[전기기능사 필기] 25년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

이 문항은 실제 시험에서 문제 오류로 확정답안에서 복수정답으로 처리된 문항입니다. 「m」과 「m/μ0」가 모두 정답으로 인정되었습니다. 여기서는 채점을 위해 가답안인 「m」을 정답으로 두었으니, 「m/μ0」를 고르셨더라도 틀린 판단이 아닙니다.
공기(진공) 중에서 자극 $m(\mathrm{Wb})$으로부터 나오는 자속(자속선)의 총수는 $m$개이고, 자기력선의 총수는 가우스 정리에 따라 투자율로 나눈 $\dfrac{m}{\mu_0}$개이다. 발문은 '자속수'를 묻지만 보기에 자기력선의 총수에 해당하는 값도 함께 있어, 실제 시험에서 두 값이 모두 정답으로 처리되었다.

R-L 직렬회로에서 전류가 정상값의 약 63.2%에 도달하는 데 걸리는 시간을 시정수라 하며, 이는 $\tau=\dfrac{L}{R}\,[\mathrm{s}]$로 정의된다. R-C 직렬회로의 시정수 RC와 혼동하지 않아야 한다.

휘트스톤 브리지는 검류계에 전류가 흐르지 않을 때 평형이며, 그 조건은 마주보는 변의 저항의 곱이 서로 같다는 것이다. 네 변을 $P,\ Q,\ R,\ X$ 라 하면 평형조건은 $P\,R=Q\,X$ 이고, 미지저항은 $X=\dfrac{P}{Q}R\,[\Omega]$ 로 구해진다. 평형이면 검류계 지로 양단의 전위차가 0이므로 검류계의 저항값은 평형조건에 포함되지 않는다.

대전체를 대지에 연결하면 대전체에 축적된 잉여 전하가 도선을 통해 대지로 이동하여 전위가 0이 되는데, 이 현상이 방전이다. 대지는 전하 용량이 사실상 무한하여 얼마든지 전하를 받아들이므로 접지는 정전기를 없애는 가장 기본적인 대책이 된다.

콘덴서를 병렬로 접속하면 각 콘덴서에 같은 전압이 걸리고 전하만 나뉘어 축적되므로 $Q=Q_1+Q_2=(C_1+C_2)V$ 가 된다. 따라서 합성 정전용량은 $C=C_1+C_2\,[\mathrm{F}]$ 로 단순한 합이다. 곱을 합으로 나눈 $\dfrac{C_1C_2}{C_1+C_2}$ 는 직렬 접속일 때의 합성 용량이다.

비정현파의 실효값은 직류분과 각 고조파 성분 실효값의 제곱을 모두 더한 뒤 제곱근을 취한 값이다.

코일은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 역기전력 $e=-L\dfrac{di}{dt}\,[\mathrm{V}]$를 유도하므로(렌츠의 법칙) 전류의 급격한 변화를 억제한다. 즉 전류의 변화를 확대시키는 것이 아니라 완만하게 만드는 성질이 있다. 반면 커패시터와 조합하면 공진하고, 다른 코일과는 상호유도가 생기며, 고주파에서 임피던스가 커져 노이즈 차단(초크) 용도로도 쓰인다.

선택지락계전기(SGR)는 여러 회선이 인출되는 모선에서 각 회선의 영상전류를 영상전압과 위상 비교하여 실제로 지락이 발생한 회선만 골라내 차단하도록 하는 계전기이다. 지락 발생 여부만 검출하는 지락과전류계전기와 달리, 다회선 계통에서 고장 회선을 선택하는 것이 그 목적이다.

코일에 저장되는 에너지는
$W=\dfrac12LI^2=\dfrac12\times0.04\times10^2=2\mathrm{J}$이다.

임피던스는 $Z=\sqrt{R^{2}+X_L^{2}}=\sqrt{3^{2}+4^{2}}=5\,[\Omega]$ 이므로 전류는 $I=\dfrac{V}{Z}=\dfrac{100}{5}=20\,[\mathrm{A}]$ 이다. 위상각은 $\theta=\tan^{-1}\dfrac{X_L}{R}=\tan^{-1}\dfrac{4}{3}\fallingdotseq 53^{\circ}$ 이며, 유도성 회로이므로 전류가 전압보다 약 53도 뒤진다.

