CBT 소방설비기사 기출 - 소방전기일반 - 과도현상

 

소방설비기사 전기분야 · 소방전기일반 · 과년도 핵심정리

과도현상 기출문제 총정리

코일·콘덴서 순간특성 → 시정수 → LC 과도전류 순서로
기출문제 → 출제년도 → 클릭형 정답 → 실무 연결까지 정리했습니다.

📌 공부 방법

문제를 먼저 풀어본 뒤 「✅ 정답 보기」를 클릭하세요. 과도현상은 공식을 무작정 암기하기보다 「L은 전류, C는 전압」이라는 기본원리에서 출발하면 훨씬 쉽게 정리됩니다.

⚖️ 규정·법규 팩트체크

① 과도현상 공식 자체
τ=L/R, τ=RC, LC 불변진동전류 등은 소방 화재안전기준의 설치기준 숫자가 아니라 전기회로 이론이다.

② NFPC·NFTC와의 관계
자동화재탐지설비 등 소방시설의 설치·성능은 해당 NFPC·NFTC를 적용하지만, 과도현상의 시정수 공식을 NFPC에서 별도로 정하는 것은 아니다.

③ 실무의 과도과전압 보호
서지·낙뢰 등에 따른 과도과전압 보호는 KEC 153.1.4 서지보호장치(SPD) 시설 등과 연결된다. SPD 선정·적용 시에는 관련 KS C IEC 기준을 함께 검토한다.

시험 포인트 : 과년도 전기이론 문제의 정답과 실제 소방시설의 설치기준을 서로 혼동하지 않는다.

01. 코일과 콘덴서에서 급격히 변할 수 없는 양

기본원리 ★★★★★

기출문제

콘덴서와 코일에서 실제적으로 급격히 변화할 수 없는 것이 있다면 어느 것인가?

① 코일에서 전압, 콘덴서에서 전류
② 코일에서 전류, 콘덴서에서 전압
③ 코일, 콘덴서 모두 전압
④ 코일, 콘덴서 모두 전류

📅 출제년도
2013년 6월

✅ 정답 보기

정답 : ② 코일에서 전류, 콘덴서에서 전압

🧠 암기 : L은 I를 기억 / C는 V를 기억

코일 L은 전류가 순간적으로 바뀌지 않는다.
→ i_L(0+) = i_L(0−)

콘덴서 C는 전압이 순간적으로 바뀌지 않는다.
→ v_C(0+) = v_C(0−)

🔧 실무 연결
릴레이·전자접촉기·솔레노이드 등의 코일 전류를 갑자기 차단하면 역기전력이 발생할 수 있다. 반대로 SMPS의 입력 콘덴서는 전원 투입 순간 돌입전류와 관계가 깊다.

02. RL 직렬회로의 시정수

반복출제 ★★★★★

계산·판단형 기출문제

저항 R₁, R₂와 인덕턴스 L의 직렬회로가 있다. 이 회로의 시정수 τ는?

① −(R₁ + R₂) / L
② (R₁ + R₂) / L
③ −L / (R₁ + R₂)
④ L / (R₁ + R₂)

📅 출제년도
2012년 9월 · 2016년 3월 · 2017년 5월 · 2021년 3월

✅ 정답 보기

정답 : ④ τ = L / (R₁ + R₂)

🧠 암기 : RL → L/R

RL 직렬회로의 시정수는

τ = L / R

따라서 저항 R₁과 R₂가 직렬이면 전체 저항은 R₁ + R₂이므로

τ = L / (R₁ + R₂)

비교 암기
RL 직렬회로 → τ = L/R
RC 직렬회로 → τ = RC

🔧 실무 연결
릴레이·전자접촉기 코일처럼 인덕턴스를 가진 회로는 전원을 넣거나 끌 때 즉시 정상상태가 되는 것이 아니다. L이 클수록 변화가 느려지고, R이 커질수록 시정수는 작아진다.

03. LC 직렬회로의 과도전류

계산·공식형 ★★★★☆

기출문제

LC 직렬회로에 직류전압 E를 t = 0(s)에 인가했을 때 흐르는 전류 i(t)는?

① E / √(L/C) × cos[t / √(LC)]
② E / √(L/C) × sin[t / √(LC)]
③ E / √(C/L) × cos[t / √(LC)]
④ E / √(C/L) × sin[t / √(LC)]

📅 출제년도
2018년 4월 · 2021년 3월

✅ 정답 보기

정답 : ② E / √(L/C) × sin[t / √(LC)]

i(t) = E√(C/L) · sin(t/√LC)

🧠 암기 : LC → E√(C/L) · sin

이상적인 LC 회로에서는 콘덴서의 전기장 에너지와 코일의 자기장 에너지가 서로 교환되면서 불변진동 전류가 발생한다.

