[전기기능사 필기] 24년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

4가인 실리콘에 5가 원소인 안티몬을 첨가하면 잉여 전자가 생겨 N형 반도체가 된다. 갈륨과 인듐은 3가 원소로 P형을 만들고, 게르마늄은 실리콘과 같은 4가여서 진성 반도체 성질을 그대로 유지한다.

내부저항 $r$인 전원은 부하저항을 $r$과 같게 할 때 최대전력을 전달한다.
최대전력은 $P_{max}=\dfrac{E^2}{4r}=\dfrac{50^2}{4\times5}=\dfrac{2500}{20}=125\,\mathrm{W}$이다.

교류 100 V는 실횻값이므로 최대값은 $V_m=\sqrt{2}\,V=1.414\times100\approx141\,\mathrm{V}$이다.

전지 용량 $[\mathrm{Ah}]$은 전류와 시간의 곱이므로 사용 가능 시간은 $t=\dfrac{30}{2}=15$시간이다.

R-L 직렬 가지와 콘덴서 C가 병렬로 접속된 공진회로에서 공진 시 임피던스는 $Z_0=\dfrac{L}{CR}\,[\Omega]$이다. 병렬 공진에서는 임피던스가 최대가 되며, 저항 R가 작을수록 공진 임피던스는 커진다.

평행한 두 도선 사이에 작용하는 전자력은 $F = \dfrac{2I_1 I_2}{r} \times 10^{-7}\ \mathrm{N/m}$으로 거리 r에 반비례한다.

피상전력의 단위는 [VA]이며, 유효전력은 [W], 무효전력은 [Var]로 구분해 표시한다.

전자석은 철심의 자기포화 때문에 전류를 아무리 크게 해도 자속밀도가 일정 값 이상 커지지 않으므로 무한정 자력이 강해지지는 않는다. 기자력 $F = NI\,[\mathrm{AT}]$에 따라 권수와 전류가 클수록 강해지고, 철심을 넣으면 투자율이 커져 더 강해지며, 전류 방향을 바꾸면 극이 바뀌는 것은 모두 옳다.

환상 솔레노이드 내부 자장의 세기는 $H=\dfrac{NI}{l}=\dfrac{10\times3}{0.1}=300\,\mathrm{AT/m}$이다.

기자력에 의해 발생한 자속 중 자기회로(자로)를 벗어나 주위 공간으로 새어 나가는 자속을 누설자속이라 한다. 자로를 따라 유효하게 통과하는 자속은 주자속이다.

키르히호프의 제2법칙(전압법칙)은 임의의 폐회로에서 기전력의 합이 전압강하의 합과 같다는 것을 의미한다.

콘덴서 기동형 단상 유도전동기는 기동권선에 콘덴서를 직렬로 넣어 기동하는 방식으로, 기동토크가 크고 역률과 효율이 좋다. 그래서 선풍기·세탁기·냉장고 등 가정용 기기에 널리 쓰인다.

저항은 $R=\dfrac{P}{I^2}=\dfrac{60}{20^2}=0.15\,\Omega$이다. 여기에 30 A를 흘리면 전력은 $P=I^2R=30^2\times0.15=135\,\mathrm{W}$가 된다.

온도 상승 후 저항은 $R=R_0(1+\alpha_0 t)=20\times(1+4.3\times10^{-3}\times50)=20\times1.215=24.3\,\Omega$, 즉 약 24.3Ω이다.

자기저항은 $R=\dfrac{\ell}{\mu A}\,[\mathrm{AT/Wb}]$로 자로의 길이에 비례하고 투자율과 단면적에 반비례한다. 전기저항 $R=\rho\dfrac{l}{A}$과 대응되는 개념이다.

R-L 직렬회로의 시정수는 $\tau=\dfrac{L}{R}\,[\mathrm{s}]$이다. 전류가 최종값의 63.2 %에 도달하는 데 걸리는 시간을 뜻한다.

