2019년 전기산업기사실기(필답형) 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

단선 전 소비 전력의 $\dfrac{1}{2}$배로 줄어든다.

[해설]

단선 전에는 저항 $R$ 3개가 △로 연결되어 각 저항에 선간 전압 $E$가 그대로 걸린다.

$P_1 = 3 \times \dfrac{E^{2}}{R} = \dfrac{3E^{2}}{R}\,[\mathrm{W}]$

P점이 끊어지면 L3로 가는 한 갈래가 없어지고, 살아 있는 L1–L2 두 선 사이에서 회로를 다시 본다. △의 한 변에 있던 저항 $R$은 L1–L2에 그대로 걸리고, 나머지 두 저항은 단선점을 지나지 않는 경로로 이어져 $R + R = 2R$의 직렬이 되어 역시 L1–L2 사이에 걸린다. 결국 $R$과 $2R$의 병렬이다.

$R_0 = \dfrac{R \times 2R}{R + 2R} = \dfrac{2}{3}R\,[\Omega]$

$P_2 = \dfrac{E^{2}}{R_0} = \dfrac{E^{2}}{\dfrac{2}{3}R} = \dfrac{3E^{2}}{2R}\,[\mathrm{W}]$

두 전력을 나누면 답이 나온다.

$\dfrac{P_2}{P_1} = \dfrac{\dfrac{3E^{2}}{2R}}{\dfrac{3E^{2}}{R}} = \mathbf{\dfrac{1}{2}}$

같은 계산을 저항별로 확인해도 된다. $R$ 하나에는 $\dfrac{E^{2}}{R}$, 직렬이 된 $2R$ 쪽에는 $\dfrac{E^{2}}{2R}$이 소비되어 합이 $\dfrac{3E^{2}}{2R}$로 같다. 즉 한 상이 끊어지면 3상 평형 저항 부하의 소비 전력은 절반이 된다.

28.57[%]

[해설]

단상 3선식의 설비 불평형률은 중성선과 각 전압 측 전선 사이에 접속되는 부하 설비 용량의 차를, 총 부하 설비 용량의 $\dfrac{1}{2}$로 나눈 백분율이다.

$\text{설비 불평형률} = \dfrac{\text{중성선과 각 전압 측 전선 간 부하 설비 용량의 차}}{\text{총 부하 설비 용량} \times \dfrac{1}{2}} \times 100\,[\%]$

도면에서 중성선 N을 한쪽 끝으로 하는 부하는 L1–N의 8[kVA]와 N–L2의 5[kVA] 둘뿐이므로 분자는 그 차이가 된다. L1–L2 사이의 8[kVA]는 중성선을 지나지 않아 분자에는 들어가지 않지만, 총 설비 용량을 셀 때는 반드시 포함된다. 이 대목이 이 문제의 함정이다.

$\text{분자} = 8 - 5 = 3\,[\mathrm{kVA}]$

$\text{분모} = (8 + 5 + 8) \times \dfrac{1}{2} = 21 \times \dfrac{1}{2} = 10.5\,[\mathrm{kVA}]$

$\text{설비 불평형률} = \dfrac{3}{10.5} \times 100 = \mathbf{28.57}\,[\%]$

저압 수전의 단상 3선식에서 설비 불평형률은 40[%] 이하로 잡는 것이 기준이므로, 28.57[%]인 이 선로는 기준을 만족한다.

한편 일부 교재에는 도면의 부하 용량이 4·3·5[kVA]로 그려져 있으면서 풀이에는 8·5·8[kVA]가 대입되어 도면과 계산이 어긋나 있다. 도면 값 4·3·5[kVA]로 풀면 $\dfrac{4-3}{(4+3+5) \times 1/2} \times 100 = 16.67\,[\%]$가 되어 정답 28.57[%]과 맞지 않는다. 여기서는 도면과 계산이 일치하는 8·5·8[kVA]를 기준으로 삼았다.

