[전기기능사 필기] 17년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

병렬회로이므로 전압이 공통이다. 10Ω에 5A가 흐르면 전압은 $5\times10=50\mathrm{V}$이고, R에는 2A가 흐르므로 $R=50/2=25\,\Omega$이다.

저항과 용량성 리액턴스의 병렬 임피던스 크기는
$Z=\dfrac{R\,X_C}{\sqrt{R^2+X_C^2}}=\dfrac{6\times8}{\sqrt{6^2+8^2}}=\dfrac{48}{10}=4.8\ \Omega$이다.

경동선, 백금선, 텅스텐 등 금속 도체는 온도가 오르면 저항이 커지는 정(+)의 온도계수를 갖는다. 서미스터는 반도체 소자로서 온도가 오르면 저항이 오히려 감소하는 부(-)의 온도계수를 가지므로 정답이 된다.

전류가 만드는 자기장에서 자력선의 방향을 간단히 구하는 법칙은 앙페르의 오른나사 법칙이다.

도체 표면의 전기장은 등전위면인 표면에 대해 수직으로 나타나므로, 표면에 평행하다는 설명은 옳지 않다. 대전된 도체 내부의 전하와 전기장은 모두 0이 되고, 대전된 구나 원통 내부의 전기장도 0이 되므로 나머지 세 설명은 옳다.

정현파 전압의 실효값은 최대값을 $\sqrt{2}$로 나눈 값이다. $V=\dfrac{141.4}{\sqrt{2}}=100\,\mathrm{V}$이므로 실효값은 100V이다.

환상 자로의 자장의 세기는 $H=\dfrac{NI}{l}$로 구한다. $N=10$, $I=1\,\mathrm{A}$, $l=0.05\,\mathrm{m}$를 대입하면 $H=\dfrac{10\times1}{0.05}=200\,\mathrm{AT/m}$이다.

쿨롱의 법칙 $F = k\dfrac{Q_1 Q_2}{r^2}$에서 $F = 9\times10^{9}\times\dfrac{3\times10^{-5}\times8\times10^{-5}}{2^2} = 5.4\ \mathrm{N}$이다.

패럿(F)과 마이크로패럿(㎌=μF) 사이에는 $1\,\mathrm{F}=10^{6}\,\mu\mathrm{F}$의 관계가 있다.
따라서 $0.001\,\mathrm{F}=10^{-3}\times10^{6}\,\mu\mathrm{F}=1000\,\mu\mathrm{F}$이 된다.

비오-사바르 법칙은 전류가 흐르는 도선의 미소 요소가 그 주변에 만드는 자장의 세기를 구하는 법칙으로, 전류와 자장 사이의 관계를 나타낸다.

전력량은 전력과 시간의 곱으로 정의되므로 $1\,\mathrm{Wh}=1\,\mathrm{W}\times3600\,\mathrm{s}=3600\,\mathrm{J}$이다. 와트초(Ws)가 곧 줄(J)과 같은 단위이므로 두 값은 동일한 에너지량을 나타낸다.

자장 속 자극에 작용하는 기자력은 공식 $F=mH$로 구한다.
$m=8\times10^{-2}\,\mathrm{Wb}$, $H=100\,\mathrm{AT/m}$를 대입하면
$F=8\times10^{-2}\times100=8\,\mathrm{N}$이 된다.

전압의 크기가 일정한 상태에서 주파수가 2배로 늘었을 때 전류가 1/2로 줄었다는 것은 소자의 임피던스가 주파수에 비례해 커졌다는 뜻이다. 코일의 유도리액턴스는 $X_L=\omega L$로 주파수에 비례하므로, 이 소자는 코일에 해당한다.

병렬 합성저항의 역수는 각 저항 역수의 합과 같다. $\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{20}+\dfrac{1}{30}+\dfrac{1}{60}=\dfrac{1}{10}$이므로 $R=10\,\Omega$이 되고, 전체 전류는 $I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{60}{10}=6\,\mathrm{A}$이다.

저항이 일정하면 전력은 전압의 제곱에 비례한다. $P=\dfrac{V^{2}}{R}$이므로 전압이 0.9배가 되면 전력은 $0.9^{2}=0.81$배가 되어 $P=1000\times 0.81=810\,[\mathrm{W}]$이다.