고유각주파수 : ω₀ = 1/√(LC)
고유주파수 : f₀ = 1 / (2π√LC)

⚠️ 실무 팩트체크
기출의 LC 회로는 저항이 없는 이상회로이다. 실제 배선·코일에는 저항과 손실이 존재하므로 실제 진동은 일반적으로 감쇠한다. 따라서 실제 설비를 “영원히 진동하는 LC 회로”로 이해하면 안 된다.

04. 콘덴서의 투입 순간 상태

응용형 ★★★☆☆

기출문제

콘덴서와 정전유도에 관한 설명으로 틀린 것은?

① 정전용량이란 콘덴서가 전하를 축적하는 능력을 말한다.
② 콘덴서에서 전압을 가하는 순간 콘덴서는 단락상태가 된다.
③ 정전유도에 의하여 작용하는 힘은 반발력이다.
④ 같은 부호의 전하끼리는 반발력이 생긴다.

📅 출제년도
2009년 3월 · 2016년 3월

✅ 정답 보기

정답 : ③ 정전유도에 의하여 작용하는 힘은 반발력이다.

정전유도에 의해 가까운 쪽에는 반대 종류의 전하가 나타나므로 작용하는 힘은 흡인력이다.

🧠 과도현상 암기 : C 처음 단락 → DC 정상상태 개방

이 문제에서 과도현상과 직접 연결되는 선택지는 ②이다. 초기 충전전압이 0인 이상적인 콘덴서에 직류전압을 인가하는 순간에는 콘덴서 전압이 즉시 변할 수 없으므로 초기 순간에는 단락에 가까운 상태로 본다.

충분한 시간이 지난 직류 정상상태에서는 전류가 0에 가까워지므로 개방회로처럼 취급한다.

🔧 실무 연결
SMPS·충전기·LED 전원장치 등의 입력 콘덴서는 전원을 투입하는 순간 충전되면서 큰 돌입전류가 발생할 수 있다. 따라서 “정상운전 전류가 작다 = 투입 순간 전류도 작다”는 의미가 아니다.

과도현상 핵심 비교

구분

코일 L

콘덴서 C

급변 불가

전류 I

전압 V

초기 무에너지

개방처럼

단락처럼

DC 정상상태

단락처럼

개방처럼

시정수

τ = L/R

τ = RC

🔧 시설관리 실무에서 연결하기

코일 OFF → 역기전력·접점 아크 가능
콘덴서 ON → 돌입전류 가능
모터 기동 → 큰 기동전류·전압강하 가능
긴 배선 + 빠른 스위칭 → 과도전압·링잉 가능
서지 보호 → 설비 조건에 따라 KEC·SPD 관련 기준 검토

멀티미터의 정상 표시값만으로 수 μs~ms 단위의 순간 과도현상까지 정상이라고 판단할 수는 없다. 반복되는 순간 오동작은 발생시점과 스위칭·모터기동·릴레이동작의 시간관계를 함께 확인하는 것이 중요하다.

🔥 시험 직전 10초 핵심 암기

L → I → 코일은 전류가 급격히 변하지 않는다.
C → V → 콘덴서는 전압이 급격히 변하지 않는다.
RL = L/R → 저항이 R₁+R₂면 τ=L/(R₁+R₂)
RC = RC → 콘덴서 회로 시정수
LC = E√(C/L)·sin → 불변진동 전류
C : 처음 단락 · 끝 개방 → 무충전 콘덴서의 직류 투입 기준
실무 서지 → SPD → KEC의 서지보호장치 기준과 연결

※ 기출문제·출제년도·정답은 첨부된 소방설비기사 전기분야 과년도 자료를 기준으로 정리함.
※ 과년도의 전기회로 이론과 현재 소방시설 설치기준은 별개의 영역이므로 구분하여 학습할 것.
※ 현장 설계·시공에 적용할 경우 최신 NFPC·NFTC·KEC 및 해당 기기의 형식승인·제품기준을 별도로 확인할 것.

 

1. 과도현상이란?

스위치를 켜거나 끄는 순간처럼 회로의 상태가 갑자기 바뀌었을 때,

기존 정상상태 → 새로운 정상상태

로 바로 넘어가지 못하고 잠깐 변화하는 현상을 과도현상(transient phenomenon)이라고 합니다.

예를 들면,

스위치 ON → 전류·전압 변화 → 잠시 과도상태 → 일정한 정상상태

가 됩니다.

그 원인은 주로 코일 L과 콘덴서 C가 에너지를 저장하기 때문입니다.

과도현상 = 스위치를 켜고 끄는 ‘그 순간’에 생기는 현상입니다. 

정상운전 중에는 24V가 24V이고 모터가 일정하게 돌지만, 차단기·릴레이·전자접촉기·솔레노이드가 ON/OFF 되는 순간에는 전압과 전류가 잠깐 크게 변합니다. 

