제140회 발송배전기술사

기출 31문제 · 모범답안 2문제

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제1교시 (용어형)

※ 다음 13문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각 10점)

송전선로의 송전전력 P(kW)가 서지임피던스용량(SIL)에 따라 운전상태가 P<SIL, P=SIL, P>SIL일 경우 다음을 설명하시오.

SIL의 정의
무효전력 발생과 소비와의 관계
송수전단 전압과의 관계

문제 자세히 고유송전용량(SIL) 및 특성임피던스

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송전선로의 서지임피던스용량(SIL)과 운전상태별 특성

1. SIL(Surge Impedance Loading)의 정의

서지임피던스용량(SIL)이란 송전선로에 서지임피던스(특성임피던스) $Z_{c}$ 에 해당하는 순저항 부하를 연결하였을 때 송전되는 전력으로, 선로의 분산 정수 특성에 의해 결정되는 기준 전력이다.

$Z_{c} = \frac{L}{C} [Ω]$

$SIL = \frac{V _{r}^{2}}{Z _{c}} [W]$

여기서 $V_{r}$ 은 수전단 선간전압(정격전압), $L$ 은 단위 길이당 인덕턴스, $C$ 는 단위 길이당 커패시턴스이다.

※ 구체적인 국내 SIL 규정 수치는 KEC에 명시되어 있지 않으므로 단정하지 않음.

2. 무효전력 발생·소비와의 관계

송전선로는 인덕턴스(L) 에 의해 무효전력을 소비(지상)하고, 정전용량(C) 에 의해 무효전력을 발생(진상)한다.

운전 조건	부하 $P$ 와 SIL 관계	선로 L 소비 $Q_{L}$ vs C 발생 $Q_{C}$	선로 무효전력 수급
경부하	$P < SIL$	$Q_{C} > Q_{L}$	무효전력 과잉 발생 (진상)
자연부하	$P = SIL$	$Q_{C} = Q_{L}$	무효전력 균형 (자립)
중부하	$P > SIL$	$Q_{L} > Q_{C}$	무효전력 부족 (지상 소비)

$Q_{L} = I^{2} \cdot ω L \cdot ℓ, Q_{C} = V^{2} \cdot ω C \cdot ℓ$

$P = SIL$ 일 때: $I^{2} Z_{c} = \frac{V ^{2}}{Z _{c}}$ 가 성립하여 $Q_{L} = Q_{C}$

3. 송·수전단 전압과의 관계

무효전력 수급 불균형은 전압 분포에 직접 영향을 준다.

조건	무효전력 상태	수전단 전압 $V_{R}$ vs 송전단 전압 $V_{S}$	현상
$P < SIL$	진상 과잉	$V_{R} > V_{S}$	페란티(Ferranti) 현상 발생, 수전단 전압 상승
$P = SIL$	균형	$V_{R} = V_{S}$	선로 전체 전압 평탄, 이상적 운전
$P > SIL$	지상 부족	$V_{R} < V_{S}$	수전단 전압 강하, 전압 안정도 저하

🖼 [그림] $P < SIL$ , $P = SIL$ , $P > SIL$ 세 조건에 대한 선로 전압 분포 개념도 (페란티 효과 포함)

4. 실무 적용 시 유의사항

항목	내용
경부하 시 대책	분로리액터(Shunt Reactor) 투입으로 과잉 진상 무효전력 흡수, 페란티 현상 억제
중부하 시 대책	전력용 콘덴서(SC) 또는 동기조상기(SC)로 무효전력 보상, 전압 강하 방지
전압 안정도	SIL은 선로의 안정 송전 가능 전력 목표값 설정 시 기준 지표로 활용
FACTS 활용	SVC·STATCOM 등으로 부하 변동에 따른 무효전력을 동적 보상하여 $V_{R} \approx V_{S}$ 유지

※ SIL은 선로 고유 파라미터( $L$ , $C$ )와 정격전압에 의해 결정되므로, 동일 전압 등급이라도 선로 종류(가공/케이블)에 따라 $Z_{c}$ 값이 크게 달라진다. 케이블 선로는 $C$ 가 크므로 $Z_{c}$ 가 작고 SIL이 커져 경부하 시에도 페란티 현상이 심화될 수 있어 특히 유의가 필요하다.

