[전기기능사 필기] 19년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

3상 전력은 $P=\sqrt{3}\,VI\cos\theta$이다.
역률로 정리하면 $\cos\theta=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,VI}=\dfrac{7000}{\sqrt{3}\times200\times25}\approx0.81$이 된다.

전기량은 전류와 시간의 곱 $Q=It$이다. 1시간은 3600초이므로 $1\,\mathrm{Ah}=1\,\mathrm{A}\times3600\,\mathrm{s}=3600\,\mathrm{C}$이다.

R-C 직렬회로에서 저항 $R$과 용량 리액턴스 $X_C=\dfrac{1}{\omega C}$는 위상이 90° 다르므로 벡터 합으로 구한다. 따라서 임피던스의 크기는 $Z=\sqrt{R^2+\left(\dfrac{1}{\omega C}\right)^2}\,[\Omega]$이다.

R-C 병렬회로는 어드미턴스로 계산한다.
$Y=\dfrac{1}{R}+j\omega C$
$|Y|=\sqrt{\left(\dfrac{1}{R}\right)^2+(\omega C)^2}$
임피던스는 그 역수이므로
$Z=\dfrac{1}{\sqrt{\left(\dfrac{1}{R}\right)^2+(\omega C)^2}}=\dfrac{R}{\sqrt{1+(\omega CR)^2}}$

주기적인 구형파는 푸리에 급수로 분해하면 기본파와 무수히 많은 고조파(홀수 차수 정현파)의 합으로 표현된다. 즉 하나의 파형이지만 무수히 많은 주파수 성분이 합성된 것이다.

저항 $R=\rho\dfrac{l}{A}$에서 고유저항은 $\rho=\dfrac{RA}{l}$이고, 그 단위는 $\dfrac{\Omega\cdot\mathrm{m^2}}{\mathrm{m}}=\Omega\cdot\mathrm{m}$인 Ω·m이다.
Ω은 저항의 단위이다.
AT/Wb는 자기저항의 단위이다.

같은 주파수의 sin과 cos 성분을 합성하면 $100\sin\omega t+100\cos\omega t=100\sqrt{2}\sin(\omega t+45^\circ)$이다. 최대값이 $100\sqrt{2}\approx141.4\,\mathrm{V}$이므로 실효값은 $\dfrac{100\sqrt{2}}{\sqrt{2}}=100\,\mathrm{V}$이다.

자기장 속 도체가 받는 전자력은 $F=BIl\sin\theta\,[\mathrm{N}]$이다. 자속밀도 B, 전류 I, 도체 길이 l에 모두 비례하므로 '길이에 반비례'한다는 설명이 틀렸다.

Δ결선에서는 상전압과 선간전압이 같으므로 상전압은 200V이다.
임피던스 크기는 $|Z|=\sqrt{3^2+4^2}=5\,\Omega$이므로 상전류는 $I_p=\dfrac{200}{5}=40\,\mathrm{A}$이다.

등전위면 위에서는 전하를 이동시켜도 일이 0이므로, 힘의 방향인 전기력선은 등전위면과 항상 직각으로 교차한다. 만약 비스듬히 교차하면 면을 따라 전계 성분이 생겨 등전위가 될 수 없다.

파형률은 실효값을 평균값으로 나눈 값, 즉 $\text{파형률}=\dfrac{\text{실효값}}{\text{평균값}}$이다. 최대값/실효값은 파고율이므로 혼동하지 않도록 한다.

전위차는 단위 전하가 한 일이므로 $V=\dfrac{W}{Q}$이다. 대입하면 $V=\dfrac{10}{2}=5\,\mathrm{V}$이다.

파형률은 $\dfrac{\text{실효값}}{\text{평균값}}$으로 정의되며 파형의 평활한 정도를 나타낸다. 파고율은 $\dfrac{\text{최대값}}{\text{실효값}}$으로 서로 다른 개념이다.

반도체·탄소·전해액은 온도가 높아지면 캐리어가 증가해 전도율이 커지므로 부(-)의 온도계수를 가진다. 반면 구리 같은 금속 도체는 온도가 올라가면 저항이 증가하는 정(+)의 온도계수를 가지므로 해당되지 않는다.

삼각파의 실효값은 $\dfrac{V_m}{\sqrt{3}}$, 평균값은 $\dfrac{V_m}{2}$이다. 따라서 파형률은 $\dfrac{V_m/\sqrt{3}}{V_m/2}=\dfrac{2}{\sqrt{3}}\approx1.155$이다.

