[전기기능사 필기] 20년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

저항의 직렬접속에서는 모든 저항에 같은 전류가 흐르므로 합성저항은 각 저항의 합이 된다. 즉 $R = R_1 + R_2 + R_3\,[\Omega]$이다. 병렬접속과 달리 직렬에서는 저항 개수가 늘어날수록 합성저항이 커진다.

자기장 내에서 도체가 운동할 때 유도 기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙(엄지=운동 방향, 검지=자속 방향, 중지=기전력 방향)으로 구한다. 플레밍의 왼손 법칙은 전류가 흐르는 도체가 받는 힘의 방향, 즉 전동기의 원리에 쓰이므로 구별해야 한다.

Y결선에서 선간전압은 상전압의 $\sqrt{3}$배이고 위상은 상전압보다 30° 앞선다. 즉 $V_l = \sqrt{3}\,V_p$이다. 참고로 Y결선에서 선전류는 상전류와 같다.

각 보기를 계산하면 ②는 $-j(1+j) = -j - j^2 = 1 - j$이다. 반면 ③은 $\dfrac{-1-j}{j} = (-1-j)(-j) = j + j^2 = -1+j$, ④는 $j(1+j) = j + j^2 = -1+j$로 모두 ①과 같은 값이다. 따라서 ②만 값이 다르다.

패러데이의 전기분해 법칙에 따라 석출량은 $m = kQ = kIt$이다. 대입하면 $m = 0.3293\times10^{-3} \times 10 \times 60 \times 60 \approx 11.86\,\mathrm{g}$이 석출된다.

줄의 법칙에 의한 발열량은 $H=0.24I^2Rt$이다. $H = 0.24 \times 3^2 \times 2 \times 60 \approx 259\ \mathrm{cal}$이다.

대칭인 Y결선을 등가 Δ결선으로 변환하면 각 변의 저항은 3배가 된다. 즉 $R_\Delta = 3R_Y = 3 \times 15 = 45\,\Omega$이다. 반대로 Δ→Y 변환 시에는 $\dfrac{1}{3}$배가 된다.

2전력계법에서 3상 유효전력은 두 전력계 지시값의 합으로 구한다. 즉 $P = P_1 + P_2\,[\mathrm{W}]$이다. 참고로 무효전력은 $Q = \sqrt{3}(P_1 - P_2)$로 구한다.

원형코일 중심의 자기장 세기는 $H=\dfrac{NI}{2r}=\dfrac{10\times5}{2\times0.1}=250\mathrm{AT/m}$이다.

R-C 직렬회로의 임피던스는 $Z = \sqrt{R^2 + X_C^2}$이다.
대입하면 $Z = \sqrt{9^2 + 12^2} = \sqrt{225} = 15\,\Omega$이다.

콘덴서에 축적되는 에너지는 $W = \dfrac{1}{2}CV^2$이다. 대입하면 $W = \dfrac{1}{2} \times 5\times10^{-6} \times 1000^2 = 2.5\,\mathrm{J}$이다.

히스테리시스 곡선에서 가로축(자계 H축)과 만나는 점은 보자력, 세로축(자속밀도 B축)과 만나는 점은 잔류자기이다. 보자력은 잔류자기를 완전히 없애기 위해 반대 방향으로 가해 주어야 하는 자계의 세기를 뜻한다.

자기력선은 고무줄처럼 스스로 수축하려는 장력을 가지며, 나란한 자력선끼리는 서로 반발하는 성질이 있다.
자석은 고온이 되면 자력이 증가하는 것이 아니라 오히려 감소한다.
자력선은 자석 내부에서 N극에서 S극이 아니라 S극에서 N극으로 향한다.
따라서 나머지 보기는 틀린 설명이다.

이상적인 무한장 솔레노이드는 내부에만 자계가 존재하고 외부의 자계는 0이 된다.

1 kWh는 860 kcal로 환산되며, 이는 암기해 두어야 하는 값이다.
전력량 1 kWh는 $3.6\times10^{6}\,\mathrm{J}$이고 $1\,\mathrm{J} \approx 0.24\,\mathrm{cal}$이므로,
$3.6\times10^{6} \times 0.24 \approx 860\,\mathrm{kcal}$이다.

유전율 $\varepsilon$의 단위는 $\mathrm{F/m}$이다. 평행판 콘덴서 $C = \dfrac{\varepsilon A}{d}$에서 $\varepsilon = \dfrac{Cd}{A}$이므로 단위가 F/m가 됨을 확인할 수 있다. H/m는 투자율의 단위이다.

