제93회 발송배전기술사

기출 26문제 · 모범답안 1문제

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제1교시 (용어형)

※ 다음 12문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각 10점)

1
일반적으로 전기사용량 계량을 위해서 여러가지 방법들이 이용되고 있다. 이들 방법 중 저압 PLC(Power Line Communication : 전력선통신) 검침방식에 대해 설명하시오.
문제 자세히 배전자동화시스템 및 배전센터
2
수차발전기 부속설비 중 조속기에 대해 1) 원리 2) 구조별 기능(기계식) 3) 속도조정율과 계통주파수 조정과의 관계에 대해 설명하시오.
문제 자세히 조속기 구조·기능 및 속도조정률
3
수력발전소와 화력발전소를 전력계통에 병행 운전하여 평균전력 80[㎿], 부하율 75[%]의 부하(발전단 환산)를 공급하고 있다. 아래 사항에 대해 설명하시오. (단, 수력발전소 제원은 최대출력: 100[㎿], 상시 첨두출력: 70[㎿], 상시출력: 50[㎿], 유효낙차: 85[m] 이다.)

수력발전기에 채택할 수차 종류와 비속도(특유속도) 및 사용한계

수력발전소 최대출력, 상시첨두출력, 상시출력의 정의

화력발전소 출력은 몇 [㎿]인가?
문제 자세히 수력발전소 설계 및 연간 발전량 계산
4
전력수요 증가에 대비한 전력설비 중 최근 지중설비가 지속적으로 증가하고 있으며, 이들 설비 중 배전전력구 종합감시 시스템이 구축되어 운영되고 있다. 아래사항에 대해 설명하시오.

감시시스템의 개요 2) 주요설비 및 기능 3) 주요 관리항목 4) 기대효과
문제 자세히 배전자동화시스템 및 배전센터
5
화력발전소의 보일러종류 중 수관식 보일러(water tube boiler)의 급수순환방법에 의한 보일러 종류를 들고, 각각 급수흐름도 및 특징에 대해 설명하시오.
문제 자세히 보일러 종류·급수순환방식 및 열효율 향상기기

동기발전기의 일정 유효전력 운전에 관하여 설명하시오.

문제 자세히 발전기 정격역률이 구조·운전·계통에 미치는 영향

모범답안 펼치기

[문제] 동기발전기의 일정 유효전력 운전

1. 정의

무한버스(Infinite Bus)에 병렬 연결된 동기발전기에서 원동기의 출력을 고정하여 유효전력( $P$ )을 일정하게 유지한 채, 계자전류( $I_{f}$ )를 조절하여 무효전력( $Q$ ) 및 역률을 제어하는 운전 방식을 말한다.

2. 원리 및 수식

발전기 단자전압 $V$ 와 동기리액턴스 $X_{s}$ 가 일정한 상태에서 유효전력 출력 수식은 다음과 같다.

$P = \frac{E V}{X _{s}} sin δ = 일정$

여기서,

$E$ : 유도가공전압 $[V]$
$V$ : 단자전압 $[V]$
$X_{s}$ : 동기리액턴스
$δ$ : 부하각 $[rad 또는^{\circ}]$

따라서, 유효전력 $P$ 가 일정하기 위해서는 $E sin δ = 일정$ 조건을 만족해야 한다. 계자전류( $I_{f}$ )를 변화시키면 유도전압 $E$ 의 크기가 바뀌고, 이에 따라 부하각 $δ$ 가 역으로 변하여 $E sin δ$ 의 기하학적 높이가 일정하게 유지된다.

🖼 [그림] 일정 유효전력 운전 시 계자전류 변화에 따른 동기발전기의 페이저도 및 V곡선 특성

3. 운전 상태별 특징 (V곡선 특성)

계자전류( $I_{f}$ )의 변화에 따른 전기자전류( $I_{a}$ ), 역률( $cos θ$ ), 무효전력( $Q$ )의 관계는 아래 표와 같다.

구분	저계자(감계자) 운전	정상계자 운전	과계자 운전
계자전류 ( $I_{f}$ )	적음 ( $E cos δ < V$ )	적정	많음 ( $E cos δ > V$ )
전기자전류 ( $I_{a}$ )	증가	최소	증가
역률 ( $cos θ$ )	진상 (Leading, 앞선 역률)	1.0 (Unity)	지상 (Lagging, 뒤진 역률)
무효전력 ( $Q$ )	계통으로부터 흡수 ( $Q < 0$ )	$Q = 0$	계통으로 공급 ( $Q > 0$ )
주요 역할	감마작용 (계통 전압 상승 억제)	최저 손실 운전	자화작용 (계통 전압 지원)

4. 실무 적용 시 유의사항 및 운전 한계

일정 유효전력 운전 시 계자전류를 과도하게 조절할 경우 발전기 보호 및 계통 안정도에 문제를 일으킬 수 있으므로 발전기 가능출력곡선(Capability Curve) 내에서 운전해야 한다.

