[전기기능사 필기] 22년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

왜형률은 기본파에 대한 고조파 성분의 비율로, $\text{왜형률}=\dfrac{\text{전 고조파의 실효값}}{\text{기본파의 실효값}}$으로 정의된다. 정현파는 기본파만 존재하고 고조파 성분이 전혀 없으므로 왜형률은 0이다.

자계 내 도체에 작용하는 전자력은 $F=BIl\sin\theta$이다. 대입하면 $F=2\times5\times0.6\times\sin 60^\circ=6\times0.866\approx 5.2\,\mathrm{N}$이다.

강자성체는 철·니켈·코발트·망간처럼 자계 방향으로 강하게 자화되고 자계를 제거해도 자기를 유지하는 물질이다. 백금은 자계 방향으로 아주 약하게 자화되는 상자성체이므로 강자성체가 아니다.

전력은 단위시간당 한 일이므로 $P=\dfrac{W}{t}$이다. 2분은 120초이므로 $P=\dfrac{876000}{120}=7300\,\mathrm{W}=7.3\,\mathrm{kW}$이다.

복소수로 표시된 전류의 크기는 실수부와 허수부의 제곱합의 제곱근이다. $I=\sqrt{8^2+6^2}=\sqrt{100}=10\,\mathrm{A}$이다.

순시전류는 $i=\dfrac{e}{R}=\dfrac{100\sqrt{2}\sin\omega t}{50}=2\sqrt{2}\sin\omega t\ (\mathrm{A})$이다.

맴돌이 전류손은 철판 두께의 제곱에 비례하므로, 표면을 절연한 얇은 철판을 겹쳐 쌓는 성층 철심을 사용하면 맴돌이 전류의 통로가 차단되어 손실이 크게 줄어든다. 변압기·회전기의 철심을 성층하는 이유이다.

전자력은 $F=BIl\sin\theta$로 구한다. 대입하면 $F=2\times8\times0.5\times\sin 30^\circ=8\times0.5=4\,\mathrm{N}$이다.

콘덴서의 정전용량은 $C = \dfrac{Q}{V} = \dfrac{5\times10^{-3}}{1000} = 5\times10^{-6}\ \mathrm{F} = 5\ \mu\mathrm{F}$이다.

대전된 도체 내부에서는 전계가 0이므로 전속밀도 역시 0이다. 표면 전하는 모두 도체 표면에만 분포한다.

대칭 3상 교류는 크기와 주파수가 같은 세 기전력이 서로 $\dfrac{2\pi}{3}\,\mathrm{rad}$(120°)씩의 위상차를 가진다. 이 조건에서 세 상 기전력의 합은 항상 0이 된다.

회로가 좌우 대칭이어서 브리지 평형이 성립하므로 가운데 저항에는 전류가 흐르지 않아 무시할 수 있다. 이를 제거하고 합성하면 a-b 간은 $r$, c-d 간은 $\dfrac{r}{2}$이 되어 a-b 간 합성저항이 c-d 간의 2배이다.

콘덴서의 전하량은 $Q=CV$이므로 전위차는 $V=\dfrac{Q}{C}=\dfrac{12\times10^{-6}}{0.02\times10^{-6}}=600\,\mathrm{V}$이다.

1마력(HP)은 746W이므로 $5\times746=3730\,\mathrm{W}$이다.

라디안과 도의 관계는 $\pi\,\mathrm{rad}=180^\circ$이다. 따라서 $\dfrac{\pi}{6}\,\mathrm{rad}=\dfrac{180^\circ}{6}=30^\circ$이다.

임피던스는 $Z=\sqrt{R^2+X_L^2}=\sqrt{12^2+16^2}=20\ \Omega$이다. 역률은 $\cos\theta = \dfrac{R}{Z} = \dfrac{12}{20} = 0.6$, 즉 60[%]이며 선간전압 값은 역률 계산에 영향을 주지 않는다.

제너 다이오드는 역방향 항복 영역에서 전류가 변해도 단자 전압이 거의 일정하게 유지되는 특성을 이용해 정전압(전압 안정화) 회로에 사용된다. 터널 다이오드는 발진·고속 스위칭, 바렉터 다이오드는 가변 용량 용도이다.