쿨롱의 법칙은 $F=\dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0\varepsilon_s}\cdot\dfrac{Q_1Q_2}{r^{2}}\,[\mathrm{N}]$ 이므로 전기력은 유전율에 반비례한다. 따라서 비유전율 $\varepsilon_s$ 가 큰 물질일수록 전기력은 오히려 작아진다. 전하에 양·음이 있다는 것, 접지로 전하를 없앨 수 있다는 것, 전하의 크기에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다는 것은 모두 옳은 설명이다.

N형 반도체는 4가 원소인 실리콘에 5가 불순물인 도너를 첨가해 결합에 쓰이지 않는 자유전자가 남은 반도체이므로 다수 반송자(주반송자)는 전자이고 정공은 소수 반송자이다. 반대로 3가 불순물인 억셉터를 넣은 P형 반도체는 정공이 주반송자가 된다.

병렬 접속이므로 합성 정전용량은 $C=C_1+C_2=30+40=70\,[\mu\mathrm{F}]$ 이다. 전 전하량은 $Q=CV=70\times10^{-6}\times100=7\times10^{-3}=70\times10^{-4}\,[\mathrm{C}]$ 이다.

자기회로에서 자기저항은 $R_m = \dfrac{NI}{\Phi}$로 정의되므로 그 단위는 [AT/Wb]이다.

삼각파(톱니파 포함)는 실효값이 최대값의 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ 배이므로 $V=\dfrac{V_m}{\sqrt{3}}\,[\mathrm{V}]$ 이고, 평균값은 $\dfrac{V_m}{2}$ 이다. 참고로 정현파는 실효값이 $\dfrac{V_m}{\sqrt{2}}$, 구형파는 $V_m$ 으로 파형에 따라 달라진다.

단상 유효전력 $P=VI\cos\theta$에서 $I=\dfrac{800}{100\times 0.8}=10\,[\mathrm{A}]$이므로 임피던스는 $Z=\dfrac{100}{10}=10\,[\Omega]$이다. 역률 0.8이면 $\sin\theta=0.6$이므로 리액턴스는 $X=Z\sin\theta=10\times 0.6=6\,[\Omega]$이다(저항분은 $R=10\times 0.8=8\,[\Omega]$).

콘덴서는 직렬이면 $\dfrac{1}{C}=\dfrac{1}{C_1}+\dfrac{1}{C_2}$, 병렬이면 $C=C_1+C_2$ 로 합성한다. 같은 $2\,[\mu\mathrm{F}]$ 두 개를 병렬로 하면 $2+2=4\,[\mu\mathrm{F}]$ 이 되고, 이러한 병렬 조 두 개가 직렬로 이어지면 $\dfrac{4\times4}{4+4}=2\,[\mu\mathrm{F}]$ 이므로 A-B 사이의 합성 정전용량은 $2\,[\mu\mathrm{F}]$ 이다.

1회전은 $2\pi\,[\mathrm{rad}]$ 이므로 각속도는 초당 회전수 $n$ 에 대해 $\omega=2\pi n\,[\mathrm{rad/s}]$ 이다.
대입하면 $\omega=2\pi\times30=60\pi\,[\mathrm{rad/s}]$ 이다.

리튬이온전지는 과충전·고온·기계적 손상 시 열폭주로 발화할 수 있으므로 보호회로(BMS)가 있는 정격 충전기를 사용해야 한다. 부풀어 오른 전지는 즉시 사용을 중지해야 하고, 고온 보관과 완전 방전(과방전) 상태의 장기 보관은 모두 전지 열화·사고의 원인이 된다.
[근거] 리튬이온전지 안전 취급(과충전·과방전·고온 금지)

연료전지는 외부에서 연료(수소)와 산화제(산소)를 계속 공급받아 전기화학 반응으로 직접 발전하며, 반응 생성물은 물이다. 연료가 공급되는 동안 계속 전기를 얻을 수 있다는 점에서 활물질을 내장한 1차·2차 전지와 다르고, 태양전지는 광에너지를 이용하므로 전기화학 전지가 아니다.

동기전동기는 기동 토크가 없으므로 회전자 자극면에 넣은 제동권선을 농형 유도전동기의 회전자처럼 이용해 유도전동기로 기동시키는데, 이를 자기 기동법이라 한다. 기동 중에는 계자권선에 고전압이 유기되지 않도록 저항을 통해 단락시켜 두었다가 동기속도 부근에서 계자를 여자해 동기 속도로 끌어들인다.

