극성으로 접속하면 3개 직렬은 $3V$, 2개 직렬에 1개를 병렬로 붙이면 $2V$, 3개 모두 병렬이면 $V$가 된다. 병렬 접속은 전압을 바꾸지 않고 용량만 늘리므로 얻을 수 있는 전압은 3가지이다.

브리지의 평형조건은 마주보는 변의 임피던스 곱이 같아지는 것이므로 $R_2\cdot\dfrac{1}{\omega C_s} = R_1\cdot\dfrac{1}{\omega C_x}$, 즉 $C_x = C_s\cdot\dfrac{R_1}{R_2}$이다. 대입하면 $C_x = 0.1\times\dfrac{200}{50} = 0.4\,\mu\mathrm{F}$이다.

두 전지가 서로 기전력을 상쇄하는 방향으로 접속되어 있으므로 합성 기전력은 $15-5 = 10\,\mathrm{[V]}$이다. 합성저항은 $5+3 = 8\,\Omega$이므로 $I = \dfrac{10}{8} = 1.25\,\mathrm{[A]}$가 흐른다.

비사인파는 직류분·기본파·고조파의 합으로 분해되며, 평균전력은 직류분끼리의 곱과 주파수가 같은 성분끼리의 곱에서만 발생한다. 주파수가 다른 성분끼리의 곱은 한 주기 평균이 0이 되어 전력이 되지 못하고, '맥류성분'은 이러한 성분 분해에 쓰이는 용어가 아니므로 전력 성분과 가장 거리가 멀다.

서로 다른 두 금속의 접합점에 전류를 흘릴 때 전류 방향에 따라 열의 흡수와 발생이 달라지는 현상은 펠티에 효과이며, 전자냉각(열전 냉각) 소자에 이용된다. 반대로 두 접합점에 온도차를 주면 기전력이 생기는 현상은 제벡 효과이다.

정전용량이 C인 콘덴서 10개는 직렬 접속 시 $\dfrac{C}{10}$, 병렬 접속 시 $10C$가 된다. 두 값의 비는 $\dfrac{C/10}{10C} = \dfrac{1}{100}$이므로 직렬 접속값은 병렬 접속값의 100분의 1로 감소한다.

볼타전지에서는 이온화 경향이 큰 아연판이 $\mathrm{Zn} \to \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^-$로 녹으면서 전자를 내놓으므로 전지의 음극(−)이 된다. 구리판이 양극(+)이 되며 수소기체는 구리판 표면에서 발생하므로 아연판에 대한 설명으로 맞지 않다.

환상 솔레노이드 내부의 자기장 세기는 앙페르의 주회적분 법칙에서 $H = \dfrac{NI}{2\pi r}\,\mathrm{[AT/m]}$로 구한다. 분모의 $2\pi r$은 자속이 지나가는 자로(평균 자기회로)의 길이이다.

두 코일을 직렬로 접속할 때 자속이 같은 방향이면(가동접속) $L = L_1+L_2+2M$, 반대 방향이면(차동접속) $L = L_1+L_2-2M$이다. 따라서 큰 쪽과 작은 쪽의 차는 $4M$이다.

자속은 N극에서 S극으로 향하므로 오른쪽 방향이고, 도체 단면의 점 표시는 전류가 지면에서 나오는 방향임을 뜻한다. 플레밍의 왼손법칙(검지=자속, 중지=전류, 엄지=힘)을 적용하면 $F = BIl$은 위쪽인 '가' 방향으로 작용한다.

도통 중인 사이리스터는 게이트로 끌 수 없고, 애노드 전류를 유지전류(holding current) 이하로 낮추거나 애노드에 역전압을 걸어야 턴 오프된다. 따라서 게이트 전압을 0 또는 음(−)으로 만들어도 이미 도통한 SCR은 차단되지 않는다.

과복권 발전기는 부하가 커질수록 단자전압이 정격보다 높아지도록 직권 계자를 강하게 설계한 것이어서 급전선에서 생기는 전압강하 보상용으로 쓰인다. 분권기는 부하가 늘면 전압이 조금 떨어지고, 차동복권기는 크게 떨어져 용접기 등 수하특성이 필요한 곳에 쓰인다.

