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1. 유도전동기 회전원리

▣ 유도 전동기는 아라고 원판의 회전원리에 따라 회전한다.

    아라고 원판 위 아래로 자석을 두고 이 자석을 회전시키면 자석을 회전하는 방향으로

    아라고 원판이 함께 회전하게 된다.

 

위 그림과 같이 자석을 시계방향으로 회전하면 아라고 원판도 시계방향으로

힘을 받아 회전하는 원리로 유도전동기도 회전을 하게 된다.

 

유도 전동기가 회전하려면 자석이 발생하는 자속을 원판이 끊어 주어 스스로 전자유도 전류

를 발생시켜야 원판이 힘을 받아 회전을 할 수 있다. 전류가 흐르기 위해서는 전자유도법칙

에 의한 기전력이 발생되어야 한다. 이를 위해서는 유도기는 우선 페러데이의 전자유도 법

칙에 따라 발전기의 역할을 하여 기전력을 발생시키고 전류를 흐르게 해야 한다.

 ⊙ 계자에서 자속이 발생되어야 한다.

 ⊙ 도체를 이용하여 자속을 끊어 기전력을 발생시켜야 한다.

 

즉 자석이 발생시킨 자속을 아라고 원판이 끊어 주어 기전력을 발생시켜야 한다.

 

위 그림을 보면 자석을 시계방향으로 회전을 하면 아라고 원판 즉, 도체는 반시계방향으로

운동하는 효과가 나타난다. 즉, 자석의 자계가 위에서 아래로 발생하는데 원판이 자속을

끊어 주므로 아라고 원판에 플레밍의 오른손 법칙에 따라 원판 중심으로 유기기전력이

발생하게 된다.

 ⊙ 플레밍의 오른손 법칙 : 기전력(전류) 방향

   ① 엄지(F) : 도체의 운동방향

   ② 검지(B) : 자속밀도 방향

   ③ 중지(I) : 전류의 방향

플레밍의 오른손 법칙에 따라 전류가 원판의 중심으로 흐르는 것을 알았다.

전류는 원판중심 방향으로 흐르고 자속밀도 방향은 위에서 아래로 발생하므로

플레밍의 왼손 법칙에 따라 원판은 시계방향으로 힘을 받게 됨을 알 수 있다.

 ⊙ 플레밍의 왼손 법칙 : 도체에 작용하는 힘의 방향

   ① 엄지(F) : 도체에 작용하는 힘의 방향

   ② 검지(B) : 자속밀도 방향

   ③ 중지(I) : 전류의 방향

※ 유도기는 스스로 유기기전력(전류)를 발생시켜야 하는데 유기기전력을 발생시키기 위해

   서는 자속을 도체가 끊어 주어야 한다. 그런데 자속을 발생시키는 자석과 원판(도체)가

   같은 속도로 회전을 하면 자속을 끊어 주지 못하므로 전류를 발생시킬 수 없고 결국에는

   원판이 회전력을 발생시키지 못하게 된다. 따라서 유도전동기가 계속 회전하려면 자속

   의 회전속도보다 원판의 회전속도가 늦어야 한다.

※ 유도기는 원판이 스스로 유기기전력을 발생해야만 회전하게 된다.

유도전동기에서는 아라고 원판과 같이 자석을 회전시키지 않는다.

대신 3상 전류를 공급하여 회전하는 자계를 형성함으로서 자석이 회전하는 것과 같은

역할을 3상 전류가 하게 된다. 3상 전류를 인가해 주면 회전자속을 발생하게 되므로

자속을 돌리는 것과 같은 효과를 발생한다.

 

 
 

3상 교류 전력을 고정자에 공급을 하면 합성 자계가 시간의 흐름에 따라 회전하게 된다.

위 그림 1/4t에서는 a상은 나오는 방향이고 b,c상은 a상이 나오는 방향이므로 들어가는

방향이 된다. 그리고 a', b', c'는 각각 a, b,c상과 반대방향이 반대방향이 된다.

이를 연속하여 보면 아래 그림과 같이 회전자계가 합성되어 하나의 자극을 형성하게 되고

이 합성 회전자계가 회전하게 됨을 알 수 있다.

 

위 그림과 같이 3상 교류 전류는 합성 자속이 회전하고 있는 것을 볼 수 있다.

이 때 회전속도는 다음과 같다.

 

위 식에서 극수 P는 합성회전자계의 극수를 말한다. 위의 그림에서는 3상 전류가

Y결선으로 접속하였을 때 하나의 회전자계를 만드므로 자극은 N극, S극 이렇게

2개의 자극이 된다. 주파수는 60[Hz] 이므로 3상 전류가 만드는 회전자계의 회전

속도는 Ns = 120×60÷2 = 3600[rpm]이 된다.

 

2. 3상 유도전동기 구조 및 종류

▣ 3상 유도전동기의 구조를 다음 그림을 보며 알아 보자

 

3상 유도전동기에는 고정자에 3상 유도코일을 감아 회전자를 발생킨다.

회전자에는 회전자 도체가 있고 구리 막대(농형)나 권선(권선형)을 감는다.

3상 교류 전원은 회전자기장을 발생시키는데 이는 자석을 회전시키는 것과

같은 역할을 하게 된다.

 

원판이 자속을 끊어 주어야 원판이 힘을 받아 회전을 하게 된다.

이러한 역할을 하는 것이 회전자의 도체가 하게 된다.

원판은 회전자계와 같은 방향으로 회전을 하게 된다.

 

  ⊙ 1차 : 자석 : 회전자계

  ⊙ 2차 : 회전자 (원판) : 회전자 도체

▣ 유도 전동기는 회전자의 모양에 따라 농형유도전동기화 권선형 유도전동기로 나눈다.

【 농형유도전동기】

 

⊙ 고정자 1차 권선에 3상 교류 전류를 공급하면 회전자계가 형성된다.

   이 회전자계를 농형 2차 권선이 끊게 되면 유기기전력이 발생하게 되는데

   이 역할을 하는 것이 회전자의 구리막대이다.

   구리막대는 농형전동기를 기동할 때 사용하는 기동권선(제동권선)이다.

 ※ 제동권선 : 3상 동기 전동기 : 난조발생 방지

     3상 농형 유도전동기 : 기동토크 발생 (기동권선 역할)

     농형전동기에는 스큐슬롯 , 경사슬롯, 사슬롯, 사구를 사용한다.

 

▣ 스큐스롯을 사용하는 목적

 

 ◎ 고조파 제거 (기전력의 파형 개선)

 ◎ 고조파의 소음 발생 방지 (클로우링 현상 방지)

  【 권선형유도전동기】

 

권선형 유도전동기는 회전내에 권선을 감은 형태의 전동기이다.

회전자 권선은 외부에 슬립링을 통해 외부의 가변저항과 연결된다.

 

※ R : 가변저항기의 저항, r2 : 회전자 내부에 있는 권선의 저항

 

고정자 1차 권선에 3상 교류 전류를 공급하면 회전자계가 발생하게 되고

이 회전자계를 끊어 주어 유도기전력을 발생시켜야 회전력을 얻을 수 있다.

권선형 유도 전동기는 농형과 달리 2차 저항을 가변할 수 있다.

⊙ 권선형 유도 전동기의 2차 저항을 가변하는 이유

  ◎ 기동할 때 기동전류를 제한하는 역할 R ↑ ⇒ I 

  ◎ 기동토크를 개선할 때 토크 τ ↑

  ◎ 속도 제어 (조정) 

 

※ 권선형 유도전동기는 회전자 권선에 전류가 흐르고 이 권선에는 저항이 브러쉬로

   연결되어 있으므로 브러쉬에 의한 손실, 그리고 전류 I2R에 의한 손실이 발생하는

   등으로 효율이 좋지 않다. 따라서 권선형은 잘 사용되지 않는다.

 

 

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1. 4단자망

 
4단자망

▣ 입력과 출력 모두 2단자로 구성되어 있는데 입력과 출력의 함수 관계를 알아 보고자

    할 때 4단자망을 사용한다.

▣ 회로 내부의 복잡한 구성을 단순화하여 단순히 입력전압과 전류에 대한 출력의 전압

    전류의 관계를 파악하는데 사용한다.

