[전기기능사 필기] 10년 3회차 기출문제 해설 페이지

비유전율(비유전상수) εr은 어떤 매질의 유전율을 진공의 유전율로 나눈 상대값이므로, 진공 자체를 기준으로 삼는 진공 중에서는 정의상 εr=1이다. 8.855×10⁻¹²는 진공의 절대유전율 ε₀, 9×10⁹은 쿨롱 상수 1/(4πε₀)이므로 이들과 혼동하면 안 된다.

2Ω과 3Ω을 직렬접속하면 합성저항은 $R=2+3=5\,\Omega$이 된다. 컨덕턴스는 저항의 역수이므로 $G=\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{5}=0.2\,[\mho]$이다.

R-L 직렬회로에서 전류가 정상값의 약 63.2%에 도달하는 데 걸리는 시간을 시정수라 하며, 이는 $\tau=\dfrac{L}{R}\,[\mathrm{s}]$로 정의된다. R-C 직렬회로의 시정수 RC와 혼동하지 않아야 한다.

바리스터(varistor)는 인가전압이 일정 값을 넘으면 저항이 급격히 낮아지는 비선형 소자로, 계전기 접점 개폐 시 발생하는 서지전압·아크를 흡수해 접점을 보호하는 데 사용된다. 서미스터는 온도 검출용, 제너·터널 다이오드는 정전압·고주파 발진용으로 용도가 다르다.

전도도(도전율) σ는 저항률 ρ의 역수이므로, 단위도 저항의 단위 [Ω·m]의 역수 형태인 [℧/m](S/m)이 된다. [Ω·m]은 저항률의 단위이고 [℧·m], [Ω/m]은 실제로 쓰이지 않는 조합이다.

실효값 50V인 사인파 전압의 최댓값은 $V_m=50\sqrt{2}\,\mathrm{V}$이므로, 전류의 최댓값은 $I_m=\dfrac{V_m}{R}=\dfrac{50\sqrt{2}}{25}=2\sqrt{2}\,\mathrm{A}$이다. 따라서 전류의 순시값은 $i=2\sqrt{2}\sin 377t\,[\mathrm{A}]$가 된다.

각주파수와 주파수의 관계식 $\omega=2\pi f$에서 $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{100\pi}{2\pi}=50\,\mathrm{Hz}$이다.

환상 솔레노이드의 자체 인덕턴스는 $L=\dfrac{\mu_0\mu_r N^2 A}{l}$로 구한다. 수치를 대입하면 $L=\dfrac{4\pi\times10^{-7}\times2000\times1000^2\times4\times10^{-4}}{0.5}\approx 2.01\,\mathrm{H}$로 약 2H가 된다.

두 코일을 가동접속(합)하면 $L_1+L_2+2M=95\,\mathrm{mH}$, 차동접속(반대접속)하면 $L_1+L_2-2M=15\,\mathrm{mH}$이다. 두 식을 빼면 $4M=80\,\mathrm{mH}$이므로 상호 인덕턴스는 $M=20\,\mathrm{mH}$이다.

패러데이 법칙에 따라 석출량은 $w=kQ=kIt$이다. $Q=It=10\times3600=36000\,\mathrm{C}$이므로 $w=0.3293\times10^{-3}\times36000\approx11.86\,\mathrm{g}$이다.

한 상의 임피던스는 $Z=\sqrt{R^2+X_L^2}=\sqrt{4^2+3^2}=5\,\Omega$이다. Y결선의 상전압은 선간전압의 $1/\sqrt3$이므로 $V_p=\dfrac{200}{\sqrt3}\approx115.5\,\mathrm{V}$이고, 부하전류는 $I=\dfrac{V_p}{Z}\approx23.1\,\mathrm{A}$이다.

3상 소비전력은 $P=\sqrt3\,VI\cos\theta$이다. 수치를 대입하면 $P=\sqrt3\times13200\times800\times0.8\approx14{,}632\,\mathrm{kW}$이다.

