동기발전기의 병렬운전

공개 문항 27개

1. 문항 1 전기기기 · 동기기

   동기발전기의 병렬운전에서 같지 않아도 되는 것은?

   1. 위상
   2. 주파수
   3. 용량
   4. 전압

   정답과 해설

   정답 3번

   동기발전기 병렬운전 조건은 전압·주파수·위상(파형)이 같아야 하지만, 용량(발전기 크기)은 달라도 된다.

   풀이

   정답은 용량이다.

   동기발전기를 병렬운전하기 위한 조건은 기전력의 크기(전압), 위상, 주파수, 파형이 서로 같아야 하며(3상의 경우 상회전 방향도 일치해야 함), 각 발전기의 용량(정격 출력)은 서로 달라도 무방하다.

   용량이 다른 발전기끼리도 부하 분담 비율을 용량에 비례하도록 조정하면 문제없이 병렬운전이 가능하기 때문이다.

   반대로 전압·주파수·위상이 다르면 무효순환전류나 유효순환전류가 흘러 발전기 손상이나 난조를 유발할 수 있으므로 반드시 일치시켜야 한다.

   암기 팁: '전압·주파수·위상·파형(+상회전)은 같아야 하고, 용량은 달라도 된다'로 병렬운전 조건을 구분해서 외운다.

   처음이라면

   두 명이 함께 물통을 나르듯, 발전기 두 대가 힘을 합쳐 전기를 만드는 것이 병렬운전(나란히 연결해 함께 돌리는 것)입니다.

   물통을 나를 때는 두 사람의 발 맞춤(리듬)이 중요하지, 몸집이 같을 필요는 없죠.

   발전기도 마찬가지입니다.

   같아야 할 것: 전압(전기 세기), 주파수(전기의 진동 속도), 위상(전기의 호흡/타이밍)

   달라도 되는 것: 용량(발전기의 크기, 즉 힘쎈지 약한지)

   큰 발전기와 작은 발전기도 각자 힘만큼 부하(일감)를 나눠 맡으면 문제없이 함께 돌아갑니다.

   이런 문제가 나오면 → '전압·주파수·위상·파형은 같게, 용량은 달라도 OK'로 외우면 됩니다.

   한 걸음 더

   동기발전기 병렬운전 조건: 전압(기전력 크기), 주파수, 위상, 파형(3상은 상회전 방향 포함) 일치.

   용량(정격 출력)은 달라도 부하 분담 비율을 용량 비례로 조정하면 병렬운전 가능하다.

   오답: ①②④가 어긋나면 유효/무효 순환전류가 흘러 발전기 손상이나 난조를 일으킨다.

   이 유형 패턴: 병렬운전 조건 문제는 '같아야 할 것'에서 용량만 예외로 빼내는 형태가 반복 출제된다.

   꿀팁: '전류' 빼고 '용량'만 달라도 된다 — 전압·주파수·위상·파형 4종 세트로 암기.

   • 동기 발전기 병렬 운전 조건
2. 문항 2 전기기기 · 동기기

   동기 발전기를 계통에 접속하여 병렬 운전할 때 관계 없는 것은?

   1. 전류
   2. 전압
   3. 위상
   4. 주파수

   정답과 해설

   정답 1번

   동기발전기 병렬운전 조건은 전압·위상·주파수·파형 일치이며 전류는 조건이 아니다.

   풀이

   정답 근거: 동기발전기의 병렬운전(계통연계) 조건은 기전력의 크기(전압), 위상, 주파수, 파형이 일치해야 하며, 각 발전기가 분담하는 부하 '전류'의 크기 자체는 병렬운전 투입 조건이 아니다(투입 후 부하분담으로 자연히 결정됨).

   오답 소거: ②전압, ③위상, ④주파수는 모두 병렬운전의 필수 일치 조건이다.

   핵심 공식: 없음(병렬운전 조건 암기: 전압·위상·주파수·파형 일치).

   암기팁: '병렬운전 조건에 전류는 없다'—전압·위상·주파수·파형 4가지만 기억.

   처음이라면

   발전기를 계통(전력망)에 붙여 함께 돌리는 것이 병렬 운전입니다. 새 발전기를 붙일 때는 계통과 '리듬'을 맞춰야 하는데, 안 맞으면 두 발전기 사이에 큰 순환전류가 흘러 기계가 손상될 수 있습니다.

   일치시켜야 할 조건은 전압(기전력 크기), 위상, 주파수, 파형의 4가지입니다.

   '전류'는 병렬 투입 조건에 들어가지 않습니다. 전류는 투입 후 각 발전기가 부하를 나눠 맡으면서 자연히 정해지는 결과이지, 미리 맞춰야 하는 조건이 아니기 때문입니다. 따라서 관계 없는 것은 전류입니다.

   ②전압, ③위상, ④주파수는 모두 필수 일치 조건이라 답이 될 수 없습니다.

   이런 문제가 나오면 → '병렬운전 조건 = 전압·위상·주파수·파형 4가지, 전류는 없다'로 암기하세요.

   한 걸음 더

   동기발전기 병렬운전(계통연계)의 일치 조건은 전압·위상·주파수·파형 4가지이고, 전류는 투입 후 부하분담으로 결정되는 양이라 조건이 아니다. 오답 ②③④는 모두 필수 조건이므로 소거된다.

   이 유형은 조건 나열형 개념 문제로 '관계 없는 것' 고르기가 자주 나온다.

   꿀팁: '전압·위상·주파수·파형 4총사, 전류는 아웃사이더'로 외운다.

   • 동기 발전기 병렬 운전 조건
3. 문항 3 전기기기 · 동기기

   동기 발전기의 병렬 운전 중 기전력의 위상차가 생기면 어떤 현상이 나타나는가?

   1. 무효 순환전류가 흐른다.
   2. 동기화 전류가 흐른다.
   3. 유효 순환전류가 흐른다.
   4. 단락사고가 발생한다.

   정답과 해설

   정답 2번

   병렬 운전 중 기전력의 위상(엇갈림 정도)이 어긋나면 위상을 다시 맞추려는 동기화 전류가 흐른다.

   풀이

   병렬 운전 중 기전력의 위상차가 생기면 동기화전류가 흐른다.

   이 전류가 위상을 일치시키는 방향으로 작용해 동기 상태를 유지시킨다.

   오답 소거: ① 무효순환전류는 기전력 크기가 다를 때 발생하는 것이고, ④ 단락사고는 극단적 위상차(180° 근처)에서만 발생한다.

   암기팁: 위상차→동기화전류, 크기차→무효순환전류.

   처음이라면

   두 사람이 자동차를 함께 밀 때 힘의 방향이 어긋나면 서로 밀당하며 방향을 맞추듯이, 발전기 두 대가 병렬로 돌아갈 때 기전력(전기를 만드는 힘)의 위상(타이밍, 엇갈림 정도)이 어긋나면 서로 타이밍을 맞추려는 전류가 흐릅니다. 이것을 동기화 전류라고 해요.

   ① 무효 순환전류는 위상이 아니라 기전력의 '크기'가 다를 때 흐르는 것이므로 오답.

   ④ 단락사고(전기가 폭발하듯 흐르는 사고)는 위상차가 거의 180°로 극단적일 때만 나는 특수한 경우라 오답.

   이런 문제가 나오면 → '위상차 = 동기화 전류, 크기차 = 무효 순환전류'로 외우면 바로 풀린다.

   한 걸음 더

   동기 발전기 병렬 운전에서 기전력 간 위상차가 생기면 위상을 일치시키는 방향으로 동기화 전류가 흘러 동기 상태를 유지한다.

   오답: ① 무효 순환전류는 기전력의 크기가 다를 때 발생. ④ 단락사고는 위상차가 약 180°일 때만 발생하는 극단적 경우.

   이 유형 패턴: 위상차→동기화 전류, 크기차→무효 순환 전류로 구분.

   꿀팁: '위상=동기(化)', '크기=무효' 키워드 연결로 암기하면 헷갈리지 않는다.

4. 문항 4 전기기기 · 동기기

   동기 발전기의 병렬운전 조건이 아닌 것은?

   1. 기전력의 크기가 같을 것
   2. 기전력의 위상이 같을 것
   3. 기전력의 주파수가 같을 것
   4. 기전력의 용량이 같을 것

   정답과 해설

   정답 4번

   동기발전기 병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형 일치이며, 용량은 조건이 아니다.

   풀이

   정답 근거: 동기 발전기의 병렬운전 조건은 기전력의 크기, 위상, 주파수, 파형이 각각 같아야 하는 것이며, 발전기의 용량(정격출력)이 서로 다르더라도 병렬운전이 가능하므로 기전력의 용량이 같을 것은 병렬운전 조건이 아닙니다.

   오답 소거: 기전력의 크기가 같을 것, 위상이 같을 것, 주파수가 같을 것은 모두 동기 발전기 병렬운전의 필수 조건입니다(파형이 같을 것도 조건에 포함되나 이 보기에는 없음).

