2018년 전기산업기사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

전원 → 우측 3로 스위치 공통 단자 → 진행선 2가닥 → 중앙 3로 스위치 2개(4로 스위치 대용) → 진행선 2가닥 → 좌측 3로 스위치 공통 단자 → 등기구 → 전원 반대극 순으로 결선한다.

[해설]

점멸 개소가 두 곳이면 3로 스위치 2개면 되지만, 세 곳에서 점멸하려면 양 끝에 3로 스위치 2개, 가운데에 4로 스위치 1개가 필요하다. 이 문제는 4로 스위치를 따로 쓰지 않고 3로 스위치 2개를 서로 맞물려(진행 단자끼리 교차 접속) 4로 스위치 대용으로 쓴 것이어서 스위치가 모두 4개가 된다. 단선도의 심벌 S3×2 가 바로 그 뜻이다.

결선의 요령은 다음과 같다.

① 전원의 비접지 측을 한쪽 끝 3로 스위치의 공통 단자에 넣는다.

② 그 스위치의 진행 단자 2개를 가운데 4로(3로 2개 맞물림)의 한쪽 2단자에 잇는다.

③ 4로의 반대쪽 2단자를 다른 끝 3로 스위치의 진행 단자 2개에 잇는다.

④ 그 스위치의 공통 단자를 등기구에 넣고, 등기구의 나머지 단자를 전원의 접지 측으로 되돌린다.

이렇게 하면 어느 스위치를 조작하더라도 진행선의 도통 경로가 바뀌어 등이 켜지고 꺼진다. 점멸 개소를 하나 더 늘리려면 중간에 4로 스위치를 하나씩 더 넣으면 된다.

(1) 명칭 : 영상 변류기 / 역할 : 지락 사고 시 흐르는 영상 전류를 검출하여 지락 계전기에 공급한다.

(2)

　단상 변압기 3대를 Δ-Δ 결선으로 고쳐 그리고, 2차 중성점 접지는 하지 않는다.

(3) ㉠ 전압계용 전환 개폐기(VS)　㉡ 전류계용 전환 개폐기(AS)

[해설]

(1) ZCT(Zero-phase Current Transformer, 영상 변류기)는 3상 3선을 한꺼번에 관통시켜 세 상 전류의 벡터 합을 2차 측에 꺼내는 변류기다. 평상시에는 세 상 전류의 합이 0 이어서 출력이 없지만, 지락이 생기면 합이 0 이 아니게 되어 영상 전류가 검출된다. 이 출력을 지락 계전기(GR·SGR)에 넣어 지락 사고를 검출·차단한다. 지락 방향까지 판별하려면 GPT(접지형 계기용 변압기)에서 얻은 영상 전압과 함께 쓴다.

(2) 이 뱅크의 2차 측에는 3,000[V] 급 유도 전동기가 접속되어 있다. 단상 변압기 3대의 2차 정격이 3,150[V] 이므로 2차를 Y결선하면 선간 전압이 상전압의 $\sqrt{3}$ 배가 되어 $3{,}150 \times \sqrt{3} \fallingdotseq 5{,}456\,[\mathrm{V}]$ 로 올라가고, 전동기에 정격을 크게 넘는 전압이 걸린다. 따라서 2차는 Δ 결선이어야 하며, 1차도 Δ 이므로 전체는 Δ-Δ 결선이 된다. Δ 결선에는 중성점이 없으므로 2차 중성점 접지도 하지 않는다. Δ-Δ 는 제3고조파 여자 전류가 폐회로 안을 순환해 밖으로 나오지 않고, 한 대가 고장 나도 나머지 2대로 V결선 운전을 계속할 수 있다는 이점이 있다.