(1) 유접점 회로

X : $\overline{A_1}$ b접점 → $A_2$ a접점 직렬 경로와 $A_1$ a접점 → $A_4$ a접점 직렬 경로를 병렬로 묶고, 그 뒤에 $A_3$ a접점을 직렬로 넣어 램프 X로 보낸다.

Y : $\overline{A_1}$ → $\overline{A_3}$ → $\overline{A_4}$ b접점 3개 직렬 경로와 $A_1$ → $A_3$ → $A_4$ a접점 3개 직렬 경로를 병렬로 묶고, 그 뒤에 이미 그려져 있는 $\overline{A_2}$ b접점을 거쳐 램프 Y로 보낸다.

Z : $A_1$ a접점 → $\overline{A_3}$ b접점을 직렬로 두고, 그 뒤에 $A_2$ a접점과 $A_4$ a접점을 병렬로 붙여 램프 Z로 보낸다.

(2) 무접점 회로

X : AND($\overline{A_1}$, $A_2$, $A_3$)와 AND($A_1$, $A_3$, $A_4$)의 출력을 OR

Y : AND($\overline{A_1}$, $\overline{A_2}$, $\overline{A_3}$, $\overline{A_4}$)와 AND($A_1$, $\overline{A_2}$, $A_3$, $A_4$)의 출력을 OR

Z : AND($A_1$, $A_2$, $\overline{A_3}$)와 AND($A_1$, $\overline{A_3}$, $A_4$)의 출력을 OR

[해설]

동작표에서 출력이 1인 행만 뽑아 곱항(최소항)으로 적고, 이를 묶어 간이화한 것이 보기의 논리식이다.

X가 1인 행은 0110, 0111, 1011, 1111이다.

$X = \overline{A_1}A_2A_3(\overline{A_4} + A_4) + A_1A_3A_4(\overline{A_2} + A_2) = \overline{A_1}A_2A_3 + A_1A_3A_4 = \mathbf{A_3(\overline{A_1}A_2 + A_1A_4)}$

Y가 1인 행은 0000과 1011뿐이므로 두 곱항에서 $\overline{A_2}$를 묶어낸다.

$Y = \mathbf{\overline{A_2}(\overline{A_1}\,\overline{A_3}\,\overline{A_4} + A_1A_3A_4)}$

Z가 1인 행은 1001, 1100, 1101이다. 세 항에 공통인 $A_1\overline{A_3}$을 묶으면 남는 것은 $\overline{A_2}A_4 + A_2\overline{A_4} + A_2A_4$이고, 이는 $A_4(\overline{A_2} + A_2) + A_2\overline{A_4} = A_4 + A_2\overline{A_4} = A_2 + A_4$로 줄어든다.

$Z = \mathbf{A_1\overline{A_3}(A_2 + A_4)}$

세 식을 동작표 16행에 모두 대입해 보면 X·Y·Z의 값이 표와 전부 일치한다. 참고로 일부 교재의 보기에는 Z의 최종 간이화식이 $A_1\overline{A_1}(A_2 + A_4)$로 인쇄되어 있는데, $A_1 \cdot \overline{A_1} = 0$이므로 이 식은 어떤 입력에서도 항상 0이 되어 동작표를 만족하지 못한다. $\overline{A_3}$을 $\overline{A_1}$로 잘못 적은 오식이다.

유접점 회로를 최소 접점 수로 그리는 요령은 묶어낸 공통 인수를 그림에서도 공유하는 것이다. X와 Y와 Z의 곱항들은 모두 $\overline{A_1}$ 계열과 $A_1$ 계열로 갈리므로, 상부 모선에서 $\overline{A_1}$ b접점 하나와 $A_1$ a접점 하나만 내려 두 갈래의 급전 절점을 만들고, 그 아래에서 각 램프로 가지를 친다. 이렇게 하면 $A_1$·$\overline{A_1}$ 접점을 램프마다 따로 두지 않아도 되어 접점 수가 최소가 된다.