   핵심 개념: 병렬운전 조건 4가지(크기·위상·주파수·파형), 용량은 조건 아님.

   암기팁: 용량(크기의 절대량)은 달라도 되고, 전압 파형의 질(크기·위상·주파수·파형)만 맞으면 된다고 기억하세요.

   처음이라면

   발전기 두 대를 나란히(병렬로) 계통에 연결하려면 서로 충돌 없이 안정적으로 돌아가도록 조건을 맞춰야 합니다. 그 조건은 기전력의 ①크기 ②위상 ③주파수 ④파형이 같을 것, 이렇게 네 가지입니다.

   크기나 위상이 다르면 두 발전기 사이에 순환전류가 흘러 손실과 고장의 원인이 되고, 주파수가 다르면 서로 끌어당기는 힘(동기화력)이 생겨 심하면 사고로 이어집니다.

   그런데 '용량이 같을 것'은 조건에 들어가지 않습니다. 용량이 다른 발전기들도 위 조건만 맞추면 아무 문제 없이 병렬운전할 수 있는데, 각 발전기가 자기 용량에 맞게 부하를 분담하면 되기 때문입니다.

   이런 문제가 나오면 → 병렬운전 조건 4가지(크기·위상·주파수·파형)에 없는 보기가 정답이다.

   한 걸음 더

   병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형 일치 4가지이고, 용량 일치는 조건이 아니다.

   용량이 달라도 각기 부하를 분담하면 병렬운전 가능하므로 ④만 제외 대상이고, ①②③은 순환전류·비동기 사고를 막는 필수 조건이다.

   이 유형은 조건 4가지에서 벗어난 보기를 고르는 소거법 문제로 자주 반복 출제된다.

   꿀팁: "큰위주파(크기·위상·주파수·파형)"로 외우고, 용량·효율·극수가 보이면 답으로 의심하라.

   • 동기 발전기 병렬 운전 조건
5. 문항 5 전기기기 · 동기기

   병렬운전 중인 동기 임피던스 5[Ω]인 2대의 3상 동기발전기의 유도기전력에 200[V]의 전압 차이가 있다면 무효순환전류[A]는?

   1. 5
   2. 10
   3. 20
   4. 40

   정답과 해설

   정답 3번

   병렬 발전기 두 대 사이에 전압 차이가 있으면 그 차이를 두 동기 임피던스의 합으로 나눈 만큼 순환전류가 흐른다.

   풀이

   정답 근거: 병렬 운전 중인 두 동기발전기 사이에 기전력 차이가 있으면 무효 순환전류가 흐르며, 이는 $I_c=\frac{E_a-E_b}{Z_a+Z_b}=\frac{200}{5+5}=20[\text{A}]$로 계산된다.

   오답 소거: 5, 10, 40[A]는 임피던스 합산이나 전압차 대입을 잘못한 값이다.

   핵심 공식: 무효순환전류 $I_c=\frac{\Delta E}{Z_a+Z_b}$ (기전력 크기 차이에 의한 순환전류).

   암기팁: '전압차를 두 임피던스의 합으로 나눈다'는 단순 옴의 법칙 형태로 기억.

   처음이라면

   두 개의 물통을 호스로 연결했는데 수면 높이(전압)가 다르면, 높이 차이만큼 물이 호스를 따라 계속 돌며 흐르죠. 발전기 두 대를 병렬(나란히) 연결했을 때도 똑같아서, 유도기전력(발전기가 만드는 전압)에 차이가 있으면 순환전류(빙글빙글 도는 전류)가 흐릅니다.

   이 전류의 크기는 옴의 법칙처럼 구해요.

   전압 차이(200V)를 나눈다.

   나누는 것은 두 발전기의 임피던스(전류를 막는 힘)의 '합'이다.

   임피던스 합 = 5 + 5 = 10[Ω]

   순환전류 = 200 ÷ 10 = 20[A]

   이런 문제가 나오면 → '전압차 ÷ 임피던스 합'만 떠올리면 된다.

   한 걸음 더

   공식: 무효순환전류 $I_c=\frac{\Delta E}{Z_a+Z_b}$

   $I_c=\frac{200}{5+5}=20$[A]

   오답: 40[A]는 임피던스 하나(5[Ω])로만 나눈 값, 10[A]·5[A]는 임피던스나 전압 대입 오류.

   이 유형 패턴: 병렬 동기발전기 + 기전력 차 → 무효순환전류, 항상 임피던스 '합'으로 나눈다.

   꿀팁: 유효순환전류는 위상각 차, 무효순환전류는 기전력 크기 차에서 발생한다는 점도 함께 암기.

   • 임피던스
6. 문항 6 전기기기 · 동기기

   3상 동기 발전기 병렬운전 조건이 아닌 것은?

   1. 전압의 크기가 같을 것
   2. 회전수가 같을 것
   3. 주파수가 같을 것
   4. 전압 위상이 같을 것

   정답과 해설

   정답 2번

   동기발전기 병렬운전 조건은 기전력의 '크기·주파수·위상·파형' 4가지가 같아야 하는 것으로, 회전수는 극수에 따라 달라질 수 있어 조건에 해당하지 않는다.

   풀이

   정답 근거: 3상 동기발전기의 병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 같아야 하는 것이며, 회전수는 극수가 다르더라도 주파수만 같으면 조건이 충족되므로(예: 극수가 다른 두 발전기도 주파수를 맞추면 병렬운전 가능) 독립적인 병렬운전 조건으로 보지 않는다.

   오답 소거: 전압 크기, 주파수, 위상이 같아야 하는 것은 모두 병렬운전의 필수 조건이다.

   핵심 개념: 병렬운전 조건=기전력 크기·위상·주파수·파형 일치 (회전수는 극수에 따라 달라질 수 있어 별도 조건 아님).

   암기팁: '전압·주파수·위상·파형' 4가지만 병렬운전 조건으로 암기하고 회전수는 제외.

   처음이라면

   발전소에 있는 커다란 발전기 여러 대가 한 전력망에 함께 붙어 일하는 것을 '병렬운전(여러 발전기가 함께 전기를 만들어 보내는 것)'이라고 해요.

   병렬운전을 하려면 서로 리듬이 맞아야 해요. 노래방에서 친구와 듀엣할 때 목소리 크기, 박자, 시작하는 순간이 맞아야 하는 것처럼요.

   발전기들도 4가지가 같아야 해요.

   ① 전압의 크기(세기)

   ③ 주파수(1초에 몇 번 왕복하는지, 우리나라는 60Hz)

   ④ 전압의 위상(파도가 시작되는 순간)

   그리고 파형(모양)도 같아야 해요.

   그런데 회전수(1분에 몇 번 도는지)는 꼭 같지 않아도 돼요.

   극수(자석의 N,S 쌍 개수)가 다른 발전기는 같은 주파수를 만들려면 회전수가 달라야 하거든요.

   예를 들어 극수가 많은 발전기는 천천히 돌고, 적은 발전기는 빨리 돌어도 주파수 60Hz로 똑같이 만들 수 있어요.

   이런 문제가 나오면 → 병렬운전 조건은 '크기·주파수·위상·파형' 4가지! 회전수는 함정이라고 외우면 돼요.

   한 걸음 더

   동기발전기 병렬운전(동기 투입) 조건: 기전력의 크기, 주파수, 위상, 파형이 일치해야 한다.

   ② 회전수는 조건이 아니다. $f=\frac{PN}{120}$에서 극수 P가 다르면 회전수 N이 달라도 주파수를 맞출 수 있기 때문이다.

   ①③④는 모두 병렬운전의 필수 조건이므로 정답에서 제외.

   이 유형 패턴: 병렬운전 조건 문제는 '전압(크기·위상)·주파수·파형' 4종 세트 외의 보기가 정답.

   시험 꿀팁: '크·주·위·파'로 외우고, '회전수·역률·출력' 등이 보기에 있으면 정답 후보로 노려라.

7. 문항 7 전기기기 · 동기기

   동기발전기를 병렬 운전하는데 필요한 조건이 아닌 것은?

   1. 기전력의 파형이 작을 것.
   2. 기전력의 위상이 같을 것.
   3. 기전력의 주파수가 같을 것.
   4. 기전력의 크기가 같을 것.

   정답과 해설

   정답 1번

   동기발전기 병렬운전 조건은 크기·위상·주파수·파형이 모두 '같아야' 하는 것으로, '파형이 작을 것'은 조건이 아니다.

   풀이

   정답 근거: 동기발전기의 병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 서로 같아야 한다.

   '파형이 작을 것'이라는 조건은 존재하지 않으며, 올바른 조건은 '파형이 같을 것'이다.

   오답 소거: ②③④(위상, 주파수, 크기가 같을 것)는 모두 실제 병렬운전 필수 조건이다.