2Ω과 3Ω을 병렬로 접속하면 합성저항은 $\dfrac{2\times3}{2+3}=1.2\,\Omega$이 된다. 여기에 1Ω을 직렬로 더하면 $1.2+1=2.2\,\Omega$이 되어 목표값과 일치한다.

RL 직렬회로의 시상수는 $\tau=\dfrac{L}{R}$로 구한다. $L=2\,\mathrm{H}$, $R=5\,\Omega$을 대입하면 $\tau=\dfrac{2}{5}=0.4\,\mathrm{sec}$이다.

평행 도선 사이의 단위길이당 힘은 $F=\dfrac{2I_{1}I_{2}}{r}\times 10^{-7}\,[\mathrm{N/m}]$이다. 대입하면 $F=\dfrac{2\times 10\times 10}{0.05}\times 10^{-7}=4\times 10^{-4}\,[\mathrm{N/m}]$이다. 전류 방향이 같으므로 두 도선 사이에는 흡인력이 작용한다.

키르히호프의 제2법칙(KVL)에 따라 폐회로에서 기전력의 합은 전압강하의 합과 같으므로 $24 = 4I + 2I = 6I$, $I = 4[\mathrm{A}]$이다.
따라서 $4[\Omega]$ 저항 양단의 전압은 $4 \times 4 = 16[\mathrm{V}]$이다. 검산: $16 + (2 \times 4) = 24[\mathrm{V}]$로 기전력과 일치한다(근거: 옴의 법칙).

배율 $m = \dfrac{150}{30} = 5$이고 배율기 저항 $R_m = (m-1)r = (5-1) \times 5 = 20[\mathrm{k\Omega}]$이다. 검산: 전체 저항 $25[\mathrm{k\Omega}]$에 $150[\mathrm{V}]$를 가하면 전압계 몫은 $150 \times \dfrac{5}{25} = 30[\mathrm{V}]$로 최대눈금과 일치하며, 이는 배율기 공식 R_m=(m-1)r에 근거한다.

비율차동 계전기는 보호구간에 유입하는 전류와 유출하는 전류의 차가 억제 전류에 대해 일정 비율 이상일 때 동작하는 계전기로, 변압기나 발전기의 내부 고장 보호에 사용된다. 거리 계전기는 전압과 전류의 비로 고장점까지의 임피던스를 판정한다.

정한시 계전기는 동작값 이상의 구동 전기량이 주어지면 그 크기와 관계없이 미리 정해진 일정한 시간이 지난 후에 동작하는 계전기이다. 이는 구동량이 클수록 동작시간이 짧아지는 반한시 계전기와 구분된다.

동기조상기를 부족여자로 운전하면 유도기전력이 작아져 뒤진(지상) 전류를 흡수하게 되므로 리액터와 같은 특성으로 동작한다. 반대로 과여자로 운전하면 콘덴서처럼 작용해 진상 무효전력을 공급한다.

유도전동기의 등가저항은 $R=\dfrac{r_2(1-s)}{s}$로 구한다. $r_2=0.1\,\Omega$, $s=0.05$를 대입하면 $R=\dfrac{0.1\times0.95}{0.05}=1.9\,\Omega$이다.

단상 전파정류회로의 직류 평균전압은 $E_{dc}=0.9\,V=0.9\times220\approx198\mathrm{V}$이다.

권수비 $a=2$인 변압기의 1차 환산 전압은 $V_1=aV_2=2\times100=200\,\mathrm{V}$이다.
1차 환산 임피던스는 권수비의 제곱에 비례하므로 $Z_1=a^2Z_2=4\times20=80\,\Omega$이 된다.

세이딩 코일형 전동기는 구조가 간단하지만 기동토크가 매우 작고 역률과 효율이 낮아, 선풍기·전축 등 수 kW 이하의 소형 기기에 널리 사용된다.

차동복권발전기는 직권 계자와 분권 계자의 기자력이 서로 반대로 작용해, 부하전류가 늘어도 단자전압이 급격히 낮아지는 수하특성을 가진다. 이 특성 덕분에 부하저항이 변해도 전류를 거의 일정하게 유지해야 하는 정전류 전원이나 아크용접기에 사용된다.

동기전동기는 계자전류(여자전류)를 조정하여 진상·지상 어느 쪽으로도 역률을 자유롭게 조정할 수 있으므로, \'역률을 조정할 수 없다\'는 설명이 틀렸다.

