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[전기기사 필기] 23년 2회차
전기기사 필기 기출문제

23년 2회차

총 100문항 · 객관식 · A4 약 1장

1 / 1
A4정답 포함
전기기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

23년 2회차

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
그림과 같은 회로에서 스위치를 처음 A에 연결하여 일정전류 I0I_0[A]를 흘려준 다음, 스위치를 급히 B로 전환하면 저항 RR[Ω]에서 1[s] 동안 발생하는 열량[cal]은 얼마인가?LArBR
112.4LI02\dfrac{1}{2.4}LI_0^2
2LI02LI_0^2
312LI02\dfrac{1}{2}LI_0^2
418.4LI02\dfrac{1}{8.4}LI_0^2
정답 및 해설
스위치를 A로 하여 흐르던 정상전류 I0I_0에 의해 인덕터에는 W=12LI02W=\dfrac{1}{2}LI_0^2[J]의 에너지가 저장된다. 스위치를 B로 전환하면 이 에너지가 저항 R에서 전량 열로 소비되며, 1[cal]=4.2[J]1[\mathrm{cal}]=4.2[\mathrm{J}]로 환산하면 H=12LI02×14.2=18.4LI02H=\dfrac{1}{2}LI_0^2\times\dfrac{1}{4.2}=\dfrac{1}{8.4}LI_0^2[cal]가 된다. 따라서 정답은 18.4LI02\frac{1}{8.4}LI_0^2이다.
문제 2
강자성체 히스테리시스 루프의 면적이 의미하는 것은?
1강자성체 단위 면적당 소요되는 에너지를 나타낸다.
2강자성체 전체 체적에 소요되는 에너지를 나타낸다.
3강자성체 단위 길이당 소요되는 에너지를 나타낸다.
4강자성체 단위 체적당 소요되는 에너지를 나타낸다.
정답 및 해설
히스테리시스 루프로 둘러싸인 면적은 자화와 감자화를 한 사이클 반복하는 동안 강자성체 단위 체적에서 열로 소비되는 에너지, 즉 히스테리시스손에 해당한다. 따라서 정답은 강자성체 단위 체적당 소요되는 에너지를 나타낸다이다.
문제 3
정상 전류계에서 전류밀도를 J, 도전율을 σ\sigma, 고유저항을 ρ\rho, 전계의 세기를 EE라 할 때, 옴의 법칙의 미분형은?
1J=EσJ=\dfrac{E}{\sigma}
2J=ρσEJ=\rho\sigma E
3J=ρEJ=\rho E
4J=σEJ=\sigma E
정답 및 해설
정답은 J=σEJ=\sigma E이다. 옴의 법칙의 미분형은 전류밀도가 도전율과 전계의 곱으로 주어지는 J=σEJ=\sigma E이다.
문제 4
유전률이 9인 유전체내 전계의 100[V/m]일 때 유전체 내에 저장되는 에너지 밀도는 몇[J/m3]인가?
15.5×102
24.5×105
39×104
44.5×104
정답 및 해설
유전체 내 저장되는 에너지밀도는 w=12ϵE2w=\frac{1}{2}\epsilon E^2로 구한다. ϵ=9\epsilon=9, E=100E=100을 대입하면 w=12×9×1002=4.5×104[J/m3]w=\frac{1}{2}\times9\times100^2=4.5\times10^4[\mathrm{J/m^3}]가 되어 정답은 4.5×1044.5\times10^4이다.
문제 5
전류 4π[A]가 흐르고 있는 무한직선도체에 의해 자계가 4[A/m]인 점은 직선도체로부터 거리가 몇 [m]인가?
10.5m
23m
34m
41m
정답 및 해설
무한직선도체 주위의 자계는 H=I2πrH=\dfrac{I}{2\pi r}이다. 4=4π2πr=2r4=\dfrac{4\pi}{2\pi r}=\dfrac{2}{r}이므로 r=0.5[m]r=0.5\rm{[m]}가 되어
문제 6
2장의 무한 평판 도체를 4cm의 간격으로 놓은 후 평판 도체 간에 일정한 전계를 인가하였더니 평판 도체 표면에 2μC/m2의 전하밀도가 생겼다. 이 때 평행 도체 표면에 작용하는 정전응력은 약 몇 N/m2 인가?
10.226
20.57
32.26
40.057
정답 및 해설
평행 평판 도체 표면의 정전응력은 f=σ22ϵ0f=\dfrac{\sigma^2}{2\epsilon_0}로 결정되며 전극 간격(4cm)은 결과에 영향을 주지 않는다. σ=2×10−6\sigma=2\times10^{-6}[C/m²]이므로 f=(2×10−6)22×8.855×10−12≈0.226f=\dfrac{(2\times10^{-6})^2}{2\times8.855\times10^{-12}}\approx0.226[N/m²]이다. 따라서 정답은 0.226이다.
문제 7
전계가 E=2xx^+2yy^E=\frac{2}{x}\hat{x}+ \frac{2}{y}\hat{y} [V/m]로 주어질 때, 점(2, 4)[m]를 지나는 전기력선의 방정식은? (단, x^,y^\hat{x}, \hat{y}는 단위벡터이다.)
1y2−x2=12y^2-x^2=12
2x2+y2=16x^2+y^2=16
3y2−x2=16y^2-x^2=16
4x2+y2=12x^2+y^2=12
정답 및 해설
정답은 y2−x2=12y^{2}-x^{2}=12 이다. 전기력선의 미분방정식 dxEx=dyEy\frac{dx}{E_x}=\frac{dy}{E_y}에서 x dx=y dyx\,dx=y\,dy가 되어 적분하면 x2−y2=Cx^{2}-y^{2}=C이며, 점(2, 4)를 대입하면 4−16=−124-16=-12, 즉 y2−x2=12y^{2}-x^{2}=12가 된다.
문제 8

무한히 긴 직선 도체가 y축을 따라 놓여 있고, 여기에 +y 방향으로 8[A]가 흐르고 있다. 이 영역의 자속밀도가 2ax+5az2a_x+5a_z[Wb/m2]라면 도체 1[m]마다 작용하는 힘[N/m]은? (단, ax, ay, aza_x,\ a_y,\ a_z는 각 좌표축 방향의 단위벡터이다.)

1

16ax−40az16a_x-40a_z

2

40ax−16az40a_x-16a_z

3

40ax+16az40a_x+16a_z

4

−40ax+16az-40a_x+16a_z

정답 및 해설

자계 속의 도선에 걸리는 힘은 F⃗=Il⃗×B⃗\vec{F}=I\vec{l}\times\vec{B}로 얻는다. 전류가 aya_y 쪽이므로 ay×(2ax+5az)=2(−az)+5(ax)a_y\times(2a_x+5a_z)=2(-a_z)+5(a_x)이고, 여기에 8을 곱하면 40ax−16az40a_x-16a_z[N/m]가 된다. 부호가 통째로 뒤집힌 것은 외적의 앞뒤를 바꿔 넣은 값, 16ax−40az16a_x-40a_z는 두 계수를 서로 바꿔 곱한 값, 40ax+16az40a_x+16a_z는 ay×ax=−aza_y\times a_x=-a_z의 음부호를 놓친 값이다.

문제 9

어느 공간의 전위가 V=15x2+y2V=\dfrac{15}{x^2+y^2} [V]로 분포한다. 좌표 (1, 3)인 곳에서 전계의 세기 EE를 옳게 나타낸 것은?

1

310(i+3j)\dfrac{3}{10}(i+3j)

2

320(i+3j)\dfrac{3}{20}(i+3j)

3

103(i+3j)\dfrac{10}{3}(i+3j)

4

−310(i+3j)-\dfrac{3}{10}(i+3j)

정답 및 해설

전계는 전위의 기울기에 음부호를 붙인 E=−∇VE=-\nabla V로 얻는다. 편미분하면 Ex=30x(x2+y2)2E_x=\dfrac{30x}{(x^2+y^2)^2}, Ey=30y(x2+y2)2E_y=\dfrac{30y}{(x^2+y^2)^2}이고, 주어진 곳에서 x2+y2=10x^2+y^2=10이므로 E=30100(i+3j)=E=\dfrac{30}{100}(i+3j)= 310(i+3j)\dfrac{3}{10}(i+3j) [V/m]가 된다. 미분에서 딸려 나오는 계수 2를 놓치면 320\dfrac{3}{20}배, 분수를 거꾸로 쓰면 103\dfrac{10}{3}배가 되고, 음부호를 그대로 두면 방향이 반대로 뒤집힌다.

문제 10
비투자율이 350인 환상철심 내부의 평균 자계의 세기가 342AT/m일 때 자화의 세기는 약 몇 Wb/m2인가?
10.15
20.18
30.21
40.12
정답 및 해설
자화의 세기는 J=μ0(μr−1)HJ=\mu_0(\mu_r-1)H로 구한다. μr=350\mu_r=350, H=342[AT/m]H=342[\mathrm{AT/m}]를 대입하면 J=4π×10−7×349×342≈0.15[Wb/m2]J=4\pi\times10^{-7}\times349\times342\approx0.15[\mathrm{Wb/m^{2}}]가 되어 정답은 0.15이다.
문제 11
유전체에 대한 경계조건에 설명이 옳지 않은 것은?
1표면전하 밀도란 구속전하의 표면밀도를 말하는 것이다.
2경계면에 외부전하가 있으면, 유전체의 내부와 외부의 전하는 평형 되지 않는다.
3특수한 경우를 제외하고 경계면에서 표면전하 밀도는 영(zero)이다.
4완전 유전체 내에서는 자유전하는 존재하지 않는다.
정답 및 해설
유전체 경계조건에서 D1n−D2n=σD_{1n}-D_{2n}=\sigma 관계식의 σ\sigma는 자유전하의 표면밀도를 의미하는 것이지 구속(분극)전하의 표면밀도가 아니다. 따라서 ① 표면전하 밀도란 구속전하의 표면밀도를 말하는 것이다라는 설명이 옳지 않다. 외부전하가 있으면 유전체 내외의 전하가 평형되지 않는다는 점, 특수한 경우를 제외하면 경계면의 표면전하밀도가 0이라는 점, 완전 유전체 내부에는 자유전하가 존재하지 않는다는 점은 모두 타당한 설명이다.
문제 12

비투자율이 0.99이고 도전율이 5.8×1075.8\times10^{7}[℧/m]인 구리 도체에 200[Hz]의 교류전류가 흐르고 있다. 이 도체의 침투깊이는 약 몇 [mm]인가?

