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1. 측정계기의 구성요소

가. 지시 계기의 3대 요소

  ▣ 지시계기 (Indicating Instrument)는 측정하려는 전기량인 전압, 전류, 전력, 주파수

      등을 지침 등으로 직접 눈금판에 지시함으로써 그 값을 읽을 수 있다.

  ▣ 이 지시 계기는 측정이 간편하고 취급이 쉬우며 구조가 간단하며 수명이 길고 가격이

       싸서 공급 계측용에 많이 사용된다.

  ▣ 지시계기는 고정부분과 가동부분으로 되어 있으며 계기의 기능상으로 보면 구동장치,

      제어장치, 제동장치로 되어 있는데 이를 지시계기의 3대 요소라 한다.

 (1) 구동장치 (Driving device)는 측정하고자 하는 전기량에 비례하는 구동력 (Driving

       force) 또는 구동 토크 (Driving toque)를 발생하여 가동체 (Moving part)를 변위시키기 위한 장치이다.

 (2) 제어장치 (Controlling device)는 구동 장치에 전기를 가하여 구동토크가 발생되어

      가동부가 이동되었을 때, 이에 반하여 반대방향으로 작용하는 제어력(Controllingforce) 또는

      제어 토크 (Contolling torque)를 발생시키는 장치이다.

      제어 장치에는 스프링 제어 (Spring control), 중력제어 (Gravity control), 전기적

     제어 (Electrical contro), 자기적 제어(Megnetic control), 맴돌이 전류 제어 (Eddy current control) 등이 있다.

 (3) 제동장치 (Damping device)는 구동력과 제동력이 평형될 때 지침은 좌우로 잠시 진

       동하다가 정지하게 된다. 이를 위하여 가동체에 적당한 제동력 (Damping force) 또는 제동토크

       (Damping torque)를 기하기 위한 장치이다. 제동 장치로서는 공기제동  (Air damping),

       액체 제동 (Liquid damping), 맴돌이 전류 제동 (Eddy current  damping)이 있다.

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2. 지시계기의 분류

가. 계기의 정확도에 의한 분류

 ▣ 계기는 측정하고자 하는 대상물에 따라서 계기의 정확도가 각각 다르게 나타나는데

     우리나라 산업규격에 따르면 지시 계기는 그 정확도에 따라 아래 표와 같이 5계급으로 분류하고 있다.

나. 계기의 동작 원리에 의한 분류

 ▣ 전기 계기를 동작원리에 따라 분류하면 아래 표와 같다. 직류 및 교류에 따라 계기의 동작원리와 구조가 달라진다.

   [지시 계기의 동작원리에 의한 분류]

3. 가동코일형 계기

 ▣ 영구자석이 만드는 자기장 내에 가동 코일을 놓고, 가동 코일에 측정할 전류를 흘리면

     이 전류와 자기장 사이에 전자력이 발생한다. 이 전자력을 구동 토크로 한 계기를 영구

     자석 가동 코일형 계기 (Permanent magnet moving-coil type instrument, PMMC)라 하며,

     지시 계기 중에서 감도나 정도가 가장 좋을 뿐만 아니라 제작이 간단 하고 가격이 저렴하다.

     동작 원리상으로는 직류 전용이지만, 이 계기에 정류기나 열전쌍을 조합하여 교류용으로도 이용하고 있다.

 ▣ 일반적으로 직류 전류계는 대부분 가동 코일형인데, 이것은 감도가 좋아서 마이크로

     암페어 정도의 전류를 측정할 수 있고, 전류의 방향에 의해서 바늘의 이동 방향이

     일정하므로 직류 전류계로 널리 사용되고 있다.

 ▣ 구조는 N, S의 영구 자석에 의한 강력한 자기장 중에 마찰력이 작은 축에 가동 코일

      (Moving coil)이 감겨져 있는데, 가동 코일에 직류 전류를 흘리면 플레밍의 왼손

      법칙에 따라 전자력이 발생되어 가동코일이 회전하게 된다.

 ▣ 가동코일의 상하에는 제어 스프링 (전류를 통하는 리드선을 말한다)이 있으며 이들은

      반대방향으로 되어 있어서 가동코일을 일정한 위치에 있게 한다. 이 때 가동 코일이

      회전하면 스프링은 정상 위치에서 벗어나므로 원래 위치로 돌아 오려는 힘이 작용한다.

      그러므로 코일은 회전력과 되돌아 오려는 힘이 균형된 위치에 멈추게 된다. 회전력은

      코일에 흐르는 전류에 비례하기 때문에 회전 위치 (각도)로써 전류의 크기를 알 수 있다.

