2023년 전기산업기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

2023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차
    12023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    어떤 부하가 아래 그림과 같은 방전 특성을 보인다. 이 부하에 축전지를 설치하려고 할 때 다음 물음에 답하시오. (단, 보수율은 0.8을 적용한다.)

    [보기] 방전 시간 [A] I1 I2 I3 I4 T4=1 T3=50 T2=119 T1=120 • 방전 전류[A] I1 = 500, I2 = 300, I3 = 80, I4 = 180 • 방전 시간[분] T1 = 120, T2 = 119, T3 = 50, T4 = 1 • 용량 환산 시간 계수 K1 = 2.49, K2 = 2.49, K3 = 1.46, K4 = 0.57

    구분1구간2구간3구간4구간
    방전 전류 I[A]50030080180
    방전 시간 T[분]120119501
    용량 환산 시간 계수 K2.492.491.460.57

    (1) 이 방전 특성을 감당할 축전지의 용량[Ah]을 산정하시오.

    (2) 연축전지의 정격 방전율은 몇 시간율로 정하는가?

    (3) 연축전지 1셀의 공칭전압[V]은 얼마인가?

    (4) 예비전원용 축전지에서 부하까지 이어지는 전로에는 개폐기 외에 어떤 기구를 함께 시설해야 하는가?

    해설

    (1) 603.5[Ah]

    (2) 10시간율

    (3) 2[V/cell]

    (4) 과전류차단기


    [해설]

    (1) 축전지 용량

    방전 전류가 계단 모양으로 변하는 부하에서는 각 구간의 전류 변화분에 그 구간의 용량 환산 시간 계수를 곱해 더한 뒤, 경년 열화를 고려한 보수율 LL로 나눈다.

    C=1L[K1I1+K2(I2I1)+K3(I3I2)+K4(I4I3)]C=\dfrac{1}{L}\left[K_1I_1+K_2(I_2-I_1)+K_3(I_3-I_2)+K_4(I_4-I_3)\right]

    C=10.8[2.49×500+2.49(300500)+1.46(80300)+0.57(18080)]C=\dfrac{1}{0.8}\left[2.49\times500+2.49(300-500)+1.46(80-300)+0.57(180-80)\right]

    대괄호 안을 항별로 계산하면 1,245498321.2+57=482.81{,}245-498-321.2+57=482.8

    C=482.80.8=603.5[Ah]C=\dfrac{482.8}{0.8}=603.5\,[\mathrm{Ah}]603.5[Ah]

    전류가 뒤 구간에서 오히려 줄어드는 2·3구간은 (I2I1)(I_2-I_1), (I3I2)(I_3-I_2)가 음수가 되어 그대로 빼 준다. 부호를 살려 계산하지 않으면 용량이 크게 부풀려진다.

    또한 보수율(경년 용량 저하율) 0.8이 반드시 필요한 조건이다. 일부 교재에는 이 조건이 발문에서 빠진 채 정답만 603.5[Ah]로 실려 있는데, 보수율을 적용하지 않으면 482.8[Ah]가 되어 정답이 성립하지 않는다. 축전지 용량 계산 문항에서 보수율은 통상 0.8을 쓴다.

    (2) 정격 방전율 — 연축전지(납축전지)는 10시간율, 알칼리축전지는 5시간율을 표준으로 한다.

    (3) 공칭전압 — 연축전지는 2[V/cell], 알칼리축전지는 1.2[V/cell]이다.

    (4) 개폐기와 함께 시설할 기구 — 예비전원으로 시설하는 축전지에서 부하에 이르는 전로에는 개폐기와 과전류차단기를 시설한다. 축전지는 내부저항이 매우 작아 단락 시 큰 전류가 흐르므로 단락·과부하 보호가 반드시 필요하다.

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    22023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    조명 계산에 쓰이는 아래 세 용어의 뜻을 각각 서술하시오.

    (1) 광속

    (2) 조도

    (3) 광도

    해설

    (1) 광원이 내는 방사속을 사람 눈의 감도로 환산한 빛의 양

    (2) 어떤 면에 입사하는 광속의 면적당 밀도

    (3) 어느 방향의 단위 입체각 안에 들어 있는 광속의 양


    [해설]

    세 용어는 '빛의 총량 → 면에 도달한 정도 → 방향별 세기'로 이어지는 계열로 묶어 이해하면 헷갈리지 않는다.

    · 광속 F[lm]F\,[\mathrm{lm}] — 광원에서 나오는 복사속 가운데 눈이 밝기로 느끼는 부분만 시감도로 가중해 센 양이다. 같은 와트라도 파장에 따라 광속이 달라지는 이유가 여기에 있다.