동기발전기 병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 같을 것(3상에서는 상회전 방향도 같을 것)이다. 회전수는 극수가 다르면 서로 달라도 $f = \dfrac{PN}{120}$에 따라 주파수만 같으면 되므로 병렬운전 조건이 아니다.

비돌극기의 출력은 $P = \dfrac{VE}{X_s}\sin\delta$로 부하각 $\delta$의 사인에 비례하므로 $\delta = 90^\circ$에서 최대가 된다. 돌극기는 자기저항 토크가 더해져 약 60° 부근에서 최대 출력이 나타난다.

2차 입력은 1차 입력에서 1차 손실을 뺀 $P_2 = 60-1 = 59\,\mathrm{[kW]}$이고, 기계적 출력은 $P_0 = (1-s)P_2$이다. 대입하면 $P_0 = (1-0.03)\times59 \approx 57\,\mathrm{[kW]}$이다.

저압측 선전류는 $I = \dfrac{P_a}{\sqrt{3}\,V} = \dfrac{100\times10^{3}}{\sqrt{3}\times200} \approx 288.7\,\mathrm{[A]}$이다. 여기에 역률을 곱한 유효분은 $288.7\times0.8 \approx 230\,\mathrm{[A]}$이다.

복잡한 회로의 소자들을 등가 임피던스로 묶어 해석하기 쉽게 바꾼 회로를 등가회로라 한다. 등가회로는 단자에서 본 전압·전류 관계가 원래 회로와 같아야 성립한다.

동기 검정기(싱크로스코프)는 병렬로 투입하려는 두 전원의 위상이 일치하는 순간을 확인하는 계기이다. 전압의 크기는 전압계로, 주파수는 주파수계로 따로 확인한다.

철심을 얇은 강판으로 성층하면 와류손이 줄고, 규소를 첨가하면 히스테리시스손이 줄어 전체 철손이 감소한다. 동손은 권선 저항에 의한 손실이므로 철심의 재질이나 성층 구조와는 관계가 없다.

슬립은 $s = \dfrac{N_s-N}{N_s}$이므로 회전자가 아직 정지해 있는 기동 순간($N=0$)에 $s=1$로 가장 크다. 부하가 가벼워질수록 회전속도가 동기속도에 가까워져 슬립은 0에 가까워진다.

그림은 사이리스터 4개를 브리지로 구성한 단상 전파 위상제어 정류회로로, 점호각을 조절해 직류 전동기에 걸리는 평균 전압을 바꾼다. 교류를 직류로 바꾸는 회로일 뿐 출력 주파수를 바꾸는 기능은 없으며, 주파수 변환은 인버터나 사이클로컨버터가 담당한다.

DIAC은 게이트가 없는 양방향 2단자 소자로 주로 TRIAC의 트리거용으로 쓰인다. SCR, GTO, TRIAC은 모두 게이트를 갖는 3단자 소자이다.

분권 전동기는 계자가 전원전압에 직접 연결되어 자속이 거의 일정하므로 부하가 변해도 속도 변동률이 작은 정속도 전동기이다. 직권 전동기는 부하가 가벼워지면 속도가 급격히 상승하는 변속도 특성을 가진다.

출력과 회전수로부터 토크는 $T = 975\times\dfrac{P\,\mathrm{[kW]}}{N}\,\mathrm{[kg \cdot m]}$로 구한다. 대입하면 $T = 975\times\dfrac{50}{1800} \approx 27\,\mathrm{[kg \cdot m]}$이다.

계기용 변압기(PT)의 2차 정격전압 표준은 110V이므로 110/220V라는 설명은 틀리다. 3상 유도전압조정기의 분로권선이 회전자에 Y결선으로 놓이는 것, 누설변압기가 수하특성 덕분에 네온사인·용접기 전원으로 적합하다는 설명은 옳다.

