전기기사실기(단답형) 기타 해설 페이지

[해설]

태양광 발전은 햇빛이 드는 곳이면 어디든 설치할 수 있어 입지 제약이 작고, 연료 공급이나 냉각수 같은 부대 설비도 필요 없다.

회전기가 없어 기계적 마모·소음이 적어 유지보수가 쉬우며, 모듈 단위로 증설·축소가 되므로 주택용 소용량부터 대규모 발전소까지 규모에 관계없이 같은 방식으로 구성된다. 또 직달광뿐 아니라 산란광으로도 발전이 가능해 흐린 날에도 일정 출력을 낼 수 있다.

[해설]

태양광 발전은 일사량에 발전량이 좌우되는 방식이라 기상조건과 낮은 에너지밀도가 근본적인 한계로 작용한다.

흐린 날이나 야간에는 일사량이 급감해 출력이 함께 떨어지므로, 안정적인 전력공급을 위해서는 별도의 저장장치나 백업전원이 필요하다.

에너지밀도가 낮다는 것은 단위면적당 얻을 수 있는 전력이 작다는 뜻으로, 같은 발전용량을 확보하려면 그만큼 넓은 설치부지가 필요하다는 의미다.

[해설]

풍력발전은 연소과정이 없는 청정에너지원이면서도 연료비가 들지 않아 운영비용이 상대적으로 적게 든다는 점이 핵심 특징이다.

• 무공해 청정에너지: 발전 과정에서 대기오염물질을 배출하지 않는다.
• 부지의 효율적 이용: 풍력설비 하부·주변 토지를 농지·목초지 등 다른 용도로 병행 사용할 수 있다.
• 자원고갈 대비: 유한한 화석연료를 대체해 에너지원을 다변화한다.
• 운전·유지비용 절감: 연료비가 없고 자동화 운전이 가능해 인건비·연료비 부담이 적다.

[해설]

발전기를 계통에 병렬로 연결하려면 각 발전기의 기전력이 크기·위상·주파수·파형·상회전 방향까지 서로 일치해야 순환전류(횡류) 없이 안정적으로 합성될 수 있다.

• 크기가 다르면 무효순환전류가 흘러 권선이 과열된다.
• 위상이 다르면 동기화전류가 흘러 난조·탈조의 원인이 된다.
• 주파수가 다르면 위상차가 주기적으로 변해 출력이 진동한다.
• 파형이 다르면 고조파 순환전류가 흘러 손실이 늘어난다.

상회전 방향이 다른 상태로 투입하면 순간적으로 매우 큰 단락전류가 흘러 설비가 손상되므로 반드시 일치시켜야 한다.

[해설]

동기발전기의 병렬운전 조건이 어긋나면 두 발전기 사이에 횡류(순환전류)가 흐르며, 어긋난 조건이 무엇이냐에 따라 세 가지로 구분된다.

• 고조파 무효순환전류: 기전력의 파형이 서로 다를 때 흘러, 전기자 권선의 저항손을 증가시켜 권선 과열의 원인이 된다.
• 동기화전류: 기전력의 위상이 다를 때 흘러, 앞선 발전기의 출력을 줄이고 뒤진 발전기의 출력을 늘리는 방향으로 작용해 두 기의 위상을 같아지게 한다.
• 무효순환전류: 기전력의 크기가 다를 때 흘러, 전압이 높은 기에는 감자작용을 일으켜 두 기의 전압을 같아지게 한다.

동기화전류와 무효순환전류는 위상·전압을 스스로 맞추는 자기 정정 작용을 하지만, 그 과정에서 불필요한 전류가 권선에 흘러 손실과 과열을 낳으므로 투입 전에 조건을 미리 맞추는 것이 원칙이다.

[해설]

단락비가 크다는 것은 동기임피던스가 작다는 뜻이므로, 철을 많이 쓰는 이른바 '철기계'의 특성이 함께 나타난다.

철심·권선 등 철 비중이 커져 기계의 치수·중량과 가격이 커지고, 그만큼 풍손·마찰손·철손도 늘어나 효율은 낮아진다.

