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안녕하세요. 티스토리 블로그를 통해 여러분의 전기기능사 단기 합격을 든든하게 책임지고 있는 전기 달인입니다.
전기기능사 필기 합격을 위한 17부작 시리즈의 열다섯 번째 시간입니다. 3과목 전기설비 파트도 어느덧 막바지를 향해 달려가고 있습니다. 오늘 다룰 주제는 발전소에서 만들어진 전기를 수용가(우리의 집이나 공장)까지 허공에 띄워서 안전하게 배달해 주는 '가공 전선로', 이웃집에서 전기를 끌어오는 '연접 인입선', 그리고 굵은 전선을 부드럽게 만들기 위해 여러 가닥을 꼬아 만든 '연선'의 구조입니다.
전신주(전봇대) 사이에 걸려있는 전선은 팽팽해 보이지만 사실 수학적이고 물리적인 정밀한 계산에 의해 의도적으로 살짝 처지게 설계되어 있습니다. 이를 '이도(Dip)'라고 부르며, 이 이도를 구하는 공식은 전기기능사뿐만 아니라 전기기사 시험에서도 가장 중요한 계산 문제 중 하나로 꼽힙니다. 오늘 전기 달인이 엄선한 3개의 핵심 기출문제와 현장의 생생한 실무 해설을 정독하시어, 공식에 숨겨진 원리를 완벽하게 이해하고 점수를 확보하시기 바랍니다.
1. 가공 전선로의 이도(Dip) 계산 (전선에 여유를 주는 이유)
길거리에 세워진 전신주 2개 사이에 전선을 가설할 때, 전선을 자로 잰 듯 일직선으로 팽팽하게 당겨서 시공하면 어떻게 될까요? 여름철에는 팽팽했던 전선이, 겨울철이 되어 기온이 영하로 떨어지면 금속의 특성상 심하게 수축하게 됩니다. 이때 수축하는 힘을 이기지 못하고 전선이 스스로 툭 끊어지는 끔찍한 단선 사고가 발생합니다. 따라서 온도 변화나 태풍의 바람(풍압 하중)에도 전선이 끊어지지 않도록 의도적으로 전선을 아래로 둥글게 처지게 여유를 두고 시공하는데, 이 처진 깊이를 바로 '이도(Dip)'라고 부릅니다.
- 이도(D) 공식: D = (W × S²) / (8 × T) [m]
- 공식의 변수 의미:
- W: 전선의 1[m]당 하중 (전선 자체의 무게에 얼음 무게나 바람의 무게를 합친 값입니다.)
- S: 경간 (전신주와 전신주 사이의 수평 거리입니다. Span의 약자입니다.)
- T: 전선의 수평 장력 (전선을 팽팽하게 양옆으로 당기는 힘입니다.)
- 암기 포인트: 이도(처짐)는 전신주 사이의 거리(경간)의 '제곱'에 비례하여 커집니다. 거리가 두 배 멀어지면 처짐은 네 배로 심해진다는 뜻입니다.
[엄선 기출문제 1] Q. 경간 300[m], 전선 자체의 무게가 W = 1.11[kg/m], 인장하중 10210[kg], 안전율 2.2인 선로의 이도(Dip)는 약 몇 [m]인가?
- 1.7
- 2.2
- 2.7
- 3.2
정답: 3번 (2.7) 상세 해설: 이도 공식을 정확히 대입해야 하는 전형적인 기출문제입니다. 먼저 수평 장력(T)을 구해야 하는데, 장력 T는 전선이 끊어지는 힘인 인장하중을 안전율로 나눈 값입니다. 즉, T = 10210 ÷ 2.2 = 4640.9[kg]이 됩니다. 이제 이도 공식 D = (W × S²) / (8 × T)에 대입합니다. D = (1.11 × 300²) / (8 × 4640.9) = (1.11 × 90000) / 37127.2 = 99900 / 37127.2 = 약 2.69[m]가 도출됩니다. 따라서 가장 근사치인 2.7[m]가 정답입니다. 이도 공식의 형태를 반드시 백지에 여러 번 적어서 손에 익혀두시기 바랍니다.
2. 연접 인입선의 시설 제한 기준 (이웃집에서 당겨오는 전기)
발전소에서 온 전기는 전신주를 거쳐 우리 집 처마 밑으로 들어오는데, 이를 '인입선'이라고 부릅니다. 그런데 만약 골목길이 너무 좁아서 전신주를 추가로 세울 수 없는 상황이라면 어떻게 해야 할까요? 이때는 이미 전기가 들어가 있는 바로 옆 이웃집의 처마 끝에서 전선을 분기하여(나누어) 우리 집으로 끌고 올 수 있습니다. 수용 장소의 인입선에서 분기하여 다른 수용 장소의 인입구에 이르는 이 전선을 '연접 인입선'이라고 부릅니다.
하지만 하나의 집에서 계속 가지치기하듯 전기를 빼서 쓰면 전압이 심하게 떨어지고(전압 강하), 화재 발생 시 불길이 전선을 타고 이웃집으로 옮겨붙기 쉬워 매우 위험합니다. 따라서 전기설비규정에서는 연접 인입선의 시공을 다음 3가지로 엄격하게 통제하고 있습니다.
- 분기점으로부터 100[m]를 초과하지 말 것: 전압이 떨어지는 것을 막기 위한 거리 제한입니다.