(3) 계기 한 대로 3상 각 상(또는 각 선간)을 돌려가며 읽기 위한 전환 개폐기다. 원 안에 십자를 그린 것은 전압계용 전환 개폐기 VS(Voltmeter change-over Switch), 원 안을 Y자로 3등분한 것은 전류계용 전환 개폐기 AS(Ammeter change-over Switch) 다. AS 를 조작할 때는 CT 2차가 개방되지 않도록 접점이 겹쳐 넘어가는 구조로 되어 있다.

1.78[Ω]

[해설]

퍼센트 임피던스 식 %Z = P_aZ / (10V²) 를 Z 에 대해 정리한다(P_a[kVA], V[kV]).

Z = %Z × 10V² / P_a
= 95 × 10 × 13.2² / 93,000
= 165,528 / 93,000 ≈ 1.78[Ω]

[V]·[VA] 단위로 %Z = P_aZ / V² × 100 을 써도 같은 값이 나온다.

(1) DM : 최대 수요 전력량계 / VAR : 무효 전력량계

(2) 수량 3개, 정격 전압 18[kV]

(3) CNCV-W(수밀형) 또는 TR CNCV-W(트리 억제형)

(4)

　22,900[V] → Interrupter SW → PF → (분기 : LA 18[kV] + 접지) → MOF(접지, DM·VAR 접속) → COS → 변압기(Δ-Y, 양측 접지) → 부하 순으로 그린다.

[해설]

(1) DM(Demand Meter)은 일정 시간(보통 15분) 평균 전력의 최댓값을 기록하는 최대 수요 전력량계, VAR 은 무효 전력을 적산하는 무효 전력량계다. 두 계기는 MOF 의 2차 계량 회로에 접속되며, 답안에는 최대 수요 전력계·무효 전력계로 써도 된다. 무효 전력량은 역률을 산정해 요금에 반영하기 위해 계량한다.

(2) 피뢰기는 각 상마다 1개씩 필요하므로 3상 계통에서는 3개다. 정격 전압은 계통 전압과 중성점 접지 방식으로 정해지는데, 22.9[kV] 3상 4선 다중 접지 계통의 배전 선로용은 18[kV] 를 쓴다(같은 계통이라도 변전소용은 21[kV]).

(3) 22.9[kV-Y] 다중 접지 계통에는 CNCV-W(동심 중성선 수밀형 전력 케이블)가 표준으로 쓰인다. 동심 중성선 부분으로 물이 스미면 절연이 급격히 나빠지므로 수밀 컴파운드를 채운 수밀형을 쓰고, 여기에 수트리 발생을 억제하는 절연체를 적용한 것이 TR CNCV-W 다.

(4) 단선도는 배치도의 기기를 전력 흐름 순서대로 한 줄에 늘어놓으면 된다. 인입 → 개폐기(IS) → 전력 퓨즈(PF) → 피뢰기 분기(LA + 접지) → 계기용 변성기함(MOF, DM·VAR 접속) → 컷아웃 스위치(COS) → 변압기(Δ-Y) → 부하 순이다. 피뢰기는 보호할 기기보다 전원 측에, 그리고 되도록 가까이 설치해야 보호 효과가 크다.

도면과 관련해 두 가지를 짚어 둔다. 첫째, 배치도의 계기함 옆 상자에 문자 라벨이 빠진 자료가 있으나 이 상자는 MOF(13.2[kV]/110[V]) 이며, 정답 단선도에 MOF 와 여기에 붙는 DM·VAR 이 들어가야 하므로 배치도에서도 명기하는 것이 맞다. 둘째, 이 문항에 '변압기에 설치하는 접지공사의 종류'(외함 제1종·저압측 1단자 제2종)를 소문항으로 덧붙인 자료가 있는데, 제1종~제3종 접지공사라는 종별 구분은 한국전기설비규정(KEC) 시행으로 폐지되어 현재는 계통 접지(TN·TT·IT)와 보호 도체 규격으로 규정한다. 그래서 여기서는 그 소문항을 싣지 않았다.

