제122회 전기응용기술사 시험

국가기술자격 기술사 시험문제

기술사 제122회 제 1 교시 (시험시간: 100분)
전기·전자 종목 전기응용기술사
※ 다음 문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각10점)
 https://diode.tistory.com

전자인간337

1. 유도전동기의 허용 구속시간에 대하여 설명하시오.
유도전동기의 허용 구속시간은 전동기가 일정 부하 또는 작동 조건에서 지속적으로 운전할 수 있는 최대 시간을 나타냅니다. 이는 전동기의 내부 부품이나 감열 부분이 오버히팅되지 않도록 하는 중요한 요소입니다.
 
허용 구속시간은 전동기의 크기, 설계, 사용 환경 및 운전 조건에 따라 다를 수 있습니다. 전동기의 제조사는 허용 구속시간을 명시하고, 사용자는 이를 준수하여 안전하게 운전해야 합니다. 허용 구속시간을 초과하여 전동기를 운전하면 내부 부품이 손상을 입을 수 있고, 전동기의 수명이 단축될 수 있습니다.
 
따라서 사용자는 전동기의 허용 구속시간을 주의 깊게 확인하고, 운전 조건을 적절히 조절하여 안전하게 사용해야 합니다. 만약 허용 구속시간을 초과해야 하는 경우, 추가적인 냉각장치나 보호장치를 설치하여 전동기를 안전하게 운전할 수 있도록 조치를 취할 수 있습니다.
 
2. KS C IEC 60085(전기 절연–내열성평가와 표시)에 따라 전기절연, 내열성 등급 및 공기로 냉각할 수 있는 허용온도와 최대허용온도의 관계에 대하여 설명하시오.
KS C IEC 60085은 전기 절연의 내열성 평가와 표시에 관한 국제 표준입니다. 이 표준에 따르면 전기 절연재료는 내열성 등급으로 분류되며, 이 등급은 해당 재료가 얼마나 높은 온도에서 안정하게 작동할 수 있는지를 나타냅니다.
내열성 등급은 A, E, B, F, H, C로 나뉘며, 각 등급은 특정 온도 범위에 해당합니다. 이 등급은 전기 절연재료의 내열성을 평가하고, 해당 재료가 어느 정도의 온도에서 안정하게 사용될 수 있는지를 결정하는 데 도움을 줍니다.
공기로 냉각할 수 있는 허용온도는 전기 절연재료가 공기로 냉각될 때 안정하게 사용될 수 있는 최대 온도를 의미합니다. 이 온도는 내열성 등급에 따라 다르며, 해당 등급의 재료가 어느 정도의 온도에서 안정하게 사용될 수 있는지를 나타냅니다.
최대 허용 온도는 전기 절연재료가 최대한으로 노출될 수 있는 온도를 의미하며, 이 온도를 초과하면 전기 절연재료가 손상을 입을 수 있습니다. 따라서 전기 설비를 설계하거나 운전할 때는 내열성 등급과 허용온도를 고려하여 안전하게 사용해야 합니다.
 
3. 전기회로와 자기회로의 차이점에 대하여 설명하시오.
전기회로와 자기회로는 전기 및 자기 에너지를 다루는 회로의 두 가지 유형입니다. 이 두 유형의 주요 차이점은 다음과 같습니다.
 
전기회로:
전기회로는 전기 에너지를 다루는 회로로, 전기적인 에너지를 전달하고 변환하는 역할을 합니다.
전기회로는 전기적인 부품과 구성 요소로 구성되며, 전기 전압, 전류, 저항 등을 이용하여 전기적인 신호를 처리합니다.
전기회로는 전기적인 에너지를 전달하고 제어하는데 사용되며, 전기기기 및 전자기기에서 주로 사용됩니다.
 
자기회로:
자기회로는 자기 에너지를 다루는 회로로, 자기장을 생성하고 이를 이용하여 에너지를 전달하거나 변환하는 역할을 합니다.
자기회로는 자기적인 부품과 구성 요소로 구성되며, 자기장의 세기, 방향 등을 이용하여 자기적인 신호를 처리합니다.
자기회로는 자기적인 에너지를 생성하고 제어하는데 사용되며, 전력 변환기, 전자기기 및 통신 시스템에서 주로 사용됩니다.
 
따라서 전기회로는 전기 에너지를 다루는 회로이고, 자기회로는 자기 에너지를 다루는 회로이며, 각각의 특성에 따라 다른 용도와 응용 분야를 가지고 있습니다.
 
4. 3상 전동기의 전원 측 1상 결상 시 부하에 역상전류가 흐르는 이유에 대하여 설명하시오.
3상 전동기는 3상 전원을 이용하여 작동하는 전동기로, 3상 전원이 균일하게 공급되어야 올바르게 작동합니다. 그러나 3상 전동기의 전원 측에서 1상 결상이 발생하면 부하에 역상전류가 흐르는 현상이 발생할 수 있습니다. 이 현상은 다음과 같은 이유로 발생합니다.
3상 전동기는 3개의 상을 가지고 있으며, 각 상은 120도씩 위상 차이를 가지고 있습니다. 따라서 3상 전원이 균일하게 공급되지 않으면 전동기의 회전자에 불균형한 자기장이 형성됩니다.
1상 결상이 발생하면 전원이 공급되지 않은 상의 자기장이 약해지고, 이로 인해 다른 두 상의 자기장이 상대적으로 강해집니다. 이러한 상황에서 약해진 상의 자기장은 다른 두 상의 자기장에 의해 인가되는 자기장에 의해 회전자에 역상 자기장이 형성됩니다.
역상 자기장이 형성되면 회전자에 역상 전류가 유도되어 부하에 역상 전류가 흐르게 됩니다. 이는 전동기의 부하에 부가적인 열 및 진동을 유발할 수 있으며, 전동기의 정상적인 작동을 방해할 수 있습니다.
따라서 3상 전동기의 전원 측에서 1상 결상이 발생하면 부하에 역상 전류가 흐르는 이유는 전원 측의 자기장 불균형으로 인해 회전자에 역상 자기장이 형성되기 때문입니다. 이를 방지하기 위해서는 전원 공급을 안정하게 유지하고, 전동기의 전원 측을 균일하게 공급하는 것이 중요합니다.
 
5. 전철에 적용하는 직류 고속도차단기(HSCB : High Speed Circuit Breaker)의 요구성능과 특징에 대하여 설명하시오.
직류 고속도차단기(HSCB)는 전철 시스템에서 사용되는 고속열차의 안전을 보장하기 위해 설치되는 장치로, 전동기 등의 고속열차 시스템에서 발생할 수 있는 과전류나 단락 등의 이상 상황을 탐지하고 차단하는 역할을 합니다.
HSCB의 요구성능과 특징은 다음과 같습니다.
고속도차단 기능: HSCB는 고속열차 시스템에서 발생할 수 있는 과전류나 단락 등의 이상 상황을 신속하게 탐지하고 차단하는 기능을 가지고 있어야 합니다. 이를 통해 열차 시스템의 안전을 보장하고 재난을 예방할 수 있습니다.
고속 반응 속도: HSCB는 고속열차의 운행 속도에 맞춰 매우 빠른 반응 속도를 가져야 합니다. 이는 이상 상황이 발생했을 때 신속하게 차단하여 안전을 보장할 수 있도록 합니다.
안정성과 신뢰성: HSCB는 고속열차 시스템에서 매우 중요한 장치로서 안정성과 신뢰성이 높아야 합니다. 이상 상황이 발생했을 때 신속하고 정확하게 동작하여 안전을 보장할 수 있어야 합니다.
자가진단 기능: HSCB는 자가진단 기능을 가지고 있어서 자체적으로 상태를 모니터링하고 이상이 감지되면 즉시 경고를 발생시키거나 자동으로 차단할 수 있어야 합니다.
유지보수 용이성: HSCB는 유지보수가 용이해야 하며, 장애 발생 시 빠르게 대처할 수 있도록 설계되어야 합니다.
 
