제108회 건축전기설비기술사

기출 30문제 · 모범답안 1문제

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제1교시 (용어형)

※ 다음 13문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각 10점)

1
전기회로와 자기회로의 차이점을 설명하시오.
문제 자세히 자계 법칙·자기회로
2
CT(Current Transformer)의 과전류강도와 22.9 kV 급에서 MOF 의 과전류강도 적용에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 변류기 포화특성·과전류강도·과전류정수
3
대형건물에서 고압전동기를 포함한 6.6 kV 구내배전 계통에 적용한 유도원판형 과전류계전기의 한시탭 상호간의 협조 시간 간격을 제시하고, 이 간격을 유지 하기 위한 시간 협조항목을 설명하시오.
문제 자세히 보호계전기 특성·정정 및 보호협조
4
변압기 효율이 최대가 되는 관계식을 유도하시오. (단, $V_{2}$ : 변압기 2차전압, $I_{2}$ : 변압기 2차전류, $F$ : 철손, $R$ : 변압기 2차로 환산한 전저항, $cos ϕ$ : 부하역율)
문제 자세히 변압기 부하율·효율·수명 및 과부하 운전
5
건축물의 비상발전기 운전시 과전압의 발생원인과 대책에 대해서 설명하시오.
문제 자세히 비상발전기 용량 산정 및 준공검사
6
공동주택 및 건축물의 규모에 따른 감리원 배치기준에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 전력시설물 공사감리 및 설계감리 업무
7
태양광 발전설비 시공시 태양전지의 전압-전류 특성곡선에 대해서 설명하고, 인버터 및 모듈의 설치기준에 대해서 설명하시오.
문제 자세히 태양전지 전류-전압 특성 및 MPP
8
건축물에 전기를 배전(配電)하려는 경우 전기설비 설치공간 기준을 "건축물설비 기준 등에 관한 규칙"과 관련하여 설명하시오.
문제 자세히 변전실 위치·기기배치·건축적 고려사항

다음과 같이 평형 Y결선 부하에 공급하는 3상 전로에서 b상이 개방(단선)되어 있고 부하측 중성선은 접지되어 있다.

불평형 선전류 $I_{l} = I_{a} I_{b} I_{c} = 10∠0° 0 10∠120°$ A 이다.

대칭분 전류와 중성선 전류( $I_{n}$ )을 구하시오.

문제 자세히 데브난·노튼 정리 적용

모범답안 펼치기

1. 정의

대칭좌표법(Symmetrical Coordinates)은 불평형 3상 전로의 선전류를 영상분( $I_{0}$ ), 정상분( $I_{1}$ ), 역상분( $I_{2}$ )의 대칭 대칭분 전류로 분해하여 계통의 결상, 지락 등 불평형 고장 상태를 정량적으로 해석하는 수법이다.

2. 원리 및 계산

🖼 [그림] b상 개방 및 부하측 중성선 접지 시 3상 Y결선 회로 구성도

(1) 기본 조건 및 연산자

주어진 선전류: $I_{a} = 10∠ 0^{\circ} [A]$ , $I_{b} = 0 [A]$ , $I_{c} = 10∠12 0^{\circ} [A]$
복소 회전 연산자 ( $a$ ): $a = 1∠12 0^{\circ} = - 0.5 + j 0.866$ , $a^{2} = 1∠24 0^{\circ} = - 0.5 - j 0.866$

(2) 대칭분 전류 계산

대칭분 변환 행렬식 $I_{0} I_{1} I_{2} = \frac{1}{3} 111 1 a a^{2} 1 a^{2} a I_{a} I_{b} I_{c}$ 을 적용한다.

