[전기기능사 필기] 19년 1회차 기출문제 해설 페이지

정전 상태의 도체 표면에서 전기장은 표면에 수직으로 형성된다. 표면에 평행한 성분이 있다면 표면 전하가 계속 이동하여 정전 상태가 유지될 수 없다. 대전 도체 내부의 전하와 전기장이 0이라는 나머지 설명은 모두 옳다.

LC 병렬 공진 시 L에 흐르는 전류와 C에 흐르는 전류가 크기는 같고 위상이 반대여서 서로 상쇄되므로, 전원에서 유입되는 합성 전류가 이상적으로 0이 된다. 따라서 임피던스는 무한대(∞)가 되고, 그 역수인 어드미턴스는 0이 된다.

합성 임피던스는 $Z=\sqrt{R^2+(X_L-X_C)^2}=\sqrt{6^2+(16-8)^2}=10\,\Omega$이다. 전류는 $I=\dfrac{40}{10}=4\,\mathrm{A}$이므로 유도 리액턴스에 걸리는 전압은 $V_L=IX_L=4\times16=64\,\mathrm{V}$이다.

반자성체는 외부 자계와 반대 방향으로 자화되는 물질로, 자석의 극을 가까이 하면 마주보는 면에 같은 극이 유도되어 반발한다. 그림처럼 자석과 반대 방향으로 자화되는 물체는 반자성체(구리, 은, 비스무트 등)이다. 상자성체·강자성체는 자계와 같은 방향으로 자화되어 흡인된다.

1상 임피던스의 크기는 $|Z|=\sqrt{8^2+6^2}=10\,\Omega$이다. Δ결선은 상전압이 선간전압과 같으므로 상전류는 $I_p=\dfrac{220}{10}=22\,\mathrm{A}$이고, 선전류는 상전류의 $\sqrt{3}$배이므로 $I_l=22\sqrt{3}\,\mathrm{A}$이다.

1 Wh는 1 W의 전력을 1시간(3600초) 사용한 에너지이므로 $1\,\mathrm{Wh}=3600\,\mathrm{J}$이다. 따라서 $5\,\mathrm{Wh}=5\times3600=18000\,\mathrm{J}$이다.

자장 내의 자극이 받는 힘은 $F=mH$이다. 대입하면 $F=8\times10^{-3}\times20=0.16\,\mathrm{N}$이다.

Y결선에서 상전압은 선간전압의 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$배이므로 $V_p=\dfrac{210}{\sqrt{3}}\approx121\,\mathrm{V}$이다. 상전류는 선전류와 같으므로 10 A이다.

반자성체는 외부 자계와 반대 방향으로 자화되는 물질로 비투자율이 1보다 작다($\mu_s<1$). 구리, 은, 비스무트 등이 이에 속한다. 상자성체는 $\mu_s>1$, 강자성체는 $\mu_s\gg1$이다.

비오-사바르의 법칙은 전류에 의해 만들어지는 자장의 세기를 구하는 법칙으로, 전류와 자장의 관계를 나타낸다. 미소 전류 요소가 만드는 자장은 $dH=\dfrac{I\,dl\sin\theta}{4\pi r^2}$으로 표현된다.

키르히호프 법칙으로 회로를 풀 때 전류의 방향은 임의로 가정하며, 계산 결과가 +이면 가정한 방향과 같고 −이면 가정한 방향과 반대임을 뜻한다. 따라서 +로 나온 전류가 반대 방향이라는 설명은 잘못이다.

대칭 3상 Δ결선에서 선전류는 상전류보다 크기가 $\sqrt{3}$배 크고 위상은 $\dfrac{\pi}{6}\,\mathrm{rad}$(30°) 뒤진다. 이를 상전류 기준으로 말하면 상전류가 선전류보다 $\dfrac{\pi}{6}\,\mathrm{rad}$ 앞선다.

피상전력은 $S=VI=100\times12=1200\,\mathrm{VA}$이고 유효전력이 1000 W이므로 역률은 $\cos\theta=\dfrac{1000}{1200}\approx0.833$이다. 무효율은 $\sin\theta=\sqrt{1-0.833^2}\approx0.55$이므로 약 55%이다.

전지의 전압강하(기전력 감소) 원인에는 분극(성극)작용, 불순물에 의한 국부작용, 자기방전이 있다. 산화작용은 전지 방전 시 일어나는 정상적인 화학반응 자체이므로 전압강하의 원인으로 볼 수 없다.

