제105회 발송배전기술사

기출 30문제 · 모범답안 1문제

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제1교시 (용어형)

※ 다음 13문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각 10점)

1
THD(Total Harmonics Distortion) 와 TDD(Total Demand Distortion) 에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 고조파 발생원인·설비 영향 및 전자유도장애

고조파 발생원이 많은 수용가에서 역률을 개선하는 방법에 대하여 설명하시오.

문제 자세히 직렬리액터와 커패시터 뱅크 접속

모범답안 펼치기

고조파 발생원이 많은 수용가에서 역률 개선 방법

1. 정의

고조파 발생원(인버터, 정류기, UPS 등)이 다수 포함된 수용가에서는 전류 왜형에 의한 왜형 역률(Distortion Power Factor) 저하가 발생하므로, 고조파 성분을 억제하거나 무효전력을 보상하는 복합적 방법으로 역률을 개선하는 기술이 요구된다.

2. 원리·구성

2-1. 역률 구성 요소 분해

$P F = cos θ_{1} \times \frac{1}{1 + T H D _{I}^{2}} = 변위역률 \times 왜형역률$

$cos θ_{1}$ : 기본파 변위역률
$T H D_{I}$ : 전류 고조파 왜형률 (Total Harmonic Distortion)

고조파가 클수록 $T H D_{I}$ 증가 → 왜형역률 감소 → 종합역률 저하

2-2. 역률 개선 방법 분류

구분	방법	대상 성분	특징
① 수동 필터	LC 필터(동조형)	특정 고조파 전류	저비용, 과보상 위험
② 능동 필터(APF)	PWM 인버터 주입	전 고조파 전류	고가, 고성능
③ 하이브리드 필터	수동 + 능동 조합	기본파·고조파	비용·성능 균형
④ 역률 보상 콘덴서	직렬 리액터 병용	기본파 무효전력	6% 리액터 필수
⑤ SVC/STATCOM	연속 무효전력 보상	기본파 무효전력	동적 보상 우수

3. 각 방법의 원리 및 특징

① 직렬 리액터 병용 콘덴서 (실무 핵심)

콘덴서만 설치 시 고조파 확대(공진) 위험 → 6 % 이상 직렬 리액터 삽입 의무화(전기설비 실무 관행; 단, KEC에 명시 조문은 확인 필요)
5차 고조파 공진 억제: $f_{r} = \frac{f _{1}}{X _{L} / X _{C}}$

② 수동 동조 필터

$Z_{f i l t er} = j (ω L - \frac{1}{ω C}) \approx 0 (동조 주파수에서)$

특정 차수(5, 7, 11차)에 저임피던스 경로 제공 → 고조파 흡수

③ 능동 필터(APF)

부하 전류 고조파 성분 검출 후 역위상 전류 주입으로 상쇄
기본파 무효전력 동시 보상 가능
응답속도 우수 (수 ms 이내)

🖼 [그림] 능동 필터 기본 구성도 (부하, CT, APF 제어기, 인버터, 주입점)

4. 실무 적용 시 유의사항

항목	유의 내용
고조파 사전 측정	역률 개선 전 $T H D_{I}$ , 차수별 스펙트럼 분석 필수
공진 방지	콘덴서 단독 설치 금지; 반드시 직렬 리액터 병용
용량 선정	왜형역률 고려한 콘덴서 용량 산정 (기본파 무효전력만으로 계산 금지)
계통 임피던스 확인	수동 필터 동조점은 계통 임피던스 변화로 이탈 가능
고조파 규제 준수	한국전력 「전기공급약관 별표」 전압 $T H D_{V} \leq 5 %$ 기준 대응
APF 도입 기준	$T H D_{I} > 15 %$ 이상이거나 고조파 차수가 다양한 경우 능동 필터 권장

결론: 고조파 환경에서의 역률 개선은 단순 콘덴서 설치가 아닌, 고조파 억제(필터) + 무효전력 보상(콘덴서·STATCOM) 의 복합 대책이 필수이며, 사전 고조파 실측을 통한 최적 방식 선정이 핵심이다.

