2025년 전기산업기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) ① 부흐홀츠 계전기 ② 비율차동 계전기

(2) 17.32[kVA]

[해설]

변압기 내부고장은 절연유가 분해되며 생기는 가스나 1·2차 전류의 불균형으로 나타난다. 대표적인 검출 계전기는 다음 두 가지다.

• 부흐홀츠 계전기 — 주탱크와 콘서베이터를 잇는 관에 달아 분해가스와 기름 흐름의 급변을 검출한다.
• 비율차동 계전기 — 1·2차 전류의 차가 억제전류에 대해 일정 비율을 넘으면 동작한다.

V결선은 변압기 2대로 3상을 공급하며, 출력은 한 대 용량의 √3배다.
$P_V=\sqrt{3}P_1=\sqrt{3}\times10=17.32\,[\mathrm{kVA}]$

혼동 주의: 남은 2대의 합계 20[kVA]가 아니라 17.32[kVA]다. 이용률은 0.866, Δ결선 대비 출력비는 0.577이다.

① 탈조보호 계전기

② 거리 계전기

③ 선택지락 계전기

④ 선택단락 계전기

⑤ 방향단락 계전기

⑥ 부족전압 계전기

[해설]

설명에서 무엇을 검출하는지(동기 이탈·거리·지락·단락·방향·전압)를 찾아 계전기 이름과 짝지으면 된다.

• 탈조보호 계전기 — 위상각이 벌어져 동기를 잃으려는 계통을 분리해 사고가 번지는 것을 막는다.
• 거리 계전기 — 전압÷전류(임피던스)가 고장점까지의 거리에 비례한다는 점을 이용하며, 가까운 고장일수록 빨리 동작한다.
• 선택지락 계전기 — 병행 2회선에서 지락 회선만 골라내며, 지락전류가 작아 동작전류를 작게 잡는다.
• 선택단락 계전기 — 병행 2회선에서 2중 방향 동작으로 단락 회선만 골라 차단한다.
• 방향단락 계전기 — 정해진 방향의 큰 단락전류에 동작하며, 이때 조류가 반대가 되어 역전력계전기라고도 한다.
• 부족전압 계전기 — 전압이 정정값 아래로 떨어지면 동작하며, 단락 때 전압이 급락하므로 단락 검출에도 쓴다.

혼동 주의: 병행 2회선용 두 계전기는 대상 사고로 가른다. 지락이면 선택지락, 단락이면 선택단락이다.

16[lx]

[해설]

점광원에서 나온 빛이 만드는 수평면 조도는 거리의 제곱에 반비례하고 입사각의 코사인에 비례한다(거리역제곱 법칙과 입사각의 코사인 법칙).

책상 위 어느 점이 가장 어두운가는 광원에서의 거리로 결정된다. 광원 바로 아래 중심이 가장 밝고, 광원에서 가장 먼 책상 가장자리가 가장 어둡다. 지름이 6[m]이므로 중심에서 가장자리까지의 수평거리는 3[m]이고, 광원에서 가장자리까지의 거리는

$r=\sqrt{3^2+4^2}=5$ [m]

입사각 $\theta$는 연직선과 광선이 이루는 각이므로 $\cos\theta=\dfrac{4}{5}=0.8$이다. 따라서

$E_h=\dfrac{I}{r^2}\cos\theta=\dfrac{500}{5^2}\times\dfrac{4}{5}=20\times0.8=16$

최소 수평면 조도는 16[lx]이다. 참고로 책상 중심의 조도는 $\dfrac{500}{4^2}=31.25$[lx]로, 가장자리의 약 2배에 이른다. 지름 6[m]를 반지름 6[m]로 잘못 읽지 않도록 주의한다.

(1)

(2)

입력 A와 B를 각각 NOT 게이트로 반전시켜 두 개의 AND 게이트에 엇갈려 넣고, 두 AND 출력을 OR 게이트로 묶는다. 곧 $X=A\cdot\overline{B}+\overline{A}\cdot B$ 회로다.

[해설]

그림의 게이트는 배타적 논리합(XOR)이다. 두 입력이 서로 다를 때만 출력이 1이므로 00·11은 0, 01·10은 1이다.

논리식으로 쓰면 아래와 같다.
$X=A\oplus B=A\cdot\overline{B}+\overline{A}\cdot B$

• NOT 게이트 2개는 반전 입력 $\overline{A}$, $\overline{B}$를 만든다.
• AND 게이트 2개는 $A\cdot\overline{B}$와 $\overline{A}\cdot B$를 만든다.
• OR 게이트 1개는 두 AND 출력을 더해 X를 낸다.

