[전기기능사 필기] 24년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

전도도 0.2℧는 저항 $R=1/G=5\Omega$에 해당하며, 이를 2개 직렬 접속하면 합성저항은 $R=5+5=10\Omega$이다. 따라서 $V=IR=3\times10=30\mathrm{V}$이다.

기전력 $V_0$, 내부저항 r인 전지 n개를 직렬 연결하면 기전력은 $nV_0$이 되고, 내부저항도 각 전지의 저항이 직렬로 더해져 $nr$이 된다.

코일에 저장되는 에너지는 $W=\dfrac12LI^2=\dfrac12\times0.02\times30^2=9\,[\mathrm{J}]$이다.

키르히호프 제1법칙(KCL)은 접속점에 유입하는 전류의 합과 유출하는 전류의 합이 같다는 전류에 관한 법칙이다. 제2법칙(KVL)은 폐회로에서 기전력의 대수합과 전압강하의 대수합이 같다는 전압에 관한 법칙으로, 나머지 보기는 두 법칙의 설명이 서로 뒤바뀌어 있다.

그림에서 10A의 전류가 2Ω과 3Ω의 병렬회로로 흘러들어가므로 전류는 저항에 반비례해 나뉜다.
분류법칙 $I_2=I\times\dfrac{R_3}{R_2+R_3}$에 대입하면 $I_2=10\times\dfrac{3}{2+3}=6\,\mathrm{A}$이다. 나머지 4A는 3Ω 쪽으로 흐른다.

임피던스는 $Z=\sqrt{R^2+(X_L-X_C)^2}=\sqrt{5^2+(30-18)^2}=\sqrt{25+144}=13\,\Omega$이다. 전류는 $I=\dfrac{V}{Z}=\dfrac{130}{13}=10\,\mathrm{A}$이며, $X_L>X_C$이므로 전류가 전압보다 뒤지는 유도성 회로이다.

주파수는 각속도로부터 $f=\dfrac{\omega}{2\pi}$로 구한다. $f=\dfrac{300}{2\pi}=\dfrac{150}{\pi}\ \mathrm{Hz}$이다.

최대전력전달조건 $R=r$일 때 $P_{max}=\dfrac{E^2}{4R}=\dfrac{120^2}{4\times15}=240\mathrm{W}$이다.

평행판 전극 사이의 정전 흡인력은 $F=\dfrac{1}{2}\varepsilon E^{2}A$로, 전압의 제곱에 비례한다. 극판 간격이 넓어지면 전계가 약해져 흡인력은 오히려 감소하므로 간격에 비례한다는 설명은 옳지 않다.

묽은황산에 구리판과 아연판을 넣은 볼타전지에서는 이온화 경향이 큰 아연이 용해되며 음극(−극)이 되고, 구리가 양극(+극)이 된다. 수소 기체는 아연판이 아니라 양극인 구리판 표면에서 발생한다.

전열기의 저항은 $R = \dfrac{100}{5} = 20\ \Omega$이며, 120V를 가하면 전류는 $I = \dfrac{120}{20} = 6.0\ \mathrm{A}$이다.

R1에는 전원에서 나온 전체 전류가 그대로 흐르고, 병렬로 접속된 R2·R3·R4에는 전체 전류가 저항에 반비례하여 나뉘어 흐른다. 병렬부에서는 저항이 클수록 전류가 작으므로 R1>R2>R3>R4일 때 병렬부 중 가장 큰 R2에 최소 전류가 흐른다.

서로 다른 두 금속(A, B)으로 만든 열전쌍 회로에 임의의 제3금속 C를 연결해도 그 양 끝 접점의 온도를 같게 유지하면 열기전력이 변하지 않는다는 것이 제3금속의 법칙이다.

전기력선은 양전하에서 출발하여 음전하에서 끝나므로, 음전하에서 출발한다는 설명이 옳지 않다.
전기력선의 접선 방향이 전기장의 방향이고, 밀도는 전기장의 세기를 나타내며, 전기력선은 서로 교차하지 않는다는 나머지 설명은 모두 옳다.

접속점에 흘러 들어오는 전류의 합이 흘러 나가는 전류의 합과 같다는 것은 키르히호프의 제1법칙(전류 법칙, KCL)이다. 제2법칙은 폐회로에서 기전력의 합과 전압강하의 합이 같다는 전압 법칙이다.