무접점 회로는 논리식의 곱항 하나가 AND 게이트 하나, 합이 OR 게이트 하나에 그대로 대응한다. 입력마다 NOT 게이트를 하나씩 두어 $A_1 \sim A_4$와 그 부정 신호까지 8개의 세로 버스를 만들어 두고, 각 AND 게이트의 입력을 필요한 버스에 접속하면 된다.

220.82[V]

[해설]

부하에 220[V]가 걸린 상태를 기준으로 전류를 먼저 구한다.

$I = \dfrac{P}{V_r} = \dfrac{3 \times 10^{3}}{220} = 13.64\,[\mathrm{A}]$

단상 2선식은 가는 선과 오는 선 두 가닥 모두에서 전압강하가 생기므로 저항을 2배로 잡는다.

$e = 2 I R = 2 \times 13.64 \times 0.03 = 0.82\,[\mathrm{V}]$

분기점 전압은 부하 단자 전압에 이 강하분을 더한 값이다.

$V_s = V_r + e = 220 + 0.82 = \mathbf{220.82}\,[\mathrm{V}]$

전압강하율로 보면 $\dfrac{0.82}{220} \times 100 = 0.37\,[\%]$로, 분기 회로에 허용되는 범위(표준 전압의 2[%] 이내)에 넉넉히 들어간다.

전기 방식이 바뀌면 계수도 바뀐다. 단상 2선식은 $e = 2IR$, 3상 3선식은 $e = \sqrt{3}IR$, 단상 3선식·3상 4선식은 $e = IR$(대지 전압 기준)이다. 문제에서 준 저항이 1선당 값인지 왕복 합계인지도 반드시 확인한다.

(1) ① 평상시 부하 전류를 안전하게 통전한다 ② 단락 전류 등 고장 전류가 흐르면 즉시 용단되어 전로와 기기를 보호한다

(2) 용단되면 재투입이 불가능하다.

(3) ① 차단기 ② 개폐기 ③ 단로기

(4) 한류형 전력 퓨즈(PF)와 고압 개폐기(S)

[해설]

(1) 전력 퓨즈의 역할은 평상시와 사고 시로 갈린다. 평상시에는 부하 전류를 녹지 않고 안전하게 통전해야 하고, 사고 시에는 단락 전류를 비롯한 고장 전류를 신속히 차단해 전로와 기기를 지켜야 한다. 특히 한류형 퓨즈는 단락 전류가 최댓값에 이르기 전에 끊어 통과 에너지를 크게 줄인다.

(2) 퓨즈는 자기 몸이 녹아서 차단하는 소자다. 그래서 한 번 용단되면 다시 넣을 수 없고 교체해야 한다. 3상 중 한 상만 끊어져 결상 운전이 될 수 있다는 점, 과부하 영역에서 보호 협조를 잡기 어렵다는 점도 함께 지적되지만 가장 큰 단점은 재투입 불가다.

(3) 표를 위에서부터 읽으면 답이 하나로 정해진다. 네 가지 동작을 모두 할 수 있는 ①은 차단기다. 부하 전류 개폐와 과부하 차단까지는 되지만 단락 차단을 못 하는 ②는 개폐기이며, 무부하 상태의 회로 분리만 가능한 ③은 단로기다.

퓨즈가 무부하 분리와 단락 차단은 되면서 부하 개폐와 과부하 차단이 안 되는 것과, 단로기가 무부하 분리만 되는 것을 대비해 두면 표를 통째로 외우지 않아도 된다.

(4) 큐비클은 주 차단 장치를 무엇으로 꾸미느냐로 이름이 갈린다.

이름의 S가 개폐기(Switch)를 뜻하므로 PF-S형 = 전력 퓨즈 + 고압 개폐기로 읽으면 된다.