실무에서는 “평소에는 멀쩡한데 기동 순간에만 이상하다”는 고장의 상당 부분이 이 영역입니다. 예를 들어 소방펌프 접촉기가 투입될 때 제어전원이 순간 흔들리거나, 대형 모터 기동 순간 감시회로가 순간적으로 오동작하는 경우입니다. 

핵심은 정상상태 값만 재서는 원인을 못 찾을 수 있다는 것입니다. 클램프미터의 일반 측정값보다 오실로스코프, MIN/MAX 기능, 돌입전류 측정 기능이 필요한 이유도 여기 있습니다.

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2. 가장 중요한 원칙 2개

과도현상 문제는 사실 이것부터 시작합니다.

소자	순간적으로 변할 수 없는 것	핵심
코일 L	전류	전류의 급변을 싫어함
콘덴서 C	전압	전압의 급변을 싫어함

즉,

$$\boxed{i_L(0^+)=i_L(0^-)}$$ $$\boxed{v_C(0^+)=v_C(0^-)}$$

첨부 기출에서도 “콘덴서와 코일에서 실제적으로 급격히 변화할 수 없는 것”의 정답을 코일의 전류, 콘덴서의 전압으로 제시합니다.

암기

L은 I를 기억한다.
C는 V를 기억한다.

이 한 문장을 기억하면 상당 부분 해결됩니다.

코일은 전류를 갑자기 바꾸기 싫어하고, 

콘덴서는 전압을 갑자기 바꾸기 싫어합니다. 

실무에서 릴레이 코일에 0.1A가 흐르다가 전원을 끊으면 

“0.1A → 즉시 0A”가 되기 어렵습니다. 코일은 기존 전류를 계속 흐르게 하려고 높은 전압을 만들어냅니다. 

반대로 24V가 충전된 콘덴서는 전원을 끊었다고 바로 0V가 되지 않습니다. 그래서 제어반 전원을 내렸는데 LED가 몇 초간 켜져 있거나, SMPS 내부를 바로 만지면 위험할 수 있는 이유가 됩니다. 

암기는 L은 I 기억, C는 V 기억이면 충분합니다.

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3. 왜 그런가?

코일 L

코일의 전압은

$$v_L=L\frac{di}{dt}$$

입니다.

전류가 순간적으로 확 바뀌려면

$$\frac{di}{dt}\rightarrow \infty$$

가 되어 코일 양단에 이론적으로 엄청난 전압이 필요합니다.

따라서

코일 전류는 순간적으로 변할 수 없다.

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콘덴서 C

콘덴서 전류는

$$i_C=C\frac{dv}{dt}$$

입니다.

콘덴서 전압을 순간적으로 바꾸려면

$$\frac{dv}{dt}\rightarrow \infty$$

가 되어 엄청난 전류가 필요합니다.

따라서

콘덴서 전압은 순간적으로 변할 수 없다.

왜 코일 전류가 급변하지 않는가를 실무적으로 보면 릴레이·접촉기에서 가장 잘 보입니다. 코일 관계식은 $v=L\frac{di}{dt}$입니다. 전류를 아주 짧은 시간에 끊으려고 할수록 $di/dt$가 커지고, 코일은 큰 역기전력을 만듭니다. 예를 들어 24V DC 릴레이 코일이라고 해서 차단 순간에도 반드시 24V만 존재하는 것이 아닙니다. 억제소자가 없으면 순간적으로 훨씬 높은 전압이 만들어져 접점 사이에 작은 불꽃이 보일 수 있습니다. 반복되면 접점이 검게 변하고 표면이 거칠어지고 제어기 출력소자가 손상될 수 있습니다. 그래서 DC 코일에는 플라이백 다이오드, TVS, MOV 등을 사용하고 AC 코일이나 접점에는 RC 스너버나 MOV를 쓰는 경우가 많습니다.

 

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4. 스위치를 켜는 순간의 모습

초기에 에너지가 없는 상태라고 가정합니다.

코일 L

전류가 0A였다면 스위치를 켜는 순간에도

$$i_L(0^+)=0$$

입니다.

따라서 순간적으로는 개방회로처럼 행동합니다.

시간이 충분히 지나 직류 정상상태가 되면

$$\frac{di}{dt}=0$$

이므로

$$v_L=0$$

즉 단락회로처럼 행동합니다.

콘덴서 C

초기 전압이 0V라면

$$v_C(0^+)=0$$

이므로 처음에는 단락회로처럼 행동합니다.

충전이 끝난 직류 정상상태에서는 전류가 흐르지 않으므로

개방회로처럼 행동합니다.

따라서 시험에서 매우 중요한 표는 다음입니다.

소자	$t=0^+$ 초기	$t=\infty$ 직류 정상상태
L	개방에 가까움	단락
C	단락에 가까움	개방

단, 이는 초기 에너지가 0인 경우라는 조건을 붙여 이해해야 합니다.