교류전압계는 일반적으로 실효값을 지시하도록 눈금이 매겨져 있다.

양성자는 양(+)전기, 전자는 음(−)전기를 가지므로 극성이 같다는 설명은 틀렸다. 정상상태의 원자는 양성자 수와 전자 수가 같고 두 전하의 크기가 같아 전체적으로 전기적 중성이다.

패러데이 법칙에서 석출량은 $w=kQ=kIt$이다.
$w=0.001118\times 2\times 3600=8.05[\mathrm{g}]$
검산: 통과 전기량 $Q=2\times 3600=7200[\mathrm{C}]$, $7200\times 0.001118=8.0496 \fallingdotseq 8.05[\mathrm{g}]$로 일치한다. 시간을 초로 환산하지 않으면 틀린 값이 나온다.
근거: 패러데이 법칙 w=kIt

망간 건전지는 방전만 가능한 1차 전지이다. 니켈-카드뮴 전지, 납축전지, 리튬이온 전지는 모두 충전과 방전을 반복할 수 있는 2차 전지이다.
[근거] 1차 전지/2차 전지 구분

권수비가 $a$일 때 2차 임피던스를 1차로 환산하면 $a^2$배가 된다. $0.1\times60^2=0.1\times3600=360\,\Omega$이다.

전압변동률은 $\varepsilon=\dfrac{V_0-V_n}{V_n}\times100=\dfrac{242-220}{220}\times100=10\%$이다.

전기자 반작용은 전기자 전류에 의한 자속이 주자속을 왜곡·감소시키는 현상이다. 보극을 설치하여 중성축 부근의 반작용을 상쇄하고, 자극편에 보상권선을 감아 전기자 전류와 반대 방향의 전류를 흘리면 반작용을 근본적으로 없앨 수 있다. 브러시는 전기적 중성점에 두어야 한다.

전압이 일정할 때 최대 자속밀도는 $B_m\propto\dfrac{V}{f}$이므로 주파수가 높아지면 자속밀도가 감소한다. 이에 따라 히스테리시스손이 줄어들어 철손은 감소한다.

전동기 외함을 접지하는 주된 이유는 절연 열화 등으로 누전이 생겼을 때 외함의 대지전위 상승을 억제하여 사람의 감전사고를 방지하기 위함이다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}$이다.
회전수는 $N=(1-s)N_s=(1-0.025)\times1800=1755\,\mathrm{rpm}$이다.

3상 반파 정류회로의 직류 전압은 $E_d=1.17E=1.17\times300=351\approx350\,\mathrm{V}$이다.

동기기의 제동권선은 부하 급변 시 발생하는 회전자의 진동(난조)을 자기적 제동력으로 억제하여 안정적인 운전을 돕는 역할을 한다.

정류자는 전기자권선에서 발생한 교류 기전력을 브러시를 통해 외부로 내보낼 때 직류로 바꾸어 주는 부분이다.

마그넷 스위치(전자개폐기)는 열동계전기(서멀 릴레이)가 내장되어 있어 전동기에 과전류가 흐르면 자동으로 회로를 차단하여 전동기를 보호한다. 퓨즈는 주로 단락전류 보호에 쓰여 전동기의 과부하 보호에는 적합하지 않다.

동기 검정기(싱크로스코프)는 병렬로 투입하려는 두 전원의 위상이 일치하는 순간을 확인하는 계기이다.
전압의 크기는 전압계로 확인한다.
주파수는 주파수계로 확인한다.

권선형 유도전동기의 회전자(2차)에 슬립 주파수의 전압을 외부에서 공급하여 속도를 제어하는 방식이 2차 여자법이다. 2차 저항법과 달리 저항 손실 없이 속도와 역률을 개선하며 제어할 수 있다.

