자격증이 보인다자격증이 보인다

5)보조권선 전류가 주 권선전류보다 ФM-ФA만

큼 앞선위상

6)기동전류가 크고 기동토크가 작다는 단점은

있지만

7)구조가 간단해서 취급이 쉬운 장점이 있어

8)가정용 일반용에 가장 많이 사용

3. 콘덴서 기동형

1) 시동시에는 주권선과 보조권선, 콘덴서에 전

류를 흘린다

2) 기동되면 원심력개폐기에 의해 보조권선과

콘덴서를 분리하고 주권선만으로 운전

3) 단자전압V1에 하여 주건선전류 IM은 ФM

만큼 뒤진위상으로 되지만 보조권선전류 IA

는 ФA만큼 앞선 위상이 되므로 IA쪽이 IM

보다 ФM+ФA 앞선위상으로 회전자계발생

4) 주권선과 보조권선에 흐르는 전류의 위상차

가 약 90。

5) 따라서 분상기동형에 비해 기동전류는 작고

기동토크는 커진다

6) 기동토크가 필요한 비교적 중부하의 용도에

적용

4. 셰이딩코일형(Shading Coil Type)

1) 그림처럼 단상교류여자된 자극의 일부에 WS

로 나타낸 것과 같은 나동선으로 만든 단락

된 링코일설치

2) 이 일코일을 셰이딩코일 이라한다

3) 셰이딩코일을 실시한 부분의 자속이 다른부분

보다 뒤진 위상으로 된다 따라서 셰이딩 코일을

실시하지 않은 쪽으로부터 실시한 방향으로 회

전자계가 생기고 그 방향에 회전자가 회전한다

4) 셰이딩코일에 발생하는 손실로 인해 효율이

나쁜것이 단점

5) 소용량의 Fan Moter나 포너모터로 이용

5. 반발기동형

1) 고정자에는 주권선을 감고 회전자에는 직류

전동기와 같이 정류자를 갖는 권선을 감는다

2) 회전자는 전기각 180。위상을 갖는 3개의 브

러시를 굵은 도선으로 단락되어 있어 기동시

에는 반발전동기로 되어 기동하고

3) 정격속도의 75~80(%)로 되면 원심력 스위치

에 의해 정류자 편을 단락하여 단상농형 유

도전동기를 운전

4) 기동토크가 크므로 부하를 걸어준 상태로 기

동할 수 있다

[문제1] 단상유도전동기를 기동방법에 따라 분류

하여 설명하시오.

1. 개요

1) 단상유도전동기는 단상권선에 의한 자계가

회전자계를 만들지 않는다.

2) 단순하게 교번만 하므로 기동토크가 0으로

그 로는 가동하지 않는다 따라서 뭔가 기동

보조 장치가 필요하다.

3) 그 기동방식에 따라 단상유도전동기는 다음

과 같이 분류된다

2. 분상기동형

1) 기동시만 주권선과 보조권선에 의해 회전자

계를 만들어 시동

2) 가속되면 원심력 개폐기에 의해 보조권선을

떼어내고 주 권선만으로 운전하는 방식이 전

동기

3) 주 권선에 비해 보조권선은 가는 선을 몇회감

고 리엑턴스를 줄이고 저항을 크게 하고 있다.

4) 주권선과 보조권선의 전류에 의해 20。~30。의

위상차를 가질 수 있으므로 불완전하지만 회

전자계가 생긴다.

www.keca.or.kr146 전기설비 2006/2147

자격증이 보인다자격증이 보인다 자격증이 보인다자격증이 보인다

김한수건축전기설비기술사전기응용기술사

3교시 <건축전기설비기술사>

자료제공 : 광주전기(기술사)학원

TEL. (062-526-6262)

건축전기설비/발∙송배전/

소방기술사전문학원

www.gjh.co.kr

본 문제는 8월 21일 시행한 77회 건축전기설비

기술사와 발송배전 기술사 시험문제를 1교시

~4교시까지 해설하 는바 참조하기 바랍니다.