    · 조도 E=FA[lx]E=\dfrac{F}{A}\,[\mathrm{lx}] — 피조면이 얼마나 밝은가를 나타내며, 면적당 입사 광속으로 정의한다. 점광원에서는 거리의 제곱에 반비례한다(E=Ir2E=\dfrac{I}{r^2}).

    · 광도 I=dFdω[cd]I=\dfrac{dF}{d\omega}\,[\mathrm{cd}] — 광원을 어느 방향에서 볼 때의 세기다. 단위 입체각(스테라디안)당 광속으로 정의한다.

    여기에 광원의 겉보기 면적당 광도인 휘도 L=IA[cd/m2]L=\dfrac{I}{A}\,[\mathrm{cd/m^2}]까지 더하면 조명 용어 네 가지가 완성된다.

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    32023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    하나의 배전선로가 아래 표에 정리한 세 수용가 A·B·C에 전력을 공급하고 있다. 이 선로에서 실측된 합성 최대 전력이 9,300[kW]였다면, 세 수용가 상호 간의 부등률은 얼마인지 구하시오.

    수용가설비용량[kW]수용률[%]
    A4,50080
    B5,00060
    C7,00050
    해설

    1.09


    [해설]

    부등률은 각 수용가가 따로따로 낸 최대수요전력의 합계통에서 실제로 측정된 합성 최대 전력으로 나눈 값이다. 최대수요가 서로 다른 시각에 발생할수록 값이 커지며, 항상 1 이상이다.

    부등률=(설비용량×수용률)합성 최대 전력\text{부등률}=\dfrac{\sum(\text{설비용량}\times\text{수용률})}{\text{합성 최대 전력}}

    수용가별 최대수요전력을 먼저 구한다.

    A: 4,500×0.8=3,600[kW]4{,}500\times0.8=3{,}600\,[\mathrm{kW}]

    B: 5,000×0.6=3,000[kW]5{,}000\times0.6=3{,}000\,[\mathrm{kW}]

    C: 7,000×0.5=3,500[kW]7{,}000\times0.5=3{,}500\,[\mathrm{kW}]

    합계 3,600+3,000+3,500=10,100[kW]3{,}600+3{,}000+3{,}500=10{,}100\,[\mathrm{kW}]

    부등률=10,1009,300=1.086\text{부등률}=\dfrac{10{,}100}{9{,}300}=1.086\cdots

    소수 셋째 자리에서 반올림하면 1.09이다. 부등률은 비(比)이므로 단위를 붙이지 않는다.

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    42023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    부하의 역률을 개선했을 때 얻을 수 있는 이점을 3가지만 쓰시오.

    해설

    ① 선로의 전력손실 감소

    ② 전압강하 감소

    ③ 설비(변압기·배전선) 용량의 여유 증가


    [해설]

    역률을 개선한다는 것은 부하와 병렬로 전력용 콘덴서를 달아 지상 무효전력을 상쇄하는 것이다. 같은 유효전력을 보내면서 선로에 흐르는 전류가 줄어들기 때문에 아래의 효과가 함께 나타난다.

    · 전력손실 감소 — 선로손실은 Pl=3I2R=P2RV2cos2θP_l=3I^2R=\dfrac{P^2R}{V^2\cos^2\theta}로 역률의 제곱에 반비례한다.

    · 전압강하 감소e=3I(Rcosθ+Xsinθ)e=\sqrt{3}\,I(R\cos\theta+X\sin\theta)에서 전류가 줄어 강하가 작아진다.

    · 설비용량의 여유 증가 — 변압기·차단기·전선이 같은 [kVA]로 더 큰 [kW]를 감당할 수 있다.

    · 전기요금 절감 — 역률에 따른 요금 할증을 피하고 할인을 받을 수 있다.

    답안에는 이 가운데 3가지만 쓰면 된다. 다만 콘덴서를 과보상하여 진상 역률이 되면 오히려 수전단 전압이 상승(페란티 현상)하고 고조파가 확대될 수 있으므로 무제한 개선이 좋은 것은 아니다.

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    52023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    어떤 부하가 유효전력 400[W], 무효전력 300[Var]를 소비하고 있다. 이 부하의 역률[%]을 구하시오.

    해설

    80[%]


    [해설]

    유효전력 PP와 무효전력 QQ는 서로 직각 관계이므로, 피상전력은 두 값을 직각 삼각형의 두 변으로 보고 구한다.