(1) 과계자 운전 시 제약사항

계자권선 열적 한계: 계자전류( $I_{f}$ ) 과다로 인한 계자권선 과열 발생 위험.
전기자권선 열적 한계: 지상 무효전력 증가에 따른 전기자전류( $I_{a}$ ) 과다로 전기자권선 과열.

(2) 저계자(감계자) 운전 시 제약사항

고정자 단부 과열 (End-Core Heating): 감계자 운전 시 고정자 단부 누설자속 증가로 인한 철심 과열 발생.
정태안정도 한계 (Static Stability Limit): $E$ 가 감소하면 부하각 $δ$ 가 증가하여 안정도 임계각( $9 0^{\circ}$ )에 도달하므로 탈조(Loss of Synchronism) 위험 증가.

(3) 실무 운전 대책

UEL(저계자 제한장치, Under Excitation Limiter): 감계자 운전 시 발전기가 정태안정도 한계나 단부 과열 한계를 벗어나지 않도록 여자전류 하한을 제어.
OEL(과계자 제한장치, Over Excitation Limiter): 과계자 운전 시 계자권선 과열을 방지하기 위해 계자전류 상한을 제한.
AVR(자동전압조정기)과의 연동: 계통 전압 변동에 유연하게 대응하면서 유효전력 및 무효전력 한계선을 자동 준수하도록 제어계통 설정.

7
송전계통의 유효전력은 $\dot{E}$ 와 $V$ 의 위상차에 관계되고, 무효전력은 송전계통의 전압강하에 관계됨을 설명하시오. (단, $\dot{E}$ : 송전단전압, $V$ : 수전단전압)
문제 자세히 전력 및 전압강하 수식 유도
8
전력계통 구성요소의 표현 중 부하의 응답모델 3가지를 설명하시오.
문제 자세히 전력계통 안정도(Rotor·Frequency·Voltage)
9
누전차단기의 안전성에 대한 의미를 설명하고, 인체의 안전한계선과 위험한계선과의 관계(수식포함)를 설명하시오.
문제 자세히 누전차단기 안전성 및 인체 안전한계
11
직렬리액터(Series Reactor)를 Capacitor Bank에 접속하는 이유에 대하여 간략히 설명하고, Series Reactor 용량을 Capacitor Bank 용량의 6[%]로 할 때 콘덴서의 단자 전압은 Series Reactor 접속 전(前)의 몇 [%]인지를 설명하시오.
문제 자세히 직렬리액터와 커패시터 뱅크 접속
12
대용량 발·변전소의 개폐장치에서 발생할 수 있는 영점추이현상(零點推移現狀, Zero Missing Phenomenon Non-zero Crossing Phenomenon)에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 영점추이 현상
13
배전선로의 수전단 전압을 일정하게 유지하면서, 부하의 유효전력을 배로 하고 역률을 배 변화시킬 경우, 선로의 전력손실, 전력손실률 및 수전단 피상전력은 몇 배가 되는지를 설명하시오.
문제 자세히 선로손실 해석 및 손실 경감 대책

제2교시 (논술형)

※ 다음 4문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
해안가에서 염해(鹽害)로 인한 배전선로 불시정전이 빈번히 발생하고 있다. 아래사항에 대해 설명하시오.

염해 정전발생 과정 및 염해 정전의 특징

염해대책 설계시 내오손(耐汚損)기준 적용 및 선로경과지 선정방법

시공방법 및 유의사항
문제 자세히 염해 정전 발생 및 대책
3
발변전소에서 전압을 일정하게 유지하는 방법으로 무효전력을 조정하는 방법과 전압의 크기를 조정하는 방법을 설비별로 설명하시오.
문제 자세히 FACTS 개념·목적 및 종류
5
345[kV], 100[Km]의 3상 송전 선로에서 변압기를 포함한 일반 회로 정수를 다음과 같이 할 때 아래 사항에 대하여 설명하시오. (단, 저항은 무시하며, $A = 1.7 \times 1 0^{- 3}$ , 기타의 4단자 정수는 공식에 의거한다.)

나머지 4단자 정수 B와 D를 구하고 A, B, C, D의 물리적 의미를 설명하시오.

