다음은 3상 4선식 22.9[kV] 수전설비 단선결선도이다. 각 물음에… | 전기기사 실기 2021년 2회 기출유형문제 기출문제 상세 페이지

(1) LA(피뢰기)
① 명칭: 피뢰기(避雷器, Lightning Arrester)
② 기능·역할: 뇌·개폐 이상전압(서지) 침입 시 즉시 방전해 기기 절연을 보호하고, 방전 후 속류를 신속히 차단하여 계통을 정상상태로 자동 복귀시킨다.
③ 요구 성능조건
㉠ 충격방전 개시전압이 낮을 것
㉡ 제한전압이 낮을 것
㉢ 속류 차단능력이 클 것
㉣ 방전내량(상용주파 방전개시전압)이 클 것
(그 외 반복동작 특성변화가 적을 것)

(2) 입력환산[kVA] = 설비용량 ÷ (효율 × 역률)
· 전등및전열 $= \dfrac{350}{1.0 \times 0.8} = 437.5$ [kVA]
· 일반동력 $= \dfrac{635}{0.85 \times 0.9} = 830.1$ [kVA]
· 유도전동기1(7.5×2=15) $= \dfrac{15}{0.85 \times 0.9} = 19.6$ [kVA]
· 유도전동기2(11) $= \dfrac{11}{0.85 \times 0.9} = 14.4$ [kVA]
· 유도전동기3(15) $= \dfrac{15}{0.85 \times 0.9} = 19.6$ [kVA]
· 비상조명(8) $= \dfrac{8}{1.0 \times 0.9} = 8.9$ [kVA]
· 비상동력 소계 $= 19.6 + 14.4 + 19.6 + 8.9 = 62.5$ [kVA]

(3) TR-2는 일반동력(ACB)·비상동력(ATS)을 함께 공급한다.
· 일반동력 수요 $= 830.1 \times 0.45 = 373.55$ [kVA]
· 비상동력 수요 $= 62.5 \times 1.0 = 62.5$ [kVA]
· 합성용량 $= \dfrac{373.55 + 62.5}{1.3} = 335.42$ [kVA]
· 여유 15% $= 335.42 \times 1.15 = 385.73$ [kVA]
· 표준규격에서 이상 → TR-2 = 400 [kVA]

(4) 단열식 $A = \dfrac{I\sqrt{t}}{K}$
· TR-2(400kVA) 2차(380V) 정격전류 $I_2 = \dfrac{400 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 380} = 607.74$ [A]
· 고장전류 $I = 20 \times 607.74 = 12{,}154.74$ [A]
· 접지선 단면적 $A = \dfrac{12{,}154.74 \times \sqrt{0.1}}{143} = 26.88$ [mm²]
· 표준굵기에서 이상 → 35 [mm²]

[해설]

LA는 피뢰기로, 뇌·개폐 이상전압(서지)이 들어오면 대지로 방전해 기기 절연을 보호한다. 방전 뒤 이어 흐르려는 속류를 끊어 계통을 정상 상태로 되돌린다.

• 충격방전 개시전압이 낮아야 서지가 들어오자마자 방전을 시작한다.
• 제한전압(방전 중 단자에 남는 전압)이 낮아야 기기에 걸리는 전압이 작다.
• 속류 차단능력이 커야 방전이 끝난 뒤 곧바로 정상 운전으로 돌아온다.
• 방전내량이 커야 큰 서지 전류에도 피뢰기가 손상되지 않는다.

입력환산은 출력을 효율과 역률로 나눠 계통이 실제로 부담하는 kVA로 바꾸는 계산이다.
$P_a = \dfrac{P}{\eta \cos\theta}$
일반동력 $\dfrac{635}{0.85 \times 0.9} = 830.1$ [kVA], 비상동력 소계 $19.6 + 14.4 + 19.6 + 8.9 = 62.5$ [kVA]

결선도에서 TR-2는 ACB로 일반동력을, ATS로 비상동력을 함께 공급하므로 두 수요를 더해 부등률 1.3으로 나누고 15 % 여유를 준다.
$\dfrac{830.1 \times 0.45 + 62.5 \times 1.0}{1.3} \times 1.15 = 385.73$ [kVA] → 표준규격 400 kVA

접지선 굵기는 고장전류가 흐르는 동안 도체가 견딜 단면적을 구하는 단열식으로 구한다.
$I = 20 \times \dfrac{400 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 380} = 12{,}154.74$ [A]
$A = \dfrac{I\sqrt{t}}{K} = \dfrac{12{,}154.74 \times \sqrt{0.1}}{143} = 26.88$ [mm²] → 표준굵기 35 mm²