전자 1개의 질량은 약 $9.109\times10^{-31}\,\mathrm{kg}$이다. 참고로 전자 1개의 전하량은 $1.602\times10^{-19}\,\mathrm{C}$이다.

코일면이 자장과 $\theta$의 각을 이룰 때 회전력은 $T=NBIA\cos\theta$이다. 대입하면 $T=5\times0.2\times2\times(2\times1)\times\cos30^\circ=4\times\dfrac{\sqrt{3}}{2}=2\sqrt{3}\approx3.46\,\mathrm{N\cdot m}$이다.

한쪽 코일의 전류 변화로 생긴 자속이 인접한 다른 코일과 쇄교하여 그 코일에 기전력을 유도하는 현상을 상호 유도라 한다. 자체 유도는 자기 자신의 코일에 기전력이 유도되는 현상이다.

각속도와 주파수의 관계는 $\omega=2\pi f$이다. 따라서 $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{377}{2\pi}\approx60\,\mathrm{Hz}$이다.

병렬부 $\dfrac{6 \times 3}{6 + 3} = 2[\Omega]$, 여기에 직렬 $2[\Omega]$을 더해 $2 + 2 = 4[\Omega]$. 검산: 병렬부 컨덕턴스 $\dfrac{1}{6}+\dfrac{1}{3} = \dfrac{1}{2}$이므로 병렬 합성 $2[\Omega]$이 맞다.
[근거] 저항의 직·병렬 합성

단상 2선식은 왕복 2가닥 전선에서 전압강하가 생기므로 $e = 2IR = 2 \times 15 \times 0.1 = 3[\mathrm{V}]$. 검산: 한 가닥당 $15 \times 0.1 = 1.5[\mathrm{V}]$씩 왕복 두 가닥이므로 $3[\mathrm{V}]$. 한 가닥만 계산한 1.5V가 전형적 오답이다.
[근거] 단상 2선식 전압강하 e=2IR

동기 발전기의 병렬 운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 같을 것(3상은 상회전 방향도 일치)이다. 위상차는 없어야(같아야) 하므로 위상차가 최대가 될 것이라는 보기는 조건이 아니다.

직류기의 3대 요소는 자속을 만드는 계자, 기전력을 유도하는 전기자, 교류를 직류로 변환하는 정류자이다. 공극은 계자와 전기자 사이의 틈일 뿐 3대 요소에 포함되지 않는다.

변압기 온도 상승 시험에는 실부하법, 반환부하법, 단락시험법(등가부하법)이 있으며, 실제 부하 없이 정격 손실에 해당하는 전류만 흘려 시험할 수 있는 단락시험법이 가장 널리 사용된다. 실부하법은 전력 소비가 커서 소용량기에만 제한적으로 쓰인다.

분권발전기의 단자전압은 $V=E-I_aR_a$이다. 대입하면 $V=110.4-104\times0.1=110.4-10.4=100\,\mathrm{V}$이다.

600V 고무 절연 전선의 약호는 RB이다. IV는 600V 비닐 절연 전선, RV는 고무 절연 비닐 시스 케이블(전력용)의 약호이므로 구별해야 한다.

동기기의 안정도를 높이려면 동기 임피던스(동기 리액턴스)를 작게 하여 단락비를 크게 해야 한다. 따라서 동기 임피던스 증대는 안정도 증진법이 아니다. 전기자 저항 감소, 회전자 관성(플라이휠 효과) 증대, 속응 여자 방식 채용은 모두 안정도 증진 대책이다.

유도전동기의 속도제어용 인버터는 전압과 주파수를 함께 가변하는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency, 가변전압 가변주파수) 장치이다. CVCF는 정전압 정주파수 장치로 무정전 전원 등에 사용된다.

변압기의 권수비는 1차와 2차 전압의 비와 같다. $a=\dfrac{V_1}{V_2}=\dfrac{6300}{210}=30$이다.

전기자 저항을 무시한 비돌극형(원통형) 동기발전기의 1상 출력은 $P=\dfrac{EV}{X_s}\sin\delta\,[\mathrm{W}]$이다. 부하각 $\delta=90^\circ$에서 최대 출력이 된다.

단자전압과 부하가 일정한 상태에서 여자전류를 변화시키면 위상특성곡선(V곡선)에 따라 전기자 전류의 크기와 위상(역률)이 함께 변한다. 과여자 시 진상, 부족여자 시 지상 전류가 흐르며, 회전속도는 동기속도로 일정하다.

