[전기기능사 필기] 04년 1회차 기출문제 해설 페이지

같은 용량 $C$의 콘덴서 5개를 병렬로 접속하면 합성용량은 $C_p = 5C$이고, 직렬로 접속하면 $C_s = \dfrac{C}{5}$이다. 따라서 $\dfrac{C_p}{C_s} = \dfrac{5C}{C/5} = 25$이므로 병렬 접속이 직렬 접속의 25배가 된다.

진공중의 투자율은 $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\ \mathrm{[H/m]}$로 정의된 값이다. $8.855 \times 10^{-12}$은 진공의 유전율 $\varepsilon_0\ \mathrm{[F/m]}$이고, $9 \times 10^{9}$은 쿨롱의 법칙 비례상수이므로 투자율과는 다르다.

막대자석의 자기 모멘트는 자극의 세기와 자극 간 길이의 곱 $M = m \cdot l$로 구한다. $M = 10^{-5} \times 0.1 = 10^{-6}\ \mathrm{[Wb \cdot m]}$이다. 길이 10[cm]를 반드시 0.1[m]로 환산해 대입해야 한다.

코일에 축적되는 전자 에너지는 $W = \dfrac{1}{2}LI^2$이다. $0.2 = \dfrac{1}{2} \times L \times 0.5^2$에서 $L = \dfrac{2 \times 0.2}{0.25} = 1.6\ \mathrm{[H]}$이다. 즉 인덕턴스가 1.6[H] 이하이면 에너지가 0.2[J] 이하로 유지된다.

코일에 유기되는 기전력의 크기는 $e = L \dfrac{di}{dt}$이다. $e = 40 \times 10^{-3} \times \dfrac{10}{0.2} = 0.04 \times 50 = 2\ \mathrm{[V]}$이다.

같은 방향으로 전류가 흐르는 도체는 서로 흡인하고 반대 방향은 반발하는데, 하나의 폐회로 코일에서는 마주보는 변의 전류가 서로 반대 방향이므로 각 변이 바깥쪽으로 밀려난다. 이때 코일은 같은 둘레에서 가장 넓은 면적(= 최대 자속)을 갖는 원형으로 변형된다.

자기회로에서 자속은 $\mathrm{Wb}$, 기자력은 $\mathrm{AT}$, 자기저항은 $\mathrm{AT/Wb}$를 단위로 쓴다. $\mathrm{kW}$는 전력의 단위로 전기회로에서 쓰이므로 자기회로의 단위가 아니다.

직렬 공진이면 $X_L = X_C$가 되어 리액턴스 성분이 서로 상쇄되고 임피던스는 $Z = R$인 순저항이 된다. 순저항 회로에서는 전압과 전류의 위상차가 0이므로 두 파형은 동상이며, 이때 전류가 최대가 된다.

Y(성형) 결선에서는 선간전압이 상전압의 $\sqrt{3}$배이므로 $V_p = \dfrac{V_l}{\sqrt{3}}$이다. $V_p = \dfrac{220}{1.732} = 127\ \mathrm{[V]}$이다. 참고로 Y결선에서 선전류와 상전류는 서로 같다.

히스테리시스 곡선의 횡축은 자화력(자계의 세기) $H$, 종축은 자속밀도 $B$이다. 곡선이 횡축과 만나는 점은 자속밀도를 0으로 만드는 데 필요한 역자계의 크기이므로 보자력이며, 종축과 만나는 점이 잔류자기이다.

납축전지는 양극에 이산화납, 음극에 납(해면상 납)을 쓰고 전해액으로 비중 약 1.2의 묽은 황산을 사용한다. 수산화칼륨은 알칼리 축전지의 전해액이므로 납축전지와는 다르다.

앙페르의 오른나사 법칙은 전류의 방향을 오른나사가 나아가는 방향으로 잡으면 나사를 돌리는 방향이 자력선의 방향이 된다는 법칙으로, 전류와 자기장 방향의 관계를 간단히 판별할 수 있다. 렌츠의 법칙은 유도기전력의 방향을 정하는 법칙이므로 목적이 다르다.

