[전기기능사 필기] 04년 3회차 기출문제 해설 페이지

자장 속의 자극이 받는 힘은 $F = mH$이므로 자극의 세기는 $m = \dfrac{F}{H}$이다.
$m = \dfrac{300}{3000} = 0.1\,\mathrm{Wb}$

자장의 세기와 자속밀도의 관계는 $B = \mu H$, 즉 $H = \dfrac{B}{\mu}$이므로 자장의 세기는 자속밀도를 투자율로 나눈 값이다. 따라서 "자속밀도에 투자율을 곱한 것"이라는 설명이 잘못되었다. 나머지는 모두 옳은 표현으로, $F = mH$에서 단위 자극이 받는 힘과 같고 $H = \dfrac{NI}{\ell}$에서 단위길이당 기자력과도 같다.

환상 철심의 자기저항은 $R_m = \dfrac{\ell}{\mu A}$이고 자체 인덕턴스는 $L = \dfrac{N^2}{R_m}$이다.
$L = \dfrac{\mu A N^2}{\ell}\,[\mathrm{H}]$
즉 권수의 제곱·투자율·단면적에 비례하고 자로의 길이에 반비례하는 식이 정답이다.

전류가 만드는 자기장의 방향은 앙페르의 오른나사 법칙으로 결정된다. 오른나사를 전류 방향으로 진행시킬 때 나사가 회전하는 방향이 자기장(자력선)의 방향이다. 플레밍의 오른손 법칙은 도체 운동에 의한 유도기전력의 방향, 왼손 법칙은 자기장 속 도체가 받는 힘의 방향을 정하는 법칙이다.

배율기 저항은 $R_m = R_v(m-1)$이며 배율은 $m = \dfrac{200}{100} = 2$이다.
$R_m = 5000 \times (2-1) = 5000\,\Omega$

R-L 병렬회로에서는 어드미턴스를 합성한 뒤 역수를 취한다. $Y = \dfrac{1}{R} - j\dfrac{1}{X_L}$이므로 $|Y| = \sqrt{\left(\dfrac{1}{R}\right)^2 + \left(\dfrac{1}{X_L}\right)^2}$이다.
$Z = \dfrac{1}{|Y|} = \dfrac{R\,X_L}{\sqrt{R^2 + X_L^2}} = \dfrac{R\,\omega L}{\sqrt{R^2 + (\omega L)^2}}$
직렬회로처럼 $\sqrt{R^2+(\omega L)^2}$만 쓰는 보기는 병렬회로에 해당하지 않는다.

전압을 기준으로 전류가 $0^\circ$보다 뒤지되 $90^\circ$까지는 뒤지지 않는(위상각 $0^\circ < \theta < 90^\circ$ 지상) 벡터도는 저항과 유도성 리액턴스가 함께 있는 R-L 직렬회로를 나타낸다. 저항만 있으면 동상, 인덕턴스만 있으면 정확히 $90^\circ$ 지상이며, R-C 직렬회로는 전류가 앞서는 진상이 되어 방향이 반대이다.

2전력계법에서 3상 부하전력은 두 전력계 지시값의 합이다.
$P = P_1 + P_2 = 200 + 200 = 400\,\mathrm{W}$
참고로 두 지시값이 같으면 $\tan\theta = \sqrt{3}\,\dfrac{P_1-P_2}{P_1+P_2} = 0$이 되어 역률 1인 부하이다.

전기장의 세기는 정의상 그 점에 놓인 단위 정전하($+1\,\mathrm{C}$)에 작용하는 힘의 크기이다. 즉 $F = QE$에서 $Q = 1$이면 $F = E$가 된다. 전위는 단위 전하가 갖는 위치에너지로 힘이 아니라 일의 개념이므로 구분해야 한다.

병렬로 연결된 부분에서는 각 저항에 같은 전압이 걸리므로 $I = \dfrac{V}{R}$에 따라 저항이 클수록 전류가 작아진다. 회로에서 R1은 전원과 직렬로 놓여 전체 전류가 흐르므로 최소가 될 수 없고, 병렬로 갈라지는 저항들 중 가장 큰 R2에 가장 작은 전류가 흐른다.