(1) 59.52[%]

(2) 91.85[%]

[해설]

(1) 부하율은 같은 기간의 평균 전력이 최대 전력의 몇 [%]인지를 나타내는 값이다.

$\text{부하율} = \dfrac{\text{평균 전력}}{\text{최대 전력}} \times 100\,[\%]$

하루치 평균 전력은 사용 전력량을 24시간으로 나눈 값이다.

$P_{avg} = \dfrac{100}{24} = 4.1667\,[\mathrm{kW}]$

$\text{일 부하율} = \dfrac{100/24}{7} \times 100 = \mathbf{59.52}\,[\%]$

(2) 최대 전력 7[kW]는 유효 전력이고, 그때의 선전류가 20[A]이므로 3상 피상 전력과의 비가 곧 역률이다.

$\cos\theta = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V I} \times 100 = \dfrac{7 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 220 \times 20} \times 100 = \mathbf{91.85}\,[\%]$

참고로 이때의 피상 전력은 $\sqrt{3} \times 220 \times 20 = 7{,}621\,[\mathrm{VA}] = 7.62\,[\mathrm{kVA}]$로, 설비 용량 11[kVA] 안에 들어간다.

여기서 전동기의 정격 용량 11[kVA]는 두 물음 어느 쪽 계산에도 쓰이지 않는 조건이다. 부하율은 전력량과 최대 전력만으로, 역률은 최대 전력과 그때의 전압·전류만으로 결정된다. 이런 잉여 조건에 끌려 $11 \times 10^{3}$을 분모에 넣지 않도록 주의한다.

(1) ① 절연유를 쓰지 않아 화재·폭발의 우려가 없다 ② 소형·경량으로 만들 수 있다 ③ 코로나 개시 전압과 임펄스 강도가 높다

(2) ① 서지에 약해 별도의 보호 대책이 있어야 한다 ② 옥외 설치가 곤란하고 대용량 제작이 어렵다 ③ 충격파 내전압이 낮아 진공 차단기와 함께 쓰면 서지 흡수기를 시설해야 한다

[해설]

몰드 변압기는 권선을 에폭시 수지로 진공 주형해 굳힌 건식 변압기다. 절연 매질이 기름에서 고체 수지로 바뀌었다는 한 가지 사실에서 장점과 단점이 모두 흘러나온다.

기름이 없어지면서 얻은 것 — 연소할 기름이 없으니 비폭발성·난연성이 되어 옥내·지하·건물 내 수전실에 그대로 놓을 수 있고, 유량·절연유 열화 점검이나 유지 보수가 사라져 보수·점검이 간단해진다. 절연 거리가 짧아져 소형·경량이 되고 무부하손이 줄어 전력 손실이 작다. 진공 주형이라 권선 내부에 공극(보이드)이 없어 코로나 개시 전압이 높고 임펄스 강도가 우수하며, 흡습이 없어 내습·내진성도 좋다.

기름이 없어지면서 잃은 것 — 기름이 맡던 절연·냉각·소호 기능이 사라져 충격파(서지) 내전압이 유입형보다 낮다. 그래서 진공 차단기(VCB)처럼 개폐 서지를 만드는 기기와 조합할 때는 서지 흡수기(SA)를 반드시 붙여야 한다. 수지 주형이라 가격이 비싸고 권선이 손상되면 부분 수리·고장점 점검이 곤란하며, 직사광선·빗물에 약해 옥외 설치가 곤란하고 대용량기 제작도 어렵다.

코로나 개시 전압이 높다는 장점과 충격파 내전압이 낮다는 단점은 서로 모순이 아니다. 앞의 것은 상시 운전 전압에서 부분 방전이 잘 일어나지 않는다는 뜻이고, 뒤의 것은 순간적인 뾰족한 서지 파형에 대한 절연 내력이 유입형만 못하다는 뜻이다.