1

9.39[mm]

2

6.64[mm]

3

4.70[mm]

4

2.35[mm]

정답 및 해설

표피효과에서 침투깊이는 δ=1πfμσ\delta=\dfrac{1}{\sqrt{\pi f\mu\sigma}}로 계산한다. μ=4π×10−7×0.99≈1.24×10−6\mu=4\pi\times10^{-7}\times0.99\approx1.24\times10^{-6}, f=200f=200, σ=5.8×107\sigma=5.8\times10^{7}을 넣으면 πfμσ≈4.53×104\pi f\mu\sigma\approx4.53\times10^{4}이므로 δ≈4.70×10−3\delta\approx4.70\times10^{-3}[m], 곧 4.70[mm]이다. 깊이가 주파수의 제곱근에 반비례하므로 주파수가 4배가 되면 값은 절반이 된다. 9.39는 주파수 변화를 반영하지 않은 값, 6.64는 주파수를 2배로만 본 값, 2.35는 제곱근을 빼고 1f\dfrac{1}{f}에 반비례시킨 값이다.

문제 13
자속밀도 10 Wb/m2 자계 중에 10㎝ 도체를 자계와 30°의 각도로 30m/s로 움직일 때, 도체에 유기되는 기전력은 몇 V 인가?
115
21500
31500√3
415√3
정답 및 해설
정답은 15[V]이다. 유기기전력은 e=Blvsin⁡θe=Blv\sin\theta로 구하며, e=10×0.1×30×sin⁡30∘=30×0.5=15[V]e=10\times0.1\times30\times\sin30^{\circ}=30\times0.5=15[V]가 된다.
문제 14
유전체에서의 변위 전류에 대한 설명으로 옳은 것은?
1변위 전류는 자계를 발생시킨다.
2변위 전류의 크기는 투자율의 값에 비례한다.
3전속 밀도의 공간적 변화가 변위 전류를 발생시킨다.
4유전체의 굴절률이 2배가 되면 변위 전류의 크기도 2배가 된다.
정답 및 해설
맥스웰 방정식 ∇×H=J+∂D∂t\nabla\times H=J+\frac{\partial D}{\partial t}에서 알 수 있듯이 변위전류는 전도전류와 마찬가지로 자계를 발생시킨다. 변위전류는 전속밀도의 시간적 변화(공간적 변화가 아님)에 의해 생기며 투자율이 아닌 유전율에 관계된 양이다. 따라서 정답은 변위 전류는 자계를 발생시킨다이다.
문제 15
극판 간격이 d[m]d\rm[m]이고 사이가 공기인 평행판 커패시터에 V[V]V\rm[V]를 걸었다. 한쪽 극판이 상대 극판으로부터 받는 정전 응력은 몇 [N/m2]\rm[N/m^2]인가?
1ϵ0V22d2\dfrac{\epsilon_0V^2}{2d^2}
2ϵ0V2d2\dfrac{\epsilon_0V^2}{d^2}
3ϵ0V2d\dfrac{\epsilon_0V}{2d}
4V22ϵ0d2\dfrac{V^2}{2\epsilon_0d^2}
정답 및 해설

간격이 균일한 두 극판 사이의 전계는 E=VdE=\dfrac{V}{d}[V/m]다. 대전된 도체 표면에는 표면전하밀도 σ=ϵ0E\sigma=\epsilon_0E에 의해 f=σ22ϵ0=12ϵ0E2f=\dfrac{\sigma^2}{2\epsilon_0}=\dfrac12\epsilon_0E^2[N/m2^2]의 응력이 걸린다.

여기에 E=V/dE=V/d를 넣으면 f=12ϵ0(Vd)2=ϵ0V22d2f=\dfrac12\epsilon_0\left(\dfrac{V}{d}\right)^2=\dfrac{\epsilon_0V^2}{2d^2}가 된다. 부호를 따지면 두 극판이 서로 끌어당기는 흡인력이다.

결과적으로 응력은 전압의 제곱에 비례하고 간격의 제곱에 반비례하므로, 간격을 절반으로 좁히면 응력은 4배로 커진다. 3번처럼 전압에 1차로 비례하거나 4번처럼 유전율이 분모에 오는 형태는 차원부터 맞지 않는다.

문제 16
E=2i+3j+6kE=2i+3j+6k[V/cm]인 균일 전계 안에서 0.05[μC]0.05[\mu C]짜리 점전하를 원점부터 r=4ir=4i[m] 지점까지 옮기려 한다. 이때 드는 일은 몇 [J]인가?
14×10−74\times10^{-7}
24×10−54\times10^{-5}
31.4×10−41.4\times10^{-4}
42×10−52\times10^{-5}
정답 및 해설
균일 전계에서 드는 일은 전하량과 전계, 변위의 내적으로 W=q E⋅rW=q\,E\cdot r이다. 단위가 [V/cm]이므로 100100을 곱해 E=200i+300j+600kE=200i+300j+600k[V/m]로 고치고, 변위가 xx축 방향뿐이라 내적에는 E⋅r=200×4=800E\cdot r=200\times4=800[V]만 남는다. 그러므로 W=0.05×10−6×800=4×10−5W=0.05\times10^{-6}\times800=4\times10^{-5}[J]이다.
거꾸로 4×10−50.05×10−6=800\dfrac{4\times10^{-5}}{0.05\times10^{-6}}=800[V]이고 8004=200\dfrac{800}{4}=200[V/m]=2=2[V/cm]로 xx성분이 되살아나 조건과 맞는다. 단위 환산을 건너뛰면 4×10−74\times10^{-7}, 벡터 크기 77[V/cm]를 통째로 곱하면 1.4×10−41.4\times10^{-4}이 나온다.
문제 17
액체 유전체를 넣은 콘덴서의 정전용량이 20[μ\muF]이다. 이 콘덴서에 500[V]의 전압을 가할 때 누설전류[mA]는 얼마인가? (단, 비유전율 ϵs=2.2\epsilon _s=2.2, 고유저항 ρ=1011\rho =10^{11}[Ω·m]이다.)
15.13
24.2
361
454.5
정답 및 해설
누설전류가 흐르는 콘덴서에서는 RC=ϵ0ϵsρRC=\epsilon_0\epsilon_s\rho의 관계가 성립하므로 절연(누설)저항은 R=ϵ0ϵsρC=8.854×10−12×2.2×101120×10−6=97.4×103[Ω]R=\dfrac{\epsilon_0\epsilon_s\rho}{C}=\dfrac{8.854\times10^{-12}\times2.2\times10^{11}}{20\times10^{-6}}=97.4\times10^{3}[\Omega]로 구해진다. 따라서 누설전류는 I=VR=50097.4×103=5.13×10−3[A]=5.13[mA]I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{500}{97.4\times10^{3}}=5.13\times10^{-3}[\mathrm{A}]=5.13[\mathrm{mA}]이므로 정답은 5.13이다.
문제 18
전기력선의 설명 중 틀린 것은?
1전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 그친다.
2전기력선의 방향은 그 점의 전계의 방향과 일치하며 밀도는 그 점에서의 크기와 같다.
3전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.
4단위 전하에서는 1/ε0 개의 전기력선이 출입한다.
정답 및 해설
전기력선은 정전하(+)에서 시작하여 부전하(−)에서 끝나므로, "부전하에서 시작하여 정전하에서 그친다"는 설명은 방향이 반대로 되어 옳지 않다. 전계 방향과 밀도의 대응, 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향하는 성질, 단위전하당 1/ε0개의 전기력선이 출입한다는 설명은 모두 옳다.
문제 19

유전체에 바깥에서 전계를 걸었을 때 나타나는 분극을 그 생기는 까닭과 이어 놓은 것이다. 이어 붙인 내용이 서로 맞지 않는 것은?

1

이온분극 — 이온결합 결정 안에서 양이온과 음이온이 서로 반대쪽으로 치우친다.

2

배향분극 — 본래부터 지니고 있던 쌍극자 모멘트가 걸어준 전계 쪽으로 줄을 선다.

3

전자분극 — 원자핵을 둘러싼 전자구름의 중심이 핵 중심에서 어긋난다.

4

전자분극 — 결정 격자를 이루던 이온들이 전계에 끌려 자리를 옮긴다.

정답 및 해설

전자분극은 원자 하나 안쪽에서 전자구름 중심과 핵 중심이 서로 밀려나며 생기는 현상이라 이온이 움직일 까닭이 없다. 격자를 이루던 이온들이 반대쪽으로 밀려나는 것은 이온분극, 본래 지닌 쌍극자가 전계 쪽으로 정렬하는 것은 배향분극이다. 그러므로 전자분극을 이온의 자리바꿈으로 풀이한 4번이 잘못 이어진 짝이다.

