2025년 3회 전기기사 필기 전력공학 문제 풀이

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2025년 3회 전기기사 필기 전력공학 문제 풀이 | 복원/모의고사

2025-08-14 00:42:28

작성자 김대호

조회 130 | 추천 33

2025년 3회 전기기사 필기 전력공학 문제 풀이

1. 소호 리액터 접지 방식

문제: 소호 리액터 접지 방식에서 리액터의 탭을 완전 공진 상태보다 약간 과보상 상태로 운용하는 이유는?
1. 직렬 공진을 피하기 위해
2. 지락 전류를 완전히 제거하기 위해
3. 계통 전압 상승을 억제하기 위해
4. 선로의 역률을 개선하기 위해
해설:

소호 리액터 접지 방식은 지락 사고 시 선로의 충전 전류(진상)를 리액터의 인덕턴스(지상)로 상쇄하여 지락 전류를 최소화하는 방식이다. 이때 완전 공진(ωL = 1/ωC) 상태가 되면 외부 요인(예: 낙뢰)에 의해 직렬 공진이 발생하여 이상 전압이 발생할 위험이 있다. 이를 방지하기 위해 리액터 용량을 약간 더 크게 하는 과보상 상태(ωL > 1/ωC)로 운용하여 직렬 공진을 회피한다.

답: 1

2. 송전선로의 코로나 임계전압

문제: 송전선로의 코로나 임계전압이 높아지는 경우가 아닌 것은?
1. 전선의 반지름이 클 때
2. 상대 공기 밀도가 작을 때
3. 날씨가 맑을 때
4. 선간 거리가 클 때
해설:

코로나 임계전압(E₀)은 코로나 방전이 시작되는 전압으로, 이 전압이 높을수록 코로나 현상이 잘 발생하지 않는다. 임계전압 공식은 다음과 같다.

E₀ = 24.3 * m₀ * m₁ * δ * d * log₁₀(D/r)
- m₀: 전선 표면 계수 (매끄러울수록 1에 가까워져 높아짐)
- m₁: 날씨 계수 (맑을수록 1에 가까워져 높아짐)
- δ: 상대 공기 밀도 (밀도가 클수록 높아짐)
- d: 전선의 지름 (클수록 높아짐, 반지름 r과 동일)
- D: 선간 거리 (클수록 높아짐)
  
  따라서 상대 공기 밀도가 작아지면 코로나 임계전압은 낮아진다.
답: 2

3. 화력발전소 재열기

문제: 화력발전소에서 재열기(Reheater)를 사용하는 주된 목적은?
1. 보일러의 효율을 높인다.
2. 급수 온도를 높인다.
3. 증기의 건도를 높인다.
4. 연소용 공기를 예열한다.
해설:

재열기는 고압 터빈에서 일을 하고 나온 증기를 다시 보일러로 보내 가열(재열)한 후, 저압 터빈으로 보내는 설비이다. 이 과정을 통해 터빈 후단부에서 증기의 습도가 증가하는 것을 방지하고 건도를 높여 터빈 날개의 부식을 막고 열효율을 향상시킨다.

답: 3

4. 전력 계통의 주파수 조정

문제: 전력 계통의 주파수를 일정하게 유지하기 위해 주로 무엇을 조정하는가?
1. 유효전력
2. 무효전력
3. 전압
4. 역률
해설:

전력 계통에서 주파수는 발전량과 소비량(부하)의 균형 상태를 나타내는 지표이다.
- 유효전력: 주파수와 직접적인 관련이 있다. 발전량이 부하보다 많으면 주파수가 상승하고, 적으면 주파수가 하강한다. 따라서 발전소의 발전량, 즉 유효전력을 조정하여 주파수를 일정하게 유지한다.
- 무효전력: 전압과 관련이 있다.
답: 1

5. 가공 전선의 이도(Dip)

문제: 가공 전선의 이도(Dip)에 대한 설명으로 옳은 것은?
1. 이도는 전선의 무게에 비례한다.
2. 이도는 장력의 제곱에 비례한다.
3. 이도는 경간의 제곱에 반비례한다.
4. 이도는 전선의 실제 길이와 같다.
해설:

이도(D)를 구하는 공식은 다음과 같다.

