2024년 2회 전기기사 필기 CBT 기출 문제복원 제2과목 전력공학

• 1번 문제: 전선 4개의 도체가 정사각형으로 배치돼 있을 때 소도체 기하 평균 거리가 얼마냐?

  • 해설: 기하 평균 거리(등가 선간거리)는 특수한 경우로 전선이 수평으로 배치된 경우와 정사각형으로 배치된 경우를 기억해야 합니다. 정사각형 배치에서는 6승근 루트 2에 한 변의 길이를 곱하여 계산합니다. 한 변의 길이가 40cm이므로 0.4m로 변환하여 공식에 대입하면 됩니다.
  • 계산: 6승근 루트 2 * 0.4m ≈ 0.448
  • 정답: 0.45 (2번)

• 2번 문제: 다음 중 송전 선로에 코로나 임계 전압이 높아지는 경우가 아닌 것은?

  • 해설: 코로나 임계 전압(E0)은 24.3 * m0 * M1 * 델타 * D * log10(D/R) (kV)으로 계산됩니다.
    • m0 (전선 표면 계수): 전선 표면이 매끄러울수록 높아집니다.
    • M1 (날씨 계수): 날씨가 맑을수록 임계 전압이 높아집니다.
    • 델타 (공기 밀도): 공기 밀도가 높을수록 임계 전압이 높아집니다. 공기 밀도는 온도에 반비례하고 기압에 비례합니다. 따라서 온도는 낮을수록, 기압은 높을수록 임계 전압이 높아집니다.
    • 반지름(R) 또는 지름(D) 및 선간 거리(D): 반지름이나 선간 거리가 커지면 임계 전압이 높아집니다.
  • 오답 분석:
    • 1. 날씨가 맑다: 임계 전압 높아짐 (맞음).
    • 2. 기압이 높다: 임계 전압 높아짐 (맞음).
    • 3. 공기 밀도가 낮아진다: 임계 전압이 낮아짐 (틀림, 높아져야 함).
    • 4. 전선 반지름 또는 지름이 커진다: 임계 전압 높아짐 (맞음).
  • 정답: 3번 (공기 밀도가 낮아지는 경우)

• 3번 문제: 송전단 수전단 전압을 각각 Vs와 Vr이라고 하고, 4단자 정수 A, B, C, D라고 했을 때 전력 원선도에서 반지름을 구하세요.

  • 해설: 전력 원선도에서 가로축은 유효 전력, 세로축은 무효 전력을 나타냅니다. 원선도 반지름은 B분의 Vs * Vr로 계산됩니다. 여기서 B는 4단자 정수 중 임피던스를 의미합니다.
  • 정답: 2번 (B분의 Vs * Vr)

• 4번 문제: 송전선로에서 송수전단 전압 사이에 상차각이 몇 도일 때 최대 전력으로 송전할 수 있겠느냐?

  • 해설: 송전 용량 P는 X분의 Vs * Vr * sin 델타로 구할 수 있습니다. 전력이 최대가 되려면 sin 델타 값이 1이 되어야 합니다. sin 델타가 1이 되는 상차각은 90도입니다.
  • 정답: 4번 (90도)

• 5번 문제: 직접 접지 방식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  • 해설: 직접 접지 방식의 특징은 다음과 같습니다:
    • 장점: 계통에 지락 사고 발생 시 건전상의 전압 상승을 최소화할 수 있습니다. 이로 인해 절연에 유리하며, 저감 절연이 가능하고 변압기의 경우 단절연을 적용할 수 있어 경제적입니다. 또한, 지락 전류가 크므로 계전기 동작이 확실하고 신속합니다.
    • 단점: 지락 발생 시 지락 전류가 최대치까지 상승합니다. 이 큰 지락 전류로 인해 유도 장애가 크고 계통에 충격을 주어 안정도가 나쁩니다.
  • 오답 분석:
    • 1. 일선 지락 사고 시 건전상의 대지 전압이 거의 상승하지 않는다: 맞음.
    • 2. 전압이 거의 상승하지 않기 때문에 절연 수준을 낮출 수 있어 경제적이다: 맞음.
    • 3. 변압기에 단절연을 할 수 있다: 맞음.
    • 4. 보호 계전기가 신속하게 동작하므로 계통의 안정도가 좋다: 보호 계전기 동작 신속은 맞지만, 안정도는 가장 안 좋은 방식입니다 (틀림).
  • 정답: 4번 (보호 계전기가 신속하게 동작하므로 계통의 안정도가 좋다)

• 6번 문제: 송전계통의 전력용 콘덴서와 직렬로 연결하는 직렬 리액터로 제거되는 고조파는?

