[전기기능사 필기] 02년 3회차 기출문제 해설 페이지

콘덴서에 축적되는 정전에너지는 $W=\dfrac{1}{2}CV^2\,[\mathrm{J}]$이다. 이 식을 전압에 대해 정리하면 $V=\sqrt{\dfrac{2W}{C}}\,[\mathrm{V}]$가 된다. 에너지가 전압의 제곱에 비례하므로 전압은 에너지의 제곱근에 비례한다.

그림은 a-b 단자 사이에 $C_1$과 $C_2$가 나란히 놓인 병렬 접속이다. 병렬 접속은 극판 면적이 더해지는 것과 같으므로 합성 정전용량은 $C_t=C_1+C_2$이다. $\dfrac{C_1C_2}{C_1+C_2}$ 형태는 직렬 접속일 때의 식이다.

평행판 극판이 서로 끌어당기는 정전흡인력은 $F=\dfrac{1}{2}\varepsilon E^2 S=\dfrac{\varepsilon S V^2}{2d^2}\,[\mathrm{N}]$이다. 따라서 전압의 제곱에 비례하고 극판 간격의 제곱에 반비례하며, 극판 면적에는 제곱이 아닌 1승으로 비례한다.

비오-사바르의 법칙은 전류가 흐르는 미소 도체 $\Delta l$이 거리 $r$인 점에 만드는 자계의 세기를 $\Delta H=\dfrac{I\,\Delta l\sin\theta}{4\pi r^2}\,[\mathrm{AT/m}]$로 나타낸다. 즉 전류와 그 전류가 만드는 자장(자계)의 관계를 규정하는 법칙이다.

패러데이 법칙에 의한 유도기전력은 $e=N\dfrac{\Delta\phi}{\Delta t}\,[\mathrm{V}]$이다. 대입하면 $e=1\times\dfrac{2}{2}=1\,[\mathrm{V}]$이다.

자속은 N극에서 나와 S극으로 들어가므로 자계의 방향은 왼쪽에서 오른쪽이고, 도체 A의 전류는 기호 $\otimes$이므로 지면 속으로 향한다. 플레밍의 왼손법칙(검지=자계, 중지=전류, 엄지=힘)을 적용하면 힘은 아래쪽으로 작용한다.

R-L 직렬회로이므로 $Z=\sqrt{6^2+8^2}=10\,[\Omega]$, 전류는 $I=\dfrac{100}{10}=10\,[\mathrm{A}]$이다. 전력을 소비하는 것은 저항뿐이므로 $P=I^2R=10^2\times 6=600\,[\mathrm{W}]$이다.

단상 회로의 역률은 유효전력을 피상전력으로 나눈 값이다. $\cos\theta=\dfrac{P}{VI}=\dfrac{50}{100\times 0.8}=0.625\fallingdotseq 0.63$이다.

어드미턴스는 임피던스의 역수로 $Y=\dfrac{1}{Z}\,[\mathrm{S}]$이며 전류가 얼마나 잘 흐르는지를 나타낸다. 컨덕턴스와 서셉턴스는 어드미턴스의 실수부와 허수부로, 각각 저항과 리액턴스의 역수 성분이다.

누설자속이 없으면 결합계수 $k=1$이므로 상호 인덕턴스는 $M=k\sqrt{L_1L_2}$로 구한다. 대입하면 $M=\sqrt{20\times 80}=\sqrt{1600}=40\,[\mathrm{mH}]$이다.

대칭 3상 교류는 각 상 기전력의 크기와 주파수, 파형이 같고 위상차가 서로 $\dfrac{2\pi}{3}\,[\mathrm{rad}]$(120도)씩 벌어져 있어야 한다. 따라서 위상차를 $\dfrac{4\pi}{3}$로 제시한 조건은 대칭 3상의 조건이 아니다.

어드미턴스 $Y=g-jb$에서 실수부 $g$는 컨덕턴스, 허수부 $b$가 서셉턴스이다. 임피던스의 $r$은 저항, $x$는 리액턴스로 서셉턴스와는 구분된다.

