CBT 소방설비기사 기출 - 소방전기일반 - 비정현파 교류

 

소방설비기사 전기분야 · 소방전기일반 · 과년도 핵심정리

비정현파 교류 · 고조파 기출문제 총정리

비정현파 구성 → 파형률·파고율 → 제3고조파 → 변압기 결선 → 고조파 공진 순서로 정리했습니다.

📌 공부 방법

문제를 먼저 풀어본 뒤 「✅ 정답 보기」를 클릭하세요.
특히 비정현파 문제는 ① 어떤 고조파인지 찾기 → ② 해당 주파수의 리액턴스 계산 → ③ 그 성분만 따로 계산하는 순서를 익히는 것이 중요합니다.

현재 규정 팩트체크 · KEC

비정현파·고조파의 계산식 자체는 소방설비기사 「소방전기일반」의 전기회로 이론 영역입니다. 따라서 과년도 문제의 정답을 NFPC·NFTC의 설치 수치처럼 변경해서는 안 됩니다.

KEC 231.3.2 중성선의 단면적
제3고조파 및 제3고조파의 홀수배수 고조파 전류가 많이 흐르는 3상 회로에서는 중성선에 고조파 전류가 집중될 가능성을 고려해야 합니다.

① 전류 종합고조파왜형률 15~33%
→ 해당 조건의 3상회로에서는 중성선의 단면적을 최소한 선도체 단면적 이상으로 고려

② 33% 초과
→ KS C IEC 60364-5-52 부속서 E를 고려하여 중성선 단면적 증가 필요

실무 핵심 : R·S·T 전류가 평형인데도 N선 전류가 큰 경우 → 3배수 고조파를 함께 의심

※ 현재 기준 확인 : 한국전기설비규정(KEC) 시행 2026.1.5. · 과년도 문제와 현재 설계·시공기준은 구분하여 학습

01. 비정현파의 구성요소

자료 확인 1회 · 개념형

기출문제

비사인파의 일반적인 구성이 아닌 것은?

① 직류분
② 기본파
③ 삼각파
④ 고조파

📅 출제년도   2013년 9월

✅ 정답 보기

정답 : ③ 삼각파

🧠 암기 : 비정현파 = 직류 + 기본 + 고조

비정현파는 푸리에 해석 관점에서 직류분 + 기본파 + 고조파로 분해할 수 있습니다. 삼각파는 비정현파의 한 가지 파형이지 구성성분의 명칭이 아닙니다.

실무 연결
UPS, SMPS, LED 드라이버, 인버터 등 비선형 부하에서 전류파형이 정현파에서 벗어나면 기본파 외에 여러 고조파 성분이 포함될 수 있습니다.

02. 파형률과 파고율

자료 확인 2회 · 공식 암기형

대표 기출문제

교류에서 파형의 개략적인 모습을 알기 위해 사용하는 파고율과 파형률에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 파고율 = 실효값 ÷ 평균값
② 파고율 = 최대값 ÷ 실효값 / 파형률 = 실효값 ÷ 평균값
③ 파고율 = 실효값 ÷ 최대값
④ 파고율 = 최대값 ÷ 평균값

📅 출제년도   2014년 3월 · 2018년 3월

✅ 정답 보기

정답 : ② 파고율 = 최대값/실효값, 파형률 = 실효값/평균값

🧠 형실평 · 고최실

파형률 = 실효값 ÷ 평균값
파고율 = 최대값 ÷ 실효값

실무 연결
파고율이 크다는 것은 RMS 값에 비해 순간 피크값이 크다는 뜻입니다. SMPS 등의 펄스성 전류를 판단할 때 Crest Factor와 연결하여 이해하면 좋습니다.

03. 삼각파의 파형률·파고율

계산·암기형 · 자료 확인 2회

기출문제

삼각파의 파형률 및 파고율은?

① 1.0, 1.0
② 1.04, 1.226
③ 1.11, 1.414
④ 1.155, 1.732

📅 출제년도   2015년 5월 · 2018년 4월

✅ 정답 보기

정답 : ④ 파형률 1.155 / 파고율 1.732

🧠 삼각 = 1.155 · √3

삼각파의 파고율은 √3 ≒ 1.732입니다.

