[전기기능사 필기] 22년 3회차 기출문제 해설 페이지

Δ결선 부하를 등가인 Y결선으로 변환하면 한 상의 임피던스는 $Z_p=\dfrac{Z_\Delta}{3}$이 된다. 반대로 Y부하를 Δ부하로 변환할 때는 3배($Z_\Delta=3Z_Y$)가 된다.

1차 전지는 한 번 방전하면 충전하여 다시 사용할 수 없는 전지로, 망간 건전지가 대표적이다. 납축전지·니켈카드뮴 전지·리튬 이온 전지는 충전하여 반복 사용할 수 있는 2차 전지이다.

전기 전도도는 은이 가장 크고 구리 → 금 → 알루미늄 순으로 작아진다. 구리는 은보다 전도도가 약간 낮지만 값이 싸서 전선 재료로 가장 널리 쓰인다.

P-N 접합 다이오드는 순방향 전압에서는 전류를 잘 흘리고 역방향 전압에서는 전류를 저지하는 특성이 있어, 교류를 직류로 변환하는 정류 작용을 한다.

패러데이의 전기분해 법칙이다. 전기분해로 석출되는 물질의 양은 통과한 전기량에 비례하고, 같은 전기량이면 그 물질의 화학당량에 비례한다. 렌츠의 법칙은 유도 기전력의 방향, 줄의 법칙은 전류의 발열에 관한 법칙이다.

피상전력은 역률과 관계없이 전압과 전류의 곱으로 구한다. $P_a=VI=100\times5=500\,\mathrm{VA}$이다. 역률 70%는 유효전력 $P=VI\cos\theta=350\,\mathrm{W}$를 구할 때 사용하는 값이다.

상자성체는 자석에 약하게 끌리는 물질로 텅스텐·알루미늄·백금 등이 이에 속한다. 철·코발트·니켈은 강하게 자화되는 강자성체이다.

상호 인덕턴스에 의한 유도 기전력은 $e=M\dfrac{di}{dt}$이다. 따라서 $M=\dfrac{e}{di/dt}=\dfrac{60}{150}=0.4\,\mathrm{H}$이다.

피시 테이프는 전선관 배관에 전선을 넣을(입선할) 때 사용하는 평각 강철선이다. 관 속에 먼저 통과시킨 뒤 끝에 전선을 묶어 끌어당겨 입선한다.

자극의 세기 단위는 웨버(Wb)이다. 자기에 관한 쿨롱의 법칙 $F=6.33\times10^{4}\times\dfrac{m_1 m_2}{r^2}\,\mathrm{N}$에서, 진공 중 1m 거리에 놓인 같은 크기의 두 자극 사이에 $6.33\times10^{4}\,\mathrm{N}$의 힘이 작용할 때 그 자극의 세기를 1Wb로 정의한다.

콘덴서를 병렬로 접속하면 합성 정전용량은 각 정전용량의 합이 된다. $C=3+4+5=12\,\mathrm{\mu F}$이다. 직렬 접속에서 역수의 합으로 구하는 것과 구별한다.

펠티에 효과는 서로 다른 두 금속의 접합부에 전류를 흘리면 줄열 외에 접점에서 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 현상으로, 전자 냉동에 이용된다. 반대로 두 접점의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 현상이 제벡 효과이다.

전기장의 세기는 전기장 내의 단위 양전하(1C)가 받는 힘으로 정의하며 단위는 V/m(=N/C)이다. AT/m는 자기장의 세기, F/m는 유전율, H/m는 투자율의 단위이다.

비정현파(왜형파)는 푸리에 분석(푸리에 급수)에 의해 직류분·기본파·고조파 등 여러 개의 정현파의 합으로 분해하여 나타낼 수 있다.

콘덴서에 충전된 에너지는 $W=\dfrac{1}{2}CV^2=\dfrac{1}{2}\times100\times10^{-6}\times1000^2=50\,\mathrm{J}$이다. 방전 시 이 에너지가 전부 저항에서 열로 소비되므로 $H=0.24W=0.24\times50=12\,\mathrm{cal}$이다.

자기회로의 옴의 법칙에 따라 자속은 기자력을 자기저항으로 나눈 값이다. $\phi=\dfrac{F}{R_m}=\dfrac{40000}{2300}\approx17.4\,\mathrm{Wb}$이다.

자석은 온도가 높아지면 분자 자석의 배열이 흐트러져 자력이 감소하고, 퀴리 온도 이상이 되면 자성을 잃는다. 따라서 고온이 되면 자력이 증가한다는 설명이 틀렸다.