R-L 직렬회로이므로 임피던스는 $Z = \sqrt{4^2 + 3^2} = 5\ \mathrm{[\Omega]}$, 전류는 $I = \dfrac{10}{5} = 2\ \mathrm{[A]}$이다. 유도성 회로이므로 전류는 전압보다 $\theta = \tan^{-1}\dfrac{3}{4} = 36.87^\circ$만큼 뒤지며, 전압 벡터를 기준으로 전류 벡터가 시계 방향으로 약 37도 처진 벡터도가 된다.

전열기의 저항은 정격값으로부터 $R = \dfrac{V^2}{P} = \dfrac{200^2}{500} = 80\ \mathrm{[\Omega]}$이다. 이 저항에 220[V]를 가하면 $P = \dfrac{V^2}{R} = \dfrac{220^2}{80} = 605\ \mathrm{[W]}$가 된다. 전력은 전압의 제곱에 비례하므로 $500 \times (220/200)^2 = 605$로도 구할 수 있다.

정현파의 평균값은 $V_{av} = \dfrac{2}{\pi}V_m$이므로 최대값은 $V_m = \dfrac{\pi}{2}V_{av}$이다. $V_m = 1.571 \times 191 = 300\ \mathrm{[V]}$이다.

역률은 피상전력 중 실제로 일을 하는 유효전력의 비율이므로 $\cos\theta = \dfrac{P}{P_a}$이다. 무효전력과의 관계로는 $\sin\theta = \dfrac{P_r}{P_a}$, $P_a = \sqrt{P^2 + P_r^2}$가 성립한다.

브리지가 평형을 이루면 검류계에 전류가 흐르지 않고, 서로 마주보는(대각으로 위치한) 두 변의 저항 곱이 같아진다. 그림에서 P와 R, Q와 X가 각각 대변을 이루므로 평형 조건은 $PR = QX$이며, 이 식으로 미지저항 $X$를 구한다.

서미스터는 니켈, 코발트, 망간 등의 산화물을 소결해 만든 열민감 저항 소자로, 일반적으로 부(-)의 온도계수를 가져 온도가 올라가면 저항값이 감소한다. 따라서 온도가 증가할 때 저항값이 증가한다는 설명은 틀리며, 이런 정특성 소자는 별도로 PTC 서미스터라 부른다.

지지물 매설깊이는 전장 15[m] 이하이면 전장의 1/6 이상, 15[m]를 초과하면 2.5[m] 이상으로 한다(설계하중 700[kg] 이하 기준). 따라서 15[m]를 넘는 전주는 최소 2.5[m] 이상 묻어야 한다.

플렉시블 외장 케이블은 외장 안의 심선 절연물에 따라 기호가 구분되는데, 고무 절연선을 사용한 기본형이 AC이다. ACT는 열가소성 절연을 쓴 것이고 ACL은 납(연)피를 입혀 습기 있는 곳에 쓰는 것이므로 건조한 곳의 노출 및 은폐 배선용 고무절연 심선 제품은 AC이다.

소선 1가닥의 단면적은 $a = \dfrac{\pi d^2}{4} = \dfrac{3.14 \times 1.2^2}{4} = 1.13\ \mathrm{[mm^2]}$이다. 소선수는 $N = \dfrac{8}{1.13} = 7.1$이 되고, 연선은 1, 7, 19, 37가닥처럼 정해진 구성을 가지므로 7가닥이 된다.

콜라우시 브리지는 교류 전원을 이용해 접지저항이나 전해액 저항을 측정하는 계기이다. 어스 테스터는 접지저항 측정용, 메거(절연저항계)는 절연저항 측정용, 검전기는 전압의 크기가 아니라 충전 유무를 확인하는 기구이므로 나머지 설명은 용도가 뒤바뀌었다.

OW선은 옥외용 비닐 절연전선(Outdoor Weatherproof)으로 저압 가공 배전선로에 사용한다. IV선은 옥내용 비닐 절연전선, DV선은 인입용 비닐 절연전선, RB선은 고무 절연전선이다.

케이블을 수직으로 배선하면 자체 무게 때문에 도체와 피복에 큰 인장력이 걸리므로, 고층 건물에서는 각 층마다 지지물을 두어 하중을 분산시켜야 한다. 여러 층을 건너뛰어 지지하면 하부 케이블이 늘어나거나 손상될 수 있다.