스위치를 켜는 순간의 L과 C를 이해하면 현장 기동현상이 쉬워집니다. 초기 에너지가 0이라고 보면 

코일은 처음에는 전류가 0이므로 순간적으로 개방에 가까운 모습이고, 

콘덴서는 전압이 0이므로 순간적으로 단락에 가까운 모습을 보입니다. 

대표적인 실제 사례가 SMPS 입력부입니다. SMPS에는 큰 평활콘덴서가 있는데 전원을 처음 넣으면 콘덴서 전압이 0V이므로 충전하기 위해 큰 전류가 순간적으로 흐릅니다. 

이것이 **돌입전류(inrush current)**입니다. 그래서 평상시 소비전류가 1A도 안 되는 장비가 투입 순간에는 훨씬 큰 전류를 먹을 수 있습니다. 여러 전원장치를 동시에 투입했을 때 차단기가 순간 트립하는 현상과 연결됩니다.

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5. 시정수 τ

과도현상에서 가장 중요한 계산값입니다.

시정수(Time Constant)란

과도상태가 얼마나 빨리 정상상태로 변하는지를 나타내는 시간 척도

입니다.

시정수 τ는 ‘얼마나 빨리 상태가 변하는가’를 나타내는 실무적인 시간척도입니다. 시정수를 과도상태 변화속도의 척도로 설명합니다. 예를 들어 연기감지기나 수신기 회로 내부에서도 작은 R-C 조합을 이용해 순간 잡음은 무시하고 일정 시간 이상 지속되는 신호만 받아들이도록 설계할 수 있습니다. 현장에서 생각하면 “신호가 들어왔는데 바로 반응하느냐, 조금 지연되고 반응하느냐”를 결정하는 기본 원리 중 하나입니다. 

$\tau$가 크면 천천히, 작으면 빨리 변합니다.

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6. RL 직렬회로의 시정수

저항 R과 코일 L이라면

$$\boxed{\tau=\frac{L}{R}}$$

입니다.

저항이 $R_1,R_2$ 직렬이면

$$\boxed{\tau=\frac{L}{R_1+R_2}}$$

첨부 기출에서도 $R_1,R_2,L$ 직렬회로의 시정수를 묻는 문제가 반복 출제되었습니다.

관계를 직관적으로 보면

• L ↑ → 변화가 느려짐 → τ ↑
• R ↑ → 변화가 빨라짐 → τ ↓

즉,

큰 코일은 전류변화를 오래 붙잡는다.

RL 회로의 시정수는 $\tau=L/R$입니다. 코일이 클수록 천천히 변하고, 저항이 클수록 전류가 빨리 안정됩니다. 

실무 예를 들면 접촉기 코일입니다. 큰 인덕턴스를 가진 코일은 전류가 즉시 최종값에 도달하지 않습니다. 반대로 차단할 때도 즉시 0이 되지 않습니다. 

그래서 릴레이나 솔레노이드 밸브에서 “전원은 끊었는데 아주 짧은 시간 자기력이 남는 것처럼 보이는 현상”을 이해할 수 있습니다. 물론 실제 기계적 복귀시간, 철심 잔류자기 등도 함께 작용합니다.

 

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7. RC 직렬회로의 시정수

저항 R과 콘덴서 C에서는

$$\boxed{\tau=RC}$$

입니다.

첨부 교재에서도 RC 직렬회로의 시정수로 $T=RC$를 제시합니다.

관계를 보면

• R ↑ → 충·방전 느림
• C ↑ → 저장용량 증가 → 충·방전 느림

따라서 둘 다

$$\tau \uparrow$$

입니다.

RC 회로의 시정수는 $\tau=RC$입니다. 

실무에서는 가장 많이 만나는 과도현상입니다. 수신기 전원부, SMPS, 지연회로, 노이즈 필터, 타이머회로 등에 R과 C가 계속 등장합니다. 예를 들어 전원부 콘덴서가 2,000µF이고 방전경로 저항이 크다면 전원을 끈 후에도 수초 이상 전압이 남을 수 있습니다. 그래서 전원 OFF 직후 테스터로 측정했더니 24V가 18V, 12V, 5V 식으로 천천히 내려가는 현상이 정상일 수도 있습니다.

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8. 시정수 숫자는 이렇게 이해

변화하는 양을

$$x(t)=x_\infty+(x_0-x_\infty)e^{-t/\tau}$$

형태로 생각하면 모든 1차 과도현상을 하나로 이해할 수 있습니다.

대표적으로 상승하는 경우:

시간	최종값에 도달한 정도
$1\tau$	약 63.2%
$2\tau$	약 86.5%
$3\tau$	약 95.0%
$4\tau$	약 98.2%
$5\tau$	약 99.3%

그래서 실무나 문제풀이에서는

$$\boxed{5\tau \approx 정상상태}$$

라고 봅니다.

