[전기자기학] 진공 중에서 한 변의 길이가 a[m]인 정삼각형의 세 꼭짓점에 각각 Q[C]의 양전하가 놓여 있을 때, 정삼각형의 무게중심에서의 전계(전기장)의 크기 E와 전위 V는?

대칭성에 의해 세 전하가 만드는 전계의 벡터 합은 서로 상쇄되어 E = 0[V/m]이고, 스칼라량인 전위는 세 전위의 대수합이므로 V = (3√3 · Q) / (4πε₀a)[V]이다 — 정삼각형의 꼭짓점에서 무게중심까지의 거리 r은 (a / √3)[m]이며, 전계는 크기와 방향을 가진 벡터량이므로 120도 간격의 동일 크기 벡터 3개의 합은 0이 되지만 전위는 스칼라량이므로 3배로 중첩된다.

[회로이론] 대칭 3상 Y결선 전원의 상전압이 E_p[V]이고 평형 Δ결선 부하(한 상의 임피던스 Z_Δ = 6 + j8[Ω])가 연결되어 있을 때, 이를 등가 Y결선 부하로 변환한 한 상의 임피던스 Z_Y[Ω]와 부하 역률 cosθ는?

등가 Y결선 임피던스는 Δ결선 임피던스의 3분의 1이므로 Z_Y = Z_Δ / 3 = 2 + j(8/3)[Ω] (크기 |Z_Y| = 10/3[Ω])이고, 부하 역률 cosθ = R / |Z| = 6 / √(6² + 8²) = 0.6(60%, 지상)이다 — 대칭 3상(양의 상순 a-b-c) Y결선에서는 선간전압이 상전압보다 크기가 √3배이고 위상이 30° 앞서며(V_ab = √3·E_a∠+30°), Δ결선에서는 선전류가 상전류보다 크기가 √3배이고 위상이 30° 뒤진다(I_a = √3·I_ab∠-30°).

[전력공학] 경간(지지물 간 거리) S = 200[m], 전선 단위길이당 하중(자중) W = 2[kgf/m], 전선의 수평장력 T = 2,000[kgf]인 가공송전선로의 이도 D[m]와 전선의 실제 길이 L[m]은?

이도 D = 2.5[m]이고, 전선의 실제 길이 L ≈ 200.083[m]이다 (공식 D = W·S² / 8T, L = S + 8D² / 3S) — 이도 D = (W × S²) / (8T) = (2 × 200²) / (8 × 2,000) = 80,000 / 16,000 = 5 / 2 = 2.5[m]이며, 실제 전선 길이 L = S + (8D²) / (3S) = 200 + (8 × 6.25) / 600 = 200 + 50/600 ≈ 200.083[m]이다.

한국산업인력공단이 시행하는 국가기술자격 '전기기사' 시험의 필기시험(5과목) 및 실기시험 구성과 합격 기준은 무엇인가?

필기시험은 5과목(전기자기학, 전력공학, 전기기기, 회로이론 및 제어공학, 전기설비기술기준) 객관식 4지선다(과목당 20문항, 총 100문항 150분)로서 매 과목 40점 이상·전 과목 평균 60점 이상 득점 시 합격하고, 실기시험은 전기설비설계 및 관리 필답형(150분)으로서 100점 만점에 60점 이상 득점 시 합격한다 — 필기시험에 합격한 사람에 대해서는 필기시험 합격자 발표일로부터 2년간 필기시험을 면제한다.

[전기기기] 단상 변압기 3대를 이용한 3상 결선 방식(Δ-Δ, Y-Y, Δ-Y, V-V)의 특성과 제3고조파 문제 및 V-V 결선의 출력비·이용률로 옳은 것은?

Y-Y 결선은 중성점 접지가 가능하나 여자전류의 제3고조파 통로가 없어 유도기전력 파형이 일그러지므로 3차 권선을 Δ결선(안정권선)으로 내장하며, Δ-Δ 결선 중 1대 고장 시 나머지 2대로 운전하는 V-V 결선의 최대 출력은 1대 용량 P₁의 √3배(Δ-Δ 결선 출력 3P₁의 57.7%)이고 변압기 이용률은 √3 / 2 ≈ 86.6%이다 — Δ-Y 또는 Y-Δ 결선은 1·2차 선간전압 간에 30°(π/6 rad)의 위상 변위가 발생하므로 각변위가 0°인 Y-Y나 Δ-Δ 결선과는 절대 병렬운전을 할 수 없다. Δ-Y는 2차 권수비가 1/√3배로 줄어들어 절연이 유리하므로 송전단 승압용에, Y-Δ는 수전단 강압용에 주로 사용한다.

[전기기기] 3상 유도전동기에서 극수 P = 4극, 전원 주파수 f = 60[Hz]이고 슬립 s = 0.05(5%)로 운전 중일 때, 동기속도 N_s, 회전자 실제 회전속도 N, 회전자 유기기전력 주파수 f₂, 그리고 2차 입력(P₂) : 2차 동손(P_c2) : 기계적 출력(P_o)의 비는?

동기속도 N_s = 1,800[rpm], 회전자 속도 N = 1,710[rpm], 회전자 주파수 f₂ = 3[Hz]이며, 비례 관계는 P₂ : P_c2 : P_o = 1 : s : (1 - s) = 1 : 0.05 : 0.95(2차 효율 η₂ = 1 - s = 95%)이다 — 비례추이 원리에 의해 권선형 유도전동기의 2차 저항 R₂를 변화시키면 같은 토크를 내는 슬립 s가 비례하여 이동하므로 기동 토크를 최대 토크와 같게 만들 수 있으나, 최대 토크의 크기 자체는 2차 저항 R₂와 무관하게 일정하다.

[전기기기] 직류 발전기의 여자 방식 중 '분권 발전기'의 무부하 포화곡선과 계자저항선으로부터 전압이 확립되기 위한 조건과, 직류 전동기의 속도 제어 공식(N ∝ (V - I_a·R_a) / Φ)에 관한 설명으로 옳은 것은?

직류 분권발전기의 전압이 확립되려면 ①계자철심에 잔류자기가 있을 것, ②잔류자기와 계자전류의 자속 방향이 일치(가동결합)할 것, ③계자회로 저항이 임계저항보다 작을 것, ④회전속도가 임계속도보다 클 것의 조건을 만족해야 하며, 직류 분권전동기는 계자자속 Φ가 거의 일정하여 정속도 특성을 갖고 워드-레오나드(전압 제어) 방식은 광범위한 정토크 속도제어에 쓰인다 — 직류 직권전동기는 부하전류가 곧 계자전류(Φ ∝ I_a)이므로 무부하(I_a → 0) 시 자속이 급감하여 속도가 무한대로 폭주할 위험이 있어 벨트 운전을 금하고 부하와 직결 기동해야 한다. 보상권선과 보극은 전기자권선과 '직렬'로 연결한다.

[한국전기설비규정(KEC)] 2021년부터 전면 시행된 한국전기설비규정(KEC)상 '저압', '고압', '특고압'의 전압 구분 기준(교류 및 직류)으로 옳은 것은?

저압은 교류 1,000V 이하·직류 1,500V 이하인 것이고, 고압은 교류 1,000V 초과 7,000V 이하·직류 1,500V 초과 7,000V 이하인 것이며, 특고압은 교류·직류 모두 7,000V를 초과하는 것이다 — 종전 전기설비기술기준의 판단기준(교류 600V, 직류 750V 이하)이 폐지되고 국제표준(IEC 60364)에 부합하는 한국전기설비규정(KEC) 기준(교류 1,000V, 직류 1,500V 이하)으로 일원화되었다.

[전기자기학] 평행판 커패시터(콘덴서)의 극판 면적이 S[m²], 간격이 d[m]일 때, 비유전율 ε_s1, 두께 d/2인 유전체와 비유전율 ε_s2, 두께 d/2인 유전체를 극판과 평행하게(적층형으로) 채웠을 때의 합성 정전용량 C와 두 유전체 내 전계의 크기 비(E₁ : E₂)는?