답안에 적을 항목은 위 목록 어느 것을 골라도 되며, 장점 쪽은 화재 위험 없음·소형 경량·보수 점검 용이·손실 감소·코로나 및 임펄스 특성 우수 중에서, 단점 쪽은 서지에 약함·SA 필요·고가·수리 곤란·옥외 설치 및 대용량화 곤란 중에서 3가지씩 고르면 된다.

(1) 173.21[kW]

(2) 157.61[%]

[해설]

(1) 단상 변압기 2대로 3상을 만드는 V 결선의 출력은 변압기 1대 용량의 $\sqrt{3}$배다. 역률이 1이므로 [kVA] 값이 그대로 [kW]가 된다.

$P_V = \sqrt{3}\,P_1\cos\theta = \sqrt{3} \times 100 \times 1 = \mathbf{173.21}\,[\mathrm{kW}]$

(2) 과부하율은 실제로 걸린 부하가 공급 능력의 몇 [%]인지를 뜻한다.

$\text{과부하율} = \dfrac{\text{부하 용량}}{\text{변압기 공급 능력}} \times 100 = \dfrac{273}{173.21} \times 100 = \mathbf{157.61}\,[\%]$

즉 한 대가 빠진 상태로 부하를 그대로 두면 남은 두 대는 정격의 1.5배가 넘게 혹사당한다. 오래 끌 수 없는 상태이므로 부하 제한이나 예비 변압기 투입이 필요하다.

V 결선의 두 지표도 함께 기억해 둔다. 변압기 3대(△ 결선, 출력 $3P_1$)와 견준 출력비는 $\dfrac{\sqrt{3}P_1}{3P_1} = 0.577$(57.7[%]), 남은 2대의 설비 용량과 견준 이용률은 $\dfrac{\sqrt{3}P_1}{2P_1} = 0.866$(86.6[%])이다. 이 문제의 과부하율은 출력비의 역수 $1/0.577 = 1.732$가 아니라, 부하 273[kW]를 기준으로 잡은 값이라는 점에 유의한다.

① 글로우 스타터 회로(예열 기동형)

② 순시 기동 회로

③ 래피드 스타트 회로(속시 기동형)

[해설]

형광 램프는 방전등이라 기동 순간에 필라멘트를 데우고 방전을 일으킬 높은 전압이 필요하다. 그 일을 어떻게 처리하느냐로 점등 회로가 갈린다.

글로우 스타터 회로는 글로우 방전으로 붙었다 떨어지는 점등관을 두어 필라멘트를 예열한 뒤, 회로가 끊기는 순간 안정기에서 나오는 유도 기전력으로 방전을 일으킨다. 값이 싸지만 켜지기까지 몇 초가 걸린다. 점등관 대신 반도체 소자를 쓴 전자 스타터 회로도 같은 계열이다.

순시 기동 회로는 예열 없이 높은 시동 전압을 곧바로 걸어 점등시킨다. 슬림라인 램프가 이 방식이며 즉시 켜지는 대신 전극 소모가 크다.

래피드 스타트 회로는 안정기 안에 필라멘트 예열용 권선을 따로 두어 예열과 시동 전압 인가를 동시에 진행한다. 1초 안팎으로 빨리 켜지고 점등관이 필요 없어 사무실 조명에 널리 쓰인다.

한편 같은 물음을 전원과 안정기 방식으로 나누어 직류 점등 회로 · 교류 점등 회로 · 자기 누설 변압기 점등 회로로 답하는 분류도 쓰인다. 분류 축이 다를 뿐 어느 쪽도 형광 방전 램프의 점등 회로를 가리키며, 답안에는 한 가지 축으로 일관되게 3가지를 적으면 된다.

2.42[%]

[해설]

2차를 단락하고 1차 정격 전류가 흐를 때까지 올린 전압이 임피던스 전압이고, 그때의 입력이 임피던스 와트(동손)다. 이 둘로 %강하를 구한 다음 전압 변동률 식에 넣는다.