기본파(1고조파)의 용량성 리액턴스가 $X_{C1}=36\,\Omega$이므로 n고조파에서는 $X_{Cn}=36/n$이 된다. 각 고조파 전류실효값은 $I_1=\dfrac{120}{\sqrt{4^2+36^2}}\approx3.31\,\mathrm{A}$, $I_3=\dfrac{60}{\sqrt{4^2+12^2}}\approx4.74\,\mathrm{A}$, $I_5=\dfrac{30}{\sqrt{4^2+7.2^2}}\approx3.64\,\mathrm{A}$이며, 합성 실효값은 $I=\sqrt{I_1^2+I_3^2+I_5^2}\approx6.8\,\mathrm{A}$이다.

도체 부피가 일정할 때 저항은 $R=\rho\dfrac{l}{A}=\rho\dfrac{l^2}{lA}=\rho\dfrac{l^2}{V}$로 길이의 제곱에 비례한다. 길이를 2배로 늘리면 저항은 $2^2=4$배가 된다.

전류가 저항을 흐를 때 발생하는 열량이 전류의 제곱, 저항, 시간에 비례한다는 법칙은 줄의 법칙($H=I^2Rt$)이다. 옴의 법칙은 전압·전류·저항의 관계를, 키르히호프의 법칙은 회로망의 전류·전압 보존을 다룬다.

콘덴서를 병렬로 연결하면 정전용량은 단순히 더해지므로 합성 정전용량은 $C=1+3+6=10\,\mu\mathrm{F}$이다.

쿨롱의 법칙 $F=\dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{q_1q_2}{r^2}=9\times10^9\dfrac{q_1q_2}{r^2}$에 대입하면 $F=9\times10^9\times\dfrac{10^{-6}\times10^{-4}}{1^2}=9\times10^{-1}\,\mathrm{N}$이다.

소비전력 공식 $P=I^2R$에서 전류는 $I=\sqrt{\dfrac{P}{R}}=\sqrt{\dfrac{90000}{300}}=\sqrt{300}\approx17.3\,\mathrm{A}$이다.

전기가 한 일은 $W=VIt$이며, 3분은 180초이므로 $W=1.5\times3\times180=810\,\mathrm{J}$이다.

점자극에 의한 자기장의 세기는 거리의 제곱에 반비례한다($H\propto 1/r^2$). 세기를 1/2로 줄이려면 $r^2$이 2배가 되어야 하므로 거리는 $\sqrt2$배로 늘려야 한다.

구리 등 금속 도체의 저항은 정(+)의 온도계수를 가져 온도가 오르면 저항도 증가한다. 전동기 권선(동선) 역시 마찬가지로 온도상승에 따라 저항이 증가한다.

다이오드를 직렬로 연결하면 각 소자가 나누어 부담하는 역전압이 낮아져 전체적으로 더 높은 전압까지 견딜 수 있으므로 과전압으로부터 보호할 수 있다. 반대로 다이오드를 병렬로 연결하면 전류를 분담시켜 과전류로부터 보호한다.

속도변동률은 $\varepsilon=\dfrac{n_0-n_n}{n_n}\times100$으로 구한다. 대입하면 $\varepsilon=\dfrac{1200-1150}{1150}\times100\approx4.35\,\%$이다.

인버터(inverter)는 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 장치이며, 반대로 교류를 직류로 바꾸는 것은 컨버터(정류기)이다.

동기발전기의 병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형과 상회전방향이 같아야 하는 것이다. 회전수(극수)는 서로 달라도 주파수만 같으면 병렬운전이 가능하므로 고려할 필요가 없는 조건이다.

단상 유도전동기의 기동토크는 일반적으로 반발기동형이 가장 크고 반발유도형, 콘덴서기동형 순이며 분상기동형이 가장 작다. 분상기동형은 주권선과 기동권선 간 임피던스 위상차가 작아 기동토크가 작기 때문이다.

2차여자법은 유도전동기 회전자(2차측) 회로에 슬립주파수와 같은 주파수의 전압을 외부에서 공급해 슬립을 조정함으로써 속도를 제어하는 방식이다.

직류 분권전동기는 $N=\dfrac{V-I_aR_a}{k\Phi}$로 회전속도가 자속 Φ에 반비례한다. 계자저항을 증가시키면 계자전류와 자속이 줄어들어 회전속도는 증가한다.