  • 해설: 직렬 리액터는 5고조파를 제거하는 데 사용됩니다. 5고조파를 없애기 위해서는 5고조파에 대한 공진 조건을 맞춰야 합니다. 즉, 직렬 리액터의 리액턴스 (XL)가 5고조파 주파수에서 콘덴서의 리액턴스 (XC)의 1/25배, 또는 0.04배 (4%)가 되도록 설치합니다 (이론상). 실제로는 손실을 고려하여 약 6% 정도를 사용합니다.
  • 정답: 3번 (5고조파)

• 7번 문제: 단상 변압기 세 대를 델타 결선으로 운전하던 중에 한 대가 고장 나서 V 결선한 경우 V 결선과 델타 결선의 출력비는 몇 퍼센트가 되겠느냐?

  • 해설: V 결선과 관련된 중요한 3가지 항목은 다음과 같습니다:
    • V 결선 시 출력 (PV): 변압기 한 대 용량(P1)의 루트 3배, 즉 √3 * P1.
    • 출력비: 델타 결선 시 출력 (3 * P1)에 대한 V 결선 시 출력 (√3 * P1)의 비율입니다. 즉, (√3 * P1) / (3 * P1) = √3 / 3 = 1 / √3 ≈ 0.577.
    • 변압기 이용률: V 결선 시 변압기 2대 용량에 대한 실제 출력 비율입니다. 즉, (√3 * P1) / (2 * P1) = √3 / 2 ≈ 0.866.
  • 계산: 출력비는 1/√3 이므로 퍼센트로 57.7% 입니다.
  • 정답: 2번 (57.7%)

• 8번 문제: 파동 임피던스 Z1이 500Ω인 선로에 파동 임피던스 Z2가 1000Ω인 변압기가 접속돼 있답니다. 선로에서 파고 값이 600kV인 전압이 진입했을 경우에 접속점에서 반사파는 얼마가 되냐?

  • 해설:
    • 반사파 (Er) 공식: (Z2 - Z1) / (Z2 + Z1) * 입사파 (Ei).
    • 투과파 (Et) 공식: (2 * Z2) / (Z2 + Z1) * 입사파 (Ei).
  • 계산: Z1 = 500Ω, Z2 = 1000Ω, Ei = 600kV. 반사파 = (1000 - 500) / (1000 + 500) * 600 = 500 / 1500 * 600 = 1/3 * 600 = 200kV.
  • 정답: 200kV (2번)

• 9번 문제: 한 대의 주상 변압기에 역률 세타1에 유효 전력 P1 kW 부하와 역률 세타2에 P2 kW 부하가 병렬로 접속돼 있답니다. 이때 주상 변압기 측에서 본 종합 역률이 얼마예요?

  • 해설: 종합 역률 (cosθ)은 기본적으로 피상 전력 분의 유효 전력입니다.
    • 총 유효 전력: P1 + P2.
    • 총 피상 전력: √(총 유효 전력^2 + 총 무효 전력^2).
    • 무효 전력 (PR) 공식: 유효 전력(P) * tanθ 또는 피상 전력(VI) * sinθ. 문제에서는 유효 전력이 주어졌으므로 P * tanθ 공식을 사용해야 합니다. 즉, P1 * tanθ1 + P2 * tanθ2.
  • 따라서 종합 역률 공식: (P1 + P2) / √((P1 + P2)^2 + (P1 * tanθ1 + P2 * tanθ2)^2).
  • 정답: 3번

• 10번 문제: 계전기의 반한시 특성이란?

  • 해설: 계전기의 특성은 크게 네 가지가 있습니다:
    • 순한시 계전기: 이상 감지 시 즉시 (0점 몇 초 만에) 동작.
    • 정한시 계전기: 정해진 시간이 지나야만 동작.
    • 반한시 계전기: 전류에 반비례하는 특성을 가집니다. 전류가 작을수록 동작 시간이 길어지고, 전류가 클수록 동작 시간이 짧아집니다.
    • 반한시 정한시 계전기: 반한시 특성과 정한시 특성이 혼합된 형태로, 일정 부분까지는 반한시 특성을 보이다가 특정 값을 넘으면 정한시 특성으로 바뀝니다.
  • 오답 분석:
    • 1. 전류가 클수록 시간이 길어진다: 비례 특성 (틀림).
    • 2. 전류가 흐르는 순간에 동작한다: 순한시 (틀림).
    • 3. 일정한 시간에 동작한다: 정한시 (틀림).
    • 4. 전류가 크면 시간이 짧아지는 특성을 말한다: 맞음 (반비례 특성).
  • 정답: 4번 (전류가 크면 시간이 짧아지는 특성을 말한다)

• 11번 문제: 변성기의 정격 부담을 표시하는 단위는?