이러한 요구성능과 특징을 가진 직류 고속도차단기(HSCB)는 고속열차 시스템에서 안전하고 신속한 운행을 보장하기 위해 중요한 역할을 합니다.
 
6. 산업플랜트 전력집중원격감시제어시스템(SCADA)의 목적, 기능 및 최근 동향에 대하여 각각 설명하시오.
SCADA의 목적:
산업플랜트 전력집중원격감시제어시스템(SCADA)은 산업 시설이나 공장 등에서 발생하는 전력 시스템을 중앙에서 모니터링하고 제어하기 위한 시스템입니다. SCADA의 주요 목적은 전력 시스템의 안정성과 효율성을 유지하고 운영자들이 실시간으로 시스템 상태를 모니터링하고 제어할 수 있도록 하는 것입니다.
SCADA의 기능:
데이터 수집 및 모니터링: SCADA 시스템은 다양한 센서와 장치를 통해 발생하는 데이터를 수집하고 실시간으로 모니터링하여 시스템 상태를 파악합니다.
원격 제어: SCADA 시스템을 통해 운영자들은 원격으로 시스템을 제어하고 조작할 수 있습니다. 이를 통해 시스템의 운영을 효율적으로 관리할 수 있습니다.
경보 및 알림: SCADA 시스템은 이상 상황이 발생했을 때 즉각적으로 경보를 발생시켜 운영자들에게 알림을 제공합니다.
데이터 저장 및 분석: SCADA 시스템은 수집된 데이터를 저장하고 분석하여 운영자들이 시스템의 성능을 평가하고 개선할 수 있도록 합니다.
SCADA의 최근 동향:
최근에는 산업 4.0 시대에 맞춰 SCADA 시스템도 디지털화와 자동화가 진행되고 있습니다. 인공지능(AI) 기술이 도입되어 데이터 분석과 예측 기능이 강화되고, 클라우드 기술을 활용하여 원격 모니터링 및 제어가 더욱 향상되고 있습니다. 또한 사물인터넷(IoT) 기술과의 통합을 통해 더욱 스마트 하고 효율적인 SCADA 시스템이 개발되고 있습니다. 이러한 최근 동향은 산업플랜트의 안전성과 생산성을 향상 시키는데 기여하고 있습니다.
 
7. 사무공간에서 발생하는 눈부심 대책인 VDT(Visual Display Terminal) 환경에서의 조명설계 시 고려사항에 대하여 설명하시오.
사무공간에서 발생하는 눈부심을 줄이기 위한 VDT(Visual Display Terminal) 환경에서의 조명설계 시 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다.
조명의 밝기: VDT 작업환경에서는 적절한 밝기의 조명이 중요합니다. 너무 어두운 조명은 눈의 피로를 유발할 수 있고, 너무 밝은 조명은 눈부심을 유발할 수 있으므로 적절한 밝기를 유지해야 합니다.
조명의 일광 반사: VDT 작업환경에서는 화면에서 반사되는 일광을 최소화해야 합니다. 화면에서 반사되는 빛이 눈을 자극하여 눈부심을 유발할 수 있으므로, 조명설계 시 일광 반사를 고려해야 합니다.
조명의 색온도: VDT 작업환경에서는 적절한 색온도의 조명을 선택해야 합니다. 일반적으로 5000K~6500K의 색온도를 가진 차가운 흰색 광이 눈의 피로를 줄이고 시야의 선명도를 높일 수 있습니다.
조명의 방향: VDT 작업환경에서는 조명의 방향을 조절하여 눈에 직접 빛이 비치지 않도록 해야 합니다. 간접 조명이나 책상 위로 빛을 비추는 방식으로 조명을 설계하여 눈의 피로를 최소화할 수 있습니다.
조명의 균일성: VDT 작업환경에서는 조명의 균일성을 유지해야 합니다. 조명이 불균일하면 화면에서의 명암 차이가 크게 나타나 눈의 피로를 유발할 수 있으므로, 균일한 조명을 제공해야 합니다.
 
이러한 고려사항을 준수하여 VDT 환경에서의 조명설계를 신중히 진행하면 눈부심을 최소화하고 작업 효율을 향상시킬 수 있습니다.
 
8. 자가용 수용가에서 변압기 결선방식의 선택 시 변압기 이용률과 수전용량을 고려하여 설명하시오.
자가용 수용가에서 변압기 결선방식을 선택할 때는 변압기 이용률과 수전용량을 고려해야 합니다.
변압기 이용률: 변압기 이용률은 변압기가 전력을 변환하는 데 효율적으로 사용되는 정도를 나타냅니다. 변압기 이용률이 높을수록 전력 손실이 적어지고 전력 변환 효율이 높아지므로 전기 에너지를 효율적으로 이용할 수 있습니다. 따라서 변압기 이용률이 높은 결선방식을 선택하여 전력 손실을 최소화하고 전력 효율을 높일 수 있습니다.
 
수전용량: 수전용량은 변압기가 처리할 수 있는 최대 전력량을 의미합니다. 자가용 수용가에서는 변압기의 수전용량을 고려하여 결선방식을 선택해야 합니다. 변압기의 수전용량이 부족하면 전력을 안정적으로 공급받을 수 없으며 과부하 상태가 발생할 수 있습니다. 따라서 변압기의 수전용량을 고려하여 적절한 결선방식을 선택하여 안정적인 전력 공급을 유지해야 합니다.
 
자가용 수용가에서는 변압기 이용률과 수전용량을 고려하여 적절한 결선방식을 선택하여 전력 손실을 최소화하고 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있습니다.
 
9. 연료전지의 구성도를 그리고 동작원리를 설명하시오.
연료전지는 전기 에너지를 생성하는 장치로서, 연료와 산소를 이용하여 전기를 생산하는 고효율 발전 시스템입니다. 아래는 연료전지의 구성도와 동작원리에 대한 설명입니다.
 
구성도:
연료전지 셀: 연료전지 셀은 연료와 산소가 반응하여 전기 에너지를 생성하는 핵심 부품입니다. 연료전지 셀은 양극과 음극으로 구성되어 있으며, 전해질이라 불리는 전기 전도체가 두 전극 사이에 위치해 있습니다.
연료 공급 시스템: 연료전지에 연료를 공급하는 시스템으로, 연료탱크, 연료펌프, 연료배관 등으로 구성되어 있습니다.
산소 공급 시스템: 연료전지에 산소를 공급하는 시스템으로, 공기 필터, 산소펌프, 산소배관 등으로 구성되어 있습니다.
냉각 시스템: 연료전지 내부의 열을 제거하기 위한 냉각 시스템으로, 냉각수 탱크, 냉각수 펌프, 냉각수 배관 등으로 구성되어 있습니다.
 