​

4. 가동 철편형 계기

 ▣ 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장의 세기는 전류의 세기에 비례한다. 이 자기장

      중에 한 쌍의 철편인 고정 철편과 가동 철편을 놓으면 두 철편에는 각각 자기장의 세기,

      즉 전류에 흡입력 또는 반발력이 작용한다. 이 원리를 응용한 계기가 가동 철편형 계기

      (Moving - iron type instrument)이다.

 ▣ 가동 철편형 계기는 주로 상용 주파수용의 전압계 및 전류계로서 널리 이용되며,

      이 형의 계기는 구조가 간단하고 견고하며, 취급이 용이하고 가격이 저렴하다.

6. 유도형 계기

 ▣ 유도형 계기 (Induction type instrument)는 피측정 전류 또는 전압을 여자(Exciting)

     코일에 공급해서 자기장을 만들고 이 자기장과 가동부의 전자 유도작용에 의하여 생기는

     구동 토크를 발생시키도록 한 것이다.

 ▣ 이 계기는 자기장의 양상에 따라 회전 자기장 방식과 이동 자기장 방식으로 나누어지며

     회전 자기장 방식은 알루미늄 회전 원판을 회전 자기장 속에 장치한 것이고 이동 자기장

     방식은 이동 자기장 속에 장치한 것이다.

7. 정전형 계기

 ▣ 두 대전체간에 작용하는 흡인력을 이용하는 계기로 직류와 교류 전압계로만 사용이

      가능하며, 고전압용으로 사용한다.

 ▣ 정전 전압계 (Electric voltmeter) 또는 전위계 (Electrometer)는 전압을 직접 측정하는 유일한계기이다.

 ▣ 고압단자는 고정 전극에, 접지 단자는 가동 전극에 접속하였고, 내압을 높이기 위하여

      평형판의 고정 전극을 절연 막대에 고정하고 있으며, 수[kV] 정도를 측정할 수 있다.

  ▣ 눈금은 읽기 쉬운 균등 눈금으로서 이와 같이 만들기 위해서 전극의 모양이 변형되어있다.

       그리고 고압 단자에는 계기 내부에 보호 저항을 넣어 과전류에 의한 계기의 파손을 막는다.

8. 열전형 계기

 ▣ 열전형 계기 (Thermal electric type instrument)는 전류의 열작용에 의한 금속선의

      팽창 또는 종류가 다른 금속의 접합점의 온도차에 의한 열기전력으로 가동 코일형 계기를 동작하게 한 계기이다.

      열전형 계기에는 열선형과 열전쌍형이 있다.

 ▣ 금속선의 팽창을 이용한 열선형(Hot wire type)은 현재 사용되지 않으며, 열전쌍형(Thermojunction type)이 고

      주파 전류계로 널리 사용되고 있다.

 ▣ 열전쌍의 재료로는 구리 - 콘스탄탄, 철 - 콘스탄탄, 망가닌 - 콘스탄탄 또는 크로멜 -

      알루멜 등의 합금이 쓰이고, 열선에는 백금, 콘스탄탄, 망간, 나트륨 등이 사용된다.

 ▣ 열전쌍형 계기는 전류계, 전압계, 전력계로 이용된다.

9. 정류형 계기

 ▣ 정류형 계기 (Rectifier type instument)는 측정할 교류를 반도체 정류기에 의해 직류로 변환한 후

     가동 코일형 계기로 지시시키는 계기이다. 일반적으로 전류력계형이나 가동 철편형과 같은 교류용 계기는

     직류용 계기에 비하여 감도가 낮기 때문에, 정류형 계기는 가동 코일형 계기가 가지는 정도와 감도를 교류측정에

     이용하는 것으로서  교류 계기 중 가장 감도가 좋다.

      이 계기는 배전반용 등의 교류 전류계 및 교류 전압계로  널리 이용되고 있다.

 ▣ 일반적으로 정류회로는 반파 정류보다 계기의 지시를 2배로 할 수 있는 전파 정류를 사용한다.

10. 검류계

  ▣ 검류계 (Galvanometer)는 미소한 전류나 전압의 유무를 검출하는데 사용되는 고감도의 계기이다.

  ▣ 검류계는 동작원리에 따라 직류용, 교류용, 직·교류용으로 분류한다.

  ▣ 직류용 검류계로서 가장 많이 쓰이는 것은 가동 코일형 검류계이다.

  ▣ 교류용 검류계로서 가장 많이 쓰이는 것은 진동 검류계이며, 직·교류용 검류계에는 전류력계형 검류계가

      가장 널리 쓰인다.