두 커패시터의 직렬연결과 같으므로 C = (2ε₀S / d) · [(ε_s1 · ε_s2) / (ε_s1 + ε_s2)][F]이고, 경계면에 수직인 전속밀도 D가 일정(D₁ = D₂)하므로 전계의 크기 비는 E₁ : E₂ = ε_s2 : ε_s1(유전율에 반비례)이다 — 절연내력이 동일할 때 비유전율이 작은 유전체(예: 공기층)에 더 강한 전계가 집중되어 절연파괴가 먼저 일어나는데, 이를 '코로나 현상(부분 파괴)'의 원리로 설명한다.

[회로이론] 선형 양방향 회로망의 기본 정리인 '중첩의 원리', '테브난의 정리', '최대 전력 전달 조건'에 관한 설명으로 옳은 것은?

테브난 등가회로에서 부하 단자 개방전압 V_th와 내부 등가임피던스 Z_th = R_th + jX_th를 구할 때 독립 전압원은 단락하고 독립 전류원은 개방하여 Z_th를 산출하며, 가변 복소 부하 임피던스 Z_L에 최대 유효전력이 전달되기 위한 조건은 공액복소수 정합(Z_L = Z_th* = R_th - jX_th)이고 이때 최대 전달전력은 P_max = V_th² / (4R_th)[W]이다 — 최대 전력 전달 조건(R_L = R_th, X_L = -X_th)이 성립할 때 전원 내부저항 R_th와 부하저항 R_L에서 똑같은 전력이 소비되므로 그때의 전력 전송 효율 η는 항상 50%이다. 또한 전력은 전류·전압의 제곱에 비례하는 비선형량이므로 중첩의 원리를 직접 적용할 수 없다.

[전기자기학] 가우스 법칙을 이용하여 반지름이 a[m]이고 내부에 체적전하밀도 ρ[C/m³]로 균일하게 대전된 구체(유전율 ε)가 있을 때, 중심으로부터 거리 r[m](단, r < a인 구 내부)에서의 전계의 크기 E는?

E = (ρ · r) / (3ε) [V/m] (구 내부에서는 중심으로부터의 거리 r에 비례하여 증가함) — 도체 구(전하가 표면에만 분포)의 내부 전계는 0이지만, 체적전하밀도 ρ로 내부까지 균일 대전된 유전체 구의 내부(r a)에서는 r²에 반비례하여 감소한다.

[회로이론] 저항 R[Ω], 인덕턴스 L[H], 정전용량 C[F]가 직렬 연결된 RLC 직렬 공진회로에서 공진주파수 f₀[Hz], 선택도(첨예도) Q, 그리고 공진 시 특성에 관한 설명으로 옳은 것은?

유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 같아질 때(ω₀L = 1/ω₀C) 직렬공진이 일어나 공진주파수는 f₀ = 1 / (2π√(LC))[Hz]이고, 합성 임피던스가 최소(Z = R, 역률 1)가 되어 전류가 최대(I = V/R)로 흐르며, 선택도 Q = (ω₀L)/R = 1/(ω₀CR) = (1/R)√(L/C)배만큼 인덕터와 커패시터 단자에 인가전압 V보다 높은 과전압(Q·V)이 걸린다 — RLC 병렬 공진회로(이상적 무손실 시)에서는 공진주파수 f₀ = 1 / (2π√(LC))에서 합성 어드미턴스 Y가 최소(임피던스 최대)가 되어 전원 전류는 최소가 되고 L과 C 내부 순환전류가 Q배로 증폭된다. 대역폭 BW = f₂ - f₁ = f₀ / Q = R / (2πL)[Hz]이므로 Q가 클수록 대역폭이 좁아져 선택성이 예리해진다.

[전력공학] 가공송전선로에서 다도체(복도체: 소도체 2개 이상을 스페이서로 묶어 1상으로 구성) 방식을 채택할 때 단도체 대비 변화하는 특성으로 옳은 것은?

등가 반지름이 커져 선로의 작용 인덕턴스(L)는 감소하고 작용 정전용량(C)은 증가하며, 전선 표면의 전위경도가 낮아져 코로나 임계전압이 상승(코로나 손실·잡음 감소)하고 고유송전용량(안정도)이 증대된다 — 다도체에 같은 방향의 전류가 흐르면 소도체 간에 흡인력(인력)이 작용하여 충돌할 수 있으므로 일정 간격마다 스페이서(간격유지구)를 설치해야 하며, 파동임피던스 Z₀ = √(L/C)는 감소한다.

[한국전기설비규정(KEC)] KEC의 접지시스템 분류 중 계통접지 방식(TN, TT, IT 계통)의 문자 기호 의미와 TN 계통의 세분(TN-S, TN-C, TN-C-S)에 관한 설명으로 옳은 것은?

제1문자 T는 전원 한 점의 대지 직접접지(I는 충전부 대지 절연 또는 고임피던스 접지), 제2문자 T는 노출도전부의 대지 직접접지, 제2문자 N은 노출도전부를 전원측 접지점에 직접 연결함을 뜻하며, TN-C 계통은 계통 전체에서 중성선과 보호도체 기능을 하나의 도체(PEN 도체)로 겸용하는 방식이다 — TN-S는 계통 전체에서 중성선(N)과 보호도체(PE)를 분리하여 포설하는 방식이고, TN-C-S는 전원측 일부 구간에서는 PEN 도체로 겸용하다가 후단에서 PE와 N을 분리하는 방식(일단 분리된 후 다시 합칠 수 없음)이다.

[전력공학] 송배전선로의 중성점 접지 방식 중 '직접접지 방식(유효접지)'과 '소호리액터 접지 방식(병렬공진 접지)'의 특징 비교로 옳은 것은?

직접접지 방식(우리나라 154kV·345kV·765kV 계통)은 1선 지락 시 건전상의 대지전위 상승이 낮아(정상 대지전압의 1.3배 이하) 기기 절연레벨(BIL)과 비용을 낮출 수 있으나 지락전류가 매우 커서 과도안정도와 통신선 전자유도장해가 불리하고, 소호리액터 접지는 지락전류(진상)를 인덕턴스 전류(지상)와 병렬공진시켜 소멸시키므로 과도안정도가 가장 우수하다 — 3상 선로에서 1선 지락 시 대지 정전용량 3C_0를 통해 흐르는 충전전류를 상쇄해야 하므로 소호리액터의 공진 인덕턴스는 L = 1 / (3ω²C_0)[H]로 선정한다.

[전력공학] 장거리 송전선로에서 수전단 무부하 또는 경부하 시 수전단 전압(V_r)이 송전단 전압(V_s)보다 높아지는 '페란티 현상'의 발생 원인과 방지 대책으로 옳은 것은?

선로의 대지 정전용량(충전용량 C)으로 인해 앞선 충전전류(진상전류)가 선로 인덕턴스(L)에 흐르면서 부(-)의 전압강하(즉, 전압상승)를 유발하기 때문이며, 수전단에 분로리액터를 병렬 연결하여 지상 무효전력을 흡수함으로써 방지한다 — 수전단 무부하 시 4단자 정수 중 전압비 V_s / V_r = A = 1 + ZY/2 ≈ 1 - ω²LC/2 V_s가 된다. 이를 억제하려면 수전단에 분로리액터를 투입하거나 동기조상기를 부족여자(지상 운전) 상태로 운전해야 한다.

[제어공학] 되먹임(피드백) 제어계의 전달함수 G(s) / (1 + G(s)H(s))에서 특성방정식 1 + G(s)H(s) = 0을 이용한 '라우스-후르비츠 안정 판별법'과 '나이퀴스트 안정 판별법'에 관한 설명으로 옳은 것은?