77회건축전기설비�발송배전기술사시험문제해설

분산기동형의 접속

콘덴서 기동형

반발 기동형

전기설비 2006/2149

[문제2] 발전용 연료전지의 기술현황과 응용기술

에 하여 기술하시오.

1) 연료전지 기술현황

2) 응용기술

1. 발전용 연료전지의 원리

1) 시스템구성도

① 연료극: H2→2H+-2e-

(전자를 외부회로에 흘림으로써 -극이됨)

②산소극:

2) 연료전지의 특징

① 에너지 변환효율이 높다

�발전효율: 40~60% �배기효율:20 ~ 40%

�종합효율: 80%이상

② 전지본체가 Module 구성

고장시 교환수리가 용이

③ 환경상의 문제가 없다

- CO2, NOx 등의 유해가스배출량 및 소음이

적고 환경보존성이 양호

④ 단위출력당의 용적 또는 무게가 적다

⑤ 부하조정이 용이하고 저부하에서도 발전효

율의 저하가 적다.

Peak 부하시에 유효(부하추종성이 양호)

⑥ 연료로서 천연가스, 메탄올, 석탄가스까지 사용가능

- 석유 체효과 기

⑦ 반응가스중에 포함되어 있는 불순물등에 민

감하여 이것의 제거필요

⑧ Cost가 높고 내구성이 충분치 못함

2. 연료전지의 기술현황

3. 응용기술

1) 자동차용 연료전지 시스템

① 연료전지 자동차 구동특성

② 연료전지 차량동력 시스템구성 및 특징

www.keca.or.kr148

자격증이 보인다자격증이 보인다

2) 휴 용 연료전지 시스템

① 개발동향

휴 용연료전지의 응용을 위하여 검토되고

있는 것은

- DMFC (Direct Methanol Fuel Cell)

- RHFC (Reformed Hydrogen Fuel Cell)

등이 있으나 부분의 소형휴 용 연료전지 개

발업체는 DMFC기술을 이용한 연료전지개발 중

② 휴 용 연료전지 시스템의 구성도

3) 군사용 연료전지

① 군용연료전지 개발프로그램

4) 가정용 연료전지 시스템

① 연료전지 시스템의 구성

- 연료전지에서 발생한 전력은 Battery에 저

장하거나 인버터에서 교류로 변환시켜 가

정용 부하 또는 계통에 연계하여 사용

- 가정에서 사용되는 평균소비전력은 약

0.5~2(Kw)이고 최고치는 5~8(Kw)를 상

회한다

[문제3] 국내 전기설비 기술기준상 3φ4W 22.9[kV]

다중접지계통에서 제2종 접지저항값과 제3종 접지

저항값이 감전사고시 인체에 미치는 향을 최소화

시킬 수 있는 안에 하여 기술하시오. (단, 인체

저항 1000[Ω], 인체통과 허용전류 30[mA]

1. 저압회로의 지락보호

1) 과거 저압회로는 110(V), 220(V)가 주를 이

루어 용량이 작아 지락보호에 해 크게 신

경쓰지 않았으나

2) 최근 게통용량증 및 440(V)전압의 보급과

더불어 저압회로의 감전사고와 누전재해가

증 되고 있어 이를 방지위한 전기설비기술

기준에 저압회로의 지락보호가 의무화되어

있다 이를 위한 책은

2. 보호접지방식

1) 목적

① 감전방지를 목적, 기계기구의 외함, 배전

용 금속관, 금속덕트 등을 저저항값으로

접지함으로써 전로에 지락이 생겼을 때

발생하는 접촉전압을 허용값 이하로 억제

하는방식

2) 지락사고의상정도

자격증이 보인다자격증이 보인다

구분 인산형 용융탄산염형 고체전해질 고체고분자형

전해질 인산수용액 알카리탄산염 질코니아 고분자막

작동온도 200℃ 650~700℃ 900~1000℃ 70~90℃

연료천연가스

메탄놀

천연가스석탄가스화

가스

천연가스석탄가스화가스

수소메탄놀

천연가스

발전효율 35~42(%) 45~60(%) 45~60(%) 30~40(%)

