[전기기능사 필기] 18년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

직렬 RLC회로의 공진주파수는 $f = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$로 구한다.
$L=35\times10^{-3}\mathrm{H}$, $C=300\times10^{-6}\mathrm{F}$를 대입하면 $f = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{35\times10^{-3}\times300\times10^{-6}}} \approx 49.1\,\mathrm{Hz}$로 약 50Hz에 가장 가깝다.
저항 R은 공진주파수 계산에 영향을 주지 않는다.

RLC 직렬회로의 위상차는 $\theta = \tan^{-1}\dfrac{X_L - X_C}{R}$로 구한다. $X_L - X_C = 15-12=3\,\Omega$이므로 $\theta = \tan^{-1}\dfrac{3}{4} \approx 37^\circ$이며, 유도성 리액턴스가 더 크므로 전류가 전압보다 뒤진다.

단위 환산에서 $1\,\mathrm{m} = 10^{2}\,\mathrm{cm}$이므로 $1\,\Omega\cdot\mathrm{m} = 10^{2}\,\Omega\cdot\mathrm{cm}$가 된다. 저항률의 단위를 미터에서 센티미터로 바꿀 때는 길이 차원의 환산 배율만 그대로 곱해주면 된다.

가우스의 자기법칙에 따르면 진공(공기) 중에서 자극 $m\,[\mathrm{Wb}]$에서 나오는 자기력선의 총 수는 투자율로 나눈 $N = \dfrac{m}{\mu_0}$개이다. 이는 전기력선의 총 수가 $\dfrac{Q}{\varepsilon_0}$인 것과 대응되는 관계이다.

Y결선에서 상전압과 선간전압은 $V_l = \sqrt{3}\,V_p$의 관계를 가지므로 $V_p = \dfrac{V_l}{\sqrt{3}} = \dfrac{200}{\sqrt{3}} \approx 115\,\mathrm{V}$이다.

플레밍의 왼손법칙은 전동기의 힘 방향을 찾는 법칙으로, 엄지는 힘(F), 검지는 자기장(B), 중지는 전류(I)의 방향을 나타낸다. 따라서 전류의 방향을 나타내는 손가락은 중지이다.

두 저항의 병렬 합성저항은 $R = \dfrac{R_1 R_2}{R_1+R_2}$이다(두 저항의 곱을 합으로 나눈 값).

역률은 $\cos\theta = \dfrac{P}{VI}$로 구한다. $\cos\theta = \dfrac{40}{200\times0.42} = \dfrac{40}{84} \approx 0.476$이므로 약 47.6%이다.

정현파의 평균값은 $V_a = \dfrac{2}{\pi}V_m$으로 구한다. $V_a = \dfrac{2}{\pi}\times220 \approx 140.1\,\mathrm{V}$이다.

정전기 발생을 억제하려면 대기 습도를 오히려 60~70% 이상으로 높여 절연물 표면의 전하가 쉽게 누설되도록 해야 한다. 습도를 30% 이하로 건조하게 유지한다는 것은 정전기 발생을 오히려 조장하는 조치이므로 방지책으로 틀리다.

전압(V)은 단위 전하가 이동할 때 하는 일로 정의되므로 $1\,\mathrm{V} = 1\,\mathrm{J/C}$이다. 나머지 보기는 자속이나 저항 관련 단위로 전압의 정의와 무관하다.

기전력은 $V = \dfrac{W}{Q}$로 구한다. $V = \dfrac{560}{14} = 40\,\mathrm{V}$이다.

발열량은 $1\,\mathrm{kWh} = 860\,\mathrm{kcal}$의 환산 관계를 이용한다. $3\,\mathrm{kW}$를 20분($\dfrac{1}{3}\,\mathrm{h}$) 사용하면 소비 전력량이 정확히 $1\,\mathrm{kWh}$가 되어 열량은 약 860kcal이다.

망간 건전지는 양극에 탄소막대(집전체)를 사용하고 그 주위에 감극제인 이산화망간을 채우며, 음극은 아연판, 전해액은 염화암모늄 수용액을 사용한다.