   핵심 공식: 병렬운전 조건 4가지 - 크기·위상·주파수·파형이 같을 것(상회전 방향도 일치 필요).

   암기팁: '크·위·주·파(크기,위상,주파수,파형)가 같아야 병렬 가능'으로 암기한다.

   처음이라면

   두 발전기를 함께 연결해 쓰는 것을 병렬운전이라고 해요. 마치 두 사람이 같은 자동차를 함께 밀 때 힘의 방향과 속도가 맞아야 자동차가 부드럽게 굴러가듯이, 두 발전기도 서로 '같은 상태'여야 합니다.

   병렬운전의 4가지 조건 (모두 '같을 것'!):

   ① 기전력(전기를 만드는 힘)의 크기가 같을 것

   ② 기전력의 위상(전기 흐름의 타이밍)이 같을 것

   ③ 기전력의 주파수(전기가 흔들리는 속도)가 같을 것

   ④ 기전력의 파형(전기의 모양)이 같을 것

   문제의 ①번 '파형이 작을 것'은 조건에 없어요. 파형은 '작을 것'이 아니라 '같을 것'이 정답 조건입니다. 그래서 조건이 아닌 것은 ①번!

   이런 문제가 나오면 → '크·위·주·파가 같아야 한다'를 외우고, '같다'가 아닌 이상한 표현(작다, 크다 등)을 골라내면 됩니다.

   한 걸음 더

   동기발전기 병렬운전 조건: 기전력의 ① 크기 ② 위상 ③ 주파수 ④ 파형이 모두 '같을 것'.

   ① '파형이 작을 것'은 존재하지 않는 조건 → 정답. 올바른 조건은 '파형이 같을 것'이다.

   ②③④(위상·주파수·크기가 같을 것)는 실제 병렬운전 필수 조건이므로 오답.

   이 유형 패턴: '같을 것' 4형제(크·위·주·파)에서 벗어난 표현을 고르는 문제.

   시험 꿀팁: '크위주파(크기·위상·주파수·파형) 같아야 병렬'으로 통째로 암기하면 변형 문제도 다 맞힐 수 있다.

   • 동기 발전기 병렬 운전 조건
8. 문항 8 전기기기 · 정류기 및 제어기기

   DIAC의 사용 용도는?

   1. 교류를 직류로 변환에 사용
   2. 정전압에 사용
   3. 교류 제어용
   4. 트리거 발생용

   정답과 해설

   정답 4번

   DIAC은 자체로 전력을 제어하지 않고 TRIAC이나 SCR을 켜주는 트리거(방아쇠) 신호를 만들어주는 소자다.

   풀이

   DIAC(Diode for Alternating Current)은 게이트 단자 없이 항복전압에 도달하면 양방향으로 도통하는 2단자 소자로, 그 자체로는 전력 제어에 사용되지 않고 주로 TRIAC이나 SCR의 게이트에 정확한 타이밍의 트리거 펄스를 발생시켜 공급하는 트리거 발생용으로 사용된다.

   정류, 정전압, 교류 직접 제어는 각각 다이오드, 제너 다이오드, TRIAC/SCR의 역할이다.

   핵심 공식: DIAC = 트리거 신호 발생 소자(TRIAC 게이트 구동용)

   암기팁: 'DIAC은 TRIAC의 방아쇠(트리거) 역할'로 암기.

   처음이라면

   총을 쏠 때 방아쇠를 당겨야 총이 발사되듯이, DIAC은 TRIAC(양방향 전류를 제어하는 소자)이라는 '총'을 쏘게 해주는 '방아쇠' 역할을 합니다.

   DIAC(양방향 다이오드)은 게이트(제어 단자)가 없는 2단자 소자인데, 양쪽 방향 어느 쪽이든 전압이 일정 수준(항복전압)에 도달하면 켜지면서 펄스(짧은 전기 신호)를 내보냅니다.

   이 펄스가 TRIAC의 게이트에 전달되어 TRIAC이 정확한 타이밍에 켜지도록 해줍니다.

   즉, DIAC은 혼자서 전력을 제어하지 않고 '트리거 발생용(방아쇠 신호를 만들어주는 용도)'으로 쓰입니다.

   이런 문제가 나오면 → 'DIAC = TRIAC의 방아쇠'를 떠올리면 됩니다.

   한 걸음 더

   DIAC은 게이트가 없는 2단자 양방향 소자로, 항복전압 도달 시 양방향 도통하며 펄스를 발생 → TRIAC/SCR의 게이트 구동용(트리거 발생용) 소자다.

   ① 정류는 다이오드, ② 정전압은 제너 다이오드, ③ 교류 전력 제어는 TRIAC의 역할이라 오답.

   이 유형 패턴: DIAC 문제는 '트리거 발생'이 거의 정답.

   꿀팁: SCR·TRIAC·DIAC이 함께 나오면 TRIAC=교류제어, DIAC=트리거로 구분해서 암기.

9. 문항 9 전기기기 · 동기기

   6극 1200[rpm]의 교류 발전기와 병렬 운전하는 극수 8의 동기 발전기의 회전수[rpm]는?

   1. 1200
   2. 1000
   3. 900
   4. 750

   정답과 해설

   정답 3번

   병렬 운전하는 발전기는 주파수가 같아야 하므로, 6극 1200rpm의 주파수(60Hz)에 8극 발전기를 맞추면 900rpm이 된다.

   풀이

   동기발전기(교류발전기)의 주파수는 $f = \frac{PN}{120}$로 계산한다.

   6극, 1200rpm인 발전기의 주파수는 $f = \frac{6 \times 1200}{120} = 60\text{Hz}$이다.

   병렬운전을 하려면 두 발전기의 주파수가 반드시 같아야 하므로, 8극 발전기도 60Hz로 운전해야 하고 이때 회전수는 $N = \frac{120f}{P} = \frac{120 \times 60}{8} = 900\text{rpm}$이 된다.

   핵심공식: 병렬운전 조건 중 하나인 "주파수가 같아야 한다"를 이용해 극수가 다른 발전기의 회전수를 구하는 전형적 문제이다.

   정답은 3번(900)이다.

   처음이라면

   두 대의 발전기가 병렬 운전(함께 전기를 만들어 한 선에 연결)하려면 '흔들리는 속도', 즉 주파수(1초에 전기가 왕복하는 횟수)가 반드시 같아야 해요. 다르면 서로 부딪히면서 전기가 엉망이 되거든요.

   먼저 6극 발전기의 주파수를 구해봅시다.

   주파수 = 극수 × 회전수 ÷ 120

   $f = \frac{6 \times 1200}{120} = 60$Hz

   이제 8극 발전기도 같은 60Hz를 만들어야 합니다.

   회전수 = 120 × 주파수 ÷ 극수

   $N = \frac{120 \times 60}{8} = 900$rpm

   이런 문제가 나오면 → 병렬 운전 = 주파수 동일, 극수가 커지면 회전수는 작아진다고 기억하세요.

   한 걸음 더

   동기발전기 주파수 공식: $f = \frac{PN}{120}$

   6극 1200rpm → $f = \frac{6 \times 1200}{120} = 60$Hz

   병렬운전 조건에 의해 8극도 60Hz → $N = \frac{120f}{P} = \frac{120 \times 60}{8} = 900$rpm

   ①1200은 극수 변화를 무시한 오답, ④750은 50Hz로 잘못 계산한 경우.

   이 유형 패턴: 병렬운전 → 주파수 일치 조건으로 극수·회전수 역산.

   꿀팁: P×N이 120의 배수가 되도록 빠르게 맞춰보면 검산이 쉽다.

10. 문항 10 전기기기 · 동기기

    동기 발전기 2대를 병렬 운전하고자 할 때 필요로 하는 조건이 아닌 것은?

    1. 발생 전압의 주파수가 서로 같아야 한다.
    2. 각 발전기에서 유도되는 기전력의 크기가 같아야 한다.
    3. 발전기에서 유도된 기전력의 위상이 일치해야 한다.
    4. 발전기의 용량이 같아야 한다.

    정답과 해설

    정답 4번

    동기발전기 병렬운전 조건은 '기전력 크기·주파수·위상·파형'이 같아야 하는 것이고, 용량은 달라도 상관없다.

    풀이

    정답 근거: 동기발전기 병렬운전 조건은 기전력의 크기, 주파수, 위상, 파형이 서로 같아야 하는 것이며, 발전기의 용량(출력)은 서로 달라도 병렬운전에 문제가 없다.

    오답 소거: 주파수 일치, 기전력 크기 일치, 위상 일치는 모두 병렬운전의 필수 조건이며 이를 지키지 않으면 큰 순환전류나 위상차 사고가 발생할 수 있다.

    핵심 개념: 병렬운전 4대 조건 = 기전력 크기·주파수·위상·파형(상회전방향, 3상의 경우) 일치.

    암기팁: '크기·주파수·위상·파형은 같아야, 용량·부하는 달라도 OK'로 암기.