직렬연결 시 전류가 같으므로 저항이 큰 100W 전구에서 소비전력($I^2R$)이 더 커 더 밝게 빛난다.
정격전압 220V에서 저항은 $R=\dfrac{V^2}{P}$이므로 100W 전구가 $484\ \Omega$, 200W 전구가 $242\ \Omega$으로 100W 전구의 저항이 더 크다.

전류에 의해 만들어지는 자기력선의 방향은 앙페르의 오른나사 법칙으로 알아낸다. 나사가 진행하는 방향으로 전류가 흐르면 나사를 돌리는 방향이 자기력선의 방향이 된다.

서로 다른 두 금속을 접합해 폐회로를 만들고 두 접합점에 온도차를 주면 열기전력이 발생하여 전류가 흐르는데, 이를 제벡 효과라 하며 열전대 온도계의 원리이다. 펠티어 효과는 반대로 전류를 흘렸을 때 접합점에서 열의 흡수·발생이 일어나는 현상이다.

줄의 법칙에서 발생 열량 $H=0.24I^2Rt[\mathrm{cal}]$이다. $I^2Rt=5^2\times 10\times 10=2500[\mathrm{J}]$이므로 $H=0.24\times 2500=600[\mathrm{cal}]$이다. 검산: $600[\mathrm{cal}]\times 4.186 \fallingdotseq 2512[\mathrm{J}]$로 부합한다. 2500은 줄(J) 값을 그대로 칼로리로 착각한 값이다.

사용 전력량 $W=0.5[\mathrm{kW}]\times 4[\mathrm{h}]\times 30=60[\mathrm{kWh}]$. 요금은 $60\times 120=7{,}200$원이다. 검산: 하루 $2[\mathrm{kWh}]$×30일=60 kWh로 일치한다. 3,600원은 500 W를 그대로 kW처럼 절반만 계산한 값이다.
[근거] 전력량 W=Pt[kWh], 요금=전력량×단가

콘서베이터는 변압기 본체 위에 설치되는 기름 팽창 탱크로, 절연유가 외부 공기와 직접 접촉하는 것을 차단하여 흡습과 산화에 의한 기름의 열화를 방지하는 것이 목적이다.

권상용 전동기의 용량은 $P=\dfrac{WV}{6.12\eta}=\dfrac{100\times2}{6.12\times0.7}\approx46.7\ \mathrm{kW}$로 약 47[kW]이다.

동기발전기에서 전기자 전류가 유도기전력보다 $\dfrac{\pi}{2}$ 앞서는 진상(용량성 부하)일 때 전기자 반작용은 주자속을 증가시키는 증자작용이 된다.
감자작용은 $\dfrac{\pi}{2}$ 뒤지는 지상 전류일 때 나타난다.
횡축반작용은 전류가 동상일 때 나타난다.

병렬운전 중인 두 동기발전기에서 A기의 여자전류를 증가시키면 A기의 무효전력 부담이 늘어 역률이 낮아지고, 그만큼 B기의 무효전력 부담이 줄어 역률이 높아진다.

출력 $P$와 2차 입력의 관계는 $P_2=\dfrac{P}{1-s}=\dfrac{15}{1-0.04}\approx15.63\,\mathrm{kW}$이다. 2차 동손은 $P_{c2}=sP_2=0.04\times15.63\approx0.63\,\mathrm{kW}$로 약 0.6kW가 된다.

동기발전기 병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 같을 것(3상에서는 상회전 방향도 같을 것)이다. 회전수는 극수가 다르면 서로 달라도 $f = \dfrac{PN}{120}$에 따라 주파수만 같으면 되므로 병렬운전 조건이 아니다.

동기전동기의 위상특성곡선(V곡선)에서 전기자 전류가 최소가 되는 점은 역률이 1.0인 지점이다.

접지의 목적은 감전 방지, 보호계전기의 확실한 동작 확보, 이상전압의 억제, 전로의 대지전압 상승 억제 등이다. 대지전압을 상승시키는 것은 접지의 목적이 아니라 오히려 접지로 막아야 할 현상이다.

분권전동기의 속도는 $N=k\dfrac{V-I_aR_a}{\Phi}$이다. 계자권선의 저항을 증가시키면 계자전류가 감소하여 자속 $\Phi$가 줄어들고, 자속에 반비례하는 회전속도는 증가한다.