패러데이 법칙 $w = kIt$에서 $t = \dfrac{w}{kI}$이다.
$t = \dfrac{30}{0.0003293 \times 5} = 18220\,\mathrm{s}$
$t = \dfrac{18220}{3600} \fallingdotseq 5\,\text{시간}$

환상 솔레노이드는 자로의 길이가 평균 원둘레 $\ell = 2\pi r$이고 기자력이 $NI$이므로 내부 자장의 세기는 다음과 같다.
$H = \dfrac{NI}{\ell} = \dfrac{NI}{2\pi r}\,[\mathrm{AT/m}]$
무한장 직선 솔레노이드의 $H = nI$와 혼동하지 않아야 한다.

스타인메츠의 실험식에 따라 히스테리시스손은 $P_h = \sigma_h f B_m^{1.6}\,[\mathrm{W/m^3}]$으로 표시된다. 즉 최대 자속밀도의 1.6승에 비례하고 주파수에 비례한다. 참고로 와류손은 $P_e \propto f^2 B_m^2$이다.

비정현파의 실효값은 각 고조파 실효값의 제곱합의 제곱근이다. 각 항의 실효값은 $\dfrac{8\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = 8$, $\dfrac{6\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = 6$이다.
$I = \sqrt{8^2 + 6^2} = \sqrt{100} = 10\,\mathrm{A}$

평행판 콘덴서의 정전용량은 극판 면적에 비례하고 극판 간격에 반비례한다.
$C = \dfrac{\varepsilon A}{\ell}\,[\mathrm{F}]$
유전율 $\varepsilon = \varepsilon_0 \varepsilon_s$이므로 비유전율이 큰 유전체를 넣을수록 용량이 커진다.

크기가 같고 부호가 반대인 두 전하가 아주 가까운 거리를 두고 쌍을 이룬 것을 전기 쌍극자라 한다. 유전체에 전계를 가하면 원자·분자가 이러한 쌍극자로 배열되는데, 이 현상 자체는 분극이라 부른다.

도체의 저항은 $R = \rho \dfrac{\ell}{A}\,[\Omega]$로 표시된다. 따라서 길이에 비례하고 단면적에 반비례하며, 같은 재질이라도 가늘고 길수록 저항이 커진다.

볼타 전지에서 전류를 흘리면 양극(구리판) 표면에 수소 기체가 달라붙어 기전력이 급격히 떨어지는데, 이 현상을 분극 작용(성극 작용)이라 한다. 이를 막기 위해 이산화망간 등의 감극제(소극제)를 사용한다.

가요전선관과 가요전선관을 서로 잇는 데에는 스플릿 커플링을 사용한다. 컴비네이션 커플링은 금속관과 가요전선관을 접속할 때 쓰는 부속이므로 용도가 다르다.

구 내선규정상 저압 옥내 간선 전선의 허용전류는 전동기 정격전류 합계가 50A 이하이면 1.25배 이상, 50A를 넘으면 1.1배 이상으로 한다. 따라서 이 문제의 조건에서는 1.1배 이상이면 된다. ※ 현행 KEC에서도 전동기 부하 간선의 허용전류 산정은 같은 취지(50A 기준 1.25배/1.1배)로 규정한다.

출제 당시 판단기준상 고압 전로에 사용하는 포장 퓨즈는 정격전류의 1.3배에 견디고 2배의 전류로 120분 이내에 용단되어야 한다. 비포장 퓨즈는 1.25배에 견디고 2배 전류로 2분 이내에 용단되는 것이어야 한다. ※ 현행 KEC에서는 고압 포장 퓨즈의 기준이 정격전류 1.3배에 견디고 2배 전류로 120분 안에 용단되는 것으로 동일하게 유지된다.

출제 당시 기준으로 기계기구 철대·외함의 접지는 400V 이하 저압용은 제3종, 400V를 넘는 저압용은 특별 제3종, 고압·특별고압용은 제1종 접지공사를 한다. 따라서 400V를 넘는 저압용에 제2종이라 한 설명이 옳지 못하다. ※ 현행 KEC에서는 접지공사 종별(1·2·3·특별3종) 구분이 폐지되고 계통접지(TN·TT·IT)와 보호도체 규격으로 규정한다.

