전기기술사 송·배전 설계 계산 문제 6단계 접근법 — 배점 30% 이상 확보 전략

전기기술사 송·배전 설계 계산 문제 접근 노하우

전압강하·선로손실·단락용량 계산부터 KEC 기준 인용까지 — 배점을 끌어올리는 체계적 풀이 전략

전기기술사 시험 대비 🔴 고급 KEC 2023 IEC 60617

01 / 개요

송·배전 설계 계산 문제의 특성과 중요성

전기기술사 시험의 서술형 문제 중 송·배전 설계 계산 문제는 최근 출제 경향에서 전체 배점의 30~40%를 차지할 만큼 비중이 높습니다. 단순한 수치 도출이 아니라 조건 분석 → 수식 전개 → 결과 해석 → 개선 대책까지 이어지는 논리적 흐름을 요구하기 때문에, 중간 과정 생략 시 부분점수를 크게 잃게 됩니다. 특히 전압강하(Voltage Drop), 선로 손실(Line Loss), 단락용량(Short Circuit Capacity), 보호 협조 등의 핵심 계산 항목은 KEC 기준 및 실제 계통 안정성과 직결되므로 정확한 수식 이해가 필수입니다. 본 가이드는 문제 분석부터 배점 전략까지, 합격을 위한 체계적 접근 방법을 제시합니다.

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문제 분석

주어진 거리·전압·부하·역률 등 조건을 정확히 파악하고 요구 계산 항목을 목록으로 나열하는 단계입니다.

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수식 전개

전압강하, 선로손실, 단락용량 등 핵심 공식을 단계별로 전개하며 중간 결과를 명확히 기록합니다.

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결과 해석

계산 결과를 KEC 허용 기준과 비교하고, 기준 초과 여부 판정 및 그 의미를 서술합니다.

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개선 대책

전선 굵기 증가, 승압, 역률 개선, 분산 전원 도입 등 실질적 대책을 제시하여 고득점을 확보합니다.

02 / 계산 흐름도

송·배전 설계 계산 접근 흐름도 (Single Line Flow)

그림 1. 전기기술사 서술형 송·배전 설계 계산 문제 6단계 접근 흐름도 (KEC 2023 기준)

03 / 핵심 계산 공식

빈출 계산 유형별 공식 및 적용 기준

전기기술사 시험에서 반복 출제되는 계산 유형은 크게 전압강하, 선로 손실, 단락용량(MVA법·%Z법), 무효전력 보상, 코로나 임계전압 등으로 분류됩니다. 각 공식을 단순히 암기하는 것보다 유도 과정과 물리적 의미를 함께 이해하는 것이 고득점 서술의 핵심입니다. 특히 전력계통 문제에서는 단위(kW, MW, kV, MVA, Ω, %)를 혼용하는 경우가 많으므로, 계산 시작 전 기준 단위를 명확히 설정해야 합니다. 또한 KEC 231.3(전압강하 허용 기준), KEC 140(접지 시스템), IEC 60909(단락전류 계산) 등 관련 기준을 인용하면 배점을 유의미하게 향상시킬 수 있습니다.

① 전압강하 (3상, 선간전압 기준) ΔV = √3 · I · L · (R·cosφ + X·sinφ)　[V]
또는 ΔV = (P·R + Q·X) / V　[V] ← 전력 기준 표현
전압강하율(%) = ΔV / V₀ × 100　　허용: ≤ 6% (KEC 231.3)

② 선로 손실 (3상) P_loss = 3 · I² · R · L　[W]　　또는　P_loss = I² · r · L / 1000　[kW]
손실률(%) = P_loss / P_전송 × 100
최소 손실 조건: I_A/I_B = X_B/X_A ← 분기선로 최적 전류 분배

③ 단락용량 (MVA법 · %임피던스법) P_s = V²/Z_s　[MVA]　　또는　P_s = (100 / %Z) × P_base　[MVA]
단락전류: I_s = P_s / (√3 · V_n)　[kA]
합성 %Z: 직렬=%Z₁+%Z₂, 병렬=(%Z₁·%Z₂)/(%Z₁+%Z₂)