함께 암기
정현파 → 파형률 1.11 / 파고율 1.414(√2)
삼각파 → 파형률 1.155 / 파고율 1.732(√3)
구형파 → 파형률 1 / 파고율 1

04. 제3고조파 전류 계산

계산·판단형 ★★★★☆ · 자료 확인 4회

대표 기출문제

R = 4Ω, 1/(ωC) = 9Ω인 RC 직렬회로에 다음 전압을 인가할 때 제3고조파 전류의 실효값은 몇 A인가?

e(t) = 50 + 10√2 sinωt + 120√2 sin3ωt [V]

① 4.4 A
② 12.2 A
③ 24 A
④ 34 A

📅 출제년도   2012년 3월 · 2013년 3월 · 2019년 9월 · 2020년 9월

✅ 정답 보기

정답 : ③ 24 A

🧠 n고조파 → L은 n배 · C는 1/n

① 제3고조파 전압만 선택
120√2 sin3ωt → 실효값 V₃ = 120V

② 제3고조파 용량리액턴스
X_C3 = 9/3 = 3Ω

③ 임피던스
|Z₃| = √(4² + 3²) = 5Ω

④ 전류
I₃ = 120/5 = 24A

실무 연결
고조파 차수가 n배가 되면 X_L은 n배 증가하고, X_C는 1/n로 감소합니다. 따라서 고조파가 많은 계통에서 콘덴서에는 고조파 전류가 더 쉽게 흐를 수 있습니다.

05. 제3고조파와 변압기 결선

결선 판단형 · 자료 확인 2회

기출문제

제3고조파 전류가 나타나는 결선방식은?

① Y-Y
② Y-△
③ △-△
④ △-Y

📅 출제년도   2011년 10월 · 2015년 3월

✅ 정답 보기

정답 : ① Y-Y 결선

🧠 3고조파 · △ 없으면 Y-Y

첨부 기출 해설에서는 제3고조파를 변압기 여자전류에 가장 많이 포함되는 고조파로 설명하고, 변압기 1·2차 결선에 △결선이 없는 경우와 연결하여 정리합니다.

실무 연결
△결선은 3차·9차·15차와 같은 3배수 고조파가 내부에서 순환할 수 있는 경로를 제공합니다. 따라서 변압기 고조파를 볼 때는 부하뿐 아니라 Y/△ 결선 구조도 함께 확인합니다.

06. 제n고조파와 RLC 공진

공식·계산형 · 자료 확인 2회

대표 기출문제

RLC 직렬공진회로에서 제n고조파가 공진하는 기본파 주파수는?

① 1 / (2πn√LC)
② 1 / (2π√nLC)
③ n / (2π√LC)
④ 일반 공진주파수와 동일

📅 출제년도   2014년 9월 · 2017년 9월

✅ 정답 보기

정답 : ① f = 1 / (2πn√LC)

🧠 n고조파 공진 → 일반 공진주파수 ÷ n

LC 회로 자체의 일반적인 공진주파수는
f_r = 1 / (2π√LC)

기본주파수를 f라 하면 n차 고조파는 nf이므로
nf = 1 / (2π√LC)
따라서
f = 1 / (2πn√LC)

중요 구분
「n고조파의 실제 주파수」는 nf이고, 기출 공식 1/(2πn√LC)는 n고조파가 LC 공진점에 도달하도록 하는 기본파 주파수를 의미합니다.

실무 연결
역률보상 콘덴서와 계통 인덕턴스가 특정 고조파 주파수 부근에서 공진하면 해당 고조파 전류·전압이 커질 수 있으므로 콘덴서 과열·퓨즈 동작 등이 반복될 때 확인 대상이 됩니다.

실무에서 고조파를 의심하는 패턴

① R·S·T 전류는 비슷한데 N선 전류가 크다
→ 단순 상불평형뿐 아니라 제3고조파 및 3배수 고조파 확인

② UPS·LED·SMPS·서버 부하 증가 시 중성선 전류도 증가
→ THD-I 및 3차·5차·7차 고조파 확인

③ 역률보상 콘덴서 투입 시 발열·퓨즈 동작
→ 고조파 유입 및 LC 공진 가능성 검토

④ 일반 계측기와 True RMS 계측값 차이가 크다
→ 비정현파 전류 가능성 확인

🔥 시험 직전 핵심 암기

비정현파 = 직 · 기 · 고
→ 직류분 + 기본파 + 고조파

형실평
→ 파형률 = 실효값 / 평균값

고최실
→ 파고율 = 최대값 / 실효값

삼각 = 1.155 · 1.732
→ 파형률 1.155 / 파고율 √3

n고조파 : L×n · C÷n
→ X_Ln = nX_L / X_Cn = X_C/n

3고조파 결선 = Y-Y
→ 과년도 기출 정답

n고조파 공진 = f₀/n
→ 1 / (2πn√LC)

N선이 이상하게 크다?
→ 상불평형 + 제3고조파 + 3배수 고조파 확인

규정·자료 구분
· 기출문제·출제년도·기출정답 : 첨부 「소방설비기사 필기(전기분야) 과년도」 자료 기준
· 현재 실무 규정 검토 : 한국전기설비규정(KEC, 시행 2026.1.5.) 231.3.2 중성선의 단면적
· 과년도의 회로이론 정답과 현재 설계·시공 규정은 서로 구분하여 학습