(1) 1.7　(2) 0.8　(3) 1.4

(4) 1.5　(5) 0.6　(6) 1.2　(단위 : [m])

[해설]

수전설비의 배전반 등이 지켜야 할 최소 유지 거리는 아래 표와 같다. 조작·계측을 위해 사람이 서는 앞면이 가장 넓고, 점검만 하는 뒷면이 가장 좁다는 것이 기준을 외우는 요령이다.

즉 특고압 배전반은 앞면 1.7[m] · 뒷면 0.8[m] · 열 상호 간 1.4[m], 고압·저압 배전반은 앞면 1.5[m] · 뒷면 0.6[m] · 열 상호 간 1.2[m] 이다. 고압 배전반과 저압 배전반은 같은 값을 쓰므로 표에서 한 행으로 묶여 있고, 변압기 등은 앞·뒤 모두 0.6[m], 열 상호 간 1.2[m], 기타의 면 0.3[m] 이 추가로 규정된다.

거리 값은 벽·구조물 등 장애물이 있는 쪽을 기준으로 잰 값이며, 표에 실린 수치는 모두 최솟값이므로 실제 설계에서는 이보다 크게 잡는다.

2,000[kVA]

[해설]

발전기 단자의 순시 전압 강하를 허용치 e 이내로 묶는 발전기 용량 산정식을 쓴다(x_d: 과도 리액턴스, P_s: 기동 용량).

P_G ≥ (1/e − 1) × x_d × P_s
= (1/0.2 − 1) × 0.25 × 2,000
= 4 × 0.25 × 2,000 = 2,000[kVA]

(1/e − 1)x_d 가 마침 1이라 기동 용량과 같아졌을 뿐이다. 허용 전압 강하를 작게 잡을수록 필요한 발전기 용량은 커진다.

360[kW]

[해설]

변성기 2차 측에서 잰 전력에 PT비와 CT비를 곱하면 1차 측 실제 수전 전력이 된다.

PT비 = 6,600/110 = 60, CT비 = 100/5 = 20
P = 300 × 60 × 20 = 360,000[W]
= 360[kW]

혼동 주의: PT·CT를 2대씩 쓴 것은 3상 3선식 2전력계법으로 재기 위해서다. 300[W]가 이미 3상 전력이므로 √3을 다시 곱하지 않는다.

(1) 절연저항계(메거)

(2) 휘트스톤 브리지

(3) 콜라우시 브리지

(4) 후크온 미터(클램프 미터)

(5) 접지저항계(어스 테스터)

(6) 절연저항계(메거)

[해설]

계측기는 측정 대상의 저항 크기와 직류를 흘려도 되는지로 고른다.

• 변압기 권선의 절연저항 — [MΩ]급 고저항이라 직류 고전압을 거는 절연저항계(메거)로 잰다.
• 검류계 내부저항 — 중저항이므로 네 변을 평형시켜 구하는 휘트스톤 브리지가 적합하다.
• 전해액의 저항 — 직류를 흘리면 분극·전기분해가 생기므로 교류 전원을 쓰는 콜라우시 브리지로 잰다.
• 배전선 전류 — 선로를 끊지 않고 도체를 물어 재는 후크온 미터(클램프 미터)를 쓴다.
• 접지저항 — 보조 접지극 2개를 박고 전위 강하법으로 재는 접지저항계(어스 테스터)를 쓴다.
• 절연 재료의 고유저항 — 절연저항과 같은 고저항 영역이라 절연저항계(메거)로 잰다.

혼동 주의: 접지저항과 전해액은 둘 다 교류로 재야 해서 콜라우시 브리지가 함께 거론된다.

① 내습·내진성이 우수하다.

② 소형·경량화가 가능하다.

③ 유지 보수 및 점검이 쉽다.

[해설]

몰드 변압기는 권선을 에폭시 수지로 몰딩한 건식 변압기라서 절연유가 없다는 점에서 장점이 나온다.

