2018년 전기산업기사실기(필답형) 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) 5,000[kVA]

(2) CT₁ 500/5, CT₂ 2,500/5

[해설]

(1) 중앙 변전소 변압기 용량

뱅크 하나의 최대 수용 전력을 역률로 나눠 피상 전력으로 바꾼다. A~D 네 뱅크의 부하는 모두 같다('좌동').

$P_{a,\text{bank}}=\dfrac{125\times 0.8+125\times 0.8+500\times 0.7+600\times 0.84}{0.8}=\dfrac{1{,}054}{0.8}=1{,}317.5\,[\mathrm{kVA}]$

네 뱅크를 합치고 뱅크 사이 부등률 1.3으로 나눈다.

$P_a=\dfrac{1{,}317.5\times 4}{1.3}=4{,}053.85\,[\mathrm{kVA}]$ → 표준 용량 5,000[kVA]

(2) 변류비

CT₁ 은 6[kV] 모선 쪽에 있으므로 계산 용량 4,053.85[kVA]를 6[kV] 3상 전류로 환산하고 여유 1.25~1.5배를 준다.

$I_1=\dfrac{4{,}053.85\times 10^{3}}{\sqrt{3}\times 6{,}000}=390.08\,[\mathrm{A}]$, $390.08\times(1.25\sim 1.5)=487.60\sim 585.12\,[\mathrm{A}]$ → 500/5

CT₂ 는 뱅크 변압기 2차(400[V]) 쪽이므로 뱅크 용량 1,317.5[kVA]를 기준으로 한다.

$I_1=\dfrac{1{,}317.5\times 10^{3}}{\sqrt{3}\times 400}=1{,}901.65\,[\mathrm{A}]$, $\times(1.25\sim 1.5)=2{,}377.06\sim 2{,}852.47\,[\mathrm{A}]$ → 2,500/5

CT₁ 을 선정 용량 5,000[kVA] 기준으로 잡아 600/5 로 싣는 자료가 있으나, 변류기는 실제로 흐를 부하 전류를 기준으로 고르는 것이므로 계산 용량 4,053.85[kVA] 로 산정하는 편이 옳다. 또한 변류기 1차 정격을 600[A]까지만 나열한 표를 쓰면 CT₂ 의 2,500[A]를 고를 수 없으므로, 문제에 주어진 규격표(2,500[A]까지)를 기준으로 삼아야 한다.

(1) 7.61[kW]

(2) 상용 동력 37.86[kVA], 하계 동력 74.29[kVA], 동계 동력 15.43[kVA]

(3) 188.03[kVA]

(4) 50[kVA]

(5) 75[kVA]

(6) 단상 변압기용 10[A], 3상 변압기용 10[A]

(7) 4.63[kVA]

[해설]

(1) 난방 동력의 수용 부하

온수 순환 펌프는 상시 운전이므로 수용률 100[%]를 그대로 걸고, 보일러 펌프와 오일 기어 펌프에만 55[%]를 곱한다.

$P = 3.7\times 1 + (6.7+0.4)\times 0.55 = 3.7 + 3.905 = 7.605 \approx$ 7.61[kW]

(2) 계통별 피상 전력

표의 계절별 합계를 동력 역률 0.7로 나눈다. $P_a=\dfrac{P}{\cos\theta}$

상용 $\dfrac{26.5}{0.7}=37.857\approx$ 37.86[kVA], 하계 $\dfrac{52.0}{0.7}=74.285\approx$ 74.29[kVA], 동계 $\dfrac{10.8}{0.7}=15.428\approx$ 15.43[kVA]

(3) 총 전기 설비 용량

하계 부하와 동계 부하는 같은 계절에 겹쳐 쓰이지 않으므로 둘 중 큰 하계 부하만 산입하고, 여기에 상용 동력과 조명·콘센트 설비 용량 75,880[VA]를 더한다.

$P_a = 37.86 + 74.29 + 75.88 =$ 188.03[kVA]

동계 15.43[kVA]까지 모두 더해 203.46[kVA]로 싣는 자료가 있으나, 그렇게 하면 (5)에서 하계·동계 중 큰 쪽만 잡는 처리와 앞뒤가 맞지 않는다.