3
송전선로에서의 뇌(雷) 차폐에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 절연협조 및 절연강도 선정
4
용량 1,000 kVA, 22,900/380 V 변압기의 %Z가 5%, X/R = 7인 경우, 지상역률 80%의 전부하(全負荷)로 운전하는 변압기의 전압변동률을 구하시오.
문제 자세히 변압기 주파수 변경 시 자속·철손·온도·전압변동률 변화
5
변전소 내에서의 접촉전압과 보폭전압에 의한 위험을 방지하는 방법을 설명하시오.
문제 자세히 메쉬접지 보폭전압·접촉전압 및 GPR 대책
6
공장건물의 급전용량 산정 시 고려사항에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 수용율·부등율·부하율의 정의 및 설계 적용
7
3상 동기발전기의 전기자 권선을 보통 Y 결선으로 하고 Δ 결선으로 하지 않는 이유를 설명하시오.
문제 자세히 단락비와 동기리액턴스 관계
8
송·변전 및 배전에서 보호계전 시스템의 목적과 기능을 설명하시오.
문제 자세히 거리계전기 원리·종류 및 적용 시 문제점
9
풍력발전설비에서 기어드형(Geared Type)과 기어리스형(Gearless Type)의 장·단점을 설명하시오.
문제 자세히 풍력발전기 종류 및 기어형·기어리스형 비교
10
변류기(CT)의 과전류정수에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 CT 부담·과전류정수·과전류강도 및 포화특성
11
발전기 병렬운전 조건을 나열하고 각 조건별 불일치 시 일어나는 현상을 설명하시오.
문제 자세히 병렬운전 조건 및 조건 불일치 현상
12
배전자동화의 기능 및 목적을 설명하시오.
문제 자세히 배전자동화시스템 및 배전센터
13
전기기계형, 정지형, 디지털형 계전기의 특성을 비교하시오.
문제 자세히 거리계전기 원리·종류 및 적용 시 문제점

제2교시 (논술형)

※ 다음 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
3상 변압기의 병렬운전 조건과 병렬운전이 가능한 각 결선 방법의 위상각변위에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 변압기 병렬운전 조건·각변위·문제점
2
154 kV 설비에서 모선의 구성과 보호방식을 설명하시오.
문제 자세히 변전소 건설 검토사항 및 형태
3
단락사고와 지락사고에 대한 방향성계전기의 정정(整定) 방법에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 거리계전기 원리·종류 및 적용 시 문제점
4
송전용 직류 차단기에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 HVDC 구성설비 및 특징
5
전력계통의 고장용량 증대에 따른 문제점 및 고장전류 억제대책에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 단락용량 증대 영향 및 경감대책
6
풍력발전을 계통과 연계 시 전력계통에 미치는 영향과 대책에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 풍력·태양광 계통연계 영향 및 대책

제3교시 (논술형)

※ 다음 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
영상분 고조파가 발전기에 미치는 영향에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 고조파 발생원인·설비 영향 및 전자유도장애
2
변압기 등가회로, 임피던스 전압을 설명하고 %Z가 전력계통에 미치는 영향을 설명하시오.
문제 자세히 변압기 통과고장내력
3
발전기의 가속에 의한 탈조현상의 방지대책에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 과도안정도 향상 대책(설계 단계)
4
접지설계 절차를 단계별로 설명하시오.
문제 자세히 메쉬접지 보폭전압·접촉전압 및 GPR 대책
5
전력계통에서 과전압의 종류에 대하여 설명하고, 그중 개폐시과전압의 발생원인 및 감소대책에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 이상전압 발생원인
6
두 개의 3상 전원 G1, G2 로부터 전력을 공급받는 3상 부하가 있다. G1 에 연결된 선로는 $(1.4 + j 1.6)$ Ω G2 에 연결된 선로는 $(0.8 + j 1)$ Ω 부하는 30 kW (지상 역률 0.8) 이다. G1 이 선간전압 460 V, 15 kW (지상 역률 0.8) 일 때 다음 물음에 답하시오.

부하단 전압을 구하시오.

G2 단 전압을 구하시오.

G2 로부터 공급하는 유효 및 무효전력을 구하시오.
문제 자세히 조류계산 및 경제운용(증분연료비법)

제4교시 (논술형)

※ 다음 5문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
전력저장 장치에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 전력저장 최신기술 종류 및 원리
2
특고압 케이블 금속시스(Sheath)의 유기전압 대책에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 케이블 시스 접지방식 및 유기전압 대책
3
발송배전분야에서 감리 유형별 업무내용에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 전기공급약관 공급조건(전용공급설비·154kV 공급)
4
최적전원구성(Best Generation Mix)에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 발전원별 경제성 비교
6
동적 요금제(Dynamic Pricing)의 개념 및 유형에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 전력수급기본계획 및 전력수요예측방법

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