물 200[L]를 20도 올리는 데 필요한 열량은 $Q=200\times 1\times 20=4000\,[\mathrm{kcal}]$이다. 전열기 용량은 $P=\dfrac{Q}{860\,\eta\,t}=\dfrac{4000}{860\times 0.6\times 2}\fallingdotseq 3.86\,[\mathrm{kW}]$로, 열의 일당량 환산값에 따라 약 3.858[kW]가 된다. 단위가 [kW]이므로 3858이나 3900 같은 값은 자릿수가 맞지 않는다.

전자가 외부 에너지를 흡수해 원자에 속박된 채로 더 높은 에너지 준위로 올라가는 현상을 여기(들뜸)라 한다. 전리는 전자가 아예 원자 밖으로 떨어져 나가 이온이 되는 현상으로 구분된다.

P-N 접합은 순방향에서만 전류가 흐르고 역방향에서는 거의 흐르지 않는 단방향 도통 특성을 가진다. 이 특성을 이용해 교류를 직류로 바꾸는 정류 작용을 한다. 증폭이나 스위칭 제어는 트랜지스터나 SCR 등 3단자 소자의 역할이다.

축전지의 방전용량은 방전전류와 방전시간의 곱이다. $C=I\,t=10\times 6=60\,[\mathrm{Ah}]$이다.

스타인메츠의 실험식에 따르면 히스테리시스손은 $P_h=\eta f B_m^{1.6}\,[\mathrm{W/m^3}]$으로, 주파수에 비례하고 최대 자속밀도의 1.6제곱에 비례한다. 참고로 와류손은 $B_m^2$과 $f^2$에 비례한다.

델타(환상) 결선은 각 상이 선간에 그대로 걸리므로 $V_\ell=V_P$이고, 선전류는 두 상전류의 벡터합이 되어 $I_\ell=\sqrt{3}\,I_P$가 된다. 전압이 $\sqrt{3}$배가 되는 것은 Y결선의 관계이다.

후강 전선관의 호칭은 안지름에 가까운 짝수로 정해져 16, 22, 28, 36, 42, 54, 70, 82, 92, 104[mm]의 10종류가 규격품이다. 31[mm]은 이 계열에 없는 값이다.

가는 기구 심선을 굵은 배선에 5회 이상 감은 뒤 굵은 선의 끝을 접어 붙이고 그 위에 다시 심선을 감아 테이핑하는 방식은 굵기가 크게 다른 배선과 기구 심선을 잇는 표준 접속법이다. 복권 및 분권 분기접속은 간선에서 분기선을 따내는 방법이고, 트위스트 접속은 가는 단선끼리의 직선접속이므로 해당하지 않는다.

피시 테이프는 탄력 있는 강철 띠로 된 공구로, 전선관에 먼저 밀어 넣은 뒤 전선을 묶어 끌어당겨 입선하는 데 쓴다. 합성수지관을 구부릴 때는 토치램프와 스프링(밴딩 스프링)을 사용한다.

ELB는 Earth Leakage Breaker의 약자로 누전차단기를 뜻하며, 영상변류기로 지락(누설)전류를 검출해 회로를 차단하여 감전과 화재를 방지한다. 유입차단기는 OCB, 진공차단기는 VCB, 배선용 차단기는 MCCB로 표기한다.

링 리듀서는 아웃렛 박스의 녹아웃 구멍이 접속할 금속관보다 클 때 구멍 크기를 줄여 관을 고정하기 위해 안팎으로 끼워 쓰는 부속이다. 부싱은 관 끝에서 전선 피복 손상을 막는 부속이고, 엘보는 관을 직각으로 굽히는 부속이다.

전동기는 원 안에 Motor의 머리글자 M을 넣은 심벌로 표시한다. 참고로 발전기는 원 안에 G, 전열기는 H를 넣어 나타낸다.