2
변위전류 개념과 변위전류가 포함된 맥스웰 방정식을 설명하시오.
문제 자세히 전자장
3
해양 방조제를 이용한 조력발전을 계획하는 경우 다음을 설명하시오.

발전원리 2) 조력 발전방식의 종류 3) 장·단점
문제 자세히 양수발전소 운영목적·현황 및 가변속 양수발전
4
가압경수로형 원자력발전소 특징, 1차 계통과 2차 계통의 주요 기기에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 원자로형 종류 및 SMR·핵융합 특징
5
기력발전소의 재열기와 과열기를 비교 설명하시오.
문제 자세히 보일러 종류·급수순환방식 및 열효율 향상기기
6
수력발전소의 흡출관에 대하여 다음을 설명하시오.

정의

흡출고와 캐비테이션과의 관계

흡출관의 종류
문제 자세히 조속기 구조·기능 및 속도조정률
7
변전소의 모선구성 방식 중 1.5 차단방식에 대하여 다음을 설명하시오.

구성도와 원리 2) 장·단점
문제 자세히 변전소 건설 검토사항 및 형태
8
자기회로와 전기회로의 옴의 법칙에 대하여 다음 사항을 간단히 설명하시오.

각각의 정의 및 관계식 2) 두 법칙을 비교
문제 자세히 기초 전자기법칙 및 교류회로 해석

부하설비에 대한 수용률, 부등률, 부하율을 설명하고, 각각의 관계를 설명하시오.

문제 자세히 수용율·부등율·부하율의 정의 및 설계 적용

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1. 정의

부하설비의 계획 및 전력계통 용량 산정에 사용되는 핵심 지표로서, 수용률은 설비용량 대 최대수요전력의 비율, 부등률은 각 부하의 피크 발생 시점의 차이, 부하율은 일정 기간 동안의 전력 이용 효율을 나타내는 계수이다.

2. 수용률, 부등률, 부하율의 개념 및 산출식

🖼 [그림] 개별 부하의 일부하곡선과 합성 일부하곡선을 통한 수용률, 부등률, 부하율의 개념도

1) 수용률 (Demand Factor, DF)

개념: 총 부하설비용량 중에서 실제로 동시에 사용되는 최대수요전력의 비율.
산출식: $D F = \frac{최대수요전력 P _{max}}{총 설비용량 P _{inst}} \times 100 [%]$
특징: 일반적으로 $D F \leq 100%$ 이며, 부하의 동시 사용 가능성을 판단하는 기준이 됨.

2) 부등률 (Diversity Factor, DivF)

개념: 각 개별 부하의 최대수요전력이 발생하는 시점의 불일치(비동기성) 정도.
산출식: $D i v F = \frac{\sum ( 개별 부하의 최대수요전력 P _{max, i} )}{합성 최대수요전력 P _{synth, max}} \geq 1.0$
특징: 항상 $1.0$ 이상이며, 부등률이 클수록 기기 이용 효율이 높고 변압기 상위 설비용량을 절감할 수 있음.

3) 부하율 (Load Factor, LF)

개념: 지정된 기간(일, 월, 년) 동안의 평균전력과 최대수요전력의 비율로 설비 이용의 전반적인 효율성을 의미.
산출식: $L F = \frac{평균전력 P _{avg}}{최대수요전력 P _{max}} \times 100 = \frac{사용전력량 W}{P _{max} \times T} \times 100 [%]$
특징: 일반적으로 $L F \leq 100%$ 이며, 부하율이 높을수록 부하곡선이 평탄하여 전력 설비를 효율적으로 사용하는 것을 의미함.

3. 지표 간의 비교 및 상호 관계

1) 각 지표 비교 표

구분	수용률 (Demand Factor)	부등률 (Diversity Factor)	부하율 (Load Factor)
기준 수치	$D F \leq 100%$	$D i v F \geq 1.0$	$L F \leq 100%$
주요 목적	최대수요전력 추정	수전/변전 설비용량 절감 산정	설비 이용 효율성 평가
영향 요인	부하의 종별, 사용 습관	부하의 다각화, 패턴 불일치	부하 관리, 피크 컷(Peak Cut)

2) 상호 관계식

변압기 설비용량( $S_{Tr}$ ) 산정 시 세 지표는 다음과 같이 연계된다.