동기조상기는 여자 전류를 조정하여 과여자에서는 진상, 부족여자에서는 지상 무효전력을 모두 연속적으로 공급할 수 있다. 전력용 콘덴서는 진상 무효전력만 계단적으로 공급하므로, 지상 역률까지 얻을 수 있다는 점이 동기조상기의 우수한 점이다. 다만 회전기라서 손실이 크고 가격과 보수 측면에서는 전력용 콘덴서가 유리하다.

브러시는 정류자 표면에 접촉하여 회전하는 전기자 권선과 정지해 있는 외부 회로를 전기적으로 연결해 주는 부분이다. 접촉저항이 적당하고 마모와 불꽃이 적어야 하며 탄소질·흑연질·금속흑연질 브러시가 쓰인다. 전기자는 기전력을 유도하는 회전 부분, 계자는 자속을 만드는 부분, 공극은 회전자와 고정자 사이의 틈이다.

동기발전기의 병렬운전에는 기전력의 전압·위상·주파수·파형이 같아야 하지만, 전류(부하전류)는 각 발전기의 부하분담에 따라 달라질 수 있어 조건과 무관하다.

동기속도 $N_s=\dfrac{120f}{p}$이며, 극수가 최소인 2극일 때 최고속도가 되므로 $N_s=\dfrac{120\times60}{2}=3600\mathrm{rpm}$이다.

$E_d=\dfrac{2\sqrt{2}\,E}{\pi}\fallingdotseq 0.9E\,[\mathrm{V}]$는 단상 전파 정류회로의 직류 평균 전압이다.
단상 반파는 그 절반인 $0.45E$이다.
3상 반파는 $1.17E$이다.
3상 전파는 $1.35E$이다.

변압기의 냉각 방식은 건식 자냉식·건식 풍냉식·유입 자냉식·유입 풍냉식·유입 수냉식·유입 송유식(송유 풍냉식 등)으로 분류된다. 유입 예열식이라는 냉각 방식은 존재하지 않으며, 예열은 냉각이 아니라 온도를 올리는 개념이다.

IGBT는 대전류·고전압을 다룰 수 있으면서 게이트 신호만으로 스스로 턴오프(자기소호)가 가능한 소자이다.

직류 분권전동기는 $N=\dfrac{V-I_aR_a}{k\Phi}$로 회전속도가 자속 Φ에 반비례한다. 계자저항을 증가시키면 계자전류와 자속이 줄어들어 회전속도는 증가한다.

플러깅 제어는 전동기를 급제동시키기 위해 전원의 상순을 반대로 접속하는 제동 방법이며, 직류 전동기의 속도제어 방법(전압·계자·저항 제어)에는 속하지 않는다.

무효순환전류는 $I_{cc}=\dfrac{\Delta E}{2Z_s}=\dfrac{100}{2\times5}=10\,\mathrm{A}$이다.

무부하 시험에서는 철손·여자전류를, 단락 시험에서는 동손(임피던스 와트)·임피던스 전압을 구하며, 이 결과로 효율과 전압 변동률까지 산출할 수 있다. 절연내력은 별도의 절연내력 시험으로만 확인할 수 있다.

단상 변압기 3대를 조합할 때 세 권선의 끝을 차례로 이어 폐회로를 만든 것이 △결선, 한쪽 끝을 한 점(중성점)에 모은 것이 Y결선이다. 그림은 1차가 폐루프를 이루는 △, 2차가 중성점을 갖는 Y로 접속된 △-Y 결선이다. 이 결선은 2차 측에 중성점을 낼 수 있어 승압용 송전 변압기에 쓰이며 1차와 2차 사이에 30도의 위상차가 생긴다.

스테핑 전동기는 입력 펄스 1개마다 정해진 스텝각만큼 회전하므로 회전 각도는 펄스 수에, 회전 속도는 펄스의 주파수에 비례한다. 따라서 궤환 없이 개루프 제어만으로도 정확한 위치·속도 제어가 가능해 프린터나 공작기계의 위치 결정에 쓰인다.

역상제동(플러깅)은 회전방향과 반대의 토크를 발생시켜 가장 급속하게 정지시키는 제동법이다.

맥동 주파수는 한 주기 동안 출력에 나타나는 맥동의 수만큼 커지는데, 3상 반파 정류는 한 주기에 3개의 맥동이 생기므로 $f_r=3f=3\times60=180\,[\mathrm{Hz}]$이다.
단상 반파는 60[Hz]이다.
단상 전파는 120[Hz]이다.
3상 전파는 360[Hz]이다.