특징실용화에가장 가깝다

고효율발전광범위한연료이용가능

고효율발전광범위한 연료이용가능

∙저온에서 작동

∙고에너지 도

∙소용량전원에 적합

개발

상황

∙5000(Kw),

11000(Kw)급

Plant의 운전

시험완료

1000(Kw)급Plant 200(Kw)급내부개질형 연구개발실시중

기초연구

단계

∙수(Kw)가정용

∙빌딩분산형전

원의 개발실시

중

연료개질형 하이브리드순수 수소 연료전치차

순수 수소하이브리드

연료전지 단위전지 구성 Bipolar Stack의 구조

가정용 연료전지 시스템

순수수소연료전지차 순수수소하이브리드 연료개질형하이브리드

ㆍ시스템간단

ㆍ부하추종형

ㆍ연료전지 전출력

운전

ㆍ시스템 효율적

운전가능

ㆍ연료전지 고효율

역(저출력

역)운전

ㆍ회생제동에너지

회수

ㆍ기존연료 인프라

사용가능

ㆍ일충전 주행거리

만족가능

ㆍ연료변환 시동시

간 및 부하추종

성 문제

구 분 개발목표

DARPA(Defense Advanced Reserch

Projects Agency)

Palm Power: 20(W)소형연료전

지

육군정지형, 휴 용 연료전지 실증사

업

공군 보조전원/지상보조 장비용전원

해군 500(Kw)급 선박용전원

민군경용기술

- 차량관련 Program

연료전지 트럭용 티젤유 개질기

장 트럭용 SOFC 보조전원

중 트럭용 연료전지 보조전원

경장갑 차량용 연료전지 보조전원

겸용 수소발생기

4. 이중절연기기의 사용

1) 목적

① 전기기기의 모든 충전부분과 비충전부분사이

를 이중으로 절연하거나 또는 이중절연과 등가

의 강화절연을 한 이중절연기기를 사용하여 전

기기기에서 지락이 생기는 기회를 적게함으로

써 감전재해를 일으키기 어렵게 한 방법

5. 비접지전로의 채용

1) 그림a와 같이 고압(특별고압)권선과 저압권

선에 혼촉방지판을 설치한 변압기를 사용하

여 그 혼촉방지판에 제2종접지공사 시행

2) 그림b와 같이 저압전로도중에 절연변압기를

사용하고 그 이후의 전로를 비접지로 한다

6. 초저압기기의 사용

1) 전기기기의 전원에 100(V)나 200(V)의 전압

을 사용하지 않고 24(V)나 42(V)와 같이 초

저전압을 채용하는 방법

2) 이와 같이 기기는 가령기기의 절연불량등으

로 지락이 생기더라도 기기의 금속제 외함에

나타나는 지고장전압이 낮아 인체가 접촉

했을때 흐르는 지락전류도 작아지므로 감전

시의 위험성이 저감

7. 국내 접지 System 개선

1) TT방식을 TN방식으로 전환

① 국내접지시스템은 현재 전력계통부분을

TN-C 방식을 채택하고 있고 최종수용가설

비는 TT방식을 채택하고 있어 접지시스템

의 호환이 이루어지지 않는 문제점 두

② 미국, 유럽, 선진국은 IEC 국제규격체계인

TN-C방식을 채택하여 기기의 접지저항을

고려할 필요가 없고, 누전차단기의 오동작으

로 인한 문제점과 접지저항의 불량으로 인

명피해 발생할 위험소지가 없다

③ 국내도 TN-C 방식을 채택할 경우 비용부담

이 크게 증가되지 않으므로 누전경보를 현

행 기기접지선에서 중성선이나 보호도체선

으로 전환시키며 누전시 중선선을 통해

MCCB가 동작되게 함으로써 누전차단기를

생략 할 수 있게 된다

[문제1] 154kV 수전계통의 주 변압기가 Y-Δ결선

인 경우, 22kV 계통이 비접지 계통으로 되어 지락

사고시 이상전압 상승에 따른 설비의 소손 가능성