도체가 받는 힘은 $F = BIl = 0.5 \times 10 \times 0.2 = 1\,\mathrm{N}$이다. 이 힘으로 0.5 m 운동했으므로 한 일은 $W = Fd = 1 \times 0.5 = 0.5\,\mathrm{J}$이다.

원형코일 중심의 자기장 세기는 $H = \dfrac{NI}{2r}$이다. 대입하면 $H = \dfrac{10 \times 20}{2 \times 0.1} = 1000\,\mathrm{AT/m}$이다.

피상전력은 100[VA]이다. $P_a = \sqrt{P^2 + P_r^2} = \sqrt{80^2 + 60^2} = \sqrt{6400 + 3600} = \sqrt{10000} = 100[\mathrm{VA}]$로 구하며, 검산하면 3-4-5 직각삼각형 비(60-80-100)와 일치한다. 이때 역률은 $\dfrac{80}{100} = 0.8$이다. 단순 합(140)이나 차(20)로 구하면 오답이다.

비정현파의 실효값은 각 성분 실효값 제곱합의 제곱근이다.
$V = \sqrt{30^2 + 40^2} = \sqrt{900 + 1600} = \sqrt{2500} = 50[\mathrm{V}]$
3-4-5 비(30-40-50)로 검산이 일치하며, 단순 합(70)이나 산술평균(35)으로 구하면 오답이다.

중권(병렬권)에서 전기자 병렬 회로수는 극수와 같으므로 $a = P$이며, 브러시 수도 극수와 같다. 파권은 극수와 관계없이 $a = 2$인 것과 구별해야 한다. 중권은 저전압·대전류용, 파권은 고전압·소전류용에 적합하다.

전기기계의 철심을 규소강판으로 성층하는 이유는 철손을 줄이기 위해서이다. 규소를 함유시키면 히스테리시스손이 감소하고, 얇은 강판을 절연하여 겹쳐 쌓으면(성층) 와류손이 감소한다.

전기자 반작용은 전기자 전류에 의한 자속이 주자속 분포를 찌그러뜨려 전기적 중성축을 이동시키는 현상이다. 그 결과 브러시가 놓인 기하학적 중성축 위치의 코일에도 전압이 유기되어 브러시에서 불꽃이 발생한다. 주자속은 감소하여 유도 전압도 감소하므로 나머지 보기는 틀린 설명이다.

슬립 s로 운전 중인 유도전동기의 2차 전류는 $I_2 = \dfrac{sE_2}{\sqrt{r_2^2 + (sx_2)^2}}$이다. 대입하면 $I_2 = \dfrac{0.03 \times 200}{\sqrt{0.03^2 + (0.03 \times 0.04)^2}} \approx \dfrac{6}{0.03} = 200\,\mathrm{A}$이다. $sx_2$ 항은 매우 작아 무시할 수 있다.

철심에 규소를 첨가하면 히스테리시스손을 줄일 수 있어 규소강판을 널리 사용한다.

분포권은 권선을 여러 슬롯에 분산 배치하는 방식으로, 고조파가 감소하여 기전력의 파형이 좋아진다. 또한 누설 리액턴스가 감소하고 권선의 열 분산에도 유리하다. 다만 합성 유기기전력의 크기는 집중권보다 분포계수만큼 작아진다.

직권전동기는 계자권선이 전기자와 직렬로 연결되어 있어 무부하가 되면 전류와 자속이 급감하고, $N \propto \dfrac{V - I_a R_a}{\phi}$에서 속도가 위험할 정도로 상승한다. 따라서 벨트가 벗겨지면 무부하 상태가 되는 벨트 운전이나 무부하 운전을 해서는 안 된다.

3권선 변압기는 주로 Y-Y-Δ 결선으로 사용하며, 3차(Δ) 권선에 동기조상기를 접속하여 송전선의 전압조정과 역률개선에 활용한다. 구조상 하나의 자기회로에 3개의 권선(전기회로)이 감겨 있으므로 자기회로가 3개라는 설명은 반대로 서술된 틀린 설명이다.

변압기는 전자유도 작용을 이용하므로 교류 전압·전류의 크기와 임피던스는 변환할 수 있으나 주파수는 변환할 수 없다. 1차측과 2차측의 주파수는 항상 같다.

3상 유도전동기의 원선도를 작성하려면 무부하시험, 구속시험(단락시험), 권선의 저항측정이 필요하다. 보기 중에서는 무부하시험이 해당하며, 실제 부하를 걸어보는 부하시험은 필요하지 않다.