매극 매상당 홈(슬롯)수는 $q=\dfrac{\text{전 슬롯수}}{\text{극수}\times\text{상수}}$ 로 구한다. 대입하면 $q=\dfrac{24}{4\times3}=2$ 개이다.

SCR은 순방향으로만 도통·제어가 가능한 단일방향성 소자이므로, 정방향 및 역방향 모두 제어 특성이 있다는 설명은 옳지 않다.

단락비는 무부하 포화곡선에서 정격전압을 유기하는 데 필요한 계자전류와 3상 단락곡선에서 정격전류와 같은 단락전류를 흘리는 데 필요한 계자전류의 비이다. 따라서 무부하 포화시험과 3상 단락시험이 필요하다.
단락비가 크면 동기 임피던스가 작고 전압변동률이 작은 철기계가 된다.
근거: 동기발전기 단락비 정의(무부하 포화곡선·3상 단락곡선)

위상특성곡선(V곡선)에서 전기자 전류가 최소가 되는 밑점의 역률은 1이다. V곡선은 공급전압과 출력을 일정하게 하고 계자전류를 변화시켰을 때의 전기자 전류 변화를 나타낸 곡선으로, 최소점보다 계자전류를 늘리면(과여자) 앞선 역률, 줄이면(부족여자) 뒤진 역률로 운전된다.

피뢰기(LA)는 뇌서지나 개폐서지 같은 이상전압이 침입했을 때 방전하여 전압을 제한하고, 방전이 끝나면 속류를 차단해 계통을 원상 복귀시키는 기기로 심벌도 방전 소자와 접지를 나타내는 형태로 그린다.
단로기(DS)는 무부하 상태에서 회로를 개방하는 기기이다.
파워퓨즈(PF)와 고압 컷아웃 스위치(COS)는 단락·과부하 보호용이다.
따라서 기능과 심벌이 모두 다르다.

유니버설 엘보는 노출 금속관 공사에서 배관이 직각으로 구부러지는 곳에 사용하는 부속품으로, 뚜껑을 열어 전선을 넣고 점검할 수 있게 되어 있다. 유니온 커플링은 돌려 끼울 수 없는 관 상호를 잇는 데, 아웃렛 박스는 기구 부착과 전선 접속에, 픽스처 히키는 등기구 지지에 쓰인다.

부식성 가스 등이 있는 장소의 애자사용배선에는 절연전선(옥외용 및 인입용 비닐절연전선인 DV전선은 제외)을 사용해야 하므로, 부식성 가스의 종류에 따라 DV전선을 사용한다는 것은 적합하지 않은 방법이다.

합성수지관 공사에서 관 상호 및 박스와 접속할 때 관을 삽입하는 깊이는 관 바깥지름의 1.2배 이상(접착제를 사용하는 경우 0.8배 이상)이어야 하므로 1.5배 이상이라는 설명은 옳지 않다. 지지점 간 거리 1.5[m] 이하, 관 안에 전선 접속점을 두지 않을 것, 옥외용 비닐절연전선을 제외한 절연전선을 사용할 것은 모두 규정에 맞는 내용이다.

적당한 그림자는 물체의 입체감과 원근감을 살려 주므로 좋은 조명의 조건은 그림자가 전혀 없는 것이 아니라 눈에 거슬리는 짙은 그림자와 눈부심이 없는 것이다. 조도가 적당할 것, 광속 발산도 분포가 균등할 것, 광색이 적당할 것은 모두 우수한 조명의 조건에 해당한다.

커플링은 전선관 상호를 잇는 관 부속품이지 전선 자체를 접속하는 방법이 아니다. 절연전선의 접속에는 와이어 커넥터, 슬리브 접속, 압축 슬리브 접속, 트위스트·브리타니아 접속 등을 사용하며, 접속부는 전선의 세기를 20[%] 이상 감소시키지 않고 절연을 원래 이상으로 회복시켜야 한다.

KS C 0301의 옥내 배선용 그림기호에서 배전반·분전반·제어반은 모두 같은 직사각형 틀을 쓰고 내부 표시로 구별한다. 배전반은 직사각형 안에 두 대각선을 X자로 교차시키고 칠하지 않은 기호이고, 분전반은 대각선으로 절반을 검게 칠한 기호, 제어반은 마주 보는 두 삼각형을 검게 칠한 기호이다. 직사각형 안에 S를 넣은 기호는 개폐기를 나타낸다.