특성방정식 s³ + 2s² + 3s + K = 0(단, K > 0)인 3차 제어계가 안정하기 위한 조건은 모든 계수가 양수이고 내항의 곱(2×3 = 6)이 외항의 곱(1×K = K)보다 커야 하므로 0 < K < 6이며, 라우스 표의 제1열에서 부호가 바뀌는 횟수는 s평면 우반평면(RHP)에 존재하는 불안정한 근의 개수와 같다 — 1차 및 2차 특성방정식은 모든 계수가 양수이면 필요충분조건으로 안정하지만, 3차 이상에서는 모든 계수가 양수인 것은 필요조건일 뿐이며 반드시 라우스 표 제1열의 모든 원소가 양수여야 안정하다. 계의 형수(원점 극점 수)가 높아지면 정상편차는 줄어들어 정확도는 좋아지나 상대안정도는 나빠진다.

[전기기사 실기] 소비전력 P = 800[kW], 지상 역률 cosθ₁ = 0.6으로 운전 중인 공장의 합성 역률을 cosθ₂ = 0.9(지상)로 개선하고자 할 때, 병렬로 설치해야 할 전력용 콘덴서(진상용 커패시터)의 용량 Q_c[kVA]는?

Q_c = P · (tanθ₁ - tanθ₂) ≈ 800 × (1.333 - 0.484) = 679.2[kVA] (약 679kVA) — 역률 개선용 콘덴서 용량 공식은 Q_c = P(tanθ₁ - tanθ₂) = P(√(1 - cos²θ₁)/cosθ₁ - √(1 - cos²θ₂)/cosθ₂)[kVA]이며, 콘덴서와 직렬로 설치하는 제5고조파 제거용 직렬리액터(SR)의 이론적 최소 용량은 콘덴서 용량의 4%(실무 여유 고려 시 6%)이다.

[전기자기학] 비오-사바르 법칙과 암페어 주회적분 법칙에 따른 기본 자계(자기장)의 세기 H[AT/m] 공식 연결로 옳은 것은?

무한장 직선전류 I로부터 거리 r인 점은 H = I / (2πr), 반지름 r·권수 N인 원형코일 중심은 H = NI / (2r), 반지름 r·평균길이 ℓ·총권수 N인 환상솔레노이드 내부는 H = NI / (2πr) = NI / ℓ이며 외부 자계는 0이다 — 한 변이 a인 정사각형 코일 중심의 자계는 H = (2√2 · I) / (πa)[AT/m]이고, 전류가 단면에 균일 분포하는 반지름 a인 원통도체 내부(r < a) 자계는 H = (I · r) / (2πa²)[AT/m]로 중심에서 거리에 비례한다.

[전기기사 실기] 수변전설비 단선결선도에서 계기용변성기(MOF/PCT), 계기용변압기(PT/VT), 변류기(CT), 영상변류기(ZCT)의 역할과 2차측 정격 및 주의사항으로 옳은 것은?

계기용변성기(MOF)는 고압·특고압 회로의 전압과 전류를 동시에 저압·소전류로 변성하여 전력량계(WH)에 공급하는 거래용 계량장치이고, 변류기(CT) 2차측 정격전류는 5[A], 계기용변압기(PT) 2차측 정격전압은 110[V]가 표준이며, 운전 중 변류기(CT) 2차측을 개방하면 고전압이 유기되어 절연파괴 및 소손되므로 점검 시 반드시 2차측을 단락해야 한다 — 계기용변압기(PT)는 2차측을 단락하면 과대한 단락전류가 흘러 소손되므로 2차측에 퓨즈를 설치하고 개방해야 하며, 영상변류기(ZCT)는 3상 전류의 벡터합을 통해 지락 사고 시 영상전류(지락전류)를 검출하여 지락과전류계전기(OCGR)나 선택지락계전기(SGR)를 동작시킨다.

[전기기사 실기] 설비부하의 합계가 600[kW]인 수용가에서 수용률이 70[%], 부하들 간의 부등률이 1.2, 합성 부하 역률이 80[%]일 때, 이 수용가에 공급할 변압기의 최소 합성 피상용량[kVA]은?

437.5[kVA] (합성 최대수용전력 = (설비용량 × 수용률) / 부등률 = 350kW, 변압기 용량 = 350 / 0.8 = 437.5kVA) — 수용률(최대수용전력 / 설비용량 합계)은 항상 1(100%) 이하이고, 부등률(개별 최대수용전력의 합 / 합성 최대수용전력)은 항상 1 이상이며, 부하율(평균전력 / 최대수용전력)이 높을수록 전력설비의 이용도가 높고 공급 원가가 절감된다.

[한국전기설비규정(KEC)] 특고압 가공전선로의 지지물 경간 제한, 유도장해 방지 기준 및 풍압하중(갑종·을종·병종) 적용에 관한 설명으로 옳은 것은?

사용전압 35kV 이하 특고압 가공전선로에서 표준경간은 목주·A종 철주·A종 철근콘크리트주 150미터 이하, B종 철주·B종 철근콘크리트주 250미터 이하, 철탑 600미터 이하이며, 60kV 이하 특고압 가공전선로가 약전류전선로(통신선)에 미치는 정전유도전류는 전화선 길이 12킬로미터마다 2마이크로암페어(μA)를 넘지 않도록 해야 한다 — 갑종 풍압하중은 고온계(태풍 등 최대 풍속 기준)에 적용하고, 을종 풍압하중은 저온계(전선 주위에 두께 6mm, 비중 0.9의 빙설이 부착된 상태에서 갑종 풍압의 0.5배 적용)에 적용하며, 병종 풍압하중은 인가 밀집 지역(저압·고압 등)에서 갑종의 0.5배를 적용하는 하중이다.

[전기기기] 변압기의 손실(무부하손인 철손 P_i와 부하손인 동손 P_c) 및 최대 효율 조건, 그리고 단락시험·무부하시험에 관한 계산으로 옳은 것은?

전부하 시 철손 P_i = 400[W], 전부하 동손 P_c = 1,600[W]인 변압기가 최대 효율로 운전되는 부하율 m은 m = √(P_i / P_c) = √(400 / 1,600) = 0.5(즉, 50% 부하 시 철손과 동손이 각각 400W로 같아질 때 최대 효율 발생)이며, 무부하시험(개방시험)으로는 철손과 여자 어드미턴스를, 단락시험(임피던스시험)으로는 동손과 임피던스 전압(%Z)을 측정한다 — 변압기의 부하율을 m(0 < m ≤ 1)이라 할 때 철손 P_i는 부하와 무관하게 일정하고 부하 시 동손은 m²P_c로 부하율의 제곱에 비례하므로, 가변손과 고정손이 같아지는 조건(P_i = m²P_c ⇒ m = √(P_i / P_c))에서 효율이 최대가 된다.

[전력공학] 기준용량 100[MVA], 기준전압 22.9[kV]인 3상 전력계통에서 전원측부터 고장점까지 합성 백분율 임피던스(%Z)가 20[%]일 때, 이 지점에서 3상 단락사고 발생 시 단락용량 P_s[MVA]와 단락전류 I_s[kA]는?

단락용량 P_s = 500[MVA]이고, 단락전류 I_s ≈ 12.61[kA]이다 — 차단기의 정격차단용량(MVA)과 정격차단전류(kA)는 반드시 해당 설치 지점의 3상 단락용량(500MVA) 및 단락전류(12.61kA) 이상으로 선정해야 한다.

[전기기사 실기] 조명설비 설계에서 가로 10[m], 세로 20[m]인 사무실에 광속 F = 4,000[lm]인 형광등을 설치하여 평균조도 E = 300[lx]를 얻고자 한다. 조명률 U = 0.6, 보수율 M = 0.8(감광보상률 D = 1/M = 1.25)일 때 필요한 최소 등수 N(FUN = EAD 공식)과 실지수 K 공식은?

필요 등수 N = 31.25 → 32등(공식 N = (E · A · D) / (F · U) = (E · A) / (F · U · M))이고, 광원으로부터 작업면까지 높이를 H[m]라 할 때 실지수 K = (X · Y) / [H · (X + Y)]이다 — 거리 역제곱의 법칙에 의해 점광원으로부터 거리 r만큼 떨어진 면의 법선조도는 E = I / r²[lx], 입사각 θ일 때 수평면조도는 E_h = (I / r²) cosθ = (I / h²) cos³θ[lx]이다.