문제 20
두 유전체의 경계면에서 정전계가 만족하는 것은?
1두 경계면에서의 전위는 서로 같다.
2전속은 유전율이 작은 유전체로 모인다.
3전계는 법선성분이 같다.
4전속밀도는 접선성분이 서로 같다.
정답 및 해설
두 유전체의 경계면에서는 전계가 유한하므로 전위는 경계면 양쪽에서 연속이며 서로 같다. 따라서 정답은 두 경계면에서의 전위는 서로 같다이다. 실제로는 전속밀도의 법선성분과 전계의 접선성분이 각각 연속이고, 전속은 유전율이 큰 매질 쪽으로 모이므로 나머지 설명은 틀렸다.
문제 21
공통 중성선 다중접지 3상 4선식 배전선로에서 고압측(1차측) 중성선과 저압측(2차측) 중성선을 전기적으로 연결하는 주목적은?
1고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위함
2저압측의 접지사고를 검출하기 위함
3저압측의 단락사고를 검출하기 위함
4주상변압기의 중성선측 붓싱(bushing)을 생략하기 위함
정답 및 해설
공통중성선 다중접지 방식에서 1차 중성선과 2차 중성선을 전기적으로 연결하는 주된 목적은, 고저압 혼촉사고가 발생했을 때 저압측 수용가에 침입하는 상승전압을 대지로 방류하여 억제하기 위함이다. 따라서 정답은 고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위함이다.
문제 22
선로정수에 가장 큰 영향을 미치는 것은?
1전선의 배치
2송전전류
3송전전압
4역률
정답 및 해설
선로정수(저항, 인덕턴스, 정전용량)는 전선의 굵기·종류와 더불어 전선의 배치(선간거리, 등가 선간거리)에 가장 크게 좌우되며, 송전전압·전류·역률과는 무관하다. 따라서 정답은 전선의 배치이다.
문제 23
케이블 단선사고에 의한 고장점까지의 거리를 정전용량 측정법으로 구하는 경우, 건전상의 정전용량이 C, 고장점까지의 정전용량이 Cx, 케이블의 길이가 l일 때 고장점까지의 거리를 나타내는 식으로 알맞은 것은?
1CxCl\dfrac{C_x}{C}l
2CCxl\dfrac{C}{C_x}l
3Cx2Cl\dfrac{C_x}{2C}l
42CxCl\dfrac{2C_x}{C}l
정답 및 해설
케이블의 정전용량은 길이에 비례하므로 건전상 전체 길이 l에 대한 정전용량 C와 고장점까지의 정전용량 CxC_x의 비는 거리의 비와 같다. 따라서 고장점까지의 거리는 lx=CxCll_x=\dfrac{C_x}{C}l이 되어
문제 24
송전선의 특성임피던스는 저항과 누설 콘덕턴스를 무시하면 어떻게 표시되는가? (단, LL은 선로의 인덕턴스, CC는 선로의 정전용량이다.)
1LC\sqrt{\frac{L}{C}}
2CL\sqrt{\frac{C}{L}}
3CL\dfrac{C}{L}
4LC\dfrac{L}{C}
정답 및 해설
무손실 선로(R=G=0)로 가정하면 송전선의 특성(파동)임피던스는 Z0=LCZ_0=\sqrt{\dfrac{L}{C}}로 표시된다. 따라서 정답은 LC\sqrt{\dfrac{L}{C}}이다.
문제 25
유황곡선에서 알 수 없는 것은?
1월별 하천 유량
2풍수량
3평수량
4갈수량
정답 및 해설
유황곡선은 하천 유량을 크기순으로 배열한 곡선으로, 풍수량·평수량·갈수량 등 유량의 지속일수별 크기는 알 수 있지만 그 유량이 어느 달에 발생했는지, 즉 월별 하천 유량은 알 수 없다. 따라서 정답은 월별 하천 유량이다.
문제 26
3상 배전선로의 말단에 역률 60%(늦음), 60kW의 평형 3상 부하가 있다. 부하점에 부하와 병렬로 전력용콘덴서를 접속하여 선로손실을 최소로 하고자 할 때 콘덴서 용량(kVA)은? (단, 부하단의 전압은 일정하다.)
180
240
3100
460
정답 및 해설
선로손실을 최소로 하려면 부하의 역률을 1로 개선해야 하므로, 필요한 콘덴서 용량은 부하의 무효전력과 같다. 역률 0.6(늦음)에서 cos⁡θ=0.6,sin⁡θ=0.8\cos\theta=0.6, \sin\theta=0.8이므로 무효전력은 Q=Ptan⁡θ=60×0.80.6=80Q=P\tan\theta=60\times\dfrac{0.8}{0.6}=80[kVA]이다. 따라서 정답은 80이다.
문제 27
중거리 송선선로의 T형 회로에서 일반 회로정수 C는 무엇을 나타내는가?
1어드미턴스
2리액턴스
3저항
4임피던스
정답 및 해설
4단자(ABCD) 정수 중 CC는 전압과 전류의 관계에서 어드미턴스 차원을 갖는 정수이다. 따라서 정답은 어드미턴스이다.
문제 28

발열량 6,000[kcal/kg]인 석탄 25[t]을 때어 45,000[kWh]의 전력량을 얻은 기력발전소가 있다. 이 발전소의 종합 열효율은 약 몇 [%]인가?

1

19.0

2

30.0

3

25.8

4

51.6

정답 및 해설

생산한 전력량을 열량 단위로 옮기면 860×45000=3.87×107860\times 45000=3.87\times 10^7[kcal]이고, 집어넣은 연료가 지닌 열량은 6000×25000=1.5×1086000\times 25000=1.5\times 10^8[kcal]이다. 두 값의 비가 곧 종합 효율이므로 η=3.87×1071.5×108×100≈25.8\eta=\dfrac{3.87\times 10^7}{1.5\times 10^8}\times 100\approx 25.8[%]가 된다. 19.0은 환산상수를 632로 잡은 값, 30.0은 1,000으로 잡은 값, 51.6은 때운 연료를 절반으로 잘못 읽은 값이다.

문제 29
발열량 5,000[kcal/kg]5{,}000\rm[kcal/kg]짜리 석탄 6060톤을 때어 150,000[kWh]150{,}000\rm[kWh]의 전력량을 생산한 기력발전소가 있다. 이 발전소의 열효율은 약 몇 [%]\rm[\%]인가?
134.4
243.0
350.0
457.3
정답 및 해설
열효율은 생산한 전력량을 열로 환산한 값을 연료가 낸 열량으로 나눈 비다. 연료 쪽 열량은 60×103[kg]×5,000[kcal/kg]=3.0×108[kcal]60\times10^{3}\rm[kg]\times5{,}000\rm[kcal/kg]=3.0\times10^{8}\rm[kcal]이고, 전력량 쪽은 150,000[kWh]×860[kcal/kWh]=1.29×108[kcal]150{,}000\rm[kWh]\times860\rm[kcal/kWh]=1.29\times10^{8}\rm[kcal]이다. 그러므로 η=1.29×1083.0×108×100=43[%]\eta=\dfrac{1.29\times10^{8}}{3.0\times10^{8}}\times100=43\rm[\%]이다.
역으로 3.0×108×0.43860≈150,000[kWh]\dfrac{3.0\times10^{8}\times0.43}{860}\approx150{,}000\rm[kWh]가 나와 주어진 발전량이 그대로 복원된다. 1[kWh]1\rm[kWh]를 1,000[kcal]1{,}000\rm[kcal]로 잘못 잡으면 50[%]50\rm[\%]이 나오니 860[kcal]860\rm[kcal] 환산을 꼭 챙기자.
문제 30

그림의 2기 계통에서 발전기 쪽 유기기전력은 6.6[kV], 전동기 쪽 유기기전력은 6.0[kV]이며 두 기전력 사이의 상차각은 30°이다. X=XG+XL+XM=8X=X_G+X_L+X_M=8[Ω]이라 할 때 발전기가 전동기 쪽으로 보내는 전력은 몇 [kW]인가? (단, 기전력은 선간전압 기준이고 저항은 무시한다.)

XGXLXMEGEMI
1

4950

2

1429

3

2475

4

4287

정답 및 해설

리액턴스만으로 이어진 두 동기기 사이의 전달전력은 P=EGEMXsin⁡δP=\dfrac{E_GE_M}{X}\sin\delta로 계산한다. 값을 넣으면 6600×60008×sin⁡30∘=4950000×0.5=2475000\dfrac{6600\times6000}{8}\times\sin30^\circ=4950000\times0.5=2475000[W], 곧 2475[kW]다. 4950은 상차각을 빼먹고 sin⁡δ=1\sin\delta=1로 둔 값, 4287은 sin⁡\sin 자리에 cos⁡\cos를 넣은 값, 1429는 선간전압을 쓰고도 3\sqrt3으로 한 번 더 나눈 값이다.

문제 31
파동 임피던스가 300Ω인 가공 송전선 1km 당의 인덕턴스 [mH/km]는? (단, 저항과 누설 컨덕턴스는 무시한다.)
11.0
21.2
31.8
41.5
정답 및 해설
무손실 선로의 파동(특성)임피던스는 Z0=L/CZ_0=\sqrt{L/C}로 주어진다. 가공송전선로의 표준정수인 L=1.0L=1.0[mH/km], C=0.0111C=0.0111[μF/km]를 대입하면 Z0=1.0×10−30.0111×10−6≈300Z_0=\sqrt{\dfrac{1.0\times10^{-3}}{0.0111\times10^{-6}}}\approx300[Ω]으로 문제의 조건과 일치한다. 따라서 정답은 1.0이다.
문제 32
선간전압 22[kV]22[kV]인 3상 송전선의 양 끝에 변압기가 놓여 있고, 발전기 쪽은 △−Y\bigtriangleup-Y, 부하 쪽은 Y−△Y-\bigtriangleup 결선이다. 두 YY 결선의 중성점은 각각 150[Ω]150[\Omega], 300[Ω]300[\Omega]의 저항을 거쳐 대지에 이어져 있다. 그림처럼 선로 한 상이 완전히 지락되었다면 지락점을 흐르는 전류는 몇 [A][A]인가? (단, 그 밖의 임피던스는 모두 무시한다.)
150[Ω]22[kV]300[Ω]
1220
2127
384.7
428.2
정답 및 해설

중성점을 저항으로 접지한 계통에서 한 상이 완전지락되면, 고장점에는 그 상의 대지전압(상전압)이 걸리고 귀로는 양쪽 중성점 저항이 대지를 통해 병렬로 만든다.