합성수지관은 열가소성 수지 재질이라 열에 약하고 온도 변화에 따른 신축이 크므로 열에 강하다는 설명은 맞지 않는다. 반면 절연성과 내식성이 우수하고 가벼워 절단·굽힘 등 배관 작업이 쉬운 점이 금속관과 비교한 장점이다.

전동기에 공급하는 간선의 정격전류 합계가 50[A]를 초과하는 경우, 간선의 허용전류는 그 정격전류 합계의 1.1배 이상이 되는 전선을 사용하여야 한다(50[A] 이하인 경우는 1.25배).

부등률은 $\text{부등률}=\dfrac{\text{각 수용가 최대수용전력의 합}}{\text{합성 최대수용전력}}$ 으로 정의된다.
대입하면 $\dfrac{5+10+15+22}{50}=\dfrac{52}{50}=1.04$ 이며, 부등률은 최대수요가 시간적으로 어긋나는 정도를 나타내므로 항상 1 이상이 된다.

화약고의 배선공사는 개폐기 및 과전류차단기에서 화약고 인입구까지 케이블을 사용한 지중선로로 시설하여야 한다.

콤비네이션 커플링은 종류가 다른 관, 즉 가요전선관과 금속관을 상호 접속할 때 사용하는 부속품이다. 스플릿 커플링은 가요전선관끼리 접속할 때, 스트레이트 박스 커넥터와 앵글 박스 커넥터는 가요전선관을 박스에 접속할 때 쓴다.

가스나 증기로 인한 폭발 위험장소의 옥내배선은 금속관 배선이나 케이블 배선(또는 이에 준하는 방폭 배선)으로 하여야 하며, 기계적 강도가 약한 합성수지관 배선은 인정되지 않는다. 금속관은 관 상호 및 박스와 5턱 이상의 나사 조임으로 접속하고, 전선관 부품과 접속함은 내압 방폭구조를, 전동기 접속부처럼 가요성이 필요한 짧은 구간은 안전증 방폭형 플렉시블 피팅을 사용한다.

자동화재탐지설비는 화재를 검출하는 감지기, 수동으로 화재를 알리는 발신기, 신호를 받아 표시하고 경보하는 수신기와 중계기·음향장치·표시등 및 전원으로 구성된다. 비상콘센트는 소화활동설비인 비상콘센트설비의 구성품이므로 자동화재탐지설비의 구성 요소가 아니다.

가연성 먼지 위험장소는 합성수지관공사(두께 2mm 미만 및 난연성 없는 콤바인덕트관 제외)·금속관공사·케이블공사가 가능하지만(KEC 242.2.2), 폭연성 먼지 위험장소는 금속관공사 또는 케이블공사만 허용된다(KEC 242.2.1). 애자공사는 두 장소 모두 시설할 수 없다(근거: KEC 242.2.1, 242.2.2).

접지시스템은 계통접지·보호접지·피뢰시스템 접지로 구분하며, 단독접지·공통접지·통합접지는 접지시스템의 시설 종류이다(KEC 141).
구기준의 종별(제1종~특별 제3종) 접지공사는 폐지되었다.

가요전선관 상호의 접속에는 스플리트 커플링을 사용한다(KEC 232.13 금속제 가요전선관공사 시공 자재).
콤비네이션 커플링은 가요전선관과 금속관의 접속에 사용한다.
스트레이트·앵글박스 커넥터는 가요전선관과 박스의 접속에 사용한다.
유니온 커플링은 금속관 상호를 돌려서 접속할 수 없을 때 사용하는 부속품이다.

옥내 저압 접촉전선은 전개된 장소 또는 점검할 수 있는 은폐된 장소에 애자공사·버스덕트공사·절연트롤리공사로 시설하여야 하며, 전개된 장소에 애자공사로 시설하는 경우 전선의 바닥에서의 높이는 3.5m 이상으로 하고 사람이 접촉할 우려가 없도록 한다(KEC 232.81). 전선의 지지점 간 거리는 6m 이하로 한다.
[근거] KEC 232.81

압착공구는 전선 굵기에 맞는 다이스를 골라 완전히 압착될 때까지 조여야 하며, 압착 후 인장 확인을 한다. 전선보다 큰 다이스를 쓰면 압착이 불완전하여 접촉저항 증가·전선 빠짐의 원인이 되므로 옳지 않다(관련 규정: 전기공사 공구 실무(압착공구)).

어스 테스터(접지저항계)는 접지전극의 접지저항을 측정하는 계기이며, 절연저항은 메거(절연저항계)로 측정한다.