열동 계전기(THR)는 과부하 전류에 의한 발열로 바이메탈이 휘어져 접점을 열어 전자접촉기를 개방시키는 장치로, 전동기의 과부하 보호에 표준적으로 쓰인다. 선택접지 계전기(SGR)는 지락 사고 검출용이라 과부하 보호와 무관하다.

출제 당시 판단기준에 따라 고압 및 특별고압 전로에 시설하는 피뢰기의 접지는 제1종 접지공사(접지저항 10Ω 이하)를 한다. 뇌전류를 신속히 대지로 흘려야 하므로 접지저항을 가장 낮게 요구하는 종별을 적용한다. ※ 현행 KEC에서는 접지공사 종별이 폐지되고 피뢰시스템 접지 및 접지저항 10Ω 이하 기준으로 규정한다.

직접 매설식은 케이블을 땅속에 직접 묻으므로 토압·기계적 충격과 부식에 견뎌야 한다. 이 때문에 연피 위에 강대(강철 테이프)로 개장한 강대 개장 연피케이블이 가장 많이 쓰인다. 비닐 외장 케이블 등은 기계적 보호가 부족해 직매용으로 부적합하다.

접지선의 식별색은 녹색(또는 녹황 얼룩무늬)으로 정해져 있어 4심 고무코드에서도 녹색 심선을 접지선으로 사용한다. ※ 현행 KEC에서도 보호도체는 녹색-노란색 줄무늬로 규정한다.

전동기 정격전류 합계가 50A 이하이면 간선 전선의 허용전류는 그 합계의 1.25배 이상이어야 한다.
$I_a = 50 \times 1.25 = 62.5\,\mathrm{A}$

부하율은 일정 기간의 평균전력을 그 기간의 최대전력으로 나눈 값이다.
$\text{부하율} = \dfrac{\text{평균 수용전력}}{\text{합성 최대수용전력}} \times 100\,[\%]$
부등률은 각 부하 최대수요의 합을 합성 최대수요로 나눈 값(항상 1 이상)으로 정의가 다르다.

트위스트 접속은 단면적 $6\,\mathrm{mm^2}$(지름 2.6mm) 이하의 가는 단선에 쓰고, 그보다 굵은 단선은 조인트선을 감아 붙이는 브리타니아 접속을 한다. 3.2mm는 굵은 단선에 해당하므로 브리타니아 접속법이 적합하다.

금속몰드 공사는 철재 몰드를 쓰므로 콘크리트 건물의 노출 배선에서 금속관 공사와 병용해 증설 배선에 흔히 쓰인다. 금속제 관로 특유의 전자적 불평형(와전류·과열)을 피하기 위해 한 회로의 전선을 반드시 같은 몰드 안에 넣되 10가닥 이하로 제한한다.

ZCT(영상변류기)는 3상 전선을 한꺼번에 관통시켜 벡터합인 영상전류를 검출한다. 정상 시에는 합이 0이지만 지락이 생기면 영상전류가 나타나고, 이를 지락(접지) 계전기가 받아 차단기를 동작시킨다. CT는 상전류를, MOF는 전력량 계량을 위한 것이라 지락 검출용이 아니다.

케이블 약호는 절연체와 외장의 머리글자를 딴 것으로, B는 부틸고무(Butyl) 절연, N은 클로로프렌(네오프렌) 외장을 뜻하므로 BN 케이블이다. CV는 가교폴리에틸렌 절연 비닐 외장, RN은 고무 절연 클로로프렌 외장 케이블이다.

출제 당시 기준으로 캡타이어 케이블을 조영재에 따라 시설하는 경우 지지점 간의 거리는 1m 이하로 한다. 일반 케이블 공사에서 조영재 아랫면·옆면에 따라 붙일 때의 2m 이하와 혼동하지 않아야 한다.

분기회로의 개폐기 및 과전류 차단기는 저압 옥내 간선과의 분기점에서 전선 길이 3m 이하인 곳에 시설하는 것이 원칙이다. 다만 분기선의 허용전류가 간선 보호장치 정격의 35% 이상이면 8m 이하, 55% 이상이면 길이 제한을 받지 않는다.

발전소·변전소의 전력을 지지물(전주·철탑)에 지지시켜 수용가 쪽으로 보내는 전선을 가공전선이라 한다. 가공지선은 뇌격 차폐용으로 전력을 보내지 않고, 연접 인입선은 한 수용가 인입선에서 분기해 다른 수용가로 가는 전선이다.