상전압 E=220003≈12701.7E=\dfrac{22000}{\sqrt3}\approx12701.7[V], 병렬 접지저항 R=150×300150+300=100R=\dfrac{150\times300}{150+300}=100[Ω]

Ig=ER=12701.7100≈127I_g=\dfrac{E}{R}=\dfrac{12701.7}{100}\approx127[A]

독립 역산 — 두 저항으로 갈라지는 전류를 따로 구하면 12701.7150≈84.7\dfrac{12701.7}{150}\approx84.7[A]와 12701.7300≈42.3\dfrac{12701.7}{300}\approx42.3[A]이고, 합치면 84.7+42.3=12784.7+42.3=127[A]로 앞의 값과 맞아떨어진다.

220은 상전압 대신 선간전압을 그대로 나눈 값, 28.2는 두 저항을 직렬로 더해 450[Ω]으로 나눈 값, 84.7은 한쪽 접지저항만 셈에 넣은 값이다.

문제 33
전력계통의 전압조정과 무관한 것은?
1발전기의 조속기
2전력용 분로리액터
3전력용 콘덴서
4발전기의 전압조정장치
정답 및 해설
발전기의 조속기는 원동기의 회전속도, 즉 주파수를 제어하는 장치로 전압조정과는 직접적인 관련이 없다. 분로리액터, 전력용 콘덴서, 발전기의 전압조정장치는 모두 무효전력 조정을 통해 계통 전압을 조정하는 설비이다. 따라서 전압조정과 무관한 것은 ① 발전기의 조속기이다.
문제 34
3상 가공 송전선에 1선 지락이 생겨 각 상에 영상전류 I0I_0가 흐르고 있다. 나란히 가설된 통신선에 나타나는 전자유도전압 EmE_m을 바르게 나타낸 것은? (단, MM은 단위 길이당 상호 인덕턴스, ll은 두 선로가 나란한 구간의 길이, ω\omega는 각주파수이다.)
1Em=jωMl⋅3I0E_m=j\omega Ml\cdot3I_0
2Em=jωMl⋅I0E_m=j\omega Ml\cdot I_0
3Em=jωMl⋅3I0E_m=j\omega\dfrac{M}{l}\cdot3I_0
4Em=jωlM⋅3I0E_m=j\omega\dfrac{l}{M}\cdot3I_0
정답 및 해설
평상시에는 세 상의 전류 합이 Ia+Ib+Ic=0I_a+I_b+I_c=0이라 자속이 서로 지워져 이웃 선로에 유도가 거의 생기지 않는다. 그런데 1선 지락이 나면 대지로 빠지는 성분 때문에 세 전류의 합이 3I03I_0로 남고, 이 성분이 만든 자속이 통신선과 쇄교하면서 전압을 밀어 넣는다.
쇄교 자속의 시간 변화율이 곧 유도 전압이므로 Em=jωMl⋅3I0[V]E_m=j\omega Ml\cdot3I_0\rm[V]가 되어 정답은 ①이다.
식이 알려 주듯 이 전압은 나란한 구간이 길수록, 두 선로가 가까워 MM이 클수록, 주파수가 높을수록 커진다. 그래서 대책도 이격 거리를 벌리거나 병행 구간을 짧게 하고, 차폐선·연가·고속 차단으로 MM과 지속 시간을 줄이는 쪽으로 잡는다.
②는 대지 귀로 성분을 3I03I_0가 아닌 I0I_0로 본 것, ③과 ④는 비례해야 할 ll과 MM을 분모에 둔 것이라 모두 잘못이다.
문제 35
수력 발전소에서 흡출관을 사용하는 목적은?
1유효 낙차를 늘린다. .
2압력을 줄인다.
3물의 유선을 일정하게 한다.
4속도 변동률을 작게 한다.
정답 및 해설
흡출관은 수차를 방수면보다 높은 위치에 설치하더라도 낙차 손실을 줄여 유효낙차를 늘려주는 역할을 한다.
정답은 유효 낙차를 늘린다이다.
문제 36
파동임피던스 Z1=300Z_1=300[Ω]인 선로의 종단에 파동임피던스 Z2=1,500Z_2=1,500[Ω]인 변압기가 접속되어 있다. 이 선로에 파고값 e1=600e_1=600[kV]인 전압이 진입할 때, 접속점에서 발생하는 전압 반사파의 파고값은 몇 [kV]인가?
1400[kV]
2500[kV]
3300[kV]
4200[kV]
정답 및 해설
파동임피던스가 다른 선로 접속점에서의 반사계수는 ρ=Z2−Z1Z2+Z1\rho=\dfrac{Z_2-Z_1}{Z_2+Z_1}이다. Z1=300,Z2=1500Z_1=300, Z_2=1500이므로 ρ=1500−3001500+300=23\rho=\dfrac{1500-300}{1500+300}=\dfrac{2}{3}이고, 반사파 파고값은 e1×ρ=600×23=400e_1\times\rho=600\times\dfrac{2}{3}=400[kV]가 되어 정답은 400[kV]이다.
문제 37
파동임피던스가 300[Ω]인 가공송전선 1[km]당 인덕턴스는 몇 [mH/km]인가? (단, 저항과 누설콘덕턴스는 무시한다.)
11
22
30.5
41.5
정답 및 해설
무손실 선로의 파동(특성)임피던스는 Z0=L/CZ_0=\sqrt{L/C}, 전파속도는 v=1LCv=\dfrac{1}{\sqrt{LC}}이며 가공송전선로에서는 vv가 광속과 거의 같은 3×105[km/s]3\times10^{5}[\mathrm{km/s}]로 취급한다. 두 식으로부터 L=Z0v=3003×105=1×10−3[H/km]=1[mH/km]L=\dfrac{Z_0}{v}=\dfrac{300}{3\times10^{5}}=1\times10^{-3}[\mathrm{H/km}]=1[\mathrm{mH/km}]이므로 정답은 1이다.
문제 38
다음 수차 중 특유속도가 가장 작은 것은?
1펠턴수차
2카플란수차
3프란시스수차
4프로펠러수차
정답 및 해설
특유속도(비속도)는 펠턴수차가 가장 작고 프란시스, 프로펠러, 카플란 순으로 커진다. 따라서 정답은 펠턴수차이다.
문제 39
한류리액터를 사용하는 가장 큰 목적은?
1단락전류의 제한
2누설전류의 제한
3접지전류의 제한
4충전전류의 제한
정답 및 해설
정답은 단락전류의 제한이다. 한류리액터는 선로에 직렬로 삽입해 계통의 임피던스를 크게 함으로써 단락사고 시 흐르는 단락전류를 제한하여 차단기 용량을 낮추고 설비를 보호하는 목적으로 사용한다.
문제 40

수전단의 유효전력을 PP, 무효전력을 QQ라 할 때 전력원선도가 P2+(Q+600)2=640000P^{2}+(Q+600)^{2}=640000으로 나타나는 계통이 있다. 부하가 무유도성이고 그 유효전력이 800일 때, 수전단 전압을 규정값으로 유지하려면 조상설비가 담당해야 하는 무효전력의 크기와 종류는?

1

600, 진상 무효전력

2

600, 지상 무효전력

3

800, 진상 무효전력

4

200, 지상 무효전력

정답 및 해설

부하에 무효분이 없으므로 P=800P=800을 넣으면 8002+(Q+600)2=640000800^{2}+(Q+600)^{2}=640000이 되어 괄호 안이 Q+600=0Q+600=0, 곧 Q=−600Q=-600이어야 한다. 수전단이 음(-)의 무효전력을 가져야 한다는 뜻이므로 조상설비는 600, 진상 무효전력을 부담한다. 부호를 거꾸로 읽으면 지상으로 잘못 고르게 되고, 800은 유효전력 값을 그대로 옮겨 적은 오답이다.

문제 41
직류기의 전기자에 사용되는 권선법 중 가장 많이 사용하는 것은?
12층권
2개로권
3단층권
4환상권
정답 및 해설
직류기의 전기자 권선법 중 실제로 가장 많이 사용되는 것은 2층권이며, 각 슬롯에 두 개의 코일변을 배치하여 결선이 규칙적이고 제작이 용이하다. 따라서 정답은 2층권이다.
문제 42
직류 직권 전동기의 회전수를 반으로 줄이면 토크는 몇 배가 되는가?
14
22
30.25
40.5
정답 및 해설
직권전동기는 계자전류와 전기자전류가 같아 자속이 전기자전류에 비례하므로(ϕ∝Ia\phi\propto I_a), 토크는 T∝ϕIa∝Ia2T\propto\phi I_a\propto I_a^2이고 회전속도는 N∝1IaN\propto\dfrac{1}{I_a}에 가깝다. 회전수가 절반이 되면 전류는 2배가 되므로 토크는 22=42^2=4배가 되어, 정답은 4이다.
문제 43
5 kVA, 3000/200 V 의 변압기의 단락시험에서 임피던스 전압 120V, 동손 150W 라 하면 %저항강하는 약 몇 %인가?
13
25
32
44
정답 및 해설
%저항강하는 동손을 정격용량으로 나누어 백분율로 구한다. %r=1505000×100=3 [%]\%r=\dfrac{150}{5000}\times100=3\ [\%]이므로 정답은 3이다.
문제 44
전부하시의 단자전압이 무부하시의 단자전압보다 높은 직류발전기는?
1분권발전기
2평복권발전기
3과복권발전기
4차동복권발전기
정답 및 해설

과복권발전기는 부하전류 증가에 따라 직권 계자의 기자력이 더해져 전압 강하를 상쇄하고도 남을 만큼 유기기전력이 증가하도록 설계되어, 전부하 시 단자전압이 무부하 시보다 오히려 높아진다. 분권발전기는 부하 증가에 따라 전압이 떨어지고, 평복권발전기는 무부하와 전부하 전압이 같도록, 차동복권발전기는 부하 증가에 따라 전압이 크게 떨어지도록 설계된다.