    Pa=P2+Q2=4002+3002=250,000=500[VA]P_a=\sqrt{P^2+Q^2}=\sqrt{400^2+300^2}=\sqrt{250{,}000}=500\,[\mathrm{VA}]

    역률은 피상전력에 대한 유효전력의 비다.

    cosθ=PPa×100=400500×100=80[%]\cos\theta=\dfrac{P}{P_a}\times100=\dfrac{400}{500}\times100=80\,[\%]

    따라서 80[%]이다. 3-4-5 직각삼각형 꼴이므로 피상전력이 500[VA]로 딱 떨어진다는 점을 알아 두면 계산이 빠르다.

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    62023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    아래 그림은 CT 2대를 V결선하고, 여기에 OCR 3대를 접속한 결선도이다. 그림을 보고 각 물음에 답하시오.

    L1 L2 L3 CT CT E OCR OCR OCR

    (1) CT의 변류비가 30/5이고 변류기 2차 측 전류를 재었더니 3[A]였다. 수전전압 22,900[V], 역률 90[%]일 때 수전전력은 몇 [kW]인가?

    (2) OCR은 어떤 종류의 사고에 대하여 주로 동작하는 계전기인지 쓰시오.

    (3) 전류가 흐르고 있는 상태에서 변류기 2차 측 기기를 교체하려 한다. 가장 먼저 취해야 할 조치는 무엇인가?

    해설

    (1) 642.56[kW]

    (2) 단락사고

    (3) 변류기 2차 측 단자를 단락시킨다.


    [해설]

    (1) 변류비가 30/5 = 6이므로 2차 전류 3[A]에 해당하는 1차 전류는

    I1=I2×305=3×6=18[A]I_1=I_2\times\dfrac{30}{5}=3\times6=18\,[\mathrm{A}]

    3상 전력식에 대입한다.

    P=3VIcosθ=3×22,900×18×0.9×103=642.56[kW]P=\sqrt{3}\,VI\cos\theta=\sqrt{3}\times22{,}900\times18\times0.9\times10^{-3}=642.56\,[\mathrm{kW}]

    따라서 642.56[kW]이다. 계기용변류기 2차 값을 그대로 쓰지 말고 변류비를 곱해 1차 값으로 되돌리는 것이 핵심이다.

    (2) OCR(과전류계전기)은 정정값을 넘는 전류가 흐를 때 동작하므로 단락사고(및 과부하)에 대한 보호를 맡는다. 지락 보호는 영상변류기(ZCT)와 지락계전기(OCGR·SGR)가 담당한다. 그림에서 두 CT의 2차 공통선에 접속된 세 번째 OCR은 잔류회로에 놓여 세 상 전류의 합, 곧 영상분을 검출한다.

    (3) 통전 중 변류기 2차를 열면 1차 전류가 전부 여자전류가 되어 철심이 포화되고, 2차 단자에 고전압이 유기되어 절연 파괴와 감전 위험이 생긴다. 그러므로 기기를 떼기 전에 반드시 변류기 2차 측 단자를 단락시켜야 한다. 계기용변압기(PT)가 2차 개방이 원칙이고 변류기(CT)는 2차 단락이 원칙이라는 점을 짝으로 기억해 두면 좋다.

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    72023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    극수 6, 주파수 50[Hz]인 3상 권선형 유도전동기가 950[rpm]으로 정격 운전 중이다. 1차 측 단자 접속을 바꾸어 상회전 방향을 반대로 돌리는 역상 제동을 걸 때, 제동토크가 전부하토크와 같아지도록 하려면 2차 회로에 넣을 삽입저항은 회전자 1상의 저항 r2r_2의 몇 배여야 하는지 구하시오.

    해설

    38배


    [해설]

    동기속도를 먼저 구한다.

    Ns=120fp=120×506=1,000[rpm]N_s=\dfrac{120f}{p}=\dfrac{120\times50}{6}=1{,}000\,[\mathrm{rpm}]

    운전 중 슬립은

    s=NsNNs=1,0009501,000=0.05s=\dfrac{N_s-N}{N_s}=\dfrac{1{,}000-950}{1{,}000}=0.05

    상회전을 뒤집으면 회전자는 회전자계와 반대 방향으로 950[rpm]으로 돌고 있는 셈이므로, 제동 시 슬립은

    s=Ns(N)Ns=1,000+9501,000=1.95s'=\dfrac{N_s-(-N)}{N_s}=\dfrac{1{,}000+950}{1{,}000}=1.95

    권선형 유도전동기의 비례추이는 같은 토크를 내는 조건이 r2s\dfrac{r_2}{s} 일정이라는 것이다. 제동토크를 전부하토크와 같게 하려면

    r2s=r2+Rs\dfrac{r_2}{s}=\dfrac{r_2+R}{s'}

    R=(ss1)r2=(1.950.051)r2=(391)r2=38r2R=\left(\dfrac{s'}{s}-1\right)r_2=\left(\dfrac{1.95}{0.05}-1\right)r_2=(39-1)\,r_2=38\,r_2

    따라서 회전자 1상 저항의 38배를 삽입하면 된다. 삽입저항은 회전자 회로에 직렬로 넣으므로 총 저항이 r2+R=39r2r_2+R=39r_2가 된다는 점에 유의한다.