반면 동기임피던스가 작아 전기자 반작용의 영향이 줄어들므로 전압변동률은 작고 안정도는 크다는 장점을 갖는다.

[해설]

일반용·자가용 전기설비의 과전류는 발생 원인에 따라 단락전류와 과부하전류로 구분한다.

단락전류는 선간이 갑자기 합선되어 매우 짧은 시간에 큰 전류가 흐르는 것으로, 즉시 차단하지 않으면 기기와 전선이 열적·기계적으로 파괴될 수 있다.

과부하전류는 정상 회로 상태에서 기기의 정격전류나 전선의 허용전류를 어느 정도 초과한 상태가 지속되는 것으로, 방치하면 절연이 열화되어 화재로 이어질 수 있어 자동차단이 필요하다.

[해설]

3상 계통에 단상부하를 연결하면 상별로 부하가 치우쳐 전류 불평형이 생기므로, 단상부하의 개수에 따라 결선방식을 달리 정해 둔다.

• 단상부하 1개: 2차 역V결선을 적용해 3상측에서 본 부하가 한쪽으로 몰리지 않도록 한다.
• 단상부하 2개: 스코트(Scott) 결선으로 3상 전원을 서로 90° 위상차를 갖는 두 개의 단상 회로로 변환해 각 단상부하에 나누어 공급한다.
• 단상부하 3개 이상: 부하를 각 상에 배분하되 가급적 선로전류가 평형이 되도록 배치한다.

어느 방식이든 목적은 같다. 3상측에서 본 전류를 최대한 평형에 가깝게 유지해 전압 불평형과 그에 따른 기기 과열·손실 증가를 막으려는 것이다.

[해설]

물을 사용하는 장소는 인체 저항이 낮아져 감전 위험이 크므로, 콘센트 회로에는 반드시 인체감전보호용 누전차단기를 설치해야 한다.

이 차단기는 사람이 감전되었을 때 흐를 수 있는 미소 누설전류에도 신속히 동작하도록 만들어진 고감도·고속형 전류동작형 차단기로, 정격감도전류 15mA 이하를 기준으로 하며 일반 과부하·단락 보호용 차단기와는 목적이 다르다.

KEC(한국전기설비규정)에서는 욕실·세탁실 등 물을 사용하는 장소의 콘센트 회로에 이러한 누전차단기 시설을 요구한다.

[해설]

변류기(CT)는 2차측이 낮은 임피던스 상태로 사용되도록 설계되어 있어, 1차전류가 흐르는 중에 2차측을 개방하면 여자전류가 급격히 커진다.

정상 운전 중에는 1차 기자력을 2차 전류가 상쇄해 철심 자속이 낮게 유지되지만, 2차가 개방되면 이 상쇄가 사라져 자속이 급격히 커지고 그 결과 2차 권선에 매우 높은 유기전압(과전압)이 발생한다.

이 고전압은 2차측 절연을 파괴하거나 감전사고로 이어질 수 있어, CT 2차측은 점검 시 반드시 단락한 상태에서 작업해야 한다.

[해설]

여기서 말하는 보호선(보호도체, PE)은 고장 시 감전을 막기 위해 노출도전부를 접지와 연결하는 도체로, KEC에서는 시설 방식에 따라 그 재료·형태를 규정한다.

고정배선에서는 나전선 또는 절연전선을 별도의 보호도체로 시설할 수 있고, 다심케이블에서는 케이블 내부의 전선 한 가닥을 보호도체로 사용할 수 있다.

어느 방식이든 보호도체는 상도체와의 관계에서 정해진 단면적 기준을 충족해야 고장전류를 안전하게 대지로 흘려보낼 수 있다.

[해설]

보호계전기가 오동작하는 원인은 대부분 계전기 자체가 받는 환경적 스트레스에서 비롯되며, 습도·온도·진동이 대표적이다.

습도가 높으면 절연물의 절연저항이 낮아지고 금속부가 부식되어 접점 불량이나 오동작을 유발한다.