유전체의 단위 체적당 축적 에너지는 $w=\dfrac{1}{2}ED$이다. 대입하면 $w=\dfrac{1}{2}\times50\times100=2500\,\mathrm{J/m^3}$이다.

병렬 부분인 $R_2,\ R_3$의 합성저항은 $\dfrac{R_2R_3}{R_2+R_3}$이다. 여기에 $R_1$이 직렬로 연결되므로 전체 합성저항은 $R=R_1+\dfrac{R_2R_3}{R_2+R_3}$이 된다.

진공 중 두 점전하 사이의 정전력은 쿨롱의 법칙에 따라 $F=\dfrac{Q_1Q_2}{4\pi\varepsilon_0 r^2}=9\times10^9\times\dfrac{Q_1Q_2}{r^2}\,[\mathrm{N}]$이다. 힘은 두 전하량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.

공진주파수는 $f_r = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$에서 $LC = 25 \times 10^{-3} \times 10 \times 10^{-6} = 2.5 \times 10^{-7}$, $\sqrt{LC} = 5 \times 10^{-4}$이므로 $f_r = \dfrac{1}{2\pi \times 5 \times 10^{-4}} \approx 318[\mathrm{Hz}]$. 검산: $\omega_r = \dfrac{1}{\sqrt{LC}} = 2000[\mathrm{rad/s}]$, $f_r = \dfrac{2000}{2\pi} \approx 318.3[\mathrm{Hz}]$로 일치. 각주파수 2000을 그대로 주파수로 답하면 오답.
[근거] 직렬 공진주파수 f_r=1/(2π√LC)

역률을 1로 개선하려면 부하의 무효전력을 전부 상쇄해야 한다.
$\cos\theta = 0.8$이면 $\sin\theta = 0.6$, $\tan\theta = 0.75$이므로 $Q_c = P\tan\theta = 20 \times 0.75 = 15[\mathrm{kVA}]$이다.
검산: 피상전력 $\dfrac{20}{0.8} = 25[\mathrm{kVA}]$, 무효전력 $25 \times 0.6 = 15[\mathrm{kVar}]$로 일치한다(근거: 역률개선 콘덴서 용량 Q_c=P(tanθ₁−tanθ₂)).

단락 직후의 돌발 단락 전류는 전기자 반작용이 아직 나타나기 전이므로 누설 리액턴스만이 전류를 제한한다. 시간이 지나 전기자 반작용이 확립되면 동기 리액턴스가 지속 단락 전류를 제한하게 된다.

변압기유는 절연내력이 크고, 냉각 순환이 잘 되도록 점도가 낮고, 인화점이 높고, 응고점은 낮아야 한다. 응고점이 높으면 저온에서 굳어 순환이 되지 않으므로 틀린 조건이다.

지름 3.2mm 이상의 굵은 단선은 구부려 꼬기 어려우므로 첨선을 대고 조인트선으로 감아 접속하는 브리타니아 접속을 사용한다. 트위스트 접속은 2.6mm 이하의 가는 단선에 쓰는 방법이다.

동기 전동기는 부하가 급변하면 난조가 발생하기 쉬운 것은 맞지만, 회전속도가 전원 주파수에 고정되어 속도제어는 간단하지 않다. 속도를 바꾸려면 가변 주파수 전원이 필요하므로 '속도제어가 간단하다'는 설명이 틀렸다.

그림은 다이오드 기호에 게이트(G) 단자가 추가된 형태로, 애노드·캐소드·게이트의 3단자를 갖는 SCR(실리콘 제어 정류기)이다. 게이트 신호로 도통 시점을 제어하며 한 방향으로만 전류를 흘린다.

역상 제동(플러깅)은 회전 중인 전동기의 3상 전원 중 두 상을 바꿔 접속해 회전자기장을 역방향으로 만들어 급제동하는 방식이다. 급속 정지가 필요할 때 사용하며, 정지 순간 전원을 차단하지 않으면 역회전한다.

변압기 권선과 철심의 습기 제거에 사용하는 건조법에는 열풍법, 단락법, 진공법이 있다. 가압법은 건조 방법에 해당하지 않는다.

반도체 정류 소자로는 게르마늄, 실리콘, 산화구리(아산화동), 셀레늄 등이 사용된다. 비스무트는 정류 작용이 없는 금속으로 정류 소자로 사용할 수 없다.