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    82023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    전력의 수급에 필요한 급전·운전·보수 업무용 전화와, 멀리 떨어진 설비를 감시·제어·계측하거나 계통을 보호하기 위해 전기 신호 또는 광 신호를 주고받는 제어장치·전송로·전원 설비 등을 통틀어 "전력보안 통신설비"라 한다. 이 설비를 시설하여야 하는 장소를 3가지만 쓰시오.

    해설

    ① 송전선로

    ② 배전선로

    ③ 발전소, 변전소 및 변환소


    [해설]

    「한국전기설비규정(KEC)」은 전력보안 통신설비를 시설해야 하는 곳을 다음과 같이 정하고 있다. 답안에는 이 가운데 3가지만 쓰면 된다.

    · 송전선로

    · 배전선로

    · 발전소, 변전소 및 변환소

    · 배전자동화 주장치가 시설된 배전센터, 전력수급 조절을 총괄하는 중앙급전사령실

    · 전력보안통신 데이터를 중계하거나 교환장치가 설치된 정보통신실

    취지를 보면 외우기 쉽다. 전력계통은 발전에서 소비까지가 하나의 실시간 시스템이므로, 급전 지령을 주고받는 곳(중앙급전사령실·배전센터), 전력이 흐르는 경로(송전·배전선로), 그 경로의 결절점(발전소·변전소·변환소), 그리고 통신 자체를 중계하는 곳(정보통신실)에 통신설비가 필요하다.

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    92023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    그림은 중형 환기팬을 수동으로 운전하고 고장을 표시하는 회로의 일부이다. 다음 물음에 답하시오.

    L1 L2 L3 MCCB 51 ZCT 51G 88 49 IM F BS2 88 (1) BS1 30X (2) 88 88 (2) GL 88 (3) RL 51 49 51G 30X BS3 30X (1) OL

    (1) 도면의 88은 전자접촉기(MC)로서 출력 기구에 해당한다. 도면에 나타난 기구 가운데 아래 각 기능을 맡는 것을 약호로 쓰시오. (단, 답이 중복되는 경우는 없으며 MCCB·ZCT·IM·팬은 답에서 제외한다. 해당하는 기구가 둘 이상이면 모두 쓴다.)

    ① 고장 표시용 기구

    ② 고장 복구 확인용 기구

    ③ 기동용 기구

    ④ 정지용 기구

    ⑤ 운전 상태 표시램프

    ⑥ 정지 상태 표시램프

    ⑦ 고장 상태 표시램프

    ⑧ 고장 검출용 기구

    (2) 도면에서 점선으로 둘러싼 부분의 회로를 AND·OR·NOT 소자만 써서 로직회로로 나타내시오. (쓰는 로직 소자는 최대 3입력까지로 한다.)

    해설

    (1) ① 30X ② BS3 ③ BS1 ④ BS2 ⑤ RL ⑥ GL ⑦ OL ⑧ 51, 49, 51G

    (2)

    514951GBS₃OL30X

    51·49·51G 세 입력을 3입력 OR 게이트에 넣고, 그 출력을 2입력 OR 게이트의 한쪽 입력으로 보낸다. BS3는 NOT 게이트를 거쳐 AND 게이트의 한쪽 입력으로, AND 게이트의 나머지 입력에는 출력 30X를 되먹인다. AND 출력을 2입력 OR 게이트의 다른 입력으로 넣으면 그 출력이 30X이며, 같은 노드에서 OL을 인출한다.

    논리식: 30X=(51+49+51G)+(BS330X)30\mathrm{X}=(51+49+51\mathrm{G})+(\overline{\mathrm{BS}_3}\cdot 30\mathrm{X}), OL=30X\mathrm{OL}=30\mathrm{X}


    [해설]

    기구 번호 읽기 — 도면의 숫자는 계전기 기구번호다. 49는 열동계전기(THR), 51은 과전류계전기(OCR), 51G는 지락과전류계전기(OCGR), 88은 전자접촉기(MC)를 뜻한다. 이 세 계전기가 고장 검출용 기구(⑧)이고, 그 접점들이 병렬로 묶여 30X 보조계전기를 여자시킨다. 30X가 여자되면 그 접점으로 88 코일을 떨어뜨려 전동기를 멈추게 하고 동시에 OL을 켜므로, 30X가 고장 표시용 기구(①)가 된다.

