소방전기일반 - 회로이론, 전기기기, 논리회로
소방전기일반은 소방설비를 움직이는 전기·전자 기초를 폭넓게 묻는다. 직류·교류 회로 계산, 전기기기(변압기·유도전동기), 논리회로와 계측이 출제 축이며, 소방전기시설 과목의 계산 문제를 푸는 토대가 된다.
회로 계산의 기본
옴의 법칙 V=IR, 저항의 직렬 합과 병렬 역수 합, 키르히호프 전류·전압 법칙이 출발점이다. 전력은 P=VI=I²R=V²/R. 콘덴서는 저항과 반대로 병렬이 단순 합, 직렬이 역수 합이며, 코일은 상호유도가 없으면 직렬 합이다. 과도현상의 시정수는 RC 회로에서 τ=RC, RL 회로에서 τ=L/R이다.
교류와 임피던스
실효값은 최대값/√2, 임피던스는 Z=√(R²+(XL−XC)²), 역률은 cosθ=R/Z다. 직렬 공진 주파수는 f=1/(2π√(LC))이고 공진 시 Z=R로 전류가 최대가 된다. 3상은 Y결선에서 선간전압=√3×상전압, 선전류=상전류, Δ결선에서 선간전압=상전압, 선전류=√3×상전류이며, 전력은 결선과 무관하게 P=√3·V·I·cosθ로 계산한다.
전기기기
변압기 권수비는 a=N1/N2=V1/V2=I2/I1이다. 유도전동기는 동기속도 Ns=120f/P, 슬립 s=(Ns−N)/Ns로 회전자가 동기속도보다 느린 이유를 정량적으로 설명한다.
논리회로
불 대수와 드모르간 정리, NAND·NOR 게이트가 범용 게이트라는 점, 진리표에서 출력이 1이 되는 조건으로 회로를 단순화하는 절차가 자주 나온다.
예시: 임피던스와 전력
220 V 교류 전원에 R=20 Ω, XL=15 Ω이 직렬로 연결되고 용량성 리액턴스는 없다. Z=√(20²+15²)=25 Ω, I=220/25=8.8 A, 역률 cosθ=20/25=0.8, 유효전력 P=220×8.8×0.8≈1,549 W다. 피상전력 1,936 VA와 구분해야 한다.
감점 함정
- 콘덴서 직렬을 저항 직렬처럼 단순 합으로 처리
- 3상에서 √3을 선전류·상전류 자리에 잘못 적용
- 슬립을 %와 소수로 혼동
- 피상전력과 유효전력 구분 없이 P=VI만 사용