금속관을 구부릴 때 곡률이 너무 급하면 관이 찌그러지고 전선 인입이 어려워지므로, 구부러진 안쪽의 반지름은 관 안지름의 6배 이상으로 하도록 규정한다. 굵은 관은 히키나 벤더를 여러 번 나누어 사용해 완만하게 구부린다.

한 개의 전등을 두 곳에서 점멸하려면 3로 스위치 2개를 사용해야 한다. 전원에서 한쪽 3로 스위치의 공통단자로 들어가고, 두 스위치의 절환 단자끼리 2가닥으로 연결한 뒤 다른 쪽 공통단자에서 전등으로 나가는 결선이 올바른 배선이다. 단극 스위치 2개를 쓰면 어느 한쪽이 끊겼을 때 다른 쪽에서 켤 수 없다.

전선 소요량은 기본적으로 선로길이에 전선 조수를 곱해 산출하지만, 지형의 고저차가 심하면 이도와 여유분 때문에 실제 길이가 늘어난다. 이 경우 약 3[%]의 여유를 두어 $(\text{선로길이} \times \text{전선조수}) \times 1.03$으로 계산한다.

브리타니아 접속은 첨선과 조인트선을 감아 붙이는 방법으로 지름 3.2[mm] 이상의 굵은 단선 접속에 적합하다. 따라서 2.6[mm] 이상이라고 한 설명이 잘못되었으며, 2.6[mm] 이하의 가는 단선은 트위스트 접속을 사용한다.

전동기 부하에 공급하는 간선은 기동전류를 고려해 정격전류 합계가 50[A] 이하이면 그 합계의 1.25배 이상, 50[A]를 초과하면 1.1배 이상의 허용전류를 갖는 전선을 사용한다. $20 \times 1.25 = 25\ \mathrm{[A]}$이므로 간선은 25[A] 이상이어야 한다.

노멀 밴드는 곡률이 완만한 직각 곡관으로 콘크리트에 매입되는 금속관 공사에서 관을 직각으로 돌릴 때 사용한다. 유니버설 엘보나 뚜껑이 있는 엘보는 노출 배관에서 점검구 역할을 겸해 사용하는 부속이므로 매입 배관에는 적합하지 않다.

비접지식 고압 전로에 접속되는 기계기구의 철대나 금속제 외함에는 제1종 접지공사를 하는데, 건물의 철골 등 금속체는 대지와의 전기저항값이 $2\ \mathrm{[\Omega]}$ 이하이면 접지극으로 사용할 수 있다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사 종별(1종~특별3종) 구분이 폐지되고 계통접지 방식과 보호도체 규격으로 규정한다.

컴비네이션 커플링은 한쪽은 가요 전선관용, 다른 쪽은 금속관용으로 만들어져 서로 다른 두 관을 연결하는 부속이다. 플렉시블 커플링은 가요관끼리, 스트레이트 박스 커넥터와 앵글 박스 커넥터는 가요관을 박스에 접속할 때 쓴다.

변압기 저압측 중성점 또는 1단자에는 고저압 혼촉 시 저압측 전위 상승을 억제하기 위해 제2종 접지공사를 한다. 피뢰기와 고압 유입차단기 외함은 제1종, 400[V] 미만 저압 전동기 철대는 제3종 접지공사이므로 나머지는 종별이 어긋난다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사 종별이 폐지되고 계통접지(TN·TT·IT)와 보호도체 규격 체계로 대체되었다.

와이어 게이지는 원판 둘레의 홈에 전선을 끼워 지름이나 굵기 번호를 읽는 공구이다. 파이어 포트는 납물을 끓이는 용기, 프레셔 툴은 압착단자를 압착하는 공구이므로 굵기 측정과는 관계가 없다.

저압 연접 인입선은 인입선 분기점에서 100[m]를 넘는 지역에 미치지 않아야 하고, 폭 5[m]를 넘는 도로를 횡단할 수 없으며, 옥내를 통과해서는 안 된다. 전선도 지름 2.6[mm] 이상의 경동선을 사용해야 하므로, 규정에 맞는 것은 옥내를 통과하지 않는다는 항목이다.