이 있다. 또한 지락전류가 미소하므로 사고 차단

3) 보호접지의 종류와 저항값

보호접지의 종류와 저항값

주) r:보호접지 저항의 최 갑(Ϊ)

E:저압전로의 사용전압(V)

R2:저압전로의 제2종 또는 중성점 접지저항(Ω)

3. 누전차단기의 설치

1) 목적

① 누전차단기란 저압전로나 전기기기에 누전이

생긴 경우 누전을 자동적으로 검출하여 전로

를 개방, 감전의 위험원을 제거하는 안전장치

② 현재 저압전기의 감전재해 방지 책으로 가

장 우수한 방법으로 생각되며, 감전재해가

많은 전로나 사람이 용이하게 접촉하기 쉬

운 전로에는 설치의무(기술기준)

2) 누전차단기의 구조와 동작원리

3) 누전차단기의 종류와 정격(KSC 4613)

4) 누전차단기의 지락차단협조

www.keca.or.kr150 전기설비 2006/2151

자격증이 보인다자격증이 보인다 자격증이 보인다자격증이 보인다

종류 허용접촉전압(V) 접지저항(℃)

제 1급 보호접지 25

제 2급 보호접지 50

제 3급 보호접지 제한없음

구분정격감도전류

(mA)동작시간

고감도형

고속형

5, 10, 15, 30

정격감도전류에서 0.1초 이내,

인체감전보호형은 0.03초 이내

시연형정격감도전류에서 0.1초를 초

과하고 2초 이내

반한시형

정격감도전류에서 0.2초를 초

과하고 1초 이내

정격감도전류 1.4배의 전류에

서 0.1초를 초과하고 0.5초 이

내

정격감도전류 4.4배의 전류에

서 0.05초 이내

중감도형

고속형50, 100, 200,

500, 1000

정격감도전류에서 0.1초 이내

시연형정격감도전류에서 0.1초를 초

과하고 2초이내

저감도형

고속형3000, 5000,

10000, 20000

정격감도전류에서 0.1초 이내

시연형정격감도전류에서 0.1초를 초

과하고 2초이내

2중 절연의 개략도

그림a 비접지 전도에 의한 방지방법

그림b 절연변압기에 의한 비접지 전로

3교시 <발송배전기술사>

① System의 선간전압을 E라하면 접지간의 전

압은 E/3이며 Zig or zag 권선의 전압은

E/2×3×0.5×Cos30�=ㄷ/3이 된다

② 등가용량

- Ground로 흐르는 Short Circuit Current는

선전류의 3배정도가 되므로 Iㄴ=3I가 된다

이때 Zig-zag 변압기를 등가 Y-Y 변압기로

환산하여 그 용량을 계산하면

- KVA= 3×I/3×E/3×0.5/1000×?K

= 0.577×E×I/1000×K

- 여기서 K는 상의수, 시간정격등에 의해서

결정되는 상수로 Table 1과 같다

- 실제 Zig-zag 변압기에서 변압기용량을 감

소시키기 위하여 Short Circuit Current를

Zig-zag접지변압기의 임피던스외에 접지저

항등을 이용하여 Short Circuit Current를 제

한하고 있다

- 따라서 DJejS 시간정격에서 몃%까지

Short Circuit Current를 제한하느냐에 따

라서 grounding Current가 결정되므로

어떤 조건하에서 K값은 Table1에 의하

여 결정한다

Table1:K factor

* 연속정격의 접지전류가 100%에서 시간정격

0% 일때 0.577

[문제2] 3개의 모선으로 구성된 345kV 송전선로에

100MVA 기준으로 한 ZBUS는 다음과 같다. 아래

사항을 구하시오. 단, ZBUS의 단위는 Ω이다

1) 3번 모선의 3상 단락전류?

