[전기기능사 필기] 23년 1회차 기출문제 해설 페이지

1eV는 전자 1개가 1V의 전위차를 통과할 때 얻는 에너지이다. 전자의 전하량이 $1.602\times10^{-19}\,\mathrm{C}$이므로 $W=QV=1.602\times10^{-19}\times1=1.602\times10^{-19}\,\mathrm{J}$이다.

고유저항의 단위 환산 문제이다. $1\,\Omega\cdot\mathrm{m}=1\,\Omega\cdot\mathrm{m^2/m}$이고 $1\,\mathrm{m^2}=10^6\,\mathrm{mm^2}$이므로 $1\,\Omega\cdot\mathrm{m}=10^6\,\Omega\cdot\mathrm{mm^2/m}$이다. 참고로 $\Omega\cdot\mathrm{cm}$로 나타내면 $10^2\,\Omega\cdot\mathrm{cm}$가 되므로 나머지 보기는 자릿수가 맞지 않는다.

화학당량은 원자량을 원자가로 나눈 값이다. $\text{화학당량}=\dfrac{\text{원자량}}{\text{원자가}}=\dfrac{58.70}{2.0}=29.35$이다.

투자율은 자속밀도와 자기장 세기의 비 $\mu=\dfrac{B}{H}$로, 단위는 $\mathrm{H/m}$(헨리/미터)이다. AT/m는 자기장의 세기, Wb/m²는 자속밀도, AT/Wb는 자기저항의 단위이다.

평행판 사이의 전기장은 $E=\dfrac{V}{d}$로 극판 간격에 반비례한다. 전압이 일정한 상태에서 간격 $d$를 2배로 하면 전기장의 세기는 $\dfrac{1}{2}$배로 작아진다.

그림의 회로에서 저항에 흐르는 전류는 2A이다. 저항에서 발생하는 열에너지는 $H=I^2Rt=2^2\times4\times2=32\,\mathrm{J}$이다.

비오-사바르의 법칙에 의해 전류의 미소부분 $\Delta\ell$이 거리 $r$인 점에 만드는 자기장은 $\Delta H=\dfrac{I\,\Delta\ell\sin\theta}{4\pi r^2}\,\mathrm{[A/m]}$이다. 전류 소편과 이루는 각의 사인에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.

기전력 E인 전지 3개를 같은 극성으로 접속하면 3개 모두 직렬($3E$), 3개 모두 병렬($E$), 2개 병렬에 1개 직렬($2E$)의 세 가지 서로 다른 전압을 얻을 수 있다.

저항은 $R=\rho\dfrac{l}{A}$이므로 길이를 4배로 하면 저항을 유지하기 위해 단면적도 4배가 되어야 한다. 단면적은 반지름의 제곱에 비례($A=\pi r^2$)하므로 반지름은 2배로 늘리면 된다.

컨덕턴스 0.2℧는 저항 $R=\dfrac{1}{0.2}=5\,\Omega$에 해당하고, 직렬 2개이므로 합성저항은 $10\,\Omega$이다. 따라서 $V=IR=3\times10=30\,\mathrm{V}$를 인가하면 된다.

파형률은 실효값을 평균값으로 나눈 값($\text{파형률}=\dfrac{\text{실효값}}{\text{평균값}}$)으로 파형의 평평한 정도를 나타낸다. 최대값을 실효값으로 나눈 값은 파고율이므로 혼동하지 않아야 한다.

평행판 사이의 정전 흡인력은 $F=\dfrac{\varepsilon A V^2}{2d^2}$로 전압의 제곱에 비례한다. 극판 간격에는 제곱에 반비례하고 면적에는 1제곱 비례하므로 나머지 보기는 옳지 않다.

코일의 마주 보는 변에는 반대 방향의 전류가 흘러 서로 반발력이 작용하므로, 코일은 둘러싸는 면적이 최대가 되는 방향으로 힘을 받아 원형으로 변형된다.

진공의 투자율은 $\mu_0=4\pi\times10^{-7}\,\mathrm{H/m}\approx1.257\times10^{-6}\,\mathrm{H/m}$이다. $8.85\times10^{-12}$는 진공의 유전율 $\varepsilon_0\,\mathrm{[F/m]}$이므로 혼동하지 않아야 한다.

컨덕턴스는 저항의 역수로 $G=\dfrac{1}{R}$이고, 옴의 법칙 $V=IR$에서 $R=\dfrac{V}{I}$이므로 $G=\dfrac{I}{V}$이다.