권선형 유도전동기는 2차(회전자) 회로에 외부저항을 삽입하여 토크-속도 특성을 비례추이시킬 수 있어 이를 이용한 속도제어가 가능하다.

동기발전기의 자기여자 현상은 무부하 장거리 선로의 진상 충전전류에 의해 전압이 상승하는 현상으로, 발전기 여러 대를 병렬로 접속하거나 단락비를 크게 하고, 분로 리액터나 변압기를 접속하는 방법 등으로 방지한다. 발전기의 직렬연결은 방지법이 아니다.

분상기동형 단상 유도전동기의 원심개폐기는 회전자 속도가 동기속도의 60~80% 정도에 도달하면 동작하여 기동권선을 회로에서 분리한다. 기동권선은 기동 시에만 사용되며 계속 연결해 두면 과열·소손의 우려가 있다.

3상 전파 정류회로의 직류 평균전압은 $E_d = 1.35V$(V는 선간전압의 실효값)이다.
단상 반파는 0.45V이다.
단상 전파는 0.9V이다.
3상 반파는 1.17V이다.

단락전류는 단락비와 정격전류의 곱으로 구한다. $I_s = K_s \times I_n = 1.3 \times 500 = 650\,\mathrm{A}$이다. 문제에 주어진 역률은 계산에 사용되지 않는다.

단절권은 코일 간격을 자극 간격보다 짧게 감는 방식으로, 특정 고조파를 제거하여 기전력의 파형을 개선하고 코일 끝부분이 짧아져 동량도 절약된다. 다만 기전력의 크기는 전절권보다 단절계수만큼 작아진다.

트랜지스터의 스위칭(초퍼) 작용으로 온·오프 시간의 비율을 바꾸어 전동기에 가해지는 평균 전압을 조절하는 방식이므로 전압제어법이다. 직류전동기 속도 $N \propto \dfrac{V - I_a R_a}{\phi}$에서 인가전압 V를 변화시켜 광범위한 속도제어가 가능하다.

켈빈 더블 브리지법은 권선저항과 같은 저저항의 정밀 측정에 사용한다. 접촉저항과 도선저항의 영향을 제거할 수 있기 때문이다.
휘트스톤 브리지는 중저항 측정에 쓰인다.
메거는 절연저항 측정에 쓰인다.

단상 전파 정류의 직류 평균전압은 $E_d=\dfrac{2\sqrt{2}}{\pi}E\approx 0.9E$이므로
$E=\dfrac{180}{0.9}=200[\mathrm{V}]$이다. 검산: $0.9\times 200=180[\mathrm{V}]$로 일치한다. 162는 0.9를 곱한 오류, 400은 반파 계수 0.45로 나눈 오류, 254는 최대값($\sqrt{2}$배)과 혼동한 값이다.
[근거] 정류회로 이론(단상 전파 Ed=0.9E)

정류 방식별 맥동률 중 3상 전파는 약 4%이다. 상수와 펄스 수가 많아질수록 맥동 주파수는 높아지고 맥동률은 작아지며, 3상 전파는 맥동 주파수가 전원 주파수의 6배로 가장 평활한 직류를 얻는다.
단상 반파는 약 121%이다.
단상 전파는 약 48%이다.
3상 반파는 약 17%이다.
[근거] 정류회로 이론(방식별 맥동률 비교)

고압 가공인입선이 일반적인 도로를 횡단하는 경우 노면상 6[m] 이상의 높이로 시설하여야 한다.

토지의 상황 등으로 보통지선을 시설할 수 없을 때 전주와 전주 간 또는 전주와 지주 간에 수평으로 시설하는 지선은 수평지선이다. 궁지선은 지선을 설치할 장소가 협소하여 다른 지선을 시설할 수 없을 때 사용한다.

금속덕트공사에 사용하는 덕트의 철판 두께는 1.2mm 이상이어야 한다.

KEC 232.11(합성수지관공사)에서 관의 지지점 간 거리는 1.5 m 이하로 하여야 하므로 "3 m 이상"은 틀린 설명이다. 관 상호 및 박스와의 삽입 깊이는 관 바깥지름의 1.2배(접착제 사용 시 0.8배) 이상으로 하고, 관 안에는 전선의 접속점이 없어야 한다.

한 수용장소의 인입선 접속점에서 분기하여 지지물을 거치지 않고 다른 수용장소의 인입선 접속점에 이르는 전선을 연접인입선이라 한다.