문제 45

극수 4, 전기자 총 도체수 400, 병렬회로수 4인 직류발전기가 전기자전류 100[A]로 돌고 있으며 브러시는 중성축에서 15∘15^\circ만큼 옮겨져 있다. 이때 전기자 반작용으로 생기는 감자기자력은 극당 약 몇 [AT]인가?

1

약 833

2

약 1,042

3

약 30,000

4

약 208

정답 및 해설

브러시를 α\alpha만큼 옮기면 그 각에 걸리는 도체만 자속을 깎는 쪽으로 일하므로 ATd=α180⋅Zp⋅IaaAT_d=\dfrac{\alpha}{180}\cdot\dfrac{Z}{p}\cdot\dfrac{I_a}{a}가 된다. 값을 넣으면 15180×4004×1004≈208\dfrac{15}{180}\times\dfrac{400}{4}\times\dfrac{100}{4}\approx208이므로 약 208[AT]이다. 약 30,000은 180α\dfrac{180}{\alpha}로 뒤집은 값, 약 1,042는 교차 쪽 식을 쓴 값, 약 833은 병렬회로수로 나누기를 빠뜨린 값이다.

문제 46
어떤 단상 변압기의 2차 무부하 전압이 240[V]이고, 정격 부하시의 2차 단자 전압이 230[V]이다. 전압 변동률은 약 몇 [%]인가?
14.35
27.35
35.15
46.65
정답 및 해설
전압 변동률은 ϵ=V20−V2nV2n×100\epsilon=\dfrac{V_{20}-V_{2n}}{V_{2n}}\times100으로 구해진다. ϵ=240−230230×100≈4.35\epsilon=\dfrac{240-230}{230}\times100\approx4.35[%]이므로 정답이다.
문제 47
직류기에서 전기자 반작용에 의한 영향이 아닌 것은?
1주자속은 변화하지 않는다.
2자기여자 현상이 발생하며 국부적으로 전압이 저하된다.
3정류자편 사이의 전압이 불균일해진다.
4전기적 중성축이 이동한다.
정답 및 해설
전기자 반작용은 주자속을 감소시키는 감자작용과 함께 전기적 중성축 이동, 정류자편 사이 전압 불균일, 국부적 전압 저하(자기여자 현상 유발) 등을 일으킨다. '주자속은 변화하지 않는다'는 진술은 실제 전기자 반작용의 결과와 반대되어 그 영향이 아니므로 정답이다.
문제 48
다음 중 2방향성 3단자 사이리스터는 어느것인가?
1TRIAC
2SCR
3SSS
4SCS
정답 및 해설
TRIAC은 게이트를 포함해 3개의 단자를 가지며 양방향으로 전류를 흘릴 수 있는 사이리스터이다. SCR은 단방향 3단자, SSS는 양방향 2단자, SCS는 4단자 소자이다. 따라서 정답은 TRIAC이다.
문제 49
기계적 출력이 PP[W]이고 회전수가 NN[rpm]인 3상 유도전동기의 토크[N·m]는?
19.55PN\dfrac{P}{N}
2975PN\dfrac{P}{N}
30.46PN\dfrac{P}{N}
40.855PN\dfrac{P}{N}
정답 및 해설
회전각속도는 ω=2πN60\omega=\frac{2\pi N}{60}이므로 토크는 T=Pω=60P2πN≈9.55PNT=\frac{P}{\omega}=\frac{60P}{2\pi N}\approx9.55\frac{P}{N}[N·m]이 된다. 따라서 정답은 9.55PN\frac{P}{N}이며, 975PN\frac{P}{N}은 단위를 [kgf·m]로 나타낼 때 쓰는 식이다.
문제 50
스텝각이 2°, 스테핑주파수(pulse rate)가 1800pps인 스테핑모터의 축속도(rps)는?
110
28
312
414
정답 및 해설
스텝각이 2°이므로 1회전당 필요한 스텝수는 3602=180\dfrac{360}{2}=180스텝이다. 스테핑주파수가 1800pps이므로 축속도는 1800180=10[rps]\dfrac{1800}{180}=10[\mathrm{rps}]가 되어 정답은 10이다.
문제 51
단상 직권전동기의 종류가 아닌 것은?
1보극직권형
2유도보상직권형
3직권형
4보상직권형
정답 및 해설
단상 직권전동기는 직권형, 보상직권형, 유도보상직권형으로 분류되며, 보극직권형이라는 분류는 존재하지 않는다(보극은 직류기의 정류 개선을 위한 것이다). 따라서 정답은 보극직권형이다.
문제 52
1차 전압 100[V]100[V], 2차 전압 200[V]200[V]이고 부하(선로) 출력이 60[kVA]60[kVA]인 단권변압기의 자기용량은 몇 [kVA][kVA]인가?
13030
2600600
36060
4300300
정답 및 해설
단권변압기의 자기용량과 부하(선로)용량의 비는 자기용량부하용량=V2−V1V2\dfrac{\text{자기용량}}{\text{부하용량}}=\dfrac{V_2-V_1}{V_2}로 구한다. V1=100[V]V_1=100[V], V2=200[V]V_2=200[V]를 대입하면 비는 0.5이므로, 자기용량은 60×0.5=30[kVA]60\times0.5=30[kVA]가 되어 정답은 30이다.
문제 53
변압기 결선 방식 중 3상을 6상으로 변환할 수 없는 것은?
1스코트 결선
2 2중 성형
3환상 결선
4대각 결선
정답 및 해설
스코트 결선은 3상을 2상으로 변환하는 결선이며, 2중 성형·환상 결선·대각 결선은 모두 3상을 6상으로 변환하는 결선방식이다. 따라서 3상을 6상으로 변환할 수 없는 것은 ① 스코트 결선이다.
문제 54
임피던스 전압강하가 5[%]인 변압기가 운전 중 단락되었을 때 단락전류는 정격전류의 몇 배가 되는가?
120
22
35
410
정답 및 해설
단락전류는 정격전류의 100%Z\dfrac{100}{\%Z}배가 되므로 1005=20\dfrac{100}{5}=20배가 된다. 정답은 20이다.
문제 55
어떤 변압기의 11차 탭을 6,600[V]6{,}600\rm[V]에 두고 쓸 때 22차 전압이 210[V]210\rm[V]로 나왔다. 22차 전압을 220[V]220\rm[V]까지 올리려면 탭을 몇 [V]\rm[V]에 맞추어야 하는가? (단, 전원 쪽 전압은 변하지 않는다.)
16,3006{,}300
26,0006{,}000
36,9006{,}900
46,6006{,}600
정답 및 해설
탭을 바꾸면 11차 권선에서 실제로 쓰이는 권수가 달라진다. 전원 쪽 전압이 그대로라면 22차로 나오는 전압은 탭 값에 반비례하므로 Vt′=Vt×V2V2′=6600×210220=6300 [V]V_t{}'=V_t\times\dfrac{V_2}{V_2{}'}=6600\times\dfrac{210}{220}=6300\,[\mathrm V]가 필요하다.
되짚어 보면 탭을 63006300에 놓았을 때 6600×2106300=220 [V]6600\times\dfrac{210}{6300}=220\,[\mathrm V]로 원하던 값이 그대로 나와 조건과 맞는다.
전압을 올리고 싶다고 탭까지 함께 올려 6600×220210≈69146600\times\dfrac{220}{210}\approx6914에서 6,9006{,}900을 고르면, 실제로는 6600×2106900≈200.9 [V]6600\times\dfrac{210}{6900}\approx200.9\,[\mathrm V]로 도리어 더 낮아지니 방향을 헷갈리지 말아야 한다.
문제 56
단상 반제어 브리지에서 사이리스터의 점호각을 α\alpha, 교류 전원의 실효값을 EE 라 할 때, 부하 양단 전압의 평균값을 옳게 나타낸 식은? 부하SSDD
12E2π(1+cos⁡α)\dfrac{\sqrt2E}{2\pi}\left(1+\cos\alpha\right)
22Eπ(1+cos⁡α)\dfrac{\sqrt2E}{\pi}\left(1+\cos\alpha\right)
322Eπcos⁡α\dfrac{2\sqrt2E}{\pi}\cos\alpha
42Eπ(1−cos⁡α)\dfrac{\sqrt2E}{\pi}\left(1-\cos\alpha\right)
정답 및 해설
사이리스터 2개와 다이오드 2개를 섞어 꾸민 반제어 브리지에서는 점호 시점 이후의 반주기 파형만 부하로 넘어간다. 그러므로 Ed=1π∫απ2Esin⁡θ dθ=2Eπ(1+cos⁡α)E_{d}=\dfrac{1}{\pi}\displaystyle\int_{\alpha}^{\pi}\sqrt2E\sin\theta\,d\theta=\dfrac{\sqrt2E}{\pi}\left(1+\cos\alpha\right) 이며, 이는 교재에서 흔히 쓰는 표기 22Eπ(1+cos⁡α2)\dfrac{2\sqrt2E}{\pi}\left(\dfrac{1+\cos\alpha}{2}\right) 와 같은 식이다.
점호각이 00 이면 22Eπ=0.9E\dfrac{2\sqrt2E}{\pi}=0.9E 로 다이오드만 쓴 전파정류와 같아지고, α=π\alpha=\pi 이면 출력이 00 이 되어 식이 맞음을 확인할 수 있다. 분모에 2π2\pi 가 들어간 식은 반파 위상제어, cos⁡α\cos\alpha 만 곱한 식은 사이리스터 4개짜리 대칭 제어 브리지(유도성 부하)의 결과이므로 서로 구분해야 한다.
문제 57
직류 복권발전기를 외분권으로 결선하되 두 계자가 만드는 자속이 서로 반대 방향이 되도록 감았다. 회전속도 nn[rps], 상수 k=PZak=\dfrac{PZ}{a}, 분권계자 자속 Φf\Phi_f[Wb], 직권계자 자속 Φs\Phi_s[Wb], 전기자저항 RaR_a[Ω], 직권계자저항 RsR_s[Ω], 전기자전류 IaI_a[A], 부하전류 II[A]라 할 때 유효자속 Φ\Phi와 단자전압 VV[V]를 옳게 짝지은 것은? (단, 자기포화와 반작용은 계산에 넣지 않는다.)
1Φ=Φf+Φs,V=knΦ−Ia(Ra+Rs)\Phi=\Phi_f+\Phi_s,\quad V=kn\Phi-I_a(R_a+R_s)
2Φ=Φf−Φs,V=knΦ−IaRa−IRs\Phi=\Phi_f-\Phi_s,\quad V=kn\Phi-I_aR_a-IR_s
3Φ=Φf−Φs,V=knΦ−Ia(Ra+Rs)\Phi=\Phi_f-\Phi_s,\quad V=kn\Phi-I_a(R_a+R_s)
4Φ=Φf+Φs,V=knΦ−IaRa−IRs\Phi=\Phi_f+\Phi_s,\quad V=kn\Phi-I_aR_a-IR_s
정답 및 해설