동작원리:
연료전지 셀 내에서 연료(수소 또는 메탄 등)와 산소가 반응하여 전기 에너지를 생성합니다. 이 반응은 전해질을 통해 이루어지며, 양극에서는 연료가 산화되어 전자와 양이온을 생성하고, 음극에서는 산소가 환원되어 전자를 받아들이고 수소 이온을 생성합니다.
양극에서 생성된 전자는 외부 회로를 통해 흐르면서 전기 에너지를 공급하고, 음극에서 생성된 수소 이온은 전해질을 통해 양극으로 이동하여 전기를 생성하는 반응을 유발합니다.
이렇게 생성된 전기 에너지는 외부 회로를 통해 전기를 공급하거나 축전기에 저장되어 사용됩니다.
동시에 연료전지 내부의 열은 냉각 시스템을 통해 제거되어 연료전지의 온도를 유지하고 안정한 동작을 유지합니다.
연료전지는 고효율, 친환경적이며 안정적인 전력 생산 시스템으로서 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
 
10. 전기자동차와 분산형전원을 접속하는 V2G(Vehicle To Grid)의 구성도를 그리고 설명하시오.
V2G(Vehicle To Grid) 시스템은 전기자동차의 배터리를 활용하여 전력 그리드와 상호작용하는 시스템입니다. 아래는 V2G 시스템의 구성도와 각 구성 요소에 대한 설명입니다.
 
구성도:
전기자동차: V2G 시스템의 핵심이 되는 전기자동차는 배터리를 통해 저장된 전기 에너지를 그리드에 공급하거나 그리드로부터 전기를 수신할 수 있는 역할을 합니다.
충전기/방전기: 전기자동차와 그리드 간에 전력을 주고받을 수 있는 충전기/방전기 장치가 필요합니다. 이 장치는 전기자동차의 배터리를 충전하거나 방전하는 기능을 수행합니다.
전력 그리드: V2G 시스템은 전력 그리드와 연결되어 있어야 합니다. 전기자동차의 배터리를 통해 그리드에 전력을 공급하거나 그리드로부터 전력을 수신할 수 있습니다.
통신 시스템: V2G 시스템은 전기자동차, 충전기/방전기, 그리드 간의 통신을 위한 시스템이 필요합니다. 이를 통해 전력의 양과 방향을 제어하고 모니터링할 수 있습니다.
 
설명:
전기자동차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 활용하여 주행에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, V2G 시스템을 통해 전력 그리드에 전력을 공급하거나 수신할 수 있습니다.
충전기/방전기는 전기자동차의 배터리를 충전하거나 방전하는 역할을 합니다. 전력 그리드로부터 전력을 수신하거나 그리드에 전력을 공급할 수 있습니다.
전력 그리드는 V2G 시스템의 핵심이며, 전기자동차의 배터리를 통해 전력을 수신하거나 그리드에 전력을 공급할 수 있습니다.
통신 시스템은 V2G 시스템의 각 구성 요소 간의 통신을 담당합니다. 전력의 양과 방향을 제어하고 모니터링하여 효율적인 전력 관리를 가능하게 합니다.
V2G 시스템은 전기자동차의 배터리를 효율적으로 활용하여 전력 그리드의 안정성을 향상시키고 전력 수요와 공급을 균형있게 조절하는 데 기여합니다.
 
11. 변압기 이행전압의 종류와 대책에 대하여 설명하시오.
변압기 이행전압의 종류와 대책은 전력 시스템에서 안전하고 효율적인 전력 공급을 위해 중요한 요소입니다.
아래는 변압기 이행전압의 종류와 대책에 대한 설명입니다.
변압기 이행전압의 종류:
직접 이행전압: 변압기의 일차 측과 이차 측 사이에 발생하는 이행전압으로, 변압기 내부의 자기장 변화로 인해 발생합니다.
간접 이행전압: 변압기의 일차 측 또는 이차 측과 지구 사이에 발생하는 이행전압으로, 지구의 접지로 인해 발생합니다.
대책:
접지 시스템 강화: 변압기 이행전압을 줄이기 위해 접지 시스템을 강화하는 것이 중요합니다. 안전한 접지 시스템을 구축하여 이행전압을 최소화할 수 있습니다.
절연 강화: 변압기 이행전압으로 인한 장비 손상을 방지하기 위해 절연을 강화하는 것이 필요합니다. 절연체의 품질을 향상시켜 변압기 이행전압에 대비할 수 있습니다.
변압기 설계 개선: 변압기의 설계를 개선하여 이행전압을 최소화할 수 있는 방법을 고려해야 합니다. 변압기 내부의 자기장 변화를 최소화하고 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있도록 설계해야 합니다.
모니터링 시스템 구축: 변압기 이행전압을 모니터링하고 이상을 감지할 수 있는 시스템을 구축하는 것이 중요합니다. 변압기 이행전압의 변화를 실시간으로 감지하여 조치를 취할 수 있도록 하는 것이 필요합니다.
 
변압기 이행전압은 전력 시스템의 안정성과 신뢰성에 영향을 미치는 중요한 요소이므로, 적절한 대책을 마련하여 안전하고 효율적인 전력 공급을 유지하는 것이 중요합니다.
 
12. 변압기 고압 측에 PF(Power Fuse)와 저압 측에 ACB 및 MCCB가 설치된 경우의 보호협조에 대하여 설명하시오.
변압기 고압 측에 PF(Power Fuse)와 저압 측에 ACB(Air Circuit Breaker) 및 MCCB(Molded Case Circuit Breaker)가 설치된 경우의 보호협조에 대해 설명하겠습니다.
 
PF(Power Fuse) 설치된 고압 측:
PF는 고압 측에서 사용되는 보호장치로, 과전류 상황에서 전류를 차단하여 변압기를 보호합니다. PF는 일반적으로 고압 측의 단락 및 과부하 상황에서 작동하여 변압기를 보호합니다.
PF의 작동 시 변압기의 고압 측 전류가 차단되므로 저압 측으로의 이행전압이 감소하게 됩니다.
ACB(Air Circuit Breaker) 및 MCCB(Molded Case Circuit Breaker)
 
설치된 저압 측:
ACB와 MCCB는 저압 측에서 사용되는 보호장치로, 과전류 및 단락 상황에서 전류를 차단하여 전력 시스템을 보호합니다.
변압기 고압 측의 PF가 작동하여 이행전압이 감소하면, 저압 측의 ACB와 MCCB는 변압기로부터의 전류가 감소하게 되어 변압기를 보호하는 역할을 합니다.
ACB와 MCCB는 각각의 설정된 보호 기준에 따라 작동하여 전력 시스템을 안전하게 유지합니다.
이처럼 변압기 고압 측에 PF가 설치되고 저압 측에 ACB와 MCCB가 설치된 경우, 변압기를 다양한 상황에서 보호하고 전력 시스템을 안전하게 운영할 수 있도록 보호협조가 이루어집니다. 변압기와 보호장치 간의 협조를 통해 전력 시스템의 안정성과 신뢰성을 유지하는 것이 중요합니다.
 