④ 역률 개선 — 콘덴서 용량 Q_C = P · (tanφ₁ - tanφ₂)　[kVar]
개선 전 역률 cosφ₁, 목표 역률 cosφ₂
투자 대비 효과: 배전선 손실 감소량 = I²R·(1-cosφ₂²/cosφ₁²)·3R·L

계산 항목	핵심 공식	단위	KEC/IEC 기준	답안 필수 서술
전압강하	ΔV = √3·I·L·(Rcosφ+Xsinφ)	V, %	KEC 231.3 — 6% 이하	허용 기준과 비교 판정 필수
선로 손실	P_loss = 3·I²·R·L	W, kW	KEC 230 — 효율 기준	손실률(%) 및 경제적 의미 서술
단락용량	Ps = 100/%Z × Pbase	MVA, kA	IEC 60909	차단기 차단용량과 비교 필수
역률 개선	Qc = P(tanφ₁-tanφ₂)	kVar	KEC 231 — 진상 설비	개선 전후 전류·손실 비교
코로나 임계전압	V₀ = 24.3·m₀·δ·r·log(d/r)	kV(peak)	KEC 333 — 특고압	코로나 발생 조건 해석
변압기 효율	η = P₂/(P₂+P_i+P_c)×100	%	KEC 351 — 변압기	최대 효율 조건 m=√(P_i/P_c) 서술

04 / 단선결선도

대표 배전 계통 단선결선도 (22.9kV 수용가 예시)

그림 2. 22.9kV 수용가 수변전 단선결선도 — VCB·PF·DS·변압기 구성 및 저압 분기 회로 (시험 계산 참조용)

04 / 전력 흐름

전력 흐름 단계별 해설 및 계산 연계 포인트

1

수전 (KEPCO → 수용가 수전점)

한전 배전선로(22.9kV ACSR-OC)에서 수용가 수전점까지의 전력 공급 경로입니다. 이 구간에서는 선로 임피던스(R+jX)에 의한 전압강하가 발생하며, 전압강하율 계산 시 선로 정수(r, x [Ω/km])와 부하 전류, 역률을 정확히 반영해야 합니다. KEC 231.3에서는 저압 배전 최종 부하까지의 전압강하를 공칭전압의 6% 이하로 규정하고 있으며, 특고압 수전인 경우 수전점에서의 전압 관리가 특히 중요합니다. 시험에서는 수전점 전압강하와 허용 기준 비교, 선전류 계산이 단골 출제 항목입니다.

2

수변전 설비 통과 (DS → PF → VCB → TR)

단로기(DS), 전력 퓨즈(PF), 진공차단기(VCB)를 거쳐 주변압기(TR)에 전력이 공급됩니다. 각 기기의 임피던스와 변압기 %임피던스(%Z)는 단락전류 계산의 핵심 변수입니다. 변압기 %Z는 통상 5~6%이며, 이를 이용해 단락용량 Ps = (100/%Z)×Pbase [MVA] 로 계산합니다. 또한 VCB의 차단 용량이 계산된 단락용량 이상인지 반드시 확인하고, 부족할 경우 용량 증대 또는 한류 리액터 삽입을 대책으로 제시해야 합니다.

3

전압 변환 (22.9kV → 380V/220V)

주변압기에서 22.9kV를 380V/220V로 강압하는 과정에서 변압기 손실(철손 Pi, 동손 Pc)이 발생합니다. 최대 효율 조건은 부하율 m = √(Pi/Pc)일 때이며, 실제 시험에서는 전일 효율 또는 최대 효율 조건을 구하는 문제가 자주 출제됩니다. 변압기 용량 선정 시에는 최대 수요 전력, 수요율(demand factor), 부등률(diversity factor)을 적용하여 경제적 용량을 산정합니다. KEC 351에 따라 변압기 과부하 보호 및 온도 상승 한계를 확인해야 합니다.