권수비는 $a=\dfrac{N_1}{N_2}=\dfrac{80}{320}=\dfrac{1}{4}$이고 전압비와 같다. 따라서 $V_1=aV_2=\dfrac{1}{4}\times100=25\,\mathrm{V}$이다.

돌발 단락 순간에는 전기자 반작용이 나타나기 전이므로 누설 리액턴스가 단락 전류를 제한한다. 이후 지속 단락 전류는 전기자 반작용을 포함한 동기 리액턴스에 의해 제한된다.

권선형 유도전동기의 비례추이 특성에 따라 $\dfrac{r_2}{s}$가 일정하면 토크가 같으므로, 2차 저항을 2배로 하면 같은 토크를 내는 슬립도 2배가 된다. 최대 토크의 크기 자체는 변하지 않는다.

직류 발전기의 무부하 특성곡선(무부하 포화곡선)은 정격속도·무부하 상태에서 계자전류 $I_f$와 무부하 단자전압(유기 기전력)의 관계를 나타낸 곡선이다. 부하전류와 단자전압의 관계는 외부 특성곡선이다.

유도전동기의 2차 동손은 회전자 입력에 슬립을 곱한 값으로 $P_{c2}=sP_2$이다. 대입하면 $P_{c2}=0.04\times10=0.4\,\mathrm{kW}$이다.

1차 22.9kV-Y 배전선로에서 2차로 220/380V를 공급하려면 2차도 중성선을 이용하는 3상 4선식이어야 하므로 Y결선이 필요하다. 따라서 1차·2차 모두 Y결선인 Y-Y 결선으로 한다.

평복권 발전기는 직권 계자가 부하 증가에 따른 전압 강하를 보상하도록 설계되어 무부하 전압과 전부하 전압이 같다. 즉 전압변동률이 0인 발전기이다.

계자 저항을 증가시키면 계자전류가 감소하여 자속 $\phi$가 줄어든다. 회전속도는 $N=k\dfrac{V-I_aR_a}{\phi}$로 자속에 반비례하므로 속도는 증가한다.

동기 발전기의 병렬 운전 조건은 기전력의 크기·주파수·위상·파형이 서로 같아야 한다는 것이다. 발전기의 용량은 서로 달라도 병렬 운전이 가능하므로 조건이 아니다.

절연물의 최고 허용온도는 Y종 90℃, A종 105℃, E종 120℃, B종 130℃, F종 155℃, H종 180℃이다. 따라서 E종은 120℃이다.

초퍼는 직류를 고속 스위칭하여 크기가 다른 직류로 직접 변환하는 장치다. 컨버터(정류기)는 교류→직류, 인버터는 직류→교류, 사이클로컨버터는 교류를 주파수가 다른 교류로 직접 변환하므로 나머지 연결은 모두 반대로 되어 있다.
[근거] 전력변환 장치 분류(AC/DC 변환 기능)

SCR은 애노드측부터 P-N-P-N의 4층 구조이며, 게이트는 캐소드에 인접한 P형 층에 연결된다. 게이트에 정(+)의 전류를 흘리면 이 P층에 캐리어가 주입되어 소자가 턴온된다.

미분탄 연소방식은 연소 조절이 쉽고 보일러 효율이 높으며 부하 변동에 신속히 대응할 수 있는 장점이 있다. 그러나 석탄을 미세하게 분쇄해 태우므로 재가 배기가스와 함께 다량 배출되어 대형 집진장치가 필요하며, 재 제거가 용이하다는 것은 장점이 될 수 없다.

동기 조상기는 무부하로 운전하는 동기 전동기로, 여자를 조정하여 진상·지상 무효전력을 연속적으로 공급함으로써 수전단 전압을 일정하게 유지한다. 선로의 수전단이나 중간에 설치하여 전압 조정과 역률 개선에 사용된다.

접속함(박스) 안에서 전선을 쥐꼬리 접속한 후에는 와이어커넥터를 돌려 끼워 절연 처리를 한다. 커플링·로크너트·부싱은 전선관 접속용 부속품이다.

기력발전소에서 가장 큰 손실은 복수기에서 냉각수로 버려지는 방열 손실(전체 입력의 절반 정도)이다. 그 다음이 보일러 손실이고 뱅킹 손실이 가장 작으므로 A-B-C 순이다.

한국전기설비규정(KEC 232.11)에 따라 합성수지관 상호 및 관과 박스의 접속 시 삽입 깊이는 관 바깥지름의 1.2배 이상으로 하여야 한다. 접착제를 사용하는 경우에는 0.8배 이상으로 할 수 있다.