계전기의 허용 온도범위를 벗어나면 특성치가 변화하고, 진동·충격은 기계식 접점의 오동작이나 배선 접속 불량을 일으킨다.

[해설]

아크를 소멸시킨 뒤 자동으로 즉시 재투입을 시도하는 개폐장치는 리클로저(Recloser)이다.

배전선로의 순간 지락·단락 사고 대부분은 일시적(과도적) 고장이므로, 리클로저는 사고 검출 즉시 회로를 차단해 아크를 소멸시킨 뒤 정해진 시간 간격을 두고 자동 재투입을 반복 시도한다.

재투입 후에도 고장이 지속되면 정해진 횟수 이후 완전히 차단되어 로크아웃 상태가 되며, 이를 통해 순간 고장으로 인한 불필요한 정전을 줄이는 것이 목적이다.

[해설]

저압 뱅킹방식은 여러 대의 배전용 변압기 2차측(저압측)을 서로 연결해 부하를 공동으로 분담시키는 방식으로, 변압기 용량을 상호 융통해 쓸 수 있다는 점이 핵심이다.

특정 변압기에 부하가 몰려도 인접 변압기가 여유용량을 분담하므로 개별 변압기 용량을 줄일 수 있고, 전압변동과 전력손실도 함께 경감된다.

부하가 늘어나도 뱅킹된 변압기군 전체가 대응하므로 증설에 탄력적이며, 적절한 고장 보호방식을 갖추면 한 변압기 고장 시에도 다른 변압기가 부하를 이어받아 공급신뢰도가 향상된다.

[해설]

예비전원설비는 정전 시 중요부하에 전력을 공급하는 최후 수단이므로, 신뢰도와 경제성, 운용 편의성을 모두 갖추어야 한다.

• 경제적일 것: 설치·유지비용이 과도하지 않아야 실제 도입·운용이 가능하다.
• 비상용 부하에 적합할 것: 용량과 특성이 실제 공급 대상 부하와 맞아야 정전 시 정상 기동·운전이 보장된다.
• 신뢰도가 높을 것: 정작 필요한 순간 확실히 작동해야 예비전원으로서 의미가 있다.
• 조작·취급·운전이 쉬울 것: 비상 상황에서도 신속하고 안전하게 다룰 수 있어야 한다.

[해설]

변전소는 전송받은 전력을 필요한 전압·형태로 변성한 뒤 다시 전송하는 설비를 갖춘 장소를 말한다.

변압기·발전기·정류기·변류기 등 전기를 변성하는 기계기구를 설치해 전압을 승압·강압하거나 교류·직류를 상호 변환하며, 이렇게 변성된 전기를 다시 다른 계통으로 전송한다.

단순히 전로를 개폐만 하는 개폐소나 최종 수요처인 수용장소와는 기능상 구분된다.

[해설]

개폐소는 변성 없이 전로를 개폐하는 기능만을 갖춘 장소로, 발전소·변전소·수용장소 이외의 곳을 말한다.

전압이나 전력 형태를 바꾸는 변성 설비 없이 차단기·단로기 등으로 선로를 연결·차단하는 역할만 수행한다는 점에서 변전소와 구분된다.

주로 송전계통의 분기점이나 계통 연계점에 설치되어 사고 시 구간을 신속히 분리하거나 계통 전환에 활용된다.

[해설]

급전소는 전력계통의 운용에 관한 지시 및 급전조작을 하는 장소로, 계통 전반에 대한 중앙관제 기능을 담당한다.

발전소·변전소의 운전 상태를 감시하면서 부하 변동에 맞춰 발전량 배분, 계통 연계·차단 등을 지시한다.

실제로 전력을 변성하거나 개폐하는 설비 자체가 아니라 그러한 설비들을 원격으로 지휘·조정하는 운용 거점이라는 점이 변전소·개폐소와의 차이다.

[해설]

전기공사의 공사원가 계산 시 비목은 직접 투입되는 재료비·노무비·경비와 여기에 더해지는 일반관리비·이윤으로 구성된다.