 

【 먼저 행렬식에 대하여 알아 보자】

 

가. 4단자망의 관계성

 ▣ 4단자망의 A, B, C, D 는 입력 V1, I1과 출력 V2, I2간의 상호관계의 경우의 수가

     총 4개 이므로 이들 관계를 A, B, C, D로 나타낸 것이다.

 
4단자망

 ▣ 4단자정수 A, B, C, D를 행렬식으로 나타내면 다음과 같고 이를 전송파라미터라 한다.

 

 ▣ 입력 V1, I1과 출력 V2, I2간의 상호관계의 경우의 수는 총 4가지 이다.

     입력 전압 V1은 출력 전압 V2의 방향에 따라 좌우될 수 있고 또한 출력전류 I2와 임피던

     스의 곱 즉 전압 강하에 의하여 좌우될 수 있다. 마찬가지로 입력전류 I1은 2차 전압의 극

     성, 방향에 영향을 받을 수 있고 출력측 전류에 영향을 받을 수 있다. 이렇게 4가지의 요

     소(관계)에 의해 V1  I1을 나타낼 수 있다.

 

 ▣ 입력 V1, 출력 V2를 전류 I1, I2 와 임피던스 Z로 표현한 것을 임피던스 파라미터라고

     하며 표현식은 다음과 같다.

 

 

▣ 입력 I1, 출력 I2를 전압 V1, V2 와 어드미턴스 Y로 표현한 것을 어드미턴스 파라미터

    라고 하며 표현식은 다음과 같다.

 

가. 4단자 전송파라미터

 

 ▣ 4단자망의 입력 V1, I1과 출력 V2, I2간의 상호관계를 4단자 정수 A, B, C, D로 나타낸

     것을 4단자 전송파라미터라고 하며 이들의 상호관계성을 알아 보자.

 

 ▣ 4단자 정수 A, B, C, D가 어떻게 산출되고 무엇을 의미하는지 알아 보자.

 

 ▣ 선형조건 : AD - BC = 1, 대칭4단자망일 경우 A = D

 

나. 4단자 정수의 성질

 ▣ 직렬 임피던스 전송 파라미터의 A, B, C, D가 어떻게 산출되는지 알아 보자.

 

① A에 대하여 알아 보자.

 

 ▣ 위의 회로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

 ◈ I2 = 0 이므로 출력측은 개방되어 있으므로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측

   V2에 발생하게 된다. 따라서 V1 과 V2는 같게 된다.

   ∴ A = V1 / V2 = 1

 

② B에 대하여 알아 보자.

 

  ▣ 위의 회로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

  ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프

      의 법칙에 의해 입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다.

     ∴ B = V1 / I2 = V1 / I1 = Z

 

③ C에 대하여 알아 보자.

 

  ▣ 위의 회로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

  ◈ I2 = 0 이므로 출력측이 개방된 상태의 회로로 이 회로에는 전류가 흐르지 않게 되어

     입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 모두 "0"이 되어 같게 된다.

    ∴ C = I1 / V2 = 0 ∵ I1 = I2 = 0

 

④ D에 대하여 알아 보자.

 

  ▣ 위의 회로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 
단위회로

  ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프

      의 법칙에 의해 입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다. ( I1 = I2)

     ∴ D = I1 / I2 = 1 ∵ I1 = I2

 

【 종합하여 보면 】

 

▣ 병렬 어드미턴스 전송 파라미터의 A, B, C, D가 어떻게 산출되는지 알아 보자.

 

① A에 대하여 알아 보자.

 

 ◈ I2 = 0 이므로 출력측은 개방되어 있으므로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측

    V2에 발생하게 된다. 따라서 V1 과 V2는 같게 된다.

   ∴ A = V1 / V2 = 1 ∵ V1 = V2

 

② B에 대하여 알아 보자.

 

  ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 V2 = 0 이며 V1 = 0 이 된다. 또한

      출력단자가 단락이 되므로 전류가 저항이 없는 출력측 단자로 전류가 모두 흐르게 되어

      I1 = I2 가 된다.

 

    ∴ B = V1 / I2 = V1 / I1 = 0 ∵ V1 = V2 = 0 (단락), I1 = I2 (단락)

 

③ C에 대하여 알아 보자.

 

  ◈ I2 = 0 이므로 출력측이 개방된 상태의 회로로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측

      V2에 발생하게 된다. 따라서 V1 과 V2는 같게 된다.

     ∴ C = I1 / V2 = I1 / V2 = Y = 1/Z ∵ V1 = V2

 

④ D에 대하여 알아 보자.

 

  ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프

     의 법칙에 의해 입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다. ( I1 = I2)

    ∴ D = I1 / I2 = 1 ∵ I1 = I2

 

【 종합하여 보면 】

 

다. T형 회로, π형 회로의 4단자 정수

 ▣ 먼저 T형 회로의 4단자 정수를 알아 보자. T형회로는 기본 전송파라미터를 연결한 것에

     불과하므로 이들 전송파라미터를 행렬식을 이용하여 합성을 하면 산정할 수 있다.

 

 ※ T형 회로는 먼저 Z1+Z2를 합성한 후에 이를 다시 Z3와 합성을 하게 된다.

     이때, 직 · 병렬 기본 전송파라미터 값을 이용하여 합성을 하게 된다.

     합성은 행렬식을 이용하면 쉽게 할 수 있다.

 

① 먼저 Z1와 Z2를 합성한 후에 ② 합성된 Z와 Z3를 합성한다.

 

 ▣ 위 회로의 좌우가 대칭일 경우

  ① 선형회로 조건 : AD - BC = 1

 

② 대칭 4단자망 조건 : A = D

 

 ▣ 이제 π형 회로의 4단자 정수를 알아 보자. π형회로는 기본 전송파라미터를 연결한 것에

     불과하므로 이들 전송파라미터를 행렬식을 이용하여 합성을 하면 산정할 수 있다.

 

  ※ π형 회로는 먼저 Z1+Z2를 합성한 후에 이를 다시 Z3와 합성을 하게 된다.

     이때, 직 · 병렬 기본 전송파라미터 값을 이용하여 합성을 하게 된다.

     합성은 행렬식을 이용하면 쉽게 할 수 있다.

 

 

▣ 위 회로의 좌우가 대칭일 경우

  ① 선형회로 조건 : AD - BC = 1

  ② 대칭 4단자망 조건 : A = D

 

라. T형 회로, π형 회로의 4단자 정수 암기법

 ▣ T형 회로 암기법

 

  ◈ 제트기류가 위에서 불어 온다.

 

 ▣ π형 회로 암기법

 

    ◈ 제트기류가 왼쪽 오른 쪽에서 불어 온다.

 

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1. 발전소에 시설하는 계측장치

 

가. 발전소 (발전기, 변압기)

 ① 발전기, 연료전지 또는 태양전지 모듈에 전압 및 전류 또는 전력을 측정하는 장치를

     시설해야 한다.

 ② 발전기의 베어링 및 고정자에 온도를 측정하는 장치를 시설해야 한다.

 ③ 주요 변압기의 전압, 전류 또는 전력을 측정하는 장치를 시설해야 한다.

 ④ 특고압용 변압기의 온도를 측정하는 장치를 시설해야 한다.

 

나. 동기발전기를 시설하는 경우에는 동기 검정장치를 시설해야 한다. (위상이 일치하는지

     검사하는 장치)

  ※ 동기발전기의 병렬운전 조건 : 기전력의 크기, 위상, 주파수, 파형, 상회전방향이 같을

  ① 동기발전기를 연계하는 전력계통에는 동기발전기 이외의 전원이 없는 경우 또는 동기

      발전기의 용량이 그 발전기를 연계하는 전력계통의 용량과 비교하여 현저히 작은 경우

      에는 시설하지 않을 수 있다.

 

다. 변전소 또는 이에 준하는 곳에 시설하는 계측장치

 ① 주요변압기의 전압, 전류 또는 전력을 계측하는 장치

 ② 특고압용 변압기의 온도를 계측하는 장치

 ③ 동기조상기를 시설하는 경우에는 다음의 사항을 계측하는 장치 및 동기검정장치를 시설

     해야 한다. 다만, 동기조상기 용량이 전력계통의 용량에 비해 현저히 작은 경우에는 시

     설 하지 아니할 수 있다.