두 계자의 자속을 서로 깎이도록 감은 것이 차동복권이다. 그러므로 발전에 쓰이는 유효자속은 Φ=Φf−Φs\Phi=\Phi_f-\Phi_s이고 유기기전력은 E=knΦ=kn(Φf−Φs)E=kn\Phi=kn(\Phi_f-\Phi_s)가 된다.

외분권은 분권계자를 부하와 나란히 단자 쪽에 붙인 결선이다. 이때 직권계자는 전기자 회로 안쪽에 놓이므로 그곳을 지나는 전류가 부하전류 II가 아니라 IaI_a이며, 두 권선에서 생기는 강하를 합치면 IaRa+IaRs=Ia(Ra+Rs)I_aR_a+I_aR_s=I_a(R_a+R_s)다.

따라서 V=E−Ia(Ra+Rs)=kn(Φf−Φs)−Ia(Ra+Rs)V=E-I_a(R_a+R_s)=kn(\Phi_f-\Phi_s)-I_a(R_a+R_s)다. 자속을 더한 보기는 가동복권의 식이고, 강하를 IaRa−IRsI_aR_a-IR_s로 쓴 보기는 직권 권선이 부하 쪽으로 나가는 내분권의 식이라 주어진 결선과 맞지 않는다.

문제 58
동기전동기의 여자전류를 증가하면 어떤 현상이 발생하는가?
1난조가 생긴다.
2토크가 증가한다.
3앞선 무효전류가 흐르고 유도 기전력은 높아진다.
4전기자 전류의 위상이 앞선다.
정답 및 해설
동기전동기의 여자전류를 정상치 이상으로 증가시키면(과여자) 전기자전류가 진상이 되어 전압에 대해 전기자 전류의 위상이 앞서게 된다(V곡선에서 최소전류점을 지난 구간). 따라서 정답은 전기자 전류의 위상이 앞선다이다. 부하가 일정하다면 여자전류 변화만으로 토크가 변하거나 난조가 발생하지는 않는다.
문제 59
극수가 4극이고 전기자권선이 단중 중권인 직류발전기의 전기자전류가 40A이면 전기자권선의 각 병렬회로에 흐르는 전류(A)는?
16
28
34
410
정답 및 해설
극수 4극 단중 중권에서는 병렬회로수 a=p=4a=p=4이므로 각 병렬회로에 흐르는 전류는 Iaa=404=10\frac{I_a}{a}=\frac{40}{4}=10[A]이다. 따라서 정답은 10이다.
문제 60
농형 유도전동기에 주로 사용되는 속도 제어법은?
1극수 제어법
2종속 제어법
32차 여자 제어법
42차 저항 제어법
정답 및 해설

농형 유도전동기는 회전자 권선에 외부로 저항이나 여자전류를 인가할 슬립링이 없으므로 2차 저항 제어나 2차 여자 제어, 종속 제어와 같이 회전자측을 이용하는 방식을 쓸 수 없고, 고정자 권선의 결선을 바꾸어 극수를 변화시키는 극수 제어법이 주로 사용된다.

문제 61
RL 직렬회로에서 R=20Ω, L=40mH이다. 이 회로의 시정수[sec]는?
12×10-3
21/2×10-3
32
41/2
정답 및 해설
정답은 2×10-3이다. RL 직렬회로의 시정수는 τ=LR=40×10−320=2×10−3 [s]\tau=\dfrac{L}{R}=\dfrac{40\times10^{-3}}{20}=2\times10^{-3}\,[\mathrm{s}]이다.
문제 62
최대눈금 100[V], 내부저항 r=30[kΩ]인 전압계로 600[V]를 측정하려 한다. 이때 필요한 배율기의 저항 RsR_s는 몇 [kΩ]인가?
1150
2120
3180
460
정답 및 해설
정답은 150[kΩ]이다. 배율기 저항은 Rs=r(n−1)R_s=r(n-1)이고 배율은 n=600100=6n=\frac{600}{100}=6이므로 Rs=30(6−1)=150[kΩ]R_s=30(6-1)=150[k\Omega]이 된다.
문제 63

어떤 부하에 걸린 전압과 흐르는 전류의 순시값이 v=1202sin⁡ωt+602sin⁡(3ωt+π6)v=120\sqrt2\sin\omega t+60\sqrt2\sin\left(3\omega t+\dfrac{\pi}{6}\right)[V], i=402sin⁡(3ωt−π6)+802sin⁡5ωti=40\sqrt2\sin\left(3\omega t-\dfrac{\pi}{6}\right)+80\sqrt2\sin 5\omega t[A]로 주어졌다. 이 부하가 실제로 써 없애는 전력은 몇 [kW]인가?

1

2.4

2

0.6

3

3.6

4

1.2

정답 및 해설

차수가 같은 성분끼리만 평균전력을 만든다. 여기서는 3고조파만 양쪽에 함께 있으므로 P=60×40×cos⁡(π6+π6)=2400×cos⁡60∘=1200P=60\times40\times\cos\left(\dfrac{\pi}{6}+\dfrac{\pi}{6}\right)=2400\times\cos 60^\circ=1200[W], 곧 1.2[kW]다. 2.4는 위상차를 빼먹은 값, 3.6은 기본파 전압과 3고조파 전류까지 짝지어 더한 값, 0.6은 주어진 계수를 최댓값으로 오해해 2\sqrt2로 한 번 더 나눈 값이다.

문제 64
RL 직렬회로에 직류전압 5[V]를 t=0에서 인가하였더니 i(t)=50(1−e−20×10−3t)i(t) = 50\left(1 - e^{-20 \times 10^{-3} t}\right) [mA](t≥0)이었다. 이 회로의 저항을 처음 값의 2배로 하면 시정수는 얼마가 되겠는가?
125[sec]
25[sec]
310[msec]
440[msec]
정답 및 해설
주어진 식에서 원래 시정수는 지수부 계수의 역수이므로 τ1=120×10−3=50[sec]\tau_1=\dfrac{1}{20\times10^{-3}}=50[\mathrm{sec}]이다. RL 직렬회로의 시정수는 τ=L/R\tau=L/R이므로 저항이 2배가 되면 시정수는 절반이 되어 τ2=502=25[sec]\tau_2=\dfrac{50}{2}=25[\mathrm{sec}]가 된다. 정답은 25[sec]이다.
문제 65

다음 상태방정식으로 표현되는 선형 시불변 시스템의 천이행렬 ϕ(t)\phi(t)로 옳은 것은? (단, 계수행렬은 A=[00−2−3]A=\begin{bmatrix}0 & 0 \\ -2 & -3\end{bmatrix}이고 x˙(t)=Ax(t)\dot{x}(t)=Ax(t)이다.)

1

[10(e−3t−1)e−3t]\begin{bmatrix}1&0 \\ (e^{-3t}-1)&e^{-3t}\end{bmatrix}

2

[1032(e−2t−1)e−2t]\begin{bmatrix}1&0 \\ \dfrac{3}{2}(e^{-2t}-1)&e^{-2t}\end{bmatrix}

3

[1023(e−3t−1)e3t]\begin{bmatrix}1&0 \\ \dfrac{2}{3}(e^{-3t}-1)&e^{3t}\end{bmatrix}

4

[1023(e−3t−1)e−3t]\begin{bmatrix}1&0 \\ \dfrac{2}{3}(e^{-3t}-1)&e^{-3t}\end{bmatrix}

정답 및 해설

sI−A=[s02s+3]sI-A=\begin{bmatrix}s&0\\2&s+3\end{bmatrix}의 역행렬을 구하면 [1s0−2s(s+3)1s+3]\begin{bmatrix}\dfrac{1}{s}&0\\-\dfrac{2}{s(s+3)}&\dfrac{1}{s+3}\end{bmatrix}이다. 왼쪽 아래 항은 −23(1s−1s+3)-\dfrac{2}{3}\left(\dfrac{1}{s}-\dfrac{1}{s+3}\right)로 갈라지므로 시간 함수로 되돌리면 23(e−3t−1)\dfrac{2}{3}(e^{-3t}-1)이 되어 [1023(e−3t−1)e−3t]\begin{bmatrix}1&0\\ \dfrac{2}{3}(e^{-3t}-1)&e^{-3t}\end{bmatrix}를 얻는다. 계수 23\dfrac{2}{3}가 빠진 것, 지수를 e3te^{3t}로 둔 것, 2와 3을 맞바꾼 것은 모두 오답이다.