• 재료비: 공사에 실제 투입되는 자재의 구입비용이다.
• 노무비: 공사에 투입되는 인력의 임금이다.
• 경비: 재료비·노무비 외에 공사 수행에 필요한 각종 비용(장비 사용료, 운반비 등)이다.
• 일반관리비: 시공사 운영에 소요되는 간접비용을 공사원가에 배분한 금액이다.
• 이윤: 시공사가 얻는 적정 이익으로 일정 요율을 적용해 산정한다.

[해설]

빈칸은 태양광발전설비의 핵심 전력변환장치인 인버터와 그 설치조건에 대한 규정을 묻고 있다.

인버터는 설치 환경에 따라 실내용과 실외용을 구분해 시설해야 하며, 각 직렬군(스트링) 태양전지의 개방전압이 인버터가 허용하는 입력전압 범위 안에 들어와야 정상 동작하고 손상을 피할 수 있다.

옥외에 시설하는 경우에는 빗물 등의 침투를 막기 위해 IPX4 이상의 방수등급을 갖추도록 규정한다.

[해설]

발전기 보호를 위한 자동차단 기준은 발전기의 종류·용량과 고장 유형에 따라 각각 다른 기준용량으로 정해져 있다.

• 발전기를 구동하는 수차의 압유장치 유압이 현저히 저하한 경우: 용량 500kVA 이상
• 발전기를 구동하는 풍차의 압유장치 유압·공기압 등이 현저히 저하한 경우: 용량 100kVA 이상
• 수차발전기의 스러스트베어링 온도가 현저히 상승한 경우: 용량 2,000kVA 이상
• 발전기 내부에 고장이 생긴 경우: 용량 10,000kVA 이상
• 증기터빈의 스러스트베어링이 현저히 마모되거나 온도가 상승한 경우: 정격출력 10,000kW 초과

용량이 클수록 사고 파급이 크고 설비 가치도 높으므로, 대용량기일수록 더 다양한 이상 상태를 폭넓게 감시하도록 규정한 것이다.

[해설]

ALTS는 자동부하전환개폐기(Automatic Load Transfer Switch)로, 정전이 허용되지 않는 중요부하에 무정전에 가까운 전원 공급을 보장하는 개폐기다.

주전원과 예비전원 두 계통을 미리 연결해 두고 상시에는 주전원으로 부하에 급전하다가, 주전원이 정전되면 이를 감지해 예비전원으로 자동 절체함으로써 정전 시간을 최소화한다.

병원·통신국사 등 순간 정전도 허용되지 않는 부하에 이중전원과 함께 적용되는 대표적인 무정전 절체 설비다.

[해설]

전기안전관리자는 자신이 수행한 점검·검사 내용을 기록 서류로 남겨 설치장소 또는 사업장마다 비치하고 4년간 보존해야 하며, 이는 사후에 점검이 실제로 이루어졌는지 확인할 수 있는 근거가 된다.

다만 전기안전종합정보시스템에 매월 1회 이상 점검 결과 등을 입력한 경우에는 별도로 서류를 제출하지 않을 수 있다.

서면 보존과 전산 입력이라는 두 가지 방식 중 하나로 점검 이력의 추적 가능성을 확보하려는 취지의 규정으로, 근거는 「전기안전관리자의 직무에 관한 고시」다.

[해설]

연료전지는 연료의 화학에너지를 연소 과정 없이 전기화학반응으로 직접 전기에너지로 바꾸는 발전방식이어서, 일반 화력발전보다 발전효율이 높고 친환경적이다.

회전하는 기계요소(터빈 등)가 없어 소음·진동이 적고 고장 요인이 줄어 신뢰도가 높으며, 연소가 일어나지 않으므로 SOx·NOx 같은 대기오염물질 배출도 적다.

설비를 모듈 단위로 구성할 수 있어 소규모·분산형으로 배치하기 쉽고, 수요지 인근에 설치해 송전손실을 줄이는 데도 유리하다.