   ⓐ 동기조상기의 전압, 전류, 전력을 측정하는 장치

   ⓑ 동기조상기 베어링 및 고정자의 온도를 측정하는 장치

      ※ 동기조상기 : 무부하로 운전되는 동기전동기 (무효전력을 조정하여 전압조정 및 역률

                           조정하는 장치)

【문제풀이】

 

문제 1. 발전소에서 계측장치를 시설하지 않아도 되는 것은 ? ④

   ① 발전기의 전압, 전류, 전력             ② 발전기의 베어링 및 고정자의 온도

   ③ 주요변압기의 전압, 전류, 전력        ④ 특고압용 변압기의 임피던스

 

문제2. 발전소에 시설하지 않아도 되는 계측장치는 ? ③

  ① 발전기의 전압, 전류, 전력      ② 발전기의 베어링 및 고정자의 온도

  ③ 발전기의 회전수 및 주파수     ④ 특고압용 변압기의 온도

 

문제 3. 발전소에 필요한 계측장치를 시설해야 된다. 다음 중 시설을 생략하여도 되는 계측

         장치는 ?

 ① 발전기의 전압 및 전류를 계측하는 장치

 ② 주요 변압기의 역률을 계측하는 장치

 ③ 발전기 고정자의 온도

 ④ 특고압용 변압기의 온도

 

문제 4. 발,변전소의 변압기에 반드시 시설하지 않아도 되는 계측장치는 ? ④

  ① 전류계     ② 전압계        ③ 전력계       ④ 역률계

 

문제 5. 발전소에서 계측장치를 설치하여 계측하는 사항에 포함되지 않는 것은 ? ③

  ① 발전기 온도      ② 발전기의 전압, 전류, 전력     ③ 특고압 모선의 전압, 전류, 전력

  ④ 주요 변압기의 전압, 전류, 전력

 

문제 6. 발전소에서 계측장치를 시설하지 않아도 되는 것은 ? ③

  ① 발전기의 고정자 및 베어링의 온도

  ② 특고압용 변압기의 온도

  ③ 증기터빈에 접속하는 발전기의 역률

  ④ 주요 변압기의 전압, 전류, 전력

 

문제 7. 발전소에 시설하는 계측장치중 주요 변압기의 계측장치로 알맞은 것은 ?

   ① 전압, 전류, 전력

 

문제 8. 전기철도 변전소 이외의 변전소의 주요 변압기의 계측장치로 꼭 필요하지 않은 것

    은 ? ③

  ① 전압     ② 전류     ③ 주파수      ④ 전력

 

문제 9. 변전소 또는 이에 준하는 곳에 반드시 시설하지 않아도 되는 계측장치는 ? ③

  ① 주요 변압기 전압 계측       ② 주요 변압기 전력 계측

  ③ 특고압용 변압기 역률        ④ 특고압용 변압기 온도

 

문제 10. 변전소 또는 이에 준하는 곳에 사용하는 특고압용 변압기의 계측장치를 반드시 시

     설해야 되는 것은 ? ④

  ① 절연      ② 용량         ③ 유량          ④ 온도

 

문제 11. 동기발전기를 사용하는 전력계통에 시설해야 하는 계측장치는 ? ② 동기검정장치

 

문제 12. 전력계통의 용량과 비슷한 동기조상기를 시설하는 경우에 반드시 시설해야 할 동

     기검정장치나 계측장치가 아닌 것은 ? ②

  ① 동기검정장치   ② 동기조상기 역률   ③ 동기조상기 전압, 전류, 전력   ④ 동기조상기의

       고정자 및 베어링 온도

 

문제 13. 동기조상기를 시설할 때 동기조상기의 전압, 전류, 전력, 베어링 및 고정자의 온도

   를 계측하는 장치와 동기 검정장치를 시설해야 하는데 동기조상기의 용량이 전력계통의

   용량과 비교하여 현저히 적은 경우에는 그 시설을 생략할 수 있다. 그것은 무엇인가 ?

     ④ 동기 검정장치

 

2. 수소냉각식 발전기 : 동기발전기

 

  ※ 수소 : 순도 (50~70%로 저하된 상태)에서 공기와 혼합하면 폭발한다.

  가. 발전기 또는 동기조상기는 기밀구조로 되어야 한다.

  나. 수소가 대기압에서 폭발하는 경우에 생기는 압력에 견디는 구조이어야 한다.

  다. 발전기 축에 밀봉되는 수소가스를 봉입할 수 있는 장치 또는 발전기 축에 밀봉구로 부터

       누설되는 수소가스를 안전하게 외부에 방출할 수 있는 장치를 시설해야 한다.

  라. 발전기안 또는 동기조상기 안의 수소의 순도가 85% 이하로 저하한 경우에 반드시 경

       보하는 장치를 시설해야 한다.

  마. 발전기안 또는 동기조상기 안의 수소의 압력을 계측하는 장치 및 그 압력이 현저히 변동

       하는 경우에 이를 경보하는 장치를 시설해야 한다.

  바. 발전기 안 또는 동기조상기 안의 수소의 온도를 계측하는 장치를 시설해야 한다.

  사. 발전기 안 또는 동기조상기 안으로 수소를 안전하게 도입할 수 있는 장치 및 발전기 또

       는 동기조상기 안의 수소를 안전하게 외부로 방출할 수 있는 장치를 시설해야 한다.

  아. 수소가 통하는 관, 밸브 등은 수소가 새지 아니하는 구조로 되어 있을 것

 

【문제풀이】

 

문제 1. 수소냉각식 발전소는 발전기 또는 동기 조상기안에 수소의 순도가 몇 % 이하로 저

    하로 저하한 경우에 이를 경보하는 장치를 시설해야 하는가 ? ③ 85 %

 

문제 2. 수소냉각식 발전소의 수소의 순도가 어느 정도로 저하하는 경우에 경보하는가 ?

    ③ 85%

 

문제3. 수소냉각식 발전기 또는 조상기에 접속하는 수소냉각장치에 필요없는 장치는 ? ④

  ① 수소의 순도 저하를 경보하는 장치

  ② 수소의 압력을 계측하는 장치

  ③ 수소의 온도를 계측하는 장치

  ④ 수소의 유량을 계측하는 장치

 

문제 4. 수소냉각식 발전기, 조상기 또는 이에 부속하는 수소냉각장치에 시설하는 계측장치

      에 해당되지 않는 것은 ? ③

  ① 수소의 순도가 85% 이하로 저하되는 경우에 경보하는 장치

  ② 수소의 압력을 계측하는 장치

  ③ 수소의 도입량 및 방출량을 계측하는 장치

  ④ 수소의 온도를 계측하는 장치

 

문제 5. 수소 냉각식 발전기 등의 시설기준을 잘못 설명한 것은 ? ④

 ① 발전기는 기밀구조의 것이고 또한 수소가 대기압에서 폭발하는 경우에 생기는 압력에

     견디는 강도를 가지는 것일 것

 ② 발전기 안의 수소의 온도를 계측장치를 시설할 것

 ③ 발전기 안의 수소의 압력을 계측하는 장치 및 압력이 현저히 변동하는 경우에 이를 경보

     하는 장치를 시설할 것

 ④ 발전기 안의 수소의 순도가 85% 이상으로 상승하는 경우에 이를 경보하는 장치를 시

     설할 것

 

문제 6. 수소냉각식 발전기의 시설기준으로 옳지 않은 것은 ? ③

  ① 발전기 혹은 조상설비 등의 이상을 조기에 감지하여 경보하는 기능이 있을 것

  ② 수소의 누설 또는 공기의 혼합이 없어야 한다.

  ③ 발전기측의 밀봉구로 부터 수소가 누설될 때 누설된 수소를 외부에 방출하지 않아야 한다.

  ④ 수소가 대기압에서 폭발하는 경우 생기는 압력에 견디는 강도를 가질 것

 

3. 압축공기계통

 

  ※ 차단기에 사용하는 압축 공기 계통

가. 공기압축기는 최고 사용압력의 1.5배의 수압 (수압을 연속하여 10분간 가하여 시험하

     기 어려운 때에는 최고 사용압력의 1.25배의 기압)을 연속하여 10분간 가하여 시험했

     을 때 이에 견디고 새지 않아야 한다.