영상 전류 ( $I_{0}$ ): $I_{0} = \frac{1}{3} (I_{a} + I_{b} + I_{c}) = \frac{1}{3} (10∠ 0^{\circ} + 0 + 10∠12 0^{\circ})$ $I_{0} = \frac{1}{3} (10 - 5 + j 53) = \frac{5}{3} + j \frac{5 3}{3} = \frac{10}{3} ∠6 0^{\circ} \approx 3.33∠6 0^{\circ} [A]$
정상 전류 ( $I_{1}$ ): $I_{1} = \frac{1}{3} (I_{a} + a I_{b} + a^{2} I_{c}) = \frac{1}{3} (10∠ 0^{\circ} + 0 + 1∠24 0^{\circ} \times 10∠12 0^{\circ})$ $I_{1} = \frac{1}{3} (10∠ 0^{\circ} + 10∠36 0^{\circ}) = \frac{20}{3} ∠ 0^{\circ} \approx 6.67∠ 0^{\circ} [A]$
역상 전류 ( $I_{2}$ ): $I_{2} = \frac{1}{3} (I_{a} + a^{2} I_{b} + a I_{c}) = \frac{1}{3} (10∠ 0^{\circ} + 0 + 1∠12 0^{\circ} \times 10∠12 0^{\circ})$ $I_{2} = \frac{1}{3} (10∠ 0^{\circ} + 10∠24 0^{\circ}) = \frac{1}{3} (10 - 5 - j 53) = \frac{10}{3} ∠ - 6 0^{\circ} \approx 3.33∠ - 6 0^{\circ} [A]$

(3) 중성선 전류 ( $I_{n}$ ) 계산

중성선에는 3상 불평형 전류의 합(영상전류의 3배)이 흐른다. $I_{n} = I_{a} + I_{b} + I_{c} = 3 I_{0} = 3 \times (\frac{10}{3} ∠6 0^{\circ}) = 10∠6 0^{\circ} [A]$

(4) 산출 결과 요약

구분	성분 표기	극형식 (Magnitude $∠$ Phase)	직교형식 (Complex)
영상 전류	$I_{0}$	$\frac{10}{3} ∠6 0^{\circ} \approx 3.33∠6 0^{\circ} [A]$	$1.67 + j 2.89 [A]$
정상 전류	$I_{1}$	$\frac{20}{3} ∠ 0^{\circ} \approx 6.67∠ 0^{\circ} [A]$	$6.67 + j 0 [A]$
역상 전류	$I_{2}$	$\frac{10}{3} ∠ - 6 0^{\circ} \approx 3.33∠ - 6 0^{\circ} [A]$	$1.67 - j 2.89 [A]$
중성선 전류	$I_{n}$	$10∠6 0^{\circ} [A]$	$5.0 + j 8.66 [A]$

3. 특징 및 문제점 분석

결상에 의한 역상분·영상분 발생: $b$ 상 개방 시 정상분 이외에 역상분( $I_{2}$ )과 영상분( $I_{0}$ )이 동시에 산출된다.
회전기기 영향: 역상 전류( $I_{2}$ )는 회전기기에 역상 역파 토크를 유발하여 진동, 소음 및 발열을 초래한다.
중성선 전위 상승: 중성선 전류( $I_{n} = 10∠6 0^{\circ} [A]$ )가 유입됨에 따라 부하 측 중성점 전위가 이동하여 건전상 전압 상승이 발생한다.

4. 실무 적용 및 안전 기준 (KEC 규정 연계)

중성선 단선 방지 대책 (KEC 341.11)
- 다선식 전로의 중성선 및 접지측 전선에는 단독 과전류차단기 시설을 금지한다.
- 차단기 동작 시 각 극이 동시 차단되는 3극/4극 동시 차단 방식(TP/4P MCCB 등)을 적용하여 특정 상 또는 중성선의 독자 개방에 의한 이상전압 발생을 예방해야 한다.
계전기 보호 방식 수립
- 결상 및 역상 보호: 역상 계전기(NSCR, 46)를 설치하여 단선 고장 발생 시 즉시 전로를 차단한다.
- 지락 및 영상 보호: 중성선 접지측에 지락 과전류계전기(OCGR, 51N)를 적용하여 불평형 영상 전류 감시 및 전로 차단 체계를 구축한다.