4

저압 배전 및 분기 회로 (380V MCC → 부하)

저압 MCC(Motor Control Center)에서 각 부하까지의 배전 과정에서 전압강하와 선로 손실이 재차 발생합니다. 분기 회로별로 전압강하를 계산하여 각 말단 부하 기기의 허용 전압 범위 내에 들어오는지 확인합니다. 단상 회로의 전압강하는 ΔV = 2·I·L·(R·cosφ+X·sinφ)이며, 3상 회로는 √3배를 적용합니다. 분기점에서의 전압 분포 계산, 전선 굵기 선정(KEC 232 — 전선의 허용전류), 과전류 차단기 협조도 함께 서술하면 고득점을 확보할 수 있습니다.

5

무효전력 보상 및 역률 개선

부하 측에 콘덴서 설비를 설치하여 무효전력을 보상하고 역률을 개선합니다. 필요 콘덴서 용량은 Qc = P·(tanφ₁-tanφ₂) [kVar]로 계산하며, 역률 개선 후 선전류 감소량과 선로 손실 절감 효과를 함께 산출합니다. 역률 개선에 의한 전압강하 감소 효과: ΔΔV = √3·I·L·X·(sinφ₁-sinφ₂)도 추가로 계산하여 설비 투자 효과를 정량화합니다. 실제 시험에서는 목표 역률 달성을 위한 콘덴서 뱅크 용량 선정과 분할 투입 방식(전자접촉기 자동 제어) 선택 기준도 함께 물어보는 경우가 많습니다.

05 / KEC 기준

송·배전 설계 계산 관련 KEC 기준

KEC 231.3

전압강하 허용 기준

저압 배전 회로에서 수전점으로부터 최종 부하까지의 전압강하는 공칭전압의 6% 이하로 유지해야 합니다. 간선과 분기회로의 전압강하를 합산하여 총 6% 이내임을 입증하는 방식으로 계산 근거를 서술합니다. 장거리 간선에서는 전선 굵기 증가나 중간 보상 설비 설치가 필요합니다.

KEC 140

접지 시스템 (TN·TT·IT)

수변전 설비의 계통 접지 방식을 TN-S, TN-C-S, TT, IT 중에서 선택하고 접지 저항값을 계산합니다. 접지 저항 R ≤ 50V/Ia(접촉 전압 한계÷고장전류)를 만족해야 하며, 인체 안전을 위한 보호 도체(PE) 단면적 선정 근거도 제시합니다. 특히 TN 계통에서는 고장 루프 임피던스 계산이 시험에 자주 출제됩니다.

KEC 341.4

특고압 가공선로 이격 거리

22.9kV 특고압 가공선로에서 건조물, 도로, 철도, 기타 조영물과의 이격 거리 기준을 규정합니다. 수평 이격 거리, 수직 이격 거리를 각각 계산하여 안전 기준 충족 여부를 확인합니다. 코로나 방지 및 뇌해 대책과 연계하여 케이블 굵기와 간격 선정 기준을 함께 서술하면 배점을 높일 수 있습니다.

KEC 351

변압기 보호 및 과부하 기준

변압기 과부하 운전 허용 시간 및 온도 상승 한계를 규정합니다. 유입식 변압기의 경우 최고 허용 온도는 권선 105°C(A종), 냉각 오일 95°C이며, 과부하 운전 시 절연 수명 단축 계산을 답안에 포함시키면 심화 점수를 확보할 수 있습니다. 변압기 용량 선정 시 수요율·부등률·부하율을 적용한 실효 부하 계산 근거를 반드시 제시합니다.

06 / 현장 팁

시험 답안 작성 실전 포인트

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계산 항목 먼저 나열하기

문제를 읽는 즉시 "계산해야 할 항목"을 번호 순으로 나열합니다. 전압강하, 손실, 단락용량 등 요구 항목을 한눈에 정리하면 수식 전개 순서가 자연스럽게 정해지고, 실수 없이 배점을 획득할 수 있습니다. 항목 나열 자체가 구조화된 답안의 시작입니다.

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단위 통일 — 계산 오류의 80%는 단위 혼용

계산 시작 전 kW·MW·kV·kA·Ω·%Z 등 모든 단위를 통일합니다. 특히 %Z 환산 시 기준 MVA와 기준 kV를 명시하지 않으면 감점 대상이 됩니다. 중간 결과마다 단위를 표기하는 습관을 들이면 검산 시 오류 위치를 즉시 파악할 수 있습니다.