$합성 최대수요전력 P_{synth, max} = \frac{\sum ( P _{inst, i} \times D F _{i} )}{D i v F} [kW]$

$평균전력 P_{avg} = P_{synth, max} \times L F = \frac{\sum ( P _{inst, i} \times D F _{i} )}{D i v F} \times L F [kW]$

$변압기 필요 용량 S_{Tr} = \frac{P _{synth, max}}{cos θ} = \frac{\sum ( P _{inst, i} \times D F _{i} )}{D i v F \times cos θ} [kVA]$

(단, $cos θ$ 는 종합 부하역률)

4. 실무 적용 및 유의사항

1) 변압기 용량 경제적 선정

과대 산정 방지: 수용률과 부등률을 합리적으로 적용하지 않을 경우 변압기 용량이 과대 산정되어 초기 투자비 증가 및 무부하 손실(철손)이 증가함.
부등률의 적용: 동일 변압기 군 내 부하 종류가 다양할수록 부등률이 커지므로 변압기 용량을 효과적으로 줄일 수 있음.

2) 부하율 개선 (전력관리 측면)

Peak Shaving / Peak Shift: 부하율을 높이기 위해 피크 전력을 절감하거나 최저 부하 시간대로 부하를 이동(ESS 연계, 빙축열 설비 도입 등)시킴.
부하율이 향상되면 설비 가동률이 증가하고 기본 전력요금이 절감됨.

3) 설계 규정 준수

국내 전력설비 설계 표준(KEC 및 한국전력공사 공급약관 기준 등)에 제시된 수용가 종류별(아파트, 공장, 빌딩 등) 표준 수용률 및 부등률 가이드라인을 참조하여 검토해야 함.

10
3상 변압기의 1차 - 2차 결선방식의 종류 및 결선방식에 따른 장·단점을 설명하시오.
문제 자세히 변압기 병렬운전 조건·각변위·문제점
11
신재생에너지 증가에 따른 전력망을 안정적으로 유지하기 위한 그리드포밍(Grid-Forming)에 대하여 다음을 간단히 설명하시오.

그리드포밍의 필요성

그리드팔로잉(Grid-Following)과 비교

기술요소와 제어능력
문제 자세히 신재생발전기 송전계통 연계기준 및 FRT
12
비접지계통에서 사용되는 선택지락계전기에 대하여 설명하시오.

정의

1선 지락시 동작원리
문제 자세히 계통보호 접지방식(유효접지 조건 및 건전상 전위상승)
13
345 kV 계통에서 송전선로 보호방식 중 다음을 간단히 설명하시오.

주보호 2계열화 방식 2) 후비보호 방식

재폐로 방식 4) 차단실패보호 방식
문제 자세히 초고압 장거리 선로 보호 문제점

제2교시 (논술형)

※ 다음 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
NWA(Non-wire Alternatives)에 대하여 다음을 설명하시오.

정의 및 특징

NWA 기술적 대안과 제도적 대안별 개념

국내 NWA 대안별 추진현황 및 보완점
문제 자세히 우리나라 전력계통 현황(발전·송배전)
2
교류 송전계통을 계획함에 있어 다음을 설명하시오.

교류송전선로 송전용량의 정의

송전용량에 영향을 주는 요인

송전용량 평가 방법
문제 자세히 고유송전용량(SIL) 및 특성임피던스
3
1기 무한대 모선에 연결된 3상 동기발전기에 대하여 다음을 설명하시오.

모델계통과 벡터도

일정 유효전력 운전시 벡터도 해석(단, 전압과 유효전력 일정)

동기탈조 방지대책
문제 자세히 병렬운전 조건 및 조건 불일치 현상
4
대용량 발전기(승압변압기 포함)에서 보호계전기의 다음을 설명하시오.