그릴 때는 A가 반전된 B와, B가 반전된 A와 같은 AND에 들어가도록 엇갈려 연결한다. 선끼리 교차하는 자리에는 접속점을 찍지 않는다.

감리자, 공사업자명, 시공관리책임자, 공사비, 착공 연월일

[해설]

「전기공사업법 시행규칙」 제13조(표지의 게시 등)는 공사업자가 전기공사 현장에 표지를 붙이도록 하고 그 서식을 정하고 있다. 표지는 누가 어떤 공사를 언제부터 얼마의 공사비로 하고 있으며 누가 책임지고 감리하는가를 알리는 것이 목적이므로, [보기] 중 법령 위반사항만 표지 기재사항이 아니다. 위반사항은 표지가 아니라 행정처분·시정명령으로 다루는 대상이다.

표지 서식에 들어가는 항목은 다음과 같다.

[보기]에 없더라도 공사명·발주자·설계자·준공 예정 연월일 역시 서식의 기재 항목이라는 점을 함께 익혀 두면 변형 출제에 대응할 수 있다.

(1) ① 충격방전 개시전압이 낮을 것 ② 상용주파 방전 개시전압이 높을 것 ③ 제한전압이 낮고 방전내량이 클 것

(2) ① 발전소·변전소 또는 이에 준하는 장소의 가공전선 인입구 및 인출구 ② 고압 및 특고압 가공전선로로부터 공급을 받는 수용장소의 인입구 ③ 가공전선로와 지중전선로가 접속되는 곳

[해설]

(1) 피뢰기는 뇌서지나 개폐서지가 올 때는 재빨리 방전해 기기를 지키고, 서지가 지나간 뒤에는 상용주파 전압에서 스스로 절연을 회복해야 한다. 이 상반된 요구가 그대로 구비조건이 된다.

· 충격방전 개시전압이 낮을 것 — 서지가 오면 늦지 않게 방전해야 뒤에 있는 기기가 보호된다.

· 상용주파 방전 개시전압이 높을 것 — 평상시 계통 전압에서는 방전하지 않아야 한다.

· 제한전압이 낮고 방전내량이 클 것 — 방전 중에 단자에 남는 전압이 낮아야 보호 효과가 있고, 큰 방전전류를 견뎌야 한 번 쓰고 못 쓰는 일이 없다.

이 밖에 속류 차단능력이 클 것, 내구성과 경제성이 있을 것도 조건으로 든다.

(2) 「한국전기설비규정」은 서지가 계통으로 들어오거나 특성이 급변하는 지점에 피뢰기를 두도록 정하고 있다. 위 세 곳 외에 특고압 가공전선로에 접속하는 배전용 변압기의 고압측 및 특고압측이 있어 모두 네 곳이며, 3가지를 묻는 문제이므로 이 가운데 셋을 쓰면 된다. 가공선과 지중선의 접속점이 포함되는 것은 서지 임피던스가 크게 달라지는 곳에서 진행파의 반사로 과전압이 생기기 때문이다.

(1) 6.45[%]

(2) 3.23[%]

[해설]

두 지표의 분모는 모두 전부하 시 수전단 전압(62[kV])이고 분자가 다르다. 전압 강하율은 송전단과 수전단의 전압 차를, 전압 변동률은 무부하와 전부하 때 수전단의 전압 차를 쓴다.

전압 강하율
ε = (66 − 62) / 62 × 100 = 6.45[%]

부하를 모두 차단한 상태가 무부하이므로 64[kV]를 쓴다.
δ = (64 − 62) / 62 × 100 = 3.23[%]

혼동 주의: 송전단 전압 66[kV]는 전압 변동률에, 무부하 전압 64[kV]는 전압 강하율에 쓰이지 않는다.

(1) 열효율이 높다.

(2) 144[kcal]

[해설]

전기가열은 피가열물 안이나 바로 곁에서 열이 생기고 배기손실이 없어 열효율이 높다. 온도 제어가 정밀하다거나 매연이 없어 깨끗하다는 특징을 써도 인정된다.

발열량은 줄의 법칙으로 구하며, 1[J]은 약 0.24[cal]이다.
H = 0.24I²Rt
H = 0.24 × 10² × 10 × 600 = 144,000[cal]
H = 144[kcal]

혼동 주의: 시간은 반드시 초로 바꿔(10분 = 600[s]) 넣어야 한다. 분 단위 그대로 넣으면 값이 60배 어긋난다.

4.0

[해설]

실지수는 RI = XY / H(X+Y)로 구하며, H는 천장 광원에서 작업면까지의 높이다.

H = 3 − 0.8 = 2.2[m]
RI = (15 × 20) / (2.2 × (15 + 20))
= 300 / 77 ≒ 3.90

3.90은 표의 4.5~3.5 구간에 들므로 대표값 4.0을 고른다.