    처음이라면

    두 대의 발전기를 나란히 연결해 함께 돌리는 것(병렬 운전)을 비유하면, 두 사람이 같은 그네를 함께 밀 때 '같은 속도, 같은 타이밍, 같은 힘'으로 밀어야 한 것과 같아요.

    병렬 운전 조건은 4가지예요.

    ① 주파수(1초에 진동하는 횟수)가 같을 것

    ② 기전력(발전기가 만드는 전압)의 크기가 같을 것

    ③ 기전력의 위상(파도가 출발하는 타이밍)이 일치할 것

    ④ 파형이 같을 것

    하지만 발전기의 용량(발전기의 크기, 출력 능력)은 같을 필요가 없어요. 큰 발전기와 작은 발전기도 조건만 맞으면 나란히 돌릴 수 있습니다.

    이런 문제가 나오면 → '크기·주파수·위상·파형은 같아야, 용량은 달라도 OK!'로 외우면 돼요.

    한 걸음 더

    동기발전기 병렬운전(동기 투입) 조건: 기전력 크기, 주파수, 위상, 파형(3상의 경우 상 회전 방향 포함) 일치.

    ①②③은 모두 필수 조건이다.

    용량이 다른 발전기도 부하 분담 비율만 조절하면 병렬 운전 가능하다. 조건이 안 맞으면 큰 순환전류가 흘러 사고가 난다.

    이 유형 패턴: '용량' 또는 '부하'가 조건에 섞여 있으면 그게 답.

    꿀팁: '크·주·위·파' 암기, 용량·부하 달라도 OK.

    • 동기 발전기 병렬 운전 조건
11. 문항 11 전기기기 · 동기기

    동기임피던스를 알 수 있는 시험은?

    1. 무부하 시험
    2. 단락시험
    3. 유도시험
    4. 개방시험

    정답과 해설

    정답 2번

    동기 임피던스는 무부하 시험의 개방전압을 단락 시험의 단락전류로 나눠 구하므로, 핵심 데이터인 단락전류를 얻는 단락시험이 정답이다.

    풀이

    동기 임피던스(Zs)는 무부하 포화곡선과 3상 단락곡선(단락시험 결과)을 이용해 산출한다.

    특정 계자전류에서의 무부하 유기전압(개방전압)을 그때의 단락전류로 나누어 구하며, 이는 발전기의 전압변동률과 단락비 계산에 활용된다.

    즉 동기 임피던스를 알기 위해서는 무부하시험과 단락시험이 모두 필요하지만, 임피던스 값 자체는 주로 단락시험의 결과(단락전류)를 이용해 산출한다.

    핵심 공식: Zs = (무부하 상전압) / (단락전류)

    암기팁: '단락시험→단락전류→Zs 산출'로 흐름 암기.

    처음이라면

    전기가 흐르는 길이 막힌 상태를 '단락(짧게 연결되어 전류가 크게 흐르는 상태)'이라고 해요. 마치 수도관을 아주 굵게 바꾸면 물이 엄청 세게 흐르는 것처럼, 단락이 되면 전류가 아주 크게 흐릅니다. 이때 흐르는 큰 전류(단락전류)를 재는 시험이 단락시험입니다.

    동기 임피던스(전기의 흐름을 방해하는 정도)는 다음처럼 구해요.

    Zs = 무부하 시험에서 잰 전압 ÷ 단락 시험에서 잰 전류

    즉 단락전류라는 재료를 얻으려면 단락시험이 필요합니다.

    ① 무부하 시험은 전압만 재는 시험, ③ 유도시험과 ④ 개방시험은 여기서 쓰지 않아요.

    이런 문제가 나오면 → '임피던스=단락시험'으로 바로 연상하세요.

    한 걸음 더

    동기 임피던스는 $Z_s = \frac{무부하\ 유기전압}{단락전류}$로 구한다. 단락전류를 얻는 핵심 시험이 단락시험이다.

    ① 무부하 시험은 전압 측정용, ③ 유도시험·④ 개방시험은 무부하 시험의 다른 이름/관련 시험으로 직접 Zs를 주지 않는다.

    이 유형 패턴: 동기발전기 시험 관련 문제는 '임피던스→단락시험, 철손·포화→무부하(개방)시험'으로 구분.

    꿀팁: 변압기에서도 '임피던스·동손→단락시험, 철손→무부하시험'으로 동일 패턴이니 함께 암기하면 일석이조.

12. 문항 12 전기기기 · 동기기

    동기발전기를 병렬 운전할 때 기전력의 크기가 다르면?

    1. 무효 순환전류발생
    2. 난조 발생
    3. 고주파 전류 발생
    4. 동기 검전기 점등

    정답과 해설

    정답 1번

    동기발전기 병렬 운전 중 기전력의 크기(진폭)가 다르면 그 차이를 없애려는 무효 순환전류가 발생한다.

    풀이

    병렬 운전 중인 두 동기발전기의 기전력 크기(진폭)가 서로 다르면, 그 차이를 같게 만들려는 방향으로 무효 순환전류가 두 발전기 사이에 흐르게 된다.

    이 무효 순환전류는 유효전력에는 기여하지 않고 권선의 저항손(동손)만 증가시킨다.

    참고로 위상차가 다르면 동기화(유효) 전류가, 주파수가 다르면 난조나 탈조가 발생한다.

    핵심 공식: 기전력 크기 차이 → 무효 순환전류 발생

    암기팁: '크기 다르면 무효, 위상 다르면 유효(동기화)전류'로 구분.

    [참고] 전기기능사 시험에서는 이러한 정의와 수치를 정확히 구분하여 묻는 문제가 자주 출제되므로, 관련 용어와 규정값을 서로 짝지어 반복 학습해 두는 것이 실전에서 큰 도움이 된다.

    처음이라면

    두 대의 발전기를 나란히 연결해 함께 돌리는 것을 병렬 운전이라고 해요. 이때 두 발전기가 만드는 기전력(전기 힘)의 크기가 다르면 어떻게 될까요?

    물통 두 개의 수위(물 높이)가 다르면 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 물이 계속 흐르듯이, 기전력 크기 차이를 없애려고 두 발전기 사이에 전류가 계속 돌아다닙니다.

    이 전류는 실제 일을 하는 전력(유효전력)에는 도움이 되지 않아서 '무효' 순환전류라고 불려요. 그냥 전기 에너지를 열로 낭비(동손 증가)할 뿐입니다.

    정답은 무효 순환전류 발생입니다.

    참고로 주파수가 다르면 난조(발전기가 어긋나서 흔들리는 현상)가 생깁니다(② 오답).

    이런 문제가 나오면 → '크기 다르면 무효, 주파수 다르면 난조'로 외우기!

    한 걸음 더

    동기발전기 병렬 운전 시 불일치 항목별 결과:

    • 기전력 크기(진폭) 차이 → 무효 순환전류
    • 위상차 → 유효(동기화) 전류
    • 주파수 차이 → 난조/탈조

    무효 순환전류는 유효전력 기여 없이 권선의 동손만 증가시킴. ② 난조는 주파수 불일치 시 발생하므로 오답.

    이 유형 패턴: 병렬 운전 조건 3가지(기전력 크기·위상·주파수)와 결과를 짝지어 출제.

    시험 꿀팁: '크기→무효, 위상→유효, 주파수→난조' 3단 암기로 바로 풀기.

13. 문항 13 전기기기 · 동기기

    2대의 동기 발전기의 병렬 운전 조건으로 같지 않아도 되는 것은?

    1. 기전력의 위상
    2. 기전력의 주파수
    3. 기전력의 임피던스
    4. 기전력의 크기

    정답과 해설

    정답 3번

    동기발전기 병렬 운전 조건은 기전력의 크기·주파수·위상·파형 일치 4가지이며, 내부 임피던스는 제외된다.

    풀이

    정답 근거: 동기 발전기 2대의 병렬 운전 조건은 기전력의 크기·주파수·위상·파형이 서로 같아야 하지만, 내부 임피던스(발전기 고유 특성)는 병렬 운전의 필수 일치 조건이 아니다.

    오답 소거: 기전력의 위상·주파수·크기가 다르면 순환전류나 동기화 실패, 출력 불균형이 발생하므로 반드시 일치해야 한다.

    핵심 개념: 병렬 운전 조건 4가지 = 크기, 위상, 주파수, 파형(임피던스는 제외).

    암기팁: '크기·위상·주파수·파형은 맞추고, 내부 임피던스는 달라도 된다'로 기억한다.

    처음이라면

    두 발전기를 한 계통에 나란히 연결해 함께 돌리는 것이 병렬 운전인데, 이때 서로 '밀고 당기지' 않도록 조건을 맞춰야 합니다.