부흐홀츠 계전기는 변압기 내부 고장 시 발생하는 분해 가스와 유류(油流)를 검출하는 계전기로, 변압기 본체와 콘서베이터를 연결하는 관의 중간에 설치한다.

교류 전동기의 위상제어에는 양방향으로 도통할 수 있는 트라이액(TRIAC)이 사용된다. 트라이액은 SCR 2개를 역병렬로 접속한 것과 등가인 쌍방향 사이리스터로, 게이트 점호각을 조절하여 교류 전력을 제어한다.

단상 유도전동기의 기동 토크 크기 순서는 반발 기동형 > 콘덴서 기동형 > 분상 기동형 > 셰이딩 코일형이다. 따라서 (ㄱ) > (ㄴ) > (ㄷ) > (ㄹ)이 옳다.

거리 계전기는 계전기 설치점에서 고장점까지의 전압과 전류의 비, 즉 임피던스를 측정하여 그 크기(거리)에 비례해 동작하는 보호계전기이다. 송전선로의 단락·지락 보호에 널리 사용된다.

통형 퓨즈는 단락전류 차단을 목적으로 하는 즉동형 퓨즈이므로 서서히 증가하는 과부하 전류로부터 전동기를 보호하지 못한다. 타임러그(시연) 퓨즈, 온도 퓨즈, 열동계전기가 부착된 마그넷 스위치는 과부하 보호가 가능하다.

직류 분권발전기는 자여자 방식이라 별도의 여자 전원이 필요 없고 전압변동률이 작으며, 계자저항기로 전압을 조정할 수 있다. 이러한 특성 때문에 전기 화학용 전원이나 축전지 충전용 발전기로 적합하다.

콘덴서 기동형(콘덴서 전동기)은 콘덴서에 의해 진상 전류가 흘러 역률과 효율이 좋고 기동 특성이 양호하며 소음이 적어, 선풍기·세탁기·냉장고 등 가정용 전기기기에 널리 사용된다.

다심 코드의 선심 중 접지선(접지용 심선)에는 녹색을 사용한다. 흑·백·적색 선심은 전원측 도체용이며, 녹색 계열은 접지·보호도체 전용 색상이므로 다른 용도로 사용하지 않는다.

IGBT는 입력측이 MOSFET 구조이므로 게이트 전압으로 구동되며 큰 게이트 전류가 필요 없다. MOSFET의 간편한 전압 구동 특성과 BJT의 낮은 도통 손실·대전류 특성을 겸비하여 인버터 등 대용량 전력변환에 널리 쓰인다.
[근거] 전력전자 소자 특성(IGBT=전압 구동형)

유도전동기의 자속은 대략 전압/주파수(V/f)에 비례한다. 주파수만 낮추면 자속이 과대해져 철심이 포화되고, 주파수만 높이면 자속이 줄어 토크가 부족해지므로, V/f를 일정하게 유지해 자속과 토크를 일정하게 확보하는 것이 VVVF 제어의 원리다.
[근거] 유도전동기 V/f 일정 제어 이론

건축물 종류별 표준부하에서 학교, 음식점, 병원, 호텔, 기숙사 등은 20 VA/m²를 적용한다. 교회·극장·공장은 10 VA/m², 은행·상점·미용원은 30 VA/m², 주택·아파트는 40 VA/m²이므로 구별해야 한다.

제2종 가요전선관을 노출장소 또는 점검 가능한 장소에 시설하고 제거하는 것이 자유로운 경우, 곡률 반지름은 관 안지름의 3배 이상으로 한다. 제거가 부자유하거나 점검이 불가능한 경우에는 6배 이상으로 해야 한다.

갠트리 철탑은 H형(문형)으로 다리를 벌린 형태의 철탑으로, 전차선로나 도로·하천 등을 넘어가는 횡단 개소에 사용된다.

구리복강선(동복강선)은 강선 표면에 구리를 입힌 전선으로, 서로 다른 두 금속을 결합한 쌍금속선에 속한다. 강선의 큰 인장강도와 구리의 좋은 도전율을 함께 얻을 수 있어 장경간 가공전선 등에 사용된다.

노출 금속관 공사에서 관을 직각으로 굽히는 곳에는 유니버설 엘보를 사용한다. 엔트런스 캡과 터미널 캡은 관 끝에서 전선을 인출할 때 쓰는 부속품이다.

폴리에틸렌 절연 비닐 시스 케이블의 약호는 EV이다. EE는 폴리에틸렌 절연 폴리에틸렌 시스 케이블, DV는 인입용 비닐 절연 전선, OW는 옥외용 비닐 절연 전선이다.