유전체에 전계를 가하면 원자 내 양전하와 음전하의 중심이 어긋나, 크기가 같고 극성이 반대인 한 쌍의 전하가 미소 거리를 두고 마주 보게 된다. 이러한 원자를 전기 쌍극자라 하며 유전분극의 기본 단위가 된다.

평행판 콘덴서의 정전용량은 $C=\dfrac{\varepsilon A}{d}$로 극판 면적 $A$에 비례하고 간격 $d$에 반비례한다. 면적 2배로 2배, 간격 1/2로 다시 2배가 되어 $2\times 2=4$배가 된다.
[근거] 평행판 콘덴서 C=εA/d

정전용량 $C=\dfrac{\varepsilon_0 \varepsilon_r A}{d}$로 비유전율 $\varepsilon_r$에 비례한다. 공기($\varepsilon_r \fallingdotseq 1$) 대신 비유전율 6인 유전체를 채우면 정전용량은 6배가 된다.
[근거] 유전체 삽입 시 C ∝ 비유전율

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}$이다.
슬립은 $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}=\dfrac{1800-1700}{1800}\approx0.0556$, 즉 약 5.56%이다.

동기 발전기의 병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 같을 것(3상에서는 상회전 방향 포함)이다. 발전기의 용량은 서로 달라도 부하를 분담하며 병렬운전이 가능하므로 필요 조건이 아니다.

인버터는 직류를 원하는 주파수와 전압의 교류로 변환하는 장치로, 사이리스터 인버터로 전원 주파수를 바꾸어 전동기 속도를 제어하는 것이 주파수 제어(VVVF)이다.
초퍼는 직류 전압을 제어하는 장치이다.
컨버터는 교류를 직류로 바꾸는 장치이다.

변압기의 전압비(권수비)는 $a=\dfrac{N_1}{N_2}=\dfrac{6000}{200}=30$이다. 1차와 2차의 유도 기전력의 비도 권수비와 같다.

중성점의 이동은 전기자 반작용 때문에 생기고, 전기자 반작용은 전기자 전류(부하 전류)에 비례한다. 무부하에서는 전기자 전류가 흐르지 않아 전기자 반작용이 없으므로 중성점의 위치가 변하지 않는다.

3상 유도전동기의 회전 방향은 회전자계의 방향을 따르므로, 전원에 연결된 3개의 단자 중 임의의 2개를 서로 바꾸어 접속하면 회전자계의 방향이 반대가 되어 전동기가 역회전한다.

유도 전동기의 등가 부하 저항은 $R=\dfrac{1-s}{s}r_2$ 이다. 슬립 $s=0.04$를 대입하면 $\dfrac{1-0.04}{0.04}=\dfrac{0.96}{0.04}=24$배가 된다.

사이클로컨버터는 교류 전력을 직류로 정류하는 과정 없이 바로 다른 주파수의 교류로 변환하는 장치로, 저속 대용량 전동기의 속도 제어에 사용된다.

직접 접지 방식은 1선 지락 시 건전상의 전압이 상전압 이상으로 거의 상승하지 않아 이상전압의 위험이 적고, 선로와 변압기의 절연 레벨을 낮출 수 있다. 우리나라 154 kV·345 kV 초고압 계통에서 채택하는 방식이다.

단락비가 큰 동기 발전기는 동기 임피던스가 작고 전기자 반작용이 작은 철기계로, 공극이 크고 전압 변동률이 작으며 단락 전류는 크다. 따라서 전기자 반작용이 크다는 설명이 틀린 것이다.

두 발전기의 기전력에 위상차가 생기면 유효 순환전류(동기화 전류)가 흐르며 $I_s = \dfrac{E}{X_s}\sin\dfrac{\delta}{2}$로 구한다. $I_s = \dfrac{2000}{100}\times\sin30^\circ = 20\times0.5 = 10\,\mathrm{A}$이다.

SCR은 애노드(A)·캐소드(K)·게이트(G)의 3단자를 가지는 단방향 사이리스터로, 기호는 다이오드 기호의 캐소드 쪽에 게이트 단자가 붙은 형태이다. 게이트 신호로 도통을 개시시켜 정류·위상 제어에 사용한다.

병렬운전 중 기전력에 위상차가 생기면 두 발전기 사이에 유효 순환전류(동기화 전류)가 흘러, 앞선 발전기는 부하가 늘어 늦어지고 뒤진 발전기는 가속되는 동기화력이 작용하여 두 기전력이 다시 동상이 되도록 한다. 무효 순환전류에 의한 권선 과열은 기전력의 크기가 다를 때 생기는 현상이다.