마그넷 스위치(전자개폐기)는 전자접촉기에 열동형 과부하계전기(THR)를 조합한 기기로, 전동기에 과전류가 흐르면 이를 검출해 주회로를 차단한다. 퓨즈는 기동전류 때문에 전동기의 과부하 보호용으로 적합하지 않고 주로 단락 보호에 쓰인다.

구형 애자(옥 애자, 지선 애자)는 지선의 중간에 넣어 지선이 끊어지거나 지지물 쪽에 전압이 걸렸을 때 지상부와 절연시키는 애자이다. 핀 애자나 인류 애자는 전선을 지지 또는 인류하는 데 쓰인다.

원의 한쪽을 칠하고 접속 극(칼받이)을 표시한 이 심벌은 콘센트를 나타낸다. 콘센트는 용도에 따라 방수형(WP), 접지형(E), 빠짐 방지형(LK) 등의 문자를 옆에 덧붙여 구분한다.

배선 심벌에서 굵기가 같은 짧은 선을 규칙적으로 끊어 그린 점선은 노출배선을 나타낸다. 천장 은폐배선은 실선, 바닥(마루) 은폐배선은 파선으로 구분해 그린다.

굵기가 다른 전선이나 동선과 알루미늄선처럼 이종 금속을 잇는 접속점은 장력이 걸리지 않는 점퍼선에서 시행한다. 경간 중앙처럼 전선의 장력이 그대로 걸리는 곳에서 접속하면 접속점이 약해져 단선 사고의 원인이 된다.

연선의 직선접속에는 권선접속, 단권접속, 복권접속 등이 쓰인다. 트위스트 접속은 단면적 6[mm2] 이하의 가는 단선끼리 잇는 방법이므로 연선의 직선접속법이 아니다.

지선은 안전율 2.5 이상이어야 하며, 이때 허용 최저 인장하중은 4.31[kN] 이상이어야 한다. 아울러 소선은 지름 2.6[mm] 이상의 금속선을 3가닥 이상 꼬아 사용한다.

송전단 전압에서 수전단 전압을 뺀 값, 즉 선로의 저항과 리액턴스 때문에 생기는 전압의 차를 전압강하라 한다. 전압강하율은 이 값을 수전단 전압으로 나눈 백분율이고, 전압변동률은 무부하 전압과 부하 시 전압의 차를 백분율로 나타낸 값이다.

전선의 공칭 단면적은 정해진 표준 계열을 따르며, OW(옥외용 비닐절연전선)는 22, 38, 60, 100[mm2] 등의 규격으로 생산된다. 58[mm2]은 이 표준 계열에 없는 값이다.

여러 가닥을 관에 함께 넣으면 방열이 나빠지므로 허용전류에 전류감소계수를 곱해 보정한다. $I=35\times 0.7=24.5\,[\mathrm{A}]$이다.

플로어 덕트는 절연전선을 넣어 콘크리트 바닥에 매입하고, 정션 박스와 인서트 마커를 통해 마루 위로 전선을 뽑아 쓰는 배선 방식이다. 사무실처럼 바닥에서 전원을 인출해야 하는 넓은 공간에 주로 쓰인다.

IV 전선은 600[V] 비닐절연전선으로 옥내 배선에 가장 널리 쓰인다. OW와 DV는 각각 옥외용 및 인입용 절연전선이고, HIV는 내열성을 높인 600[V] 2종 비닐절연전선이다.

출제 당시 판단기준에서 금속관 공사의 관 및 부속품은 사용전압 400[V] 이하이면 제3종 접지공사, 400[V]를 넘는 저압이면 특별 제3종 접지공사를 하도록 규정하였다. 특별 제3종 접지공사의 접지저항은 10[Ω] 이하이다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사 종별(제1종~특별 제3종)이 폐지되고 계통접지와 보호도체(PE) 규격으로 대체되었다.