문제 66
전류 2Isin(ωt+θ)\sqrt{2}Isin(\omega t+\theta )[A]와 기전력 2Vcos(ωt−ϕ)\sqrt{2}Vcos(\omega t-\phi )[V] 사이의 위상차는?
1π2−(ϕ+θ)\dfrac{\pi }{2}-(\phi +\theta )
2π2−(ϕ−θ)\dfrac{\pi }{2}-(\phi -\theta )
3π2+(ϕ+θ)\dfrac{\pi }{2}+(\phi +\theta )
4π2+(ϕ−θ)\dfrac{\pi }{2}+(\phi -\theta )
정답 및 해설
정답은 π2−(ϕ+θ)\frac{\pi }{2}-(\phi +\theta ) 이다. 코사인을 사인으로 바꾸면 2Vcos⁡(ωt−ϕ)=2Vsin⁡(ωt−ϕ+π2)\sqrt{2}V\cos (\omega t-\phi )=\sqrt{2}V\sin \left ( \omega t-\phi +\frac{\pi }{2} \right )이므로, 전류의 위상 θ\theta 와의 위상차는 (−ϕ+π2)−θ=π2−(ϕ+θ)\left ( -\phi +\frac{\pi }{2} \right )-\theta =\frac{\pi }{2}-(\phi +\theta )가 된다.
문제 67
다음 왜형파 전압과 전류에 의한 전력은 몇 W인가? (단, 전압의 단위는 V, 전류의 단위는 A이다.)
v = 100 sin(ωt + 30°) − 50 sin(3ωt + 60°) + 25 sin 5ωti = 20 sin(ωt − 30°) + 15 sin(3ωt + 30°) + 10 cos(5ωt − 60°)
1283.5
2420.0
3566.9
4933.0
정답 및 해설
고조파 전력은 Pn=VnIn2cos⁡θnP_n=\dfrac{V_nI_n}{2}\cos\theta_n으로 각각 구한다. 기본파는 100×202cos⁡60∘=500\dfrac{100\times20}{2}\cos60^\circ=500[W], 3고조파는 위상차 210°에서 50×152cos⁡210∘≈−324.8\dfrac{50\times15}{2}\cos210^\circ\approx-324.8[W], 5고조파는 위상차 −30°에서 25×102cos⁡30∘≈108.3\dfrac{25\times10}{2}\cos30^\circ\approx108.3[W]이다. 이를 모두 더하면 500−324.8+108.3≈283.5[W]가 되어 정답은 283.5이다.
문제 68

그림처럼 3상 평형전원에 같은 값의 저항 R[Ω] 세 개가 대칭으로 물려 있고, a상과 b상에 걸친 전력계는 WW[W]를 가리킨다. 선간전압을 VabV_{ab}[V]라 할 때 저항 R를 옳게 나타낸 것은?

abcW[W]RRR
1

Vab22W\dfrac{V_{ab}^{2}}{2W}

2

3Vab2W\dfrac{3V_{ab}^{2}}{W}

3

3Vab22W\dfrac{3V_{ab}^{2}}{2W}

4

Vab23 W\dfrac{V_{ab}^{2}}{\sqrt3\,W}

정답 및 해설

순저항 대칭부하는 역률이 1이라 두 전력계가 똑같은 값을 읽으므로, 3상 전체 전력은 지시값의 두 배인 2W2W[W]다. 한편 저항 세 개가 각각 선간에 걸린 Δ 결선이므로 한 변이 소비하는 전력은 Vab2R\dfrac{V_{ab}^{2}}{R}이고 전체는 그 세 배다. 3Vab2R=2W\dfrac{3V_{ab}^{2}}{R}=2W를 풀면 R=3Vab22WR=\dfrac{3V_{ab}^{2}}{2W}를 얻는다. 나머지는 상 수를 빠뜨렸거나 지시값을 전체 전력으로 본 값이다.

문제 69
그림에서 a, b 단자의 전압이 10[V]이고 a, b 단자에서 바라본 능동 회로망의 임피던스가 4[Ω]일 때, a, b 단자에 1[Ω]의 저항을 접속하면 이 저항에 흐르는 전류[A]는 얼마인가? Nab1[Ω]10[V]4[Ω]
12
23
38
46
정답 및 해설
a, b 단자에서 본 개방전압은 10[V], 등가저항은 4[Ω]이므로 1[Ω]을 접속하면 전류는 I=104+1=2I=\frac{10}{4+1}=2[A]이다. 따라서 정답은 2이다.
문제 70
비정현파 전압이 V = √2 100 sin ωt + √2 50 sin 2ωt + √2 30 sin 3ωt[V]??일 때 실효치는 약 몇 V인가 ?
1115.7
2180.3
313.4
438.6
정답 및 해설
비정현파의 실효값은 각 고조파 실효값의 제곱합의 제곱근으로 구해진다. 각 항의 실효값은 100, 50, 30[V]이므로 V=1002+502+302=13400≒115.7[V]V=\sqrt{100^2+50^2+30^2}=\sqrt{13400}≒115.7[\mathrm{V}]가 되어 정답은 115.7이다.
문제 71
그림과 같은 회로의 a,b 단자간의 전압은?
2V+−3A2Ωa3Ωb+V−
19V
26V
32V
43V
정답 및 해설
정답은 9V이다. 단자 a로 이어지는 2Ω 가지는 a가 개방되어 있어 전류가 흐르지 않으므로, 3A 전류원의 전류는 모두 3Ω 저항으로 흘러 V=3×3=9 [V]V=3\times3=9\,[\mathrm{V}]의 전압강하를 만든다. 2Ω에는 전류가 흐르지 않아 전압강하가 없으므로 a점의 전위는 이 접합점과 같아지고, 따라서 Vab=9 [V]V_{ab}=9\,[\mathrm{V}]이다.
문제 72
3상 대칭 Y-Y 회로를 측정하니 Vab=600∠0∘V_{ab}=600\angle0^{\circ}[V], Ia=20∠−75∘I_a=20\angle-75^{\circ}[A]였다. 부하 한 상의 임피던스 ZZ[Ω]로 옳은 것은?
VabIaZaZbZcEaEbEc
130∠75∘30\angle75^{\circ}
2103∠45∘10\sqrt{3}\angle45^{\circ}
330∠45∘30\angle45^{\circ}
4103∠75∘10\sqrt{3}\angle75^{\circ}
정답 및 해설

Y 결선 회로에서 한 상에 걸리는 전압의 크기는 선간전압의 1/31/\sqrt3배이고 위상은 30∘30^{\circ}만큼 뒤진다. 그러므로 Van=6003∠−30∘=2003∠−30∘≈346.41∠−30∘V_{an}=\dfrac{600}{\sqrt3}\angle-30^{\circ}=200\sqrt3\angle-30^{\circ}\approx346.41\angle-30^{\circ}[V]다.

여기에 옴의 법칙을 적용하면 Z=VanIa=2003∠−30∘20∠−75∘=103∠45∘Z=\dfrac{V_{an}}{I_a}=\dfrac{200\sqrt3\angle-30^{\circ}}{20\angle-75^{\circ}}=10\sqrt3\angle45^{\circ}[Ω], 크기로는 약 17.3217.32[Ω]인 유도성 부하다.

역산 검산 — 3×2003∠(−30∘+30∘)=600∠0∘\sqrt3\times200\sqrt3\angle(-30^{\circ}+30^{\circ})=600\angle0^{\circ}[V], 2003∠−30∘103∠45∘=20∠−75∘\dfrac{200\sqrt3\angle-30^{\circ}}{10\sqrt3\angle45^{\circ}}=20\angle-75^{\circ}[A]로 주어진 두 조건이 그대로 복원된다.