    조건은 네 가지로, 기전력의 크기(전압), 주파수, 위상, 파형이 서로 같아야 합니다. 크기가 다르면 순환전류(두 발전기 사이를 도는 불필요한 전류)가 흐르고, 주파수나 위상이 다르면 동기화에 실패해 심하면 보호계전기가 동작합니다.

    반면 임피던스(내부 저항 성분)는 발전기마다 설계가 다른 고유 특성이라 굳이 같을 필요가 없습니다. 실제로도 용량이 다른 발전기들을 병렬 운전합니다. 따라서 '같지 않아도 되는 것'은 기전력의 임피던스입니다.

    이런 문제가 나오면 → 병렬 운전 조건 '크기·주파수·위상·파형' 4가지만 외우고 임피던스는 예외로 기억한다.

    한 걸음 더

    동기발전기 병렬 운전 조건 = 기전력의 크기·주파수·위상·파형 일치. 임피던스는 기계 고유치라 같지 않아도 되므로 답은 기전력의 임피던스.

    크기·주파수·위상이 어긋나면 순환전류 발생·동기화 실패로 병렬 투입이 불가능하므로 나머지 선택지는 필수 일치 조건이다.

    이 유형은 병렬 운전 조건 4가지에서 '제외 항목'을 묻는 패턴으로 자주 출제된다.

    꿀팁: '크기·주파수·위상·파형 O, 임피던스 X'로 통째로 외운다.

    • 동기 발전기 병렬 운전 조건
14. 문항 14 전기기기 · 동기기

    병렬 운전 중인 두 동기 발전기의 유도 기전력이 200[V], 위상차 60$^\circ$, 동기 리액턴스 10[$\Omega$]이다. 유효 순환전류[A]는?

    1. 5
    2. 10
    3. 15
    4. 20

    정답과 해설

    정답 2번

    병렬 운전 시 유효 순환전류는 Is=E sin(δ/2)/Xs, 위상차 절반의 사인을 취한다.

    풀이

    위상차 $\delta$가 있을 때 흐르는 유효 순환전류(동기화전류)는 $I_s=\frac{E\sin(\delta/2)}{X_s}$이다.

    $I_s=\frac{200\times\sin30°}{10}=\frac{200\times0.5}{10}=10[\text{A}]$이다.

    오답 소거: ④ 20은 sin값을 1로 잘못 놓은 값이고, ① 5는 분모를 2배로 잘못 잡은 값이다.

    핵심 공식: $I_s=\frac{E\sin(\delta/2)}{X_s}$ — 위상차의 절반에 sin을 취한다.

    처음이라면

    두 발전기를 병렬 운전할 때 기전력 사이에 위상차 δ가 생기면 벡터차에 의해 순환전류가 흐릅니다. 이때 유효 순환전류는 공식 Is = E·sin(δ/2) / Xs 로 구합니다.

    공식에 값을 대입하면 E=200V, δ=60°, Xs=10Ω이므로

    Is = 200 × sin(30°) / 10 = 200 × 0.5 / 10 = 10[A]가 됩니다.

    ④ 20A는 sin을 1로 잘못 본 값이고, ① 5A는 분모를 2배로 잘못 잡은 값이니 주의하세요.

    이런 문제가 나오면 → '위상차의 절반'에 사인을 취한다는 점만 기억하면 됩니다.

    한 걸음 더

    유효 순환전류(동기화전류)는 Is=E sin(δ/2)/Xs이고, 200×sin30°/10=200×0.5/10=10A.

    오답 소거: ④는 sin=1로, ①은 분모를 2Xs로 잘못 계산한 값이다.

    패턴: 병렬 운전 순환전류 문제는 거의 항상 δ/2의 사인 공식으로 출제된다.

    꿀팁: '위상차는 반으로 쪼개 사인' — 60°면 sin30°=0.5.

15. 문항 15 전기기기 · 동기기

    3상 동기 발전기를 병렬운전 시키는 경우 고려하지 않아도 되는 것은?

    1. 주파수가 같을 것
    2. 회전수가 같을 것
    3. 위상이 같을 것
    4. 전압 파형이 같을 것

    정답과 해설

    정답 2번

    동기발전기 병렬운전 조건은 전압·주파수·위상·파형 일치이며, 회전수는 조건이 아니다.

    풀이

    정답 근거: 동기발전기 병렬운전 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 같아야 하는 것이며, 회전수(N=120f/P) 자체는 극수(P)가 다르면 주파수가 같아도 서로 다를 수 있으므로 회전수 일치는 필수 조건이 아니다.

    오답 소거: 주파수가 같을 것, 위상이 같을 것, 전압파형이 같을 것은 모두 병렬운전의 필수 조건이다.

    핵심 개념: 극수가 다른 두 발전기도 주파수만 같으면 병렬운전이 가능하다(회전수는 서로 달라도 무방).

    암기팁: '조건은 주파수·전압(크기)·위상·파형 4가지, 회전수(rpm) 자체는 조건이 아니다'로 기억.

    처음이라면

    발전기 두 대를 병렬로 연결해 같은 계통에 붙이려면 서로 규합이 맞아야 합니다. 병렬운전 조건은 4가지입니다: 기전력의 크기(전압), 주파수, 위상, 전압 파형이 각각 같을 것.

    그런데 '회전수(rpm)'는 조건에 들어가지 않습니다. 주파수는 f = P×N/120(P: 극수, N: 회전수)로 결정되는데, 극수가 다른 발전기들은 주파수가 같아도 회전수가 서로 다를 수 있기 때문입니다.

    따라서 고려하지 않아도 되는 것은 '회전수가 같을 것'입니다. 주파수·위상·파형 일치는 모두 필수 조건이므로 고려해야 합니다.

    이런 문제가 나오면 → 병렬운전 조건 '전압·주파수·위상·파형' 4가지를 외우면 회전수가 자동으로 답으로 보입니다.

    한 걸음 더

    동기발전기 병렬운전 조건은 기전력 크기·주파수·위상·파형의 일치 4가지이고, 회전수는 N=120f/P에서 극수가 다르면 달라져도 되므로 조건이 아니다. 주파수·위상·파형 일치는 필수 조건이라 소거된다.

    '조건 4가지 + 회전수 예외'가 반복되는 출제 패턴이다.

    꿀팁: '전·주·위·파' 4단어에 없는 보기가 곧 정답이다.

    • 동기 발전기 병렬 운전 조건
16. 문항 16 전기기기 · 동기기

    6극, 1200[rpm] 동기 발전기로 병렬 운전하는 4극 교류 발전기의 회전수는 몇 $[\text{rpm}]$인가?

    1. 3600[rpm]
    2. 2400[rpm]
    3. 1800[rpm]
    4. 1200[rpm]

    정답과 해설

    정답 3번

    병렬 운전 조건은 주파수 일치, f=PN/120으로 6극 1200rpm=60Hz이고 4극은 1800rpm이다.

    풀이

    정답 근거: 병렬운전을 위해서는 두 발전기의 주파수가 같아야 한다.

    6극 1200rpm 발전기의 주파수는 $f=\frac{PN}{120}=\frac{6\times1200}{120}=60[Hz]$이며, 이 주파수에서 4극 발전기의 회전수는 $N'=\frac{120f}{P'}=\frac{120\times60}{4}=1800[rpm]$이다.

    오답 소거: 3600, 2400, 1200은 극수를 잘못 대입하거나 주파수 계산 과정에서 오류가 발생한 값이다.

    핵심 공식: $f=\frac{PN}{120}$, $N=\frac{120f}{P}$ (병렬운전 조건: 주파수 일치).

    암기팁: '병렬운전=주파수가 같아야 한다'는 조건을 먼저 세우고, 공통 주파수를 매개로 극수-회전수를 환산한다.

    처음이라면

    교류 발전기 두 대를 병렬 운전하려면 주파수가 같아야 합니다. 주파수가 다르면 두 발전기 사이에 큰 순환전류가 흘러 계통에 문제가 생기기 때문입니다.

    먼저 6극 1200rpm 발전기의 주파수를 구합니다. f=PN/120=(6×1200)/120=60[Hz]입니다.

    병렬 운전 중인 4극 발전기도 같은 60Hz여야 하므로, N=120f/P=120×60/4=1800[rpm]이 됩니다.

    ①②④의 3600·2400·1200rpm은 극수를 잘못 대입하거나 주파수 일치 조건 없이 계산한 값들입니다.

    이런 문제가 나오면 → '병렬 운전=주파수 동일'을 먼저 세우고, 주어진 발전기로 f를 구한 뒤 다른 발전기의 rpm을 되돌려 구하세요.

    한 걸음 더

    병렬 운전 조건은 주파수 일치. f=PN/120=6×1200/120=60Hz → N'=120f/P'=120×60/4=1800rpm.

    ①②④는 극수를 잘못 대입하거나 주파수 일치 조건을 무시한 계산 오류 값이다.

    이 유형은 f=PN/120 하나로 극수↔회전수↔주파수를 서로 환산하는 패턴이다.