   ※ 공기압축기 내압요건 : 10분간 시험

      ⓐ 최고 사용압력의 1.5배 수압      ⓑ 1.25배의 기압

나. 공기탱크 용량

  ▣ 공기탱크는 사용압력에서 공기의 보급이 없는 상태로 개폐기 또는 차단기에 투입 및 차

      단을 연속하여 1회 이상 할 수 있는 용량을 가질 것

      다. 주요공기탱크 또는 이에 근접한 곳은 사용압력의 1.5배 이상 3배 이하의 최고 눈금이

      있는 압력계를 설치할 것

 

【문제풀이】

 

문제 1. 발전소, 변전소, 개폐소 또는 이에 준하는 곳에 개폐기 또는 차단기에 사용하는 압

    축공기장치의 공기압축기는 최고 사용압력의 1.5배의 수압을 몇 분간 가하여 이에 견디

     고 새지 않아야 하는가 ? 10분간

 

문제 2. 발변전소의 차단기에 사용하는 압축공기장치의 공기압축기는 최고 사용압력의 몇

    배의 수압을 연속하여 10분간 가하여 시험했을 때 이에 견디고 새지 않아야 하는가 ?

     1.5배

 

문제 3. 발전소에서 개폐기 또는 차단기에 사용하는 압축공기장치는 수압을 연속하여 10

      분간 가하여 시험했을 때 최고 사용압력의 몇 배의 압력에 견디고 새지 않아야 하는가 ?

      1.5배

 

문제 4. 발변전소의 차단기에 사용하는 압축공기탱크는 사용압력에서 공기의 보급없이 차

      단기의 투입 및 차단을 연속하여 몇 회 이상 할 수 있는 용량을 갖어야 하는가 ?

       1회 이상

 

문제 5. 발전소의 개페기 또는 차단기에 사용하는 압축공기장치의 주공기탱크에는 어떠한

      최대 눈금이 있는 압력계를 시설해야 하는가 ? 최대 사용압력의 1.5배에서 3배 이하의

      눈금계를 가지는 압력계

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1. 단락전류 (Is)

▣ 단락전류 : 전로의 선간이 임피던스가 최소인 상태로 접촉되었을 때 그 부분을 통하여

                  흐르는 큰 전류

  ※ 단락전류는 단락지점 앞쪽에서만 흐른다. (임피던스가 최소이므로 단락지점 뒤쪽으로

      는 전류가 흐르지 않는다)

가. 단락전류값은 단락지점에서 앞쪽 즉 상전압을 단락지점까지의 임피던스로 나누어 산정

      한다.

 

나. 단락전류는 정격전류와의 관계를 이용하여 계산한다.

 

2. 동기 임피던스 (Zs)

 ▣ 동기발전기에서 발전을 하면서 발생하는 임피던스로 발전기 자체가 전압강하를 일으키

     는 임피던스를 말하며 전기자반작용과 누설리액턴스로 구성된다.

 

가. 동기임피던스는 무부하에서 발생하는 임피던스이므로 다음과 같이 계산한다.

     무부하상태라는 것은 단락상태와 같은 의미로 볼 수 있으므로 동기임피던스의 계산식은

     단락전류 계산식의 역 (전류와 임피던스를 바꿈)으로 계산한다.

 

나. 동기임피던스 값은 %Z 산정식으로 부터 계산해 낼 수 있다.

 

3. %동기임피던스 (%Zs)

▣ %동기임피던스 : 무부하상태에서 동기발전기의 동기발전기 자체에서 발생하는 임피던

                          스의 전체 임피던스(정격부하시)에 대한 비율을 말한다. 임피던스와

                          전압과는 비례 관계에 있으므로 이를 비율을 전압비로 산정한다.

                          즉, 정격 상전압에 대한 동기임피던스 전압강하의 비율이다.

 

가. %동기임피던스의 정의 즉, 정격상전압에 대한 임피던스 전압강하 비로 계산한다.

 

나. 위식 정의식을 전압과 전력에 대한 식으로 변환하여 산정할 수 있다.

 

※ 이 때 전압과 전력의 단위는 kV, kVA 단위이다.

 

다. 단락전류 계산식으로 부터 유도해 낼 수 있다.

 

라. 단락비를 이용하여 유도해 낼 수 있다.

 

4. 단락비 (Ks)

 ▣ 단락비는 정격전류에 대한 단락전류의 비율을 말한다.

가. 단락비의 정의에 의하여 산정할 수 있다.

 

나. 단락전류 산정식으로 부터 유도해 낼 수 있다.

 

【기출문제 풀이】

문제 1. 동기리액턴스가 3[Ω], 선간전압이 220[V]일 때 3상 단락전류[A]는 얼마인가 ?

 

문제 2. 여자전류 5[A]에 대한 1상의 유기기전력이 600[V]이고 3상 단락전류가 30[A]

   일 때 동기임피던스[Ω]는 얼마인가 ? ※ 유기기전력은 상전압을 말한다.

 

문제 3. 단자전압이 1000√3 이고 3상 단락전류가 50[A]일 때 동기임피던스[Ω]는 ?

 

문제 4. 8000[kVA], 6000[V]인 동기발전기의 %Z가 80%일 때 동기임피던스는

   얼마인가 ?

 

문제 5. 동기발전기의 %Z가 83%일 때 단락비를 구하여라.

 

문제 6. 출력이 10,000[kVA], 정격전압이 6,600[V]인 동기임피던스가 매상 3.6[Ω]인

   동기발전기의 단락비는 ?

 

5. 단락비와 다른 특성과의 관계

 ▣ 단락비가 크다는 것은 철기계를 의미한다.

   ※ 변압기를 예를 들면 코일 (동선, 구리선)은 작고 철심이 많고 규모가 큰 기계에 해당한

       다.

 

[좋은 점]

 ① %임피던스(%Z)가 작고 동기임피던스(Zs)가 작다.

 ② 전압강하가 작다 (임피던스 강하 = Is · Zs)

 ③ 전압변동율이 작다.

 ④ 전기자 반작용이 작다. (Zs ≒ xs =Xa + Xl)

 ⑤ 공극이 커진다.

 ⑥ 안정도가 좋아 진다.

 ⑧ 과부하 내량이 크다.

 

[나쁜 점]

⑨ 공극이 커지면 규모가 커지게 되고 철기계가 된다. 철기계가 되면 철손이 커지고

    효율이 나빠진다.

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1. 발전소 등의 울타리, 담 등의 시설

 

가. 고압 또는 특고압의 기계기구·모선 등을 옥외에 시설하는 발전소, 변전소, 개폐소 또는

    이에 준하는 곳 (수전설비 - 변전실, 수전실)에 시설하는 울타리, 담 등은 다음에 따라

    시설해야 한다.

 
울타리, 담

① 울타리, 담 등의 높이는 2[m] 이상으로 한다.

② 지표면과 울타리, 담 등의 하단 사이 간격은 0.15[m] (15㎝) 이하로 한다.

    나. 울타리, 담 등과 고압 및 특고압의 충전부분에 접근하는 경우에는

    ① 울타리, 담 등의 높이와 ② 울타리, 담으로 부터 충전부분까지의 거리의 합계는

    다음 표에서 정한 값 이상으로 해야 한다.

사용전압
거리 ① + ②
35[kV] 이하
5 [m] 이상
35 [kV] 초과 160[kV] 이하
6 [m] 이상
160 [kV] 초과
6 [m] + 단수 × 0.12 [m]

   ※ 위 간격은 특고압 가공전선의 시설 높이와 같음

 

【 문제풀이 】

문제 1. 고압 또는 특고압의 기계기구 · 모선 등을 옥외에 시설하는 발전소, 변전소, 개폐소

   또는 이에 준하는 곳에 시설하는 울타리, 담 등의 높이는 몇 [m]이상으로 하여야 하고

   지표면과 울타리, 담 등의 하단사이는 몇 [m] 이상 이격하여야 하는가 ?

    ② 2[m], 0.15 [m]

 

문제 2. 345[kV] 변전소의 충전부로 부터 5.78[m] 거리에 울타리를 설치하려 한다. 울타

   리의 최소 높이는 몇 [m]로 해야 하는가 ?