배선용 차단기는 과전류가 흐를 때 바이메탈이 열로 휘어져 트립되는 열동형 원리를 기본으로 하며, 단락 같은 큰 전류에 대해서는 전자석의 흡인력으로 순시 동작하는 열동전자식이 널리 쓰인다. 부르동관형이나 압력형은 압력계 등에 쓰이는 방식이다.

진동이나 온도 변화가 있는 곳에서는 단자 나사가 풀려 접촉 불량과 과열이 생기기 쉬우므로, 너트를 두 개 겹쳐 조이는 더블 너트로 이완을 방지한다. 커넥터나 압착단자는 전선 상호 접속이나 단자 성형용이지 풀림 방지 목적은 아니다.

쥐꼬리 접속은 박스 안에서 두 전선의 심선을 나란히 꼬아 접속하는 방법으로, 접속함이나 아웃렛 박스 내부의 가는 전선 접속에 주로 쓰인다. 슬리브 접속이나 브리타니아 접속은 굵은 전선의 직선 접속용이라 좁은 박스 내부에는 적합하지 않다.

합성수지관(경질비닐관)은 1본의 길이를 4[m]로 규격화하고 있으며, 호칭은 안지름에 가까운 짝수(14, 16, 22, 28 등)로 표시한다. 참고로 금속관 1본의 길이는 3.66[m]이다.

전선 피박기는 활선 상태의 절연전선 피복을 정전시키지 않고 벗겨내는 활선 공구이다. 애자 커버, 와이어 통, 데드엔드 커버는 충전부를 방호하거나 전선을 이동시키는 데 쓰는 기구로 피복을 벗기는 용도가 아니다.

다구애자는 여러 가닥의 전선을 한 번에 지지할 수 있는 애자로, 동력용 저압 인입선을 건물 벽면에 붙여 시설할 때 사용한다. 핀애자는 배전선로 완금 위, 노브애자는 옥내 애자사용공사에 쓰인다.

2종 금속 몰드의 조인트 금속에는 배관 방향을 바꾸거나 분기하는 L형(엘보), T형(티), 크로스형(십자)이 있다. D형이라는 조인트 금속은 존재하지 않는다.

순환펌프는 바다나 강에서 냉각수를 끌어와 복수기의 냉각관으로 보내 터빈 배기를 응축시키는 역할을 한다. 복수펌프는 복수기에 고인 복수를 빼내고, 급수펌프는 그 물을 보일러로 밀어 넣는 펌프이므로 역할이 다르다.

수용률은 설비용량에 대한 최대사용전력의 비율이므로 $\text{수용률} = \dfrac{\text{최대사용전력}}{\text{설비용량}} \times 100$이다. $\dfrac{0.8}{2.2} \times 100 = 36.4\ \mathrm{[\%]}$이다.

진상용 콘덴서는 지상 무효전력을 상쇄하는 진상 무효전력을 공급해 역률을 개선한다. 역률이 좋아지면 선로 전류가 줄어 전력손실과 전압강하가 감소하고 변압기 여유 용량도 늘어난다.

매설지선은 철탑 기초에서 방사상으로 지중에 묻는 도체로, 탑각 접지저항을 낮추어 낙뢰 시 철탑 전위 상승에 의한 역섬락을 방지한다. 그 결과 가공지선의 피뢰(차폐) 효과가 제대로 발휘되므로 설치 목적은 피뢰작용을 높이는 데 있다.

손실률이 같으면 선로 손실 $P_l = 3I^2R$이 일정하므로 전류가 같고, 송전전력은 $P = \sqrt{3}\,VI\cos\theta$에서 전압에 비례한다. 그런데 동일 손실률(손실이 전력에 대한 비율)로 보면 송전전력은 전압의 제곱에 비례하므로 $\left(\dfrac{6}{3}\right)^2 = 4$배가 된다.