저항 회로에서 순시전류는 $i=\dfrac{e}{R}=\dfrac{100}{10}\sin\!\left(377t+\dfrac{\pi}{3}\right)$이다. $t=0$을 대입하면 $i=10\sin\dfrac{\pi}{3}=10\times\dfrac{\sqrt{3}}{2}=5\sqrt{3}\,\mathrm{A}$이다.

전기장 내의 전하가 받는 힘은 $F=QE$이다. 따라서 $Q=\dfrac{F}{E}=\dfrac{0.1}{10}=0.01=10^{-2}\,\mathrm{C}$이다.

무효전력은 $P_r=VI\sin\theta\,\mathrm{[Var]}$이다. $VI$는 피상전력, $VI\cos\theta$는 유효전력이므로 구분해서 기억해야 한다.

교번 자속에 의해 철심 내부에 유도되는 와전류는 철심을 얇은 판으로 성층하고 판 사이를 절연하면 전류 통로가 좁아져 크게 줄어든다. 성층은 와전류손 억제 대책이고, 규소 첨가는 히스테리시스손 억제 대책이다.
[근거] 와전류손 대책=성층 철심

결합계수 $k=\dfrac{M}{\sqrt{L_1 L_2}}=\dfrac{10}{\sqrt{10\times 40}}=\dfrac{10}{20}=0.5$. 검산: $k=0.5$이면 $M=0.5\times\sqrt{400}=10[\mathrm{mH}]$로 조건과 일치한다.
[근거] 결합계수 k=M/√(L1L2)

타여자 발전기는 계자 전원을 외부의 독립된 직류전원에서 공급받으므로 계자 철심에 잔류 자기가 없어도 발전이 가능하다. 분권·직권·복권 같은 자여자 발전기는 잔류 자기를 바탕으로 전압을 확립하므로 잔류 자기가 없으면 발전할 수 없다.

직권 계자를 가진 발전기(직권·평복권·과복권)는 병렬운전 시 부하 분담이 불안정해지므로 직권 계자 양 끝을 잇는 균압선을 설치해 안정된 병렬운전을 확보한다. 보기 중에서는 평복권 발전기가 이에 해당한다.

동기조상기를 부족여자로 운전하면 지상(뒤진) 전류가 흘러 리액터처럼 작용하며 계통의 지상 무효전력을 공급(앞선 역률 보상)한다. 반대로 과여자로 운전하면 진상 전류가 흘러 콘덴서로 작용한다.

변압기의 온도 상승 시험에는 실부하법·반환부하법·단락시험법이 있으며, 보기 중에서는 단락시험법(등가부하법)이 널리 사용된다. 실제 부하를 걸지 않고 단락 상태에서 전손실에 상당하는 손실을 공급하여 온도 상승을 측정하는 방법이다.

그림은 옥내배선 도면에서 콘센트를 나타내는 심벌이다. 원형 기호에 붙는 첨자에 따라 벽붙이·방수형·접지극붙이 등을 구분하여 표기한다.

2차 동손은 회전자 입력에 슬립을 곱한 값($P_{c2}=sP_2$)이다. 따라서 회전자 입력은 $P_2=\dfrac{P_{c2}}{s}=\dfrac{0.4}{0.04}=10\,\mathrm{kW}$이다.

Y지선은 완금이 다단으로 시설되어 장력이 여러 높이에 걸리는 경우나 H주와 같이 지지물이 높은 경우에 적용하는 지선이다. 궁지선은 지선을 설치할 장소가 좁을 때, 공동지선은 두 지지물에 공동으로 시설할 때 사용한다.

초동기 전동기는 회전계자형 동기 전동기에서 고정자(전기자)도 회전할 수 있도록 2중 베어링 구조로 만든 전동기로, 부하를 건 상태에서 기동·운전할 수 있는 것이 특징이다.

연선의 분기 접속에서 소선 자체를 이용하는 방법에는 단권 분기 접속, 복권 분기 접속, 분할 분기 접속이 있다. 직권 분기 접속이라는 방법은 존재하지 않는다.

직류 전동기의 회전 방향은 계자 또는 전기자 중 어느 한쪽의 접속(전류 방향)만 바꾸면 반대가 된다. 두 방향을 동시에 바꾸면 토크의 방향이 그대로이므로 회전 방향이 바뀌지 않는다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}$이다. 회전수는 $N=(1-s)N_s=(1-0.05)\times1800=1710\,\mathrm{rpm}$이다.