(4) 단상 변압기 용량

전등 $(520+1{,}120+45{,}100+1{,}200)\times 0.6 = 28{,}764\,[\mathrm{VA}] = 28.76\,[\mathrm{kVA}]$

콘센트 $(10{,}500+440+3{,}000+3{,}600+2{,}400+7{,}200)\times 0.7 = 18{,}998\,[\mathrm{VA}] = 19\,[\mathrm{kVA}]$

기타(정류기) $800\times 1 = 800\,[\mathrm{VA}] = 0.8\,[\mathrm{kVA}]$

합 $28.76+19+0.8 = 48.56\,[\mathrm{kVA}]$ → 이보다 큰 표준 용량 50[kVA]

(5) 3상 변압기 용량

하계 52[kW] > 동계 10.8[kW] 이므로 하계 부하를 상용 동력과 합산한 뒤 평균 수용률 65[%]를 건다.

$P_a = \dfrac{26.5+52.0}{0.7}\times 0.65 = 112.14\times 0.65 = 72.89\,[\mathrm{kVA}]$ → 표준 용량 75[kVA]

(6) 변류기 1차 측 정격 전류

단상(단상 2선식) $I_1=\dfrac{50\times 10^{3}}{6{,}000}=8.33\,[\mathrm{A}]$, 여유 1.25~1.5배 → $10.42\sim 12.5\,[\mathrm{A}]$ → 표준 정격 10[A]

3상 $I_1=\dfrac{75\times 10^{3}}{\sqrt{3}\times 6{,}000}=7.22\,[\mathrm{A}]$, 여유 1.25~1.5배 → $9.02\sim 10.83\,[\mathrm{A}]$ → 표준 정격 10[A]

변류기 1차 정격 전류의 표준값은 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600[A] … 이다.

(7) 콘덴서 용량

보일러 펌프 6.7[kW]의 역률을 0.7 에서 0.95 로 올린다.

$Q_c = P(\tan\theta_1-\tan\theta_2) = 6.7\times\left(\dfrac{\sqrt{1-0.7^{2}}}{0.7}-\dfrac{\sqrt{1-0.95^{2}}}{0.95}\right) = 6.7\times(1.0202-0.3287) = 4.633$

따라서 4.63[kVA]이다.

참고로 조명·콘센트 표의 항목을 모두 더하면 $47{,}940+27{,}140+800 = 75{,}880\,[\mathrm{VA}]$ 로 표의 합계와 정확히 맞는다. 일반 콘센트를 80개(12,000[VA])로, 동력 역률을 55[%]로, (1)의 수용률을 65[%]로 실은 자료도 있으나 그 조건으로는 표의 합계와 항목 합이 어긋나고 다른 회차에 재출제된 같은 문항의 조건과도 맞지 않는다.

① 안전 관리 조직표

② 재해 발생 현황

③ 안전 교육 실적표

[해설]

전력시설물 공사감리업무 수행지침은 감리원이 분기별로 제출받는 안전 관리 결과 보고서의 첨부 서류를 다음과 같이 정하고 있다.

· 안전 관리 조직표

· 안전 보건 관리 체제

· 재해 발생 현황

· 산재 요양 신청서 사본

· 안전 교육 실적표

· 그 밖에 안전 관리에 관한 사항

이 가운데 3가지를 쓰면 된다. '안전 점검 실적'이나 '안전 관리비 사용 실적' 같은 항목을 답으로 싣는 자료가 있는데, 이는 안전 관리비 집행·점검 계열의 명칭이어서 결과 보고서 첨부 서류의 명칭 체계와는 바로 대응하지 않는다.

(1) 2.24배

(2) 80.07[%]

(3) 80.07[%]

[해설]

(1) 전력 손실 $P_l = 3I^{2}R$ 이 같다는 것은 선로 전류가 같다는 뜻이다. $P=\sqrt{3}\,VI\cos\theta$ 에서 전류가 고정이면 공급 전력은 전압에 정비례하므로

$\dfrac{P_2}{P_1}=\dfrac{V_2}{V_1}=\dfrac{345}{154}=$ 2.24배

(2) 같은 전력을 보낼 때 전력 손실은 전압의 제곱에 반비례한다($P_l \propto \dfrac{1}{V^{2}}$).