    버튼과 램프 — BS1은 88 코일 회로를 잇는 a접점이므로 기동용(③), BS2는 그 회로를 끊는 b접점이므로 정지용(④)이다. BS3는 30X의 자기유지를 풀어 고장 표시를 지우는 버튼이므로 고장 복구 확인용(②)이다. 램프는 88(3) a접점으로 켜지는 RL이 운전 표시(⑤), 88(2) b접점으로 켜지는 GL이 정지 표시(⑥), 30X 회로에 물린 OL이 고장 표시(⑦)다.

    점선 부분의 논리 — 51·49·51G 중 어느 하나라도 닫히면 30X가 여자되므로 이 셋은 OR 관계다. 30X(1) a접점과 BS3(b접점)이 직렬로 코일에 병렬 접속되어 자기유지를 이루므로 이는 '30X AND (BS3 NOT)'이며, 두 갈래를 다시 OR로 묶은 것이 위 논리식이다. b접점 버튼은 평상시 닫혀 있다가 누르면 열리므로 로직에서는 NOT으로 옮긴다.

    고장 검출 입력의 세 번째는 지락과전류계전기 51G이다. 일부 교재의 해답 로직도에는 같은 입력이 '54G'로 인쇄되어 있으나, 같은 지면의 회로도와 (1)⑧ 정답 모두 51G로 되어 있고 기구번호 규약에서도 54는 지락 계전기 번호가 아니므로 51G가 맞다.

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    102023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    아래 막대 그림은 154[kV] 계통의 절연 협조를 검토할 때 쓰는, 기기별 절연 강도의 상대 비교이다. 피뢰기 제한전압, 변압기, 선로애자, 개폐기의 지지애자는 ①~④ 중 어디에 해당하는지 각각 쓰시오.

    860[kV] 750[kV] 650[kV] 460[kV]

    해설

    ① 선로애자

    ② 개폐기 지지애자

    ③ 변압기

    ④ 피뢰기 제한전압


    [해설]

    절연 협조란 계통을 이루는 기기들의 절연 강도에 의도적으로 서열을 두어, 이상전압이 침입했을 때 가장 값싸고 복구가 쉬운 쪽에서 먼저 방전되도록 설계하는 것이다. 서열을 정하는 원칙은 두 가지다.

    · 피뢰기의 제한전압을 가장 낮게 두어 이상전압을 피뢰기가 먼저 받아 낸다.

    · 계통에서 가장 비싸고 사고 파급이 큰 변압기의 절연 강도는 피뢰기보다 높게, 그러나 옥외 기기들보다는 낮게 잡는다.

    · 교체가 비교적 쉬운 선로애자를 가장 높게, 그다음이 개폐기의 지지애자이다.

    따라서 막대 높이가 큰 쪽부터 선로애자(860[kV]) → 개폐기 지지애자(750[kV]) → 변압기(650[kV]) → 피뢰기 제한전압(460[kV]) 순으로 배치된다.

    860[kV] 750[kV] 650[kV] 460[kV] ▲ 154[kV] 일반 계통 절연 협조

    기기 부싱·결합 콘덴서까지 포함한 송전 계통의 절연 협조도 같은 원리로 정해진다.

    920[kV] 900[kV] 825[kV] 750[kV] 625[kV] ▲ 154[kV] 송전 계통 절연 협조

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    112023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    그림은 단상 3선식으로 급전되는 회로이다. 중성선이 P 지점에서 끊어졌다고 할 때, 부하 A와 부하 B에 각각 걸리는 단자전압[V]을 구하시오.

    A N B A 200[W] B 800[W] P 110[V] 110[V] 220[V]

    해설

    부하 A: 176[V]

    부하 B: 44[V]


    [해설]

    중성선이 성한 동안에는 두 부하가 각각 110[V]를 받는다. 그러나 중성선이 끊기면 부하 A와 부하 B가 220[V] 사이에 직렬로 이어진 꼴이 되어, 저항비에 따라 전압이 나뉘어 걸린다.

    정격(110[V])에서의 저항을 구한다.