부하전류는 $I_L=\dfrac{P}{V}=\dfrac{50000}{250}=200\,\mathrm{A}$이고, 외분권이므로 분권계자권선에는 단자전압이 그대로 걸려 계자전류는 $I_f=\dfrac{V}{R_f}=\dfrac{250}{25}=10\,\mathrm{A}$이다. 전기자전류는 $I_a=I_L+I_f=200+10=210\,\mathrm{A}$이다.

차동계전기는 보호 대상 설비로 유입되는 전류와 유출되는 전류를 비교하여 그 차(오차분)가 일정치를 넘으면 동작하는 계전기로, 변압기·발전기 등의 내부 고장 보호에 사용된다.

회생제동은 전동기를 감속시킬 때 회전체가 가진 운동에너지를 전동기가 발전기로 작동하며 전기에너지로 바꾸어 전원 쪽으로 되돌려 보내는 동시에 제동력을 얻는 방식이다.

동기전동기의 극수는 $P=\dfrac{120f}{N}=\dfrac{120\times50}{500}=12$극이다. 기동용 유도전동기는 슬립 때문에 자신의 동기속도보다 낮게 회전하므로, 500rpm 부근까지 끌어올리려면 동기속도가 다소 높은 한 단계 적은 극수, 즉 10극을 사용한다.

3상 반파 정류회로는 한 주기 동안 맥동(펄스)이 3회 나타나므로 맥동주파수는 $3f=3\times60=180\,\mathrm{Hz}$이다.

3상 동기전동기의 토크는 $T\propto \dfrac{VE\sin\delta}{X_s}$로 나타나며, 다른 조건이 일정할 때 공급전압 V의 크기에 비례한다.

8극 900rpm에서 발생하는 주파수는 $f=\dfrac{PN}{120}=\dfrac{8\times900}{120}=60\,\mathrm{Hz}$이다. 병렬운전을 위해서는 같은 주파수를 유지해야 하므로 극수 6인 발전기의 회전수는 $N=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{6}=1200\,\mathrm{rpm}$이다.

슬립은 $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}$으로 정의된다. 정지 상태는 회전자 속도 N=0이므로 $s=\dfrac{N_s-0}{N_s}=1$이다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}$이다. 회전수는 $N=N_s(1-s)=1800\times(1-0.05)=1710\,\mathrm{rpm}$이다.

변압기가 무부하 상태일 때 1차 권선에는 철심의 자속을 유지하기 위한 여자전류만 흐른다.

전압변동률은 $\varepsilon\approx p\cos\theta+q\sin\theta$로 근사된다. 역률이 1이면 $\cos\theta=1,\ \sin\theta=0$이므로 리액턴스 강하 항은 기여하지 않고 $\varepsilon\approx p=1.8\,\%$가 된다.

직류발전기의 전기자 반작용은 부하전류, 즉 전기자 권선에 흐르는 전류가 만드는 자속이 주자속(계자자속)에 영향을 주어 발생하는 현상이다.

구 전기설비기술기준(판단기준)에서는 수전설비의 저압 배전반 앞면에서 계측기를 판독할 수 있도록 최소 1.5m 이상의 유지거리를 확보하도록 규정하였다.

구 전기설비기술기준(판단기준)의 저압전로 절연저항표에 따르면 사용전압 300V 초과 400V 미만 구간은 절연저항 0.3MΩ 이상이어야 하며, 380V는 이 구간에 해당한다. ※ 현행 KEC 기준으로는 이 전압구간별 절연저항표가 폐지되고 SELV·PELV·FELV 등 회로 구분과 시험전압 기준으로 개정되었다.

구 전기설비기술기준에서는 가공전선로 지지물의 기초에 대한 안전율을 하중에 대해 일반적으로 2.0 이상으로 규정하였다.

홀쏘(hole saw)는 노크아웃펀치와 마찬가지로 배전반·박스 등 금속판에 원형 구멍을 뚫는 공구이다. 리머는 뚫린 구멍의 모서리를 다듬는 용도, 벤더는 전선관을 구부리는 용도로 용도가 다르다.