전열선 저항은 $R=V^2/P=200^2/2000=20\Omega$이며, 직렬 접속 시 합성저항 40Ω으로 전력은 $200^2/40=1000\mathrm{W}$, 병렬 접속 시 10Ω으로 $200^2/10=4000\mathrm{W}$이다. 따라서 직렬 접속 시 전력은 병렬 접속 시의 1/4로 줄어든다.

자계 속을 움직이는 전하가 받는 힘은 로렌츠 힘 $F = Bev$로 주어진다. 전기장이 없는 순수 자계 내 운동 전하이므로 전하량, 자속밀도, 속도의 곱으로 힘이 결정된다.

고유저항(저항률)은 단위 길이·단위 단면적당 저항 값으로 정의되어 국제단위로 $\Omega\cdot\mathrm{m}$를 사용한다. 나머지 보기의 $\mho$(모)는 저항의 역수인 컨덕턴스 단위이므로 해당되지 않는다.

전기량은 $Q=It$로 구한다. $Q = 5 \times (10\times60) = 3000\ \mathrm{C}$이다.

최대전력전달 정리에 따라 부하저항이 내부저항과 같을 때, 즉 $R = r = 5[\Omega]$일 때 부하에서 소비되는 전력이 최대가 된다.
$P_{max} = \dfrac{E^2}{4r} = \dfrac{20^2}{4 \times 5} = 20[\mathrm{W}]$
검산: $R=5$일 때 $I = \dfrac{20}{10} = 2[\mathrm{A}]$, $P = 2^2 \times 5 = 20[\mathrm{W}]$로 일치한다.

전위차계는 표준 기전력과 비교하여 검류계의 지시가 0이 되는 영위법으로 측정하므로, 측정 대상에 전류를 흘리지 않아 내부저항에 의한 전압강하 없이 기전력을 정밀 측정할 수 있다.
훅온미터는 전류 측정용이다.
메거는 절연저항 측정용이다.
[근거] 전위차계의 영위법 측정 원리

토크(회전력)는 힘과 반지름의 곱으로 정의되는 물리량이므로 단위는 $\mathrm{N}\cdot\mathrm{m}$이다.

합성수지관은 가볍고 시공이 쉬우며 절연성이 좋아 누전 우려가 없고 부식성 가스·용액이 있는 곳에도 적당하지만, 열에 약해 고온인 장소에는 변형되기 쉬워 사용하기 부적당하다. 따라서 고온 및 저온에서 사용하기 좋다는 설명은 장점이 아니다.

동기조상기는 무부하로 운전되는 동기전동기로, 계자전류를 조정해 진상·지상 무효전력을 공급함으로써 장거리 송전선의 충전용량이나 변압기의 리액턴스에 의한 전압강하를 보상하는 데 사용된다.

3상 유도전동기는 용량이 작을수록 상대적으로 슬립이 커지는 특성이 있어 10kW 이하 소형 전동기의 슬립은 대략 5~10% 범위이다.

분권전동기는 계자저항기의 저항값을 0으로 하여 계자전류(자속)를 최대로 만들어야 기동토크가 커지고 기동전류를 억제할 수 있어 가장 적절한 기동방법이 된다.

절연물의 최고 허용온도 규정에 따르면 Y종은 90℃, A종은 105℃, E종은 120℃, B종은 130℃로 정해져 있다. 이 중 A종의 최고 허용온도가 105℃로 규정되어 있다.

변압기 전압변동률은 $\varepsilon = p\cos\theta + q\sin\theta$로 구한다(지상 역률 기준). $p=2$, $q=3$, $\cos\theta=0.8$, $\sin\theta=0.6$을 대입하면 $\varepsilon = 2\times0.8+3\times0.6 = 3.4\%$이다.

인버터는 직류를 교류로 변환하는 장치이며, 반대로 교류를 직류로 바꾸는 장치는 컨버터(정류기)라 한다.