직류 발전기에서 전기자는 계자가 만든 자속을 끊으며 회전하여 기전력을 유도하는 부분이다.
계자는 자속을 만든다.
정류자는 교류를 직류로 바꾸는 정류작용을 한다.
브러시는 외부회로와 접속한다.

SCR, TRIAC, GTO는 모두 3단자 소자이나, SCS(실리콘 제어 스위치)는 애노드 게이트와 캐소드 게이트를 모두 가진 4단자 소자이다.

부하에 최대 전력을 공급하려면 전원에서 부하까지의 경로에서 손실과 분류를 최소화해야 한다. 직렬로 들어가는 저항 R는 작을수록 손실이 줄고, 부하와 병렬인 콘덴서 C는 작을수록 용량성 리액턴스 $\dfrac{1}{\omega C}$가 커져 부하를 우회하는 전류가 줄어들므로, R와 C 모두 최소로 해야 한다.

단상 유도전동기는 주권선 하나만으로는 교번자계만 생겨 기동토크가 없다. 주권선과 전기적으로 위상이 다른 보조권선(기동권선)을 두어 회전자장을 얻고 기동토크를 발생시키는 것이 보조권선의 주된 목적이다.

GTO(Gate Turn-Off 사이리스터)는 게이트에 부(−)의 신호를 가해 스스로 턴오프할 수 있는 자기 소호형 소자이다. SCR·TRIAC·DIAC은 일단 도통되면 게이트로 끌 수 없어 전류가 유지전류 이하로 되어야 소호된다.

동기발전기의 병렬운전에서 기전력의 크기가 서로 다르면 그 차에 의해 두 발전기 사이에 무효순환전류(무효횡류)가 흐른다. 위상이 다르면 동기화 전류, 주파수가 다르면 난조가 발생하는 것과 구분한다.

KEC 232.51에 따라 케이블을 조영재의 아랫면 또는 옆면에 따라 붙이는 경우 지지점 간의 거리는 2m 이하로 하여야 한다. 사람이 접촉할 우려가 없는 곳에서 수직으로 붙이는 경우에는 6m 이하로 할 수 있다.

KEC 242.6(흥행장)에 따라 무대·무대밑·오케스트라 박스·영사실 등 사람이나 무대도구가 접촉할 우려가 있는 장소에 시설하는 저압 옥내배선, 전구선, 이동전선의 사용전압은 400V로 제한된다.

비돌극형 동기발전기의 1상 출력은 $P=\dfrac{EV}{X_s}\sin\delta$이다. 전기자 저항을 무시하면 출력은 부하각 $\delta=90^\circ$에서 최대가 된다.

단상 유도전동기의 기동토크 크기 순서는 반발 기동형 > 콘덴서 기동형 > 분상 기동형 > 셰이딩 코일형이다. 반발 기동형이 가장 크고, 셰이딩 코일형은 구조는 간단하지만 기동토크가 가장 작다.
[근거] 단상 유도전동기 기동방식별 기동토크 비교

크로울링(crawling, 차동기 운전) 현상은 공극 자속의 고조파 성분 때문에 토크-속도 곡선에 골이 생겨 전동기가 동기속도의 1/5, 1/7 등 낮은 속도에서 안정 운전되어 가속하지 못하는 현상으로, 농형에서 발생하며 경사 슬롯(스큐) 채용 등으로 방지한다. 게르게스 현상은 권선형에서 3상 중 1상이 단선되었을 때 약 1/2 동기속도에서 정체되는 현상이다.

금속전선관 끝에 나사를 내는 공구는 오스터이다. 벤더는 관 구부리기, 리머는 관 절단면의 다듬질, 토치램프는 합성수지관 가공 시 가열에 사용된다.

도로를 횡단하여 시설하는 지선의 높이는 지표상 5[m] 이상이어야 한다.

전동기가 포함된 분기회로의 과전류차단기 정격전류는 전동기 정격전류 합계의 3배에 다른 부하의 정격전류 합계를 더한 값 이하로 한다. 따라서 $3\times20+5\times3=60+15=75\,\mathrm{A}$가 된다.

정·역 운전 회로에서 두 전자개폐기가 동시에 투입되면 단락사고가 일어나므로, 한쪽이 동작 중일 때 다른 쪽의 동작을 저지하는 인터록 회로를 사용한다. 상대 전자접촉기의 b접점을 자기 회로에 직렬로 넣어 구성한다.

단선을 브리타니아 방식으로 직선접속할 때는 피복을 전선 지름의 약 20배 길이로 벗겨서 시공한다.

