[신재생에너지발전설비기사(태양광) 실기 06] 전기 관련 계산 문제

 

신재생에너지발전설비기사(태양광) 실기에서 출제되는 계산 문제 중 전기 자격증에 출제 관련된 문제를 정리해보려고 합니다.

 

문제는 2013~2022년의 10개년 문제이며, 출제된 횟수를 특수문자 ★ 로 표현하되, 최대 3번까지 적용합니다

 

 

 

★★★

다음은 태양광발전용량 200[kW], 인버터 200[kW] 한 대를 이용하여 설계한 단선결선도이다. 그림을 참고하여 다음 물음에 답하시오.

 

 

(1)   도면에 표시된 (가)의 차단용량[MVA]은 얼마인가?

 

(2)   변압기에 표시된 (나)의 정격용량 [kVA]을 구하고 표준용량을 쓰시오. (단, 변압기 여유율 1.2로 하며, 인버터는 변압기가 없는 형식이다.)

 

(3)   점선안에 들어갈 단선도(그림기호)와 접지를 표시하시오.

 

 

★★☆

다음은 태양광발전용량 200[kW], 인버터 200[kW] 한 대를 이용하여 설계한 단선결선도이다. 그림을 참고하여 다음 물음에 답하시오.

 

차단기 정격차단용량 [MVA]
100	160	250	310	410	520	600	750

 

변압기 표준용량 [kVA]
100	150	200	250	300	400	500	750

 

(1)   도면에 표시된 (가)의 차단용량[MVA]은 얼마인가?

 

(2)   변압기에 표시된 (나)의 정격용량 [kVA]을 구하고 표준용량을 쓰시오. (단, 변압기 여유율 1.2로 하며, 인버터는 변압기가 없는 형식이다.)

표준용량 250[kVA]로 선정

 

(3)   점선안에 들어갈 단선도(그림기호)와 접지를 표시하시오.

 

 

★★☆

최대 출력전압이 29.7[V]이고, 최대 출력전류는 8.3[A]인 태양전지모듈이 6직렬 2병렬의 태양광 어레이를 구성하고 있다. 이때 태양광 어레이에서 인버터까지의 전선길이는 130[m]., 전압강하는 2[%]이다. 물음에 답하시오.

 

(1)   태양광 어레이에서 인버터까지의 연결되는 전선의 단면적은? (단, 전선의 단면적을 구하기 위한 과정을 모두 쓰시오.)

최대 출력 전류 : 8.3[A] x 2(병렬) = 16.6[A]

최대 출력 전압 : 29.7[V] x 6(직렬) = 178.2[V]

전압강하 : 178.2[V] x 0.02 = 3.564[V]

 

(2)   표준 단면적 규격은?

 

 

★☆☆

3상3선식 전압 강하를 구하고자 하는 경우 이용 할 수 있는 약산식을 다음 조건을 이용하여 구하시오.

[조건]

 

 

 

 

★★☆

다음과 같은 조건을 참고하여 태양광발전설비의 전압강하율[%]을 구하시오. (단, 어레이 직렬 수는 10개, 병렬 수 30개, 전선 길이 50[m], 전선 단면적 50[mm2])

 

어레이 정격 전압 = 33[V] x 10 = 330[V]

어레이 정격 전류 = 5[A] x 30 = 150[A]

 

 

 

★☆☆

250[W] 태양 전지(40[V], 8.68[A])가 22직렬로 설치된 PV 어레이 단자함에서 인버터까지 거리가 135[m], 전선의 공칭 단면적이 6[mm2] 일 때 전압 강하율[%]을 구하시오.

 

태양전지모듈 22직렬의 전체 전압 = 40 x 22 = 880[V]

 

 

★★☆

인버터에서 옥내 분전반간의 배선을 할 경우, 모듈에서 접속함 직류배선이 100[m]이다. 태양전지 모듈 어레이 전압 610[V], 전류 9[A]일 떄 전압강하를 계산하시오. (단, 전선의 단면적은 10[mm2]이다.)

참고

 

 

 

★☆☆

3상 3선식 배전선로 각 선간의 전압 강하의 근사값을 구하고자 하는 경우 이용할 수 잇는 관계식을 다음의 조건을 이용하여 유도하시오.

[조건]

 

 

 

★★☆

그림과 같은 부하 특성일 때 사용축전지의 보수율(L)은 0.8, 최저 축전지 온도 5[℃], 허용 최저 전압이 1.06[V/cell]일 때, 축전지의 용량[Ah]을 계산하시오.

 

 

 

★★☆

다음 조건에 맞는 독립형 전원시스템용 축전지 용량[Ah]을 구하시오.

[조건]

 

참고

독립형 전원시스템용 축전지 용량공식

 

 

 

★☆☆

다음 조건에 의한 독립형 태양광발전용 축전지의 최소 설치용량(Ah)을 구하시오.

[조건] 1일 부하 적산량(Ld) : 3[KWH] 보수율(L) : 0.8 일조가 없는 날의 일수(Df) : 10일 축전지 개수(N) : 50개 DOD : 0.6 공칭 축전지 전압 : 2[V]

 

 

 

★☆☆

다음 조건을 만족하는 독립형 태양광발전시스템용 축전지 설치용량을 계산하시오. (단, 납축전지의 공칭전압은 2.0[V]이다.)

부조일수	10일
보수율(L)	0.8
납축전지 수량	260개
1일 부하 적산량	5[kWh]
방전심도(DOD)	0.6

 

 

 

 

★★☆

태양전지시스템의 부하 평준화 대응형 축전지의 설치용량을 산출 하려고 한다. 조건을 참고하여 다음 물음에 답하시오.