    RA=V2PA=1102200=60.5[Ω]R_A=\dfrac{V^2}{P_A}=\dfrac{110^2}{200}=60.5\,[\Omega]

    RB=V2PB=1102800=15.125[Ω]R_B=\dfrac{V^2}{P_B}=\dfrac{110^2}{800}=15.125\,[\Omega]

    직렬 분압으로 각 단자전압을 구하면

    VA=RARA+RB×220=60.575.625×220=176[V]V_A=\dfrac{R_A}{R_A+R_B}\times220=\dfrac{60.5}{75.625}\times220=176\,[\mathrm{V}]

    VB=RBRA+RB×220=15.12575.625×220=44[V]V_B=\dfrac{R_B}{R_A+R_B}\times220=\dfrac{15.125}{75.625}\times220=44\,[\mathrm{V}]

    따라서 부하 A는 176[V], 부하 B는 44[V]가 된다.

    용량이 작은 부하 A쪽 저항이 커서 과전압(176[V])을 받고, 용량이 큰 부하 B는 44[V]밖에 못 받아 제 기능을 못 한다. 단상 3선식에서 중성선에는 퓨즈나 개폐기를 넣지 않고 반드시 동선으로 직결하며, 저압 밸런서를 설치해 불평형을 억제하는 이유가 바로 이 사고 때문이다.

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    122023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    뱅킹 배전방식에서 변압기나 선로에 사고가 생겼을 때, 남아 있던 건전한 변압기까지 차례로 회로에서 떨어져 나가면서 정전 범위가 점점 넓어지는 현상이 있다. 이 현상을 무엇이라 부르는지 쓰시오.

    해설

    캐스케이딩 현상


    [해설]

    뱅킹 방식은 같은 고압 배전선에 매달린 여러 대의 주상변압기 2차 측을 저압선으로 서로 이어 붙인 배전방식이다. 전압변동과 전력손실이 줄고 부하 증가에 대한 융통성이 커지는 장점이 있으나, 한 대의 변압기나 그 구간 저압선에 사고가 나면 사고 전류가 이웃 변압기로부터 몰려들어 그 보호장치까지 차례로 동작한다. 이렇게 건전한 변압기까지 연쇄적으로 회로에서 분리되어 정전 구간이 확대되는 현상이 캐스케이딩(cascading)이다.

    방지 대책은 저압선의 각 구간마다 구분 퓨즈를 두어 사고 구간만 국부적으로 끊어 내는 것이다. 즉 뱅킹 배전에서는 변압기 1차 측 고압 컷아웃 스위치(COS)와 저압 구분 퓨즈의 보호 협조가 핵심이 된다.

    표기에 관하여: 영어 cascading의 음차이므로 캐스케이딩으로 적는 것이 표준이며, 일부 교재에는 '케스케이딩'으로 인쇄되어 있으나 같은 용어다. 채점에서는 둘 다 인정된다.

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    132023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    부하설비의 용량이 1,000[kW]이고, 이 부하는 역률 85[%]에 수용률 70[%]로 사용된다. 이때 나타나는 최대수용전력을 [kVA] 단위로 산출하시오.

    해설

    823.53[kVA]


    [해설]

    설비용량에 수용률을 곱하면 유효전력 기준의 최대수요가 나온다.

    P=1,000×0.7=700[kW]P=1{,}000\times0.7=700\,[\mathrm{kW}]

    이를 변압기 용량 기준인 피상전력으로 바꾸려면 역률로 나눈다.

    Pa=Pcosθ=1,000×0.70.85=823.529[kVA]P_a=\dfrac{P}{\cos\theta}=\dfrac{1{,}000\times0.7}{0.85}=823.529\cdots\,[\mathrm{kVA}]

    따라서 823.53[kVA]이다.

    물음이 [kVA]를 요구했으므로 역률로 나누는 과정을 빠뜨리면 안 된다. 700[kW]로 답하면 단위가 맞지 않는다.

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    142023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    특고압용 변압기는 내부에 고장이 생겼을 때 이를 검출하여 보호하는 장치를 갖추어야 한다. 이 보호장치를 전기적 방식과 기계적 방식으로 나눌 때, 각각에 해당하는 것을 쓰시오.

    (1) 전기적 보호장치 — 1가지

    (2) 기계적 보호장치 — 2가지

    해설

    (1) 비율차동계전기

    (2) ① 부흐홀츠 계전기 ② 충격압력 계전기


    [해설]

    변압기 내부고장은 권선의 층간단락·상간단락·지락과 절연유의 국부 과열로 나타난다. 검출 방식은 두 갈래다.