비오-사바르의 법칙은 전류 $I$가 흐르는 도선의 미소 부분 $\Delta l$이 거리 $r$ 떨어진 점에 만드는 자기장의 세기를 나타내는 법칙으로, $\Delta H=\dfrac{I\,\Delta l\,\sin\theta}{4\pi r^2}\,\mathrm{[AT/m]}$이다.

자기저항 $R_m=\dfrac{l}{\mu A}$이다. $R_m=\dfrac{0.2}{10^{-3}\times 4\times 10^{-4}}=\dfrac{0.2}{4\times 10^{-7}}=5\times 10^{5}[\mathrm{AT/Wb}]$. 검산: $\mu A=4\times 10^{-7}$, $5\times 10^{5}\times 4\times 10^{-7}=0.2$로 자로 길이와 일치한다. $2\times 10^{-6}$은 역수를 취한 값이다.
[근거] 자기저항 Rm=l/(μA)

히스테리시스손은 $P_h=\eta f B_m^{1.6}$으로 주파수, 최대 자속밀도, 재질(히스테리시스 계수 $\eta$)에 따라 달라진다. 강판을 얇게 성층하는 것은 와전류손을 줄이는 대책이며 히스테리시스손과는 관계가 없다.
[근거] 히스테리시스손 Ph=ηfBm^1.6

변압기의 전압변동률은 $\varepsilon=p\cos\theta+q\sin\theta$이며, 역률이 $\cos\theta_m=\dfrac{p}{\sqrt{p^2+q^2}}$일 때 최대가 된다. 이때 최대 전압변동률은 $\varepsilon_{max}=\sqrt{p^2+q^2}$이다.

콘덴서형 전동기는 콘덴서의 진상 전류로 역률이 단상 유도 전동기 중 가장 좋고 효율도 높아 선풍기·세탁기 등 가정용 기기에 널리 쓰인다.

변압기 기름은 절연내력이 크고 냉각 효과가 크며 산화되지 않아야 한다. 또한 인화점은 높고 응고점은 낮아야 하므로, 응고점이 높아야 한다는 설명이 잘못된 것이다.

유도전동기의 토크는 공급 전압의 2승에 비례하고, 2차 유도기전력 $E_2$는 공급 전압에 비례하므로 토크는 $E_2$의 2승에 비례한다.

GTO(Gate Turn-Off 사이리스터)는 게이트에 역방향 전류를 흘려 스스로 턴오프할 수 있는 자기소호 기능이 가장 좋은 소자이다. SCR·TRIAC·LASCR은 일단 도통되면 게이트 신호로 끌 수 없다.

변압기의 효율은 무부하손인 철손과 부하손인 동손이 같을 때 최대가 된다. 철손은 부하와 관계없이 일정하고 동손은 부하율의 2승에 비례하므로 두 손실이 같아지는 부하에서 효율이 가장 좋다.

변압기의 최대 전압변동률은 퍼센트 저항강하와 리액턴스강하의 벡터합으로, $\varepsilon_{max}=\sqrt{p^2+q^2}=\sqrt{3^2+4^2}=5\,[\%]$이다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}$이다. 슬립이 3%이므로 회전수는 $N=(1-s)N_s=(1-0.03)\times1800=1746\,\mathrm{rpm}$이다.

먼지가 많은 장소에는 점멸 장치(키)가 없는 키리스 소켓을 사용한다. 키가 있으면 그 틈으로 먼지가 들어가 접촉 불량이나 화재의 원인이 될 수 있기 때문이다.

TRIAC은 SCR 2개를 역병렬로 접속한 것과 등가인 쌍방향 3단자 사이리스터로, 기호는 서로 반대 방향의 삼각형 두 개를 겹치고 게이트 단자를 붙인 형태이다. 양방향으로 도통되므로 교류 전력 제어에 사용된다.

지선에 연선을 사용하는 경우 소선 3가닥 이상의 연선이어야 하며, 소선은 지름 2.6mm 이상의 금속선을 사용한다(KEC 331.11). 아울러 지선의 안전율은 2.5 이상, 허용 인장하중은 4.31kN 이상으로 한다.

펌프 플라이어는 물림 폭을 여러 단계로 조절할 수 있는 공구로, 슬리브 접속 시 펜치처럼 사용하고 금속관 공사에서 로크너트를 죌 때 쓰인다. 클리퍼는 굵은 전선의 절단, 히키는 금속관을 구부리는 데 쓰는 공구이다.

고압 전로에 사용하는 포장 퓨즈는 정격전류의 1.3배 전류에 견디고 2배의 전류로는 120분 이내에 용단되어야 한다(KEC 341.10). 비포장 퓨즈는 1.25배에 견디고 2배 전류에서 2분 이내에 용단되어야 한다.