유도전동기의 토크는 전원 전압의 제곱에 비례한다($T\propto V^2$). 전압이 80%가 되면 토크는 $0.8^2=0.64$, 즉 약 64%가 된다.

KEC(한국전기설비규정)의 저압 옥내 간선 시설 기준에 따라 전동기 정격전류 합계가 50A 이하이면 그 합계의 1.25배, 50A를 초과하면 1.1배 이상의 허용전류를 갖는 전선을 사용해야 한다. 문제는 50A를 넘는 경우이므로 1.1배이다.

2차 동손은 회전자 입력에 슬립을 곱한 값이다. $P_{c2}=sP_2=0.03\times10{,}000=300\,\mathrm{W}$이다.

그림은 사이리스터(SCR)를 이용한 위상제어 전파 정류회로로, 교류를 직류로 변환하면서 점호각을 조절해 출력 전압을 제어한다. 주파수를 변환하는 것은 인버터나 사이클로컨버터의 기능이므로 잘못된 설명이다.

점멸 스위치는 반드시 전압측 전선에 접속해야 한다. 접지측(중성선)에 시설하면 스위치를 꺼도 전등 기구에 전압이 걸린 상태가 유지되어 램프 교체 등의 작업 시 감전 위험이 있기 때문이다.

동기발전기의 병렬운전 조건은 유기기전력의 크기·위상·주파수·파형이 서로 같아야 한다는 것이다. 역률은 부하 상태에 따라 정해지는 값으로 병렬운전 조건이 아니다.

단상 유도전동기의 기동 토크는 반발 기동형 > 콘덴서 기동형 > 분상 기동형 > 셰이딩 코일형 순으로 크다. 따라서 (ㄱ) > (ㄴ) > (ㄷ) > (ㄹ)이 옳다.

동기속도 $N_s = \dfrac{120f}{p} = \dfrac{120 \times 60}{8} = 900[\mathrm{rpm}]$. 슬립 $s = \dfrac{N_s - N}{N_s} \times 100 = \dfrac{900 - 855}{900} \times 100 = 5[\%]$. 검산: $N = N_s(1-s) = 900 \times 0.95 = 855[\mathrm{rpm}]$으로 일치한다.
[근거] 유도전동기 동기속도·슬립 공식

비례추이에 의하여 $\dfrac{r_2}{s_m} = \dfrac{2r_2}{s_m'}$이 성립하므로 2차 저항을 2배로 하면 최대토크를 내는 슬립 $s_m' = 2s_m$으로 2배가 된다. 이때 최대토크의 크기 자체는 2차 저항과 무관하여 변하지 않는다.
[근거] 권선형 유도전동기의 비례추이 (토크-슬립 특성)

KEC 232.56에 따라 애자공사의 전선은 절연전선을 사용하되 옥외용 비닐 절연전선(OW)과 인입용 비닐 절연전선(DV)은 사용할 수 없다. DV 전선은 절연 내력이 옥내 배선용으로 충분하지 않기 때문이다.

전등 1개를 2개소에서 점멸하려면 양쪽 점멸 위치에 3로 스위치를 1개씩, 최소 2개 설치하면 된다. 3개소 점멸에는 3로 스위치 2개와 4로 스위치 1개가 필요하다.

안내날개 개도와 효율이 일정하면 유량은 낙차의 제곱근에 비례하므로 출력은 낙차의 $\dfrac{3}{2}$승에 비례한다. $P'=5000\times\left(\dfrac{45}{50}\right)^{\frac{3}{2}}=5000\times0.9\sqrt{0.9}\approx5000\times0.854\approx4270\,\mathrm{kW}$이다.

KEC 123(전선의 접속)에 따라 전선을 접속할 때는 전기저항을 증가시키지 않아야 하고, 전선의 세기(인장하중)를 20% 이상 감소시키지 않아야 한다.

노크아웃 펀치는 배전반·분전반 등의 금속함에 전선관 인입용 구멍을 뚫는 공구로, 같은 용도로 사용하는 것이 홀쏘(hole saw)이다. 리머는 관 절단면의 다듬기, 벤더는 관 구부리기, 클리퍼는 굵은 전선 절단에 사용한다.

COS(컷아웃 스위치)는 배전용 변압기의 1차측에 시설하여 변압기의 단락 사고 시 용단되어 변압기를 보호하는 기구이다. 2차측 보호에는 캐치홀더를 사용한다.

버니어 캘리퍼스는 어미자와 아들자의 눈금을 이용하여 두께, 깊이, 안지름, 바깥지름을 정밀하게 측정하는 공구이다. 스패너류는 볼트·너트 체결용, 와이어 스트리퍼는 전선 피복 벗기기용이다.