D = (W * S^2) / (8 * T)
- W: 전선의 단위 길이당 무게 (kg/m)
- S: 경간 (지지점 사이의 거리) (m)
- T: 전선의 수평 장력 (kg)
  
  공식에 따라, 이도는 전선의 무게(W)와 경간(S)의 제곱에 비례하고, 장력(T)에 반비례한다.
답: 1

6. 송전선로의 특성 임피던스

문제: 송전선로의 특성 임피던스에 대한 설명으로 옳은 것은?
1. 선로의 길이에 비례한다.
2. 저항과 누설 컨덕턴스를 무시하면 sqrt(L/C)로 표현된다.
3. 주파수에 비례한다.
4. 전압에 비례한다.
해설:

특성 임피던스(Z₀)는 송전선로의 고유한 특성을 나타내는 값으로, 선로의 길이와는 무관하다. 특성 임피던스 공식은 다음과 같다.

Z₀ = sqrt((R + jωL) / (G + jωC))

여기서 저항(R)과 누설 컨덕턴스(G)를 무시할 수 있는 무손실 선로로 가정하면, 공식은 다음과 같이 간단해진다.

Z₀ = sqrt(jωL / jωC) = sqrt(L/C)

따라서 특성 임피던스는 인덕턴스(L)와 정전용량(C)만으로 결정된다.

답: 2

7. 전력용 퓨즈(Power Fuse)

문제: 전력용 퓨즈의 가장 큰 장점은?
1. 재투입이 가능하다.
2. 과도 전류에 쉽게 용단되지 않는다.
3. 소형이고 가격이 저렴하다.
4. 동작 시간이 길다.
해설:

전력용 퓨즈는 단락 사고 시 흐르는 대전류를 신속하게 차단하여 기기를 보호하는 장치이다.
- 장점: 차단 용량이 크고, 소형이며 가격이 저렴하다. 고속 차단이 가능하다.
- 단점: 한번 용단되면 교체해야 하므로 재투입이 불가능하다. 과도 전류(돌입 전류 등)에도 용단될 수 있다.
  
  보기 중 가장 큰 장점은 소형이고 가격이 저렴하다는 점이다.
답: 3

8. 배전 방식의 부등률

문제: 배전 방식에서 부등률에 대한 설명으로 옳은 것은?
1. 부하율과 같은 의미이다.
2. 수용가 각각의 최대 수용 전력의 합을 합성 최대 수용 전력으로 나눈 값이다.
3. 항상 1보다 작다.
4. 값이 클수록 설비 이용률이 낮아진다.
해설:

부등률은 각 부하가 최대 전력을 사용하는 시간대가 서로 다른 정도를 나타내는 지표이다.

부등률 = (각 수용가의 최대 수용 전력의 합) / (변압기에서의 합성 최대 수용 전력)

각 부하의 최대 전력 사용 시점이 다르기 때문에 분자(각각의 합)는 항상 분모(동시에 사용될 때의 최대값)보다 크거나 같다. 따라서 부등률은 항상 1 이상이다. 부등률이 클수록 설비를 더 효율적으로 이용하고 있음을 의미한다.

답: 2

9. 원자력 발전소의 감속재

문제: 원자력 발전소에서 핵분열 시 발생하는 고속 중성자의 속도를 줄여 연쇄 반응이 일어나기 쉽게 만드는 역할을 하는 것은?
1. 감속재
2. 냉각재
3. 제어봉
4. 반사체
해설:
- 감속재: 고속 중성자를 열중성자로 감속시켜 핵분열이 잘 일어나도록 한다. (예: 경수, 중수, 흑연)
- 냉각재: 핵분열 시 발생하는 열을 외부로 전달하는 역할을 한다. (예: 경수, 중수, CO₂, Na)
- 제어봉: 중성자를 흡수하여 핵분열 연쇄 반응의 속도를 제어한다. (예: 카드뮴, 붕소)
- 반사체: 원자로 외부로 빠져나가는 중성자를 다시 내부로 반사시켜 중성자 이용률을 높인다.
답: 1

10. 직접 접지 방식

문제: 직접 접지 방식에 대한 설명으로 틀린 것은?
1. 1선 지락 시 건전상의 전위 상승이 낮다.
2. 계통의 절연 레벨을 낮출 수 있다.
3. 지락 전류가 매우 크다.
4. 통신선에 대한 유도 장해가 적다.
해설:

직접 접지 방식은 변압기 중성점을 도선으로 직접 대지에 연결하는 방식이다.
- 장점: 1선 지락 사고 시 건전상의 전위 상승이 거의 없어(상규 대지 전압의 1.3배 이하) 계통의 절연 레벨을 낮출 수 있다(단절연 가능).
- 단점: 지락 전류가 단락 전류만큼 매우 커서 인접한 통신선에 대한 유도 장해가 크고, 과도 안정도가 나쁘다.
  