[조건]

 

(1)     부하의 평균용량[kW]으로 PCS의 직류입력 전류(Id)를 구하시오.

 

(2)     축전지 직렬 개수(N)를 구하시오.

 

(3)     축전지 용량(C)을 구하시오.

따라서 축전지 필요 용량은 2000[Ah]이다.

 

 

★☆☆

총 임피던스의 합성이 5[%]인 정격용량이 100[MVA]가 있을 때 단락용량은 몇 [MVA]로 하여야 하는가?

참고

 

 

★☆☆

태양광어레이 분전반에서 25[m] 거리에 4.4[kW]의 교류 단상 220[V] 전열기를 설치하였다. 배선방법을 금속관 공사로 하고 전압강하를 2[%] 이하로 하기 위한 전선의 굵기를 얼마로 선정하는 것이 적당한가? (단, 감소계수는 0.7이다.)

전선의 단면적 6[mm2]

참고

공칭단면적[mm2] : 1.5, 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500, 630

 

 

 

★☆☆

태양광어레이 분전반에서 10[m] 거리에 2[kW]의 교류 단상 220[V] 전열기를 설치하였다. 배선방법을 금속관 공사로 하고 전압강하를 2[%] 이하로 하기 위한 전선의 굵기를 얼마로 선정하는 것이 적당한가? (단, 감소계수는 0.7이다.)

 

공칭 단면적 [mm2]

1.5   2.5   4   6   10   16   25   35   50   70   95   120   150   185   240   300   400   500   630

 

 

전선의 단면적 1.5[mm2]

 

 

★★★

수용가 인입구의 전압이 22.9[kV], 주차단기 용량이 250[MVA]이다. 10[MVA] 22.9/3.3[kV] 변압기의 임피던스가 5.5[%] 일 때 변압기 2차측에 필요한 차단기 용량을 다음 표에서 선정하시오.

 

차단기 표준용량[MVA]

75    100    160    250    300    400    500    750    1000

 

기준용량을 10[MVA]로 할 때, 전원측 임피던스를 먼저 구해준다.

 

 

차단기 용량은 단락용량보다 커야 하므로 표에서 160[MVA] 선정

 

 

★☆☆

설비용량 800[kW], 부등률 1.2, 수용률 60[%]일 때 변전실 용량을 계산하여 변압기의 최소 표준용량[kVA]을 선정하시오. (단, 역률은 90[%] 이상 유지되는 조건이다.)

300

350

400

450

500

 

표준용량 : 450[KVA]

 

 

★☆☆

적설하중에서 경사지붕일 때 적설하중은 몇 [kN/m2]으로 하여야 하는가?

기본 지붕 적설 하중 계수	0.7	노출계수	0.5
온도계수	1.0	중요도 계수	1.0
평지붕 하중	0.5	지붕경사도 계수	1.2

 

경사지붕 적설하중

 

참고

 

 

 

★☆☆

수용가들의 일부하곡선이 그림과 같을 때 각 물음에 답하시오.

(단, 실선은 A수용가, 점선은 B수용가이다.)

 

 

(1)   A, B 각 수용가의 수용률[%]을 계산하시오. (단, 설비용량은 수용가 모듈 10 x 10^3[kW]이다.)

수용가	계산과정	수용률[%]
A		50[%]
B		30[%]

 

 

(2)   A, B 각 수용가의 부하율[%]을 계산하시오.

수용가	계산과정	부하률[%]
A		70[%]
B		58.33[%]

 

(3)   수용가의 부등률을 계산하시오.

 

 

★★☆

스트링을 구성하는 모듈의 수는 22[EA], 전선의 길이는 135[m], 단면적이 6[mm2]인 F-CV전선을 사용할 때 다음과 같이 주어진 조건에서 태양전지모듈로부터 접속함까지의 전압 강하율을 구하시오.

 

 

★☆☆

독립형 태양광 발전시스템의 설계에서 제1단계는 1일 전력 수요량 결정이다. 전력 소비량을 바탕으로 독립형 태양광 발전시스템이 부담해야 할 부하량을 먼저 계산하기 위해 1일 소비전력량을 계산하여야 한다. 각 물음에 답하시오.

 

구분	전기 기기명	수량	소비전력	사용시간	1일 소비전력량
1	세탁기	1	60[W]	1시간	60[Wh]
2	선풍기	1	9.9[W]	4시간	39.6[Wh]
3	냉장고	1	30[kWh]주1)	24시간	(A)
4	믹서기	1	800[W]	15분	(B)
5	TV	1	80[W]	5시간	400[Wh]
6	컴퓨터	1	700[W]	30분	(C)
7	라디오	1	5[W]	6시간	30[Wh]
8	전등	2	12[W]	5시간	120[Wh]
9	드라이기	1	1000[W]	20분	(D)
합					(E)

주1) 냉장고의 소비전력은 월간 사용량이다.

주2) 한 달은 30일로 한다.

 

(1)     표에서 (A) ~ (E)까지의 1일 전력 소비량을 구하시오.

(A)   30,000 / 30(일) = 1000[Wh]

(B)   800 x 0.25 = 200[Wh]

(C)   700 x 0.5 = 350[Wh]

(D)  1,000 x 0.33 = 330[Wh]

(E)   합계 : 60 + 39.6 + 1,000 + 200 + 400 + 350 + 30 + 120 + 330 = 2,529.6[Wh]

 

(2)     표에서 계산한 1일 전력 소비량일 때 전력공급 시스템에서 실제 감당해야 할 1일 부하량은 얼마인가? 단, 손실 보정지수는 1.2로 한다.

1일 부하량 = (1일 소비전력량) x 1.2 = 2,529.6 x 1.2 = 3035.52[Wh]

 

 

 

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