[전기기능사 필기] 18년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

3상 소비전력은 $P = \sqrt{3}\,V I \cos\theta$로 구한다. $\sqrt{3}\times 220 \times 10 \times 0.8 \approx 3048\,\mathrm{W}$이므로 약 3.0[kW]에 해당한다.

파고율과 파형률이 모두 1인 파형은 구형파(사각파)이다. 최대값·실효값·평균값이 모두 같기 때문이다.

비정현파의 실효값은 직류분과 각 고조파 성분의 실효값을 각각 제곱하여 더한 값의 제곱근으로 정의된다. 각 고조파 실효값을 단순히 더하거나 그 합의 제곱근을 취하는 방식은 실제 파형이 갖는 전력을 반영하지 못하므로 옳지 않다.

인덕터에 저장되는 자기 에너지는 $W = \dfrac{1}{2} L I^2$으로 주어지므로 자기 인덕턴스 $L$에는 비례하고 전류 $I$의 제곱에 비례한다.

단상 변압기 2대를 V결선하면 출력은 1대 용량의 $\sqrt{3}$배가 되어 $P_V=\sqrt{3}\,P_1$이다. $P_V=\sqrt{3}\times100=100\sqrt{3}\approx173\,\mathrm{kVA}$이므로 보기의 $100\sqrt{3}$이 최대 공급전력이다. 변압기 2대 합계 200kVA에 대한 이용률은 $\dfrac{100\sqrt{3}}{200}\approx0.866$이다.

전선에 흘릴 수 있는 안전한 한도의 전류를 허용전류라 하며, 이를 초과하여 흐르면 도체 온도가 상승해 절연물이 열화되고 절연성능이 극도로 나빠진다.

전력의 단위 와트는 $1\,\mathrm{W} = 1\,\mathrm{J/s}$의 관계를 가지므로 $1\,\mathrm{W}\cdot\mathrm{s} = 1\,\mathrm{J}$이 성립한다. 열량 단위 cal이나 중력 단위 kgf·m은 각각 약 4.186배, 9.8배의 환산 계수를 곱해야 J이 된다.

유도리액턴스는 $X_L=2\pi f L=2\pi\times60\times0.0191\approx7.2\ \Omega$이고, 인덕턴스 양단 전압은 $V_L=IX_L=5\times7.2\approx36\mathrm{V}$이다.

3상 소비전력은 $P = \sqrt{3}\,V I \cos\theta$로 계산한다. $\sqrt{3}\times 13200 \times 800 \times 0.8 \approx 14.63\times10^{6}\,\mathrm{W} = 14.63\,\mathrm{MW}$이다.

패러데이의 전기분해 법칙에 따르면 전극에서 석출되는 물질의 양은 통과한 전기량(전류×시간)과 그 물질의 화학당량의 곱에 비례한다.

옴의 법칙 $I = \dfrac{V}{R}$에 따르면 전류의 크기는 전압에 비례하고 저항에는 반비례한다.

유도 기전력은 $e = N\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}$로 구한다.
$50 \times \dfrac{0.2-0.1}{0.5} = 10\,\mathrm{V}$이므로 기전력의 크기는 10[V]이다.

정현파 교류의 평균값은 최댓값의 $\dfrac{2}{\pi}$배이며, 이는 약 $0.637 V_m$에 해당한다.

RC 직렬회로의 임피던스는 $Z = \dfrac{V}{I} = \dfrac{100}{4} = 25\,\Omega$이다. 용량 리액턴스는 $X_C = \sqrt{Z^2 - R^2} = \sqrt{25^2 - 15^2} = 20\,\Omega$이다.

무한 길이 솔레노이드는 내부에 균일한 자계가 형성되지만, 이상적인 무한 솔레노이드의 외부 자계는 0이 된다.

전열에 의한 열량은 $H = 0.24 P t$ [cal]로 구한다. 필요 열량은 $Q = 2000 \times (100-20) = 160000\,\mathrm{cal}$이고 전력은 $P = 100 \times 5 = 500\,\mathrm{W}$이므로 $t = \dfrac{160000}{0.24 \times 500} \approx 1.33\times10^{3}\,\mathrm{s}$이다.

코일의 자체 인덕턴스는 $L = \dfrac{\mu N^2 A}{l}$로 표현되며, 철심의 투자율 $\mu$가 커질수록 인덕턴스도 커진다.

원형코일 중심의 자계는 $H=\dfrac{NI}{2r}=\dfrac{10\times0.1}{2\times0.5}=1\,\mathrm{AT/m}$이다.