    꿀팁: 'P×N=120×f' 관계식 하나로 묶어 외우면 어느 변량을 구하든 즉시 치환 가능.

    • 동기 발전기 병렬 운전 조건
    • 동기 발전기
17. 문항 17 전기기기 · 동기기

    동기발전기를 병렬 운전할 때 동기화 전류가 흐르는 경우는?

    1. 기전력의 크기가 다를 때
    2. 기전력의 파형이 다를 때
    3. 기전력의 주파수가 다를 때
    4. 기전력의 위상차가 다를 때

    정답과 해설

    정답 4번

    두 발전기의 기전력 위상이 다를 때, 위상을 맞추려는 방향으로 동기화 전류(유효 순환전류)가 흐른다.

    풀이

    동기발전기를 병렬 운전하는 중 두 발전기의 기전력 위상이 서로 다르면, 위상차를 없애 동기를 맞추려는 방향으로 동기화 전류(무효분이 아닌 유효분 순환전류)가 흐르게 되고, 이 전류에 의해 동기화력이 발생하여 위상을 일치시키는 방향으로 작용한다.

    크기·파형·주파수가 다른 경우는 각각 다른 종류의 순환전류나 난조를 유발한다.

    핵심 공식: 위상차 존재 → 동기화 전류(유효 순환전류) 발생

    암기팁: '위상차=동기화 전류', '크기차=무효 순환전류'로 구분 암기.

    처음이라면

    두 사람이 마주 보며 자전거 페달을 같이 돌려야 하는데, 한 사람이 살짝 늦게 돌리기 시작하면 서로 발 맞추려고 조절하듯이, 발전기 두 대도 위상(어느 타이밍에 전기를 만드는지)이 다르면 서로 맞추려는 힘이 작용합니다.

    이때 흐르는 전기를 '동기화 전류'라고 불러요.

    • 동기화 전류가 흐르는 조건: 두 발전기의 기전력(발전기가 만드는 전기 힘)의 위상이 다를 때
    • 이 전류 덕분에 '동기화력'이 생겨서 위상이 일치하는 방향으로 자동 조절됩니다.
    • 정답은 ④ 위상차가 다를 때

    이런 문제가 나오면 → '위상차 = 동기화 전류(유효분)'로 바로 ④를 고르면 됩니다.

    한 걸음 더

    동기발전기 병렬 운전 중 기전력의 위상차가 있으면, 이를 없애려는 방향으로 유효분 순환전류인 동기화 전류가 흐르고, 이에 의해 동기화력이 발생해 위상을 일치시킨다.

    ① 크기 차이 → 무효 순환전류, ③ 주파수 차이 → 난조(헌팅) 현상이므로 답이 아니다.

    이 유형 패턴: '위상차=동기화 전류(유효분)', '크기차=무효 순환전류'로 구분 암기.

    시험 꿀팁: 순환전류 종류(유효분/무효분)를 묻는 변형 문제도 자주 출제되므로 원인-결과 쌍으로 외울 것.

18. 문항 18 전기기기 · 동기기

    병렬운전 중인 동기발전기의 유도기전력이 2,000[V], 위상차 60∘ 일 경우 유효순환전류는 얼마인가? (단, 동기 임피던스는 $5[\Omega]$이다.)

    1. 500
    2. 1000
    3. 20
    4. 200

    정답과 해설

    정답 4번

    유효순환전류 Ic=(E/Zs)sin(δ/2)=(2000/5)×sin30°=200[A]이다.

    풀이

    정답 근거: 병렬운전 중 위상차가 있을 때 유효순환전류 Ic=(E/Zs)sin(δ/2)이다.

    Ic=(2000/5)×sin30°=400×0.5=200[A].

    오답 소거: 500, 1000, 20[A]는 각도나 나눗셈 계산을 잘못한 값이다.

    핵심 공식: $I_C=\frac{E}{Z_s}\sin\frac{\delta}{2}$. 암기팁: '위상차의 절반값에 대한 사인을 곱한다'는 것을 잊지 말 것.

    처음이라면

    병렬운전 중인 두 동기발전기의 유도기전력 사이에 위상차 δ가 있으면 두 기계 사이에 순환전류가 흐릅니다. 이때 유효순환전류는 Ic = (E/Zs) × sin(δ/2)로 구합니다.

    E=2000[V], Zs=5[Ω], δ=60°이므로 δ/2=30°이고 sin30°=0.5입니다.

    Ic = (2000/5) × 0.5 = 400 × 0.5 = 200[A]이므로 정답은 ④번입니다.

    ①500, ②1000은 sin값을 빠뜨리거나 각도를 잘못 잡은 값이고, ③20은 sin30°를 0.05로 잘못 계산한 값입니다. 핵심은 '위상차의 절반(δ/2)의 사인'을 곱한다는 것입니다.

    이런 문제가 나오면 → E/Zs를 먼저 구한 뒤 sin(δ/2)를 곱하세요.

    한 걸음 더

    Ic = (E/Zs)sin(δ/2) = (2000/5)×sin30° = 400×0.5 = 200[A] → ④

    오답 소거: 나머지는 sin 항 누락 또는 각도·sin값 착오로 나온 값이다.

    패턴: 병렬운전 순환전류는 유효분 (E/Zs)sin(δ/2)과 무효분 (E/Zs)(1−cos(δ/2))이 세트로 출제된다.

    꿀팁: '위상차는 반으로 쪼개 sin' — 60°가 보이면 30°의 sin=0.5부터 떠올려라.

19. 문항 19 전기기기 · 동기기

    8극 900rpm의 교류 발전기로 병렬 운전하는 극수 6의 동기발전기의 회전수는?

    1. 675[rpm]
    2. 900[rpm]
    3. 1200[rpm]
    4. 1800[rpm]

    정답과 해설

    정답 3번

    병렬 운전 조건은 주파수 일치: f=PN/120=60Hz, N=120f/P=1200rpm.

    풀이

    먼저 8극 900rpm 발전기의 주파수를 구하면 $f = \frac{P N}{120} = \frac{8 \times 900}{120} = 60[\text{Hz}]$이다.

    병렬운전 시 주파수가 같아야 하므로, 6극 동기발전기의 회전수는 $N = \frac{120f}{P} = \frac{120 \times 60}{6} = 1200[\text{rpm}]$이다.

    극수가 다른 발전기끼리 병렬운전할 때는 회전수가 아니라 주파수를 일치시켜야 한다는 점이 핵심이다.

    처음이라면

    발전기의 주파수는 f = PN/120(P: 극수, N: 회전수 rpm)로 구합니다. 8극 900rpm이면 f = 8×900/120 = 60[Hz]입니다.

    두 발전기를 병렬 운전하려면 주파수가 같아야 합니다. 극수가 달라도 맞춰야 하는 것은 회전수가 아니라 '주파수'라는 점이 핵심입니다.

    따라서 6극 발전기의 회전수는 N = 120f/P = 120×60/6 = 1200[rpm] → ③입니다.

    ② 900rpm이라 답하면 안 됩니다. 극수가 8→6으로 줄었으므로 같은 60Hz를 내려면 회전수가 더 올라가야 하기 때문입니다.

    이런 문제가 나오면 → 무조건 f = PN/120로 주파수를 먼저 구하고 역산하세요.

    한 걸음 더

    f = PN/120 = 8×900/120 = 60[Hz], 병렬 운전은 주파수 일치가 조건이므로 N = 120×60/6 = 1200[rpm] → ③.

    ②(900rpm 유지)는 극수 변화를 무시한 함정이고, ①·④도 주파수가 맞지 않아 오답.

    발전기 병렬 운전 문제는 '주파수 일치'를 묻는 표준 패턴이다.

    꿀팁: f = PN/120 하나로 극수·회전수·주파수를 서로 환산하라.

20. 문항 20 전기기기 · 동기기

    동기기의 자기여자 현상의 방지법이 아닌 것은?

    1. 단락비 증대
    2. 리액턴스 접속
    3. 발전기 직렬연결
    4. 변압기 접속

    정답과 해설

    정답 3번

    자기여자 방지법은 단락비 증대·리액턴스 접속·변압기 접속이고, 발전기 직렬연결은 무관하다.

    풀이

    자기여자 현상은 무부하 장거리 송전선(충전전류, 진상전류)에 의해 동기발전기의 계자가 스스로 여자되어 단자전압이 이상 상승하는 현상이다.

    방지법으로는 ① 단락비가 큰 발전기 사용(동기임피던스를 작게), ② 수전단에 분로 리액터 접속, ③ 변압기를 병렬로 접속하여 여자어드미턴스를 확보하는 방법 등이 있다.

    '발전기를 직렬로 연결'하는 것은 자기여자 방지와 무관한 방법으로, 이 문제에서 방지법이 아닌 것에 해당한다.

    처음이라면

    자기여자 현상은 무부하로 장거리 송전선을 운전할 때, 송전선의 충전전류(진상 전류) 때문에 발전기의 계자(전자석 코일)가 저절로 여자되어 단자전압이 이상하게 치솟는 현상입니다.