단상 유도 전동기의 기동 토크는 반발 기동형이 가장 크다. 크기 순서는 반발 기동형 > 반발 유도형 > 콘덴서 기동형 > 분상 기동형 > 셰이딩 코일형이다.

그림의 심벌은 유도등을 나타내는 옥내배선 그림기호이다. 유도등은 정전 시에도 피난구와 피난 방향을 알려주는 조명설비로, 전동기(M)·발전기(G) 등 문자 기호가 들어가는 심벌과 구별된다.

직류 발전기의 유기기전력은 $E=\dfrac{pZ\phi n}{60a}\,[\mathrm{V}]$(p: 극수, Z: 전기자 도체수, a: 병렬 회로수)로, 자속 $\phi$와 회전속도 $n$의 곱에 비례한다($E=k\phi n$).

공장·사무실·학교·상점 등에 시설하는 전체 조명용 전등은 부분 점멸이 가능하도록 전등군으로 구분하여야 하며, 한 개의 점멸기로 제어하는 매 전등군의 등기구 수는 6개 이내로 한다(KEC 234.6 점멸기의 시설).

유도형 계전기는 입력된 전기량이 만드는 이동 자기장과 회전 원판에 유도된 와전류 사이의 전자력으로 원판을 회전시켜 동작하는 계전기이다. 정지형·디지털형은 가동부 없이 전자회로로 판정하는 방식이다.

병렬운전 시 부하분담은 정격용량에 비례하고 %임피던스에 반비례한다. 정격용량이 같으므로 $P_A : P_B = \dfrac{1}{3} : \dfrac{1}{6} = 2 : 1$. 검산: 두 변압기의 단자는 공통이므로 전압강하가 같아야 하고, A가 정격의 $x$배, B가 $y$배를 분담하면 $3x = 6y$에서 $x = 2y$가 되어 A가 B의 2배를 분담함이 확인된다.
[근거] 변압기 병렬운전 부하분담(%임피던스에 반비례)

몰드변압기는 절연유를 사용하지 않고 에폭시 수지로 권선을 몰딩한 건식 변압기의 일종이므로 절연유 열화 점검·보수가 필요 없다(무보수화). 난연성·자기소화성이 우수하고 소형·경량이며, 화재 위험이 적어 빌딩·병원 등 옥내 수전설비에 널리 쓰인다.
[근거] 몰드변압기의 구조·특징(무절연유·난연성)

조상설비(동기조상기·전력용 콘덴서·분로리액터)는 무효전력을 조정하여 수전단 전압을 일정하게 유지하고 역률 개선으로 전력손실을 경감시키는 설비이다. 이상전압으로부터 기기를 보호하는 것은 피뢰기, 저전압·소전류로 변성하는 것은 계기용 변성기의 역할이다.

자연순환식 보일러는 관 내 물과 증기의 밀도차에 의한 수두로 순환력을 얻으므로, 수관의 높이를 높게 하여 수두를 크게 하면 순환이 잘 된다. 고압이 될수록 물과 증기의 밀도차가 작아지므로 수관을 더 높게 할 필요가 있다.

동전선의 직선 접속에는 직선맞대기용 슬리브(B형)에 의한 압착 접속, 트위스트 직선 접속 등이 있다. 종단겹침용 슬리브(E형), 비틀어 꽂는 형 전선접속기, 동선압착단자에 의한 접속은 모두 종단 접속에 해당한다.

매설지선은 철탑의 탑각 접지저항을 낮추기 위해 땅속에 방사상으로 매설하는 지선이다. 뇌격 시 철탑 전위 상승에 의한 역섬락을 방지하여 피뢰작용을 높이는 것이 설치 목적이다.

인터록 회로는 두 전자접촉기의 b접점을 상대편 코일 회로에 직렬로 넣어, 한쪽이 여자되면 다른 쪽은 여자될 수 없도록 하는 회로이다. 정·역운전 회로에서 두 접촉기가 동시에 투입되어 상간 단락이 일어나는 것을 방지한다.

가공전선로 지지물의 기초 안전율은 주체에 가해지는 곡하중에 대하여 2 이상이어야 한다(KEC 331.7). 다만 이상 시 상정하중에 대한 철탑의 기초는 1.33 이상으로 한다.

브리타니아 접속은 첨선과 조인트선을 사용하여 3.2mm 이상의 굵은 단선을 접속하는 방법이므로, 2.6mm 이상이라고 한 설명이 잘못되었다. 2.6mm 이하의 가는 단선 직선 접속에는 트위스트 접속을 적용한다.