철손은 히스테리시스손과 와류손의 합으로 자속밀도, 즉 인가전압과 주파수에 의해 정해지므로 부하전류와 관계없는 무부하손이다. 부하전류의 제곱에 비례하는 것은 권선에서 생기는 동손이다.

전기자 전류가 무부하 유도기전력보다 위상이 $\dfrac{\pi}{2}$만큼 앞서는 진상전류가 흐르면 전기자 반작용은 계자를 강화하는 증자작용으로 나타난다. 반대로 전류가 기전력보다 $\dfrac{\pi}{2}$ 뒤지면 감자작용이 나타난다.

2차 입력은 슬립과 2차 저항손의 관계식 $P_2=\dfrac{P_{c2}}{s}$로 구한다. $P_{c2}=5.26\,\mathrm{kW}$, $s=0.05$를 대입하면 $P_2=\dfrac{5.26}{0.05}=105.2\,\mathrm{kW}$이다.

보극은 전기자 반작용으로 정류 코일에 유기되는 리액턴스 전압을 상쇄해 정류를 개선하는 전압정류의 역할을 한다. 이를 통해 브러시 부근에서의 불꽃 발생을 줄일 수 있다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{p}$이므로 극수는 $p=\dfrac{120\times60}{3600}=2$극이다.

전동기의 토크는 $T=975\dfrac{P}{N}$[kg·m] (P는 kW, N은 rpm)로 구한다. $P=9.8\,\mathrm{kW}$, $N=1200\,\mathrm{rpm}$을 대입하면 $T=975\times\dfrac{9.8}{1200}\approx7.96\,\mathrm{kg\cdot m}$로, 보기 중 7.9kg·m에 가장 가깝다.

반발 기동형 단상유도전동기는 브러시와 정류자를 이용해 기동 시 큰 토크를 얻을 수 있어, 여러 단상유도전동기 기동방식 중 기동토크가 가장 크다.

초퍼형 인버터(직류 초퍼)는 스위칭 소자의 온·오프 시간비를 조절해 직류 전압의 크기를 직접 제어하는 회로이다. 반면 브리지형·단상·3상 인버터는 직류를 교류로 변환하는 것이 주된 기능이다.

트라이악(Triac)은 두 개의 SCR을 역병렬로 접속한 것과 같은 양방향 도통 특성을 가지는 반도체 소자로, 교류 양방향 스위칭에 사용된다.

변압기 투입 순간에는 철심 자속의 과도현상으로 정격전류의 수 배에 이르는 여자돌입전류가 1차측에만 흐른다. 이 전류는 1·2차 전류차로 나타나므로 내부고장이 없어도 비율차동계전기가 오동작할 수 있어, 감도 저하나 고조파 억제 방식으로 대책을 세운다.
[근거] 변압기 보호이론(여자돌입전류와 비율차동계전기)

부흐홀츠계전기는 변압기 본체와 콘서베이터를 잇는 연결관 중간에 설치되어 내부고장 시 발생하는 가스와 절연유의 급격한 흐름을 검출한다. 따라서 콘서베이터(절연유 팽창 탱크)가 있는 개방형 유입변압기에만 설치할 수 있다.
[근거] 변압기 보호이론(부흐홀츠계전기 구조 조건)

경질 비닐 전선관은 1본의 표준 길이가 4m이며 안지름에 가까운 짝수(14~82mm)로 호칭한다. 금속관은 1본의 표준 길이가 3.66m로 서로 다르다.

인터록 회로는 두 입력 중 먼저 동작한 쪽의 접점이 상대편 회로를 차단하여, 나중에 들어온 입력이 동작하지 못하도록 금지하는 회로이다. 이는 두 기기가 동시에 동작하면 안 되는 경우에 사용된다.

컷아웃스위치(COS)는 배전용 변압기의 1차측에 설치하여 변압기 내부 고장 시 회로를 차단하는 단락 보호용으로 사용된다.

중성점 직접접지식 전로로서 60kV를 초과하는 경우 절연내력 시험전압은 최대사용전압의 0.72배이므로, $70000\times0.72=50400\ \mathrm{V}$이다.

분전반에서 최종부하까지의 배선거리는 통상 30m 이내로 하는 것이 바람직하므로 "40m 이내"라는 기준이 틀렸다.

필요한 등수는 $N=\dfrac{EAD}{FU}=\dfrac{150\times100\times1.25}{2500\times0.5}=15$개이다.