[전력공학] 대칭좌표법에서 3상 교류 발전기(유기기전력 E_a, 정상·역상·영상 임피던스 Z₁, Z₂, Z₀)의 무부하 운전 중 a상 '1선 지락사고(b, c상 개방)'가 발생했을 때 지락전류 I_g(= I_a)의 계산식은?

영상·정상·역상분 전류가 모두 같으므로(I₀ = I₁ = I₂ = E_a / (Z₀ + Z₁ + Z₂)), 지락전류 I_g = 3I₀ = (3E_a) / (Z₀ + Z₁ + Z₂)이다 (중성점 접지임피던스 Z_n이 있는 경우 분모의 Z₀에 3Z_n을 가산함) — 3상 평형 단락사고 시에는 정상분만 존재하여 I_s = E_a / Z₁이고, 선간단락(2상 단락) 시에는 영상분이 0이고 I₁ = -I₂ = E_a / (Z₁ + Z₂)가 되어 단락전류는 (√3 · E_a) / (Z₁ + Z₂)가 된다.

[한국전기설비규정(KEC)] KEC상 접지시스템의 시설 종류(단독접지·공통접지·통합접지)와 구리(Cu) 및 강재(철) 접지도체의 최소 단면적 기준으로 옳은 것은?

기계적 손상 보호가 없고 부식 방지 처리가 되지 않은 토양에 매설하는 접지도체의 최소 단면적은 구리 25제곱밀리미터 이상, 아연도금강재 50제곱밀리미터 이상이어야 하며, 특고압·고압·저압 전기설비의 접지극과 통신·피뢰설비 접지극을 하나로 연결하는 '통합접지' 시 과전압 보호조치(서지보호장치 SPD 등)와 등전위본딩을 시행해야 한다 — KEC에서는 보호도체(PE) 및 등전위본딩도체를 '녹색-노란색' 두 가지 색의 조합(바탕에 줄무늬)으로 식별하고 중성선(N)은 '청색'으로 식별하며, 선도체는 갈색(L1)·흑색(L2)·회색(L3)을 사용한다.

[전력공학] 수변전설비에서 피뢰기(LA)의 4대 구비 조건과 정격전압, 그리고 차단기(CB)·단로기(DS/LS)의 개폐 순서로 옳은 것은?

피뢰기는 ①충격방전개시전압이 낮을 것, ②방전내량이 클 것, ③제한전압이 낮을 것, ④속류 차단 능력이 클 것(특성요소 ZnO 산화아연 소자 사용 시 무속류형)을 갖추어야 하며, 전원 투입 시에는 '단로기(DS) 투입 후 차단기(CB) 투입', 전원 차단 시에는 '차단기(CB) 개방 후 단로기(DS) 개방' 순서로 조작해야 한다 — 22.9kV-y 다중접지 계통의 피뢰기 정격전압은 18[kV](변전소용은 21kV)이며, 절연협조의 기본 순서는 '피뢰기 제한전압 < 피보호기기의 기준충격절연강도(BIL) < 선로 애자련의 충격섬락전압'이다.

[전기기기] 3상 동기발전기의 병렬운전 조건 4가지와, 조건 불일치 시 흐르는 순환전류(무효순환전류 대 유효순환전류)의 영향으로 옳은 것은?

병렬운전 조건은 기전력의 ①크기, ②위상, ③주파수, ④파형이 같고 상회전 방향이 일치해야 하며, 기전력의 크기에 차이가 있으면 두 발전기 사이에 '무효순환전류(기전력이 큰 쪽은 지상전류로 감자작용, 작은 쪽은 진상전류로 증자작용)'가 흐르고, 기전력의 위상에 차이가 있으면 '유효순환전류(동기화 전류)'가 흘러 위상이 앞선 발전기가 뒤진 발전기에 동기화력을 공급한다 — 동기발전기 병렬운전 시 유효전력(kW) 분담은 원동기의 '조속기(밸브 개도)'로 조절하고, 무효전력(kVar) 및 역률은 '계자전류(여자전류)'로 조절한다.

[회로이론] 라플라스 변환에서 주요 시간 함수의 변환 쌍과 '초기값 정리' 및 '최종값 정리'로 옳은 것은?

단위계단함수 u(t) ⇔ 1/s, 지수함수 e^(-at) ⇔ 1/(s+a), 정현파 sin(ωt) ⇔ ω/(s²+ω²), 여현파 cos(ωt) ⇔ s/(s²+ω²)이며, 초기값 정리는 f(0⁺) = lim(s→∞) s·F(s)이고, 최종값 정리는 s·F(s)의 모든 극점이 s평면 좌반평면에 있을 때 f(∞) = lim(s→0) s·F(s)이다 — 단위임펄스 함수 δ(t)의 라플라스 변환은 1이고, t^n의 변환은 n! / s^(n+1)이며, 미분 정리는 L{df/dt} = s·F(s) - f(0⁻), 적분 정리는 L{∫f(t)dt} = F(s)/s + f⁻¹(0⁻)/s이다.

[한국전기설비규정(KEC)] KEC에서 감전보호를 위한 '고장 시 자동 차단' 및 누전차단기(RCD) 시설 기준에 관한 설명으로 옳은 것은?

욕실·샤워실 등 인체가 물에 젖어 있는 장소나 주택의 콘센트 회로(정격전류 32A 이하), 이동식 기기용 야외 회로(32A 이하)에는 정격감도전류 30밀리암페어(mA) 이하이고 동작시간 0.03초(또는 고장 시 자동 차단 시간 이내)인 인체감전보호용 누전차단기를 시설해야 한다 — 공칭 대지전압이 교류 120V 초과 230V 이하(예: 220V)인 32A 이하 배전·최종회로의 최대 자동 차단시간은 TN 계통 0.4초 이하, TT 계통 0.2초 이하이며, 보호도체(PE)나 PEN 도체에는 어떠한 개폐기나 과전류차단기도 시설해서는 안 된다.

[전기자기학] 전자기학의 4대 기본 방정식인 '맥스웰 방정식'의 미분형 수식과 물리적 의미 연결로 옳은 것은?

① ∇·D = ρ (가우스 정전계 법칙: 전하가 전속선의 발산원), ② ∇·B = 0 (자속 연속의 법칙: 고립된 자기 홀극 부존재), ③ ∇×E = -∂B/∂t (패러데이 전자기유도 법칙: 시변 자계가 회전 전계 생성), ④ ∇×H = J + ∂D/∂t (확장된 암페어 법칙: 전도전류와 변위전류가 자계 생성) — 맥스웰은 콘덴서 극판 사이 유전체에서 시변 전속밀도(∂D/∂t)가 전도전류와 동일하게 자계를 형성한다는 '변위전류밀도(J_d = ∂D/∂t)' 개념을 도입하여 전자기파의 존재와 광속 전파(c = 1/√(ε₀μ₀) ≈ 3×10⁸m/s)를 규명하였다.

국가기술자격 전기기사 필기·실기 — 한국전기설비규정(KEC), 전력공학·전기기기·회로이론 및 수변전설비·단락전류·역률개선 계산

국가기술자격 전기기사 필기(5과목 100문항) 및 실기(필답형) 완벽 대비 세트입니다. 한국전기설비규정(KEC 저압 교류 1,000V·직류 1,500V 기준, TN·TT·IT 계통접지, 통합접지 및 누전차단기 기준), 전기자기학(가우스·비오-사바르·맥스웰 방정식), 전력공학(다도체·이도·페란티 현상·중성점 접지·대칭좌표법), 전기기기(직류기·변압기 V-V 결선 및 최대효율·유도전동기 비례추이·동기발전기 병렬운전), 회로이론 및 제어공학(테브난·공진·라플라스·라우스 안정판별), 수변전설비·단락용량·역률개선 콘덴서 용량·조명설비 실전 계산을 다룹니다.