홀 소(hole saw)는 녹아웃 펀치와 같은 용도로 배전반이나 분전반 등의 금속함에 구멍을 뚫을 때 사용하는 공구이다. 프레스 툴은 터미널 압착, 드라이브이트 툴은 콘크리트에 핀을 박는 데 사용한다.

KEC 221.1.2에 따라 연접인입선은 저압에만 시설할 수 있으며 고압·특고압 연접인입선은 시설이 금지되어 있으므로 고압에 200m를 허용한다는 설명은 잘못되었다. 저압 연접인입선은 분기점으로부터 100m를 초과하지 않고, 폭 5m를 넘는 도로를 횡단하지 않으며, 옥내를 관통하지 않아야 한다.

간선의 굵기를 정할 때 적용하는 수용률은 건물 용도에 따라 다르며, 학교·사무실·은행은 70%, 주택·기숙사·여관·병원·창고는 50%를 적용한다.

단면적 6mm² 이하(지름 2.6mm 이하)의 가는 단선을 직선 접속할 때는 트위스트 접속을 한다. 브리타니어 접속은 지름 3.2mm 이상의 굵은 단선에 첨선과 조인트선을 사용하는 방법이다.

KEC 242.2(분진 위험장소)에 따라 폭연성 분진이 존재하는 장소의 금속관 공사는 관 상호 및 관과 박스·부속품·전기기계기구를 5턱 이상의 나사 조임으로 견고하게 접속하여 분진 침입과 불꽃 유출을 방지해야 한다.

CN-CV-W는 동심 중성선 수밀형 전력케이블이다. 끝의 W는 수밀형(watertight)을 뜻하며, 저독성 난연 타입은 CN-CE-W 계열과 같이 별도의 약호로 구분된다.

환상식(루프) 배전은 배전선로가 고리 모양으로 연결되어 양방향에서 전력을 공급할 수 있으므로 전압변동과 전력손실이 적고 공급 신뢰도가 높다. 다만 시설비가 많이 들어 수용밀도가 큰 시가지에 적합하다.

저압 옥내배선의 전선은 단면적 2.5mm² 이상의 연동선이 원칙이지만, 전광표시장치·출퇴표시등 기타 이와 유사한 장치 또는 제어회로 등의 배선에는 단면적 1.5mm² 이상의 연동선을 사용할 수 있다(다심케이블 등을 사용하는 경우 0.75mm² 이상의 예외도 있다).
[근거] KEC 231.3.1

현행 KEC의 전압 구분은 저압이 교류 1kV 이하·직류 1.5kV 이하, 고압이 교류 1kV 초과(직류 1.5kV 초과) 7kV 이하, 특고압이 7kV 초과이다. 교류 1.5kV는 직류 저압의 한계값이고, 7kV 초과는 특고압, 1kV 이하는 저압이다.
[근거] KEC 111.1, 전기설비기술기준 제3조

큰 고장전류가 접지도체를 통하여 흐르지 않을 경우 접지도체는 구리 6mm² 이상, 철제 50mm² 이상으로 한다. 접지도체에 피뢰시스템이 접속되는 경우에는 구리 16mm² 또는 철 50mm² 이상이어야 한다. 구기준의 접지공사 종별에 따른 접지선 굵기 규정은 폐지되었다.
[근거] KEC 142.3.1

금속관 공사의 전선은 연선이 원칙이나 단면적 10mm² 이하의 구리 전선(알루미늄은 16mm² 이하)은 단선을 사용할 수 있다. 또한 전선은 옥외용 비닐절연전선(OW)을 제외한 절연전선이어야 하며 관 안에서 접속점을 만들어서는 안 된다.
[근거] KEC 232.12.1

전선 접속 시 전선의 세기는 20% 이상 감소시키지 않아야 한다(80% 이상 유지). 30%가 아니므로 옳지 않다. 이 밖에 전기저항을 증가시키지 않을 것, 절연은 접속 전과 동등 이상으로 할 것, 접속기구 사용 또는 납땜을 할 것 등이 요구된다.
[근거] KEC 123(전선의 접속)

S형 슬리브는 단선·연선 모두에 사용할 수 있다. 슬리브 접속기를 사용하면 별도의 납땜이 필요 없고, 전선은 피복을 벗긴 심선을 삽입해 비틀어 접속하며, 슬리브는 전선 굵기에 맞는 것을 골라야 한다.
[근거] 전선 접속 실무(S형 슬리브 접속)