[전기기능사 필기] 11년 1회차 기출문제 해설 페이지

콘덴서 5개를 병렬로 연결하면 $C_p = 5C$이고, 직렬로 연결하면 $C_s = \dfrac{C}{5}$이다. 따라서 $\dfrac{C_p}{C_s} = 25$이므로 $C_p = 25 C_s$가 된다.

전류가 흐르는 도체 주위에 생기는 자계의 세기를 구하는 법칙은 비오-사바르 법칙이다. 옴의 법칙은 전압과 전류의 관계, 렌츠의 법칙은 유도기전력의 방향, 키르히호프의 법칙은 회로망의 전류·전압 관계를 다룬다.

3상 전력은 $P = \sqrt{3} V I \cos\theta$이므로 역률은 $\cos\theta = \dfrac{P}{\sqrt{3}VI} = \dfrac{7000}{\sqrt{3}\times200\times25} \approx 0.808$로 약 80[%]이다.

피상전력은 전압과 전류의 곱으로 나타내는 겉보기 전력으로 단위는 [VA]이다. 유효전력의 단위는 [W], 무효전력은 [Var]이고 최대전력도 [W] 계열 단위로 나타내므로 나머지 조합은 옳지 않다.

전압계는 부하와 병렬로, 전류계는 부하와 직렬로 접속하여야 각각 전압과 전류를 정확히 측정할 수 있다.

콘덴서의 정전용량은 $C = \dfrac{Q}{V} = \dfrac{5\times10^{-3}}{1000} = 5\times10^{-6}\ \mathrm{F} = 5\ \mu\mathrm{F}$이다.

그림에서 가운데는 2[Ω] 두 개의 병렬이므로 $\dfrac{2}{2}=1\,\mathrm{\Omega}$, 오른쪽은 3[Ω] 세 개의 병렬이므로 $\dfrac{3}{3}=1\,\mathrm{\Omega}$이다. 여기에 a측의 1[Ω]이 직렬로 이어지므로 합성저항은 $R_{ab}=1+1+1=3\,\mathrm{\Omega}$이다.

그림의 식은 $v=V_m\sin(\omega t+30^\circ)$, $i=I_m\sin(\omega t-30^\circ)$이다. 전압을 기준으로 한 전류의 위상은 $(-30^\circ)-(+30^\circ)=-60^\circ$이므로 전류가 전압보다 60° 뒤진다. 전류가 뒤지는 것은 유도성(R-L) 회로의 전형적인 특징이다.

코일에 축적되는 에너지는 $W = \dfrac{1}{2}LI^2 = \dfrac{1}{2}\times0.1\times5^2 = 1.25\ \mathrm{J}$이다.

화학당량은 $\dfrac{\text{원자량}}{\text{원자가}} = \dfrac{58.70}{2.0} = 29.35$로 구해진다.

전력은 $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{180000}{180} = 1000\ \mathrm{W} = 1\ \mathrm{kW}$이다.

서로 다른 두 금속의 접합점에 전류를 흘렸을 때, 전류의 방향에 따라 열의 발생과 흡수가 반대로 나타나는 현상을 펠티에 효과라 한다. 이는 전류 방향과 무관하게 항상 발열만 하는 줄열과 구분되는 특징이다.

코일에 유도되는 기전력은 $e = N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t} = 200\times\dfrac{0.4}{0.1} = 800\ \mathrm{V}$이다.

저항률 $1\ \Omega\cdot\mathrm{m}$는 $1\ \Omega\cdot\dfrac{\mathrm{m}^2}{\mathrm{m}}$과 같고 $1\ \mathrm{m}^2=10^6\ \mathrm{mm}^2$이므로, $1\ \Omega\cdot\mathrm{m}=10^6\ \Omega\cdot\mathrm{mm}^2/\mathrm{m}$가 된다.

3상 전동기의 소비전력은 $P=\sqrt{3}VI\cos\theta=\sqrt{3}\times220\times10\times0.8\approx3048\ \mathrm{W}\approx3.0\ \mathrm{kW}$이다.

원형코일 중심의 자계 세기는 $H=\dfrac{NI}{2r}=\dfrac{10\times20}{2\times0.1}=1000\ \mathrm{AT/m}$이다.

직렬공진이 되면 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 서로 상쇄되어 임피던스는 저항 성분만 남아 최소가 되고, 이때 전류는 최대가 된다. 저항 값이나 인가전압은 공진 여부와 관계없이 그대로이므로 최소가 되는 것은 임피던스이다.

왜율은 $D=\sqrt{0.03^2+0.04^2+0.01^2}\times100=\sqrt{0.0026}\times100\approx5.1\ \%$로 계산된다.