출제 당시 기준에서 저압 전선로의 누설전류는 최대 공급전류의 $\dfrac{1}{2000}$ 이하여야 하므로 허용 누설전류는 $I_g=\dfrac{500}{2000}=0.25\,[\mathrm{A}]$이다. 따라서 절연저항은 $R=\dfrac{V}{I_g}=\dfrac{220}{0.25}=880\,[\Omega]$ 이상이어야 한다. ※ 현행 KEC 기준으로는 저압 설비의 절연저항을 사용전압 구간별로 0.5[MΩ] 이상 등으로 규정한다.

합성수지관은 비자성체이므로 관 안에서 자기적인 불평형이 생기지 않아 교류 왕복선을 반드시 함께 넣어야 할 이유가 없다. 왕복선을 같이 넣어야 하는 것은 자성체인 금속관 공사로, 한 가닥만 넣으면 관에 와전류와 히스테리시스손이 발생해 발열한다. 나머지 보기처럼 절연체라 누전 우려가 적고 가볍고 시공이 쉬우며 관 자체 접지가 필요 없는 것은 합성수지관의 장점이다.

단상 3선식은 중성선 양쪽 부하를 평형시키는 것이 원칙이나, 부득이한 경우 설비 불평형률을 40[%] 이하로 하도록 규정한다. 참고로 3상 3선식 및 3상 4선식의 설비 불평형률은 30[%] 이하로 제한한다.

출제 당시 판단기준에서 관등회로의 사용전압이 1000[V]를 넘는 네온방전등 공사의 네온변압기 외함에는 제3종 접지공사를 하도록 규정하였다. ※ 현행 KEC 기준으로는 접지공사 종별이 폐지되고 보호접지 및 등전위본딩 규정으로 대체되었다.

가공 전선로의 지지물은 목주, 철주, 철근 콘크리트주, 철탑을 말한다. 지선은 지지물이 아니라 지지물의 강도를 보강해 넘어짐을 막는 보조재이므로 지지물에 포함되지 않으며, 철탑에는 지선을 사용해 그 강도를 분담시켜서는 안 된다.

3상에서 부하용량은 $W=\sqrt{3}\,E_1 I$이므로 승압 후 선전류는 $I=\dfrac{W}{\sqrt{3}\,E_1}$이다. 승압기 1대의 자기용량은 2차(직렬권선) 전압과 그 전류의 곱이므로 $\omega=e_2 I=e_2\times\dfrac{W}{\sqrt{3}\,E_1}$가 된다.

전력손실은 $P_\ell=\dfrac{P^2R}{V^2\cos^2\theta}$로 역률의 제곱에 반비례한다. 따라서 손실비는 $\dfrac{1}{1^2}:\dfrac{1}{0.8^2}=1:1.5625=16:25$이다.

순환펌프는 바다나 강에서 냉각수를 끌어와 복수기에 보내 터빈 배기를 응축시키는 펌프이다. 급수펌프는 복수를 보일러로 보내고, 복수펌프는 복수기에 고인 응축수를 뽑아내는 펌프이다.

송전전력과 전력손실이 같을 때 단상 3선식은 전압이 2배가 되어 전류가 절반으로 줄고, 전선 소요량은 단상 2선식의 $\dfrac{3}{8}$이 된다. 즉 $\dfrac{3}{8}\times 100=37.5\,[\%]$이다.

선로정수는 저항, 인덕턴스, 정전용량, 누설컨덕턴스의 네 가지이다. 이 중 누설컨덕턴스는 애자의 누설전류와 코로나에 의한 성분으로 값이 매우 작아 보통 회로계산에서는 무시한다.

저압 밸런서는 권수비 1대 1의 단권변압기로, 단상 3선식에서 중성선이 끊어지거나 부하가 불평형일 때 생기는 전압 불평형을 막기 위해 선로 말단에 설치한다. 따라서 중성선이 있는 단상 3선식에서 필요하다.

수냉벽은 화로 벽면을 둘러싼 수관으로 화염의 복사열을 직접 받기 때문에 보일러 각부 중 흡수 열량이 가장 크며, 전체 흡수 열량의 약 40~50[%]를 차지한다. 절탄기와 공기예열기는 연소가스의 여열을 회수하는 부속설비여서 흡수 열량이 상대적으로 적다.