  따라서 통신선 유도 장해가 적다는 설명은 틀렸다.
답: 4

11. 수력 발전소의 서지 탱크(Surge Tank)

문제: 수력 발전소에서 수압관을 보호할 목적으로 설치하는 것은?
1. 흡출관
2. 수조
3. 안내 날개
4. 제수 밸브
해설:

부하가 급격히 변동할 때 수차로 유입되는 유량을 조절하면 수압관 내에 급격한 압력 변화가 발생하는데, 이를 **수격 작용(Water Hammering)**이라 한다. **서지 탱크(조압 수조)**는 이러한 수격 작용을 흡수하여 수압관을 보호하는 역할을 하는 설비이다.

답: 2

12. 연가(Transposition)

문제: 송전선로에서 3상의 선로 정수를 평형하게 하고, 통신선 유도 장해를 줄이기 위해 전선의 위치를 일정 구간마다 바꾸어 주는 것을 무엇이라고 하는가?
1. 코로나
2. 연가
3. 오프셋
4. 이도
해설:

3상 송전선로는 각 상 전선의 위치가 비대칭적이어서 각 상의 임피던스(인덕턴스와 정전용량)가 불평형하게 된다. 연가는 전체 선로 구간을 3의 배수로 등분하여 각 구간마다 전선의 위치를 서로 바꾸어 줌으로써, 전체적으로 3상의 임피던스를 평형하게 만들어 통신선 유도 장해를 경감시키는 방법이다.

답: 2

13. 단락 용량 계산

문제: 어떤 발전소의 모선 전압이 154kV이고, 그 지점에서의 %리액턴스가 100MVA 기준으로 5%일 때, 3상 단락 용량은 몇 MVA인가?
1. 1,000
2. 1,500
3. 2,000
4. 2,500
해설:

단락 용량(Ps)은 기준 용량(Pn)을 퍼센트 임피던스(%Z)로 나눈 후 100을 곱하여 구한다.

Ps = (100 / %Z) * Pn

Ps = (100 / 5) * 100MVA = 20 * 100MVA = 2,000MVA

답: 3

14. 전선 진동 방지 대책

문제: 전선의 진동 방지 대책으로 거리가 먼 것은?
1. 댐퍼를 설치한다.
2. 클램프의 무게를 크게 한다.
3. 전선의 장력을 크게 한다.
4. 아머 로드를 설치한다.
해설:

전선의 진동은 주로 바람에 의해 발생하며, 전선의 피로를 유발하여 단선 사고의 원인이 될 수 있다.
- 방지 대책: **댐퍼(스톡브리지 댐퍼)**나 아머 로드를 설치하여 진동 에너지를 흡수하거나 완화한다.
- 진동 원인: 전선의 장력이 과도하게 크거나, 경간이 긴 경우 진동이 더 잘 발생할 수 있다.
  
  따라서 장력을 크게 하는 것은 진동을 유발할 수 있으므로 방지 대책으로 볼 수 없다.
답: 3

15. 전압 강하율

문제: 송전단 전압이 66kV, 수전단 전압이 62kV일 때, 전압 강하율은 약 몇 %인가?
1. 3.1
2. 4.2
3. 5.7
4. 6.5
해설:

전압 강하율(ε)은 수전단 전압(Vr)에 대한 송전단 전압(Vs)과 수전단 전압의 차이의 백분율로 정의된다.

ε = ((Vs - Vr) / Vr) * 100

ε = ((66 - 62) / 62) * 100 = (4 / 62) * 100 ≈ 6.45%

답: 4

16. 차단기의 정격 차단 용량

문제: 차단기의 정격 차단 용량을 나타내는 식으로 옳은 것은?
1. 정격 전압 × 정격 전류
2. sqrt(3) × 정격 전압 × 정격 전류
3. 정격 전압 × 정격 차단 전류
4. sqrt(3) × 정격 전압 × 정격 차단 전류
해설:

차단기의 정격 차단 용량은 차단기가 안전하게 차단할 수 있는 최대 고장 전력량을 의미한다. 3상 교류 계통에서의 차단 용량은 다음과 같이 계산된다.