4가인 실리콘에 5가 원소인 안티몬을 첨가하면 잉여 전자가 생겨 N형 반도체가 된다. 갈륨과 인듐은 3가 원소로 P형을 만들고, 게르마늄은 실리콘과 같은 4가여서 진성 반도체 성질을 그대로 유지한다.

인덕턴스에 축적되는 에너지는 $W=\dfrac{1}{2}LI^2$이므로 자기 인덕턴스에 비례하고 전류의 제곱에 비례한다.

대지에 저저항으로 직접 연결하는 직접접지 방식은 지락사고 시 건전상의 전위 상승을 억제하여 이상전압의 위험이 적고, 이 덕분에 선로나 변압기의 절연레벨을 낮게 설계할 수 있다.

유도전동기의 원선도는 무부하시험, 구속시험, 1차 권선저항 측정 결과로 작성하며, 슬립 측정은 원선도 작성에 직접 필요한 시험 항목이 아니다.

권상용 전동기의 용량은 $P=\dfrac{WV}{6.12\eta}=\dfrac{100\times2}{6.12\times0.7}\approx46.7\ \mathrm{kW}$로 약 47[kW]이다.

3상 전원에서 2상 전원을 얻을 때는 T결선(스코트 결선)을 사용한다.

직류 분권전동기는 $N\propto\dfrac{1}{\Phi}$의 관계를 가지므로, 계자전류를 약하게 하여 자속이 줄면 회전수는 증가한다.

권선형 유도전동기는 비례추이 특성을 이용해 2차측에 저항을 삽입함으로써 기동토크를 크게 하고, 오히려 기동전류는 억제하는 효과를 얻는다.

직류 분권전동기는 부하가 변하여도 계자자속이 거의 일정하게 유지되어 회전속도 변화가 작은 정속도 전동기이므로 공작기계 등에 주로 사용된다.

병렬운전 중인 동기발전기의 기전력에 위상차가 생기면 동기화전류가 흘러 두 기전력의 위상이 같아지도록 작용하는 동기화력이 발생한다.

계기용 변압기(PT)의 2차 정격전압은 110[V]로 표준화되어 있으므로 110/220[V]라는 설명은 틀린 내용이다. 3상 유도전압조정기 회전자 권선의 Y결선, 딥슬롯형 전동기의 냉각 특성, 누설변압기의 수하특성 설명은 모두 옳다.

동기전동기는 회전자 계자권선에 별도의 직류 여자전원이 반드시 필요하며, 이 여자전류로 역률을 조정할 수 있고 부하 급변 시 난조가 발생하기 쉬운 정속도 전동기이다. 따라서 직류 여자기가 필요 없다는 설명이 틀린 내용이다.

철심을 얇은 규소강판으로 성층하면 맴돌이 전류손(와류손)이 줄고, 규소를 첨가하면 히스테리시스손도 함께 줄어들어 철손 전체가 감소한다.

권수비 $a=2$이므로 1차 환산 전압은 $V_1=aV_2=2\times100=200\ \mathrm{V}$이고, 1차 환산 임피던스는 $Z_1=a^2Z_2=4\times20=80\ \Omega$이다.

3상 유도전동기의 회전방향은 고정자에 공급되는 상순에 의해 정해지므로, 3선 중 2선의 접속을 서로 바꾸어 상순을 반전시키면 회전방향이 바뀐다.

타여자발전기는 외부의 별도 직류전원으로 계자를 여자시키므로 철심에 잔류자기가 없어도 발전이 가능하다. 반면 분권·직권·복권과 같은 자여자기는 잔류자기를 이용해 전압을 확립하므로 잔류자기가 없으면 발전되지 않는다.

SCR과 GTO는 한쪽 방향으로만 전류를 흘리는 단방향 소자이고 MOSFET도 단방향성 스위칭 소자이지만, 트라이악(TRIAC)은 두 개의 SCR을 역병렬로 결합한 구조여서 양방향으로 전류를 흘릴 수 있다.

3상 제어정류회로에서 점호각(제어각)의 이론상 최대값은 150°이다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{N}{1-s}=\dfrac{1164}{1-0.03}=1200\ \mathrm{rpm}$이고, 극수는 $p=\dfrac{120f}{N_s}=\dfrac{120\times60}{1200}=6$극이다.

2차 전류는 $I_2=\dfrac{E_2}{\sqrt{(r_2/s)^2+x_2^2}}=\dfrac{127}{\sqrt{(0.03/0.05)^2+0.05^2}}\approx211\ \mathrm{A}$로 구해진다.