변압기의 여자전류는 철심의 자기포화와 히스테리시스 현상 때문에 정현파가 아닌 왜형파로 나타난다.

난조는 부하 변동 시 회전자가 동기속도를 중심으로 진동하는 현상으로, 자극면에 제동권선을 설치하면 진동할 때 유도전류가 흘러 제동 토크를 내므로 가장 유효하게 억제된다. 관성 증대나 동기화력 증가도 도움이 되지만 표준적인 방지 대책은 제동권선이다.

전기기계의 철심을 얇은 강판으로 성층하는 것은 철심 내에 유도되는 맴돌이전류(와류)의 경로를 차단하여 와류손을 줄이기 위함이다.

전압변동률은 $\varepsilon = p\cos\theta + q\sin\theta$로 구하며, $p=2,\,q=3,\,\cos\theta=0.8,\,\sin\theta=0.6$을
대입하면 $\varepsilon = 2\times0.8+3\times0.6=3.4\%$로 지상역률 부하에서의 전압변동률이 된다.

변압기의 정격 1차 전압은 무부하 상태에서 실제로 걸어보는 값이 아니라, 정격 2차 전압에 권수비를 곱한 값으로 정의된다.

변압기 내부에서 권선 단락 등의 고장이 발생하면 1차·2차 전류 사이에 차(비율차)가 생기는데, 이를 검출해 동작하는 계전방식이 차동계전기이다.

접지극(전지 전극)과 대지 사이의 저항을 접지저항이라 한다.

단락비와 %동기임피던스는 $K_s = \dfrac{100}{\%Z_s}$의 역수 관계에 있다. $\%Z_s = \dfrac{100}{1.2} \approx 83\%$이다.

슬롯의 기계각 간격은 $\dfrac{360^\circ}{36} = 10^\circ$이며, 전기각은 극수의 절반을 곱해 $10^\circ\times\dfrac{4}{2} = 20^\circ$가 된다.

복권발전기를 병렬 운전할 때는 직권 계자권선 사이의 순환전류로 인한 운전 불안정을 막기 위해 두 발전기의 전기자와 직권권선 접속점을 균압선으로 연결해야 한다.

순한시 계전기는 정정값을 넘는 즉시 고속으로 동작한다. 정한시는 크기와 무관하게 일정 시간 후 동작하고, 반한시는 전류가 클수록 빨리 동작하며, 반한시성 정한시는 작은 전류에서는 반한시·큰 전류에서는 정한시 특성을 가진다(근거: 보호계전기 한시특성 분류).

영상변류기는 3상 전선을 한꺼번에 관통시킨 변류기로, 정상 시에는 세 상전류의 합이 0이어서 출력이 없으나 지락사고가 나면 흐르는 영상전류(지락전류)를 검출하여 지락계전기를 동작시킨다.
근거: 계기용 변성기 이론(ZCT=영상전류 검출)

고압 보안공사에서 지지물이 철탑인 경우 경간은 400m 이하로 제한한다.

화약류 저장소의 전용 개폐기에서 저장소 인입구까지는 케이블을 사용한 지중전선로로 시설하여야 한다.

가로등, 경기장, 공장, 아파트 단지 등의 일반조명용으로 시설하는 고압방전등은 그 효율이 70 lm/W 이상인 것이어야 한다. 효율이 낮은 방전등은 전력 낭비가 크기 때문에 사용을 제한한다.

필요한 콘덴서 용량은 $Q = P(\tan\theta_1 - \tan\theta_2)$로 구한다. $\cos\theta_1=0.8$에서 $\tan\theta_1=0.75$, $\cos\theta_2=0.95$에서 $\tan\theta_2 \approx 0.329$이므로 $Q = 150\times(0.75-0.329) \approx 63.2\,\mathrm{kVA}$이다.

금속관을 조영재에 따라 시설할 때 새들이나 행거 등 지지점의 간격은 2m 이하로 하는 것이 원칙이다.

고압회로의 전압을 저압용 계기로 측정할 수 있도록 고압회로와 전압계 사이에는 계기용변압기(PT)를 시설한다.

