[전기기능사 필기] 14년 1회차 기출문제 해설 페이지

콘덴서를 병렬로 접속하면 정전용량이 그대로 더해지므로 $C = 30 + 40 = 70\,\mu\mathrm{F}$이다. 전 전하량은 $Q = CV = 70\times10^{-6}\times100 = 7\times10^{-3} = 70\times10^{-4}\,\mathrm{C}$이다.

두 코일을 직렬로 접속하면 자속이 서로 돕는 가동접속에서 $L = L_1+L_2+2M$, 자속이 상쇄되는 차동접속에서 $L = L_1+L_2-2M$이 된다. 상호 인덕턴스 M이 두 코일 각각에 한 번씩 작용하므로 계수 2가 붙는다.

기전력은 단위 전하가 하는 일이므로 $V = \dfrac{W}{Q}$이다. $V = \dfrac{144}{24} = 6\,\mathrm{V}$가 된다.

도체에 전류가 흐를 때 발생하는 열량이 $H = I^2Rt\,[\mathrm{J}]$로 주어진다는 것이 줄의 법칙으로, 전류의 발열작용을 나타낸다. 옴의 법칙은 전압·전류·저항의 관계, 키르히호프의 법칙은 회로망 해석 법칙이므로 발열과 직접 관련이 없다.

2전력계법에서 3상 유효전력은 두 전력계 지시값의 대수합인 $P = P_1+P_2$로 구한다. 무효전력은 $Q = \sqrt{3}(P_1-P_2)$, 역률은 $\cos\theta = \dfrac{P_1+P_2}{2\sqrt{P_1^2+P_2^2-P_1P_2}}$로 구한다.

V결선은 단상변압기 2대로 3상 전력을 공급하는 방식으로 출력이 $P_V = \sqrt{3}P\,[\mathrm{kVA}]$가 된다. 이때 변압기 이용률은 $\dfrac{\sqrt{3}}{2} = 0.866$, 3대 △결선 대비 출력비는 $\dfrac{\sqrt{3}P}{3P} = 0.577$이다.

비정현파의 실효값은 각 고조파 실효값의 제곱합의 제곱근이므로 $I = \sqrt{\left(\dfrac{3}{\sqrt{2}}\right)^2+\left(\dfrac{4}{\sqrt{2}}\right)^2} = \dfrac{5}{\sqrt{2}}\,\mathrm{A}$이다. 등가 사인파의 최대값은 $\sqrt{2}\,I = 5\,\mathrm{A}$로, 결국 각 항 최대값의 제곱합 제곱근 $\sqrt{3^2+4^2}=5$와 같다.

쿨롱의 법칙에서 $F = 9\times10^9\dfrac{Q_1Q_2}{r^2} = 9\times10^9\times\dfrac{4\times10^{-5}\times6\times10^{-5}}{2^2} = 5.4\,\mathrm{N}$이다. 두 전하가 모두 양(+)으로 같은 극성이므로 서로 밀어내는 반발력이 작용한다.

브리지 회로는 마주보는 두 변의 임피던스 곱이 서로 같을 때 평형이 되어 검류계에 전류가 흐르지 않는다. 좌우 변이 각각 콘덴서와 저항으로 구성되므로 $\dfrac{1}{j\omega C_1}\cdot R_2 = \dfrac{1}{j\omega C_2}\cdot R_1$이 되고, 정리하면 $C_1R_1 = C_2R_2$의 평형 조건이 성립한다.

자속(자기력선속)의 총수는 자극의 세기와 같은 m개이지만, 자기력선의 총수는 $\dfrac{m}{\mu_0}$개이다. 반지름 r인 구면에서 자계 $H = \dfrac{m}{4\pi\mu_0 r^2}$에 구의 표면적 $4\pi r^2$를 곱하면 $\dfrac{m}{\mu_0}$가 얻어진다.