⚠️

중간 과정 절대 생략 금지

전기기술사 시험의 계산 문제는 최종 답뿐만 아니라 중간 수식 전개 과정에도 배점이 분산되어 있습니다. 답이 맞더라도 과정이 없으면 절반 이하의 점수를 받을 수 있습니다. 풀이 칸이 부족하면 여백에 "see over" 표시 후 이어 작성합니다.

💡

KEC 조항 직접 인용으로 가산점

계산 결과 판정 시 "KEC 231.3에 따라 전압강하 허용 기준 6% 이내이므로 적합" 과 같이 조항 번호를 직접 인용합니다. 이는 단순 계산 능력을 넘어 규정 이해도를 보여주는 것으로 기술사급 답안의 필수 요소입니다. IEC 60909, IEC 62271 등 국제 기준 인용도 가산점에 기여합니다.

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결과 해석 + 대책 제시 세트로 작성

계산 결과가 기준을 초과하는 경우 "전선 굵기를 95mm²에서 150mm²로 증대", "콘덴서 뱅크 200kVar 설치로 역률 0.95 달성" 등 구체적 수치가 포함된 개선 대책을 제시합니다. 기준 이내인 경우에도 "여유율 X%이므로 향후 부하 증가 Y% 수용 가능"과 같이 추가 해석을 덧붙입니다.

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시간 배분 전략 — 중요 계산 먼저

4시간 시험에서 계산 문제는 문항당 평균 40~50분을 배정합니다. 전압강하·단락용량 같은 핵심 계산을 먼저 완성하고, 보조 계산(손실률, 콘덴서 용량)을 후반에 작성합니다. 시간이 부족할 경우 수식과 결과만이라도 명확히 남기면 부분점수를 확보할 수 있습니다.

07 / 시험 포인트

전기기술사 빈출 계산 포인트

• 전압강하 계산 (3상·단상 구분): 3상 간선 ΔV = √3·I·L·(Rcosφ+Xsinφ), 단상 분기 ΔV = 2·I·L·(Rcosφ+Xsinφ) — 계수 √3과 2를 혼용하지 않도록 주의합니다. KEC 231.3에 따라 6% 기준을 적용하고, 장거리 선로에서는 승압 방안을 대책으로 제시합니다.
• %Z법을 이용한 단락용량 계산: 각 기기별 %Z를 기준 MVA 기준으로 환산 후 합성 임피던스를 구합니다. 직렬 합성: %Z_T = %Z₁+%Z₂, 병렬 합성: %Z_T = %Z₁·%Z₂/(%Z₁+%Z₂). VCB 정격 차단전류(kA) ≥ 계산 단락전류인지 반드시 확인하고, 차단 용량 미달 시 한류 리액터 삽입을 대안으로 제시합니다.
• 역률 개선 효과의 정량적 산출: 콘덴서 용량 Qc = P(tanφ₁-tanφ₂) 계산 후, 선전류 변화 I₂ = I₁·(cosφ₁/cosφ₂) 및 선로 손실 변화 ΔP_loss = 3R·L·(I₁²-I₂²)까지 계산합니다. 투자 대비 연간 전력 절감량(kWh)을 계산하여 경제성 분석을 덧붙이면 기술사급 답안이 완성됩니다.
• 변압기 효율 및 최대 효율 조건: 효율 η = P₂/(P₂+Pi+m²Pc)×100 [%], 최대 효율 조건: 부하율 m = √(Pi/Pc). 전일 효율 = 24시간 총 공급 전력량 / (총 공급 전력량 + 24Pi + Pc·Σm²t) ×100. 최대 효율 부하율과 실제 운전 부하율의 차이를 분석하고, 적정 용량 변압기 선정 근거를 함께 서술합니다.

08 / 안전

송·배전 설비 작업 안전 수칙

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정전 작업 전 무전압 확인 필수

22.9kV 특고압 작업 전 검전기로 무전압을 확인하고, 잔류 전하 방전 후 접지 설치가 완료된 상태에서만 작업을 진행합니다. KEC 510 산업안전 기준에 따라 작업 반경 내 안전 거리(22.9kV: 0.9m 이상)를 확보해야 합니다.

