제136회 발송배전기술사

기출 29문제 · 모범답안 2문제

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제1교시 (용어형)

※ 다음 13문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각 10점)

1
유연송전시스템(Flexible AC Transmission System) 설비 중 TCSC(Thyristor Controlled Series Capacitor)의 제어 원리와 적용 효과에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 FACTS 개념·목적 및 종류
2
『신재생발전기 송전계통 연계기술기준』에서 계통 고장으로 인한 순시전압 변동에 따른 계통연계 유지 기준에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 신재생발전기 송전계통 연계기준 및 FRT

암모니아 혼소발전의 장‧단점에 대하여 설명하시오.

문제 자세히 단순화력 및 복합화력 발전방식

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암모니아 혼소발전의 장·단점

1. 정의

암모니아 혼소발전이란 기존 석탄·가스 화력발전소에서 화석연료 일부를 무탄소 연료인 암모니아(NH₃) 로 대체하여 연소시킴으로써 CO₂ 배출량을 저감하는 발전 방식이다.

2. 원리 및 구성

2-1. 연소 반응

$4 NH_{3} + 3 O_{2} \to 2 N_{2} + 6 H_{2} O$

완전 연소 시 CO₂ 배출 Zero, 단 NOx 생성 가능
혼소율(암모니아 열량 기준)은 현재 실증 단계에서 20 % 수준, 장기 목표 50 % 이상

2-2. 시스템 구성

구성 요소	역할
암모니아 저장탱크	액상 NH₃ 저온·가압 저장
기화기(Vaporizer)	액상 → 기상 전환
혼소 버너	석탄·암모니아 혼합 연소
SCR 설비	미연 NH₃ 및 NOx 제거
탈취·안전 설비	NH₃ 누출 감지·처리

3. 장·단점

3-1. 장점

구분	내용
CO₂ 저감	혼소율 20 % 적용 시 CO₂ 배출 약 20 % 감축
기존 설비 활용	석탄·가스 발전소 주기기 대규모 교체 없이 전환 가능 → 초기투자비 절감
무탄소 연료	연소 과정에서 탄소 미배출, 탄소중립 전환 수단
운반·저장 용이	수소 대비 에너지 밀도 높고 $- 33 °C$ 상압 또는 상온 가압으로 액화 가능
단계적 전환	혼소율을 단계적으로 높여 점진적 탈탄소화 경로 구현

3-2. 단점

구분	내용
NOx 증가	NH₃ 연소 시 Fuel NOx 대폭 증가 → 저NOx 버너·SCR 고도화 필수
미연 NH₃	불완전 연소로 NH₃ 슬립 발생 → 대기오염 및 악취 문제
발열량 낮음	NH₃의 저위발열량 약 $18.6 MJ/kg$ (석탄 대비 약 절반) → 동일 출력 유지 위해 연료량 증가
독성·안전성	NH₃는 독성가스(TLV-TWA 25 ppm) → 누출 시 인체·환경 위해, 엄격한 안전관리 필요
그린 암모니아 공급망	국내 생산 기반 미비, 현재 대부분 그레이 암모니아 → 실질 탄소감축 효과 제한
연소 안정성	NH₃의 연소속도 느림(약 $0.07 m/s$ ), 화염 안정화 기술 개발 필요

4. 실무 적용 시 유의사항

NOx 관리: 혼소율 증가에 비례하여 NOx 배출 급증 → 대기환경보전법상 배출허용기준 준수를 위한 저NOx 버너 및 SCR 용량 사전 검토 필수
그린 암모니아 조달: 재생에너지 기반 그린 암모니아 확보 없이는 전주기(LCA) CO₂ 감축 효과가 제한적임을 인지
안전 설비: 고압가스안전관리법 적용 대상으로 NH₃ 누출 감지기·방재 설비·비상 차단 시스템 구축 필요
실증 현황: 국내 한국중부발전·한국서부발전 등에서 혼소율 20 % 실증 추진 중(2024년 기준 실증 단계이며, 상업운전 기준은 미확정)
경제성: 암모니아 연료비가 석탄 대비 고가이므로 탄소가격제(배출권 거래제, K-ETS) 동향과 연계한 경제성 분석 선행 필요

4
동수력학에서 토리첼리(Torricelli)의 정리에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 수력발전소 설계 및 연간 발전량 계산
5
지중선로의 고장점 탐지 방법 중 Pulse Radar법에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 케이블 열화진단(무정전 진단법)
6
지열발전소의 개요와 종류에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 단순화력 및 복합화력 발전방식

변압기의 전압변동률에 대하여 설명하시오.