저항을 20% 줄이면 $R' = 0.8R$이므로 전류는 $I' = \dfrac{V}{0.8R} = 1.25\times\dfrac{V}{R} = 1.25I$가 된다. 전압이 일정할 때 전류는 저항에 반비례하므로 처음의 1.25배로 커진다.

코일의 자체 인덕턴스는 $L = \dfrac{\mu A N^2}{l}$이므로 권수의 제곱에 비례한다. 권수가 늘어나면 발생하는 자속과 그 자속이 쇄교하는 횟수가 각각 N배씩 커지기 때문이다.

산화티탄 자기는 비유전율이 수십에서 수천에 이르러 보기 중 가장 크다. 종이는 2~3, 염화비닐은 약 3, 운모는 5~9 정도이다.

전자석은 철심의 자기포화 때문에 전류를 아무리 크게 해도 자속밀도가 일정 값 이상 커지지 않으므로 무한정 자력이 강해지지는 않는다. 기자력 $F = NI\,[\mathrm{AT}]$에 따라 권수와 전류가 클수록 강해지고, 철심을 넣으면 투자율이 커져 더 강해지며, 전류 방향을 바꾸면 극이 바뀌는 것은 모두 옳다.

전지 5개를 직렬로 하면 기전력은 $5\times1.5 = 7.5\,\mathrm{V}$, 내부저항은 $5\times0.2 = 1\,\Omega$이 된다. 단락하면 외부저항이 0이므로 $I = \dfrac{7.5}{1} = 7.5\,\mathrm{A}$가 흐른다.

그림에서 R1과 R2가 직렬로 이어져 하나의 가지를 이루고, 그 가지가 R3와 병렬로 a-b 사이에 접속되어 있다. 따라서 합성저항은 직렬분 $R_1+R_2$와 $R_3$의 병렬로 $R=\dfrac{(R_1+R_2)R_3}{R_1+R_2+R_3}$이다. 병렬 합성은 곱÷합으로 계산한다.

라디안을 도(°)로 바꿀 때는 $\pi\,\mathrm{rad} = 180^\circ$를 이용한다. $\dfrac{\pi}{6}\times\dfrac{180^\circ}{\pi} = 30^\circ$이다.

콘덴서를 병렬로 접속하면 합성 정전용량은 각 용량의 단순 합이 된다. $C = 2+4+6 = 12\,\mathrm{F}$이다.

전열기의 저항은 $R = \dfrac{V^2}{P} = \dfrac{200^2}{500} = 80\,\Omega$이다. 여기에 220V를 가하면 $P = \dfrac{V^2}{R} = \dfrac{220^2}{80} = 605\,\mathrm{W}$가 된다.

점전하에 의한 전위는 $V = 9\times10^9\dfrac{Q}{r}\,[\mathrm{V}]$이다. 두 점의 전위차는 $V = 9\times10^9\times2\times10^{-8}\left(\dfrac{1}{1}-\dfrac{1}{2}\right) = 180\times0.5 = 90\,\mathrm{V}$이다.

출제 당시 전기설비기술기준(판단기준)에서 저압전로의 절연저항은 대지전압 150V 이하 0.1MΩ, 150V 초과 300V 이하 0.2MΩ, 300V 초과 400V 미만 0.3MΩ, 400V 이상 0.4MΩ 이상이었다. ※ 현행 KEC 기준으로는 이 구분이 폐지되고 사용전압별로 SELV·PELV 0.5MΩ, FELV 및 500V 이하 1.0MΩ, 500V 초과 1.0MΩ 이상으로 바뀌었다.

분권발전기는 계자권선이 전기자와 병렬로 접속된 자여자 발전기여서 별도의 여자 전원이 필요 없고 전압변동률이 작다. 계자저항기로 계자전류를 조절해 단자전압을 쉽게 조정할 수 있어 전기화학용·축전지 충전용으로 적합하다.

기전력의 크기 차가 있으면 무효 순환전류가 흐르며, 기전력 차가 두 기의 동기 임피던스 합에 걸리므로 $I_c = \dfrac{E_1-E_2}{2Z_s}$이다. $I_c = \dfrac{200}{2\times5} = 20\,\mathrm{A}$가 된다.