13. 진공차단기(VCB) 보수의 일상점검과 정밀점검에 대하여 각각 설명하시오.
진공차단기(VCB)의 보수에는 일상점검과 정밀점검이 포함됩니다. 각각의 내용을 설명하겠습니다.
일상점검 (Routine Inspection):
일상점검은 VCB의 일반적인 상태를 확인하고 유지보수하는 과정을 말합니다.
주로 운전자나 유지보수 담당자가 주기적으로 수행하며, 주요 내용은 다음과 같습니다:
외부 상태 확인: VCB의 외부 상태를 시각적으로 확인하여 부식, 파손, 누수 등의 이상이 있는지 확인합니다.
연결 상태 확인: 전원 및 제어 회로의 연결 상태를 확인하여 느슨한 연결 또는 단락이 있는지 확인합니다.
작동 시험: VCB의 작동 버튼을 눌러 작동 여부를 확인하고, 정상적으로 차단되는지 확인합니다.
부품 및 오일 상태 확인: 부품의 마모나 오일의 상태를 확인하여 교체 또는 보수가 필요한 부분이 있는지 확인합니다.
 
정밀점검 (Detailed Inspection):
정밀점검은 VCB의 세부적인 부분을 점검하고 유지보수하는 과정을 말합니다.
전문가나 유지보수 업체가 수행하며, 주요 내용은 다음과 같습니다:
내부 점검: VCB의 내부 부품 및 연결 상태를 점검하여 마모, 부식, 단락 등의 이상이 있는지 확인합니다.
절연 상태 확인: 절연물의 상태를 확인하여 절연 불량이 있는지 확인하고 필요에 따라 교체합니다.
작동 특성 검사: VCB의 작동 특성을 검사하여 설정된 보호 동작이 정확히 이루어지는지 확인하고 조정합니다.
오일 상태 분석: VCB 내부의 오일 상태를 분석하여 오일 교환 또는 오일 필터 교체가 필요한지 확인합니다.
정밀점검은 일상점검보다 더 세밀하고 전문적인 점검을 포함하며, VCB의 안정성과 신뢰성을 유지하기 위해 필수적인 과정입니다. 두 가지 점검을 조합하여 VCB를 적절히 유지보수하여 안전한 전력 시스템 운영을 보장해야 합니다.
 
기술사 제122회 제2교시 (시험시간: 100분)
전기·전자 종목 전기응용기술사
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)
 
1. 무정전 전원공급장치(UPS)의 구성도를 그리고, 동작원리 및 운용방식과 전산센터의 고신뢰 시스템 구축방법에 대하여 각각 설명하시오.
 
UPS(무정전 전원공급장치)의 구성도는 다음과 같습니다.

+------------+
| 전원 입력 |
| │ |
| ▼ |
| 정류기(AC-DC) |
| │ |
| ▼ |
| 축전기(DC) |
| │ |
| ▼ |
| 역변환기(DC-AC) |
| │ |
| ▼ |
| 전원 출력 |
+------------+

동작원리 및 운용방식:
UPS는 전원 입력을 받아 정류기를 통해 AC 전원을 DC로 변환하고 축전기에 축전하여 저장합니다. 전원이 갑자기 차단되면 역변환기를 통해 축전된 전원을 다시 AC로 변환하여 출력합니다. 이 과정을 통해 전원 공급을 지속적으로 유지하고 장애 발생 시에도 전원을 안정적으로 제공합니다.
UPS는 주로 전원 이상이 발생했을 때 대비하여 사용되며, 전원 이상 시에는 자동으로 축전된 전원을 출력으로 전환하여 전원 공급을 유지합니다.
 
전산센터의 고신뢰 시스템 구축방법:
전산센터에서는 전력 공급의 안정성이 매우 중요합니다. 따라서 UPS를 통해 무정전 전원 공급을 유지하는 것이 필수적입니다.
고신뢰 시스템을 구축하기 위해선 다음과 같은 방법을 고려할 수 있습니다.
UPS 용량 적정성 확인: 전산센터의 부하에 맞는 적정 용량의 UPS를 선택하여 전원 공급 안정성을 확보합니다.
복수 UPS 운용: 복수의 UPS를 병렬 운용하여 싱글 포인트 장애를 방지하고 전원 공급 안정성을 높입니다.
정기 점검 및 유지보수: UPS의 정기적인 점검과 유지보수를 통해 시스템의 안정성을 유지하고 장애를 예방합니다.
전원 이상 대비 계획: 전원 이상 시의 대비 계획을 수립하여 신속하고 효율적으로 대응할 수 있도록 준비합니다.
긴급 전원 공급 시스템: UPS 외에도 발전기 등의 긴급 전원 공급 시스템을 구축하여 전원 이상 시에도 시스템 운영을 유지할 수 있도록 합니다.
전산센터에서는 UPS를 비롯한 다양한 안정성 시스템을 통해 고신뢰 시스템을 구축하여 전력 이상에 대비하고 안정적인 시스템 운영을 지속할 수 있습니다.
 
2. 폐루프제어(Closed Loop Control)의 기본 구성도 및 개념을 설명하고, 비례적분미분(PID)제어에 대하여 설명하시오.
폐루프제어(Closed Loop Control)의 기본 구성도 및 개념:
폐루프제어는 시스템의 출력을 측정하여 피드백을 통해 제어하는 방식을 말합니다. 기본적으로 폐루프제어 시스템은 다음과 같은 구성으로 이루어져 있습니다.
 
피드백 센서(Feedback Sensor): 시스템의 출력을 측정하는 센서로, 실제 시스템의 상태를 감지합니다.
제어기(Controller): 피드백 정보를 기반으로 제어 알고리즘을 실행하여 시스템을 제어합니다.
작동기(Actuator): 제어기의 출력을 받아 실제 시스템에 영향을 주는 부분으로, 시스템을 조작합니다.
폐루프제어는 피드백을 통해 시스템의 상태를 지속적으로 감지하고 조절하여 원하는 목표값에 도달하도록 하는 제어 방식입니다.
 
비례적분미분(PID)제어:
PID 제어는 비례(Proportional), 적분(Integral), 미분(Derivative) 세 가지 제어 알고리즘을 조합한 제어 방법입니다. 각각의 알고리즘은 다음과 같은 역할을 합니다.
 
비례 제어(Proportional Control): 현재 오차에 비례하여 제어 입력을 조절하는 알고리즘으로, 오차가 클수록 제어 입력이 크게 조절됩니다. 이는 시스템의 반응을 빠르게 하고 오버슛(overshoot)을 유발할 수 있습니다.
적분 제어(Integral Control): 오차의 누적값에 비례하여 제어 입력을 조절하는 알고리즘으로, 오차가 오랫동안 유지될 경우 제어 입력을 증가시켜 오차를 제거합니다. 이는 정확한 추적을 가능하게 하지만 오버슛을 유발할 수 있습니다.
미분 제어(Derivative Control): 오차의 변화율에 비례하여 제어 입력을 조절하는 알고리즘으로, 오차의 급격한 변화를 예측하여 안정성을 향상시킵니다. 그러나 노이즈에 민감하고 오버슛을 유발할 수 있습니다.
PID 제어는 이 세 가지 알고리즘을 적절히 조합하여 시스템의 안정성, 정확성, 반응 속도 등을 조절하여 원하는 목표값에 도달하도록 하는 제어 방법으로 널리 사용됩니다.
 