다이오드를 직렬로 연결하면 각 소자가 나누어 부담하는 역전압이 낮아져 전체적으로 더 높은 전압까지 견딜 수 있으므로 과전압으로부터 보호할 수 있다. 반대로 다이오드를 병렬로 연결하면 전류를 분담시켜 과전류로부터 보호한다.

토크는 힘과 회전 반지름의 곱이므로 단위는 N·m이다. rpm은 회전속도, W는 전력, N은 힘의 단위이므로 토크의 단위가 아니다.

표유부하손은 부하 전류가 흐를 때 누설자속 등에 의해 도체나 철심 내부에서 생기는 손실로, 측정이나 계산으로 따로 구할 수 없는 손실이다. 구리손·히스테리시스손·맴돌이 전류손은 계산이나 시험으로 구할 수 있다.

효율은 출력을 입력으로 나눈 값이므로 입력은 $P_{in}=\dfrac{4}{0.8}=5\,\mathrm{kW}$이다. 손실은 입력에서 출력을 뺀 $5-4=1\,\mathrm{kW}$이다.

부흐홀츠 계전기는 변압기 내부 고장 시 절연유가 분해되며 생기는 가스와 유류의 흐름을 검출하는 계전기이다. 가스가 콘서베이터로 올라가는 통로에서 검출해야 하므로 변압기 주 탱크와 콘서베이터를 잇는 연결관 중간에 설치한다.

냉각방식 기호는 앞 두 글자가 내부 냉각매체(O: 광유)와 순환방식(N: 자연, F: 강제), 뒤 두 글자가 외부 냉각매체(A: 공기, W: 물)와 순환방식을 나타낸다. 따라서 ONAN은 유입자냉식이다.
ONAF는 유입풍냉식이다.
OFAF는 송유풍냉식이다.
OFWF는 송유수냉식이다.
[근거] KS C IEC 60076-2 변압기 냉각방식 문자기호

1·2차 결선 방식이 같은 Δ-Δ, Y-Y 결선과 V-V 결선은 1·2차 선간전압이 동상(위상변위 0°)이다. Δ-Y 또는 Y-Δ와 같이 결선 방식이 다르면 1·2차 선간전압 사이에 30°의 위상변위가 생기며, 이 때문에 Δ-Δ와 Δ-Y 변압기는 병렬운전할 수 없다.
[근거] 3상 변압기 결선의 각변위(Δ-Y·Y-Δ = 30°)

정션박스 내에서 전선 상호를 접속할 때는 와이어 커넥터를 사용한다.

옥내 배선도에서 콘센트는 원에 짧은 두 선(칼받이)을 그린 기호로 나타내며, 방수형(WP)·접지극붙이(E) 등은 같은 기호에 문자를 덧붙여 구별한다. 원만 그린 전등 기호나 점멸기 기호와 혼동하지 않도록 한다.

전선 접속 부분의 세기(인장강도)는 접속 전의 80% 이상으로 유지해야 하므로, 20% 이상 감소시키지 않아야 한다. 따라서 30% 이상 감소시키지 않으면 된다는 설명이 틀린 것이다. 전기저항을 증가시키지 않을 것, 접속기구 사용 또는 납땜 등은 옳은 내용이다.

금속관을 콘크리트에 매설하는 경우 관의 두께는 1.2[㎜] 이상이어야 한다(노출 시공 등 그 밖의 경우는 1.0㎜ 이상).

권선 주위를 전기적 특성이 큰 에폭시 수지로 진공 함침하고 다시 기계적 강도가 큰 에폭시 수지로 몰딩해 절연유 없이 사용하는 변압기는 몰드 변압기이다.

코드 상호간, 캡타이어 케이블 상호간 또는 이들 상호간의 접속에는 코드 접속기, 접속함 등의 기구를 사용해야 하며 심선을 직접 꼬아 잇는 접속은 허용되지 않는다. 이때 가장 많이 사용되는 기구가 코드 접속기이다.

전력용 콘덴서를 회로에서 개방했을 때 남는 잔류전하로 인한 감전 위험과, 재투입 시 콘덴서에 걸리는 과전압을 방지하기 위해 방전코일을 설치한다.