인버터는 직류를 교류로 바꾸는 역변환 장치이다. 교류를 직류로 바꾸는 것은 컨버터(정류기), 교류의 크기·주파수를 바꾸는 것은 사이클로컨버터, 직류를 다른 크기의 직류로 바꾸는 것은 초퍼이다.

자속밀도 $B$인 자계 속을 길이 $l$인 도체가 속도 $v$로 자속을 끊으며 움직일 때 유도되는 기전력은 $e = Blv\sin\theta$이다. 도체가 자속과 직각으로 움직이므로 $\sin90^\circ = 1$이 되어 $e = Blv\,[\mathrm{V}]$가 된다.

고압측 전압은 $V_1 = aV_2 = 30\times8 = 240\,\mathrm{V}$이다. 극성시험에서 가극성이면 $V_1+V_2 = 248\,\mathrm{V}$, 감극성이면 $V_1-V_2 = 232\,\mathrm{V}$가 측정되므로 그 차이는 $2V_2 = 16\,\mathrm{V}$이다.

GTO(Gate Turn-Off 사이리스터)는 게이트에 역방향 전류를 흘려 스스로 턴오프시킬 수 있는 자기소호형 소자이다. SCR·TRIAC·LASCR은 게이트로 턴온만 가능하고, 소호하려면 주회로 전류를 유지전류 이하로 낮추거나 별도의 소호회로가 필요하다.

슬립은 $s = \dfrac{N_s-N}{N_s}$이므로 회전자 속도 N이 커질수록 슬립은 오히려 작아진다. 회전속도가 동기속도에 가까워지면 도체가 끊는 자속이 줄어 유도기전력과 토크도 감소하며, 토크를 내려면 항상 동기속도보다 낮게 운전되어야 한다.

직류 분권발전기가 발전 운전 중일 때 전자기 토크는 원동기의 회전을 방해하는 방향(제동 토크)으로 작용한다. 동일 극성 전압을 인가해 전동기로 전환하면 계자전류는 그대로이고 전기자전류만 반대로 흐르므로, 토크 방향이 반전되어 원래 회전하던 방향과 같은 방향으로 회전한다. (직권발전기는 계자·전기자 전류가 함께 반전되어 반대 방향으로 회전하는 것과 대비된다.)

절연물의 열화 진단에는 유전정접(tanδ) 측정, 절연유의 유중가스 분석, 흡수전류·잔류전류 측정 등이 사용된다. 접지저항 측정은 접지극과 대지 사이의 저항을 확인하는 시험이므로 변압기 절연물의 열화 정도와는 관계가 없다.

지상 역률에서 변압기의 전압변동률은 $\varepsilon = p\cos\theta + q\sin\theta$로 구한다. $\cos\theta=0.8$이면 $\sin\theta=0.6$이므로 $\varepsilon = 3\times0.8 + 4\times0.6 = 4.8\,\%$이다.

두 발전기의 기전력에 위상차가 생기면 유효 순환전류(동기화 전류)가 흐르며 $I_s = \dfrac{E}{X_s}\sin\dfrac{\delta}{2}$로 구한다. $I_s = \dfrac{2000}{100}\times\sin30^\circ = 20\times0.5 = 10\,\mathrm{A}$이다.

Y-Y 결선은 제3고조파 전류가 순환할 경로가 없어 중성점 전위가 변동하고 통신선에 유도장해를 일으키므로 송배전계통에 거의 사용되지 않는다. 실제로는 제3고조파를 순환시킬 △권선을 하나 더 둔 Y-Y-△ 결선으로 사용한다.

전기자 전류가 무부하 유도기전력보다 $\dfrac{\pi}{2}$만큼 앞선 진상(용량성) 부하에서는 전기자 반작용이 주자속을 도와주는 증자작용을 한다. 반대로 90° 뒤진 지상(유도성) 부하에서는 감자작용, 동상일 때는 횡축(교차자화)작용이 나타난다.