반대로 감소하는 양은 $1\tau$ 후 약 36.8%가 남습니다.

1τ, 3τ, 5τ는 현장에서 ‘얼마나 기다려야 하는가’를 판단하는 기준으로 생각하면 쉽습니다. 

상승 과정에서는 1τ에 약 63%, 3τ에 약 95%, 5τ에 약 99%에 도달합니다. 예를 들어 어떤 RC 회로의 시정수가 2초라면 약 10초가 지나면 사실상 새로운 정상상태라고 볼 수 있습니다. 전원 OFF 후에도 어떤 출력이 몇 초 유지된다면 무조건 고장이 아니라 콘덴서 방전 시정수 때문일 수 있습니다. 반대로 원래 1~2초 안에 꺼져야 하는데 1분씩 남아 있다면 방전저항 단선, 콘덴서 이상, 회로구성 변화 등을 점검할 수 있습니다.

---

9. RL 회로 — 스위치 ON

직류전압 E를 RL 직렬회로에 연결합니다.

초기에는

$$i(0)=0$$

최종적으로는

$$i(\infty)=\frac ER$$

입니다.

따라서 전류는

$$\boxed{ i(t)=\frac ER \left(1-e^{-t/\tau}\right) }$$ $$\tau=\frac LR$$

입니다.

즉,

전류
↑
│                 ───── E/R
│             ___
│          __/
│       __/
│    __/
│___/
└────────────────────→ 시간

처음부터 확 올라가는 것이 아니라 천천히 증가합니다.

코일 전압

$$\boxed{v_L(t)=Ee^{-t/\tau}}$$

따라서 처음에는 거의 E이고 시간이 지나면 0이 됩니다.

즉,

전류 : 0 → E/R 증가
코일전압 : E → 0 감소

서로 반대 방향입니다.

RL 회로를 켤 때는 전류가 0에서 최종값으로 서서히 증가합니다. 

식은 $i(t)=\frac ER(1-e^{-t/\tau})$입니다. 소방펌프 제어반의 접촉기 코일, 밸브 솔레노이드, 릴레이 등이 대표적인 RL 성격의 부하입니다. 예를 들어 24V DC 릴레이를 켰다고 해서 이론적으로 코일 전류가 0에서 정격전류로 무한히 빠르게 뛰는 것이 아닙니다. 전류가 증가하면서 철심의 자속이 형성되고 결국 접점이 동작합니다. 

그래서 릴레이에는 전기적인 응답시간 외에도 철편이 움직이는 기계적 시간이 더해집니다. “전압은 바로 들어왔는데 접점이 약간 늦게 붙는다”는 현상을 이해하는 기초가 됩니다.

---

10. RL 회로 — 스위치 OFF

코일에 전류 $I_0$가 흐르고 있었다면 갑자기 0A로 만들 수 없습니다.

그래서

$$\boxed{i(t)=I_0e^{-t/\tau}}$$

형태로 천천히 감소합니다.

이때 코일이 기존 전류를 계속 흐르게 하려고 하므로 높은 역기전력이 발생할 수 있습니다.

실무적으로 중요한 이유

릴레이·전자접촉기·솔레노이드 같은 코일 부하를 끌 때

전류차단 → 코일 전류를 계속 유지하려 함 → 높은 역기전력 → 접점 아크·전자회로 손상 가능

이 생깁니다.

그래서 DC 릴레이 코일 등에 플라이백 다이오드 등을 사용하는 이유와 연결됩니다.

RL 회로를 끌 때가 실무에서는 더 중요합니다. 전원을 끊어도 코일은 전류를 계속 유지하려고 합니다. 

이상적으로는 $i(t)=I_0e^{-t/\tau}$처럼 감소합니다. 문제는 흐르던 길을 갑자기 끊어버리면 코일이 전류를 흘릴 길을 찾기 위해 큰 전압을 만든다는 점입니다. 

대표 사례는 접촉기 코일을 제어하는 PLC 출력이 반복적으로 손상되는 경우입니다. 코일에 서지억제회로가 없다면 OFF 때마다 출력소자에 전압 스트레스가 누적될 수 있습니다. 

DC 릴레이 코일에 다이오드를 병렬로 넣으면 전류가 다이오드를 통해 순환하면서 비교적 안전하게 감소합니다. 다만 다이오드를 사용하면 코일 전류가 조금 더 오래 유지되어 릴레이 해제시간이 길어질 수 있다는 것도 실무 포인트입니다.

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11. RC 회로 — 충전

직류전압 E를 연결하면 콘덴서 전압은

$$\boxed{ v_C(t)=E \left(1-e^{-t/\tau}\right) }$$ $$\boxed{\tau=RC}$$

입니다.

처음

$$v_C(0)=0$$

최종

$$v_C(\infty)=E$$

가 됩니다.