KEC 331.11(지선의 시설)에 따라 도로를 횡단하여 시설하는 지선의 높이는 지표상 5m 이상이어야 한다.

연접인입선은 한 수용장소의 인입선에서 분기하여 지지물을 거치지 않고 다른 수용장소의 인입구에 이르는 부분의 전선을 말한다. 이는 별도의 지지물 없이 이웃 건물로 이어지는 배선이라는 점에서 일반 인입선과 구분된다.

가공전선로의 지지물에 승탑 및 승강 용도로 설치하는 발판볼트 등은 감전 및 오름 방지를 위해 지표상 1.8m 미만에 시설해서는 안 된다.

합성수지제 전선관의 호칭은 관 굵기의 짝수인 안지름[mm]으로 표시한다.

조명기구 용량 표시에서 F는 형광등(Fluorescent lamp)을 뜻하므로 F40은 형광등 40W를 나타낸다.

KEC 142.2(접지시스템의 시설)에 따라 접지극은 지표면으로부터 지하 0.75m 이상의 깊이에 매설하여야 한다.

네온 검전기는 전선이나 기기에 전압이 걸려 있는지(충전 유무)를 조사하는 목적으로 사용한다.

KEC 341.13(피뢰기의 시설)에 따라 고압 또는 특고압 가공전선로에서 공급받는 수용장소의 인입구 부근에는 피뢰기를 시설하여 뇌해나 개폐서지로부터 설비를 보호한다.

현행 KEC에서 저압은 교류 1,000V 이하·직류 1,500V 이하, 고압은 저압을 초과하고 7,000V 이하, 특고압은 7,000V 초과이다. 따라서 교류 고압은 1,000V 초과 7,000V 이하이다. 1,500V 초과는 직류 고압의 하한이다.
[근거] 전기설비기술기준 제3조·KEC 111.1(적용범위, 전압의 구분)

애자공사에서 전선과 조영재 사이의 이격거리는 사용전압 400V 이하일 때 25mm 이상, 400V 초과일 때 45mm(건조한 장소는 25mm) 이상이다. 구 판단기준의 '400V 미만/이상' 구분은 현행 KEC에서 '400V 이하/초과'로 변경되었다.
[근거] KEC 232.56(애자공사)

저압 전로의 절연저항은 SELV·PELV 회로는 DC 250V 시험전압에서 0.5MΩ 이상, FELV 및 사용전압 500V 이하는 DC 500V에서 1.0MΩ 이상, 500V 초과는 DC 1,000V에서 1.0MΩ 이상이다. 구 판단기준의 최대공급전류 기반 누설전류 계산식(1/2,000) 체계는 폐지되고 현행 절연저항 표로 대체되었다(근거: 전기설비기술기준 제52조·저압전로의 절연성능).

고압과 저압이 혼촉되면 저압측 전위가 상승하여 기기 소손·감전 위험이 생기므로, 이를 억제하기 위해 변압기 저압측 중성점에 접지공사를 한다.
구 판단기준의 제2종 접지공사는 현행 KEC에서 '변압기 중성점 접지'로 명칭이 변경되었고, 접지저항값은 1선 지락전류 I에 대해 150/I Ω 이하(자동차단 조건에 따라 300/I, 600/I) 등으로 규정된다(KEC 142.5 변압기 중성점 접지·KEC 322.1 고압 또는 특고압과 저압의 혼촉에 의한 위험방지 시설).

KEC 232.84(옥내에 시설하는 저압용 배·분전반 등의 시설)에 따라 주택용 분전반은 독립된 장소 또는 노출된 장소에 시설하여야 하며, 신발장·옷장 등 은폐된 장소에는 시설할 수 없다. 재질은 불연성 또는 난연성이어야 하고, 한 분전반에는 한 가지 전원만 공급하는 것이 원칙이다.

KEC 212.6.2에 따라 저압 옥내전로는 인입구에 가까운 곳에 각 극에 개폐기를 시설하는 것이 원칙이나, 사용전압 400V 이하의 옥내전로로서 정격전류 16A 이하 과전류차단기(또는 16A 초과 20A 이하 배선차단기)로 보호되는 다른 옥내전로에 접속하는 길이 15m 이하의 전로는 개폐기 시설을 생략할 수 있다.
[근거] KEC 212.6.2(저압 옥내전로 인입구에서의 개폐기의 시설)