문제 자세히 변압기 주파수 변경 시 자속·철손·온도·전압변동률 변화

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변압기의 전압변동률

1. 정의

변압기의 전압변동률(Voltage Regulation, ε) 이란, 정격 1차 전압 인가 시 무부하 2차 단자전압 $V_{20}$ 에서 정격 부하 시 2차 단자전압 $V_{2 n}$ 으로의 변화 정도를 정격 전압에 대한 백분율로 나타낸 값이다.

2. 원리 및 수식

2-1. 기본 정의식

$ε = \frac{V _{20} - V _{2 n}}{V _{2 n}} \times 100 [%]$

2-2. 간이 근사식 (퍼센트 저항강하·리액턴스강하 이용)

변압기 등가회로의 임피던스 강하를 이용한 실용 근사식:

$ε \approx p cos ϕ + q sin ϕ + \frac{( q cos ϕ - p sin ϕ ) ^{2}}{200} [%]$

기호	의미	관계식
$p$	퍼센트 저항강하	$p = \frac{I _{n} R _{e q}}{V _{n}} \times 100$
$q$	퍼센트 리액턴스강하	$q = \frac{I _{n} X _{e q}}{V _{n}} \times 100$
$cos ϕ$	부하 역률	—
$ε_{z}$	퍼센트 임피던스	$ε_{z} = p^{2} + q^{2}$

🖼 [그림] 변압기 등가회로(저항 $R_{e q}$ , 리액턴스 $X_{e q}$ 직렬 연결)와 페이저 전압강하 벡터도

2-3. 부하 역률과의 관계

지상(lagging) 역률 → 전압변동률 증가 (양의 값)
진상(leading) 역률 → 전압변동률 감소 또는 음의 값 가능

$ε_{m a x} = ε_{z} (역률각 ϕ = arctan \frac{q}{p} 일 때 최대)$

3. 특징 및 영향 인자

구분	내용
역률 영향	부하 역률이 낮을수록(지상) 전압변동률 증가
부하 크기	부하전류가 클수록 임피던스 강하 증대 → ε 증가
임피던스 크기	$ε_{z}$ 가 크면 ε 증가, 대용량·저압 변압기는 상대적으로 작은 %Z 설계
권선 저항	$p$ 가 크면 동손 증가, 온도 상승에 따라 ε 변화
전압변동률 기준	KEC 등 국내 규정에서 구체적 허용 상한치는 용도·계통별로 상이하며, 단정 기재 자제 (한전 공급 규정·수용가 설비 기준 확인 필요)

4. 실무 적용 시 유의사항

변압기 탭 선정: 전압변동률을 고려하여 탭 전압을 ±2.5 %, ±5 % 등으로 조정, 수전단 전압 적정 유지
병렬 운전: 병렬 변압기 간 $ε_{z}$ 불일치 시 부하 분담 불균형 → 동일 %Z 변압기 선택
전력품질 관리: 부하 역률 개선(콘덴서 설치)으로 전압변동률 억제, 전압 플리커·전압 강하 대책과 연계
대용량 변압기: %Z가 크면 단락전류 제한 효과는 있으나 전압변동률 악화 → 설계 시 트레이드오프 고려
보호 협조: OLTC(On-Load Tap Changer) 설치 시 자동 전압 조정으로 전압변동률 보상 가능

8
계전기 부담(Burden)에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 CT 부담·과전류정수·과전류강도 및 포화특성
9
전력케이블에서 발생하는 손실에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 관로 포설 케이블 설계 및 잼 레이쇼 판별
10
3상 변압기 각변위 표기 방법 중 Dy1과 Dy11의 차이점에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 변압기 병렬운전 조건·각변위·문제점
11
최근 원자력발전소의 출력 감발 사례가 자주 발생하고 있는 원인과 대책에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 원자로형 종류 및 SMR·핵융합 특징
12
변압기의 시험 항목 중 아래 사항에 대하여 설명하시오.