    · 전기적 보호 — 1차·2차 전류를 변류비로 환산해 비교하고, 그 차이가 일정 비율을 넘으면 동작하는 비율차동계전기가 대표적이다. 여자 돌입전류나 변류기 오차로 인한 오동작을 막기 위해 억제 코일을 두어 '비율'로 판단한다.

    · 기계적 보호 — 고장 시 절연유가 분해되며 발생하는 가스와 유동을 이용한다. 본체와 콘서베이터를 잇는 연결관에 설치해 가스 축적과 유류 흐름으로 동작하는 부흐홀츠 계전기, 내부 압력의 급상승을 감지하는 충격압력 계전기가 있다. 이 밖에 방압장치(압력방출장치)도 기계적 보호에 속한다.

    기계적 보호는 전기량을 보지 않으므로 미소한 층간단락처럼 전류 변화가 작은 초기 고장에도 반응한다는 것이 장점이다.

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    152023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    어느 공장에 용량 500[kVA]인 변압기가 있고, 그 변압기에는 역률 70[%]짜리 500[kVA] 부하가 걸려 있다. 부하에 전력용 콘덴서를 병렬로 달아 종합 역률이 85[%]가 되도록 개선하였다면, 이 변압기로 추가로 감당할 수 있는 부하는 몇 [kW]인지 구하시오.

    해설

    75[kW]


    [해설]

    변압기의 용량 한계는 [kVA], 즉 피상전력으로 정해진다. 역률을 개선해도 변압기가 낼 수 있는 피상전력은 여전히 500[kVA]이지만, 그 안에서 유효전력이 차지하는 몫이 커지므로 그만큼 부하를 더 걸 수 있다.

    개선 전 유효전력: P1=500×0.7=350[kW]P_1=500\times0.7=350\,[\mathrm{kW}]

    개선 후 유효전력: P2=500×0.85=425[kW]P_2=500\times0.85=425\,[\mathrm{kW}]

    증설 가능 부하: ΔP=P2P1=500(0.850.7)=75[kW]\Delta P=P_2-P_1=500\,(0.85-0.7)=75\,[\mathrm{kW}]

    따라서 75[kW]를 더 걸 수 있다.

    즉 증설 여유는 ΔP=Pa(cosθ2cosθ1)\Delta P=P_a(\cos\theta_2-\cos\theta_1)로 간단히 정리된다. 이때 증설되는 부하 역시 개선 후 역률을 유지한다고 본다.

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    162023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    다음은 3상 유도전동기를 직입 기동시키기 위한 미완성 회로도이다. 아래 조건대로 동작하도록 비어 있는 자리에 접점을 넣어 회로를 완성하시오.

    L1 L2 L3 MCCB MC THR M PL THR MC GL RL

    [조건]

    · 전원이 들어와 있는지 알 수 있도록 표시용 파일럿 램프(PL)를 하나 둔다.

    · PB1(기동)을 눌렀을 때 MC가 여자되면서 전동기가 회전하고 RL이 켜진다.

    · PB2(정지)를 눌렀을 때에는 전동기가 멎고 GL이 꺼진다.

    해설

    L1 L2 L3 MCCB MC THR M PL PB1 MC PB2 THR MC MC GL MC RL

    · PL: 접점을 거치지 않고 상단 모선과 하단 모선 사이에 그대로 잇는다(전원 표시등).

    · MC 코일 회로: PB1(a접점)에 MC-a 접점을 병렬로 붙여 자기유지를 만들고, 그 아래로 PB2(b접점) → THR 수동복귀 b접점 → MC 코일 순으로 직렬 연결한다.

    · GL 회로: 상단 모선 → MC-a 접점 → GL → 하단 모선

    · RL 회로: 상단 모선 → MC-a 접점 → RL → 하단 모선


    [해설]

    자기유지 — 누름버튼은 손을 떼면 원래대로 돌아가므로, PB1과 나란히 MC 자신의 a접점을 물려 두어야 코일이 계속 여자된 채로 남는다. 이 병렬 묶음 뒤에 정지용 PB2(b접점)를 직렬로 넣어야 버튼을 누르는 순간 회로가 끊겨 전동기가 멈춘다. PB2를 병렬 묶음 앞이 아니라 뒤에 두는 이유가 여기에 있다.

    THR — 열동계전기의 수동복귀 b접점을 MC 코일 바로 앞에 직렬로 두어, 과부하로 동작하면 코일이 소자되고 사람이 복귀시키기 전까지는 재기동되지 않게 한다.