Level: intermediate
Languages: ko → ko
Cards: 32
Markdown: 국가기술자격 전기기사 필기·실기 — 한국전기설비규정(KEC), 전력공학·전기기기·회로이론 및 수변전설비·단락전류·역률개선 계산 (.md)

Flashcards (32)

#	Front (Term / Question)	Back (Definition / Answer)
1	[전기자기학] 진공 중에서 한 변의 길이가 a[m]인 정삼각형의 세 꼭짓점에 각각 Q[C]의 양전하가 놓여 있을 때, 정삼각형의 무게중심에서의 전계(전기장)의 크기 E와 전위 V는?	대칭성에 의해 세 전하가 만드는 전계의 벡터 합은 서로 상쇄되어 E = 0[V/m]이고, 스칼라량인 전위는 세 전위의 대수합이므로 V = (3√3 · Q) / (4πε₀a)[V]이다 — 정삼각형의 꼭짓점에서 무게중심까지의 거리 r은 (a / √3)[m]이며, 전계는 크기와 방향을 가진 벡터량이므로 120도 간격의 동일 크기 벡터 3개의 합은 0이 되지만 전위는 스칼라량이므로 3배로 중첩된다.
2	[회로이론] 대칭 3상 Y결선 전원의 상전압이 E_p[V]이고 평형 Δ결선 부하(한 상의 임피던스 Z_Δ = 6 + j8[Ω])가 연결되어 있을 때, 이를 등가 Y결선 부하로 변환한 한 상의 임피던스 Z_Y[Ω]와 부하 역률 cosθ는?	등가 Y결선 임피던스는 Δ결선 임피던스의 3분의 1이므로 Z_Y = Z_Δ / 3 = 2 + j(8/3)[Ω] (크기 \|Z_Y\| = 10/3[Ω])이고, 부하 역률 cosθ = R / \|Z\| = 6 / √(6² + 8²) = 0.6(60%, 지상)이다 — 대칭 3상(양의 상순 a-b-c) Y결선에서는 선간전압이 상전압보다 크기가 √3배이고 위상이 30° 앞서며(V_ab = √3·E_a∠+30°), Δ결선에서는 선전류가 상전류보다 크기가 √3배이고 위상이 30° 뒤진다(I_a = √3·I_ab∠-30°).
3	[전력공학] 경간(지지물 간 거리) S = 200[m], 전선 단위길이당 하중(자중) W = 2[kgf/m], 전선의 수평장력 T = 2,000[kgf]인 가공송전선로의 이도 D[m]와 전선의 실제 길이 L[m]은?	이도 D = 2.5[m]이고, 전선의 실제 길이 L ≈ 200.083[m]이다 (공식 D = W·S² / 8T, L = S + 8D² / 3S) — 이도 D = (W × S²) / (8T) = (2 × 200²) / (8 × 2,000) = 80,000 / 16,000 = 5 / 2 = 2.5[m]이며, 실제 전선 길이 L = S + (8D²) / (3S) = 200 + (8 × 6.25) / 600 = 200 + 50/600 ≈ 200.083[m]이다.
4	한국산업인력공단이 시행하는 국가기술자격 '전기기사' 시험의 필기시험(5과목) 및 실기시험 구성과 합격 기준은 무엇인가?	필기시험은 5과목(전기자기학, 전력공학, 전기기기, 회로이론 및 제어공학, 전기설비기술기준) 객관식 4지선다(과목당 20문항, 총 100문항 150분)로서 매 과목 40점 이상·전 과목 평균 60점 이상 득점 시 합격하고, 실기시험은 전기설비설계 및 관리 필답형(150분)으로서 100점 만점에 60점 이상 득점 시 합격한다 — 필기시험에 합격한 사람에 대해서는 필기시험 합격자 발표일로부터 2년간 필기시험을 면제한다.
5	[전기기기] 단상 변압기 3대를 이용한 3상 결선 방식(Δ-Δ, Y-Y, Δ-Y, V-V)의 특성과 제3고조파 문제 및 V-V 결선의 출력비·이용률로 옳은 것은?	Y-Y 결선은 중성점 접지가 가능하나 여자전류의 제3고조파 통로가 없어 유도기전력 파형이 일그러지므로 3차 권선을 Δ결선(안정권선)으로 내장하며, Δ-Δ 결선 중 1대 고장 시 나머지 2대로 운전하는 V-V 결선의 최대 출력은 1대 용량 P₁의 √3배(Δ-Δ 결선 출력 3P₁의 57.7%)이고 변압기 이용률은 √3 / 2 ≈ 86.6%이다 — Δ-Y 또는 Y-Δ 결선은 1·2차 선간전압 간에 30°(π/6 rad)의 위상 변위가 발생하므로 각변위가 0°인 Y-Y나 Δ-Δ 결선과는 절대 병렬운전을 할 수 없다. Δ-Y는 2차 권수비가 1/√3배로 줄어들어 절연이 유리하므로 송전단 승압용에, Y-Δ는 수전단 강압용에 주로 사용한다.
6	[전기기기] 3상 유도전동기에서 극수 P = 4극, 전원 주파수 f = 60[Hz]이고 슬립 s = 0.05(5%)로 운전 중일 때, 동기속도 N_s, 회전자 실제 회전속도 N, 회전자 유기기전력 주파수 f₂, 그리고 2차 입력(P₂) : 2차 동손(P_c2) : 기계적 출력(P_o)의 비는?	동기속도 N_s = 1,800[rpm], 회전자 속도 N = 1,710[rpm], 회전자 주파수 f₂ = 3[Hz]이며, 비례 관계는 P₂ : P_c2 : P_o = 1 : s : (1 - s) = 1 : 0.05 : 0.95(2차 효율 η₂ = 1 - s = 95%)이다 — 비례추이 원리에 의해 권선형 유도전동기의 2차 저항 R₂를 변화시키면 같은 토크를 내는 슬립 s가 비례하여 이동하므로 기동 토크를 최대 토크와 같게 만들 수 있으나, 최대 토크의 크기 자체는 2차 저항 R₂와 무관하게 일정하다.
7	[전기기기] 직류 발전기의 여자 방식 중 '분권 발전기'의 무부하 포화곡선과 계자저항선으로부터 전압이 확립되기 위한 조건과, 직류 전동기의 속도 제어 공식(N ∝ (V - I_a·R_a) / Φ)에 관한 설명으로 옳은 것은?	직류 분권발전기의 전압이 확립되려면 ①계자철심에 잔류자기가 있을 것, ②잔류자기와 계자전류의 자속 방향이 일치(가동결합)할 것, ③계자회로 저항이 임계저항보다 작을 것, ④회전속도가 임계속도보다 클 것의 조건을 만족해야 하며, 직류 분권전동기는 계자자속 Φ가 거의 일정하여 정속도 특성을 갖고 워드-레오나드(전압 제어) 방식은 광범위한 정토크 속도제어에 쓰인다 — 직류 직권전동기는 부하전류가 곧 계자전류(Φ ∝ I_a)이므로 무부하(I_a → 0) 시 자속이 급감하여 속도가 무한대로 폭주할 위험이 있어 벨트 운전을 금하고 부하와 직결 기동해야 한다. 보상권선과 보극은 전기자권선과 '직렬'로 연결한다.
8	[한국전기설비규정(KEC)] 2021년부터 전면 시행된 한국전기설비규정(KEC)상 '저압', '고압', '특고압'의 전압 구분 기준(교류 및 직류)으로 옳은 것은?	저압은 교류 1,000V 이하·직류 1,500V 이하인 것이고, 고압은 교류 1,000V 초과 7,000V 이하·직류 1,500V 초과 7,000V 이하인 것이며, 특고압은 교류·직류 모두 7,000V를 초과하는 것이다 — 종전 전기설비기술기준의 판단기준(교류 600V, 직류 750V 이하)이 폐지되고 국제표준(IEC 60364)에 부합하는 한국전기설비규정(KEC) 기준(교류 1,000V, 직류 1,500V 이하)으로 일원화되었다.