주상변압기를 전주에 설치할 때는 행거밴드를 사용하여 변압기를 전주에 매달아 고정한다. 완금밴드는 완금(완철)을, 지선밴드는 지선을 전주에 고정할 때 사용하는 밴드이다.

옥내배선 그림기호에서 실선은 천장은폐배선을 나타낸다. 바닥은폐배선과 노출배선, 지중매설배선은 각각 파선 계열의 기호로 구분하여 표시한다.

드라이브이트는 화약의 폭발력을 이용하여 콘크리트 조영재에 드라이브 핀(볼트)을 박아 넣는 공구이다. 노크아웃 펀치는 배전반·캐비닛에 전선관용 구멍을 뚫는 공구이고, 볼트 클리퍼는 굵은 전선이나 볼트를 절단하는 공구이다.

송전단 전력은 수전 전력에 손실을 더한 $12000+634=12634\,\mathrm{kW}$이다. 송전 능률(효율)은 $\eta=\dfrac{12000}{12634}\times100\approx95\,\%$이다.

간선 굵기 선정 시 적용하는 수용률은 학교·사무실·은행의 경우 70%이다. 주택·기숙사·여관·호텔·병원·창고는 50%를 적용한다.

금속 전선관을 직각으로 구부릴 때 굽힘 반지름은 관 안지름의 6배에 바깥지름의 1/2을 더한 값 이상으로 한다. 즉 $r=6d+\dfrac{D}{2}$이다.

부식성 가스가 있는 장소의 애자사용배선에는 절연전선을 사용하되 인입용 비닐 절연 전선(DV)은 제외되므로, DV전선을 사용한다는 설명은 적합하지 않다. 나전선 사용 시 조영재와의 이격거리 4.5 cm 이상, 바닥 위 2.5 m 이상 시설 등의 나머지 조건은 옳다.

앵글 커넥터(앵글 박스 커넥터)는 가요전선관을 박스에 접속할 때 쓰는 가요전선관 공사용 부속품이다. 록너트, 노말 밴드, 커플링은 모두 금속 전선관 공사용 부속품이다.

현행 KEC 212.3.4에서 산업용 배선용차단기는 정격전류 63A 이하일 때 60분(부동작전류 1.05배, 동작전류 1.3배), 63A 초과일 때 120분 이내에 동작하여야 한다. 구 판단기준의 '정격전류 2배 전류에서 2분/4분/6분' 체계는 폐지되었다.
[근거] KEC 212.3.4(보호장치의 특성, 과전류트립 동작시간 및 특성)

고압 가공전선로의 표준경간은 목주·A종 철주·A종 철근콘크리트주 150m 이하, B종 철주·B종 철근콘크리트주 250m 이하, 철탑 600m 이하이다.
[근거] KEC 332.9(고압 가공전선로 경간의 제한)

저압 전로에서 절연저항 측정이 곤란한 경우에는 저항성분의 누설전류가 1mA 이하이면 절연성능이 적합한 것으로 본다(전기설비기술기준 제52조). 구기준의 '최대공급전류의 1/2,000 이하' 누설전류 기준은 폐지되었다.
[근거] 전기설비기술기준 제52조(저압전로의 절연성능)

보호접지는 누전 시 금속제 외함의 전위 상승을 억제하여 사람의 감전 사고를 방지하는 것이 주목적이다. 구 판단기준의 '제3종 접지공사'는 폐지되었고, 현행 KEC에서는 접지시스템의 보호접지로 시설한다.
[근거] KEC 140(접지시스템)·KEC 211(감전에 대한 보호)

폭연성 분진 위험장소의 저압 옥내배선은 금속관공사 또는 케이블공사에 의하되 캡타이어케이블은 사용할 수 없다. 개장된 케이블 또는 MI케이블을 사용하는 경우 이외에는 관 기타의 방호장치에 넣어 시설하며, 금속관 접속은 5턱 이상 나사 조임으로 한다.
[근거] KEC 242.2.1(폭연성 분진 위험장소)

가스증기 위험장소의 저압 옥내배선은 금속관공사 또는 케이블공사에 의하며, 금속관공사의 경우 관 상호 및 관과 박스 기타 부속품·풀박스·전기기계기구와는 5턱 이상의 나사 조임으로 견고하게 접속하여야 한다. 이는 폭연성 분진 위험장소의 금속관공사와 동일한 기준이다.
[근거] KEC 242.3.1(가스증기 위험장소)