IV는 Indoor PVC의 약호로 600V 비닐절연전선을 뜻하며 옥내 배선용 표준 전선이다. 인입용 비닐절연전선은 DV, 옥외용 비닐절연전선은 OW로 구분한다.

저압 가공인입선이 횡단보도교 위에 시설되는 경우 노면상 3m 이상으로 한다. 참고로 도로 횡단은 노면상 5m 이상, 철도·궤도 횡단은 레일면상 6.5m 이상이다.

접지는 누전 시 인체 감전 방지, 뇌해·이상전압 억제, 지락 검출을 통한 보호계전기 동작(보호협조)을 목적으로 한다. 절연강도는 절연물의 재질과 두께로 정해지는 성질이므로 접지를 한다고 강화되지 않는다.

맞대기용 슬리브 압착접속은 전선 끝을 슬리브에 맞대어 압착하는 방식이라 단선과 연선 모두에 쓸 수 있다. S형 슬리브 접속과 가는 단선의 분기접속은 단선용, 터미널 러그는 주로 연선 단말 처리용으로 용도가 한정된다.

알루미늄 전선은 표면 산화막과 재질 특성 때문에 전용 접속기를 써야 하며, 굵은 Al선을 박스 안에서 접속할 때는 C형(알루미늄 전선용) 접속기를 사용한다. 링 슬리브나 비틀어 꽂는 접속기는 가는 전선용이라 굵은 알루미늄 도체에는 부적합하다.

계기용 변압기(PT)는 고전압을 계측에 안전한 110V 정도로 낮춰 주는 기기로, 2차 측에 전압계를 연결해 고압 회로의 전압을 측정한다. 계기용 변류기(CT)는 대전류를 5A로 낮추어 전류계에 연결하는 기기라 용도가 다르다.

금속관을 박스에 접속할 때는 박스 안쪽과 바깥쪽에서 로크너트 2개로 녹아웃 구멍을 물려 조여야 관이 빠지지 않고 전기적 접속도 확실해진다. 관 끝에는 전선 피복 손상을 막기 위해 부싱을 끼운다.

수차 입구밸브는 낙차와 유량에 따라 선정하는데, 고낙차·소수량에는 구조가 간단하고 고압에 견디는 슬루스(스루스) 밸브가 적당하다. 저낙차·대수량에는 나비형(버터플라이) 밸브, 고낙차·대수량에는 로터리 밸브를 쓴다.

재열기는 고압 터빈에서 일을 마쳐 온도가 떨어진 증기를 보일러로 되돌려 다시 가열한 뒤 저압 터빈으로 보내는 설비이다. 급수를 가열하는 것은 절탄기(급수 예열기), 연소용 공기를 데우는 것은 공기 예열기이다.

고압선과 저압선이 혼촉하면 저압 측에 고전압이 걸려 위험하므로, 변압기 저압 측 중성점에 접지공사(출제 당시 기준으로 제2종 접지공사)를 하여 전위 상승을 억제한다. 피뢰기나 가공지선은 뇌서지 대책이라 혼촉 방지 목적과는 다르다. ※ 현행 KEC에서는 접지공사 종별이 폐지되고 계통접지·고압측 지락에 따른 저압측 전위상승 제한 기준으로 규정한다.

절연협조는 가장 값싸고 교체가 쉬운 피뢰기의 제한전압을 가장 낮게 잡고, 사고 시 피해가 큰 기기일수록 절연강도를 높게 잡는 것이다. 따라서 절연강도는 피뢰기 < 변압기 코일 < 변압기 붓싱 < 송전선 애자 순으로 높아진다.

3상 3선식에서 각 상의 배치가 비대칭이면 등가 선간거리로 세 거리의 기하평균을 쓴다.
$D_e = \sqrt[3]{D_1 D_2 D_3}\,[\mathrm{m}]$
이 값을 인덕턴스·정전용량 계산식의 선간거리 $D$에 대입한다.