보호계전기의 종류(번호, 명칭)

발전기용 비율차동계전기

발전기용과 변압기용 비율차동계전기와의 차이점
문제 자세히 비율차동계전기 동작원리 및 결선도
5
최근 AI 데이터센터 부하가 크게 증가하고 있으며, 이와 관련하여 전력계통의 신뢰도와 품질이 중요한 설계요소로 부각되고 있다. 다음을 설명하시오.

AI 데이터센터의 전력구성설비 및 기능

AI 데이터센터의 전력부하의 정적 및 동적 특성

AI 데이터센터와 전력계통 간의 전력품질 연관성
문제 자세히 전력품질 평가지표 및 Power Disturbance
6
가변속 양수발전소와 재래식 양수발전소의 특징을 비교하여 설명하시오.
문제 자세히 양수발전소 운영목적·현황 및 가변속 양수발전

제3교시 (논술형)

※ 다음 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
송·배전용전기설비 이용규정「신재생발전기 및 전기저장장치 계통연계기준」중 다음을 설명하시오.

고장 중 무효전류 공급

고장 후 유효전력 회복

무효전력 공급능력 성능유지
문제 자세히 신재생발전기 송전계통 연계기준 및 FRT
2
VPP(Virtual Power Plant)의 다음을 설명하시오.

VPP의 정의

실제 발전소와 VPP의 비교

공급형, 수요형, 융합형 VPP 비교
문제 자세히 재생에너지 시장제도(입찰제도·RE100·전력중개)
3
가공 송전선로 이도측정에 관련하여 다음을 설명하시오.

사이도법(斜弛度法)

수평이도법(水平弛度法)

이도측정경간의 선정
문제 자세히 송전선로 적정 송전량 결정
4
유도전동기 고장 발생원인, 현상, 영향에 대하여 다음을 설명하시오.

전동기 자체고장 측면

전원측 이상으로 인한 고장 측면
문제 자세히 발전기 진상운전 및 모터링
5
전력계통에서 사용하는 리액터의 종류와 용도에 대하여 설명하시오.
문제 자세히
6
변압기 절연 진단시험의 종류와 방법을 설명하시오.
문제 자세히 변압기 경년 열화 원인

제4교시 (논술형)

※ 다음 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
「전력시장운영규칙」에 따른 유효접지 검토절차 중 다음을 설명하시오. 1) 3상 단락전류 $\times$ 60% $\leq$ 1선지락전류인 수식 증명 2) 비접지 중성점의 전위상승 $\leq$ (상전압 $\times$ 85%) 인 목적
문제 자세히 계통보호 접지방식(유효접지 조건 및 건전상 전위상승)
2
태양광, 풍력 등의 인버터 기반 재생에너지가 확대되면서 전력망의 관성은 점차 감소하고 있다. 전력망 관성을 중심으로 다음을 설명하시오. 1) 관성의 개념 및 역할 2) 인버터 기반 재생에너지의 문제점 3) 관성 감소에 따른 영향 4) 전력망 보강 방안 (발전, 송전, 배전 단계로 구분 기술)
문제 자세히 풍력·태양광 계통연계 영향 및 대책
3
전력계통에서 사용되는 피뢰기는 가공송전선로용, 지중송전선로용, 변전소용으로 구분할 수 있다. 각각에 대하여 다음을 설명하시오. 1) 설치 목적 2) 설치 위치 3) 주로 사용되는 형식과 운전 특성
문제 자세히 피뢰기 관련 용어 및 산화아연소자 열폭주
4
전력계통의 외란 발생 시 안전도제어(Security Control)에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 고장파급방지장치(FPPC)
5
전력계통용 차단기의 제어회로 기능 중 Trip Free 기능과 Anti-Pumping 기능에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 차단기 트립방식 및 트립프리
6
대규모 해상풍력 변전소와 육상변전소의 계통연계 방안 중 다음을 설명하시오.

HVAC 송전과 HVDC 송전의 장단점 비교

HVDC 송전 중 전류형, 전압형 비교

HVAC, HVDC 방식 선정시 고려사항
문제 자세히 전류형(LCC)과 전압형(VSC) 특징 비교

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