• 내습·내진성 — 권선이 수지로 밀봉되어 습기와 진동에 강하다.
• 소형·경량화 — 절연유와 유조(기름 탱크)가 없어 작고 가볍다.
• 유지 보수·점검 용이 — 절연유를 여과하거나 교체할 필요가 없다.

그 밖에 난연성(화재 위험이 적음)과 저손실도 장점이다. 단점은 충격파 내전압이 낮아 서지 흡수기가 필요하다는 점이다.

심벌 :

[해설]

계기용 변성기는 계기·계전기가 직접 다룰 수 없는 큰 전류나 높은 전압을 안전한 크기로 낮춰 준다. 전류를 낮추는 기기가 변류기(CT)이고, 전압을 낮추는 기기가 계기용 변압기(PT)다.

• 변류기(CT) — 주회로에 직렬로 넣어 대전류를 2차 정격 5[A]의 소전류로 바꾸며, 심벌은 관통 도체 옆에 2차 권선 하나를 붙여 그린다.
• 계기용 변압기(PT) — 선로에 병렬로 넣어 고전압을 2차 정격 110[V]의 저전압으로 바꾸며, 심벌은 마주 놓인 두 권선으로 그린다.

혼동 주의: CT는 2차를 개방하면 고전압이 유기되므로 계기를 뗄 때 2차를 단락해 둔다. 반대로 PT는 2차를 단락하면 과전류로 타 버리므로 2차 회로를 퓨즈로 보호한다.

① 극성이 일치할 것

② 권수비와 1·2차 정격 전압이 같을 것

③ %임피던스 강하가 같을 것

[해설]

변압기 병렬 운전 조건은 순환 전류를 만들지 않고 부하를 용량에 비례해 나누게 하는 데서 나온다.

• 극성 일치 — 극성이 반대면 2차 기전력이 더해져 큰 순환 전류가 흘러 권선이 소손된다.
• 권수비와 1·2차 정격 전압이 같음 — 다르면 2차 기전력 차로 무부하에서도 순환 전류가 흐른다.
• %임피던스 강하가 같음 — 부하 분담은 %임피던스에 반비례하므로, 다르면 한쪽만 과부하가 된다.

혼동 주의: 3상 변압기는 여기에 상회전 방향과 각 변위가 같을 것이 추가된다.

출력 논리식 : $P010 = P000\cdot P001 + P000\cdot P002\cdot P004 + P003\cdot P002\cdot P001 + P003\cdot P004$

[해설]

원 회로의 P002 는 위·아래 두 행을 세로로 잇는 브리지 접점이다. 계전기 회로라면 이 접점을 통해 전류가 좌→우, 우→좌 어느 방향으로도 흐를 수 있지만, PLC 는 왼쪽 모선에서 오른쪽 모선으로 한 방향으로만 연산하므로 브리지를 그대로 옮길 수 없다.

따라서 출력이 성립하는 모든 경로(도통 경로)를 하나씩 찾아 직렬조로 펴고, 그것들을 병렬로 묶어 준다.

· 위 행만 타는 경로 : $P000 \cdot P001$

· 위 행으로 들어가 브리지로 내려와 아래 행으로 나가는 경로 : $P000 \cdot P002 \cdot P004$

· 아래 행으로 들어가 브리지로 올라와 위 행으로 나가는 경로 : $P003 \cdot P002 \cdot P001$

· 아래 행만 타는 경로 : $P003 \cdot P004$

이 네 항을 병렬(OR)로 묶으면

$P010 = P000\cdot P001 + P000\cdot P002\cdot P004 + P003\cdot P002\cdot P001 + P003\cdot P004$

가 되고, 이를 4행 병렬 래더로 그리면 브리지 없이 같은 동작을 하는 회로가 된다. 브리지 접점 P002 가 두 개의 행에 중복해서 나타나는 것이 이 유형의 핵심이다.