9	[전기자기학] 평행판 커패시터(콘덴서)의 극판 면적이 S[m²], 간격이 d[m]일 때, 비유전율 ε_s1, 두께 d/2인 유전체와 비유전율 ε_s2, 두께 d/2인 유전체를 극판과 평행하게(적층형으로) 채웠을 때의 합성 정전용량 C와 두 유전체 내 전계의 크기 비(E₁ : E₂)는?	두 커패시터의 직렬연결과 같으므로 C = (2ε₀S / d) · [(ε_s1 · ε_s2) / (ε_s1 + ε_s2)][F]이고, 경계면에 수직인 전속밀도 D가 일정(D₁ = D₂)하므로 전계의 크기 비는 E₁ : E₂ = ε_s2 : ε_s1(유전율에 반비례)이다 — 절연내력이 동일할 때 비유전율이 작은 유전체(예: 공기층)에 더 강한 전계가 집중되어 절연파괴가 먼저 일어나는데, 이를 '코로나 현상(부분 파괴)'의 원리로 설명한다.
10	[회로이론] 선형 양방향 회로망의 기본 정리인 '중첩의 원리', '테브난의 정리', '최대 전력 전달 조건'에 관한 설명으로 옳은 것은?	테브난 등가회로에서 부하 단자 개방전압 V_th와 내부 등가임피던스 Z_th = R_th + jX_th를 구할 때 독립 전압원은 단락하고 독립 전류원은 개방하여 Z_th를 산출하며, 가변 복소 부하 임피던스 Z_L에 최대 유효전력이 전달되기 위한 조건은 공액복소수 정합(Z_L = Z_th* = R_th - jX_th)이고 이때 최대 전달전력은 P_max = V_th² / (4R_th)[W]이다 — 최대 전력 전달 조건(R_L = R_th, X_L = -X_th)이 성립할 때 전원 내부저항 R_th와 부하저항 R_L에서 똑같은 전력이 소비되므로 그때의 전력 전송 효율 η는 항상 50%이다. 또한 전력은 전류·전압의 제곱에 비례하는 비선형량이므로 중첩의 원리를 직접 적용할 수 없다.
11	[전기자기학] 가우스 법칙을 이용하여 반지름이 a[m]이고 내부에 체적전하밀도 ρ[C/m³]로 균일하게 대전된 구체(유전율 ε)가 있을 때, 중심으로부터 거리 r[m](단, r < a인 구 내부)에서의 전계의 크기 E는?	E = (ρ · r) / (3ε) [V/m] (구 내부에서는 중심으로부터의 거리 r에 비례하여 증가함) — 도체 구(전하가 표면에만 분포)의 내부 전계는 0이지만, 체적전하밀도 ρ로 내부까지 균일 대전된 유전체 구의 내부(r < a) 전계는 반지름 r에 비례(E = ρr / 3ε)하고 구 표면(r = a)에서 최댓값(ρa / 3ε)을 가진 뒤 외부(r > a)에서는 r²에 반비례하여 감소한다.
12	[회로이론] 저항 R[Ω], 인덕턴스 L[H], 정전용량 C[F]가 직렬 연결된 RLC 직렬 공진회로에서 공진주파수 f₀[Hz], 선택도(첨예도) Q, 그리고 공진 시 특성에 관한 설명으로 옳은 것은?	유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 같아질 때(ω₀L = 1/ω₀C) 직렬공진이 일어나 공진주파수는 f₀ = 1 / (2π√(LC))[Hz]이고, 합성 임피던스가 최소(Z = R, 역률 1)가 되어 전류가 최대(I = V/R)로 흐르며, 선택도 Q = (ω₀L)/R = 1/(ω₀CR) = (1/R)√(L/C)배만큼 인덕터와 커패시터 단자에 인가전압 V보다 높은 과전압(Q·V)이 걸린다 — RLC 병렬 공진회로(이상적 무손실 시)에서는 공진주파수 f₀ = 1 / (2π√(LC))에서 합성 어드미턴스 Y가 최소(임피던스 최대)가 되어 전원 전류는 최소가 되고 L과 C 내부 순환전류가 Q배로 증폭된다. 대역폭 BW = f₂ - f₁ = f₀ / Q = R / (2πL)[Hz]이므로 Q가 클수록 대역폭이 좁아져 선택성이 예리해진다.
13	[전력공학] 가공송전선로에서 다도체(복도체: 소도체 2개 이상을 스페이서로 묶어 1상으로 구성) 방식을 채택할 때 단도체 대비 변화하는 특성으로 옳은 것은?	등가 반지름이 커져 선로의 작용 인덕턴스(L)는 감소하고 작용 정전용량(C)은 증가하며, 전선 표면의 전위경도가 낮아져 코로나 임계전압이 상승(코로나 손실·잡음 감소)하고 고유송전용량(안정도)이 증대된다 — 다도체에 같은 방향의 전류가 흐르면 소도체 간에 흡인력(인력)이 작용하여 충돌할 수 있으므로 일정 간격마다 스페이서(간격유지구)를 설치해야 하며, 파동임피던스 Z₀ = √(L/C)는 감소한다.
14	[한국전기설비규정(KEC)] KEC의 접지시스템 분류 중 계통접지 방식(TN, TT, IT 계통)의 문자 기호 의미와 TN 계통의 세분(TN-S, TN-C, TN-C-S)에 관한 설명으로 옳은 것은?	제1문자 T는 전원 한 점의 대지 직접접지(I는 충전부 대지 절연 또는 고임피던스 접지), 제2문자 T는 노출도전부의 대지 직접접지, 제2문자 N은 노출도전부를 전원측 접지점에 직접 연결함을 뜻하며, TN-C 계통은 계통 전체에서 중성선과 보호도체 기능을 하나의 도체(PEN 도체)로 겸용하는 방식이다 — TN-S는 계통 전체에서 중성선(N)과 보호도체(PE)를 분리하여 포설하는 방식이고, TN-C-S는 전원측 일부 구간에서는 PEN 도체로 겸용하다가 후단에서 PE와 N을 분리하는 방식(일단 분리된 후 다시 합칠 수 없음)이다.
15	[전력공학] 송배전선로의 중성점 접지 방식 중 '직접접지 방식(유효접지)'과 '소호리액터 접지 방식(병렬공진 접지)'의 특징 비교로 옳은 것은?	직접접지 방식(우리나라 154kV·345kV·765kV 계통)은 1선 지락 시 건전상의 대지전위 상승이 낮아(정상 대지전압의 1.3배 이하) 기기 절연레벨(BIL)과 비용을 낮출 수 있으나 지락전류가 매우 커서 과도안정도와 통신선 전자유도장해가 불리하고, 소호리액터 접지는 지락전류(진상)를 인덕턴스 전류(지상)와 병렬공진시켜 소멸시키므로 과도안정도가 가장 우수하다 — 3상 선로에서 1선 지락 시 대지 정전용량 3C_0를 통해 흐르는 충전전류를 상쇄해야 하므로 소호리액터의 공진 인덕턴스는 L = 1 / (3ω²C_0)[H]로 선정한다.
16	[전력공학] 장거리 송전선로에서 수전단 무부하 또는 경부하 시 수전단 전압(V_r)이 송전단 전압(V_s)보다 높아지는 '페란티 현상'의 발생 원인과 방지 대책으로 옳은 것은?	선로의 대지 정전용량(충전용량 C)으로 인해 앞선 충전전류(진상전류)가 선로 인덕턴스(L)에 흐르면서 부(-)의 전압강하(즉, 전압상승)를 유발하기 때문이며, 수전단에 분로리액터를 병렬 연결하여 지상 무효전력을 흡수함으로써 방지한다 — 수전단 무부하 시 4단자 정수 중 전압비 V_s / V_r = A = 1 + ZY/2 ≈ 1 - ω²LC/2 < 1이 되어 V_r > V_s가 된다. 이를 억제하려면 수전단에 분로리액터를 투입하거나 동기조상기를 부족여자(지상 운전) 상태로 운전해야 한다.