배전반과 분전반은 전기회로를 쉽게 조작할 수 있고 개폐기를 쉽게 개폐할 수 있는 노출된 장소에 설치해야 한다. 사람이 쉽게 조작할 수 없는 장소는 점검과 조작이 곤란하므로 설치 장소로 적합하지 않다.

가공전선로 지지물의 지선에 연선을 사용하는 경우 소선(素線)은 3가닥 이상이어야 하며, 이때 지선의 안전율 2.5 이상, 최소 인장하중 4.31kN(약 440kg) 이상 등의 조건도 함께 만족해야 한다.

전압계·전류계 등 정밀 계측기 내부에 봉입되는 소손 방지용 퓨즈는 미세한 전류에도 정확히 용단되어야 하므로 가는 텅스텐선으로 만든 텅스텐퓨즈를 사용한다.

하나의 콘센트에 여러 기구를 동시에 꽂아 사용할 수 있게 해 주는 배선기구는 멀티 탭이다.

분전반 및 배전반은 전기회로를 쉽게 조작할 수 있는 장소에 설치하여야 유지·보수와 개폐 조작이 편리하다.

2021년 개정 KEC 기준으로 지중전선로를 직접매설식으로 시설할 때, 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소에서는 매설 깊이를 1.0m(100cm) 이상으로 해야 한다.

가공전선로 지지물의 기초는 하중을 받았을 때 안전율이 일반적으로 2.0 이상이 되도록 시설해야 한다.

주상변압기의 1차측(고압측)을 보호하는 장치로는 컷아웃스위치(COS)를 설치하여 과전류나 고장 시 변압기를 회로에서 분리한다.

저압 전로의 절연저항 시험전압(DC)은 SELV·PELV 250V, FELV 및 사용전압 500V 이하 500V, 500V 초과 1,000V이다. 380V는 500V 이하 구간이므로 DC 500V로 시험하며 절연저항은 1.0MΩ 이상이어야 한다. 구 판단기준의 '400V 기준 메거 선택' 구분은 폐지되었다.
[근거] 전기설비기술기준 제52조(저압전로의 절연성능)

KEC 141에서 접지시스템은 계통접지, 보호접지, 피뢰시스템 접지로 구분하며, 시설 종류로는 단독접지, 공통접지, 통합접지가 있다. '등전위접지'는 접지시스템의 구분에 해당하지 않는다(등전위본딩은 감전보호용 본딩으로 별도 규정)(근거: KEC 141·접지시스템의 구분 및 종류).

금속관에 넣는 전선의 피복절연물을 포함한 단면적 총합계는 같은 굵기의 전선일 때 관 내 단면적의 48% 이하, 서로 다른 굵기의 전선일 때 32% 이하로 한다(KEC 232.12 금속관공사, 내선규정 관 단면적 점유율 32%/48%).

15kV 이하 중성선 다중접지식 특고압 가공전선로에서 각 접지점의 대지 전기저항은 300Ω 이하, 1km마다 중성선과 대지 사이의 합성 전기저항은 30Ω 이하로 한다(15kV 초과 25kV 이하는 합성 15Ω 이하).
KEC 333.32(25kV 이하인 특고압 가공전선로의 시설)에 근거한다.

전력퓨즈는 소형·경량으로 차단용량이 크고 별도의 계전기·변성기 없이 동작하지만, 한 번 용단되면 재사용(재투입)이 불가능하여 퓨즈 자체를 교체해야 한다. 또한 한 상만 용단되면 결상 우려가 있어 인입개폐기로 LBS 등을 조합해 사용한다.
[근거] 전력퓨즈(PF)의 장단점 일반 지식

컷아웃 스위치(COS)는 주상변압기 1차측에 시설하여 변압기 고장 시 퓨즈 용단으로 전로에서 분리하는 보호·개폐 기구이다.
캐치홀더는 변압기 2차측 보호용이다.
피뢰기는 이상전압 보호용이다.