%임피던스 강하

$\%z = \dfrac{V_s}{V_{1n}} \times 100 = \dfrac{170}{6{,}600} \times 100 = 2.58\,[\%]$

%저항 강하 — 임피던스 와트를 정격 용량으로 나눈다.

$\%p = \dfrac{P_s}{P_n} \times 100 = \dfrac{700}{50 \times 10^{3}} \times 100 = 1.4\,[\%]$

%리액턴스 강하 — 임피던스 삼각형에서 피타고라스로 뽑는다.

$\%q = \sqrt{(\%z)^{2} - (\%p)^{2}} = \sqrt{2.58^{2} - 1.4^{2}} = 2.17\,[\%]$

지상 역률 0.8이므로 $\sin\theta = 0.6$이고, 전압 변동률은 다음과 같다.

$\varepsilon = \%p\cos\theta + \%q\sin\theta = 1.4 \times 0.8 + 2.17 \times 0.6 = \mathbf{2.42}\,[\%]$

역률이 진상이면 $\varepsilon = \%p\cos\theta - \%q\sin\theta$가 되어 값이 작아지거나 음수가 될 수 있다. 부호가 갈리는 지점이므로 지상·진상을 먼저 확인하고 식을 세운다.

(1) 개폐 서지 등의 이상 전압으로부터 변압기·전동기 같은 전력 기기를 보호한다.

(2) 개폐 서지를 발생시키는 차단기의 후단(2차 측)과 보호하려는 기기의 전단 사이에 병렬로 시설한다.

[해설]

서지 흡수기는 구조가 피뢰기와 비슷한 일종의 옥내용 피뢰기다. 그러나 노리는 대상이 다르다. 피뢰기(LA)가 선로로 침입하는 뇌 서지를 인입구에서 처리한다면, 서지 흡수기는 구내에서 차단기가 개폐할 때 스스로 만들어 내는 개폐 서지·순간 과도 전압을 처리한다. 특히 진공 차단기(VCB)는 전류 재단(current chopping)으로 급준파를 만들기 때문에 서지 흡수기가 필요하다.

따라서 시설 위치는 서지를 만드는 쪽과 서지에 약한 쪽 사이로 정해진다. 즉 차단기 2차 측 주회로에서 한 점을 분기해 선로와 대지 사이에 병렬로 넣고, 반대편 단자는 반드시 접지한다.

보호 대상이 되는 대표적인 기기는 몰드 변압기·건식 변압기, 고압 전동기, 콘덴서, 그리고 반도체 소자를 쓰는 기기다. 이들은 충격파 내전압이 낮아 개폐 서지에 직접 노출되면 절연이 파괴되기 쉽다.

정격은 계통 공칭 전압에 따라 정해진다.

(1)

① 단로기(DS) — 무부하 상태에서 회로를 개폐하고, 기기를 전로에서 분리한다.

② 피뢰기(LA) — 이상 전압이 침입하면 대지로 방전시키고 속류를 차단한다.

④ 전력 수급용 계기용 변성기(MOF) — 전력량 계량을 위해 고전압·대전류를 저전압·소전류로 변성해 전력량계에 준다.

⑤ 계기용 변압기(PT) — 고전압을 저전압으로 변성해 계기·계전기의 전원으로 쓴다.

⑥ 전압계용 전환 개폐기(VS) — 전압계 1대로 3상 각 상의 전압을 골라 재는 개폐기.

⑦ 차단기(CB) — 부하 전류를 개폐하고 단락·과부하·지락 등 사고 전류를 차단한다.

⑧ 과전류 계전기(OCR) — 과전류를 검출해 차단기의 트립 코일을 여자시킨다.

⑨ 계기용 변류기(CT) — 대전류를 소전류로 변성해 계기·계전기에 공급한다.

⑬ 전류계용 전환 개폐기(AS) — 전류계 1대로 3상 각 상의 전류를 골라 재는 개폐기.