    방지법으로는 단락비가 큰 발전기 사용(동기 임피던스가 작아져 자기여자가 일어나기 어려움), 수전단에 분로 리액터(리액턴스)를 접속해 진상 전류를 상쇄, 변압기 접속 등이 있습니다.

    보기의 '발전기 직렬연결'은 자기여자 방지와 전혀 관계 없는 조치이므로, 방지법이 아닌 것으로 정답입니다.

    이런 문제가 나오면 → '단락비↑, 리액터, 변압기' 세 가지만 외우면 나머지 보기는 소거로 처리됩니다.

    한 걸음 더

    자기여자 = 무부하 장거리 송전선의 진상(충전)전류로 발전기가 자여자되어 전압 이상 상승. 방지법은 단락비 증대·분로 리액터 접속·변압기 접속이므로 직렬연결은 무관 → ③

    직렬연결은 여자 특성 개선 효과가 없어 바로 소거된다.

    이 유형은 '방지법 아닌 것 고르기'로, 방지법 3종만 정확히 외우면 즉답된다.

    꿀팁: '단·리·변'(단락비, 리액터, 변압기) 세 글자로 암기.

21. 문항 21 전기기기 · 동기기

    [변형] 동기임피던스 4Ω인 2대의 3상 동기 발전기의 유도 기전력에 160V의 전압 차이가 있다면 무효 순환 전류는?

    1. 40[A]
    2. 10[A]
    3. 16[A]
    4. 20[A]

    정답과 해설

    정답 4번

    무효순환전류 Ic=ΔE/(Zs₁+Zs₂)=160/(4+4)=20[A] — 임피던스 2대는 직렬 합.

    풀이

    병렬운전 중인 두 동기발전기 사이에 기전력 차이 $\Delta E=160V$가 있으면, 두 발전기의 동기임피던스가 직렬로 순환전류 경로를 구성하므로 무효순환전류 $I_c=\frac{\Delta E}{Z_{s1}+Z_{s2}}=\frac{160}{4+4}=20[A]$가 됩니다.

    분모에서 2Ω만 사용하는 실수를 하면 40A라는 오답이 나옵니다.

    원 기출의 수치 변형 문제입니다.

    처음이라면

    발전기 2대를 병렬 운전 중 유도기전력(내부에서 만드는 전압)에 차이가 생기면 두 기계 사이에 순환전류가 흐릅니다.

    이 전류의 통로는 1호기의 동기임피던스 → 2호기의 동기임피던스로, 두 임피던스가 직렬로 연결된 모양입니다.

    Ic = ΔE / (Zs₁ + Zs₂) = 160 / (4 + 4) = 20[A]

    ① 40[A]는 160/4로 임피던스 하나만 나눈 함정입니다. 순환전류는 두 발전기를 모두 지나므로 반드시 두 임피던스의 '합'으로 나눠야 합니다.

    이런 문제가 나오면 → 기전력 차에 의한 순환전류는 "ΔE ÷ 임피던스 합"으로 외우세요.

    한 걸음 더

    기전력 차 ΔE가 만드는 무효순환전류는 두 동기임피던스가 직렬로 폐회로를 이루므로 Ic=ΔE/(Zs₁+Zs₂)=160/(4+4)=20A.

    ① 40A는 임피던스 4Ω 하나만으로 나눈 함정이다.

    병렬운전 순환전류 문제는 "전압차 ÷ 임피던스 합" 패턴 하나로 통일된다.

    꿀팁: 순환전류는 두 발전기 몸통을 모두 통과하므로 "임피던스는 직렬 합"으로 기억하라.

22. 문항 22 전기기기 · 동기기

    병렬운전을 하고 있는 3상 동기 발전기에 동기화 전류가 흐르는 경우는 어느 때인가?

    1. 부하가 증가할 때
    2. 여자전류를 변화시킬 때
    3. 부하가 감소할 때
    4. 원동기의 출력이 변화할 때

    정답과 해설

    정답 4번

    원동기 출력이 바뀌면 기전력의 위상이 어긋나고, 그 위상차 때문에 동기화 전류가 흐른다.

    풀이

    원동기 출력이 바뀌면 기전력의 위상이 어긋나고, 그 위상차 때문에 동기화 전류가 흐른다.

    풀이

    병렬운전 중인 두 발전기의 기전력에 위상차가 생기면 순환전류가 흐른다. 이 전류가 동기화 전류이며, 유효분이라 두 발전기의 부하 분담을 바꾼다.

    원동기 출력이 변하면 그 발전기의 회전속도가 잠시 달라진다. 속도가 달라지는 동안 그 발전기 기전력의 위상이 다른 발전기보다 앞서거나 뒤진다. 위상이 앞선 발전기는 부하를 더 맡아 속도가 줄고, 뒤진 발전기는 부하가 줄어 속도가 오른다. 이 작용으로 두 발전기는 다시 같은 속도로 운전된다.

    나머지 보기

    · 부하가 증가할 때 — 부하 증가만으로는 두 기전력 사이에 위상차가 생기지 않는다.

    · 여자전류를 변화시킬 때 — 기전력 크기가 달라져 무효 순환전류가 흐른다.

    · 부하가 감소할 때 — 부하 감소만으로는 두 기전력 사이에 위상차가 생기지 않는다.

    헷갈리는 점

    여자전류를 바꾸면 순환전류가 흐르지만, 이 전류는 역률이 거의 0인 무효 순환전류다. 전압 크기 차이는 계자전류로 맞추고, 위상차는 원동기 속도로 맞춘다.

    한 걸음 더

    원동기 출력이 바뀌면 기전력의 위상이 어긋나고, 그 위상차 때문에 동기화 전류가 흐른다.

    기전력 위상차 → 동기화 전류(유효 순환전류), 원인은 원동기 출력 변화 / 기전력 크기차 → 무효 순환전류, 원인은 여자전류 변화

    여자전류를 바꾸면 순환전류가 흐르지만, 이 전류는 역률이 거의 0인 무효 순환전류다.

23. 문항 23 전기기기 · 동기기

    동기발전기를 운전하는데 필요한 계기는?

    1. 주파수계, 역률계, 전력계
    2. 역률계, 메거, 전류계
    3. 동기 검정등, 상순계, 전압계
    4. 상순계, 역률계, 전력계

    정답과 해설

    정답 3번

    동기발전기 병입 전 확인용 계기는 전압계·동기검정등·상순계 세 가지다.

    풀이

    동기발전기를 계통에 병렬로 투입(병입)하기 전에는 전압의 크기, 위상, 주파수, 상회전 방향이 모두 일치하는지 확인해야 하며, 이를 위해 전압계(전압 크기 확인), 동기검정등 또는 동기검정기(위상·주파수 일치 확인), 상순계(3상의 상회전 방향 일치 확인)가 사용된다.

    병렬 투입 후 정상 운전 중에는 전류계, 전력계, 역률계, 주파수계 등이 필요하다.

    핵심 공식: 병입 전 확인 4요소 - 전압/위상/주파수/상회전

    암기팁: '투입 전=동기검정등+상순계+전압계' 조합을 통째로 암기.

    처음이라면

    동기발전기를 전력 계통에 연결하는 것을 병렬 투입(병입)이라 하는데, 연결 전에는 양쪽 조건이 같은지 반드시 확인해야 합니다. 확인할 4가지는 전압 크기, 주파수, 위상, 상회전(3상 전압이 정점에 도달하는 순서) 방향입니다.

    이를 확인하는 계기가 각각 전압계(전압 크기), 동기검정등(주파수·위상 일치), 상순계(상회전 방향)이므로 병입에 필요한 계기 조합은 ③입니다.

    오답을 보면 ②의 메거는 절연저항 측정용 계기라 운전 확인과 무관하고, ①의 전력계·역률계 등은 병입 후 정상 운전을 감시하는 계기라 병입 전 확인용이 아닙니다. 나머지 선지도 같은 이유로 부적합합니다.

    이런 문제가 나오면 → '병입 전 3계기 = 전압계·동기검정등·상순계'를 한 세트로 통째로 암기한다.

    한 걸음 더

    동기발전기 병입 조건은 전압·주파수·위상·상회전의 일치이며, 이를 확인하는 계기가 전압계(전압), 동기검정등(주파수·위상), 상순계(상회전)다 → ③

    오답은 메거(절연 측정), 전력계·역률계·주파수계(투입 후 운전 감시용)로 병입 전 확인 계기가 아니다.

    패턴: '동기발전기 + 계기' 문제는 병입용 3계기 세트가 정답으로 출제된다.

    꿀팁: '검정등·상순계·전압계 = 병입 삼총사'로 묶어 외운다.

24. 문항 24 전기기기 · 보호계전기

    다음 중 단로기(DS)의 사용 목적으로 맞는 것은?