(1) 비접지 방식, 저항 접지 방식, 직접 접지 방식, 소호 리액터 접지 방식

(2) 1.3배

[해설]

중성점 접지 방식은 중성점과 대지 사이에 무엇을 넣느냐로 나뉜다. 유효 접지인지는 1선 지락 때 건전상 전압이 얼마나 오르는지로 정한다.

• 비접지 방식은 중성점을 대지에 잇지 않으며, 지락 때 건전상 전압이 √3배까지 오른다.
• 저항 접지 방식은 중성점과 대지 사이에 저항을 넣어 지락 전류를 제한한다.
• 직접 접지 방식은 중성점을 도체로 대지에 바로 잇는다.
• 소호 리액터 접지 방식은 대지 정전용량과 병렬 공진하는 리액터를 넣어 지락 아크가 저절로 꺼지게 한다.

유효 접지는 건전상 대지 전압이 사고 전 값의 1.3배 이하가 되도록 접지 임피던스를 잡은 방식이다. 직접 접지가 대표적이며, 전압 상승이 작아 기기 절연 레벨을 낮추는 단절연이 가능하다.

(1) $MC = (PB_1 + MC)\cdot\overline{PB_2}$

(2) $RL = MC$

(3) $GL = \overline{MC}$

[해설]

유접점 회로는 직렬=AND(곱), 병렬=OR(합), b접점=NOT(부정)으로 옮겨 논리식을 세운다.

• MC — 기동용 PB₁과 자기유지용 MC a접점이 병렬이고, 여기에 정지용 PB₂ b접점이 직렬로 붙어 $MC=(PB_1+MC)\cdot\overline{PB_2}$이다.
• RL — MC a접점 하나만 거치므로 $RL=MC$이며, 운전 중에 켜지는 표시등이다.
• GL — MC b접점을 거치므로 $GL=\overline{MC}$이며, 정지 중에 켜지는 표시등이다.

자기유지는 PB₁에서 손을 떼도 MC 자신의 a접점이 회로를 붙잡아 계속 여자되는 동작이다.

RL은 MC의 a접점, GL은 MC의 b접점을 거치므로 두 표시등은 늘 서로 반대로 켜진다.

66.67[%]

[해설]

부하율은 평균전력을 최대전력으로 나눈 비율이다. 평균전력은 곡선 아래 면적(하루 사용 전력량)을 24시간으로 나눠 구한다.

부하율 = 평균전력 ÷ 최대전력 × 100
W = 150×4 + 250×4 + 400×4 + 500×8 + 200×4 = 8,000[kWh]
P_avg = 8,000 ÷ 24 = 333.33[kW]
부하율 = 333.33 ÷ 500 × 100 = 66.67[%]

혼동 주의: 분모는 12~20시 구간의 최대전력 500[kW]다. 설비용량을 분모로 쓰는 수용률과 헷갈리지 않는다.

(1) 전압 스위칭형 SPD, 전압 제한형 SPD, 복합형 SPD

(2) 1포트 SPD, 2포트 SPD

[해설]

KS C IEC 61643(서지 보호 장치 규격)은 SPD를 동작 기능과 구조, 두 축으로 나눈다.

• 전압 스위칭형 — 평소에는 높은 임피던스를 유지하다가 서지가 오면 낮은 임피던스로 불연속 전환한다(에어 갭·가스 방전관).
• 전압 제한형 — 서지 전압이 커질수록 임피던스가 연속적으로 낮아져 전압을 눌러 준다(산화아연 바리스터).
• 복합형 — 두 방식의 소자를 함께 넣어 두 특성을 모두 갖는다.
• 1포트 SPD — 단자가 한 쌍뿐이어서 보호할 선로에 병렬로 접속한다.
• 2포트 SPD — 입력·출력 두 쌍의 단자를 갖고 선로에 직렬로 삽입한다.

외우는 요령: 기능은 스위칭·제한·복합의 3종이고, 구조는 포트 수에 따른 2종이다.