(2) 1차 $\dfrac{22{,}900}{\sqrt{3}}\,[\mathrm{V}]$, 2차 110[V]

(3) Y 결선

(4) ⑪ 10/5, ⑫ 40/5

(5) 상용 전원과 예비 전원(발전기)이 동시에 투입되는 것을 막기 위한 인터록

[해설]

(2) ⑤는 인입 주회로에서 한 상과 대지 사이에 걸린 계기용 변압기다. 계통 공칭 전압이 22.9[kV]인 3상 4선식(중성점 다중 접지)이므로 1차 측에는 상전압, 즉 $\dfrac{22{,}900}{\sqrt{3}}\,[\mathrm{V}]$가 걸린다. PT 2차 정격 전압은 110[V]가 표준이다.

(3) ⑩은 $3\phi 4W$ 22.9[kV]/380–220[V] 250[kVA] 변압기다. 2차에서 선간 380[V], 상전압 220[V]를 동시에 뽑아 쓰려면 중성점을 끌어낼 수 있어야 하므로 2차는 Y 결선이 된다. $380 \div \sqrt{3} = 220$이라는 관계가 그대로 근거가 된다.

(4) CT 1차 정격 전류는 부하 정격 전류에 여유율 150[%]를 곱해 잡은 뒤, 그보다 크면서 가장 가까운 표준값으로 올려 선정한다.

⑪(250[kVA] 뱅크) : $I_1 = \dfrac{250 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 22.9 \times 10^{3}} = 6.30\,[\mathrm{A}]$, $6.30 \times 1.5 = 9.45\,[\mathrm{A}]$ → 표준값 10[A] → CT비 10/5

⑫(1,000[kVA] 뱅크) : $I_1 = \dfrac{1{,}000 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 22.9 \times 10^{3}} = 25.21\,[\mathrm{A}]$, $25.21 \times 1.5 = 37.82\,[\mathrm{A}]$ → 표준값 40[A] → CT비 40/5

CT 1차 측 표준 정격 전류는 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300[A]이며 2차는 5[A]가 표준이다. 계산값을 내림하지 말고 반드시 올림해야 CT가 포화되지 않는다.

(5) ⑭는 차단기와 발전기 측 개폐기를 잇는 파선이다. 상용 전원과 예비 발전기가 같은 모선에 동시에 물리면 비동기 투입으로 기기가 파손되고 정전 작업 중인 선로에 역가압이 일어난다. 이를 기계적·전기적으로 막는 장치가 인터록이다.

덧붙여, 이 도면의 접지 개소(도면에 따라 ③으로 번호가 붙기도 한다)를 두고 접지 종별(제1종·제2종·제3종·특별 제3종)을 묻던 소문항은 현행 한국전기설비규정(KEC)에서 접지 종별 구분 자체가 폐지되어 더 이상 성립하지 않는다. 지금은 계통 접지(TN·TT·IT)와 기기 접지·피뢰 시스템 접지 등으로 목적에 따라 구분하고, 접지 저항값은 개별 기준으로 정한다.

16[mm²]

[해설]

부하가 여러 점에 나뉘어 걸린 회로는 전 부하가 부하 중심점에 몰려 있다고 보고 굵기를 정한다. 부하 중심까지의 거리는 각 부하 용량으로 가중 평균한 거리다.

$L = \dfrac{\sum P_i L_i}{\sum P_i} = \dfrac{1{,}100 \times (12 + 18 + 24 + 30 + 36 + 42)}{1{,}100 \times 6} = \dfrac{162}{6} = 27\,[\mathrm{m}]$

여섯 부하의 용량이 모두 1,100[W]로 같으므로 가중 평균은 거리의 산술 평균과 같아진다.

전 부하 전류는 220[V] 단상이므로

$I = \dfrac{P}{V} = \dfrac{1{,}100 \times 6}{220} = 30\,[\mathrm{A}]$

전기 방식별 전선 단면적 산정식은 다음과 같다.