$\dfrac{P_{l2}}{P_{l1}}=\left(\dfrac{154}{345}\right)^{2}=0.1993$

감소분 $(1-0.1993)\times 100 =$ 80.07[%]

(3) 전압 강하율 $\varepsilon=\dfrac{P}{V^{2}}(R+X\tan\theta)\times 100$ 역시 전압의 제곱에 반비례하므로 감소분은 (2)와 같은 80.07[%]이다.

참고로 전압 강하 자체($e \propto \dfrac{1}{V}$)는 전압에 반비례하고, 전선의 단면적도 $\dfrac{1}{V^{2}}$ 로 줄어든다.

① LOAD — a접점(시작 입력) 접점으로, a접점의 연산을 시작하는 명령

② LOAD NOT — b접점(시작 입력) 접점으로, b접점의 연산을 시작하는 명령

[해설]

LOAD 계열은 한 회로(래더의 한 줄)를 시작하는 명령으로, 모선에서 처음 만나는 접점에 붙는다.

· LOAD(약어 LD) — 기호 ─┤ ├─ 는 a접점이다. 평소에는 열려 있다가 입력 신호가 들어오면 닫히며, 신호가 있을 때 1을 내보낸다.

· LOAD NOT(약어 LDN) — 기호 ─┤/├─ 는 b접점이다. 평소에는 닫혀 있다가 입력 신호가 들어오면 열리며, 신호가 없을 때 1을 내보낸다. 접점 기호 안의 빗금이 부정(NOT)을 뜻한다.

줄의 첫 접점이 아니라 도중에 접점을 이어 붙일 때에는 직렬이면 AND / AND NOT, 병렬이면 OR / OR NOT 을 쓰고, 출력 코일에는 OUT 을 쓴다.

2배

[해설]

전선의 실제 길이는 경간 $S$, 이도 $D$ 일 때

$L = S + \dfrac{8D^{2}}{3S}$

로 주어진다. 전선이 지지점에서 벗어나도 전선 자체의 길이는 변하지 않는다는 것이 이 문제의 열쇠다.

벗어나기 전 — 경간 $S$ 인 두 구간이므로

$L_1 = 2\left(S+\dfrac{8D_1^{2}}{3S}\right) = 2S + \dfrac{16D_1^{2}}{3S}$

벗어난 뒤 — 경간이 $2S$ 인 한 구간이 되므로

$L_2 = 2S + \dfrac{8D_2^{2}}{3\times 2S} = 2S + \dfrac{4D_2^{2}}{3S}$

$L_1 = L_2$ 에서 $16D_1^{2} = 4D_2^{2}$, 즉 $D_2^{2}=4D_1^{2}$ 이므로

$D_2 = 2D_1$ → 2배

전개 과정을 $4D_1^{2}=2D_2^{2}$ 로 적어 놓은 자료가 있는데, 그대로 풀면 $D_2=\sqrt{2}\,D_1$ 이 되어 결론인 '2배'와 어긋난다. 위와 같이 $16D_1^{2}=4D_2^{2}$ 가 되어야 맞다.

1차 측: 세 권선의 단자를 순환 접속(1번 권선 우단–2번 권선 좌단, 2번 권선 우단–3번 권선 좌단, 3번 권선 우단–1번 권선 좌단)해 닫힌 삼각형을 만들고, 각 접속점에서 3상 전원선을 뽑는다.

2차 측: 세 권선의 한쪽 단자를 한 도선으로 모두 묶어 중성점을 만들고, 반대쪽 단자 3개를 각각 3상 출력선으로 인출한다.

[해설]

복선도는 각 상의 권선을 한 가닥씩 모두 그려 어느 단자끼리 이어지는지를 보이는 그림이다. 단선도처럼 기호 하나로 줄여 그리면 안 된다.

Δ 결선은 세 권선을 끝과 끝이 물리도록 고리로 이어 폐로를 만들고, 세 접속점에서 선을 뽑는다. 폐로가 있어 제3고조파 여자 전류가 권선 안을 순환하며 기전력 파형이 정현파에 가까워지고, 한 상이 고장 나도 V결선으로 계속 송전할 수 있다.