하나의 콘센트에 두세 가지 기계기구를 동시에 꽂아 사용할 수 있게 하는 배선기구는 멀티탭이다. 소켓류는 전구를 끼우는 기구로 용도가 다르다.

연피 없는 케이블을 직각으로 구부릴 때(L형)는 케이블 손상을 막기 위해 곡률반지름을 케이블 바깥지름의 6배 이상으로 하여야 한다.

KEC 334.1에 따라 지중 전선로를 직접 매설식으로 시설하는 경우 매설 깊이는 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소에서 1.0m 이상, 기타 장소에서 0.6m 이상으로 한다.

경질비닐전선관(합성수지관) 1본의 표준 길이는 4m이다. 금속전선관 1본의 표준 길이가 3.66m인 것과 구분하여 기억한다.

케이블을 조영재에 지지하는 데는 클리트, 스테이플, 새들 등이 사용되며, 터미널캡은 전선관 끝에서 빗물 침입을 막는 마감재이므로 케이블 지지용 자재가 아니다.

가로등, 경기장, 공장, 아파트 단지 등 일반조명용으로 시설하는 고압방전등은 광효율이 70lm/W 이상인 것을 사용하도록 규정하였다(구 전기설비기술기준).

전선과 기계기구의 단자를 접속할 때는 전선 끝에 동관단자(터미널 러그)를 압착하여 나사로 조여 접속한다. 관형·압축형 슬리브는 전선 상호 간의 접속에 사용하는 재료이다.

성냥 공장처럼 가연성 위험물질을 제조·저장하는 장소의 배선은 KEC 242.4에 따라 금속관 공사, 케이블 공사, 합성수지관 공사(두께 2mm 미만·난연성 없는 것 제외)로 하여야 한다. 금속 몰드 공사는 허용되지 않는 공사 방법이다.

유니온 커플링은 금속전선관 공사에서 돌려 끼울 수 없는 관 상호를 접속할 때 쓰는 부속품으로, 가요전선관용이 아니다.
스플릿 커플링은 가요관 상호 접속에 사용된다.
콤비네이션 커플링은 가요관과 금속관 접속에 사용된다.
앵글박스 커넥터는 가요관과 박스의 접속에 사용된다.

사용전압이 직류 300V 또는 교류 대지전압 150V 이하인 기계기구를 건조한 곳에 시설하는 경우에는 외함 접지를 생략할 수 있다(KEC 142.7). 300V는 직류에 대한 값이다. 구기준의 접지공사 종별(네온 변압기 외함 제3종 등)은 폐지되고 현행은 KEC 140에 의한 접지로 통일되었다.

단선의 직선접속은 단면적 6mm² 이하의 가는 단선에는 트위스트 접속을, 10mm² 이상의 굵은 단선에는 조인트선과 첨선을 사용하는 브리타니아 접속을 적용한다.
[근거] 전선 접속 일반(KEC 123, 내선규정)

폭연성 먼지 위험장소의 저압 옥내배선은 금속관공사 또는 케이블공사(캡타이어케이블 제외)에 의하여야 한다(KEC 242.2.1). 합성수지관공사는 가연성 먼지 위험장소에서는 허용되지만 폭연성 먼지 위험장소에서는 시설할 수 없다.

수중조명등용 절연변압기는 1차측 사용전압 400V 이하, 2차측 150V 이하로 하고, 2차측 전로는 접지하지 아니한다(KEC 234.14). 구 판단기준의 용기 금속제 부분에 대한 종별 접지 규정은 폐지되었고, 현행 KEC는 절연변압기 2차측 비접지를 규정한다.
[근거] KEC 234.14.1, 234.14.2

지선에 연선을 사용할 경우 소선은 3가닥 이상의 연선으로 하고, 소선은 지름 2.6mm 이상의 금속선을 사용한다. 지선의 안전율은 2.5 이상, 허용 인장하중은 4.31kN 이상이어야 하며, 이는 KEC 331.11(지선의 시설)에 근거한다.

완금 위에 세워 붙여 선로의 직선 부분에서 전선을 지지하는 데 사용하는 애자는 핀애자이다.
현수애자는 인류·내장 개소 등 장력이 걸리는 곳에 사용한다.
구형애자는 지선의 중간에 사용한다.
노브애자는 옥내 애자공사에 사용한다.
[근거] 배전선로 기자재(애자의 종류와 용도)