기동 시 역회전할 염려가 있는 것은 직권 자속과 분권 자속이 서로 상쇄되는 차동 복권전동기이며, 두 자속이 합해지는 가동 복권전동기는 그런 염려가 없다. 직권전동기는 부하에 따라 속도가 크게 변하는 가변속도 전동기이고, 분권전동기는 계자회로가 끊어지면 위험속도에 이르므로 계자회로에 퓨즈를 넣지 않는다.

동기전동기의 출력은 $P = \dfrac{EV}{X_s}\sin\delta$이므로 토크는 공급전압 V의 1승에 비례하고 부하각에 대해서는 $\sin\delta$에 비례한다. 전압의 제곱에 비례하는 것은 유도전동기의 토크이므로 혼동하지 않아야 한다.

결선도의 코일이 A1~C4로 12개이고 A·B·C 세 상에 각각 4개씩 배분되어 있으므로 한 상당 코일 수, 즉 극수는 4극이다. 또한 각 상 권선의 끝이 그림 오른쪽 아래 한 점(중성점)에 공통으로 접속되어 있으므로 Y결선이다. 따라서 3상 4극, Y결선이다.

난조는 부하 변동 시 회전자가 동기속도를 중심으로 진동하는 현상으로, 자극면에 제동권선을 설치하면 진동할 때 유도전류가 흘러 제동 토크를 내므로 가장 유효하게 억제된다. 관성 증대나 동기화력 증가도 도움이 되지만 표준적인 방지 대책은 제동권선이다.

계자는 주자속을 만드는 부분이고, 그 자속을 끊는 전기자 도체에서 기전력이 유도된다. 유도된 교류를 직류로 바꾸는 정류작용은 정류자와 브러시가 담당한다.

거리계전기는 설치점의 전압과 전류의 비, 즉 고장점까지의 임피던스를 측정해 그 크기에 따라 동작한다. 선로의 임피던스가 거리에 비례하므로 고장 지점까지의 거리를 판별해 송전선 보호에 사용된다.

자가용 수전설비의 보호계전기로는 과전류계전기(OCR), 과전압계전기(OVR), 부족전압계전기(UVR), 지락계전기(GR) 등이 사용된다. 부족전류계전기는 직류기의 계자 상실 검출 같은 특수 용도에 쓰이는 것으로 자가용 전기설비의 일반적인 보호계전기에는 포함되지 않는다.

애자사용 공사에서 전선을 조영재의 윗면 또는 옆면을 따라 붙이는 경우 지지점 간의 거리는 2m 이하로 한다. 400V 초과에서 조영재를 따르지 않고 시설하는 경우에는 6m 이하로 할 수 있다.

불연성 먼지가 많은 장소에는 금속관·케이블·애자사용·금속제 가요전선관·금속덕트·버스덕트 공사와 두께 2mm 이상의 합성수지관 공사가 인정된다. 두께 1.2mm인 합성수지관은 기준 두께인 2mm에 미달하므로 시설할 수 없다.

클리퍼는 볼트 클리퍼 형태의 절단 공구로, 펜치로는 자르기 힘든 굵은 전선을 절단할 때 사용한다. 와이어 게이지는 전선의 굵기를 재는 기구, 파이프 커터는 관을 절단하는 공구이다.

연선의 소선 총수는 중심 소선을 제외한 층수 n에 대해 $N = 3n(n+1)+1$로 구한다. $n=2$이므로 $N = 3\times2\times3+1 = 19$가닥이다.

사용전압 440V는 400V를 넘는 저압이므로 출제 당시 기준으로 전동기 외함에는 특별 제3종 접지공사를 하며, 접지선은 공칭단면적 2.5mm² 이상의 연동선을 사용한다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사 종별(제1종~특별 제3종)이 폐지되고 보호도체의 굵기를 상도체 단면적 또는 계산식에 따라 정한다.