3. 단락고장 시 발생하는 비대칭 전류의 개념과 비대칭 계수를 설명하고, 일반적으로 자가용 전기설비계통의 차단기 용량 산정에 대칭전류를 적용하는 이유에 대하여 설명하시오.
단락고장 시 발생하는 비대칭 전류와 비대칭 계수:
단락고장이 발생하면 전기설비에서는 전류가 급격하게 증가하게 됩니다. 이때 발생하는 전류가 대칭적이지 않고, 세상의 실제 전력 시스템에서는 대부분 비대칭 전류가 발생합니다. 비대칭 전류는 주파수 성분이 다른 세 개의 다른 주기를 가지는 전류를 말합니다. 이러한 비대칭 전류는 전력설비에 부하를 주고, 전력 손실을 증가시킬 수 있습니다.
비대칭 계수는 전류의 비대칭 정도를 나타내는 지표로, 0부터 1 사이의 값으로 표현됩니다. 0에 가까울수록 전류가 대칭에 가깝고, 1에 가까울수록 전류가 비대칭에 가깝다는 것을 의미합니다.
 
자가용 전기설비계통의 차단기 용량 산정에 대하여:
자가용 전기설비계통의 차단기 용량 산정 시에는 일반적으로 대칭전류를 적용합니다. 이는 다음과 같은 이유로 이루어집니다.
안전성: 대칭전류를 기준으로 차단기 용량을 산정하면, 전류의 비대칭성에 따른 부하나 과전류로부터 시스템을 보호할 수 있습니다. 대칭전류를 기준으로 차단기를 선택하면, 시스템의 안전성을 보장할 수 있습니다.
효율성: 대칭전류를 기준으로 차단기를 선택하면, 설비의 효율성을 높일 수 있습니다. 비대칭 전류에 의한 손실을 최소화하고, 전력 소비를 최적화할 수 있습니다.
표준화: 대부분의 전기 설비 규격은 대칭전류를 기준으로 하고 있기 때문에, 대칭전류를 기준으로 차단기 용량을 산정하는 것이 일반적입니다.
 
따라서, 자가용 전기설비계통의 차단기 용량 산정 시에는 대칭전류를 적용하여 시스템의 안전성과 효율성을 보장할 수 있습니다.
 
4. 디지털 계전기에 미치는 노이즈(Noise)의 발생원, 침입모드 및 방지대책에 대하여 각각 설명하시오.
디지털 계전기에 미치는 노이즈의 발생원:
외부 전자기장 노이즈: 주변 전자기장이나 다른 전기장치로부터 발생하는 노이즈가 디지털 계전기에 영향을 줄 수 있습니다.
전원선 노이즈: 전원선으로부터 발생하는 전압 변동이나 전류 변동이 디지털 계전기에 노이즈를 유발할 수 있습니다.
지상 루프 노이즈: 지상 루프로 인한 전류의 흐름이 디지털 계전기에 노이즈를 발생시킬 수 있습니다.
 
디지털 계전기에 미치는 노이즈의 침입모드:
공통모드 노이즈: 외부에서 전원선이나 지상선으로 동시에 침입하는 노이즈로, 두 선 사이의 전압 차이가 적을 때 발생합니다.
차동모드 노이즈: 외부에서 전원선과 지상선 사이에 침입하는 노이즈로, 두 선 사이의 전압 차이가 큰 경우 발생합니다.
 
디지털 계전기에 미치는 노이즈의 방지대책:
전원선 필터링: 전원선에 필터를 설치하여 외부 노이즈를 차단하고, 전원선 노이즈를 줄일 수 있습니다.
지상선 연결: 지상선을 적절히 연결하여 지상 루프 노이즈를 방지할 수 있습니다.
차폐 및 차단기 설치: 디지털 계전기 주변에 차폐재나 차단기를 설치하여 외부 전자기장 노이즈를 차단할 수 있습니다.
 
이러한 방법들을 통해 디지털 계전기에 미치는 노이즈를 최소화하고, 정확한 측정 및 보호 기능을 유지할 수 있습니다.
 
5. 케이블의 손실(저항손, 유전체손, 연피손)에 대하여 설명하고, 유전체손의 표현방식으로 tanδ를 사용하는 이유를 설명하시오.
케이블의 손실:
저항손: 케이블의 도체 내부에서 전류가 흐를 때 발생하는 저항에 의한 손실로, 전류가 흐를수록 저항에 의한 열에너지로 손실이 발생합니다.
유전체손: 케이블의 절연재(유전체) 내부에서 발생하는 손실로, 전기장이 유전체 내에서 발생할 때 발생하는 열에너지로 인해 손실이 발생합니다.
연피손: 케이블의 외부 환경과의 상호작용에 의해 발생하는 손실로, 주변 환경이나 다른 케이블과의 상호작용으로 인해 발생하는 손실입니다.
 
유전체손의 표현방식으로 tanδ를 사용하는 이유:
tanδ는 유전체의 손실 각을 나타내는 값으로, 유전체 내에서 발생하는 열에너지 손실을 표현하는 데 사용됩니다. tanδ는 유전체의 유전손실과 유전체의 전기적 특성을 나타내는 디렉티브 손실을 동시에 고려하여 표현할 수 있기 때문에 유용하게 사용됩니다.
또한, tanδ는 주파수에 따라 변화하는 값으로, 주파수가 높아질수록 유전체의 손실이 증가하는 경향을 보이기 때문에 고주파 신호 전송 시에 유용하게 활용됩니다. 따라서, tanδ를 사용하여 유전체손을 표현함으로써 케이블의 전송 손실을 정확히 평가하고 관리할 수 있습니다.
 
6. 3상 유도전동기 최저소비효율기준의 적용범위, 적용대상 및 동력 배선에 대하여 각각 설명하시오.
3상 유도전동기 최저소비효율기준의 적용범위:
3상 유도전동기 최저소비효율기준은 전기전동기의 효율을 향상시키기 위한 규제로, 일정 용량 이상의 3상 유도전동기에 대해 적용됩니다. 일반적으로 0.75kW 이상의 3상 유도전동기에 해당 기준이 적용되며, 국가 또는 지역에 따라 기준이 상이할 수 있습니다.
 
적용대상:
3상 유도전동기 최저소비효율기준은 주로 산업 분야에서 사용되는 3상 유도전동기에 적용됩니다. 산업 분야에서 사용되는 고용량의 전동기는 전체 전력 소비량에 상당한 영향을 미치기 때문에 효율적인 운전이 중요합니다. 따라서, 이러한 산업용 3상 유도전동기에 최저소비효율기준이 적용되어 효율적인 전력 소비를 유도하고자 합니다.
 
동력 배선:
3상 유도전동기의 동력 배선은 전동기의 운전에 필요한 전력을 안정적으로 공급하기 위해 중요합니다. 적절한 동력 배선은 전동기의 효율적인 운전과 안전한 작동을 보장할 수 있습니다. 따라서, 3상 유도전동기의 동력 배선은 전동기의 용량, 운전 환경, 전원 공급 등을 고려하여 설계되어야 합니다. 최저소비 효율 기준을 충족시키기 위해서는 적절한 동력 배선이 필수적입니다.
 