배율은 $m = \dfrac{50}{5} = 10$이고, 분류기 저항은 $R_s = \dfrac{r}{m-1} = \dfrac{0.9}{9} = 0.1[\Omega]$이다.
검산: 분류기에 $45[\mathrm{A}]$가 흐를 때 양단 전압은 $45 \times 0.1 = 4.5[\mathrm{V}]$, 전류계 쪽은 $5 \times 0.9 = 4.5[\mathrm{V}]$로 병렬 전압이 일치한다.
[근거] 분류기 공식 R_s=r/(m-1)

저항의 온도계수 공식에 따라
$R_t = R_{20}\{1 + \alpha_{20}(t - 20)\} = 50\{1 + 0.004 \times (70-20)\} = 50 \times 1.2 = 60[\Omega]$
이다. 검산하면 온도 상승분 $50[^\circ\mathrm{C}]$에 대한 증가율은 $0.004 \times 50 = 0.2$(20%)이므로 $50 \times 1.2 = 60[\Omega]$로 같다. 온도차 대신 절대온도 70을 곱하면 64가 되는데 이는 전형적 오답이다.

낮은 전압을 높은 전압으로 승압할 때는 1차측을 △, 2차측을 Y로 결선하는 △-Y 결선을 일반적으로 사용하며, 반대로 강압할 때는 Y-△ 결선을 사용한다.

저항 2차권선기동법은 회전자 권선에 외부 저항을 넣어 기동특성을 개선하는 방법으로, 회전자 권선을 슬립링으로 인출할 수 있는 권선형 유도전동기에만 적용되며 농형 유도전동기의 기동법이 아니다.

2차 저항손은 슬립과 2차 입력의 곱인 $P_{c2} = s P_2$로 나타난다. $P_2 = \dfrac{P_{c2}}{s} = \dfrac{5.26}{0.05} = 105.2\,\mathrm{kW}$이 2차 입력이다.

변압기 절연내력 시험에는 가압시험, 유도시험, 충격전압시험 등이 있으며, 극성시험은 1차·2차 권선의 극성을 확인하는 시험으로 절연내력과는 관계가 없다.

전기자 반작용은 전기자 전류가 만드는 자속이 계자 주자속에 영향을 미치는 현상으로 증자작용, 감자작용, 교차자화작용으로 나타난다. 포화작용은 반작용의 한 형태가 아니라 자기회로 자체의 특성이므로 해당하지 않는다.

다이오드의 전압강하를 무시하면 콘덴서는 입력 교류전압의 최댓값까지 충전된다. 실효값 100[V]인 교류의 최댓값은 $V_m = \sqrt{2}\times100 \approx 141\,\mathrm{V}$이다.

동기속도는 $N_s = \dfrac{120f}{P}$이므로 주파수는 $f = \dfrac{N_s P}{120} = \dfrac{600\times10}{120} = 50\,\mathrm{Hz}$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.

금속 전선관에 나사산을 내는 작업에는 오스터(oster)라는 나사절삭 공구를 사용한다.

전압변동률은 $\epsilon = \dfrac{V_0 - V_n}{V_n}\times100$으로 구한다. $\dfrac{253-220}{220}\times100 = 15\,\%$이다.

8극 900rpm 발전기의 주파수는
$f = \dfrac{P N}{120} = \dfrac{8\times900}{120} = 60\,\mathrm{Hz}$이다.
이 주파수로 병렬 운전하는 6극 발전기의 회전수는
$N = \dfrac{120f}{P} = \dfrac{120\times60}{6} = 1200\,\mathrm{rpm}$이다.

매극 매상당 슬롯수는 $q = \dfrac{\text{총 슬롯수}}{\text{극수}\times\text{상수}} = \dfrac{36}{6\times3} = 2$이다.

직권전동기는 계자권선과 전기자권선이 직렬로 연결되어 기동 시 부하전류에 비례해 자속과 토크가 함께 커지므로 기동 회전력이 가장 크다.

브흐홀쯔 계전기는 변압기 내부 고장 시 절연유의 분해로 발생하는 가스나 유류의 이동을 검출하여 동작하는 보호계전기로, 유입 변압기의 보호에 사용된다.

직류기의 손실 중 풍손은 회전에 따른 공기 마찰로 발생하는 기계손이다. 와전류손과 히스테리시스손은 철손, 표유부하손은 부하손에 속한다.

전기자 반작용은 전기자 권선에 흐르는 부하전류가 만드는 자속이 계자에서 발생하는 주자속에 영향을 미치면서 나타나는 현상이다.

동기발전기의 병렬운전 조건은 기전력의 크기, 위상(상회전 방향 포함), 파형, 주파수가 서로 같아야 하는 것이며, 극수가 다르면 회전수는 달라도 주파수만 같으면 되므로 회전수 자체가 같을 필요는 없다.

변압기의 최대 전압변동률은 $\varepsilon_{max}=\sqrt{p^2+q^2}$ 이다. 퍼센트 저항강하 $p=3[\%]$, 리액턴스 강하 $q=4[\%]$를 대입하면 $\sqrt{3^2+4^2}=5[\%]$가 된다.