혼동 주의: 천장고 3[m]를 그대로 넣으면 2.86이 나와 3.0을 잘못 고르게 된다.

500[kW]

[해설]

변전설비의 한계는 피상전력 5,000[kVA]로 고정이다. 역률을 개선하면 같은 피상전력 안에서 유효전력 몫이 커지므로, 개선 전후 유효전력의 차이만큼 부하를 더 걸 수 있다.

개선 전 P₁ = 5,000 × 0.7 = 3,500[kW]
개선 후 P₂ = 5,000 × 0.8 = 4,000[kW]
여유부하 = 4,000 − 3,500 = 500[kW]

혼동 주의: 개선 후 역률 0.8을 이미 주었으므로 콘덴서 용량 1,500[kVA]는 계산에 쓰지 않는다. 콘덴서 용량으로 역률을 역산하면 약 0.86이 나와 주어진 조건과 맞지 않는다.

(1) 1.08

(2) 56.25[%]

[해설]

부등률은 개별 최대전력의 합을 합성 최대전력으로 나눈 값이다. 일부하율은 하루 평균전력을 최대전력으로 나눈 백분율이다.

A공장 800[kW]와 B공장 600[kW]가 각자의 최대전력이다. 두 곡선을 시간대별로 더하면 12~15시의 1,300[kW]가 합성 최대전력이다.

부등률 = (800 + 600) ÷ 1,300 ≒ 1.08

B공장 평균전력 = (200×9 + 400×3 + 600×3 + 500×3 + 300×6) ÷ 24 = 337.5[kW]
일부하율 = 337.5 ÷ 600 × 100 = 56.25[%]

혼동 주의: 부등률의 분모는 합성 최대전력이며, 부하율의 분모는 그 공장 자신의 최대전력이다.

① 0.75   ② 1   ③ 2   ④ 6   ⑤ 16   ⑥ 6

⑦ 2   ⑧ 10   ⑨ 15   ⑩ 20

[해설]

한국전기설비규정(KEC) 142.2·142.3.1(접지극·접지도체)과 152.2(인하도선시스템)에 나오는 수치다.

• 고압 이상 설비와 변압기 중성점 접지의 접지극은 동결과 기계적 손상을 피하도록 지하 0.75[m] 이상에 묻는다.
• 철주 등 금속체를 따라 시설할 때는 접지극을 금속체에서 1[m] 이상 떼되, 철주 밑면보다 0.3[m] 이상 깊게 묻으면 이격하지 않아도 된다.
• 접지도체는 사람이 닿기 쉬운 지하 0.75[m]~지표상 2[m] 구간을 합성수지관이나 몰드로 감싼다.
• 특고압·고압 전기설비용 접지도체는 6[mm²] 이상 연동선으로 한다.
• 중성점 접지용은 원칙이 16[mm²]이고, 7[kV] 이하 전로와 2초 이내 자동차단되는 25[kV] 이하 다중접지 가공전선로는 6[mm²]로 완화된다.
• 인하도선은 뇌전류를 나눠 흘리도록 2가닥 이상으로 하고, 간격은 Ⅰ·Ⅱ등급 10[m], Ⅲ등급 15[m], Ⅳ등급 20[m]이다.

외우는 요령: 인하도선 간격은 등급이 내려갈수록 5[m]씩 넓어진다(10→15→20).

· 전력용 콘덴서 — 3상 인출선의 상단을 잇는 경로에 방전코일(DC) 2개를 넣고, 각 상선에 직렬리액터(SR)를 1개씩 직렬로 삽입한 다음, 그 아래에서 콘덴서(SC) 3개를 Δ로 결선한다. 상선과 소자가 만나는 곳에는 접속점(●)을 찍는다.

· Δ-Δ결선 — 1차와 2차 각각 권선 3개를 한 권선의 끝과 다음 권선의 시작이 이어지도록 차례로 연결해 폐로를 만들고, 각 접속점에서 상별 인출선을 뽑는다. 귀환선이 다른 상의 인출선과 만나는 곳은 점을 찍지 않아 미접속으로 둔다.

[해설]

결선도 작도 문제는 소자의 배치·결선이 맞는지와 범례대로 접속(●)·미접속을 구분했는지를 본다.

• 방전코일(DC) — 콘덴서를 끊은 뒤 남아 있는 전하를 빨리 방전시키는 코일로, 상 사이에 2개를 걸어 콘덴서와 병렬이 되게 한다.
• 직렬리액터(SR) — 제5고조파를 줄이려고 상마다 1개씩 콘덴서와 직렬로 넣는다.
• 전력용 콘덴서(SC) — 3개를 Δ로 결선해 진상 무효전력을 공급한다.
• Δ-Δ결선 — 1차와 2차 모두 권선 3개를 한 권선의 끝과 다음 권선의 시작끼리 이어 닫힌 고리를 만들고, 각 접속점에서 상별 인출선을 뽑는다.