국가기술자격 기술사 시험문제
기술사 제122회 제3교시 (시험시간: 100분)
전기·전자 종목 전기응용기술사
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)
 
1. 조명의 기본원리에 적용하는 법칙으로 아래 사항을 설명하시오.
1) 퍼킨제 효과 2) 온도방사 3법칙
3) 파센의 법칙 4) 페닝 효과
 
1) 퍼킨제 효과 (Perkinje effect):
퍼킨제 효과는 어두운 환경에서는 색상이 더 어둡게 보이고, 밝은 환경에서는 색상이 더 선명하게 보이는 현상을 말합니다. 이는 사람의 눈의 망막에 있는 막층의 민감도가 조명의 강도에 따라 변화하기 때문에 발생합니다. 즉, 어두운 환경에서는 막층이 민감하게 반응하여 색상이 더 어둡게 보이고, 밝은 환경에서는 막층이 덜 민감하게 반응하여 색상이 더 선명하게 보이는 것입니다.
 
2) 온도방사 3법칙 (Stefan-Boltzmann law):
온도방사 3법칙은 물체의 온도와 방사 에너지의 관계를 나타내는 법칙으로, 에너지 방출량은 온도의 4승에 비례한다는 것을 말합니다. 즉, 물체의 온도가 높을수록 방사 에너지의 양이 증가하게 됩니다. 이 법칙은 물체의 열 방사에너지와 온도 간의 관계를 설명하는 중요한 법칙 중 하나입니다.
 
3) 파센의 법칙 (Ohm's law):
파센의 법칙은 전기 회로에서 전압, 전류, 저항 간의 관계를 나타내는 법칙으로, 전압은 전류와 저항의 곱에 비례한다는 것을 말합니다. 즉, 전압은 전류가 흐르는 회로에서 발생하는 저항에 비례하여 변화하게 됩니다. 이 법칙은 전기 회로의 동작을 이해하고 전기 장치를 설계하는 데 중요한 역할을 합니다.
 
4) 페닝 효과 (Photoelectric effect):
페닝 효과는 빛이 물질 표면에 충돌할 때 전자를 방출하는 현상을 말합니다. 이는 빛의 입자성을 설명하는 중요한 실험적 증거 중 하나이며, 물질의 표면에서 빛이 충돌하여 전자를 방출하는 과정을 설명하는 데 사용됩니다. 페닝 효과는 광전자 측정 등 다양한 분야에서 응용되고 있습니다.
 
2. 전력변환방식인 펄스폭 변조(PWM), 펄스진폭 변조(PAM)에 대하여 각각 설명하고, PWM 인버터의 구성도와 특징에 대하여 설명하시오.
펄스폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation):
펄스폭 변조는 주파수는 일정하게 유지하면서 펄스의 폭을 변화시킴으로써 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방식입니다. 주로 전력 변환기나 모터 제어 등에 사용되며, 펄스의 폭을 조절하여 출력 전압이나 전류를 제어할 수 있습니다.
 
펄스진폭 변조(PAM, Pulse Amplitude Modulation):
펄스진폭 변조는 펄스의 폭을 변화시킴으로써 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방식입니다. 주로 통신 시스템에서 사용되며, 펄스의 폭을 조절하여 신호의 진폭을 변화시킴으로써 정보를 전송합니다.
 
PWM 인버터의 구성도와 특징:
PWM 인버터는 직류 전원을 교류로 변환하는 장치로, 주로 가변 전압, 가변 주파수 교류 전원을 제공하는 데 사용됩니다. PWM 인버터는 다양한 부품으로 구성되어 있으며, 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
 
입력 부분: 직류 전원을 입력받는 부분
변환 부분: 직류를 교류로 변환하는 부분
제어 부분: PWM 제어를 통해 출력 전압이나 주파수를 제어하는 부분
출력 부분: 변환된 교류 전원을 출력하는 부분
PWM 인버터의 특징은 다음과 같습니다.
 
출력 전압이나 주파수를 정밀하게 제어할 수 있음
효율적인 에너지 변환을 가능하게 함
부하에 따라 출력 전압이나 주파수를 조절할 수 있음
속도 제어, 전력 제어 등 다양한 용도로 활용 가능함
PWM 인버터는 산업용 모터 제어, 태양광 발전 시스템, UPS 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.
 
3. 가스절연개폐장치(GIS : Gas Insulated Switchgear)의 접지에 대하여 아래 사항을 설명하시오.
1) 탱크 및 가대의 접지 2) 주회로의 접지
3) GIS와 다른 기기의 접속 시 접지
 
가스절연개폐장치(GIS : Gas Insulated Switchgear)의 접지:
탱크 및 가대의 접지:
GIS의 탱크와 가대는 전기적으로 접지되어 있습니다. 이는 장치 내부의 부품들이 전기적으로 접지되어 안전하게 운전되도록 하는 역할을 합니다. 탱크와 가대의 접지는 장치의 안전성을 보장하고 지하에 설치된 GIS의 경우 지하 물과의 접지를 통해 지하 전기적 환경을 안정화시킵니다.
주회로의 접지:
GIS의 주회로는 일반적으로 중성접지 방식으로 운전됩니다. 이는 전력 시스템에서 발생하는 장애 전류를 안전하게 분산시키기 위해 중성접지가 사용됩니다. GIS의 주회로는 전력 네트워크의 안정성을 유지하고 장애 발생 시에도 안전하게 운전할 수 있도록 설계되어 있습니다.
GIS와 다른 기기의 접속 시 접지:
GIS와 다른 기기를 접속할 때에는 두 기기의 접지 방식이 일치해야 합니다. 만약 두 기기의 접지 방식이 다를 경우, 전기적 문제가 발생할 수 있으며 시스템의 안전성이 저하될 수 있습니다. 따라서 GIS와 다른 기기를 접속할 때에는 접지 방식을 확인하고 적절한 접속 방법을 사용해야 합니다.
 
4. 고전압(High Voltage) 레이저, CRT(음극선관), 레이더 송신기, 전자레인지 등의 DC고전압 발생장치나 전력설비 시험용 DC 고전압발생장치에 사용되는 Cockcraft -Walton타입의 직류 전압증배회로(캐스케이드 회로)에 대하여 설명하시오.
Cockcroft-Walton 타입의 직류 전압증배회로는 고전압을 생성하기 위해 사용되는 회로로, 다양한 고전압 장치나 시험용 고전압 발생장치에서 사용됩니다. 이 회로는 여러 개의 전압 정류기(capacitor)와 다이오드로 구성되어 있습니다.
 
일반적으로 Cockcroft-Walton 회로는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:
다단 구조: 여러 개의 전압 정류기(capacitor)와 다이오드가 직렬 및 병렬로 연결되어 다단 구조를 형성합니다. 이를 통해 입력 전압을 여러 단계로 증폭시키는 역할을 합니다.
전압 증배: 각 단계에서 입력 전압이 증폭되어 최종적으로 원하는 고전압이 생성됩니다. 이를 통해 고전압 장치나 시험용 고전압 발생장치에 필요한 전압을 공급할 수 있습니다.
안정성: Cockcroft-Walton 회로는 간단하면서도 안정적인 구조를 가지고 있어 고전압을 안정적으로 생성할 수 있습니다.
이러한 Cockcroft-Walton 타입의 직류 전압증배회로는 고전압 레이저, CRT(음극선관), 레이더 송신기, 전자레인지 등 다양한 고전압 장치에서 사용되며, 안정하고 효율적인 고전압 공급을 위해 중요한 역할을 합니다.
 