2) 1)의 경우 고장시 1번모선 및 2번 모서의 전

압은 얼마인가? 단, 고장 직전의 모선전압은

345kV이다.

1. 3번모선의 3상단락전류

이 어려워 사고파급이 우려된다. 이 경우 그 책

의 일환으로 Zigzag 변압기를 설치하는 경우가 있

다. 이 Zigzag 변압기의 원리를 설명하이오.

1. Zig-zag변압기의 3가지용도

1) Grounding Transformer: System의 grounding

protection을 목적

2) Rectifier Transformer

3) Zig-zag Power Transformer→Y-Δ결선 용

2. Zig-zag변압기의 원리

1) Grounding Transformer

① Power Tr‘의 접지가 불가능하도록 설계된

System에서 기기의 보호목적으로 System의

ground가 필요한 경우에 특별히 grounding

Tr'을 사용해야 한다

② grounding Tr'을 설계하는데 가장 중요한 무

넷점은 접지전류를 어떻게 각상에 균등하게

분배하여 grounding Current의 Main System

에 한 향을 줄여주느냐 하는것과

③ 사고발생시 통신선의 유도장앨르 어떻게 제

한하느냐가 큰 문제점으로 두되며 이에

한 해결책으로

④ Y-Y 결선의 경우 3차 Δ결선을 사용하는것

과 마찬가리로 Y-Δ결선 또는 Zig-zag결선

이 사용된다

2) Y-Δ Grounding Transformer

① Y-Δ Grounding Transformer의 경우 Δ결선

은 Floting 상태로 두고 Y결선을 각상에 연

결하고 중성점을 Grounding하면

② 그림1에서와 같이 grounding Current는

Grounding Transfor 각상에 균등히 분배되어

System에는 grounding 된 Line의 고장전류

는 grounding Current의 2/3전류로 제한 할

수 있다

③ 이 grounding Current는 1, 2차 권선의 임피

던스 고장점과 System간의 정상, 역상임피

던스의 합인 전체 임피던스에 의해 제한되

므로 제한하고 싶은 고장전류의 값에 따라

그임피던스를 선택하여 설계

④ 정격용량, 시간정격은 고장전류를 감안하여

계산하며 Zig-zag Tr와 유사하므로 주로 사

용하는 Zig-zag Tr에서 자세히 살펴보기로

한다

⑤ Y-Δ grounding Tr‘와 마찬가지로

grounding Current는 그림2에서 grounding

Tr 각상에 균등하게 분배되며 각 legon 감겨

진 두 Coil간의 임피던스와 System 과 고장

점간의 정상, 역상임피던스의 합에 의해 제

한된다

3)Voltage Relations of Zig-zag grounding Tr'

www.keca.or.kr152 전기설비 2006/2153

자격증이 보인다자격증이 보인다 자격증이 보인다자격증이 보인다

VOLTAGE Rebtion of ZIC-ZAG

지그재그 접지 변압기

연속정격접지전류%I2 0% 5% 10% 15% 20% 25%

시간

정격

2Sec 0.0216 0.02885 0.0577

10Sec 0.0484 0.0484 0.0577 0.0865 0.115 0.144

60Sec 0.119 0.119 0.119 0.119 0.119 0.114

600Sec 0.415 0.415 0.415 0.415 0.415 0.415

Extended Time 0.577 0.577 0.577 0.577 0.577 0.577

0.22 0.08 0.2

0.08 0.22 0.18

0.2 0.18 0.32{ }Z BUS =

③ 병렬회선을 설치 할 것

④ 피뢰기 설치

5. 여자전류차단(유도성 소전류)