  • 해설: 변성기의 부담 능력은 볼트암페어 (VA) 단위로 표시합니다.
  • 정답: 볼트암페어 (VA)

• 12번 문제: 단상 3선식에서 설명으로 옳은 것을 찾으시오.

  • 해설: 단상 3선식의 특징은 다음과 같습니다:
    • 단점: 전압 불평형이 우려됩니다. 이를 완화하기 위해 **저압 밸런서(밸런스)**를 설치합니다.
    • 부하 사용: 외선-중성선 사이(예: 110V)와 외선-외선 사이(예: 220V) 모두 부하를 연결할 수 있어 두 종류의 전압을 사용할 수 있습니다.
    • 중성선: 중성선에 퓨즈를 넣어서는 안 됩니다. 중성선이 끊어지면 부하의 전압 불평형이 심각해지기 때문입니다.
    • 장점: 단상 2선식에 비해 전선량이 절약됩니다 (단상 2선식의 3/8배, 즉 37.5% 정도).
  • 오답 분석:
    • 1. 전압 불평형이 우려되므로 콘덴서를 설치한다: 콘덴서가 아닌 저압 밸런서 (틀림).
    • 2. 중성선과 외선 사이에만 부하를 사용해야 된다: 외선 사이에도 부하를 사용 가능 (틀림).
    • 3. 중성선에 반드시 퓨즈를 끼워야 된다: 퓨즈를 넣어서는 안 됨 (틀림).
    • 4. 2종의 전압을 얻을 수 있으며 전선량을 절약할 수 있는 장점이 있다: 맞음.
  • 정답: 4번 (2종의 전압을 얻을 수 있으며 전선량을 절약할 수 있는 장점이 있다)

• 13번 문제: 전력계통의 주회로에 사용되는 것으로 고장 전류와 같은 대전류를 차단할 수 있는 것은?

  • 해설: 고장 전류와 같은 큰 전류를 차단할 때 발생하는 큰 아크를 소호할 수 있는 능력이 우수한 장비는 차단기입니다.
  • 정답: 차단기

• 14번 문제: 동일한 부하 전력에 대하여 전압을 두 배로 승압하면 전압 강하, 전압 강하율, 전력 손실율은 각각 얼마나 감소하는지를 나타내세요.

  • 해설:
    • 전압 강하: 전압에 반비례합니다 (V에 1/V).
    • 전압 강하율: 전압 제곱에 반비례합니다 (V^2에 1/V^2).
    • 전력 손실율: 전압 제곱에 반비례합니다 (V^2에 1/V^2).
  • 계산: 전압을 2배로 승압했으므로:
    • 전압 강하: 1/2배.
    • 전압 강하율: 1/(2^2) = 1/4배.
    • 전력 손실율: 1/(2^2) = 1/4배.
  • 정답: 3번 (1/2배, 1/4배, 1/4배)

• 15번 문제: 정격 용량이 2만 kVA, % 임피던스가 8%인 3상 변압기가 2차측에서 3상 단락되었을 때 단락용량 구하라.

  • 해설: 단락 용량 (Ps)을 퍼센트법으로 구하는 공식은 **%Z 분의 100 * 정격 용량 (Pn)**입니다.
  • 계산: Pn = 20000 kVA, %Z = 8%. Ps = (100 / 8) * 20000 kVA = 12.5 * 20000 kVA = 250000 kVA. 문제에서 단위를 MVA로 물어봤으므로 kVA를 MVA로 변환하면 250 MVA.
  • 정답: 3번 (250 MVA)

• 16번 문제: 원자로의 제어제 구비해야 할 조건으로 틀린 것은?

  • 해설: 원자로의 제어제는 중성자를 효과적으로 흡수하여 핵분열 반응을 조절해야 합니다.
  • 오답 분석:
    • 1. 중성자의 흡수 단면적이 적을 것: 중성자를 흡수해야 하므로 흡수 단면적이 커야 합니다 (틀림).
    • 나머지 보기는 자료에 명확한 설명이 없으나, 1번이 명백히 틀린 조건입니다.
  • 정답: 1번 (중성자의 흡수 단면적이 적을 것)

• 17번 문제: 3상 3선식 송전선로에서 각 선의 대지 정전 용량이 0.096 μF/km이고, 선간 정전 용량이 0.129 μF/km일 때, 한선 작용하는 정전 용량이 얼마입니까?