HSCB는 고속도 차단기로 전기철도 등에 쓰이는 직류용 차단기이다. GCB(가스차단기), VCB(진공차단기), ABB(공기차단기)는 모두 교류 차단기에 속한다.

쥐꼬리 접속은 박스 안에서 두 전선을 나란히 놓고 꼬아 접속하는 방법으로, 접속부 절연을 위해 와이어커넥터를 씌운다. 커플링·로크너트·부싱은 전선관을 잇거나 고정하고 전선 손상을 막는 관 부속품이다.

간선의 수용률은 건물 용도에 따라 정해지며 학교·사무실·은행은 70%를 적용한다. 주택·아파트는 66%, 병원·호텔은 65%를 적용한다.

사용전압 15kV 이하인 다중접지식 특고압 가공전선로에서 접지선을 중성선과 분리한 경우, 1km마다의 중성선과 대지 사이 합성 전기저항 값은 30Ω 이하로 하여야 한다. 각 접지점의 대지 전기저항은 300Ω 이하로 한다.

옥내의 노출장소에 애자사용 공사로 저압 트롤리선을 시설하는 경우, 기계기구에 시설하는 경우를 제외하고 바닥에서 3.5m 이상 높이에 설치한다. 사람이 접촉할 우려가 있는 높이를 피해 감전을 방지하기 위한 규정이다.

계기용 변류기의 약호는 CT(Current Transformer)로, 대전류를 5A 정도의 작은 전류로 변성해 계기와 계전기에 공급한다. WH는 전력량계, CB는 차단기, DS는 단로기의 약호이다.

가공 인입선은 가공전선로의 지지물에서 다른 지지물을 거치지 않고 수용장소의 인입선 접속점에 이르는 가공전선을 말한다. 한 수용장소의 인입선 접속점에서 분기해 다른 수용장소의 인입구에 이르는 부분은 연접 인입선이다.

간선에 접속되는 전동기 정격전류의 합계가 50A를 초과하면 그 합계의 1.1배 이상의 허용전류를 갖는 전선을 선정한다. $100\times1.1 = 110\,\mathrm{A}$ 이상이 되며, 합계가 50A 이하일 때는 1.25배를 적용한다.

트위스트 접속(직선접속)은 단면적 6mm² 이하의 비교적 가는 단선에 적용하는 접속 방법이다. 10mm² 이상의 굵은 단선은 브리타니아 접속을 사용한다.

2종 금속제 가요전선관을 구부릴 때, 관의 시설과 제거가 자유롭고 점검이 가능한 은폐장소나 노출장소에서는 곡률 반지름을 관 안지름의 3배 이상으로 한다. 시설·제거가 부자유하거나 점검할 수 없는 은폐장소에서는 6배 이상으로 하여야 한다.

OW는 옥외용 비닐절연전선의 약호로 저압 가공전선 등에 사용한다. DV는 인입용 비닐절연전선, NR는 450/750V 일반용 단심 비닐절연전선의 약호이다.

경질 비닐 전선관은 1본의 표준 길이가 4m이며 안지름에 가까운 짝수(14~82mm)로 호칭한다. 금속관은 1본의 표준 길이가 3.66m로 서로 다르다.

지중전선로를 직접 매설식으로 시설할 때 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소는 매설 깊이를 1.0m 이상으로 하고, 그 밖의 장소는 0.6m 이상으로 한다. ※ 이 문항은 개정된 KEC 기준이 반영된 것으로, 종전 판단기준에서는 중량물 압력을 받는 장소가 1.2m 이상이었다.

수평지선은 토지의 상황 등으로 보통지선을 시설할 수 없을 때 전주와 전주 사이 또는 전주와 지주 사이에 수평으로 설치하는 지선이다. 궁지선은 장소가 협소해 지선을 길게 뺄 수 없을 때, Y지선은 여러 단의 장력이 걸리거나 지지물이 높을 때 사용한다.