- 폭 5[m]를 초과하는 도로를 횡단하지 말 것: 넓은 도로를 가로지르면 대형 차량에 걸리거나 단선 사고 시 도로를 마비시킬 위험이 있습니다.
- 옥내를 관통하지 아니할 것: 남의 집 거실이나 안방 내부를 관통해서 전선을 끌고 가면 사생활 침해와 화재 시 심각한 법적 분쟁을 야기합니다. 반드시 건물 바깥벽(옥외)을 따라 배선해야 합니다.
[엄선 기출문제 2] Q. 저압 연접 인입선의 시설과 관련된 설명으로 잘못된 것은?
- 옥내를 통과하지 아니할 것
- 전선의 굵기는 1.5[mm²] 이하일 것
- 폭 5[m]를 넘는 도로를 횡단하지 아니할 것
- 인입선에서 분기하는 점으로부터 100[m]를 넘는 지역에 미치지 아니할 것
정답: 2번 (전선의 굵기는 1.5[mm²] 이하일 것) 상세 해설: 보기 1번(옥내 관통 금지), 보기 3번(5[m] 초과 도로 횡단 금지), 보기 4번(100[m] 초과 금지)은 모두 한국전기설비규정에서 명시하고 있는 연접 인입선의 3대 절대 제한 규정입니다. 전선을 하늘에 띄워 여러 집을 연결해야 하므로 기계적인 튼튼함이 필수적입니다. 따라서 가느다란 1.5[mm²]의 전선을 사용하는 것은 물리적 강도가 부족하여 매우 위험하므로, 2번 보기는 완전히 틀린 설명입니다. 제한 수치 100과 5를 명확하게 암기해 두십시오.
3. 연선(Stranded Wire)의 구조와 소선수 계산
굵은 전류를 흘려보내기 위해서는 단면적이 매우 큰 전선이 필요합니다. 하지만 굵은 쇳덩어리(단선) 하나로 전선을 만들면 뻣뻣해서 구부릴 수가 없고 관 속에 밀어 넣을 수도 없습니다. 이를 해결하기 위해 가느다란 얇은 선(소선) 여러 가닥을 촘촘하게 꼬아서 하나의 굵고 부드러운 전선으로 만드는데, 이를 '연선'이라고 부릅니다.
연선은 정중앙에 중심 소선 1가닥을 놓고, 그 주위를 1층, 2층, 3층으로 동심원을 그리며 감싸 나가는 기하학적 구조를 가집니다. 이때 층수(n)에 따라 전체 소선의 가닥수(N)가 몇 개가 되는지를 구하는 공식이 빈번하게 출제됩니다.
- 총 소선수 계산 공식: N = 3n(n+1) + 1 (여기서 n은 중심 소선을 뺀 층수입니다.)
- 층수별 가닥수 암기 (매우 유용):
- 1층 연선: 3 × 1 × 2 + 1 = 7가닥
- 2층 연선: 3 × 2 × 3 + 1 = 19가닥
- 3층 연선: 3 × 3 × 4 + 1 = 37가닥
- 4층 연선: 3 × 4 × 5 + 1 = 61가닥
[엄선 기출문제 3] Q. 연선 결정에 있어서 중심 소선을 뺀 층수가 3층이다. 전체 소선수는?
- 91
- 61
- 37
- 19
정답: 3번 (37) 상세 해설: 전선 파트에서 출제되는 완벽한 점수 획득용 보너스 문제입니다. 총 소선수 공식 N = 3n(n+1) + 1 에 문제에서 주어진 층수 n = 3을 그대로 대입합니다. 계산하면 3 × 3 × (3+1) + 1 이 되며, 9 × 4 + 1 = 36 + 1 = 37가닥이 도출됩니다. 공식을 잊어버리셨더라도 7, 19, 37, 61 이라는 가닥수의 수열을 반복해서 눈에 발라두시면 시험장에서 계산기 없이도 1초 만에 정답을 찍어내실 수 있습니다.
1분 마무리 요약 노트
- 가공 전선로 이도(Dip): 단선을 막기 위해 전선에 주는 처짐의 여유이며, 공식은 D = WS² / 8T 입니다. 이도는 경간(거리)의 제곱에 비례합니다.
- 연접 인입선 제한 규정: 다른 집에서 분기해 오는 전선으로, 100[m] 초과 금지, 폭 5[m] 도로 횡단 금지, 옥내 관통 금지라는 3대 원칙을 무조건 지켜야 합니다.
- 연선 소선수 공식: 부드러운 전선인 연선의 전체 가닥수는 N = 3n(n+1) + 1 로 구하며, 층수에 따라 7, 19, 37가닥 순으로 증가합니다.
오늘 다루어 본 가공 전선로의 이도 계산과 연접 인입선 규정은 전력망을 거미줄처럼 구성할 때 전선의 기계적 강도와 이웃 간의 안전을 확보하기 위한 아주 필수적인 내용입니다. 현장에서도 전선을 당길 때 이 텐션(장력)을 얼마나 주느냐가 전기 공사의 퀄리티를 좌우합니다.
학습을 진행하시면서 공식의 유도 과정이나 KEC 규정의 배경에 대해 조금이라도 이해가 안 가는 부분이 있으시다면 하단의 댓글 창을 통해 언제든지 질문을 남겨주십시오. 전기 달인이 가장 논리적이고 명확한 실무적 해석을 통해 여러분의 답답함을 시원하게 풀어 드리겠습니다. 여러분의 빠르고 확실한 단기 합격을 진심으로 응원합니다!
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