    1. 전압의 개폐
    2. 부하전류의 차단
    3. 단일회선의 개폐
    4. 고장전류 차단

    정답과 해설

    정답 3번

    단로기(DS)는 아크 소호 능력이 없어 무부하에서 단일회선 개폐(회로 분리)만 한다.

    풀이

    정답 근거: 단로기(DS)는 아크 소호 능력이 없어 부하 전류나 고장 전류를 차단할 수 없으므로, 무부하 상태에서 단일회선을 개폐하여 점검·보수 시 회로를 분리하는 용도로 사용된다.

    오답 소거: 전압의 개폐, 부하전류의 차단, 고장전류 차단은 모두 차단기(CB)의 역할이며 단로기는 이러한 전류 차단 기능이 없다.

    핵심 개념: 단로기 = 무부하 시 단일회선 개폐 전용(전류 차단 불가).

    암기팁: 'DS는 끊는 게 아니라 분리만'으로 암기한다.

    처음이라면

    단로기(DS)는 회로를 전기적으로 완전히 분리해 주는 스위치입니다. 그런데 아크(전기 불꽃)를 끄는 능력이 없어서 전류가 흐르는 상태에서 끊으면 큰 사고가 납니다.

    비유하면, 흐르는 물을 막지는 못하고 물이 멈춘 뒤에야 통로를 여닫는 밸브와 같습니다.

    그래서 단로기는 반드시 무부하 상태에서 단일회선 하나를 개폐하며, 점검·보수 때 회로를 분리하는 용도로 씁니다. 부하전류나 고장전류를 끊는 일은 차단기(CB)의 역할입니다.

    이런 문제가 나오면 → 'DS는 분리만, 차단은 CB'로 외우세요.

    한 걸음 더

    단로기(DS)는 아크 소호 능력이 없어 무부하 상태에서 단일회선 개폐(점검용 회로 분리)만 한다(③).

    부하전류·고장전류 차단은 물론 전압 개폐도 차단기(CB)의 기능이다.

    DS와 CB의 역할 구분을 묻는 고빈출 개념형 문제다.

    꿀팁: 'DS는 끊지 않고 분리만' — 전류 차단이 언급된 보기는 무조건 탈락시켜라.

    • 단로기
25. 문항 25 전기기기 · 동기기

    [변형] 병렬운전 중인 동기 임피던스 8Ω 인 2대의 3상 동기발전기의 유도기전력에 240V의 전압차이가 있다면 무효순환 전류[A]는?

    1. 30
    2. 7.5
    3. 15
    4. 20

    정답과 해설

    정답 3번

    동기발전기 2대 병렬운전의 무효순환전류는 Ic=ΔE/(2Z_s), 임피던스 2개 직렬.

    풀이

    병렬운전 중인 두 동기발전기 사이에 기전력 차이가 있으면 무효순환전류가 흐르며 $I_c=\frac{\Delta E}{2Z_s}$로 구합니다.

    $\Delta E=240V$, $Z_s=8\Omega$이므로 $I_c=\frac{240}{2\times8}=15A$입니다.

    분모의 2를 빠뜨리면 30A라는 오답이 나옵니다.

    원 기출의 수치 변형 문제입니다.

    처음이라면

    병렬 운전 중인 두 발전기의 유도기전력에 차이가 있으면 두 기계 사이에 전류가 돌며 순환합니다. 이 회로에는 두 대의 동기 임피던스가 직렬로 들어가므로 분모가 2Z_s가 됩니다.

    공식: I_c = ΔE / (2Z_s)

    대입: I_c = 240 / (2×8) = 15[A]

    분모의 2를 빠뜨리면 240/8 = 30[A] 오답이 되고, 7.5[A]는 분모를 4Z_s로 잘못 잡은 값입니다.

    이런 문제가 나오면 → "발전기 2대 = 임피던스 2개 직렬"을 먼저 떠올려 분모를 2Z_s로 만드세요.

    한 걸음 더

    무효순환전류 Ic=ΔE/(2Zs)=240/(2×8)=15A

    오답 소거: 분모의 2 누락 시 30, 4Zs로 나누면 7.5.

    동기발전기 병렬운전 순환전류는 임피던스 직렬 합성 패턴.

    꿀팁: "기전력차 ÷ 임피던스 합(2Zs)"으로 통일해 암기.

26. 문항 26 전기기기 · 동기기

    [변형] 4극 1800rpm인 동기발전기와 병렬 운전하려는 8극 발전기의 회전수는?

    1. 1800[rpm]
    2. 900[rpm]
    3. 3600[rpm]
    4. 450[rpm]

    정답과 해설

    정답 2번

    병렬운전 조건은 주파수 일치: f=1800×4/120=60[Hz], 8극은 Ns=120f/p=900[rpm].

    풀이

    병렬운전하는 두 동기발전기는 주파수가 같아야 합니다.

    4극기에서 $N_s=1800\text{rpm}$이므로 $f=\frac{N_s\times p}{120}=\frac{1800\times4}{120}=60\text{Hz}$입니다.

    같은 주파수 60Hz에서 8극 발전기의 회전수는 $N_s=\frac{120f}{p}=\frac{120\times60}{8}=900\text{rpm}$이 됩니다.

    원래 회전수를 그대로 답으로 착각하면 1800이라는 오답이 나옵니다.

    원 기출의 수치 변형 문제입니다.

    처음이라면

    동기발전기 두 대를 병렬 운전하려면 주파수가 같아야 합니다(같은 모선에 연결되므로).

    4극 발전기가 1800[rpm]으로 돌 때 주파수는 동기속도 공식 Ns=120f/p에서 구합니다.

    f = Ns×p/120 = 1800×4/120 = 60[Hz]

    같은 60[Hz]를 만들며 8극(p=8)으로 돌려면 Ns = 120×60/8 = 900[rpm].

    ① 1800[rpm]은 '같은 회전수로 돌려야 한다'고 착각한 함정입니다. 극수가 다르면 같은 주파수를 위해 회전수가 달라져야 합니다.

    이런 문제가 나오면 → 병렬운전 = 주파수 동일 조건을 먼저 세우고, Ns=120f/p로 극수에 맞춰 계산하세요.

    한 걸음 더

    병렬운전의 필수 조건은 주파수 일치다. 4극 1800rpm → f=Np/120=1800×4/120=60Hz, 8극의 Ns=120f/p=120×60/8=900rpm.

    ① 1800rpm은 극수 차이를 무시한 함정이다.

    극수가 2배(4→8)가 되면 같은 주파수에서 회전수는 절반이 된다는 관계로 답 검산이 빠르다.

    꿀팁: "p가 배가되면 N이 절반" — Ns=120f/p 하나로 동기속도 문제는 전부 해결된다.

27. 문항 27 전기기기 · 동기기

    3상 동기 발전기를 병렬 운전시키는 경우 생각하지 않아도 되는 조건은?

    1. 발생 전압이 같다.
    2. 전압 파형이 같다.
    3. 회전수가 같다.
    4. 상회전이 같다.

    정답과 해설

    정답 3번

    회전수는 극수에 따라 달라도 주파수만 일치하면 되므로 병렬 운전에서 따로 맞출 조건이 아니다.

    풀이

    회전수는 극수에 따라 달라도 주파수만 일치하면 되므로 병렬 운전에서 따로 맞출 조건이 아니다.

    풀이

    병렬 운전에는 기전력의 크기, 위상, 주파수, 파형, 상회전이 모두 같아야 한다.

    동기 발전기의 주파수는 극수와 회전수로 정해진다.

    $f=\dfrac{PN}{120}$

    극수가 다르면 회전수가 달라도 주파수는 같을 수 있다. 4극기는 $1800\,\mathrm{rpm}$, 6극기는 $1200\,\mathrm{rpm}$으로 돌 때 둘 다 $60\,\mathrm{Hz}$를 낸다. 그래서 병렬 운전에서 맞추는 대상은 회전수가 아니라 주파수다.

    나머지 보기

    · 발생 전압이 같다 — 크기가 다르면 무효 순환전류가 흘러 권선에 손실이 생긴다.

    · 전압 파형이 같다 — 파형이 다르면 순간마다 전압 차가 생겨 순환전류가 흐른다.

    · 상회전이 같다 — 상회전이 반대면 상 사이 전압 차가 커져 큰 전류가 흐른다.

    헷갈리는 점

    회전수가 같으면 주파수도 같다고 여기기 쉽다. 이는 두 발전기의 극수가 같을 때만 성립한다.

    한 걸음 더

    회전수는 극수에 따라 달라도 주파수만 일치하면 되므로 병렬 운전에서 따로 맞출 조건이 아니다.

    병렬 운전 조건: 기전력의 크기·위상·주파수·파형·상회전 일치, 회전수는 극수에 따라 달라도 된다($f=PN/120$)

    회전수가 같으면 주파수도 같다고 여기기 쉽다.