트라이악은 SCR 두 개를 역병렬로 접속한 것과 같은 동작을 하는 양방향 3단자 소자이므로, 기호도 삼각형 두 개가 서로 반대 방향으로 맞물린 모양에 게이트 리드가 하나 나온 형태이다. 보기 중 역방향 삼각형 한 쌍과 게이트 단자를 함께 가진 기호가 트라이악이다. 삼각형이 하나이고 게이트가 있는 것은 SCR, 게이트 없이 양방향인 2단자 기호는 다이악이다.

강압형 초퍼의 출력전압은 $E_2=\dfrac{T_{on}}{T}E_1$이고, 듀티비가 $\dfrac{5}{10}=0.5$이므로 $E_2=0.5E_1$이 된다.

분기회로의 개폐기 및 과전류차단기는 전압 옥내간선과의 분기점으로부터 전선의 길이가 원칙적으로 3[m] 이하인 지점에 시설하여야 한다.

가공전선 지지물에 시설하는 발판볼트 등은 승탑에 의한 감전 사고를 막기 위해 지표상 1.8[m] 미만에는 시설할 수 없다.

전선과 기구단자의 접속나사를 덜 죄면 접촉저항이 커져 과열, 화재, 접촉불량으로 인한 전파잡음이 발생할 수 있다. 이는 절전과는 관계가 없으므로 거리가 먼 것은 절전이다.

나전선을 상호 접속할 때는 접속으로 인해 전선의 세기(인장강도)가 원래 값의 20[%] 이상 감소하지 않도록 하여야 한다.

전동기에 공급하는 간선의 정격전류 합계가 50[A]를 초과하는 경우, 간선의 허용전류는 그 정격전류 합계의 1.1배 이상이 되는 전선을 사용하여야 한다(50[A] 이하인 경우는 1.25배).

제1종 접지공사에 사용하는 접지선은 공칭단면적 6[mm²] 이상의 연동선이어야 한다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사의 종별(1~4종) 구분이 폐지되고 접지시스템(단독접지·공통접지 등)으로 통합되었다.

연접인입선의 전선은 저압 인입선 규정에 따라 일정 굵기 이상일 것을 요구하는데, 이 지문은 반대로 1.5mm² 이하로 서술되어 있어 틀린 설명이다. 옥내 통과 금지, 폭 5m를 넘는 도로 횡단 금지, 분기점에서 100m를 넘는 지역까지 시설하지 않는다는 규정은 모두 옳다.

금속관을 콘크리트에 매설하는 경우 관의 두께는 1.2[㎜] 이상이어야 한다(노출 시공 등 그 밖의 경우는 1.0㎜ 이상).

충전된 배전선로에서 활선 상태로 전선의 피복을 벗길 때는 전선 피박기를 사용한다.

금속제 케이블트레이의 종류에는 사다리형, 바닥밀폐형, 통풍채널형, 펀칭형 등이 있으며 크로스형은 이에 해당하지 않는다.

전선로의 직선 부분을 지지하는 데 사용하는 애자는 핀애자이다.

저압 옥외조명설비의 가공전선 또는 지중전선에서 분기하여 전등이나 개폐기에 이르는 배선에는 단면적 2.5[mm²] 이상의 절연전선을 사용하여야 한다.

사람이 접촉할 우려가 있는 곳에서 가요전선관을 새들 등으로 지지할 때 지지점 사이의 거리는 1[m] 이하로 하여야 한다.

배전반이나 분전반 등에 녹아웃 펀치와 같은 용도로 구멍을 뚫을 때는 홀 소(hole saw)를 사용한다.

흥행장의 무대용 콘센트, 박스, 플라이덕트 및 보더라이트의 금속제 외함은 감전 위험이 크므로 제3종 접지공사를 하여야 한다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사의 종별 구분이 폐지되어 계통에 맞는 접지시스템으로 시공한다.

콘크리트 직매용 케이블(단심이 아닌 경우)을 구부릴 때 굴곡부 안쪽의 반지름은 피복 손상을 막기 위해 케이블 외경의 6배 이상으로 하여야 한다.

호텔·여관 객실의 입구나 주택·아파트 각 실의 현관에는 일정 시간이 지나면 자동으로 소등되는 타임스위치를 사용한다.

소맥분, 전분 등 가연성 분진이 있는 장소는 분진과 스파크에 의한 폭발·화재 위험이 있으므로 전선이 노출되는 애자사용공사는 적당하지 않고, 합성수지관·금속관·케이블공사처럼 배선을 밀폐하는 공사방법을 사용하여야 한다.

절연전선을 동일 플로어덕트 내에 넣을 때는 전선의 피복절연물을 포함한 총 단면적이 덕트 내부 단면적의 32[%] 이하가 되도록 하여야 한다.

2021년 개정된 KEC 기준으로 고압은 직류 1.5[kV]를 초과하고, 교류는 1[kV]를 초과하여 7[kV] 이하인 전압을 말한다.