충전전류

$$\boxed{ i(t)=\frac ER e^{-t/\tau} }$$

따라서

콘덴서 전압 : 0 → E
충전전류 : E/R → 0

가 됩니다.

RC 충전은 ‘처음에 전류가 크고, 시간이 지나면 전류가 줄어드는 현상’입니다. 콘덴서 전압은 $v_C=E(1-e^{-t/RC})$, 전류는 $i=\frac ER e^{-t/RC}$입니다. 

대표 사례는 소방 수신기나 통신장비 전원부의 평활콘덴서입니다. 전원 투입 순간 콘덴서가 비어 있으므로 충전전류가 크게 흐르고, 충전이 끝나면 전류가 감소합니다. 

그래서 여러 장비의 전원을 한 차단기로 동시에 넣을 때 평상시 전류 합계만 보고 차단기 용량을 정하면 순간 트립이 발생할 수도 있습니다. 이는 단순 과부하와 구분해야 합니다.

---

12. RC 회로 — 방전

충전된 콘덴서 $V_0$를 저항에 연결하면

$$\boxed{ v_C(t)=V_0e^{-t/RC} }$$

입니다.

전류 크기도

$$|i(t)|=\frac{V_0}{R}e^{-t/RC}$$

형태로 감소합니다.

즉,

전압
↑
│────\
│     \
│      \__
│         \___
│             ──
└────────────────→ 시간

RC 방전은 ‘전원을 껐는데 왜 아직 전압이 있지?’를 설명해 줍니다. 충전전압 $V_0$는 $V_C=V_0e^{-t/RC}$ 형태로 감소합니다. 

예를 들어 24V 전원장치 출력에 대용량 콘덴서가 달려 있으면 AC 입력 차단 후에도 출력단에서 잠시 20V, 15V, 8V 등이 측정될 수 있습니다. 수신기나 유도등 내부 전원부를 점검할 때도 OFF 직후 바로 단자를 단락시키는 행동은 피해야 합니다. 일정 시간 기다린 후 전압을 확인하는 습관이 중요합니다. 특히 고전압 DC 링크가 있는 인버터나 UPS는 소방제어회로보다 훨씬 위험하므로 제조사 방전시간을 따라야 합니다.

13. 에너지로 이해하면 더 쉽다

코일

자기장에 에너지를 저장합니다.

$$\boxed{W_L=\frac12LI^2}$$

따라서 코일은

전류 상태를 유지하려고 한다.

---

콘덴서

전기장에 에너지를 저장합니다.

$$\boxed{W_C=\frac12CV^2}$$

따라서 콘덴서는

전압 상태를 유지하려고 한다.

그래서

L → 전류 기억
C → 전압 기억

이라고 이해하면 됩니다.

코일과 콘덴서의 에너지 개념을 알면 ‘왜 전원을 끈 뒤에도 현상이 계속되는가’가 명확해집니다. 코일은 $W_L=\frac12LI^2$, 콘덴서는 $W_C=\frac12CV^2$의 에너지를 저장합니다. 

예를 들어 코일에 전류가 흐르고 있다면 자기장에 저장된 에너지가 어디론가 빠져나가야 코일 전류가 완전히 0이 됩니다. 

콘덴서도 마찬가지로 충전된 전하가 방전경로를 통해 빠져나가야 0V가 됩니다. 

실무에서 “차단기 내렸으니 에너지가 모두 사라졌다”고 단정하면 위험합니다. 전원 차단과 저장에너지 소멸은 같은 순간이 아닙니다.

---

14. LC 직렬회로 과도현상

저항이 없는 이상적인 LC 회로에서는 에너지가

코일의 자기장 ↔ 콘덴서의 전기장

사이를 계속 왕복합니다.

따라서 감쇠하지 않는 불변진동이 발생합니다.

고유각주파수는

$$\boxed{\omega_0=\frac1{\sqrt{LC}}}$$

주파수는

$$\boxed{ f_0=\frac1{2\pi\sqrt{LC}} }$$

입니다.

직류 E를 이상적인 LC 직렬회로에 순간적으로 연결했을 때 전류는

$$\boxed{ i(t)=E\sqrt{\frac CL} \sin\left(\frac{t}{\sqrt{LC}}\right) }$$

형태의 진동전류가 됩니다.

실제로 과년도에도 “L-C 직렬회로에 직류전압을 $t=0$에서 인가할 때 흐르는 전류”를 묻고, 이를 과도현상·불변진동 전류로 다룹니다.