Y 결선은 세 권선의 한쪽 끝을 한 점(중성점)에 모으고 나머지 끝에서 선을 뽑는다. 선간 전압이 상전압의 $\sqrt{3}$ 배가 되어 절연이 유리하고, 중성점 접지가 가능해 이상 전압을 억제할 수 있다.

따라서 Δ-Y 결선은 승압용에 알맞고, 1차와 2차 사이에 $30^{\circ}$ 의 각 변위가 생긴다. 1차 권선과 2차 권선은 도선으로 잇지 않는다(자기적으로만 결합).

변압기의 3상 결선은 다음 네 가지가 기본이다.

① 구성이 단순하고 건설비가 적게 든다

② 주로 소규모 용량의 수용가에 쓰인다

③ 예비 회선이 없어 사고가 나면 정전을 피할 수 없다

[해설]

1회선 수전은 전력 회사에서 오는 인입 선로가 하나뿐인 가장 기본적인 수전 방식이다. 인정되는 특징은 다음과 같다.

· 설비가 간단하고 경제적이며 보수도 쉽다

· 소규모 수용가에 적용한다

· 인입 선로나 수전 설비가 고장 나면 전력 공급이 끊긴다

· 사고 복구에 시간이 오래 걸린다

· 예비 회선이 없어 공급 신뢰도가 낮다

신뢰도를 높이려면 2회선 수전(평행 2회선·루프 수전·스포트 네트워크)으로 가야 하며, 그만큼 설비비가 올라간다.

1.43

[해설]

부등률은 개별 최대 수용 전력의 합을 합성 최대 전력으로 나눈 값이다.

$\text{부등률}=\dfrac{\sum(\text{설비 용량}\times\text{수용률})}{\text{합성 최대 전력}}$

각 수용가의 최대 수용 전력은

A $500\times 0.6 = 300\,[\mathrm{kW}]$, B $700\times 0.5 = 350\,[\mathrm{kW}]$, C $700\times 0.5 = 350\,[\mathrm{kW}]$

$\text{부등률}=\dfrac{300+350+350}{700}=\dfrac{1{,}000}{700}=1.4285\approx$ 1.43

부등률은 각 수용가의 최대 부하가 생기는 시각이 서로 어긋나기 때문에 항상 1보다 크거나 같다. 값이 클수록 설비를 공용해 얻는 이득이 크며, 그만큼 변압기 용량을 줄일 수 있다. 부등률은 단위가 없는 값이므로 답에 [kW] 같은 단위를 붙이지 않는다.

① 다운 라이트 방식

② 핀홀 라이트 방식

③ 코퍼 방식

[해설]

건축화 조명은 광원을 건축 구조체와 일체로 꾸미는 방식으로, 광원을 어디에 붙이느냐에 따라 갈린다.

천장 매입 방식 — 다운 라이트(천장에 작은 구멍을 뚫어 기구를 묻는 방식), 핀홀 라이트(다운 라이트의 개구부를 아주 작게 하거나 렌즈를 끼운 방식), 코퍼 라이트(천장을 원형·사각으로 파내고 그 안에 조명을 넣어 음영을 주는 방식), 라인 라이트(매입 형광등을 선 모양으로 연속 배치), 매입 형광등.

천장면(면광원) 이용 방식 — 광천장 조명, 루버 천장 조명, 코브 조명. 벽면 이용 방식 — 코니스 조명, 밸런스 조명, 광창 조명.

광천장·루버 천장을 매입 방식의 답으로 실은 자료가 있으나, 이 둘은 확산 판이나 루버로 천장 전체를 발광면으로 만드는 면광원 방식이어서 기구를 천장 속에 묻는 매입 계열과는 분류가 다르다.

(1)

(2) $X = LS_1\cdot LS_2 + LS_2\cdot LS_3 + LS_1\cdot LS_3$

(3)

2입력 AND 게이트 3개로 $LS_1\cdot LS_2$, $LS_2\cdot LS_3$, $LS_1\cdot LS_3$ 을 각각 만들고, 세 출력을 3입력 OR 게이트로 모아 X 를 얻는다.

[해설]

진리값 표를 보면 세 스위치 가운데 둘 이상이 1일 때만 X 가 1이 된다. 즉 3입력 다수결(2 out of 3) 회로다.