1) 원인

① 전류재단은 변압기 여자전류등의 지상소전류를

진공차단기등 소호력이 강한 차단기로 차단할

때 전류가 자연 0점점에 강제 소호되는 현상

2) 방지 책

① 단로기로서 차단하고 변압기와 병렬로 적당한

콘덴서를 설치하며 변압기측에 피뢰기 설치

6. 고속도재폐로시 차단(무부하선로의 투입 및 재

투입 Surge)

1) 원인

① 재폐로시에 선로측에 잔류전하가 있고 재페

로시 재점호가 일어나면 큰 Surge가 발생

2) 방지 책

① 재폐로시의 재점호를 방지하기 위하여 차단

후 충분한 소이온 시간이 지난후 재투입 함

② 소이온사긴 345kV에서 20 Cycle

765kV에서 33 Cycle 정도임

③ HSGS(High Speed Ground Switch)을 이용

차단후 선로의 잔류전하를 지로 방전시킨

후 재투입 함(765kV적용)

7. 직류차단시 개폐Surge

1) 원인

① 직류는 맥류이므로 전류0점이 없어 차단시

전류절단현상이 발생하여 강한 Arc가 발생

하고 폭발음이 크며

② 그림처럼 Arc전압이 발생

2) 책

① 차단기 접촉자의 마모가 쉬워 접촉자간의

바리스터나 ZNR 등을 삽입

② HSCB(High Speed CB)사용

8. 3상동시투입 실패시

1) 원인

① 차단기 각상의 전극은 보통 동시에 투입되

지 않고 근소한 시간적 ckd가 생긴다

② 이 차이가 심한 경우 정상 지전압 파고치

의 3배 전후의 Surge가 발생

③ 이 Surge가 변압기 전원측에 유입되면 부하

측에 위험을 가져오기 쉽다

2) 감소 책

① 변압기 저압측에 보호콘덴서, 피뢰기설치

[문제3] 전력계통에서 개폐시 발생되는 써지를 원인

별(6가지)로 설명하고 각가의 책에 해 설명하시오.

1. 개요

1) 전력계통에서 차단기를 개폐하는 경우 과도

현상으로 이상전압이 발생하고 특히 유도성

or 용량성 전류의 경우는 메카니즘이 복잡

2) 보통 개폐Surge 라는 것은 무부하 가공송전선,

무부하케이블 전력용 콘덴서, 용량성 소전류의

개폐, 무부하변압기, 리엑터 등 유도성소전류의

개폐에 의한 중간주파수이 이상전압을 말함

2. 교류전원의 차단현상

3. 단락전류의 차단시 개폐Surge

1) 원인

① 단락전류 i 는 전원전압 e에 비하여 90�정도

지상인 전류이므로 시가 t=0에서 전류i 가

점 소호되었을 때 Vr 은 전원측의 RLC

회로에서의 과도진도엥 의해 그림2처럼 감

쇄진동파 (재기전압)이 된다.

② 방지 책:중성점 저항접지

4. 충전전류의 차단 (무부하 충전전류 차단)

1) 원인

① 충전전류는 차단하기 쉽지만 재점호를 여러

번 일으키고 그때마다 Surge에 의해 3~5배

의 이상전압 발생

2) 방지 책

① 재점호를 방지하기 위하여 차단속도를 신속

하게 할 것

② 중성점을 직접접지계통으로 하거나 임피던

스접지계통으로 할 것

www.keca.or.kr154 전기설비 2006/2155

자격증이 보인다자격증이 보인다 자격증이 보인다자격증이 보인다

교류전류의 차단

단락전류의 차단회로

송전선 임피던스

단락점

단락전류 차단시의 파형

재기저압(재발률)

진상소전류의 차단회로

무부하 송전선 등

진상소전류의 차단시의 파형

재접로

지상 소전류의 차단회로

무부하 변압기 등

지상 소전류의 차단시의 파형

HSGS

to:개극시간ta:아크시간ts:전차단시간

ea 마크전압

규약안락전류단락전류