LC 회로에서는 에너지가 코일과 콘덴서 사이를 왕복하면서 진동합니다. L-C 직렬회로에 직류전압을 인가한 뒤 발생하는 전류를 과도현상·불변진동으로 다룹니다. 실무에서는 완벽한 L과 C만 존재하지 않기 때문에 실제로는 저항이 함께 존재하고 진동이 점점 줄어듭니다. 그러나 긴 배선, 코일, 콘덴서, 변압기 등이 존재하는 전원회로에서는 순간적으로 링잉(ringing)이라는 진동파형이 나타날 수 있습니다. 전자회로가 민감하면 이 순간적인 파형이 오동작이나 통신 오류의 원인이 될 수 있습니다.

RL 시정수 계산은 릴레이·솔레노이드의 반응속도를 이해하는 데 유용합니다. 예를 들어 $L=10H$, 전체 저항 $5Ω$라면 $\tau=2s$입니다. 이상적인 전기회로만 놓고 보면 전류가 변화하는 데 상당한 시간이 걸립니다. 다만 실제 소방설비 릴레이의 L과 R 값은 이 예제와 크게 다를 수 있고 철심의 포화, 기계적 스프링, 접점 이동시간 등도 있기 때문에 시정수만으로 실제 작동시간을 결정해서는 안 됩니다. 현장에서는 제조사의 동작시간·복귀시간 사양을 우선 보고, 시정수는 “왜 즉시 반응하지 않는가”를 설명하는 물리적 배경으로 쓰는 것이 좋습니다.

RC 시정수 계산은 전원지연·필터·방전시간 판단에 가장 실용적입니다. 예를 들어 $R=20kΩ$, $C=100µF$라면 $\tau=2s$이고 약 10초면 5τ입니다. 이를 현장식으로 바꾸면 “이 회로는 전원 변화가 있어도 몇 초 동안 완전히 안정되지 않을 수 있다”는 뜻입니다. 감지기 입력에서 순간적인 수십 ms 잡음은 제거하고 실제 신호만 받아들이고 싶다면 RC 필터 같은 개념을 활용할 수 있습니다. 반대로 시정수가 너무 크면 실제 화재신호까지 늦어질 수 있으므로 안전설비에서는 임의로 부품값을 변경하면 안 되고 인증·제조사 설계를 따라야 합니다.

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15. RLC 회로

실제 회로에는 저항 R이 존재하므로 LC처럼 영원히 진동하지 않습니다.

에너지가 저항에서 열로 소모되면서

큰 진동 → 작은 진동 → 정상상태

로 갑니다.

대표적인 세 경우가 있습니다.

저항 크기	상태	특징
작음	부족감쇠	진동하면서 감소
임계값	임계감쇠	진동 없이 가장 빠르게 수렴
큼	과감쇠	진동 없이 천천히 수렴

소방설비기사 필기에서는 복잡한 RLC 미분방정식보다는 L·C 순간특성, 시정수, LC 진동을 먼저 잡는 것이 효율적입니다.

RLC 회로는 실제 설비에 가장 가까운 모델입니다. 현실의 코일에는 권선저항이 있고, 배선에는 저항·인덕턴스가 있으며, 장비 입력부에는 정전용량이 있습니다. 

그래서 현장에서는 사실상 R, L, C가 모두 존재합니다. 차단기를 열거나 접촉기를 개폐할 때 파형을 오실로스코프로 보면 깔끔하게 한 번만 떨어지는 것이 아니라 “튀고 → 흔들리고 → 안정되는” 파형이 나올 수 있습니다. 저항이 너무 작으면 진동이 오래가고, 저항이 적당하면 빨리 안정됩니다. 

RC 스너버를 접점이나 코일에 추가하는 목적 중 하나가 이런 과도진동과 서지를 줄이는 것입니다.

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16. 시험에서 가장 자주 헷갈리는 비교

구분	코일 L	콘덴서 C
기억하는 것	전류 I	전압 V
급변 불가	전류	전압
에너지	$\frac12LI^2$	$\frac12CV^2$
직류 정상상태	단락	개방
초기 무에너지 상태	개방처럼 작용	단락처럼 작용
시정수	$L/R$	$RC$

이 표를 통째로 기억하는 것이 좋습니다.

L과 C 비교표는 실무 고장진단에 바로 써먹을 수 있습니다. 
코일에서는 “전류가 끊길 때 문제가 생긴다”,
콘덴서에서는 “전압이 남아 있거나 투입 순간 큰 전류가 생긴다”라고 기억하면 됩니다.

접촉기·릴레이·솔레노이드가 문제라면 L 관점부터,
SMPS·UPS·인버터·전원보드라면 C 관점부터 보는 것이 좋습니다.

DC 정상상태에서 이상적인 L은 단락, C는 개방으로 봅니다. 그러나 실제 코일에는 저항이 있고 실제 콘덴서에는 누설전류가 있으므로 완전한 단락·개방으로 생각하면 안 됩니다. 시험은 이상소자, 현장은 실제소자로 구분하는 것이 중요합니다.

기출의 ‘코일 전류와 콘덴서 전압은 급변할 수 없다’는 문제는 현장에서도 가장 중요한 기본원리입니다.