3상 정격전류는 $I=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,V}=\dfrac{66000\times10^{3}}{\sqrt{3}\times22900}=\dfrac{66\times10^{6}}{39663}\approx1664\,\mathrm{A}$이다.

병렬 운전하려면 두 발전기의 주파수가 같아야 한다. 6극 1200 rpm에서 $f=\dfrac{PN}{120}=\dfrac{6\times1200}{120}=60\,\mathrm{Hz}$이고, 8극 발전기의 회전수는 $N=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{8}=900\,\mathrm{rpm}$이다.

슬립은 $s = \dfrac{N_s-N}{N_s}$이므로 회전자 속도 N이 커질수록 슬립은 오히려 작아진다. 회전속도가 동기속도에 가까워지면 도체가 끊는 자속이 줄어 유도기전력과 토크도 감소하며, 토크를 내려면 항상 동기속도보다 낮게 운전되어야 한다.

슬립은 $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}$이므로 정지 상태($N=0$)에서는 $s=1$이다. 동기속도로 회전하면 $s=0$이 된다.

직류 분권 발전기를 역회전시키면 잔류자기에 의해 유도된 기전력이 계자전류를 반대 방향으로 흘려 잔류자기를 소멸시키므로 전압이 확립되지 못하여 발전되지 않는다.

비례추이는 권선형 유도전동기에서 2차 저항을 바꾸면 같은 토크가 되는 슬립이 저항에 비례하여 이동하는 성질로, 토크·1차 전류·2차 전류·역률 등에 적용된다. 출력(부하)·효율·2차 동손에는 비례추이를 적용할 수 없다.

이 원선도는 헤일랜드 원선도라고도 하며, 지름은 $D \propto \dfrac{E}{x}$로서 전압 $E$에 비례하고 누설리액턴스 $x$에 반비례한다. 저항측정·무부하시험·구속시험의 결과로 그려 실제 부하를 걸지 않고도 입력·출력·역률·효율·슬립 등을 구하는 데 이용된다.

IEC 60034-30-1의 효율 등급은 IE1(표준 효율), IE2(고효율), IE3(프리미엄 효율), IE4(슈퍼 프리미엄 효율)로 구분되며 숫자가 클수록 효율이 높다. 국내 최저소비효율제도에서는 삼상 유도전동기에 IE3 이상의 프리미엄급 효율을 요구하고 있다.
[근거] KS C IEC 60034-30-1 전동기 효율 등급(IE 코드)

종단겹침용 슬리브에 의한 종단 접속에서는 전선을 슬리브에 겹쳐 넣고 소정의 압축공구로 보통 2개소를 압착하여 접속한다.

옥내 배선의 직선 접속과 분기 접속에는 주로 슬리브를 사용하여 압착 접속한다. 와이어 커넥터는 쥐꼬리 접속 후 씌우는 종단 접속용이다.

KEC 242.5(화약류 저장소 등의 위험장소)에 따라 화약고 내 전기설비에 전기를 공급하는 전로의 대지전압은 300 V 이하로 하여야 한다.

건축물 표준부하에서 기숙사·여관·호텔·병원·학교·음식점 등에는 20 VA/㎡를 적용한다.
교회·극장은 10 VA/㎡가 적용된다.
은행·상점은 30 VA/㎡가 적용된다.
아파트는 40 VA/㎡가 적용된다.

금속관 공사에는 새들(관 고정), 로크 너트(박스와 관의 결합 조임), 링 리듀서(녹아웃 지름이 관보다 클 때 사용) 등이 쓰인다. 덕트는 금속덕트 공사용 자재로 금속관 공사의 부품이 아니다.

합성수지몰드공사에서 베이스를 조영재에 부착하는 지지점 간격은 1m가 아니라 1.5m 이하로 하는 것이 기준이므로 이 설명이 틀렸다.