성냥·석유류·셀룰로이드 등 가연성 위험물질을 제조하거나 저장하는 장소의 배선은 금속관 공사, 케이블 공사, 합성수지관 공사(두께 2mm 이상)로 시설하여야 한다(KEC 242.4). 방습형 플렉시블 배선 공사는 허용되지 않는다.

저압·고압 가공전선이 철도 또는 궤도를 횡단하는 경우 전선의 높이는 레일면상 6.5m 이상으로 하여야 한다(KEC 222.7, 332.5). 도로 횡단 시 지표상 6m 이상과 구별하여 기억한다.

가공전선로의 지지물에는 목주·철주·철근 콘크리트주·철탑이 있다. 지선은 지지물의 강도를 보강하기 위하여 시설하는 설비일 뿐 지지물 자체는 아니다.

전선로는 시설 장소에 따라 가공 전선로, 옥측 전선로, 옥상 전선로, 지중 전선로, 터널 내 전선로, 수상 전선로, 수저 전선로로 구분한다. 산간 전선로라는 종류는 없다.

3상 선로에서 선간거리가 서로 다를 때의 등가 선간거리는 각 거리의 기하평균으로 $D=\sqrt[3]{D_1 D_2 D_3}$이다. 이 기하학적 평균거리를 인덕턴스·정전용량 계산에 사용한다.

부하가 급격히 감소하면 수차로 유입되는 물을 급히 차단하여야 하는데, 이때 수압관 내에 수격작용이 발생한다. 펠턴 수차에서는 전향장치(디플렉터)로 노즐 분류의 방향을 돌려 유량을 서서히 줄임으로써 수격작용을 완화한다.

역률을 개선하면 전력손실 감소, 전압강하 감소, 설비 용량의 이용률 증가, 전기요금 절감 등의 효과가 있다. 감전사고 감소는 역률 개선과 관계가 없다.

변압기 중성점 접지저항은 원칙적으로 고압·특고압측 1선 지락전류로 150을 나눈 값 이하로 한다. 150/5 = 30Ω 이하이다. 1초 초과 2초 이내에 자동 차단하는 장치가 있으면 300/I, 1초 이내면 600/I을 적용한다. 구 제2종 접지공사가 현행 KEC 142.5 변압기 중성점접지로 대체되었으며 산식은 동일하다.
[근거] KEC 142.5

저압 가공인입선의 전선은 케이블을 제외하고 인장강도 2.30kN 이상 또는 지름 2.6mm 이상의 인입용 비닐절연전선이 원칙이다. 다만 경간이 15m 이하인 경우에 한하여 인장강도 1.25kN 이상 또는 지름 2.0mm 이상을 사용할 수 있다. 따라서 15m 초과 시 최소 2.6mm이다.
[근거] KEC 221.1.1

폭연성 분진 또는 화약류의 분말이 존재하는 곳의 저압 옥내배선은 금속관 공사 또는 케이블 공사(캡타이어케이블 제외)에 의하여야 한다(KEC 242.2.1). 애자 공사·몰드 공사·덕트 공사는 허용되지 않는다.
[근거] KEC 242.2.1

금속관 공사의 전선은 옥외용 비닐절연전선(OW)을 제외한 절연전선이어야 하고, 관 안에서 접속점을 만들어서는 안 되며, 단선은 구리 단면적 10mm² 이하(알루미늄 16mm² 이하)만 사용할 수 있다. 콘크리트에 매설하는 관의 두께는 1.2mm 이상(기타 1mm 이상)이 맞다. 템플릿의 구 접지공사 종별 보기는 폐지되어 제외하였다.
[근거] KEC 232.12.1, 232.12.2

권상용 전동기 용량 $P=\dfrac{Wv}{6.12\eta}[\mathrm{kW}]$ ($W$: 권상하중 [t], $v$: 권상속도 [m/min]). $P=\dfrac{2\times 15}{6.12\times 0.7}=\dfrac{30}{4.284}\fallingdotseq 7[\mathrm{kW}]$. 효율을 곱해 버리면 약 3.4kW로 잘못 계산되므로 주의한다.
[근거] 전동력 응용(권상기 소요동력 공식)

필요 열량 $Q=cm\theta=1\times 43\times(40-20)=860[\mathrm{kcal}]$이다. $1[\mathrm{kWh}]=860[\mathrm{kcal}]$이므로 필요한 전력량은 $\dfrac{860}{860}=1[\mathrm{kWh}]$이다.
[근거] 전열 계산(1kWh = 860kcal)