공기 과잉률은 이론 공기량에 대한 실제 공급 공기량의 비이며, 연료가 미세하거나 액체여서 공기와 잘 섞이는 미분탄 및 중유 연소에서는 1.2~1.3 정도로 비교적 작게 잡는다. 따라서 1.22~1.28이 적정 범위이며, 혼합이 나쁜 괴탄 연소일수록 과잉률을 크게 해야 한다.

절연유의 절연파괴전압 시험은 지름 12.5[mm]의 구상(구면) 전극을 마주 놓고 그 간격을 2.5[mm]로 하여 전압을 서서히 올려 측정한다. 절연유는 이 조건에서 대략 30[kV] 이상의 절연내력을 가져야 한다.

전선 표면의 전위경도가 공기의 절연내력을 넘어서면 국부적으로 공기가 이온화되어 엷은 빛과 잡음을 내는데, 이를 코로나 현상이라 한다. 코로나가 발생하면 전력손실과 전파장해, 전선 부식이 생기므로 복도체나 굵은 전선을 사용해 억제한다.

배압터빈은 터빈에서 팽창시킨 증기를 대기압 이상의 압력으로 배출해 공정용이나 난방용 열원으로 그대로 사용하는 방식이다. 배기를 응축시켜 진공을 만들 필요가 없으므로 복수기가 필요하지 않으며, 조속기와 안전판 등은 그대로 갖추어야 한다.

기력발전소에서는 터빈 배기가 가진 잠열이 복수기 냉각수로 그대로 버려지며, 이 손실이 전체 입열의 약 절반에 달해 가장 크다. 보일러 배기가스 손실은 약 10[%] 내외, 발전기 손실과 소내 동력은 수 [%] 수준이다.

평속기(회전진자)는 수차 축에 연결되어 회전속도에 따라 원심추가 벌어지는 장치로, 실제 회전속도와 기준 속도의 편차를 검출해 조속기의 배압밸브로 전달한다. 안내날개를 실제로 여닫는 힘은 서보모터가 내며, 평속기는 검출부 역할만 한다.

차동 조압수조는 수조 중앙에 라이저(상승관)를 세워 수압관과 직접 통하게 하고, 급격한 수압 변동은 상승관에서 먼저 흡수하도록 한 형식이다. 수위 변동이 빠르게 감쇠되어 수조를 소형으로 만들 수 있다는 것이 특징이다.

수력발전소의 이론출력은 $P = 9.8\,QH\ \mathrm{[kW]}$로 구한다. $4900 = 9.8 \times Q \times 50$에서 $Q = \dfrac{4900}{490} = 10\ \mathrm{[m^3/s]}$이다.

0[°C] 물 1[kg]을 100[°C]까지 데우는 데 필요한 현열이 100[kcal], 100[°C]에서 건조 포화증기로 바꾸는 데 필요한 증발잠열이 539[kcal]이다. 따라서 증기 1[kg]이 가진 전열량은 $100 + 539 = 639\ \mathrm{[kcal]}$이다.

교류 송전은 변압기로 전압 변환이 쉽고 3상 회전자계를 얻기 쉬우며 전류의 영점이 있어 차단이 용이한 장점이 있다. 그러나 리액턴스 때문에 무효전력이 발생해 전압강하와 손실이 생기는 것은 오히려 단점이므로 장점이라 할 수 없다.

환상식(루프) 배전방식은 간선을 고리 모양으로 구성해 한 부하점에 좌우 양쪽에서 전력이 공급되므로, 고장 구간만 분리해도 나머지 구간에는 계속 급전할 수 있다. 가지식(수지상식)은 고장점 이후 전체가 정전되므로 신뢰도가 낮다.

중성점을 접지하면 1선 지락 시 건전상의 대지전위 상승과 아크 지락에 의한 이상전압 발생을 억제할 수 있다. 또한 지락전류가 확실히 흘러 보호계전기가 신속히 동작하고, 기기의 절연레벨을 낮출 수 있다.

변전소는 전압을 올리거나 내려 전력을 수수하는 곳이므로, 그 핵심 설비는 전압 변성을 담당하는 변압기이다. 개폐장치, 조상설비, 피뢰장치는 변압기를 중심으로 계통을 보호하고 운전 조건을 보조하는 부속 설비에 해당한다.