KEC 231.6(옥내전로의 대지전압 제한)에 따라 대지전압 150 V 초과 300 V 이하 전로의 백열전등은 옥내배선과 직접 접속하여 시설하여야 하므로, 직접 접속하지 않고 시설한 것은 잘못이다. 사람이 접촉할 우려가 없도록 시설하고, 키 없는 소켓을 사용하며, 누전차단기를 시설하는 것은 모두 옳다.

토크(회전력)의 단위는 힘과 거리의 곱인 $\mathrm{N{\cdot}m}$이다.

금속몰드공사에서 몰드는 조영재에 견고하게 고정해야 하며, 지지점 간의 거리는 1.5m 이하로 하는 것이 바람직하다.

금속관의 절단에는 파이프 커터나 쇠톱을 사용한다. 오스터는 관 끝에 나사를 내는 공구, 녹 아웃 펀치는 박스에 구멍을 뚫는 공구, 파이프 렌치는 관을 물려 돌리는 공구이다.

누름나사를 덜 죄면 접촉저항이 커져 접촉 불량이 되고, 그로 인해 과열·화재·전파잡음 등이 발생할 수 있다. 절전은 접속 불량과 관계없는 현상이다.

사람이 상시 통행하는 터널 안의 배선은 KEC 242.7에 따라 애자공사, 금속관, 합성수지관, 금속제 가요전선관, 케이블 공사 등으로 시설한다. 라이팅덕트 배선은 허용되지 않는다.

2종 금속제 가요전선관을 구부릴 때, 관의 시설과 제거가 자유롭고 점검이 가능한 은폐장소나 노출장소에서는 곡률 반지름을 관 안지름의 3배 이상으로 한다. 시설·제거가 부자유하거나 점검할 수 없는 은폐장소에서는 6배 이상으로 하여야 한다.

HIV는 내열용 비닐절연전선으로, 일반 비닐절연전선(IV)보다 허용온도가 높아(약 90 ℃) 내열성이 요구되는 옥내 배선에 사용된다.

금속덕트에 넣는 전선의 단면적 합계는 원칙적으로 덕트 내부 단면적의 20% 이하이나, 전광표시장치 기타 이와 유사한 장치 또는 제어회로 등의 배선만을 넣는 경우에는 50% 이하까지 허용된다(KEC 232.31.1). 참고로 옥외용 비닐절연전선(OW)은 금속덕트공사에 사용할 수 없다.
[근거] KEC 232.31.1

저압 이웃 연결 인입선(구 연접 인입선)은 분기점으로부터 100m를 초과하는 지역에 미치지 아니하여야 하고, 폭 5m를 초과하는 도로를 횡단하지 아니하며, 옥내를 통과하지 아니하도록 시설한다(KEC 221.1.2).
[근거] KEC 221.1.2

기기의 절연이 열화되어 누전이 발생하면 금속제 외함이 충전되어 감전 위험이 생기므로, 외함을 보호접지하여 고장 시 전위 상승을 억제하고 보호장치가 확실히 동작하도록 한다. 구기준의 종별(제1~3종) 접지공사는 폐지되었고 현행 KEC는 계통접지·보호접지·피뢰시스템 접지 체계로 구분하며, 이는 KEC 140·211(감전에 대한 보호)에 근거한다.

가요전선관 상호간의 접속에는 스플릿 커플링을 사용한다.

주상변압기의 1차측(고압측) 보호에는 컷아웃 스위치(COS)를, 2차측(저압측) 보호에는 캐치홀더(퓨즈 내장)를 설치한다(배전설비 실무의 주상변압기 보호장치 기준). 피뢰기는 뇌 등 이상전압으로부터 기기를 보호하는 것이다.

저압 가공인입선의 높이는 철도·궤도 횡단 시 레일면상 6.5m 이상, 도로 횡단 시 노면상 5m 이상, 횡단보도교 위는 노면상 3m 이상, 기타의 경우 지표상 4m 이상이다(KEC 221.1.1, 저압 인입선의 시설).