열효율은 발생 전력량의 열당량을 투입 연료의 발열량으로 나눈 값이며 $1\,\mathrm{kWh} = 860\,\mathrm{kcal}$이다.
$\eta = \dfrac{860 W}{m H} \times 100 = \dfrac{860 \times 30000}{15000 \times 5500} \times 100$
$\eta = \dfrac{25800000}{82500000} \times 100 \fallingdotseq 31.3\,\%$

석탄이 완전 연소하면 탄소는 이산화탄소로, 수소는 수증기로 바뀌고 연소용 공기의 대부분인 질소가 그대로 배출되므로 연도가스는 이산화탄소·수증기·질소·과잉 산소가 주성분이다. 일산화탄소는 산소가 부족한 불완전 연소에서 생기는 성분이라 완전 연소 시의 주성분이 아니다.

단상 3선식은 중성선을 기준으로 두 부하가 나뉘는데 부하가 불평형이면 중성선에 전류가 흘러 두 전압이 달라진다. 이를 막기 위해 부하 말단에 권수비 1:1인 단권변압기, 즉 밸런서를 설치해 전압을 평형시킨다.

절탄기(이코노마이저)는 연도로 빠져나가는 배기가스의 남은 열로 보일러 급수를 예열하는 장치이다. 급수 온도를 높여 증발에 필요한 열량을 줄이므로 보일러 효율이 올라가고 연료가 절약된다.

공칭전압은 선로를 대표하는 표준 전압으로, 우리나라는 저압 220/380V, 배전 22.9kV, 송전 154kV·345kV·765kV를 사용한다. 따라서 154000V가 공칭전압에 해당하며 6900V나 23000V는 현재 우리나라 표준 공칭전압이 아니다.

3상 차단기의 정격차단용량은 3상 피상전력으로 계산한다.
$P_s = \sqrt{3} \times V_n \times I_s\,[\mathrm{MVA}]$
여기서 $V_n$은 정격전압, $I_s$는 정격차단전류이며, 정격전류가 아닌 차단전류를 쓴다는 점에 주의한다.

베르누이 정리에서 유속 $v$의 흐름이 갖는 속도수두는 운동에너지를 수두로 환산한 값이다.
$h_v = \dfrac{v^2}{2g}\,[\mathrm{m}]$
여기서 $g = 9.8\,\mathrm{m/s^2}$이며, 전수두는 위치수두·압력수두·속도수두의 합이다.

수력발전 설비에서 취수구로 들어온 물을 상부 수조(헤드탱크)나 조정지까지 보내는 통로가 수로(도수로)이다. 침사지는 토사를 가라앉히는 설비, 여수토는 넘치는 물을 방류하는 설비로 역할이 다르다.

갠트리 철탑은 문(門) 모양의 H형 구조를 가진 철탑으로, 전차선이나 도로·하천 등을 횡단하는 구간에서 지지물을 양쪽에 세우고 위를 가로질러 선로를 지지할 때 사용한다.

연가는 3상 각 전선이 차지하는 위치를 바꿔 선로정수를 평형시키는 것으로, 전 선로를 3등분해 각 상이 세 위치를 한 번씩 거치도록 한다. 이로써 정전용량 불평형으로 인한 통신선 유도장해와 중성점 잔류전압을 줄인다.

충전전류는 대지 정전용량에 상전압이 걸려 흐르는 진상전류이다. 전체 정전용량은 $C = 0.01 \times 173.2 = 1.732\,\mu\mathrm{F}$이다.
$I_c = 2\pi f C \dfrac{V}{\sqrt{3}} = 2\pi \times 60 \times 1.732 \times 10^{-6} \times \dfrac{60000}{\sqrt{3}}$
$I_c \fallingdotseq 22.6\,\mathrm{A}$

직렬 축전기는 선로에 직렬로 삽입되어 용량성 리액턴스로 선로의 유도성 리액턴스를 상쇄한다. 그 결과 등가 리액턴스가 줄어 전압강하가 작아지고 안정도와 송전용량이 커진다. 역률 개선용으로 부하와 병렬로 붙이는 것은 병렬(전력용) 콘덴서이다.

중유 버너는 기름을 안개처럼 미립화해 분출하는 방식으로 압력 분사식, 증기 분사식, 공기 분사식, 회전식 등이 있다. 미분탄 분사식은 석탄을 곱게 갈아 공기와 함께 불어 넣는 석탄 연소 방식이므로 중유 연소장치에 해당하지 않는다.