단상 2선식이므로 계수 35.6을 쓴다.

$A = \dfrac{35.6 \times 27 \times 30}{1{,}000 \times 2} = 14.418\,[\mathrm{mm^2}]$

계산값보다 크면서 가장 가까운 표준 공칭 단면적을 고른다. 공칭 단면적은 1.5, 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150[mm²] 순이므로 14.418[mm²] 바로 위인 16[mm²]이 답이다. 10[mm²]으로 내리면 전압강하가 2[V]를 넘으므로 반드시 올림해야 한다.

300[kVA]

[해설]

변압기 용량은 그 변압기가 감당할 합성 최대 수용 전력을 피상 전력으로 환산한 값이다.

$\text{변압기 용량}\,[\mathrm{kVA}] = \dfrac{\text{설비 용량} \times \text{수용률}}{\text{부등률} \times \cos\theta}$

최대 수용 전력부터 구한다.

$P_m = 350 \times 0.6 = 210\,[\mathrm{kW}]$

이를 역률로 나누어 피상 전력으로 바꾼다.

$P_a = \dfrac{210}{0.7} = \mathbf{300}\,[\mathrm{kVA}]$

수용가가 하나뿐이라 부등률은 주어지지 않았고 1로 본다. 부등률은 여러 수용가(또는 여러 부하군)의 최대 수용 전력이 서로 다른 시각에 나타나는 정도를 나타내는 값이므로, 단일 수용가에서는 나눌 대상이 없다.

계산값 300[kVA]는 변압기 표준 용량(… 100, 150, 200, 300, 500[kVA] …)에 그대로 있으므로 올림 없이 300[kVA]를 선정한다.

127.35[A]

[해설]

역률이 서로 다른 부하가 한 간선에 섞여 있으므로 전류를 그냥 더하면 안 된다. 유효분과 무효분으로 갈라 벡터로 합성해야 설계 전류가 나온다.

먼저 전동기 부하 전체의 전류를 구한다. 전동기 용량 합계는 $2.5 + 7.5 + 50 = 60\,[\mathrm{kW}]$이다.

$I_M = \dfrac{60 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 380 \times 0.75} = 121.55\,[\mathrm{A}]$

이를 역률 0.75로 갈라 놓는다.

$I_r = 121.55 \times 0.75 = 91.16\,[\mathrm{A}]$

$I_q = 121.55 \times \sqrt{1 - 0.75^{2}} = 121.55 \times 0.6614 = 80.40\,[\mathrm{A}]$

전열기는 역률이 주어지지 않았으므로 1로 본다. 즉 무효분이 없고 유효분만 있다.

$I_H = \dfrac{5 \times 10^{3}}{\sqrt{3} \times 380 \times 1} = 7.60\,[\mathrm{A}]$

유효분끼리 더한 뒤 무효분과 직각으로 합성한다.

$I_B = \sqrt{(91.16 + 7.60)^{2} + 80.40^{2}} = \sqrt{98.76^{2} + 80.40^{2}} = \mathbf{127.35}\,[\mathrm{A}]$

간선은 설계 전류 $I_B$, 과전류 보호 장치의 정격 $I_n$, 전선의 허용 전류 $I_Z$ 사이에 $I_B \le I_n \le I_Z$가 성립해야 하므로, 이 간선에 필요한 최소 허용 전류는 127.35[A]가 된다.

참고로 전동기 전류 합계가 50[A]를 넘으면 여기에 1.1배를 곱한 뒤 나머지 부하 전류를 그냥 더하는 옛 간이식도 있다. 그 식으로 계산하면 $121.55 \times 1.1 + 7.60 = 141.31\,[\mathrm{A}]$가 되어 값이 달라진다. 무효분을 무시하고 계수로 대신한 근사이므로, 여기서는 유효·무효 성분을 벡터로 합성한 설계 전류를 답으로 삼는다.