17	[제어공학] 되먹임(피드백) 제어계의 전달함수 G(s) / (1 + G(s)H(s))에서 특성방정식 1 + G(s)H(s) = 0을 이용한 '라우스-후르비츠 안정 판별법'과 '나이퀴스트 안정 판별법'에 관한 설명으로 옳은 것은?	특성방정식 s³ + 2s² + 3s + K = 0(단, K > 0)인 3차 제어계가 안정하기 위한 조건은 모든 계수가 양수이고 내항의 곱(2×3 = 6)이 외항의 곱(1×K = K)보다 커야 하므로 0 < K < 6이며, 라우스 표의 제1열에서 부호가 바뀌는 횟수는 s평면 우반평면(RHP)에 존재하는 불안정한 근의 개수와 같다 — 1차 및 2차 특성방정식은 모든 계수가 양수이면 필요충분조건으로 안정하지만, 3차 이상에서는 모든 계수가 양수인 것은 필요조건일 뿐이며 반드시 라우스 표 제1열의 모든 원소가 양수여야 안정하다. 계의 형수(원점 극점 수)가 높아지면 정상편차는 줄어들어 정확도는 좋아지나 상대안정도는 나빠진다.
18	[전기기사 실기] 소비전력 P = 800[kW], 지상 역률 cosθ₁ = 0.6으로 운전 중인 공장의 합성 역률을 cosθ₂ = 0.9(지상)로 개선하고자 할 때, 병렬로 설치해야 할 전력용 콘덴서(진상용 커패시터)의 용량 Q_c[kVA]는?	Q_c = P · (tanθ₁ - tanθ₂) ≈ 800 × (1.333 - 0.484) = 679.2[kVA] (약 679kVA) — 역률 개선용 콘덴서 용량 공식은 Q_c = P(tanθ₁ - tanθ₂) = P(√(1 - cos²θ₁)/cosθ₁ - √(1 - cos²θ₂)/cosθ₂)[kVA]이며, 콘덴서와 직렬로 설치하는 제5고조파 제거용 직렬리액터(SR)의 이론적 최소 용량은 콘덴서 용량의 4%(실무 여유 고려 시 6%)이다.
19	[전기자기학] 비오-사바르 법칙과 암페어 주회적분 법칙에 따른 기본 자계(자기장)의 세기 H[AT/m] 공식 연결로 옳은 것은?	무한장 직선전류 I로부터 거리 r인 점은 H = I / (2πr), 반지름 r·권수 N인 원형코일 중심은 H = NI / (2r), 반지름 r·평균길이 ℓ·총권수 N인 환상솔레노이드 내부는 H = NI / (2πr) = NI / ℓ이며 외부 자계는 0이다 — 한 변이 a인 정사각형 코일 중심의 자계는 H = (2√2 · I) / (πa)[AT/m]이고, 전류가 단면에 균일 분포하는 반지름 a인 원통도체 내부(r < a) 자계는 H = (I · r) / (2πa²)[AT/m]로 중심에서 거리에 비례한다.
20	[전기기사 실기] 수변전설비 단선결선도에서 계기용변성기(MOF/PCT), 계기용변압기(PT/VT), 변류기(CT), 영상변류기(ZCT)의 역할과 2차측 정격 및 주의사항으로 옳은 것은?	계기용변성기(MOF)는 고압·특고압 회로의 전압과 전류를 동시에 저압·소전류로 변성하여 전력량계(WH)에 공급하는 거래용 계량장치이고, 변류기(CT) 2차측 정격전류는 5[A], 계기용변압기(PT) 2차측 정격전압은 110[V]가 표준이며, 운전 중 변류기(CT) 2차측을 개방하면 고전압이 유기되어 절연파괴 및 소손되므로 점검 시 반드시 2차측을 단락해야 한다 — 계기용변압기(PT)는 2차측을 단락하면 과대한 단락전류가 흘러 소손되므로 2차측에 퓨즈를 설치하고 개방해야 하며, 영상변류기(ZCT)는 3상 전류의 벡터합을 통해 지락 사고 시 영상전류(지락전류)를 검출하여 지락과전류계전기(OCGR)나 선택지락계전기(SGR)를 동작시킨다.
21	[전기기사 실기] 설비부하의 합계가 600[kW]인 수용가에서 수용률이 70[%], 부하들 간의 부등률이 1.2, 합성 부하 역률이 80[%]일 때, 이 수용가에 공급할 변압기의 최소 합성 피상용량[kVA]은?	437.5[kVA] (합성 최대수용전력 = (설비용량 × 수용률) / 부등률 = 350kW, 변압기 용량 = 350 / 0.8 = 437.5kVA) — 수용률(최대수용전력 / 설비용량 합계)은 항상 1(100%) 이하이고, 부등률(개별 최대수용전력의 합 / 합성 최대수용전력)은 항상 1 이상이며, 부하율(평균전력 / 최대수용전력)이 높을수록 전력설비의 이용도가 높고 공급 원가가 절감된다.
22	[한국전기설비규정(KEC)] 특고압 가공전선로의 지지물 경간 제한, 유도장해 방지 기준 및 풍압하중(갑종·을종·병종) 적용에 관한 설명으로 옳은 것은?	사용전압 35kV 이하 특고압 가공전선로에서 표준경간은 목주·A종 철주·A종 철근콘크리트주 150미터 이하, B종 철주·B종 철근콘크리트주 250미터 이하, 철탑 600미터 이하이며, 60kV 이하 특고압 가공전선로가 약전류전선로(통신선)에 미치는 정전유도전류는 전화선 길이 12킬로미터마다 2마이크로암페어(μA)를 넘지 않도록 해야 한다 — 갑종 풍압하중은 고온계(태풍 등 최대 풍속 기준)에 적용하고, 을종 풍압하중은 저온계(전선 주위에 두께 6mm, 비중 0.9의 빙설이 부착된 상태에서 갑종 풍압의 0.5배 적용)에 적용하며, 병종 풍압하중은 인가 밀집 지역(저압·고압 등)에서 갑종의 0.5배를 적용하는 하중이다.
23	[전기기기] 변압기의 손실(무부하손인 철손 P_i와 부하손인 동손 P_c) 및 최대 효율 조건, 그리고 단락시험·무부하시험에 관한 계산으로 옳은 것은?	전부하 시 철손 P_i = 400[W], 전부하 동손 P_c = 1,600[W]인 변압기가 최대 효율로 운전되는 부하율 m은 m = √(P_i / P_c) = √(400 / 1,600) = 0.5(즉, 50% 부하 시 철손과 동손이 각각 400W로 같아질 때 최대 효율 발생)이며, 무부하시험(개방시험)으로는 철손과 여자 어드미턴스를, 단락시험(임피던스시험)으로는 동손과 임피던스 전압(%Z)을 측정한다 — 변압기의 부하율을 m(0 < m ≤ 1)이라 할 때 철손 P_i는 부하와 무관하게 일정하고 부하 시 동손은 m²P_c로 부하율의 제곱에 비례하므로, 가변손과 고정손이 같아지는 조건(P_i = m²P_c ⇒ m = √(P_i / P_c))에서 효율이 최대가 된다.
24	[전력공학] 기준용량 100[MVA], 기준전압 22.9[kV]인 3상 전력계통에서 전원측부터 고장점까지 합성 백분율 임피던스(%Z)가 20[%]일 때, 이 지점에서 3상 단락사고 발생 시 단락용량 P_s[MVA]와 단락전류 I_s[kA]는?	단락용량 P_s = 500[MVA]이고, 단락전류 I_s ≈ 12.61[kA]이다 — 차단기의 정격차단용량(MVA)과 정격차단전류(kA)는 반드시 해당 설치 지점의 3상 단락용량(500MVA) 및 단락전류(12.61kA) 이상으로 선정해야 한다.