거리계전기는 전압과 전류의 비(임피던스)가 고장점까지의 거리에 비례하는 성질을 이용하므로, 선로 길이가 길어 구간별 보호가 필요한 송전 선로의 단락 보호에 주로 사용된다. 변압기 권선은 차동계전기, 전동기는 과부하계전기가 담당한다.
[근거] 보호계전 일반이론(거리계전기 적용 대상)

재폐로 방식은 차단으로 아크가 소멸되면 스스로 회복되는 일시적 고장에서만 효과가 있다. 뇌격·수목 접촉에 의한 순간 섬락이 대표적이며, 케이블 절연 파괴·단선·변압기 내부 고장 같은 영구 고장은 재투입해도 다시 차단될 뿐이다.
[근거] 송전계통 보호이론(재폐로=일시적 고장 대상)

진상용(전력용) 콘덴서를 부하와 병렬로 접속하면 진상 무효전력을 공급해 지상 무효전력을 상쇄하므로 역률이 개선된다.
전력퓨즈는 단락 보호용 기기이다.
MOF는 전력량 계량용 계기용 변성기이다.
지락계전기는 지락 검출용 기기이다.

ABB는 Air Blast circuit Breaker(공기차단기)의 약자로, 압축공기를 이용해 아크를 소호하는 차단기를 의미한다.

한 개의 전등을 두 곳에서 각각 자유롭게 점멸할 수 있도록 하는 스위치는 3로 스위치이며, 계단이나 복도 조명 등에 널리 사용된다.

지중전선로는 직접매설식, 관로식, 암거식 중 하나로 시설하며, 케이블 트레이식은 지중전선로 시설 방식이 아니라 옥내나 전기실 등에서 사용하는 배선 방식이다.

애자는 절연성, 난연성, 내수성과 충분한 기계적 강도를 갖추어야 하며, 광택성은 애자가 갖추어야 할 전기·기계적 요구조건과는 관계가 없다.

폭연성 분진이 존재하는 장소의 금속관 공사는 관 상호간 및 관과 박스의 접속 시 5턱 이상의 나사조임으로 견고하게 접속해야 한다.

교통신호등 회로는 조작 안전을 위해 제어장치로부터 신호등 전구까지의 전로에 300[V] 이하의 전압을 사용하도록 정하고 있다.

배전반은 여러 기기를 집합적으로 수납한 설비이므로 배선기구에 해당하지 않는다. 배선기구는 개폐기, 접속기, 배선용차단기와 같이 전선로에 직접 결합되는 소형 기구를 말한다.

건축물 본체에 고정되고 탈착 가능한 커버로 절연전선과 케이블을 완전하게 수용하는 구조의 배선설비는 케이블 트렁킹이다.

16[mm] 금속전선관을 반직각으로 구부린 부분은 커플링 체결을 감안해 나사산을 일반 나사내기보다 짧게, 약 3~4산 정도로 낸다.

합성수지 전선관 상호를 접속할 때는 관과 관을 일직선으로 이어주는 커플링을 사용한다.

전기담요나 전기장판은 과열로 인한 화재를 막기 위해 설정 온도를 초과하면 회로를 차단하는 온도퓨즈를 보호소자로 사용한다.

경질비닐전선관(합성수지관)의 관 호칭은 14, 16, 22, 28, 36 등으로 규격화되어 있으며, 18은 표준 호칭 규격에 해당하지 않는다.

그림의 기호는 건축설비 도면기호 중 천장 은폐배선을 나타내는 표준 기호이며, 바닥 은폐배선이나 노출배선을 나타내는 기호와는 선의 형태로 구분된다.

전선을 병렬로 사용하는 경우 각 전선의 굵기는 구리 50mm² 이상, 알루미늄 70mm² 이상으로 하고, 같은 도체·같은 굵기·같은 길이이어야 한다. 또한 병렬 전선 각각에 퓨즈를 설치해서는 안 되며, 이는 KEC 123(전선의 접속)에 근거한다.

KEC 121.2에 따른 전선 식별 색상은 L1 갈색, L2 흑색, L3 회색, 중성선(N) 청색, 보호도체(PE) 녹색-노란색 조합이다.

현행 KEC에서 저압은 교류 1,000V 이하, 직류 1,500V 이하이다. 직류의 저압 상한이 교류보다 높은 것은 직류가 실효값 기준 위험도가 상대적으로 낮기 때문이다.
[근거] 전기설비기술기준 제3조·KEC 111.1(전압의 구분)

고압 가공케이블을 조가용선에 접촉시키고 금속테이프 등을 나선형으로 감아 시설할 때 그 간격은 20cm 이하이다. 참고로 행거를 사용하는 경우의 간격은 50cm 이하이며, 이는 KEC 332.2(가공케이블의 시설) 규정에 근거한다.

변류기는 통전 중 2차측을 개방하면 1차 전류가 전부 여자전류가 되어 2차측에 고전압이 유기되고 절연이 파괴될 위험이 있다. 따라서 계기 교체 등 작업 시에는 반드시 2차측을 먼저 단락시킨 후 작업한다.
[근거] 변류기 취급 원칙(2차측 개방 금지)

계기용변압기(PT)의 2차측 표준 정격전압은 110V이다. 5A는 변류기(CT)의 2차측 표준 정격전류이므로 혼동하지 않도록 한다(근거: 계기용변성기 표준 정격, PT 2차 110V, CT 2차 5A).