 예를 들어 수신기 릴레이 출력에서 24V 코일을 구동하는데 OFF할 때마다 통신장애가 난다면 코일 역기전력에 의한 노이즈 가능성을 생각할 수 있습니다. 반대로 수신기 전원을 끄고도 출력전압이 몇 초 남아 있다면 평활콘덴서 때문일 수 있습니다. 이렇게 시험문제를 “정답 ②”로만 외우지 않고 
코일=OFF 서지,
콘덴서=ON 돌입전류·OFF 잔류전압
으로 연결하면 실제 고장진단에 도움이 됩니다.

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17. 기출문제형 핵심 ①

문제

콘덴서와 코일에서 실제적으로 급격히 변화할 수 없는 것은?

① 코일 전압, 콘덴서 전류
② 코일 전류, 콘덴서 전압
③ 모두 전압
④ 모두 전류

정답

$$\boxed{②}$$

실제 첨부 과년도에도 같은 형태가 출제되어 있습니다.

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18. 기출문제형 핵심 ②

저항

$$R_1=2\Omega,\quad R_2=3\Omega$$

인덕턴스

$$L=10H$$

직렬회로의 시정수는?

전체 저항

$$R=R_1+R_2=5\Omega$$

따라서

$$\tau=\frac{L}{R} =\frac{10}{5}$$ $$\boxed{2s}$$

입니다.

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19. 기출문제형 핵심 ③

$$R=20k\Omega,\qquad C=100\mu F$$

이면 RC 회로의 시정수는?

$$\tau=RC$$ $$=20,000\times100\times10^{-6}$$ $$\boxed{2s}$$

입니다.

약 $5\tau$ 후면

$$5\times2=10s$$

이므로 거의 정상상태입니다.

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20. 과도현상을 한 장으로 압축

             ┌── 과도현상 ──┐
             │ 상태가 변하는 순간 │
             └──────┬───────┘
                    ↓

        ┌─────────────────────┐
        │ L : 전류는 순간변화 불가 │
        │ C : 전압은 순간변화 불가 │
        └─────────────────────┘
               ↓             ↓
              RL             RC
               ↓             ↓
          τ = L/R          τ = RC

        RL ON              RC 충전
 i = E/R(1-e^-t/τ)    Vc = E(1-e^-t/τ)

        RL OFF             RC 방전
 i = I₀e^-t/τ         Vc = V₀e^-t/τ

               ↓
              LC
      에너지 L ↔ C 반복교환
       ω₀ = 1/√LC
       f₀ = 1/(2π√LC)

시험 직전에는 이것만 외우면 됩니다

① L → 전류 급변 불가

② C → 전압 급변 불가

③ RL → $\tau=L/R$

④ RC → $\tau=RC$

⑤ $1\tau$ → 63.2%, $5\tau$ → 거의 완료

⑥ DC 정상상태 → L은 단락, C는 개방

⑦ LC → $f=1/(2\pi\sqrt{LC})$

특히 직접 확인되는 핵심은 “코일 전류·콘덴서 전압은 급격히 변하지 않는다”, RL/RC 시정수, LC 직렬회로의 불변진동입니다.


현장에서 과도현상을 보면 ‘언제 발생했는가’를 먼저 묻는 것이 가장 효율적입니다.

평상시에 계속 이상하면 과도현상보다 전원전압, 접촉불량, 절연, 과부하 등을 먼저 봐야 합니다. 

반대로 차단기 ON 순간, 모터 기동 순간, 접촉기 OFF 순간, 솔레노이드 동작 순간에만 문제가 생긴다면 과도현상을 강하게 의심할 수 있습니다. 

진단 흐름은 

① 어떤 장비가 ON/OFF 됐는가 → 

② 코일성 부하인가 콘덴서성 부하인가 →

③ 순간 전압강하인가 과전압인가 → 

④ 접점 아크·서지억제소자·전원콘덴서 상태 확인 → 

⑤ 일반 멀티미터로 안 잡히면 MIN/MAX·돌입전류·오실로스코프로 확인” 순서가 좋습니다.

특히 소방전기 시설관리 실무에서 바로 연결하면 

전자접촉기·릴레이·솔레노이드 → L, 

수신기·SMPS·유도등 충전회로·UPS → C, 

긴 배선·변압기·필터까지 포함한 실제 시스템 → RLC

로 생각하면 상당히 이해하기 쉬워집니다.

그리고 과도현상을 현장에서 가장 유용하게 압축하면 

“켜질 때는 콘덴서를 의심하고, 꺼질 때는 코일을 의심한다”가 좋은 출발점입니다. 

물론 모터처럼 기동 시 L 성분과 역기전력, 돌입전류가 함께 나타나는 장비도 있으므로 절대법칙이라기보다는 고장진단의 첫 방향으로 쓰면 좋습니다.