교류에는 극성이 없고 위상만 있으므로 '교류의 극성 확인'은 시험회로 결선 시의 유의사항이 될 수 없다. 직류 사용 여부와 극성 확인, 시험장비의 오차 확인, 영점 확인은 모두 필요한 사항이다.

변압기의 정격출력은 부하 역률에 좌우되지 않도록 피상전력인 kVA로 표시하므로 kW라는 설명은 틀리다. 정격은 2차측을 기준으로 하며 용량·전압·전류·주파수 등으로 나타낸다.

운동에너지를 전기에너지로 바꾸어 전원 측으로 되돌리면서 제동하는 방식이 회생제동이며, 전차나 엘리베이터의 하강 운전에 이용된다. 발전제동은 발생한 전력을 저항에서 열로 소비하고, 역전제동은 전원 접속을 바꿔 역토크로 급제동하는 방식이다.

직류발전기에서 자속을 만드는 부분은 계자이며, 계자권선에 흐르는 전류가 계자철심을 자화시켜 자속을 형성한다. 정류자와 브러시는 전기자에 유도된 교류를 직류로 바꾸어 외부로 꺼내는 역할을 한다.

규약효율은 실측이 어려운 입력 대신 출력과 손실로 정의하며, 변압기와 같은 정지기는 $\eta = \dfrac{\text{출력}}{\text{출력}+\text{손실}}\times100\,[\%]$로 계산한다. 전동기의 경우에는 $\eta = \dfrac{\text{입력}-\text{손실}}{\text{입력}}\times100\,[\%]$을 사용한다.

애자사용공사에서 전선 상호간의 간격은 6cm 이상으로 해야 한다. 전선과 조영재의 이격거리는 400V 초과 시 4.5cm 이상(건조한 장소는 2.5cm 이상), 지지점 간 거리는 조영재의 윗면·옆면을 따라 붙이는 경우 2m 이하이며, 애자는 절연성·난연성·내수성이 있어야 한다. ※ 현행 KEC에서는 명칭이 '애자공사'로 바뀌었으나 전선 상호간격 0.06m 이상 기준은 그대로 유지된다.

제1종 금속제 가요전선관을 구부릴 때 곡률 반지름은 관 안지름의 6배 이상으로 해야 한다. 다만 노출장소나 점검이 가능한 은폐장소에서 관을 빼낼 수 있게 시설하는 경우에는 3배 이상으로 완화된다.

가공배전선로의 지지물로는 강도와 내구성이 좋고 경제적인 철근콘크리트주가 가장 많이 사용된다. 철탑은 주로 송전선로에, 철주나 강관주는 하중이 크거나 부지가 좁은 특수한 장소에 제한적으로 쓰인다.

지중에 매설된 금속제 수도관로는 대지와의 전기저항이 3Ω 이하일 때 접지극으로 사용할 수 있다. 이때 접지선의 접속은 안지름 75mm 이상인 수도관 부분에서 하는 등 접속 위치 조건도 함께 만족해야 한다.

가공케이블을 조가용선에 금속테이프로 붙여 조가하는 경우에는 20cm 이하의 간격으로 나선형으로 감아야 한다. 행거를 사용해 조가할 때의 간격은 50cm 이하이다.

저압 가공인입선이 도로를 횡단하는 경우에는 노면상 5m 이상 높이에 시설해야 한다. 그 밖의 경우는 철도·궤도 횡단 6.5m, 횡단보도교 위 3m, 일반적인 경우 4m 이상이 기준이다.

전동기 전용 분기회로의 허용전류는 전동기 정격전류의 합계가 50A 이하이면 1.25배, 50A를 초과하면 1.1배 이상으로 한다. 20A는 50A 이하이므로 $20\times1.25 = 25\,\mathrm{[A]}$ 이상이어야 한다.

콘센트는 원의 한쪽을 칠하고 접속구(칼받이)를 함께 표시한 기호로 나타낸다. 속을 모두 칠한 원은 점멸기(스위치), 빈 원은 백열등 등 조명기구를 나타내는 기호이다.