연피케이블을 직접매설식으로 시설할 때 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소의 매설 깊이는 1.0m 이상이어야 한다.
※ 현행 KEC 기준(2021년 시행)으로 개정된 수치이며, 종전 판단기준에서는 1.2m 이상이었다.

현수 애자는 클레비스나 볼 소켓으로 연결하여 매달아 사용하는 애자로, 전선을 잡아당겨 고정하는 인류 개소나 분기하는 곳에 사용한다. 필요한 절연 강도에 따라 여러 개를 연결하여 사용할 수 있다.

진동이 있는 곳에서는 단자의 나사가 풀려 접속이 헐거워지기 쉬우므로, 구리 전선과 기계기구 단자를 접속할 때 스프링 와셔나 이중 너트 등을 사용하여 풀림을 방지한다.

가공전선로 지지물에 시설하는 지선은 지중 부분 및 지표상 30 cm까지의 부분에 내식성이 있는 것 또는 아연도금을 한 철봉을 사용하도록 KEC 331.11(지선의 시설)에서 정하고 있다. 부식되기 쉬운 지표면 부근을 보호하기 위한 기준이다.

단자에 전선을 접속할 때 진동 등으로 풀림이 우려되는 곳에는 스프링와셔를 끼워 조임 상태를 유지시킨다.

나전선 상호 또는 나전선과 절연전선을 접속할 때 접속 부분의 전선 세기는 접속 전 세기의 80% 이상을 유지해야 한다. 즉 세기를 20% 이상 감소시키지 않아야 한다는 전선 접속의 기본 원칙이다.

폭연성 분진이 존재하는 장소의 금속관 공사에서는 관 상호 및 관과 박스 기타 부속품·풀박스·전기기계기구의 접속을 5턱 이상의 나사 조임으로 견고하게 하여야 한다(KEC 242.2.1). 분진의 침입과 불꽃의 유출을 막기 위한 기준이다.

현행 절연저항 기준(전기설비기술기준 제52조, KEC 132)은 SELV·PELV(특별저압)가 DC 250V 시험에 0.5MΩ 이상, FELV 및 500V 이하는 DC 500V 시험에 1.0MΩ 이상, 500V 초과는 DC 1,000V 시험에 1.0MΩ 이상이다. 사용전압 380V는 500V 이하 구간에 해당하므로 1.0MΩ 이상이어야 한다. 구기준의 전압구간별 0.2/0.3/0.4MΩ 체계는 현재 폐지되었다.

현행 KEC 203(계통접지의 방식)에 따르면 저압 전로의 계통접지는 TN 계통(TN-S, TN-C, TN-C-S), TT 계통, IT 계통의 3가지로 구분하며, TC 계통이라는 방식은 존재하지 않는다. 구기준의 접지공사 종별(제1종~특별 제3종)은 폐지되고 계통접지·보호접지 체계로 전환되었다.

저압 연접인입선은 인입선에서 분기하는 점으로부터 100m를 초과하는 지역에 미치지 않아야 하고, 폭 5m를 초과하는 도로를 횡단하지 않아야 하며, 옥내를 통과해서는 안 된다(KEC 221.1.2).

현행 KEC에서 저압전로용 범용 퓨즈(gG)는 정격전류 16A 이상 63A 이하인 경우 60분 동안 정격전류 1.25배에는 용단되지 않고, 1.6배 전류에서는 60분 이내에 용단되어야 한다. 구 판단기준의 '수평 부착 시 정격전류 1.1배에 견딜 것' 규정은 폐지되고 gG 퓨즈의 불용단·용단 배수 체계로 바뀌었다(근거: KEC 212.6.3, 표 212.6-1).

KEC 234.12(네온방전등)에 따라 네온방전등의 관등회로 배선은 애자공사로 시설하며, 전선 지지점 간의 거리는 1m 이하, 전선 상호 간의 간격은 60mm 이상으로 하여야 한다.

유도등의 비상전원은 축전지로 설치하고 유도등을 20분 이상 유효하게 작동시킬 수 있는 용량이어야 한다. 다만 지하층을 제외한 층수가 11층 이상의 층, 지하층·무창층의 대규모 소방대상물 등은 60분 이상으로 한다.
[근거] 유도등 및 유도표지의 화재안전성능기준(NFPC 303) 제10조