상당 증발량(환산 증발량)은 실제 증발량을 기준 상태로 환산한 값으로, 1기압 100도의 물을 1기압 100도의 포화증기로 만드는 데 필요한 증발량을 말한다. 이때 기준 잠열은 539[kcal/kg]이며, 보일러 용량을 비교하기 위한 통일된 척도로 쓰인다.

안전밸브는 보일러 내부 증기압력이 규정값을 넘으면 자동으로 열려 증기를 방출함으로써 압력의 과다 상승과 폭발을 방지하는 장치이다. 수위 조정은 급수조절장치가, 증기온도 조정은 과열저감기가 담당한다.

환상모선은 모선을 고리 모양으로 구성해 양쪽에서 전력을 공급받는 방식으로, 한 구간이 고장이나 점검으로 분리되어도 반대편 경로로 급전이 계속된다. 이 때문에 항상 두 계통 이상에서 수전하는 곳에 적합하며 신뢰도가 높다.

페란티 현상은 장거리 송전선이 무부하이거나 경부하일 때 선로의 정전용량 때문에 90도에 가까운 진상(앞선) 충전전류가 흘러 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 현상이다. 방지책으로 분로리액터를 설치하거나 동기조상기를 부족여자로 운전한다.

기력발전소의 랭킨 사이클은 보일러에서 만든 증기가 터빈을 돌리고, 배기가 복수기에서 물로 응축된 뒤 급수펌프로 다시 보일러로 보내지는 순환이다. 그림에서 발전기 G와 직결된 A가 터빈, 냉각수 배관이 연결된 B가 복수기, 물을 밀어 보내는 C가 급수펌프, 증기를 만드는 D가 보일러이다.

전향장치(디플렉터)는 부하가 급히 줄었을 때 노즐에서 나오는 물줄기를 버킷에서 딴 곳으로 돌려 유량은 그대로 둔 채 출력을 줄이는 장치이다. 니들 밸브만 급히 닫으면 수압관 내 압력이 급상승하는 수격작용이 생기므로, 전향장치로 먼저 물줄기를 돌린 뒤 니들 밸브를 천천히 닫는다.

공급 열량은 $5700\times 100000=5.7\times 10^8\,[\mathrm{kcal}]$이고, 발전 전력량을 열량으로 환산하면 $100000\times 860=8.6\times 10^7\,[\mathrm{kcal}]$이다. 따라서 열효율은 $\eta=\dfrac{8.6\times 10^7}{5.7\times 10^8}\times 100\fallingdotseq 15\,[\%]$이다.

피뢰기는 뇌 서지 같은 이상전압이 침입하면 방전을 시작해 이를 대지로 흘려보내 기기를 보호하고, 방전이 끝난 뒤에는 뒤따라 흐르는 상용주파 속류를 차단해 원래의 절연 상태로 되돌아간다. 이 속류 차단 능력이 피뢰기의 핵심 기능이며, 파고값을 깎는 역할만 하는 것은 아니다.

펠턴 수차는 노즐 안의 니들 밸브를 앞뒤로 움직여 분사구 단면적을 바꿈으로써 분사 수량을 조절하고 출력을 제어한다. 가이드 베인은 프란시스 수차 등 반동수차의 유량 조절 장치이고, 디플렉터는 물줄기를 돌려 수격작용을 막는 전향장치이다.

부하율은 평균전력을 최대수용전력으로 나눈 백분율이다. 평균전력은 $\dfrac{600}{24}=25\,[\mathrm{kW}]$이므로 부하율은 $\dfrac{25}{50}\times 100=50\,[\%]$이다.

장간애자는 긴 절연체 양 끝에 금구를 붙인 애자로, 기계적 강도가 크고 표면 누설거리가 길어 염해에 강하며 자기 부분이 매끈해 코로나가 잘 생기지 않고 내아크성도 좋다. 내무애자는 염진해 대책용으로 표면 주름을 깊게 한 애자로 기계적 강도 면에서는 장간애자에 미치지 못한다.