   총거거리 : 6[m] + 단수 × 0.12 = 6 + (345 -160) / 10 × 0.12 = 6 + 19 × 0.12

   = 8.28[m], ∴ 울타리 높이 : 8.28 - 5.78 = 2.5 [m] 이상

 

문제 3. 22[kV] 변압기 충전부와 울타리 높이를 가산한 충전부 까지의 거리는 최소 몇 [m]

   이상이 되어야 하는가 ? 5 [m] 이상

 

2. 특고압 전로의 상 및 접속상태 표시

 

가. 발전소, 변전소 또는 이와 준하는 곳 (수전설비)의 특고압 전로에 대하여는 그 접속상태

   를 모의 모선의 사용 기타 방법에 의하여 표시하여야 한다. 다만, 이러한 전로에 접속하

   는 특고압 전로의 회선수가 2이하이고 또한 특고압의 모선이 단일 모선인 경우에는 모

   의 모선을 설치하지 않아도 된다.

 

【 문제풀이 】

문제 1. 전로에는 보기 좋은 곳에 상별 표시를 해야 한다. 기준상 표시의무가 없는 것은 ?

       ④

   ① 발전소의 특고압 전로          ② 변전소의 특고압 전로

   ③ 수전설비의 특고압 전로       ④ 수전설비의 고압전로

 

문제 2. 발전소, 변전소에서 특고압 전로에 접속상태를 모의 모선의 사용 등으로 표시하지

    않아도 되는 것은 ?

    ① 회선수 2이하의 단일 모선

 

3. 각종 기계기구의 보호장치

 

가. 발전소의 기계기구의 보호장치

  ① 모든 발전기 (용량과 관계없음) - 과전류, 과전압 : 자동차단장치

  ② 용량 10,000[kVA] 이상 - 내부고장 : 자동차단장치

  ③ 용량 500[kVA] 이상 발전기 구동 수차 (5 수) - 자동차단장치

  ④ 용량 100[kVA] 이상 발전기 구동 풍차 (1 풍) - 자동차단장치

  ⑤ 용량 2,000[kVA]이상 수차 발전기 (2,수,발-이시발) - 자동차단장치

  ⑥ 10,000[kVA] 초과 증기터빈 (만 증) - 자동차단장치

 

나. 특고압용 변압기

  ① 뱅크용량 10,000[kVA] 미만 : 내부고장 - 자동차단장치 또는 경보장치

  ② 뱅크용량 10,000[kVA] 이상 : 내부고장 - 자동차단장치

  ③ 변압기 냉각장치 - 냉각장치 고장, 현저한 온도 상승 ⇒ 경보장치

 

다. 전력용 콘덴서 (C), 리액터 (L) : 조상설비

  ① 뱅크용량 500[kVA] 초과 15,000[kVA] 미만 : 내부고장, 과전류 : 자동차단장치

  ② 뱅크용량 15,000[kVA] 이상 : 내부고장, 과전류, 과전압 : 자동차단장치

 

【 문제풀이 】

문제 1. 수력발전소의 발전기 내부고장이 발생했을 때 자동적으로 전로로 부터 차단하는

   장치를 시설해야 되는 발전기 용량은 몇 [kVA]인가 ? 10,000[kVA] 이상

 

문제 2. 발전기를 구동하는 수차의 압유장치의 유압이 현저히 저하한 경우 자동적으로

   이를 전로로 부터 차단하는 장치를 해야 하는 발전기의 용량은 몇 [kVA] 이상이어야

   하는가 ? ① 500[kVA] 이상 - (5 수)

 

문제 3. 크러스터베어링의 온도가 현저히 상승한 경우 이를 자동적으로 전로로 부터 차단하

   는 장치를 시설해야 하는 수차 발전기 용량은 몇 [kVA] 이상인가 ?

    ④ 2,000[kVA] - (2 수 발, 2 시 발)

 

문제 4. 증기터빈의 트러스터 베어링이 현저하게 마모되거나 온도가 현저하게 상승한 경우

   그 발전기를 전로로 부터 자동차단하는 장치를 시설하은 경우는 정격출력이 몇 [kVA]를

   넘었을 경우인가 ? 10,000[kVA] 이상

 

문제 5. 다음 중에서 발전기를 전로로 부터 자동적으로 차단하는 장치를 시설해야 하는 겨

   우에 해당되지 않는 것은 ? ④

  ① 발전기에 과전류가 생긴 경우

  ② 용량이 500[kVA]를 넘는 발전기를 구동하는 수차 (5 수)

  ③ 용량이 100[kVA]의 발전기를 구동하는 풍차 (1 풍)

  ④ 용량 5,000[kVA]의 발전기에 내부고장이 생긴 경우

 

문제 6. 발전기 보호장치로 사고종류에 따라 자동적으로 전로로 부터 차단하는 장치를 시설

   해야 하는 경우가 아닌 것은 ? ②

  ① 발전기에 과전류나 과전압이 생긴 경우

  ② 용량이 50[kVA] 이상의 발전기를 구동하는 수차

  ③ 용량 100[kVA]의 발전기를 구동하는 풍차

  ④ 용량이 10,000[kVA] 이상의 발전기의 내부고장시

 

문제 7. 특고압용 변압기의 내부고장이 생겼을 때 경보만 해도 되는 것은 ?

   ② 용량 5,000[kVA]의 발전기

 

문제 8. 특고압용 변압기에 내부고장이 생겼을 때 반드시 자동차단을 해야 하는 변압기의

   용량은 몇 [kVA]이상 인가 ? ③ 10,000[kVA] 이상

 

문제 9. 뱅크용량이 10,000[kVA] 이상인 변압기의 내부고장이 발생했을 때를 대비하여

   시설행댜 하는 보호장치는 ? ④ 자동차단장치

  

문제 10. 송유풍냉식 변압기의 특고압용 변압기의 송풍기에 고장이 발생한 경우에 대비하

   여 시설해야 하는 보호장치는 ? 경보장치

 

문제 11. 발전소에 사용하는 뱅크용량 15,000[kVA]의 송유풍냉식 특고압용 변압기에 보

   호장치를 하려고 한다. 반드시 자동차단장치가 필요한 곳은 ?

   ③ 변압기 내부에 고장이 생긴 경우

 

문제 12. 과전류가 생긴 경우 자동적으로 이를 전로로 부터 차단하는 장치를 해야 하는 전

   력용 커패시터의 뱅크용량은 얼마인가 ? ③ 15,000[kVA]

 

문제 13. 특고압용 수냉식 변압기의 냉각장치에 고장이 생긴 경우를 대비하여 시설해야

   하는 보호장치는 ? ① 경보장치

 

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1. 유도 전동기의 속도와 슬립

유도전동기 구조

▣ 유도전동기는 자석(회전자계)보다 원판이 속도가 늦어야 한다.

 ⊙ 유도전동기에는 3가지 속도가 있다.

   ◎ 동기속도 : 회전자기장의 회전속도

   ◎ 회전속도 : 회전자의 회전 속도

   ◎ 상대속도 : 회전자가 바라 본 회전자계의 속도 (원판에서 바라본 자속의 속도)

① 동기속도 Ns (1200 [rpm]이라 가정)

  ⊙ 회전 자계의 회전 속도로 입력속도라 한다. 일정한 속도로 정해져 있다.

      Ns (입력속도) = 1200[rpm], ⇒ N (출력속도) = 1140[rpm],

                                                SNs(상대속도) = 60[rpm]

② 실제속도 N : 1140 [rpm]

  ⊙ 회전자의 회전속도로서 출력속도라고 한다.

    ※ 발전기는 전기적 출력이 원칙, 전동기는 기계적 출력이 원칙이다.

③ 상대속도 SNs 60[rpm]

  ⊙ 회전자에서 본 동기속도를 말하며 손실속도라고 한다.

   ※ 동기속도와 실제속도가 같으면 출력이 나오지 않으므로 유도기에서는 약간의

      손실이 있어야만 회전력이 생긴다. 원판입장에서 보았을 때 동기속도가 도는

      상대적인 속도를 상대속도이다.

슬립의 식은 다음과 같이 정리할 수 있다.

슬립 S는 손실이다. 슬립이 크면 손실이 크고 슬립이 작으면 손실이 작으로 서로 비례한다.

또한 전동기는 출력이 속도 이므로 손실과 속도는 반비례하게 되고 슬립과도 반비례한다.

마찬가지로 유도전동기에서도 동기속도는 일정한데 부하가 증가하면 속도가 낮아진다.

따라서 부하가 낮아 지면 속도가 증가하고 부하가 없을 때(무부하시) 속도가 최고가 된다.

그러나 동기속도와 실제속도가 같아지면 회전력이 없어지므로 동기속도와 같을 수는 없고 실제속도가 동기속도 보다는 약간 작아지게 된다.