차단 용량 = sqrt(3) * 정격 전압 * 정격 차단 전류

답: 4

17. 복도체 방식

문제: 복도체 방식의 장점이 아닌 것은?
1. 코로나 임계전압이 높아진다.
2. 인덕턴스가 감소하고 정전용량이 증가한다.
3. 전선 표면의 전위 경도가 낮아진다.
4. 소도체 사이에 흡인력이 작용한다.
해설:

복도체는 한 상의 전선을 여러 가닥의 소도체로 나누어 구성하는 방식이다.
- 장점: 전선의 등가 반지름이 커지는 효과가 있어 인덕턴스는 감소하고 정전용량은 증가한다. 이로 인해 송전 용량이 증대되고, 전선 표면의 전위 경도가 낮아져 코로나 임계전압이 상승하며, 안정도가 향상된다.
- 단점: 건설비가 비싸고, 소도체 사이에 전류 방향이 같으므로 서로 밀어내는 반발력이 아닌 끌어당기는 흡인력이 작용하여 충돌할 수 있다. (단, 단락 사고 시에는 큰 전류로 인해 반발력이 작용할 수 있다)
  
  문제에서 '흡인력이 작용한다'는 것은 복도체의 특징이므로 장점으로 분류하기는 어렵다. 하지만 다른 보기들이 명백한 장점이므로, 상대적으로 장점이 아니라고 볼 수 있다. 혹은 문제의 의도가 '단점'을 묻는 것일 수 있다.
답: 4

18. 전력 계통의 안정도

문제: 전력 계통의 안정도 종류가 아닌 것은?
1. 정태 안정도
2. 과도 안정도
3. 동태 안정도
4. 상태 안정도
해설:

전력 계통의 안정도는 외부의 작은 교란이나 큰 고장에 대해 계통이 동기 운전을 계속 유지할 수 있는 능력을 의미하며, 다음과 같이 분류된다.
- 정태 안정도: 정상 운전 중 또는 부하가 서서히 변하는 경우의 안정도.
- 과도 안정도: 단락, 지락과 같은 큰 고장이 발생했을 때의 안정도.
- 동태 안정도: 자동 전압 조정기(AVR) 등 제어 장치의 동작까지 고려한 동적인 상태에서의 안정도.
  
  '상태 안정도'라는 용어는 전력 계통 안정도 분류에 사용되지 않는다.
답: 4

19. 역섬락(Back Flashover)

문제: 송전선로에 뇌격이 가해졌을 때, 철탑의 전위가 상승하여 애자련의 절연이 파괴되는 현상은?
1. 직격뢰
2. 유도뢰
3. 역섬락
4. 차폐 실패
해설:

역섬락은 뇌격이 가공지선이나 철탑 꼭대기를 때렸을 때, 매우 큰 뇌격 전류가 철탑을 통해 대지로 흐르면서 철탑의 접지 저항 때문에 철탑 자체의 전위가 순간적으로 매우 높게 상승하는 현상이다. 이때 철탑과 송전선 사이의 전위차가 애자련의 절연 내력을 초과하면, 철탑에서 송전선 방향으로 거꾸로 섬락(방전)이 발생한다.

답: 3

20. 변전소의 주요 기능

문제: 변전소의 주요 기능으로 가장 거리가 먼 것은?
1. 전압의 변성 및 조정
2. 전력 조류의 제어
3. 전력의 생산
4. 송배전 선로의 보호
해설:

변전소는 발전소에서 생산된 전력을 효율적으로 송전하고 배전하기 위해 전력 시스템 중간에 위치하는 설비이다.
- 주요 기능:
  - 전압의 변성 및 조정: 변압기를 이용하여 전압을 높이거나(승압) 낮춘다(강압).
  - 전력 조류의 제어: 전력이 필요한 곳으로 보내거나 차단하고 분배한다.
  - 송배전 선로 및 변전소 설비 보호: 차단기, 계전기 등을 이용해 고장 발생 시 신속하게 선로를 분리하여 시스템을 보호한다.
    
    전력의 생산은 발전소의 기능이다.
답: 3

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