SF6가스는 절연내력과 소호(아크 차단) 능력이 공기보다 훨씬 뛰어나며(소호능력은 공기의 약 100배 수준) 이 때문에 가스차단기·개폐기에 사용된다. '소호능력이 공기보다 낮다'는 설명은 실제와 반대이므로 SF6의 성질이 아니다.

구 전기설비기술기준에서는 가공전선 지지물에 오르내림용으로 설치하는 발판볼트 등을 지표상 1.8m 미만에는 시설할 수 없도록 규정하였다(무단 승탑·추락 방지 목적).

인터록 회로는 정회전용과 역회전용처럼 서로 반대 동작을 하는 두 전자개폐기가 동시에 투입되지 않도록, 한쪽이 동작 중이면 다른 쪽 회로를 차단하는 회로이다.

구 전기설비기술기준에서는 옥내에서 전선을 병렬로 사용할 경우 동선은 각 선의 굵기가 50㎟ 이상(알루미늄선은 70㎟ 이상)이어야 한다고 규정하였다.

구 전기설비기술기준의 접지공사 시설방법에서는 제1종·제2종 접지공사의 접지선을 사람이 접촉할 우려가 있는 곳에 시설할 때 접지극을 지하 75㎝ 이상의 깊이에 매설하도록 규정하였다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사의 종별 구분(1~4종)이 폐지되고 접지시스템으로 통합·개정되었다.

플로어덕트 공사에서 박스의 플러그 구멍 중 전선을 인출하지 않는 구멍은 아이언플러그로 막아 마감한다.

구 전기설비기술기준의 배선용차단기 동작특성 규정에 따르면 정격전류 30A 이하인 경우 정격전류의 2배 전류가 흐르면 2분 이내에 자동으로 차단되어야 한다.

가요전선관 공사는 사용전압의 저압·고압 구분과 무관하게 적절한 조건(2종 금속제 가요전선관 등)을 갖추면 시설할 수 있어, '사용전압 400V 이하에서만 사용한다'는 제한은 실제 규정에 없으므로 잘못된 설명이다. 절연전선(옥외용 제외) 사용, 연선 사용, 관 내 접속점 금지는 모두 옳은 시설기준이다.

특고압 수전설비 단선결선도에서 전력퓨즈는 통상 PF(Power Fuse)로 표기하며, LF는 표준 결선기호가 아니다. CB(차단기), DS(단로기), LA(피뢰기)는 모두 올바른 결선기호이다.

구 전기설비기술기준에서는 제3종 접지공사의 접지선으로 연동선을 사용하는 경우 공칭단면적 2.5㎟ 이상이어야 한다고 규정하였다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사 종별 구분이 폐지되고, 접지도체의 굵기는 계통방식·전원측 과전류차단기 정격에 따른 표로 규정된다.

구 전기설비기술기준의 애자사용공사 규정에서는 저압 옥내배선의 전선 상호 간 간격을 6㎝ 이상으로 하도록 정하였다.

가연성 가스나 인화성 물질의 증기가 새거나 체류하여 폭발 위험이 있는 장소의 저압 옥내배선은 금속관공사(또는 케이블공사)로 시설하여야 한다. 가요전선관·플로어덕트·애자사용공사는 이러한 위험장소의 공사방법으로 적합하지 않다.

합성수지제 가요전선관(PF관·CD관)의 표준 호칭은 14, 16, 22, 28, 36, 42, 54(mm)이며, 38이라는 호칭은 존재하지 않는다.

금속 전선관을 직각으로 구부릴 때 굽힘 반지름은 $r=6d+\dfrac{D}{2}$(d: 안지름, D: 바깥지름)로 계산한다.

단자에 전선을 접속할 때 진동 등으로 풀림이 우려되는 곳에는 스프링와셔를 끼워 조임 상태를 유지시킨다.

코드 상호 또는 캡타이어케이블 상호를 접속할 때는 코드 접속기(코드커넥터)를 사용한다. 와이어 커넥터는 일반 전선(단선)의 상호 접속에 주로 사용된다.