(1) 카르노도 — 출력이 1인 행은 011, 101, 110, 111 네 개다. 이를 (LS₁LS₂) 열, LS₃ 행 자리에 옮겨 적으면 위 표가 된다.

(2) 논리식 — 1이 든 칸을 2칸씩 묶으면 세 개의 묶음이 나온다.

· LS₃ 에 관계없이 LS₁LS₂=11 인 세로 묶음 → $LS_1\cdot LS_2$

· LS₃=1 행에서 LS₂=1 인 가로 묶음 → $LS_2\cdot LS_3$

· LS₃=1 행에서 LS₁=1 인 가로 묶음 → $LS_1\cdot LS_3$

세 묶음을 더하면 $X = LS_1 LS_2 + LS_2 LS_3 + LS_1 LS_3$ 이다. 최소항을 직접 정리해도 같다.

$X = LS_1 LS_2 LS_3 + LS_1 LS_2 \overline{LS_3} + \overline{LS_1}LS_2 LS_3 + LS_1\overline{LS_2}LS_3 = LS_1 LS_2 + LS_2 LS_3 + LS_1 LS_3$

이 식을 $LS_1$ 으로 묶어 $X = LS_1(LS_2+LS_3)+LS_2 LS_3$ 로 쓰기도 하는데, 8행 전부에 대입해 보면 값이 같은 부울 동치식이다. 이때는 OR 게이트 1개 + AND 게이트 2개 + OR 게이트 1개로 회로가 꾸려져 게이트 수가 하나 줄어든다. 어느 쪽으로 그려도 된다.

30개

[해설]

광속법(등수 산정식)은 $FUN = EAD$ 이며, 이를 등수 $N$ 에 대해 풀면 다음과 같다.

$N=\dfrac{EAD}{FU}$  ($E$: 평균 조도, $A$: 면적, $D$: 감광 보상률, $F$: 1등당 광속, $U$: 조명률)

값을 대입하면

$N=\dfrac{150\times 200\times 1.25}{2{,}500\times 0.5}=\dfrac{37{,}500}{1{,}250}=30$

따라서 30개가 필요하다. 감광 보상률 $D$ 는 보수율 $M$ 의 역수($D=\dfrac{1}{M}$)로, 오손·광속 감퇴를 미리 얹어 주는 계수이므로 분자에 곱한다. 40[W]라는 소비 전력은 광속이 따로 주어진 이상 계산에 쓰이지 않는다.

71.43[%]

[해설]

형광등 형번 FL-20D 의 20 은 램프의 정격 출력 20[W]를 뜻한다. 회로가 실제로 소비하는 유효 전력은 램프 출력에 안정기 손실을 더한 값이다.

유효 전력 $P = 20 + 5 = 25\,[\mathrm{W}]$

피상 전력 $P_a = VI = 100\times 0.35 = 35\,[\mathrm{VA}]$

역률 $\cos\theta=\dfrac{P}{P_a}\times 100=\dfrac{25}{35}\times 100=$ 71.43[%]

안정기 손실을 빼고 20[W]만 유효 전력으로 잡으면 57.14[%]가 나오는데, 안정기까지 포함한 등기구 전체의 역률을 묻고 있으므로 손실분을 반드시 더해야 한다.

(1) 장점

① 크기가 작아도 차단 용량이 크다

② 차단 시간이 짧아 고속 차단이 된다

③ 계전기와 변성기 없이 단독으로 동작한다

(2) 단점

① 한 번 용단되면 재투입이 안 된다

② 보호가 되지 않는 영역(비보호 영역)이 남는다

③ 과도 전류에 쉽게 녹아 결상을 일으킬 수 있다

[해설]

전력 퓨즈(PF)는 단락 전류의 차단을 맡는 소자로, 한류형은 아크 저항으로 사고 전류를 억제하면서 최초 반파 안에서 끊어 준다. 채점에서 인정되는 표준 항목은 다음과 같다.

장점 — 소형·경량이면서 차단 용량이 크다 / 고속 차단이 된다 / 릴레이·변성기가 필요 없다 / 가격이 싸고 유지 보수가 간단하다 / 한류 효과가 커 후비 기기의 열적·기계적 스트레스를 줄인다 / 밀폐형이라 개폐 시 소음이 없다.