5. 저압 유도전동기의 보호계전방식에 대하여 설명하시오.
저압 유도전동기의 보호계전방식은 전동기를 과전류나 과부하로부터 보호하기 위해 사용되는 방식입니다. 이 방식은 전동기의 회전자에 부착된 보호계전기(thermal overload relay)를 통해 동작하며, 전동기의 과부하 또는 과전류가 발생할 경우 보호계전기가 작동하여 전동기를 정지시키는 역할을 합니다.
 
일반적으로 저압 유도전동기의 보호계전방식은 다음과 같은 과정으로 동작합니다.
전동기의 회전자에 부착된 보호계전기는 전동기의 작동 전류를 감시하고, 설정된 과부하 또는 과전류 값보다 높은 전류가 흐를 경우 보호계전기가 작동합니다.
보호계전기가 작동하면 전동기의 전원이 차단되어 전동기가 정지됩니다. 이를 통해 전동기를 과부하나 과전류로부터 보호할 수 있습니다.
전동기가 정지된 후에는 보호계전기가 초기화되어 다시 전동기를 가동할 수 있도록 준비됩니다.
이러한 보호계전방식은 전동기의 안전한 운전을 보장하기 위해 중요한 역할을 합니다. 과부하나 과전류로부터 전동기를 보호함으로써 전동기의 과열이나 손상을 방지하고, 전동기의 수명을 연장시키는데 도움을 줍니다.
 
6. 직류전동기의 일반적인 특징을 설명하고, 브러시(Brush)형과 브러시리스(Brush-Less)형 직류 전동기에 대하여 설명하시오.
직류전동기의 일반적인 특징은 다음과 같습니다.
직류전동기는 전류의 방향이 일정하게 유지되는 직류 전원을 이용하여 작동하는 전동기로, 회전자와 정자 사이에 전류가 흐르면서 회전운동을 발생시킵니다.
직류전동기는 속도 조절이 용이하고, 높은 토크를 발생시키는 특징이 있어서 속도 제어가 필요한 시스템에 많이 사용됩니다.
일반적으로 직류전동기는 브러시를 사용하여 전류를 전달하고 회전자를 자기장에 노출시키는 방식으로 동작합니다.
브러시(Brush)형 직류 전동기는 브러시라 불리는 전기적인 접촉 부품을 사용하여 전류를 전달하는 전동기입니다. 브러시는 회전자와 정자 사이에서 전류를 전달하고, 회전자의 자기장을 바꾸어 회전운동을 유발합니다. 브러시형 직류 전동기는 비교적 간단하고 저렴하게 제작할 수 있으며, 속도 제어가 용이한 장점이 있지만, 브러시의 마모로 인한 유지보수가 필요하고 속도 제어 시 불안정성이 발생할 수 있습니다.
 
반면에 브러시리스(Brush-Less)형 직류 전동기는 브러시를 사용하지 않고 전자적인 방식으로 전류를 전달하는 전동기입니다. 브러시리스 전동기는 브러시의 마모로 인한 유지보수가 필요 없고, 브러시형 전동기보다 더 효율적이고 안정적인 성능을 제공합니다. 또한, 브러시리스 전동기는 소음이 적고 수명이 길다는 장점이 있습니다. 다만, 브러시리스 전동기는 브러시형 전동기에 비해 제작 및 유지보수 비용이 높을 수 있습니다.
 
국가기술자격 기술사 시험문제
기술사 제 122 회 제 4 교시 (시험시간: 100분)
전기·전자 종목 전기응용기술사
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)
 
1. 전력계통에서 중성점 저항접지방식을 적용하는 이유와 중성점 접지저항(NGR : Neutral Grounding Resistor) 값 선정의 개념에 대하여 각각 설명하시오.
중성점 저항접지방식을 적용하는 이유는 전력계통에서 발생할 수 있는 단락이나 절연파괴로 인한 과전압을 방지하고, 전력계통의 안정성을 유지하기 위함입니다. 중성점 저항접지방식은 중성점을 저항으로 접지하여 단락 발생 시 발생하는 과전압을 제한하고, 전류를 흐르게 함으로써 안전한 운전을 가능하게 합니다.
 
중성점 접지저항(NGR) 값 선정은 전력계통의 안정성과 보호를 위해 중요한 요소입니다. NGR 값은 전류가 흐르는 양을 제어하여 과전압을 방지하고, 전력계통의 안정성을 유지하는 역할을 합니다. NGR 값은 전력계통의 용량, 전압 등을 고려하여 적절히 설정되어야 합니다.
 
NGR 값이 너무 작으면 단락 발생 시 과전압을 충분히 제한하지 못하여 시스템에 손상을 줄 수 있고, NGR 값이 너무 크면 단락 발생 시 전류가 충분히 흐르지 않아 보호 기능을 제대로 수행하지 못할 수 있습니다. 따라서 NGR 값은 전력계통의 특성과 운전 환경을 고려하여 적절히 조정되어야 합니다.
 
2. 고압 커패시터(Capacitor)의 내부고장보호방식 중 중성점 전류검출(NCS : Neutral Current Sensing)방식과 중성점 전압검출(NVS : Neutral Voltage Sensing)방식에
대하여 각각 설명하시오.
 
고압 커패시터의 내부고장보호방식 중 중성점 전류검출(NCS : Neutral Current Sensing) 방식은 커패시터의 중성점에 설치된 전류 센서를 통해 중성점을 통과하는 전류를 감지하여 내부고장을 검출하는 방식입니다. 정상적으로 운전 중인 경우에는 중성점을 통과하는 전류가 거의 없거나 매우 작기 때문에, 내부고장으로 인해 중성점을 통과하는 전류가 증가하는 경우 이를 감지하여 고장을 신속하게 발견하고 대응할 수 있습니다.
 
중성점 전압검출(NVS : Neutral Voltage Sensing) 방식은 커패시터의 중성점에 설치된 전압 센서를 통해 중성점의 전압을 감지하여 내부고장을 검출하는 방식입니다. 정상적으로 운전 중인 경우에는 중성점의 전압이 거의 없거나 매우 낮기 때문에, 내부고장으로 인해 중성점의 전압이 증가하는 경우 이를 감지하여 고장을 신속하게 발견하고 대응할 수 있습니다.
 
두 방식 모두 내부고장을 신속하게 감지하여 안전한 운전을 유지할 수 있도록 도와주는 역할을 합니다. 중성점 전류검출 방식은 전류를 기반으로 고장을 감지하고, 중성점 전압검출 방식은 전압을 기반으로 고장을 감지하는 차이가 있습니다. 선택하는 방식은 시스템의 특성과 운전 환경에 따라 달라질 수 있습니다.
 
3. 2차 전지(축전지)의 충전방식과 축전지의 충·방전에 따른 화재 원인 및 대책에 대하여 각각 설명하시오.
2차 전지(축전지)의 충전방식:
2차 전지(축전지)는 일반적으로 상수전류 충전 방식 또는 상수전압 충전 방식으로 충전됩니다. 상수전류 충전 방식은 일정한 전류를 유지하면서 전압이 증가하는 방식으로, 충전 초기에 사용되며 전압이 일정 수준에 도달하면 충전이 종료됩니다. 상수전압 충전 방식은 일정한 전압을 유지하면서 전류가 감소하는 방식으로, 전압이 일정 수준에 도달할 때까지 충전을 계속하며 전류가 점차 감소합니다.
 