기력발전소에서 에너지 손실이 가장 큰 곳은 복수기이며, 터빈에서 나온 증기가 응축될 때 잠열이 냉각수로 버려져 전체 입력 에너지의 절반 가까이를 차지한다. 보일러 배기 손실이나 발전기 손실은 이에 비해 훨씬 작다.

금속관을 구부릴 때는 히키(벤더)를 사용한다.
파이프렌치는 관을 죄어 돌리는 공구이다.
오스터는 나사를 내는 공구이다.
파이프 커터는 관을 절단하는 공구이다.

후강 전선관의 표준 규격은 16, 22, 28, 36, 42, 54, 70, 82, 92, 104[mm](안지름 기준 짝수 호칭)이다. 50[mm]는 후강 전선관 규격에 없다(54가 올바른 규격).

미분탄연소장치에서 미분탄을 버너로 분사할 때 가장 적합한 분사속도는 20~30m/s이다. 속도가 너무 느리면 역화의 우려가 있고 너무 빠르면 착화가 불안정해진다.

한국전기설비규정(KEC 123, 전선의 접속)에 따라 전선을 접속할 때 전선의 세기(인장강도)를 20% 이상 감소시키지 않아야 한다. 즉 접속 후에도 원래 강도의 80% 이상을 유지해야 한다.

한국전기설비규정(KEC 341.13)에 따라 고압 또는 특고압 가공전선로로부터 공급을 받는 수용 장소의 인입구에는 피뢰기를 시설하여야 한다. 이는 뇌서지 등 이상전압으로부터 수용가 설비를 보호하기 위한 것이다.

펜치로 절단하기 어려운 굵은 전선이나 케이블을 절단할 때는 클리퍼(cable cutter)를 사용한다. 프레셔 툴은 터미널 압착용, 파이프 바이스는 관 고정용 공구이다.

한국전기설비규정(KEC 242.2)에 따라 폭연성 분진이 존재하는 위험장소의 금속관 공사에서 관 상호 및 관과 박스 등 부속품·전기기계기구는 5턱 이상의 나사 조임으로 견고하게 접속하여야 한다. 이는 폭발성 가스나 분진이 관 내부로 침입하지 못하도록 하기 위함이다.

열동 계전기(서멀 릴레이)는 전자 개폐기에 부착되어 과부하 전류가 흐르면 바이메탈이 열로 휘어져 회로를 차단함으로써 전동기의 소손을 방지한다. 전자접촉기와 조합하여 전자개폐기를 구성한다.

합성수지관 안의 전선은 연선이 원칙이나, 단면적 10mm² 이하의 구리 단선(알루미늄은 16mm² 이하)은 예외적으로 사용할 수 있다.
[근거] KEC 232.11.1(합성수지관공사 시설조건)

22.9kV-Y 중성선 다중접지식 배전선로에서는 완금(완철)의 접지선을 다중접지된 중성선에 연결한다. 중성선이 접지극과 연결된 접지 도전로 역할을 하기 때문이다(근거: KEC 333.32 — 25kV 이하인 특고압 가공전선로의 시설, 중성선 다중접지).

흥행장소의 저압 옥내배선·전구선·이동전선의 사용전압은 400V 이하이어야 한다(KEC 242.6.1, 전시회·쇼 및 공연장의 전기설비). 구 판단기준의 '400V 미만'이 현행 KEC에서 '400V 이하'로 변경되었다.

가공전선로 지지물의 기초 안전율은 2 이상이어야 한다. 다만 이상 시 상정하중에 대한 철탑의 기초는 1.33 이상으로 한다.
[근거] KEC 331.7(가공전선로 지지물의 기초의 안전율)

위험물 등이 존재하는 장소의 이동전선은 접속점이 없는 0.6/1kV EP 고무절연 클로로프렌 캡타이어케이블 또는 0.6/1kV 비닐절연 비닐캡타이어케이블을 사용하여야 한다. OW·DV 전선이나 일반 코드는 사용할 수 없다.
[근거] KEC 242.4(위험물 등이 존재하는 장소)

의료장소(그룹 1·2)의 의료 IT 계통에는 이중 또는 강화절연을 한 비단락보증 절연변압기를 설치하며, 그 2차측 정격전압은 교류 250V 이하, 공급방식은 단상 2선식, 정격출력은 10kVA 이하로 하여야 한다.
[근거] KEC 242.10(의료장소)