무부하 시 송전단에 345[kV]를 인가하였을 때의 수전단 선간전압 [kV]

이 때의 송전단 전류 [A]

무부하 시 송·수전단 전압을 345[kV]로 유지하는데 필요한 수전단에 설치할 연속적인 조정이 아닌 조상기의 용량[MVA]
문제 자세히 4단자 정수 계산 및 송수전단 전압·전류 관계
6
직류송전방식을 적용 시 고조파에 대한 검토가 반드시 이루어져야 한다. 이러한 직류송전에 있어 고조파에 대한 영향을 간단히 설명하고, 그 대책으로 적용되는 필터에 대하여 3가지로 분류하여 설명하시오.
문제 자세히 HVDC 고조파 영향 및 필터 대책

제3교시 (논술형)

※ 다음 5문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

1
다중접지계통의 배전선로에서 정전구역 축소 및 안전사고 예방을 위해 각종 보호기기를 설치, 운영하고 있다. 아래사항들을 설명하시오.

설치 전 보호협조 검토시기

설치위치 검토사항

전원측 부터 부하측 순(順) 배치도

보호기기별(수용가 보호용 포함) 기능과 동작특성
문제 자세히 다중접지계통 보호기기 종류 및 보호협조
2
전기공급약관․전기공급약관시행세칙에 따라 아래사항을 설명하시오.

22.9[㎸] 전용공급설비 2회선으로 전기를 공급할 때 세부기준

계약전력 400,000[㎾] 초과 수용가 154[㎸] 공급조건
문제 자세히 전기공급약관 공급조건(전용공급설비·154kV 공급)
3
전력계통에 적용하는 가변 교류 송전시스템(FACTS)의 개념과 필요성에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 FACTS 개념·목적 및 종류
4
기존 전력계통에 분산형 전원의 연계에 따른 직류송전(HVDC)의 요구가 증가하고 있는바 송전과 배전에서의 HVDC 역할을 설명하시오.
문제 자세히 송·배전에서의 HVDC 역할
5
보호계전기용 변류기 선정 시 유의할 무릎전압(Knee Point Voltage)에 대한 정의, 특성, 변류기 선정시 고려사항에 대하여 설명하고, 변류기 2차의 특성 중 부담에 관련된 사항(① 부담(Burden), ② 소비부담(消費負擔), ③ 정격치 소비부담, ④ 동작치 소비부담, ⑤ 부담임피던스)에 대하여 설명하시오.
문제 자세히 CT 무릎전압(Knee Point Voltage) 및 선정

제4교시 (논술형)

※ 다음 5문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)

2
전력공급을 위해 배전선로에는 각종 지지물과 기기들이 설치, 운영되고 있다. 설비 중 주상 변압기[22.9 ㎸-y] 설계 및 설치에 관한 아래사항들을 설명하시오.

변압기 설계 시 검토사항

3상4선식 변압기 부하 불평형 방지 방법

변압기 설치 시 주의사항 및 변압기 설치 후 점검사항
문제 자세히 주상변압기 설계·설치 및 불평형 방지
3
다중접지계통의 배전선로의 부하불평형률 개념을 3가지로 나누어서 설명하고, 3상 교류의 선간전압을 측정한 결과 240[V], 200[V], 200[V]로 시현되었을 때 전압불평형률을 설명하시오.
문제 자세히 배전선로 부하불평형률 및 전압불평형률
4
전력 회로에 콘덴서를 설치하고자 한다. 아래사항을 설명하시오.

콘덴서 설치효과(단, 동일전력 수송 조건)

콘덴서 설치 전, 후 전압강하경감률(ε[%])을 수식으로 설명

평형 3상3선식 배전선로로 1,000[kVA], 지상역률 60[%]의 부하에 전력을 공급할 경우, 이 선로의 전력손실률을 12[%]에서 5[%]로 감소시키기 위해 소요되는 콘덴서 용량은 얼마인가? (단, 수전단의 전압은 변화 없고 여유분은 5.5[%]로 한다.)
문제 자세히 역률 개선 원리 및 보상 효과
5
최근 수도권의 전력수요급증에 따라 우려되는 전압불안정 현상의 전력계통측의 설비적 대책 및 운영측면 대책을 설명하시오.
문제 자세히 계통전압 과·부족 영향 및 전압안정도 대책
6
대용량 전원이 전력계통으로부터 갑자기 탈락 시 나타나는 계통현상과 발·변전기기에 미치는 영향 및 정전범위를 축소하기 위한 대책을 설명하시오.
문제 자세히 대용량 전원 탈락 시 계통 현상 및 대책

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