⊙ 동기속도를 "1"로 보았을 때의 비율

  ⊙ 슬립(S)이 증가 ↑ ⇒ 회전속도 (N) 감소 ↓

                  감소 ↓ ⇒ 회전속도 (N) 증가 ↑

  ⊙ 3상 유도 전동기는 동기속도 이하에서만 운전할 수 있다.

  ⊙ 3상 유도전동기는 슬립이 있을 때만 회전력을 받는다.

  ⊙ 부하가 증가하면 슬립이 증가한다.

2. 유도기 정지시, 운전시의 주파수 관계

1) 회전자가 정지했을 때

   회전자가 정지하고 있을 때는 고정자의 회전자계를 모두 고정자의 권선이

   끊어 주게 된다. 회전자계를 권선이 끊어주면 유기기전력이 발생하게 된다.

   이 때 발생하는 유기기전력을 식으로 나타내면 다음과 같다.

   ▣ 고정자 권선(1차) E1 = 4.44 k ω1 f1 N1 φ1

   ▣ 회전자 권선(2차) E2 = 4.44 k ω2 f2 N2 φ2

                                                  f1 = f2

                                                  φ1 = φ2

∵ 주파수 f 는 시간당 얼마나 회전하느냐가 결정하는 것이 아니라(×)

   시간당 자속을 얼마나 전기자가 끊어 주느냐가 결정하기 때문이다.​ ​

2) 회전자가 회전할 때

3상유도전동기 구조

▣ 3상 유도전동기는 Y결선으로 되어 있다. 3상 전원을 연결하면 1차 권선 고정자에

    회전자계가 발생한다.

 

회전자계

▣ 3상 교류 전원을 공급하면 회전자 권선이 움직이지 않아도 3상 전원에서 발생하는 자속

   을 회전자 권선이 자속을 끊어주는 것과 마찬가지 효과가 나타나고 이로 인해 회전자 권

   선 유도전류가 흐르게 되고 회전자 권선에 자기장을 발생함과 동시에 힘을 받아 회전을

   하게 된다.

 

유도전동기 계자(고정자) 권선에 3상 교류 전원을 공급하면 회전자계가 발생하여

자석이 회전하는 것과 마찬가지 효과를 나타내며 이 때 회전자(원판)의 구리막대나

권선은 움직이지 않아도 자속을 끊어주는 효과가 나타나며 이로 인해 구리막대나 권선에

유기기전력이 발생하게 되고 이 유기기전력이 자속을 발생함과 동시에 회전력을 발생시킨다.

이 회전력은 계자 1차 권선에서 발생하는 회전력보다 늦게 되는데 이 늦은 회전수 만큼

1차권선에서 발생하는 자속을 끊어 주게 되고 늦은 (차이나는) 회전수 만큼의 기전력과

회전 토크를 발생하게 된다.

 

 ▣ 고정자 권선 (1차) : 60[Hz]

 ▣ 회전자 권선 (2차) : Sf2 = Sf1 [Hz]

 ▣ 고정자 권선(1차) : E1 = 4.44 k ω1 f1 N1 φ1

 ▣ 회전자 권선(2차) : E2 = 4.44 k ω2 Sf2 N2 φ2

                                 = S × 4.44 k ω2 f2 N2 φ2

                                 = S · E2

  ∵ 주파수 f 는 시간당 얼마나 회전하느냐가 결정하는 것이 아니라(×)

    시간당 자속을 얼마나 전기자가 끊어 주느냐가 결정하기 때문이다.

   정지시 (회전 ×) Ns = 100[rpm]

                        N = 100[rpm] 이면 회전하지 못한다.

   회전시(기동시) Ns = 100[rpm] (회전자계 속도)

                       N = 0[rpm] (원판속도) , 정지시

                       f2 = 100[Hz]

                       S = 1 ※ 손실이 100[%] 효율 = 출력/입력 = 0

   회전시(운전시) Ns = 100[rpm]     Ns = 100[rpm]      Ns = 100[rpm]

                       N = 90[rpm]        N = 80[rpm]        N = 70[rpm]

                       f2 = 10[Hz]          f2 = 20[Hz]         f2 = 30[Hz]

                        S = 0.1              S = 0.2               S  = 0.3

【주파수 관계 】

 ① 정지시 : f1 = f2

    (회전자, 원판)

 ② 원판이 회전하더라도 1차 주파수는 불변 ⇒ f1 = 불변

 ③ 회전자 운전시(회전할 때) 2차 주파수는 1차 주파수의 슬립 S배이다.

【운전시 유기기전력 】

 ▣ 고정자 권선(1차) E1 = 4.44 k ω1 f1 N1 φ1

  ▣ 회전자 권선(2차) E2 = 4.44 k ω2 s f2 N2 φ2

                                = s 4.44 k ω2 f2 N2 φ2

                                = S E2

​  ∴ E2s = S E2 정지시 2차 기전력과 구별하기 위하여 E2s 첨자 s를 붙인다.

★★ 종합정리

 ⊙ 정지시 2차 주파수 : f2 = f1

    운전시 2차 주파수 : Sf2 = Sf1, f2 (정지시)

  ⊙ 정지시 2차 기전력 : E2

     운전시 2차 주파수 : SE2s (정지시 2차 기전력)

  ⊙ 정지시 2차 리액턴스 : x2 = XL = 2πf2L

     운전시 2차 리액턴스 : Sx2 = SXL = 2πSf2L

  ⊙ 정지시 2차 저항 : r2 ⇒ R = ρ l/A

      운전시 2차 저항 : r2 ※ 저항은 R= ρ l/A 이므로 주파수와 관련이 없다.

      즉 저항은 회전속도와 관련이 없으므로 정지시나

      운전시 저항은 같다.

 

※ E2, f2는 정지시이며 이는 1차 E1, f1과 같다. 그런데 운전시를 구분하기 위해

   첨자 s를 붙여 E2s, f2s 로 운전시 2차 유기기전력과 주파수를 표시하게 된다.

ex1 : 슬립이 4[%]인 유도전동기에서 정지시 2차 한상의 전압이 150[V]일 때

      운전시 2차 한상의 전압은 ?

     운전시 E2 = S E2

              E2s = 0.04 × 150[V] = 6[V]

ex2 : 4극 60[Hz]의 3상 유도 전동기가 있다. 이 전동기가 정격시 1,725[rpm]으로

      회전할 경우, 2차 기전력의 주파수는 얼마인가?

      운전시 주파수 f2 = Sf2 = Sf1

      먼저 1차 주파수 f1을 구하면

 

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1. 유도전동기 회전원리

▣ 유도 전동기는 아라고 원판의 회전원리에 따라 회전한다.

    아라고 원판 위 아래로 자석을 두고 이 자석을 회전시키면 자석을 회전하는 방향으로

    아라고 원판이 함께 회전하게 된다.

회전원리

위 그림과 같이 자석을 시계방향으로 회전하면 아라고 원판도 시계방향으로

힘을 받아 회전하는 원리로 유도전동기도 회전을 하게 된다.

유도 전동기가 회전하려면 자석이 발생하는 자속을 원판이 끊어 주어 스스로 전자유도 전류

를 발생시켜야 원판이 힘을 받아 회전을 할 수 있다. 전류가 흐르기 위해서는 전자유도법칙

에 의한 기전력이 발생되어야 한다. 이를 위해서는 유도기는 우선 페러데이의 전자유도 법

칙에 따라 발전기의 역할을 하여 기전력을 발생시키고 전류를 흐르게 해야 한다.

   ⊙ 계자에서 자속이 발생되어야 한다.

  ⊙ 도체를 이용하여 자속을 끊어 기전력을 발생시켜야 한다.

즉 자석이 발생시킨 자속을 아라고 원판이 끊어 주어 기전력을 발생시켜야 한다.

아라고원판 회전

위 그림을 보면 자석을 시계방향으로 회전을 하면 아라고 원판 즉, 도체는 반시계방향으로

운동하는 효과가 나타난다. 즉, 자석의 자계가 위에서 아래로 발생하는데 원판이 자속을

끊어 주므로 아라고 원판에 플레밍의 오른손 법칙에 따라 원판 중심으로 유기기전력이

발생하게 된다.