귀환선이 다른 상의 인출선과 교차하는 자리에는 점을 찍지 않아야 미접속으로 읽힌다. 혼동 주의: 직렬리액터 용량은 이론상 콘덴서 용량의 4%, 실제로는 6%가 표준이다.

① 1.5   ② 1.25   ③ 10   ④ 60   ⑤ 1.1

[해설]

한국전기설비규정(KEC)의 회전기·정류기 절연내력 시험 기준이다. 시험전압은 회전기·정류기 모두 연속 10분간 가한다.

• 최대사용전압 7[kV] 이하인 회전기는 1.5배를 가한다(최저 500[V]).
• 7[kV]를 넘는 회전기는 배수를 낮춰 1.25배를 가한다(최저 10.5[kV]).
• 정류기는 60[kV]를 기준으로 시험 방법이 나뉜다.
• 60[kV]를 넘는 정류기는 교류측 1.1배의 교류전압 또는 직류측 1.1배의 직류전압을 가한다.

혼동 주의: 회전기는 권선과 대지 사이에, 60[kV] 이하 정류기는 충전부분과 외함 사이에 전압을 가한다. 회전변류기는 직류측 1배의 교류전압이다.

(1) 90[A]

(2) 100[A]

[해설]

부동충전 방식의 충전기는 축전지 충전분과 상시부하 전류를 함께 공급하므로 2차 전류는 두 몫의 합이다.

정격방전율은 연축전지 10[h], 알칼리 축전지 5[h]이다.

I₂ = 축전지 용량 / 정격방전율 + 상시부하 / 표준전압

연축전지: I₂ = 100/10 + 8,000/100
= 10 + 80 = 90[A]

알칼리 축전지: I₂ = 100/5 + 8,000/100
= 20 + 80 = 100[A]

① 충분한 강도

② 나전선

③ 접촉전선

[해설]

전기설비기술기준의 배선 사용전선 조문이다. 배선용 전선은 시설장소의 환경과 전압에 맞게 사용상 충분한 강도와 절연 성능을 갖춰야 한다.

• 나전선은 절연물이 없는 전선이라 원칙적으로 배선에 쓸 수 없다.
• 다만 충분한 강도를 갖추고 절연성이 없다는 점을 고려해 감전·화재 우려가 없게 시설하면(예: 애자공사) 예외로 쓸 수 있다.
• 접촉전선은 이동하는 집전장치가 미끄러지며 전기를 받아 가는 노출 도체라 특고압 배선에는 쓸 수 없다.

첫 문장에서 나전선과 특고압 접촉전선을 적용 대상에서 빼 둔 것도 이들을 따로 규율하기 때문이다.

(1) 침수 또는 누수로부터 안전할 것

(2) 사용부하의 중심에 가까울 것

[해설]

「전기설비 관련 시설공간」(KDS 32 10 11)은 전기실 위치 선정 기준을 다음과 같이 두 갈래로 정리하고 있다. 어느 항목을 써도 정답이므로 한 갈래에서 하나씩 고르면 된다.

환경적 고려사항은 설비가 놓일 자리 자체가 안전한가를, 전기적 고려사항은 전력을 받아 나누어 주기에 유리한가를 따진다는 점에서 성격이 갈린다. 부하 중심에 가깝게 두면 간선 길이가 짧아져 전압강하와 전력손실이 함께 줄고, 장래 용량 증설에 대비한 여유 면적을 확보하면 증설 때 전기실을 옮기지 않아도 된다.

16,666.67[m²]

[해설]

필요한 수광면적은 목표 출력을 단위면적당 출력(일사강도 × 반사율 × 발전효율)으로 나눈 값이다.

A = P ÷ (E × ρ × η)
A = 2,000 ÷ (0.75 × 0.8 × 0.2) = 2,000 ÷ 0.12
A = 16,666.67[m²]

1[m²]당 출력이 0.12[kW]에 불과하다. 그래서 태양광 발전소는 넓은 부지가 필요하다.

2.77[kW]

[해설]

송풍기용 전동기 동력은 P = QHK / (6,120η) [kW]로 구하며, 이때 Q는 [m³/min], H는 [mmAq] 단위다.

계수 6,120은 1[kW] = 102[kgf·m/s]에 분을 초로 바꾸는 60을 곱한 값이다.

P = (185 × 60 × 1.3) / (6,120 × 0.85)
= 14,430 / 5,202
≒ 2.77[kW]

혼동 주의: 여유계수는 곱하고 효율은 나눈다.