KEC 242.2(폭연성 분진 위험장소)의 금속관공사에서는 관 상호 및 관과 박스 등 부속품·풀박스·전기기계기구와의 접속을 5턱 이상의 나사 조임으로 견고하게 시공하여야 한다. 이는 폭발성 분진이 관 내부로 침입하는 것을 막기 위한 규정이다.

폭연성 분진이 존재하는 위험장소의 금속관공사는 KEC 242.2에 따라 관 상호 및 관과 박스 기타 부속품·풀박스·전기기계기구와의 접속을 5턱 이상의 나사 조임으로 하여야 한다. 접속부 틈새로 분진이 침입해 점화원과 접촉하는 것을 방지하기 위함이다.

가요전선관 공사는 굴곡 개소가 많은 곳이나 전동기·조명기구 등에 이르는 짧은 가동 부분의 배선에 적합하다. 수변전실에서 배전반에 이르는 부분과 같은 고정 간선 구간은 금속관·케이블 공사 등이 적합하므로 가요전선관 공사 대상으로 적당하지 않다.

진동이 심한 전기 기계·기구에 전선을 접속할 때는 나사의 풀림을 막기 위해 스프링 와셔나 이중너트를 사용한다.

동전선의 직선접속에서 단선과 연선에 공통으로 적용할 수 있는 접속 방법은 직선맞대기용 슬리브를 이용한 압착접속이다.

인류주·내장주의 선로에서 활선공법 작업 시 작업자가 현수애자 등에 접촉하여 발생하는 안전사고를 예방하기 위해 데드엔드커버를 씌운다. 활선커버는 전선 등 충전부 자체를 덮는 방호구라는 점에서 구별된다.

KEC 123(전선의 접속)에 따라 코드 상호, 캡타이어 케이블 상호 또는 이들 상호를 접속하는 경우에는 코드 접속기·접속함 기타의 기구를 사용하여야 한다. 직접 꼬아서 접속하는 것은 허용되지 않는다.

특고압 컷아웃 스위치는 변압기 용량 300[kVA] 이하의 보호 및 개폐에 사용된다.

권상용 전동기 용량은 $P=\dfrac{WV}{6120\eta}$[kW]로 구한다(W: 하중[kg], V: 속도[m/min]). $P=\dfrac{200000\times1.5}{6120\times0.7}\approx70~\mathrm{kW}$이다.

NR은 450/750V 일반용 단심 비닐절연전선이다. 일반용 유연성 단심 비닐절연전선은 NF, 인입용 비닐절연전선은 DV, 옥외용 비닐절연전선은 OW로 표기한다.
[근거] KS C IEC 60227(정격전압 450/750V 이하 비닐절연전선)·KEC 231.3.1

교통신호등 회로의 사용전압이 150V를 초과하는 경우 지락 발생 시 자동적으로 전로를 차단하는 누전차단기를 시설하여야 한다. 교통신호등 회로의 사용전압은 300V 이하로 제한된다.
[근거] KEC 234.15.6(교통신호등 - 누전차단기)·KEC 234.15.1(사용전압)

380V는 'FELV 및 500V 이하' 구간에 해당하여 DC 500V 시험전압으로 측정한 절연저항이 1.0MΩ 이상이어야 한다. 구기준의 대지전압별 0.1~0.4MΩ 표는 폐지되었고, 현행은 SELV·PELV 0.5MΩ, 500V 이하 1.0MΩ, 500V 초과 1.0MΩ이다.
[근거] 전기설비기술기준 제52조(저압전로의 절연성능)

KEC 142.2(접지극의 시설 및 접지저항)에 따라 접지도체를 철주 기타의 금속체를 따라 시설하는 경우, 접지극을 철주 밑면으로부터 0.3m 이상 깊이에 매설하는 경우 이외에는 접지극을 지중에서 그 금속체로부터 1m 이상 떼어 매설한다.

방폭구조의 표시 기호는 내압 방폭구조 d, 압력 방폭구조 p, 유입 방폭구조 o, 안전증 방폭구조 e, 본질안전 방폭구조 i(ia·ib)이다. 압력 방폭구조는 용기 내부에 보호가스를 압입하여 폭발성 가스의 침입을 막는 구조이다.
[근거] 전기기기 방폭구조 표시 기호(KS C IEC 60079 계열)

전시회·쇼 및 공연장에 사용하는 배선용 케이블은 구리 도체로 최소 단면적 1.5mm² 이상이어야 하며, KS C IEC 60227-1 또는 KS C IEC 60245-1에 적합한 것이어야 한다. [근거] KEC 242.6.3(전시회·쇼 및 공연장의 전기설비-배선설비)