 ⊙ 플레밍의 오른손 법칙 : 기전력(전류) 방향

   ① 엄지(F) : 도체의 운동방향

   ② 검지(B) : 자속밀도 방향

   ③ 중지(I) : 전류의 방향

플레밍의 오른손 법칙에 따라 전류가 원판의 중심으로 흐르는 것을 알았다.

전류는 원판중심 방향으로 흐르고 자속밀도 방향은 위에서 아래로 발생하므로

플레밍의 왼손 법칙에 따라 원판은 시계방향으로 힘을 받게 됨을 알 수 있다.

 ⊙ 플레밍의 왼손 법칙 : 도체에 작용하는 힘의 방향

   ① 엄지(F) : 도체에 작용하는 힘의 방향

   ② 검지(B) : 자속밀도 방향

   ③ 중지(I) : 전류의 방향

※ 유도기는 스스로 유기기전력(전류)를 발생시켜야 하는데 유기기전력을 발생시키기 위해

   서는 자속을 도체가 끊어 주어야 한다. 그런데 자속을 발생시키는 자석과 원판(도체)가

   같은 속도로 회전을 하면 자속을 끊어 주지 못하므로 전류를 발생시킬 수 없고 결국에는

   원판이 회전력을 발생시키지 못하게 된다.

유도전동기에서는 아라고 원판과 같이 자석을 회전시키지 않는다.

대신 3상 전류를 공급하여 회전하는 자계를 형성함으로서 자석이 회전하는 것과 같은

역할을 3상 전류가 하게 된다.

회전자계

회전자계2

3상 교류 전력을 고정자에 공급을 하면 합성 자계가 시간의 흐름에 따라 회전하게 된다.

위 그림 1/4t에서는 a상은 나오는 방향이고 b,c상은 a상이 나오는 방향이므로 들어가는

방향이 된다. 그리고 a', b', c'는 각각 a, b,c상과 반대방향이 반대방향이 된다.

이를 연속하여 보면 아래 그림과 같이 회전자계가 합성되어 하나의 자극을 형성하게 되고

이 합성 회전자계가 회전하게 됨을 알 수 있다.

회전자계3

위 그림과 같이 3상 교류 전류는 합성 자속이 회전하고 있는 것을 볼 수 있다.

이 때 회전속도는 다음과 같다.

 

위 식에서 극수 P는 합성회전자계의 극수를 말한다. 위의 그림에서는 3상 전류가

Y결선으로 접속하였을 때 하나의 회전자계를 만드므로 자극은 N극, S극 이렇데

2개의 자극이 된다. 주파수는 60[Hz] 이므로 3상 전류가 만드는 회전자계의 회전

속도는 Ns = 120×60÷2 = 3600[rpm]이 된다.

2. 3상 유도전동기 구조 및 종류

▣ 3상 유도전동기의 구조를 다음 그림을 보며 알아 보자

3상유도전동기

3상 유도전동기에는 고정자에 3상 유도코일을 감아 회전자를 발생킨다.

회전자에는 회전자 도체가 있고 구리 막대(농형)나 권선(권선형)을 감는다.

3상 교류 전원은 회전자기장을 발생시키는데 이는 자석을 회전시키는 것과

같은 역할을 하게 된다.

원판이 자속을 끊어 주어야 원판이 힘을 받아 회전을 하게 된다.

이러한 역할을 하는 것이 회전자의 도체가 하게 된다.

원판은 회전자계와 같은 방향으로 회전을 하게 된다.

  ⊙ 1차 : 자석 : 회전자계

  ⊙ 2차 : 회전자 (원판) : 회전자 도체

▣ 유도 전동기는 회전자의 모양에 따라 농형유도전동기화 권선형 유도전동기로 나눈다.

【 농형유도전동기】

농형유도전동기

⊙ 고정자 1차 권선에 3상 교류 전류를 공급하면 회전자계가 형성된다.

    이 회전자계를 농형 2차 권선이 끊게 되면 유기기전력이 발생하게 되는데

    이 역할을 하는 것이 회전자의 구리막대이다.

    구리막대는 농형전동기를 기동할 때 사용하는 기동권선(제동권선)이다.

※ 제동권선 : 3상 동기 전동기 : 난조발생 방지

                 3상 농형 유도전동기 : 기동토크 발생 (기동권선 역할)

                 농형전동기에는 스큐슬롯 , 경사슬롯, 사슬롯, 사구를 사용한다.

▣ 스큐스롯을 사용하는 목적

스큐슬롯

  ◎ 고조파 제거 (기전력의 파형 개선)

  ◎ 고조파의 소음 발생 방지 (클로우링 현상 방지)

【 권선형유도전동기】

 
권선형유도전동기

권선형 유도전동기는 회전내에 권선을 감은 형태의 전동기이다.

회전자 권선은 외부에 슬립링을 통해 외부의 가변저항과 연결된다.

 

※ R : 가변저항기의 저항, r2 : 회전자 내부에 있는 권선의 저항

고정자 1차 권선에 3상 교류 전류를 공급하면 회전자계가 발생하게 되고

이 회전자계를 끊어 주어 유도기전력을 발생시켜야 회전력을 얻을 수 있다.

권선형 유도 전동기는 농형과 달리 2차 저항을 가변할 수 있다.

⊙ 권선형 유도 전동기의 2차 저항을 가변하는 이유

   ◎ 기동할 때 기동전류를 제한하는 역할 R ↑ ⇒ I ↓

   ◎ 기동토크를 개선할 때 토크 τ ↑

   ◎ 속도 제어 (조정)​ ​​

 

※ 권선형 유도전동기는 회전자 권선에 전류가 흐르고 이 권선에는 저항이 브러쉬로

   연결되어 있으므로 브러쉬에 의한 손실, 그리고 전류 I2R에 의한 손실이 발생하는

   등으로 효율이 좋지 않다. 따라서 권선형은 잘 사용되지 않는다.

 

 

 

 

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1. 지중전선로의 시설방법

가. 지중선로의 전선은 케이블을 사용하고 또한 관로식, 암거식 또는 직접 매설식에 따라

     시설해야 한다. (지중전선으로는 케이블만 사용한다)

 
케이블의 구조

[케이블 매설방식]

1) 직접 매설식 : 트로푸(함)에 넣어 지중에 직접 매설하는 방식

 
직접 매설식

2) 관로식 (맨홀방식) : 지중함과 관로를 통해 매설하는 방식

 
관로식

   ※ 지중함 (맨홀)과 지중함을 관로로 연결

3) 암거식 (터널방식) : 터널내에 선반을 설치하여 케이블을 설치

 
암거식

나. 지중전선로를 관로식 또는 암거식에 의하여 시설하는 경우 다음에 따라야 한다.

    관로식으로 시설하는 경우 매설깊이를 1[m] 이상으로 하되 매설 깊이가 충분하지 못한

    장소에는 견고하고 차량 기타 중량물의 압력에 견디는 것을 사용한다. 다만, 중량물의

    압력을 받을 우려가 없는 곳은 0.6[m] 깊이로 한다.

다. 지중전선로를 직접 매설식에 의하여 시설하는 경우 매설깊이를 차량 기타 중량물의

     압력을 받을 우려가 있는 장소는 1[m] 이상으로 하고 기타 장소에는 0.6[m] 이상의

     깊이로 매설한다. 또한 지중전선을 견고한 트라푸 기타 방호물에 넣어 시설할 것

라. 지중전선로에 사용하는 지중함은 다음에 따라 시설해야 한다.

  ① 지중함은 차량 기타 중량물의 압력에 견디는 구조로 할 것

  ② 지중함은 그 안에 고여 있는 물을 제거할 수 있는 구조일 것

  ③ 폭발성 또는 연소성의 가스가 침입할 우려가 있는 곳에 시설하는 지중함으로서

      그 크기가 1[㎥] 이상인 곳에는 통풍장치 또는 가스를 방산시키기 위한 적당한

      장치를 시설해야 한다.

   ④ 지중함의 뚜껑은 시설자 이외의 자가 쉽게 열 수 없도록 시설해야 한다.

   ⑤ 관, 암거 기타 지중전선로의 방호장치의 금속체 부분 금속체의 전선접속함 및 지중

        전선의 피복으로 사용하는 금속체에는 규정에 준하는 접지공사를 해야 한다.

   ⑥ 지중전선로는 기설 약전류전선로에 누설전류 또는 유도작용에 의하여 상호간에

       장해를 주지 아니하도록 기설 약전류 전선로로 부터 충분히 이격해야 한다.