축전지의 충·방전에 따른 화재 원인 및 대책:
과충전 및 과방전: 축전지가 과충전 또는 과방전되면 내부에서 화학 반응이 과도하게 활성화되어 축전지 내부에서 열이 발생할 수 있습니다. 이는 화재의 원인이 될 수 있습니다. 대책으로는 충전기의 자동차단 기능을 활용하거나 충전 상태를 주기적으로 확인하여 과충전 및 과방전을 방지해야 합니다.
 
단락 및 단선: 축전지 내부에서 단락이 발생하거나 단선이 되면 내부에서 과도한 전류가 흐르게 되어 발열이 발생할 수 있습니다. 이는 화재의 원인이 될 수 있습니다. 대책으로는 축전지의 상태를 주기적으로 점검하고, 충전기나 사용 중인 장비의 과부하를 방지하여 단락 및 단선을 예방해야 합니다.
 
과열: 축전지가 과열되면 내부에서 화학 반응이 과도하게 활성화되어 화재의 위험이 있습니다. 대책으로는 축전지의 온도를 주기적으로 모니터링하고, 충전 및 방전 시에는 적절한 온도 범위를 유지하도록 관리해야 합니다.
 
이러한 주의사항을 준수하고 축전지를 안전하게 관리함으로써 화재 발생을 예방할 수 있습니다.
 
4. 고속전철에서 열차 이동지점의 전력품질 문제에 대한 대책장치로 적용할 수 있는 정지형 무효전력보상장치(SVC : Static Var Compensator)에 대하여 설명하시오.
정지형 무효전력보상장치(SVC : Static Var Compensator)는 전력계통에서 발생하는 무효전력을 보상하여 전력품질을 향상시키는 장치입니다. 고속전철에서 열차 이동지점의 전력품질 문제는 주로 무효전력의 증가로 인해 발생하는데, 이를 해결하기 위해 SVC가 적용될 수 있습니다.
 
SVC는 전력계통에 연결되어 전압과 전류의 위상을 조절하여 무효전력을 보상합니다. 이를 통해 전력계통의 전압 안정성을 유지하고, 전력품질을 향상시킵니다. SVC는 정전압, 정전류, 정전력 제어 기능을 가지고 있어 다양한 운전 조건에 맞게 설정할 수 있습니다.
 
고속전철에서 SVC를 적용함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있습니다.
열차 이동지점에서 발생하는 무효전력을 보상하여 전력품질을 향상시킴.
전력계통의 전압 안정성을 유지하여 전력 공급 신뢰성을 향상시킴.
전력계통의 효율성을 향상시켜 에너지 손실을 최소화함.
고속전철 운전 중 발생할 수 있는 전력 문제를 예방하고 안정한 운전 환경을 제공함.
따라서, SVC는 고속전철에서 열차 이동지점의 전력품질 문제를 해결하기 위한 효과적인 대책 장치로 활용될 수 있습니다.
 
5. 전동기에 사용되는 영구자석의 재료 종류에 대하여 3가지 예를 들어 설명하시오.
영구자석은 자기장을 오랫동안 유지할 수 있는 자석으로, 전동기 등 다양한 기기에서 사용됩니다. 영구자석의 재료 종류에는 다양한 종류가 있지만, 주로 사용되는 세 가지 재료는 다음과 같습니다:
 
Neodymium (NdFeB) 자석: Neodymium 자석은 강력한 자기장을 가지고 있어서 전동기 등에서 많이 사용되는 영구자석 재료입니다. Neodymium 자석은 네오디뮴, 철, 보란 등의 원소로 구성되어 있으며, 뛰어난 자기적 특성을 가지고 있습니다. Neodymium 자석은 크기가 작으면서도 강력한 자기장을 유지할 수 있어서 공간을 효율적으로 활용할 수 있습니다.
 
Samarium Cobalt (SmCo) 자석: Samarium Cobalt 자석은 Neodymium 자석과 함께 널리 사용되는 영구자석 재료 중 하나입니다. Samarium과 Cobalt로 구성되어 있으며, 높은 자기적 안정성과 내열성을 가지고 있어서 고온 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있습니다. Samarium Cobalt 자석은 Neodymium 자석보다는 약간 낮은 자기장을 가지고 있지만, 고온에서의 성능이 우수합니다.
 
Ceramic (Ferrite) 자석: Ceramic 자석은 철산화물 등의 세라믹 소재로 만들어진 영구자석으로, 비교적 저렴하고 보편적으로 사용되는 자석 재료입니다. Ceramic 자석은 자기적 안정성이 뛰어나고, 내부 손실이 적어서 전동기 등에서 효율적으로 사용될 수 있습니다. 또한, Ceramic 자석은 환경에 민감하지 않아서 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
 
이렇게 Neodymium, Samarium Cobalt, Ceramic 자석은 전동기 등 다양한 기기에서 사용되는 영구자석의 재료 종류 중 대표적인 세 가지입니다.
 
6. 태양광발전용 인버터의 주요 기능과 종류별 특징에 대하여 각각 설명하시오.
태양광발전용 인버터는 태양광 패널에서 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 역할을 합니다.
주요 기능과 종류별 특징은 다음과 같습니다.
 
주요 기능:
변환: 태양광 패널에서 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환합니다.
최적화: 태양광 발전 시스템의 전체 성능을 최적화하여 최대 발전량을 얻을 수 있도록 도와줍니다.
모니터링: 발전량, 전압, 전류 등의 데이터를 실시간으로 모니터링하여 시스템의 상태를 파악하고 관리할 수 있습니다.
보호 기능: 과전압, 과전류, 단락 등의 상황에서 시스템을 보호하여 안전한 운영을 도와줍니다.
 
종류별 특징:
중심 변환 인버터(Central Inverter): 대규모 태양광 발전 시스템에 주로 사용되며, 전체 발전량을 하나의 인버터로 변환하는 방식입니다. 설치 및 유지보수 비용이 낮고 효율이 높은 편이지만, 부분적인 그림자나 오염 등으로 인해 발전량이 감소할 수 있습니다.
분산 변환 인버터(String Inverter): 작은 규모의 태양광 발전 시스템에 주로 사용되며, 각각의 태양광 패널에 인버터를 설치하여 발전량을 변환하는 방식입니다. 각 패널마다 최적화가 가능하고, 부분적인 그림자나 오염에도 강건한 특징을 가지고 있습니다.
마이크로 인버터(Micro Inverter): 각각의 태양광 패널에 인버터를 설치하여 발전량을 변환하는 방식으로, 각 패널마다 최적화가 가능하고, 그림자나 오염에 강건한 특징을 가지고 있습니다. 또한, 모니터링이 용이하고 시스템의 확장성이 뛰어난 장점이 있습니다.
이렇게 중심 변환 인버터, 분산 변환 인버터, 마이크로 인버터는 태양광발전용 인버터의 종류 중 대표적인 세 가지이며, 각각의 특징과 장단점을 고려하여 시스템을 선택할 수 있습니다.