25	[전기기사 실기] 조명설비 설계에서 가로 10[m], 세로 20[m]인 사무실에 광속 F = 4,000[lm]인 형광등을 설치하여 평균조도 E = 300[lx]를 얻고자 한다. 조명률 U = 0.6, 보수율 M = 0.8(감광보상률 D = 1/M = 1.25)일 때 필요한 최소 등수 N(FUN = EAD 공식)과 실지수 K 공식은?	필요 등수 N = 31.25 → 32등(공식 N = (E · A · D) / (F · U) = (E · A) / (F · U · M))이고, 광원으로부터 작업면까지 높이를 H[m]라 할 때 실지수 K = (X · Y) / [H · (X + Y)]이다 — 거리 역제곱의 법칙에 의해 점광원으로부터 거리 r만큼 떨어진 면의 법선조도는 E = I / r²[lx], 입사각 θ일 때 수평면조도는 E_h = (I / r²) cosθ = (I / h²) cos³θ[lx]이다.
26	[전력공학] 대칭좌표법에서 3상 교류 발전기(유기기전력 E_a, 정상·역상·영상 임피던스 Z₁, Z₂, Z₀)의 무부하 운전 중 a상 '1선 지락사고(b, c상 개방)'가 발생했을 때 지락전류 I_g(= I_a)의 계산식은?	영상·정상·역상분 전류가 모두 같으므로(I₀ = I₁ = I₂ = E_a / (Z₀ + Z₁ + Z₂)), 지락전류 I_g = 3I₀ = (3E_a) / (Z₀ + Z₁ + Z₂)이다 (중성점 접지임피던스 Z_n이 있는 경우 분모의 Z₀에 3Z_n을 가산함) — 3상 평형 단락사고 시에는 정상분만 존재하여 I_s = E_a / Z₁이고, 선간단락(2상 단락) 시에는 영상분이 0이고 I₁ = -I₂ = E_a / (Z₁ + Z₂)가 되어 단락전류는 (√3 · E_a) / (Z₁ + Z₂)가 된다.
27	[한국전기설비규정(KEC)] KEC상 접지시스템의 시설 종류(단독접지·공통접지·통합접지)와 구리(Cu) 및 강재(철) 접지도체의 최소 단면적 기준으로 옳은 것은?	기계적 손상 보호가 없고 부식 방지 처리가 되지 않은 토양에 매설하는 접지도체의 최소 단면적은 구리 25제곱밀리미터 이상, 아연도금강재 50제곱밀리미터 이상이어야 하며, 특고압·고압·저압 전기설비의 접지극과 통신·피뢰설비 접지극을 하나로 연결하는 '통합접지' 시 과전압 보호조치(서지보호장치 SPD 등)와 등전위본딩을 시행해야 한다 — KEC에서는 보호도체(PE) 및 등전위본딩도체를 '녹색-노란색' 두 가지 색의 조합(바탕에 줄무늬)으로 식별하고 중성선(N)은 '청색'으로 식별하며, 선도체는 갈색(L1)·흑색(L2)·회색(L3)을 사용한다.
28	[전력공학] 수변전설비에서 피뢰기(LA)의 4대 구비 조건과 정격전압, 그리고 차단기(CB)·단로기(DS/LS)의 개폐 순서로 옳은 것은?	피뢰기는 ①충격방전개시전압이 낮을 것, ②방전내량이 클 것, ③제한전압이 낮을 것, ④속류 차단 능력이 클 것(특성요소 ZnO 산화아연 소자 사용 시 무속류형)을 갖추어야 하며, 전원 투입 시에는 '단로기(DS) 투입 후 차단기(CB) 투입', 전원 차단 시에는 '차단기(CB) 개방 후 단로기(DS) 개방' 순서로 조작해야 한다 — 22.9kV-y 다중접지 계통의 피뢰기 정격전압은 18[kV](변전소용은 21kV)이며, 절연협조의 기본 순서는 '피뢰기 제한전압 < 피보호기기의 기준충격절연강도(BIL) < 선로 애자련의 충격섬락전압'이다.
29	[전기기기] 3상 동기발전기의 병렬운전 조건 4가지와, 조건 불일치 시 흐르는 순환전류(무효순환전류 대 유효순환전류)의 영향으로 옳은 것은?	병렬운전 조건은 기전력의 ①크기, ②위상, ③주파수, ④파형이 같고 상회전 방향이 일치해야 하며, 기전력의 크기에 차이가 있으면 두 발전기 사이에 '무효순환전류(기전력이 큰 쪽은 지상전류로 감자작용, 작은 쪽은 진상전류로 증자작용)'가 흐르고, 기전력의 위상에 차이가 있으면 '유효순환전류(동기화 전류)'가 흘러 위상이 앞선 발전기가 뒤진 발전기에 동기화력을 공급한다 — 동기발전기 병렬운전 시 유효전력(kW) 분담은 원동기의 '조속기(밸브 개도)'로 조절하고, 무효전력(kVar) 및 역률은 '계자전류(여자전류)'로 조절한다.
30	[회로이론] 라플라스 변환에서 주요 시간 함수의 변환 쌍과 '초기값 정리' 및 '최종값 정리'로 옳은 것은?	단위계단함수 u(t) ⇔ 1/s, 지수함수 e^(-at) ⇔ 1/(s+a), 정현파 sin(ωt) ⇔ ω/(s²+ω²), 여현파 cos(ωt) ⇔ s/(s²+ω²)이며, 초기값 정리는 f(0⁺) = lim(s→∞) s·F(s)이고, 최종값 정리는 s·F(s)의 모든 극점이 s평면 좌반평면에 있을 때 f(∞) = lim(s→0) s·F(s)이다 — 단위임펄스 함수 δ(t)의 라플라스 변환은 1이고, t^n의 변환은 n! / s^(n+1)이며, 미분 정리는 L{df/dt} = s·F(s) - f(0⁻), 적분 정리는 L{∫f(t)dt} = F(s)/s + f⁻¹(0⁻)/s이다.
31	[한국전기설비규정(KEC)] KEC에서 감전보호를 위한 '고장 시 자동 차단' 및 누전차단기(RCD) 시설 기준에 관한 설명으로 옳은 것은?	욕실·샤워실 등 인체가 물에 젖어 있는 장소나 주택의 콘센트 회로(정격전류 32A 이하), 이동식 기기용 야외 회로(32A 이하)에는 정격감도전류 30밀리암페어(mA) 이하이고 동작시간 0.03초(또는 고장 시 자동 차단 시간 이내)인 인체감전보호용 누전차단기를 시설해야 한다 — 공칭 대지전압이 교류 120V 초과 230V 이하(예: 220V)인 32A 이하 배전·최종회로의 최대 자동 차단시간은 TN 계통 0.4초 이하, TT 계통 0.2초 이하이며, 보호도체(PE)나 PEN 도체에는 어떠한 개폐기나 과전류차단기도 시설해서는 안 된다.
32	[전기자기학] 전자기학의 4대 기본 방정식인 '맥스웰 방정식'의 미분형 수식과 물리적 의미 연결로 옳은 것은?	① ∇·D = ρ (가우스 정전계 법칙: 전하가 전속선의 발산원), ② ∇·B = 0 (자속 연속의 법칙: 고립된 자기 홀극 부존재), ③ ∇×E = -∂B/∂t (패러데이 전자기유도 법칙: 시변 자계가 회전 전계 생성), ④ ∇×H = J + ∂D/∂t (확장된 암페어 법칙: 전도전류와 변위전류가 자계 생성) — 맥스웰은 콘덴서 극판 사이 유전체에서 시변 전속밀도(∂D/∂t)가 전도전류와 동일하게 자계를 형성한다는 '변위전류밀도(J_d = ∂D/∂t)' 개념을 도입하여 전자기파의 존재와 광속 전파(c = 1/√(ε₀μ₀) ≈ 3×10⁸m/s)를 규명하였다.