【문제풀이】

문제 1. 다음 중에서 지중전선로의 전선으로 가장 알맞은 것은 ? ③ 케이블

문제 2. 지중전선로에 사용하는 전선은 ? ④ 케이블

문제 3. 지중전선로를 직접 매설식에 의하여 시설할 때 중량물의 압력을 받을 우려가 있는

장소에 지중전선로를 견고한 트라푸 기타 방호물에 넣지 않고도 시설할 수 있는 케이블

   은 ? ③ 콤바인 덕트 케이블

문제 4. 차량 기타 중량물의 압력을 받을 우려가 없는 장소에 지중전선을 직접 매설식에

   의하여 매설하는 매설깊이는 ? 0.6 [m]

문제 5. 지중전선로를 직접 매설식에 의하여 차량 기타 중량물의 압력을 받을 우려가 없는

    장소에 시설하는 경우 매설깊이는 ? 60 [㎝] 이상

문제 6. 지중전선로를 직접 매설식에 의하여 차량 기타 중량물의 압력을 받을 우려가 있는

    장소에 시설하는 경우 그 매설 깊이는 몇 [m] 이상이 되어야 하는가 ? ② 1 [m] 이상

문제 7. 차량 기타 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소에 직접 매설식으로 시설하는

    경우 매설깊이는 몇 [㎝] 이상이 되어야 하는가 ? ① 100 [㎝] 이상

문제 8. 폭발성 또는 연소성의 가스가 침입할 우려가 있는 곳에 지중함을 설치할 경우 지중

    함의 크기가 몇 [㎥] 이상이면 통풍장치 기타 가스를 방산시키기 위한 적당한 장치를 시설

    해야 하는가 ? 1 [㎥] 이상

문제 9. 지중전선로에 시설하는 지중함의 시설기준으로 옳지 않은 것은 ? ④

  ① 견고하고 차량 기타 중량물의 압력에 견딜 수 있을 것

  ② 그 안에 고인 물을 제거할 수 있는 구조일 것

  ③ 뚜껑을 시설자 이외의 자가 쉽게 열 수 없도록 할 것

  ④ 조명 및 세척이 가능하도록 할 것

문제 10. 지중전선로에 시설하는 지중함의 시설기준으로 옳지 않은 것은 ? ①

  ① 크기가 1 [㎥] 이상인 곳에는 밀폐구조로 할 것

  ② 뚜껑을 시설자 이외의 자가 쉽게 열 수 없도록 할 것

  ③ 지중함의 고인물을 제거할 수 있는 구조일 것

  ④ 견고하고 차량 기타 중량물의 압력에 견딜 것

문제 11. 지중전선로의 시설에 관한 사항으로 옳은 것은 ? ①

  ① 전선은 케이블을 사용하고 관로식, 암거식, 직접 매설식에 의하여 시설한다.

문제 12. 지중전선로는 기설 지중 약전류 전선에 대하여 다음 중 어느 것에 의하여 통신선

    에 장해를 주지 않도록 기설 약전류 전선으로 부터 충분히 이격시켜야 하는가 ?

  ④ 누설전류, 유도 작용

2. 지중 전선로의 이격거리 등

가. 압축가스를 사용하여 케이블에 압력을 가하는 장치는 다음에 따라 시설한다.

  ① 압축가스 또는 압유가 통하는 관, 압축가스 탱크 또는 압유탱크 및 압축기의 각각의

      최저 사용압력에 1.5배의 유압 또는 수압 (유압 또는 수입으로 시험하기 곤란한 경우에

      최저 사용압력의 1.25배의 기압)을 연속하여 10분간 가하여 시험했을 때 이에 견디고

      또한 누설하지 아니할 것

     ▣ 유압이나 수압 : 최저 사용압력의 1.5 배

     ▣ 기압 : 최저 사용압력의 1.25배

② 자동적으로 압축가스를 공급하는 가압장치는 감압밸브가 고장난 경우 압력이 현저히

    상승할 우려가 있는 압력관으로써 최고 사용압력의 294[kPa](킬로파스칼) 이상인

    것 및 압력탱크의 재료와 구조는 한국산업규격에 적합한 것일 것

③ 지중전선이 지중에 매설된 각종 시설물 등과 접근 또는 교차할 때에는 다음과 같이

    시설해야 한다.

  ⓐ 지중전선이 지중약전류 전선 등과 접근하거나 교차하는 경우 상호 이격거리를 저압

      또는 고압의 경우에는 30 [㎝] 이상 이격하고 특고압 지중전선의 경우에는 60 [㎝]

      이상 이격해야 한다.

     [이격거리] 특고압 지중전선 ⇔ 약전류전선 : 60 [㎝] 이상

   ⓑ 특고압 지중전선이 가연성이나 유독성의 유체를 내포하는 관과 접근 하거나 교차하는

       경우에는 상호간의 이격거리는 1 [m] 이상이어야 한다.

      [이격거리] 특고압 지중전선 ⇔ 가연성, 유독성의 관 : 1 [m] 이상

    ⓒ 특고압 지중전선이 제2항에 규정하는 관 이외의 관과 접근하거나 교차하는 경우에는

        상호간 이격거리는 30 [㎝] 이상이어야 한다.

    ⓓ 위 이격거리 이하로 시설되는 경우에는 지중전선과 위 시설물과의 사이에 견고한 내화

         성의 격벽을 설치하는 경우 이외에는 지중전선을 견고한 불연성 또는 난연성의 관에

         넣어 그 관이 위 시설물 등과 직접 접촉하지 아니하도록 시설해야 한다.

        ▣ 나머지 이격거리 : 30 [㎝] 이상

【문제풀이】

문제 1. 압축가스를 사용하여 케이블에 압력을 가하는 압축가스 탱크에 압력 시험시 최고

    사용압력의 몇 배의 유입을 몇 분간 가해야 하는가 ? ④ 1.5배 10분간

문제 2. 가스압 케이블을 사용하는 지중전선로에 가압장치의 최고 사용전압이 얼마 이상이

    면 한국산업규격에 적합한 것을 사용해야 하는가 ? ① 294 [kPa] 이상

문제 3. 사용전압이 300[V] 인 지중전선이 지중 약전류 전선과 접근 또는 교차하는 경우

    상호간에 내화성 격벽을 설치한다면 상호간의 이격거리는 몇 [㎝] 이하로 하여야 하는가

     ? 30 [㎝] 미만

문제 4. 지중전선이 지중약전류 전선 등과 접근하거나 교차하는 경우에 상호간의 이격거리

    가 저압 또는 고압의 지중전선과 몇 [㎝] 이하일 경우에는 지중전선과 지중 약전류 전선

    사이에 견고한 내화성의 격벽을 설치해야 하는가 ? 30 [㎝] 미만

문제 5. 고압 지중전선이 지중약전류 전선 등과 접근하여 몇 [㎝] 이하 일 때 양 전선사이에

    견고한 내화성 격벽을 설치하는 경우 이외에는 지중전선을 견고한 불연성 또는 난연성관

    에 넣어서 이 관이 지중 약전류 전선과 직접 접촉하지 아니하도록 시설해야 하는가 ?

      ④ 30 [㎝]

문제 6. 고압 지중전선이 지중약전류 전선과 접근하여 교차하는 경우 양전선 사이의 이격

    거리가 몇 [㎝] 이하일 경우 양 전선 사이에 견고한 불연성 또는 내화성의 격벽을 설치해

    야 하는가 ? 30 [㎝] 미만

문제 7. 특고압 지중전선과 지중 약전류전선 등이 접근 또는 교차하는 경우 양 전선 사이에

    견고한 내화성의 격벽을 시설하였다면 두 전선 사이의 이격거리는 몇 [㎝] 이하인 것으로

    볼 수 있는가 ? 60 [㎝]

문제 8. 특고압 가공전선이 가연성이나 유독성의 유체를 내포하고 있는 관과 접근하기 때문

    에 상호간에 견고한 내화성의 격벽을 시설하였다. 이들 관 상호간의 이격거리는 몇 [m]

    이하인가 ? 1 [m] 미만

문제 9. 특고압 지중전선과 고압 지중전선이 서로 교차하여 시설되는 경우 상호간의 이격거

    리는 최소 몇 [㎝] 이상이어야 하는가 ? 30 [㎝] 이상

 

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