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잠금·태그(LOTO) 절차 준수

차단기 조작 핸들에 시건 장치(Lock)와 경고 태그(Tag Out)를 부착하여 오조작을 방지합니다. 복수 작업자가 있는 경우 개인별 LOTO 적용이 원칙이며, 마지막 작업자가 태그를 해제하기 전까지 수전을 절대 복귀하지 않습니다.

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적합한 절연 보호구 착용

22.9kV 작업 시 6급(최소 26.5kV 내전압) 절연 장갑, 절연 안전화, 절연 헬멧을 착용합니다. 활선 근접 작업 시에는 절연 방호복과 절연 방호판을 추가로 사용하며, 보호구의 내전압 시험 합격 여부를 작업 전 반드시 확인합니다.

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계산 결과 기반 차단기 용량 재확인

설계 계산으로 산출된 단락전류(kA) 값이 실제 설치된 VCB의 정격 차단전류를 초과하지 않는지 준공 전 최종 확인합니다. 계통 변경(변압기 증설, 계통 연계)이 있을 경우 단락용량을 재산정하고 필요 시 차단기를 교체합니다. IEC 62271-100에 따른 차단기 성능 시험 성적서 보관이 의무입니다.

09 / FAQ

자주 묻는 질문

Q1. 송·배전 설계 계산 문제의 접근 순서는?

조건 파악(전압·전류·거리·역률·선종) → 계산 항목 나열 → 임피던스 산출 → 주요 수식 전개(전압강하·손실·단락용량) → KEC 기준 판정 → 해석 및 개선 대책 제시 순서로 진행합니다. 이 6단계 구조를 답안 첫 페이지에 목차 형태로 표시하면 채점자에게 논리적 흐름을 인상적으로 전달할 수 있습니다.

Q2. 배점을 높이는 핵심 요소는 무엇인가요?

①중간 계산 과정 완전 전개(과정 점수 확보), ②각 수식에 단위 명기, ③계산 결과를 KEC 조항 번호와 함께 기준 대비 판정, ④결과 해석 및 구체적 수치 포함 개선 대책 제시가 핵심입니다. 특히 KEC·IEC 조항 인용은 전문성을 직접적으로 드러내는 고득점 전략입니다.

Q3. 자주 나오는 계산 유형은?

①전압강하(단상·3상 구분), ②선로 손실 및 손실률, ③%Z법 단락용량·단락전류 계산, ④역률 개선 콘덴서 용량 산출, ⑤변압기 효율·최대 효율 조건, ⑥코로나 임계전압 계산이 최근 10년간 반복 출제된 주요 계산 유형입니다. 각 유형별 대표 수식 1개씩만 완전히 이해해도 답안 구조가 자연스럽게 완성됩니다.

Q4. 시간 부족을 방지하는 방법은?

문제를 읽는 즉시 계산 항목을 목록으로 정리하여 풀이 순서를 결정합니다. 핵심 계산(전압강하, 단락용량)부터 완성하고, 보조 계산은 후반에 배정합니다. 계산 도중 막히면 결과값을 가정 후 이후 과정을 이어가고, 나중에 되돌아와 수정하는 방식이 효과적입니다. 4시간 시험 기준 계산 문제 1개당 최대 50분을 배정합니다.

Q5. 서술형에서 계산 문제 비중은 얼마나 되나요?

최근 전기기술사 시험에서 계산 문제는 전체 배점의 약 30~40%를 차지하며, 특히 전력공학·송배전 분야에서 집중 출제됩니다. 계산 문제 1문항의 배점은 통상 20~25점으로, 핵심 수식 1개를 완벽히 전개하면 단독으로 10점 이상을 확보할 수 있습니다. 따라서 계산 문제에 대한 집중 대비가 합격 여부를 결정짓는 핵심 전략입니다.

본 가이드는 전기기술사 시험 대비 교육 목적으로 작성되었습니다.
KEC 2023 · IEC 60617 · IEC 62271 · IEC 60909 · KEPCO 배전 설계 기준 참조