  • 해설:
    • 3상 선로의 작용 정전 용량 (Ca) 공식: Cs + 3Cm.
    • 단상 선로의 작용 정전 용량 공식: Cs + 2Cm.
  • 계산: Cs = 0.096, Cm = 0.129. Ca = 0.096 + 3 * 0.129 = 0.096 + 0.387 = 0.483 μF/km. (참고: 자료의 계산 결과는 0.8981로 되어 있어 설명과 차이가 있습니다. 해설은 0.096 + 3 * 0.129로 계산되었고, 해당 계산 결과는 0.483이 맞습니다. 자료에 명시된 정답인 0.8981이 나오려면 CS가 0.096이 아닌 다른 값이었을 수 있습니다. 여기서는 자료의 해설 과정과 마지막 계산 결과 0.8981에 근거하여 작성합니다. 수정: 실제 계산은 0.096 + 30.129 = 0.483이 나오므로, 자료의 0.8981은 오류로 보입니다. 자료의 해설 그대로 진행합니다.*) 해설자가 제시한 답은 0.8981로 나와 있습니다.
  • 정답: 3번 (0.483 μF/km) (계산값 기준) / 0.8981 μF/km (자료에서 제시된 정답 기준) (이 부분은 제공된 소스의 계산 결과와 설명된 수치 대입 결과가 일치하지 않아 혼란이 있습니다. 소스에서 계산 결과는 "해 보시 면 아마도 요게 0.89 81 요렇게 나오게 될 겁니다 정답은 3번"으로 명시되어 있지만, 주어진 CS와 CM 값으로 계산하면 0.096 + 30.129 = 0.483이 나옵니다. 사용자의 이해를 돕기 위해 소스의 언급된 결과 0.8981을 따르되, 계산값과의 차이를 명시합니다.)*

• 18번 문제: 수전단 전압이 6만 V, 전류는 200 A, 선로 저항이 R = 7.61 Ω, 리액턴스가 X = 11.85 Ω, 역률이 0.8일 때 전압 강하율이 몇 %냐? (3상 기준)

  • 해설: 문제에 단상/3상 명시가 없으나, 보기 중 단상으로 봤을 때 답이 없어 3상으로 가정하고 풉니다.
    • 전압 강하율 (델타) 공식: (전압 강하 / 수전단 전압) * 100%.
    • 3상 전압 강하 (ΔV) 공식: √3 * I * (R * cosθ + X * sinθ).
  • 계산: Vs = 60000 V, I = 200 A, R = 7.61 Ω, X = 11.85 Ω, cosθ = 0.8, sinθ = 0.6. ΔV = √3 * 200 * (7.61 * 0.8 + 11.85 * 0.6) = √3 * 200 * (6.088 + 7.11) = √3 * 200 * 13.198 ≈ 4571.2 V. 전압 강하율 = (4571.2 / 60000) * 100% ≈ 7.618%.
  • 정답: 3번 (7.62%)

• 19번 문제: 피뢰기의 충격 방전 개시 전압은 무엇으로 표시하나?

  • 해설: 피뢰기는 충격파가 들어왔을 때 방전을 시작하는 전압을 의미하므로, 충격파의 가장 높이 올라갔을 때의 크기, 즉 최댓값으로 표시합니다.
  • 정답: 3번 (충격파의 최댓값)

• 20번 문제: 경간이 200m인 전선로에서 사용 전선의 길이는 경간보다 몇 m 더 증가되는가? 사용 전선의 1m당 무게는 2kg, 인장하중은 4000kg, 안전율은 2이다.

  • 해설:
    • 전선의 실제 길이 (L) 공식: S + (8 * D^2) / (3 * S).
    • 전선의 증가분: (8 * D^2) / (3 * S).
    • 이도 (D) 공식: (W * S^2) / (8 * T).
    • 수평 장력 (T) 공식: 인장하중 / 안전율.
  • 계산:
    • S = 200 m, W = 2 kg/m, 인장하중 = 4000 kg, 안전율 = 2.
    • T = 4000 kg / 2 = 2000 kg.
    • D = (2 * 200^2) / (8 * 2000) = (2 * 40000) / 16000 = 80000 / 16000 = 5 m.
    • 전선의 증가분 = (8 * 5^2) / (3 * 200) = (8 * 25) / 600 = 200 / 600 = 1/3 m.
  • 정답: 3번 (1/3 m)