    램프 접점의 선택 — 조건이 '정지 버튼을 누르면 GL이 꺼진다'이므로, GL은 MC가 여자되어 있는 동안 켜져 있어야 한다. 따라서 GL 앞에도 b접점이 아니라 MC-a 접점을 쓴다. RL도 같은 이유로 MC-a 접점을 쓴다(운전 중 두 램프가 함께 점등되는 회로다).

    전원 표시등(PL) — 조건 첫 줄이 전원 표시용 램프를 요구하고 있으므로, 접점 없이 제어 모선 사이에 직결한 분기가 반드시 있어야 한다. 일부 교재에는 이 PL 분기가 문제 도면과 정답 회로 양쪽에서 빠진 채 4분기로만 실려 있는데, 그러면 자기 조건과 도면이 어긋난다. 조건에 맞추어 PL 분기를 포함한 5분기 회로가 옳다.

    주회로는 L1·L2·L3 → MCCB → MC 주접점 3개 → THR 히터 → 전동기 M 으로 이미 완성되어 있으므로 손대지 않는다.

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    172023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    배전설비 계획에 쓰이는 수용률에 대하여 다음에 답하시오.

    (1) 수용률을 산정하는 식

    (2) 수용률이 뜻하는 바

    해설

    (1) 수용률=최대수용전력[kW]부하설비 용량의 합[kW]×100[%]\text{수용률}=\dfrac{\text{최대수용전력}[\mathrm{kW}]}{\text{부하설비 용량의 합}[\mathrm{kW}]}\times100\,[\%]

    (2) 설치된 부하설비가 실제로 동시에 사용되는 정도를 나타내는 계수


    [해설]

    어떤 수용가에 설비된 부하가 한꺼번에 전부 걸리는 일은 거의 없다. 그래서 설비용량을 그대로 변압기 용량으로 잡으면 설비가 과대해진다. 수용률은 설비용량 가운데 실제 최대수요로 나타나는 비율을 나타내며, 변압기·간선 용량을 정하는 기본 계수가 된다. 값은 보통 1보다 작다.

    함께 쓰이는 계수와 비교하면 이해가 쉽다.

    · 수용률 = 최대수용전력 ÷ 설비용량 → 설비를 동시에 쓰는 정도(1 이하)

    · 부등률 = 개별 최대수요전력의 합 ÷ 합성 최대전력 → 최대수요 발생 시각이 어긋나는 정도(1 이상)

    · 부하율 = 평균전력 ÷ 최대수용전력 → 설비를 얼마나 고르게 쓰는지(1 이하)

    세 계수를 묶으면 변압기 용량은 변압기 용량=설비용량×수용률부등률\text{변압기 용량}=\dfrac{\text{설비용량}\times\text{수용률}}{\text{부등률}}로 산정한다.

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    182023년-전기산업기사실기(필답형)-1회차

    23-1

    수변전설비에 시설하는 서지흡수기(SA)에 관하여 다음을 설명하시오.

    (1) 어떤 목적으로 쓰는 기기인가

    (2) 어느 위치에 설치하는가

    해설

    (1) 구내 선로에서 생기는 개폐서지·순간 과도전압 등의 이상전압이 2차 측 기기에 미치는 악영향을 막는 기기

    (2) 개폐서지를 일으키는 차단기의 후단(2차 측)과 보호 대상 부하 사이


    [해설]

    진공차단기(VCB)는 전류를 영점 이전에 강제로 끊는 성질(재단 현상) 때문에 개폐할 때마다 급준한 서지를 만든다. 이 서지는 파고값보다도 파두 준도가 문제여서, 권선 절연이 상대적으로 약한 몰드변압기·건식변압기나 유도전동기의 첫 몇 턴에 전압이 집중되어 층간절연을 깨뜨린다. 서지흡수기는 이런 개폐서지·순간 과도전압을 흡수해 2차 기기를 지키는 장치다.

    설치 위치는 서지 발생원과 보호 대상 사이다. 실무에서는 진공차단기 2차 측에 몰드변압기·건식변압기·유도전동기 등을 부하로 쓰는 경우, 그 차단기와 부하 사이에 각 상마다 설치한다. 보호 대상에 되도록 가깝게 붙여야 인출선 인덕턴스에 의한 전압 상승을 줄일 수 있다.

    피뢰기(LA)와 혼동하기 쉬운데 역할이 다르다. 피뢰기는 계통 밖에서 들어오는 뇌서지를 대지로 방류해 수전설비 전체를 지키고, 서지흡수기는 구내에서 스스로 발생하는 개폐서지로부터 특정 기기를 지킨다. 유입변압기처럼 절연이 충분한 기기에는 서지흡수기를 별도로 두지 않는다.

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