10
빌딩제어시스템의 운용에 필요한 가용성(Availability), MTBF(Mean time between failure), MTTR(Mean time to repair) 및 상호 관계를 설명하시오.
문제 자세히 상태 감시 진단시스템(CMDS) 설계 및 기대효과
11
고조파를 많이 발생시키는 부하가 케이블에 미치는 영향을 설명하시오.
문제 자세히 고조파가 기기에 미치는 영향·대책
12
휘도(Brightness : B)와 광속발산도(Luminous emittance : R)를 설명하고, 완전 확산면에서 그 휘도와 광속발산도와의 상호 관계를 설명하시오.
문제 자세히 광원 색온도·연색성·시감도 및 조명용어
13
연면적 10000 ㎡, 단위에너지사용량 231.33 kWh/㎡ yr, 지역계수 1, 용도별 보정계수 2.78, 단위에너지생산량 1358 kWh/kW yr, 원별 보정계수 4.14 인 교육연구시설의 최소 태양광 설치용량(kW)을 구하시오. (단, 신재생에너지 공급 비율 : 18 %)
문제 자세히 태양광 발전 에너지절감·온실가스 저감 산정

제2교시 (논술형)

※ 다음 5문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
전기․전자설비를 뇌서지로부터 피해를 입지 않도록 하기위한 뇌서지 보호시스템의 기본 구성에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 SPD 형식(KSC IEC 61312-1)
2
초고층 빌딩에 적합한 조명시스템의 필요조건에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 조명제어 및 에너지절약 시스템
3
건축물 내 수변전설비에서 변압기의 합리적인 뱅킹(banking) 방식에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 변압기 병렬운전 및 최대공급용량
4
건축물에 설치된 대형 열병합형 스팀터빈 발전기를 전력회사 계통과 병렬 운전을 위해 동기 투입하려고 한다. 만약 터빈발전기의 동기가 불일치할 때 1) 터빈발전기 기기 자체에 발생할 수 있는 손상(damage)을 설명하시오. 2) 이 손상을 방지하기 위한 동기투입 조건을 4가지를 제시하고, 이 조건들을 불만족 시킬 때 계통 운영상에 발생하는 문제점을 설명하시오.
문제 자세히 변압기 병렬운전 및 최대공급용량
6
다음과 같은 단선도에서 유도전동기가 직입 기동하는 순간, 진동기 연결문선의 전압은 초기전압의 및 %가 되는지 계산하시오.
문제 자세히 전동기 기여전류와 과도 리액턴스

제3교시 (논술형)

※ 다음 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
대형건물의 구내배전 용 6.6 kV 모선에 6.6 kV 전동기와 6.6 kV/380 V 변압기가 연결되어 있다. 6.6 kV 전동기 부하용 과전류 계전기(50/51)와 6.6 kV/380 V 변압기의 고압 측에 설치된 과전류 계전기(50/51)를 정정하는 방법을 각각 설명하시오.
문제 자세히 보호계전기 특성·정정 및 보호협조
2
비상 콘센트설비에 대한 설치 대상, 전원설비 설치기준 및 비상콘센트 설치방법에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 점멸장치·타임스위치 시설기준
3
차단기의 개에 의해 발생하는 서지의 종류별 특징과 방지대책에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 과도회복전압(TRV) 유형(지수형·진동형·삼각파형)
4
대지저항율에 영향을 미치는 요인에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 대지저항률 개념 및 영향요인
5
전력시설물의 감리대가 산 방법에서 정 적산방식과 직선보간법에 의한 요율 산정방법에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 전력시설물 공사감리 및 설계감리 업무
6
건축물의 전기설비를 감시제어하기 위한 전력감시제어 시스템의 구성시 PLC(Programmable Logic Controller), HMI(Human Machine Interface), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)을 사용하고 있다. 각 제어기의 특징과 적용시 고려사항에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 상태 감시 진단시스템(CMDS) 설계 및 기대효과

제4교시 (논술형)