무부하 시험

단락 시험
문제 자세히 변압기 주파수 변경 시 자속·철손·온도·전압변동률 변화
13
『KEC(한국전기설비규정)』에 따른 계통접지 방식에서 TN계통과 TT계통에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 TN·TT·IT 접지방식 구성 및 특징

제2교시 (논술형)

※ 다음 5문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

2
가상발전소(VPP : Virtual Power Plant)의 종류와 운용 효과에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 스마트그리드 특징 및 기대효과
3
대용량 발전기 진상운전 시 고려 사항에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 발전기 진상운전 및 모터링
4
전력계통의 부하 모델의 종류에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 전력계통 안정도(Rotor·Frequency·Voltage)
5
원자력 발전에 관한 아래 사항에 대하여 설명하시오.

고속증식로의 개요 및 특징

전환비(Conversion Ratio)

반감기(Half Life)
문제 자세히 원자로 구성요소·원자력 관련 용어 및 연료 계산
6
지중케이블 진단법 중 VLF(Very Low Frequency) 시험의 장점을 설명하고 VLF 내전압 시험, VLF TD(tanδ) 시험, VLF PD(부분방전) 시험에 대하여 각각 설명하시오.
문제 자세히 케이블 열화진단(무정전 진단법)

제3교시 (논술형)

※ 다음 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
발전기에서 발생할 수 있는 아래 비정상 운전에 대하여 설명하시오.

비동기 운전(계자상실) 2) 동기발전기의 동기전동기화 운전

비정상 주파수 운전 4) 불평형 부하 운전
문제 자세히 단락비와 동기리액턴스 관계
2
초고압계통 전력케이블에서 발생하는 시스 유기전압에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 케이블 시스 접지방식 및 유기전압 대책
3
154 kV 옥내형변전소에 적용하고 있는 보호계전기용 CT(변류기)위치를 단선도에 표기하고 모선, 변압기, 송전선로, 배전선로의 보호계전방식에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 변압기 보호용 CT 결선 및 비율차동계전기
4
『분산형전원 배전계통 연계기술기준』에서 아래 사항에 대하여 설명하시오.

감시 및 제어 설비

한전 계통 이상시 분산형전원 분리 및 재병입

전기품질
문제 자세히 분산형전원 배전계통 연계기준 및 보호
5
태양광 발전 시스템 설계 시 고려 사항에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 태양광발전 설계·구성 및 신재생 발전 특징
6
콘덴서에 관한 아래 사항에 대하여 설명하시오.

3상 동일 전원에 접속하는 △결선의 콘덴서를 Y결선으로 바꾸어 연결했을 경우 정전용량 변화

온도, 전압, 고조파에 대한 열화 대책

고장 보호 방식
문제 자세히 직렬리액터와 커패시터 뱅크 접속

제4교시 (논술형)

※ 다음 5문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
『분산형전원 배전계통 연계기술기준』에서 연계변압기를 △-Grounded Y 결선 방식으로 설계 적용 시 아래 사항을 설명하시오.

이 결선 방식의 장‧단점

적용 방법 및 유의 사항
문제 자세히 특고압 연계 변압기 결선 및 접지방식
2
계기용 변류기(CT)의 철심 포화 시 2차측 전류 및 전압의 변화에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 CT 부담·과전류정수·과전류강도 및 포화특성
3
발전기의 전력( $P$ )-주파수( $f$ ) 특성과 부하의 전력( $P$ )-주파수( $f$ ) 특성에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 발전기·부하 주파수 특성과 연계계통 주파수 응동
4
선로에 전파해 온 진행파의 변이점에서의 반사와 투과에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 이상전압 발생원인
5
국내 변전소에 적용하고 있는 전압별(765/345/154 kV) 모선 구성 방식에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 변전소 건설 검토사항 및 형태

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