폭연성 분진이 존재하는 장소의 금속관공사에서는 관 상호 및 관과 박스의 접속을 5턱 이상의 죔 나사로 조여 시공해야 한다. 이는 관 내부에서 폭발이 일어나도 화염이 외부로 새어 나가지 않도록 내압방폭 성능을 확보하기 위한 것이다.

합성수지몰드공사에서 사람이 쉽게 접촉할 우려가 있는 곳에 시설하는 몰드는 홈의 폭 및 깊이가 3.5cm 이하, 두께는 2mm 이상인 것을 사용해야 한다. 사람이 접촉할 우려가 없도록 시설하는 경우에는 두께를 1mm 이상으로 완화할 수 있다.

UPS는 정전 시에도 부하에 전원을 계속 공급하는 무정전전원장치로 개폐기가 아니다. ASS(자동고장구분개폐기), LBS(부하개폐기), LS(선로개폐기)는 모두 수전 인입구에 시설하는 개폐기이다.

전선 접속에 사용하는 슬리브에는 S형, E형, P형 등이 있으며 D형 슬리브는 없다. 슬리브 접속은 전선의 굵기와 종류에 맞는 것을 골라 압축공구로 확실히 압착해야 접속저항이 커지지 않는다.

시야 안의 휘도 대비가 크면 눈부심(글레어)과 눈의 피로를 일으키므로 조명설계에서는 휘도 차이를 작게 해야 한다. 적당한 조도, 균등한 광속발산도 분포, 입체감을 주는 적당한 그림자는 좋은 조명의 조건이다.

진상용(전력용) 콘덴서를 부하와 병렬로 접속하면 진상 무효전력을 공급해 지상 무효전력을 상쇄하므로 역률이 개선된다. 전력퓨즈는 단락 보호, MOF는 전력량 계량용 계기용 변성기, 지락계전기는 지락 검출용 기기이다.

후강전선관은 안지름에 가까운 짝수로 호칭하며 16, 22, 28, 36, 42, 54, 70, 82, 92, 104mm 규격이 있으므로 19는 해당되지 않는다. 19는 바깥지름 기준 홀수로 호칭하는 박강전선관(19, 25, 31, 39, 51, 63, 75mm)의 규격이다.

금속덕트의 끝부분은 먼지나 이물질이 들어가지 않도록 막아야 하므로 '열어 둘 것'은 틀린 설명이다. 덕트 지지점 간 거리는 3m 이하(취급자 외에는 출입할 수 없고 수직으로 붙이는 경우 6m 이하)로 하고, 덕트 상호는 전기적으로 완전히 접속해야 한다. ※ 현행 KEC에서는 접지공사의 종별(제1~3종)이 폐지되고 접지시스템으로 통합되었다.

NFI는 300/500V 기기 배선용 유연성 단심 비닐절연전선을 뜻하는 약호로, 내열온도에 따라 NFI(70), NFI(90)으로 구분한다. NR은 450/750V 일반용 단심 비닐절연전선이다.

접지저항은 접지극이 대지와 접하는 면적이 넓을수록 작아지므로 접지판의 면적을 줄이면 오히려 저항이 커진다. 접지봉의 병렬 개수를 늘리거나, 매설 깊이를 깊게 하거나, 접지저항 저감제로 토양의 고유저항을 낮추는 것이 유효한 대책이다.

지선은 지표상 30cm까지의 부분에 내식성이 있는 것 또는 아연도금한 철봉을 사용해야 부식으로 인한 절단을 막을 수 있다. 이 밖에 지선의 안전율은 2.5 이상, 허용 인장하중은 4.31kN 이상이며 지름 2.6mm 이상의 금속선 3가닥 이상을 꼬아 사용한다.

캡타이어 케이블을 조영재의 아랫면이나 옆면을 따라 붙이는 경우 전선 지지점 간의 거리는 1m 이하로 해야 한다. 일반 케이블공사에서 조영재를 따라 붙일 때의 2m 이하보다 짧게 규정되어 있다.