단점 — 재투입이 불가능하다 / 비보호 영역이 있어 과부하 전류에는 동작이 확실하지 않다 / 동작 시간과 전류 특성을 임의로 조정할 수 없다 / 과도 전류(변압기 여자 돌입 전류, 전동기 기동 전류)에 용단되기 쉽다 / 한 상만 끊어지면 결상 운전이 된다 / 차단 시 과전압이 발생한다.

위 목록 가운데 어느 3가지를 골라 써도 되며, 답안의 항목은 그중 대표적인 것을 든 것이다.

20.54[kVA]

[해설]

콘덴서 용량은 개선 전후 무효 전력의 차이다.

$Q_c = P(\tan\theta_1-\tan\theta_2) = P\left(\dfrac{\sqrt{1-\cos^{2}\theta_1}}{\cos\theta_1}-\dfrac{\sqrt{1-\cos^{2}\theta_2}}{\cos\theta_2}\right)$

$Q_c = 30\times\left(\dfrac{\sqrt{1-0.65^{2}}}{0.65}-\dfrac{\sqrt{1-0.9^{2}}}{0.9}\right) = 30\times(1.1688-0.4843) = 20.544$

따라서 20.54[kVA]가 필요하다.

역률을 개선하면 무효 전류가 줄어 선로 손실과 전압 강하가 작아지고 설비 여유가 늘어난다. 다만 과보상(진상 운전)이 되면 오히려 전압이 올라가고 고조파가 커지므로 1.0 을 넘겨 보상하지 않는다.

(1)

(2) ① $\overline{B}$   ② $\overline{B}$   ③ $\overline{C}$

(3) $P_1=\overline{A}\cdot\overline{B}+(\overline{A}+\overline{B})\cdot\overline{C}$

$P_2=\overline{A}\cdot B\cdot C+A\cdot(\overline{B}\cdot C+B\cdot\overline{C})$

$P_3=A\cdot B\cdot C$

[해설]

(1) 진리표 — 가동 중인 공장 수를 세면 된다. 0개나 1개면 P₁, 2개면 P₂, 3개면 P₃ 가 1이 되고 나머지 펌프는 0이다. 세 출력이 동시에 1이 되는 행은 없다.

(3) 출력식

P₁ 은 출력이 1인 네 행(000, 001, 010, 100)의 최소항을 더한 뒤 묶는다.

$P_1=\overline{A}\,\overline{B}\,\overline{C}+\overline{A}\,\overline{B}C+\overline{A}B\overline{C}+A\overline{B}\,\overline{C}$

$\overline{A}\,\overline{B}\,\overline{C}$ 는 몇 번을 더해도 값이 변하지 않으므로($X+X=X$) 세 번 쓴 뒤 짝을 지으면

$P_1=\overline{A}\,\overline{B}(\overline{C}+C)+\overline{A}\,\overline{C}(\overline{B}+B)+\overline{B}\,\overline{C}(\overline{A}+A)=\overline{A}\,\overline{B}+\overline{A}\,\overline{C}+\overline{B}\,\overline{C}$

$\overline{C}$ 로 다시 묶어 $P_1=\overline{A}\,\overline{B}+(\overline{A}+\overline{B})\overline{C}$ 를 얻는다.

P₂ 는 출력이 1인 세 행(011, 101, 110)을 더한다.

$P_2=\overline{A}BC+A\overline{B}C+AB\overline{C}=\overline{A}BC+A(\overline{B}C+B\overline{C})$

P₃ 는 세 입력이 모두 1인 한 행뿐이므로 $P_3=ABC$ 이다.

(2) 빈칸 접점 — 회로도의 각 가지를 위 출력식과 맞대어 보면, P₁ 회로에서 $\overline{A}$ 와 병렬로 놓인 ①은 $\overline{B}$(그래야 $(\overline{A}+\overline{B})\overline{C}$ 가 된다), P₂ 회로에서 A 뒤 C 앞의 ②는 $\overline{B}$, B 뒤의 ③은 $\overline{C}$ 이다.

완성된 회로는 다음과 같다.