6. 수전용 차단기와 과전류 계전기에 시험전류를 넣기전에 시행하여야 할 3가지를 쓰시오. (6점)

   ① 오결선 등의 연결상태를 확인한다.

   ② 결상여부 상태를 확인한다.

   ③ 계전기의 레벨 탭 정정 및 설정치 확인

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7. 아래 빈 칸의 내용을 주어진 표에 작성하시오. (6점)

 ▣ 전력 계통에서 선로에 ( ① )를 접속하면 여러 요인으로 인하여 회로의 전압이나 전류의

     파형이 왜곡되어 확대되는 수가 있으며 때로는 기본파형 이상의 고조파를 발생하는 수

    가 있다. 고조파로 인한 영향으로는 동손, 철손의 증대로 기기의 과열,소음가 원인이 되

    며 절연파괴,보호계전기의 오동작,충전전류 발생 등 각종 장해가 발생한다.

    이 고조파를 줄이는 방법은 고조파에 대해 회로를 유도성으로 하면 되기 때문에 ( ① )

    (와)에 ( ② ) (으)로 ( ③ ) 을 연결하여 주면 된다.

      ① 전력용 콘덴서

      ② 직렬

      ③ 직렬 리액터

​

8. 기계기구 및 전선을 보호하기 위하여 필요한 곳에 과전류 차단기를 시설하여야 하는데

   과전류 차단기의 시설을 제안하고 있는 곳이 있다. 과전류 차단기의 시설을 제한하는 곳 3가지를 쓰시오. (6점)

   ① 접지공사의 접지도체

   ② 다선식 전로의 중성선

   ③ 저압 가공전선로의 접지측 전선

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9. 인텔리전트 빌딩(Intelligent Building)은 빌딩 자동화 시스템, 사무자동화 시스템,

    정보통신 시스템, 건축 환경을 총망라한 건설과 유지 관리의 경제성을 추구하는 빌딩이

    라 할 수 있다. 이러한 빌딩의 전산시스템을 유지하기 위하여 비상 전원으로 사용되고

    있는 UPS에 대하여 다음 각 물음에 답하시오. (6점)

   (1) UPS를 우리말로 하면 어떤 것을 뜻하는가? 무정전 전원공급 장치

   (2) UPS에서 AC → DC부와 DC → AC부로 변환하는 부분의 명칭을 각각 무엇이라고 부르는가? 컨버터, 인버터

   (3) UPS가 동작되면 전력 공급을 위한 축전지가 필요한데, 그때의 축전지 용량을 구하는

        공식을 쓰시오. (단, 사용 기호에 대한 의미도 설명하도록 하시오.)

10. 그림과 같은 방전 특성을 갖는 부하에 필요한 축전지 용량 [Ah]을 구하시오.

    (단, 방전 전류: I1=500[A], I2=300[A], I3=100[A], I4=200[A] 방전 시간 : T1=120분, T2=119분, T3=60분, T4=1분,

     용량 환산 시간 계수: K1=2.49, K2=2.49, K3=1.46, K4=0.57, 보수율은 0.8을 적용한다.) (3점)

11. 어느 빌딩의 수용가가 자가용 디젤 발전기 설비를 계획하고 있다. 발전기 용량 산출에 필요한 부하의 종류 및 특성이

      다음과 같을 때 주어진 조건과 참고 자료를 이용하여 전부하를 운전하는 데 필요한 발전기 용량은 몇 [kVA]인지

      표의 빈칸을 채우면서 선정 하시오. (6점)

 [조건]

  •참고 자료의 수치는 최소치를 적용한다.

  •전동기 기동 시에 필요한 용량은 무시한다.

  •수용률 적용

    - 동력: 적용 부하에 대한 전동기의 대수가 1대인 경우에는 100[%] , 2대인 경우에는 80[%]를 적용한다.

    - 전등, 기타: 100[%]를 적용한다.

  •부하의 종류가 전등, 기타인 경우의 역률은 100[%]를 적용한다.

  •자가용 디젤 발전기 용량은 50,100,150, 200, 300, 400, 500 에서 선정한다.(단위: [kVA)

(2) 조명률을 구하시오.

  ▣ 천장반사율 70%, 벽반사율 50%, 바닥반사율 10%와 실지수 2.5와 만나는 표의 값은 66[%] 이다. 답 : 0.66

(3) 등기구를 효율적으로 배치하기 위한 소요 등수는 몇 조인가?

14. 카르노표에 나타낸 것과 같이 논리식과 무접점 논리 회로를 나타내시오.(단, ‘0’: L(Low Level), ‘1’: H(High Level)이며

      입력은 A, B, C, 출력은 X이다.) (6점)