문제 73
F(s)=2s+15s3+s2+3sF(s)=\frac{2s+15}{s^{3}+s^{2}+3s} 일 때 f(t) 의 최종값은?
15
22
315
43
정답 및 해설
최종값 정리에 의해 f(∞)=lim⁡s→0sF(s)=lim⁡s→02s+15s2+s+3=153=5f(\infty)=\lim_{s\to0}sF(s)=\lim_{s\to0}\dfrac{2s+15}{s^2+s+3}=\dfrac{15}{3}=5가 되어 정답은 5이다.
문제 74
2전력계법을 이용한 평형 3상회로의 전력이 각각 500W 및 300W로 측정되었을 때, 부하의 역률은 약 몇 % 인가?
191.8
289.2
370.7
487.7
정답 및 해설
2전력계법에서 역률은 cos⁡θ=P1+P22P12+P22−P1P2\cos\theta=\dfrac{P_1+P_2}{2\sqrt{P_1^2+P_2^2-P_1P_2}}로 구할 수 있다. P1=500, P2=300P_1=500,\ P_2=300을 대입하면 cos⁡θ=80025002+3002−500×300≈0.918\cos\theta=\dfrac{800}{2\sqrt{500^2+300^2-500\times300}}\approx0.918, 즉 약 91.8%가 된다. 정답은 91.8이다.
문제 75
위상 정수가 π/8[rad/m]인 선로의 1Mhz에 대한 전파속도는 몇 m/s인가?
11.6×107
28.0×107
33.2×107
45.0×107
정답 및 해설
전파속도는 v=ωβ=2πfβv=\dfrac\omega\beta=\dfrac{2\pi f}\beta로 구해진다. f=1[MHz]f=1\rm[MHz], β=π8 [rad/m]\beta=\dfrac\pi8\ [\mathrm{rad/m}]를 대입하면 v=2π×106π/8=1.6×107 [m/s]v=\dfrac{2\pi\times10^6}{\pi/8}=1.6\times10^7\ [\mathrm{m/s}]가 되어, 정답은 1.6×1071.6\times10^7이다.
문제 76
전원과 부하가 Δ결선된 3상 평형회로가 있다. 전원전압이 200V, 부하 1상의 임피던스가 6+j8(Ω) 일 때 선전류(A)는?
1√3 / 20
220√3
320
420 / √3
정답 및 해설
정답은 20√3 이다. Δ결선에서는 상전압이 곧 선간전압(200V)이므로 상전류는 20062+82=20010=20\frac{200}{\sqrt{6^{2}+8^{2}}}=\frac{200}{10}=20[A]이고, 선전류는 상전류의 3\sqrt{3}배인 20320\sqrt{3}[A]가 된다.
문제 77
불평형 3상 전류 Ia=25+j4(A), Ib=-18-j16(A), Ic=7+j15(A)일 때 영상전류 I0(A)는?
14.67+j2
24.67+j
32.67+j
42.67+j2
정답 및 해설
영상전류는 I0=13(Ia+Ib+Ic)I_0=\dfrac{1}{3}(I_a+I_b+I_c)이다. Ia+Ib+Ic=(25−18+7)+j(4−16+15)=14+j3I_a+I_b+I_c=(25-18+7)+j(4-16+15)=14+j3이므로 I0=14+j33=4.67+j1I_0=\dfrac{14+j3}{3}=4.67+j1이 되어 정답은 4.67+j이다.
문제 78
1[km]당 인덕턴스가 25[mH], 정전용량이 0.005[μF\mu F]인 선로가 있다. 이 선로를 무손실 선로로 가정할 때, 진행파의 위상(전파)속도는 약 몇 [km/s]인가?
189.4×10589.4\times 10^5
28.94×1048.94\times 10^4
389.4×10489.4\times 10^4
48.94×1038.94\times 10^3
정답 및 해설
무손실 선로의 전파속도는 v=1LCv=\dfrac{1}{\sqrt{LC}}이다. v=125×10−3×5×10−9≈8.94×104v=\dfrac{1}{\sqrt{25\times 10^{-3}\times 5\times 10^{-9}}}\approx 8.94\times 10^{4}[km/s]이므로 정답은 8.94×1048.94\times 10^{4}이다.
문제 79
비정현파 전압 v=1002sinωt+502sin2ωt+302sin3ωtv=100\sqrt{2}\textup{sin} \omega t +50 \sqrt{2}\textup{sin}2 \omega t+30\sqrt{2}\textup{sin} 3 \omega t[V]에서 왜형률은 약 얼마인가?
11.41
20.58
30.87
40.36
정답 및 해설
왜형률은 기본파 실효값 대비 고조파 실효값의 비로 D=V22+V32V1=502+302100≈0.58D=\frac{\sqrt{V_2^2+V_3^2}}{V_1}=\frac{\sqrt{50^2+30^2}}{100}\approx0.58이다. 따라서 정답은 0.58이다.
문제 80
구동점 임피던스(driving impedance) 함수에 있어서 극점(pole)은?
1전류가 많이 흐르는 상태를 의미한다.
2개방회로 상태를 의미한다.
3단락회로 상태를 의미한다.
4아무런 상태도 아니다.
정답 및 해설
구동점 임피던스 Z(s)Z(s)가 무한대가 되는 점이 극점(pole)이며, 이는 아주 작은 전류에도 단자전압이 무한히 커지는 상태, 즉 개방회로 상태를 의미한다. 반대로 영점(zero)은 Z(s)=0Z(s)=0이 되는 단락회로 상태를 나타낸다. 따라서 정답은 개방회로 상태를 의미한다이다.
문제 81
제2종 특고압 보안공사의 기준으로 옳지 않은 것은?
1지지물이 목주인 경우 경간은 100[m] 이하로 할 것
2특고압 가공전선은 연선을 사용할 것
3지지물이 A종 철주인 경우 경간은 150[m] 이하로 할 것
4지지물로 목주를 사용하는 경우 풍압하중에 대한 안전율은 2 이상으로 할 것
정답 및 해설
정답은 지지물이 A종 철주인 경우 경간은 150m 이하로 할 것이다. 제2종 특고압 보안공사에서 지지물이 목주 또는 A종 철주(철근콘크리트주)인 경우 경간은 100m 이하로 하여야 하므로, 150m라는 기준은 옳지 않다.
문제 82
수소냉각식 발전기 및 그에 부속된 수소냉각장치의 시설기준으로 틀린 것은?
1발전기 내부 수소의 온도를 계측하는 장치를 시설한다.
2발전기 내부 수소의 압력을 계측하는 장치와, 그 압력이 현저히 변동한 경우 이를 경보하는 장치를 시설한다.
3발전기 내부 수소의 순도가 80[%] 이하로 저하한 경우 경보를 하는 장치를 시설한다.
4발전기는 기밀구조로 하고, 수소가 대기압에서 폭발하는 경우 발생하는 압력에 견디는 강도를 가져야 한다.
정답 및 해설
정답은 발전기 내부 수소의 순도가 80[%] 이하로 저하한 경우 경보를 하는 장치를 시설한다는 것이다. 한국전기설비규정에 따르면 수소냉각식 발전기는 수소 순도가 85% 이하로 저하한 경우 경보장치를 시설하도록 하므로 80%라는 수치가 틀렸다. 온도·압력 계측 및 기밀구조에 관한 나머지 설명은 규정과 일치한다.
문제 83
전기철도차량에 전력을 공급하는 전차선의 가선방식에 포함되지 않는 것은?
1가공방식
2제3레일방식
3지중조가선방식
4강체방식
정답 및 해설
전차선의 가선방식에는 가공방식, 강체방식, 제3레일방식이 있으며, 지중조가선방식이라는 방식은 존재하지 않는다. 따라서 포함되지 않는 것은 ③ 지중조가선방식이다.
문제 84
고압가공전선과 약전류전선이 접근하여 시설되는 경우, 두 전선 사이의 수평 이격거리는 몇 [cm] 이상이어야 하는가? (단, 가공전선에는 케이블을 사용하지 않는 것으로 한다.)
1100
240
380
460
정답 및 해설
케이블을 사용하지 않는 고압가공전선이 약전류전선과 접근하여 시설되는 경우, 두 전선 사이의 수평 이격거리는 80cm 이상이어야 한다.
정답은 80이다.
문제 85
특고압 가공전선이 지지물·완금류·지지기둥·지지선에 대하여 확보하여야 하는 간격은 사용전압에 따라 달라진다. 이 간격을 0.15[m]0.15\rm[m] 이상으로 하면 되는 사용전압 구간은?
115[kV]15\rm[kV] 미만
215[kV]15\rm[kV] 이상 25[kV]25\rm[kV] 미만
325[kV]25\rm[kV] 이상 35[kV]35\rm[kV] 미만
435[kV]35\rm[kV] 이상 50[kV]50\rm[kV] 미만
정답 및 해설
한국전기설비규정 표 333.5-1은 특고압 가공전선이 지지물·완금류·지지기둥·지지선에 대하여 두어야 할 간격을 사용전압 구간별로 규정한다. 15[kV]15\rm[kV] 미만 0.15[m]0.15\rm[m], 15∼25[kV]15\sim25\rm[kV] 0.2[m]0.2\rm[m], 25∼35[kV]25\sim35\rm[kV] 0.25[m]0.25\rm[m], 35∼50[kV]35\sim50\rm[kV] 0.3[m]0.3\rm[m] 로 커지므로 0.15[m]0.15\rm[m] 가 적용되는 구간은 15[kV]15\rm[kV] 미만이다.
기술상 부득이하고 위험의 우려가 없도록 시설한 때에만 표 334.1-6 값의 0.80.8 배까지 줄일 수 있다. 조문 용어가 이격거리·지주·지선에서 간격·지지기둥·지지선으로 바뀐 점도 함께 익혀 두자.
문제 86
고압 보안공사에서 지지물이 철탑일 때, 지지물의 경간은 몇 [m] 이하로 시설하여야 하는가? (단, 단주가 아닌 경우이다.)
1600
2150
3400
4100
정답 및 해설
정답은 400[m] 이다. 고압 보안공사에서 지지물이 철탑(단주 제외)인 경우 경간은 400m 이하로 시설하여야 한다.
문제 87
사용전압이 22.9kV인 특고압 가공전선과 그 지지물·완금류·지주 또는 지선 사이의 이격거리는 몇 cm 이상이어야 하는가?
125
230
320
415
정답 및 해설
한국전기설비규정의 특고압 가공전선과 지지물 등의 이격거리 규정에 따르면, 사용전압이 15kV를 초과하고 25kV 이하인 경우 이격거리는 20cm 이상이다. 22.9kV는 이 구간에 해당하므로 정답은 20이다.
문제 88
특고압 가공전선로용 지지물로서 시가지에 시설하여서는 아니 되는 것은?
1B종 철주
2철탑
3목주
4철근 콘크리이트주
정답 및 해설
시가지 등에서 특고압 가공전선로를 시설할 때 지지물로 목주는 사용할 수 없고, B종 철주·철근콘크리트주·철탑만 사용할 수 있다. 정답은 목주이다.
문제 89
가공전선로 지지물에 시설하는 지선의 설치기준으로 옳지 않은 것은?
1소선은 지름 2.6[mm] 이상의 금속선을 사용할 것
2허용인장하중의 최저는 4.31[kN]으로 할 것
3지선에 연선을 사용하는 경우 소선은 5가닥 이상으로 할 것
4안전율은 2.5 이상으로 할 것
정답 및 해설
지선은 안전율 2.5 이상, 허용인장하중의 최저 4.31[kN], 소선의 지름 2.6[mm] 이상의 금속선을 사용하는 것이 옳은 시설기준이다. 그러나 지선에 연선을 사용하는 경우 소선은 5가닥이 아니라 3가닥 이상이어야 하므로, 정답은 지선에 연선을 사용하는 경우 소선은 5가닥 이상으로 할 것이다.
문제 90
전력보안 가공통신선은 반드시 조가선에 시설하여야 하는데, 이때 조가선으로 사용하는 전선의 종류는 무엇인가?
1알루미늄으로 된 단선
2강심 알루미늄 연선
3아연도강연선
4금속으로 된 단선
정답 및 해설
전력보안 가공통신선은 반드시 조가선에 시설하여야 하며, 이때 조가선으로는 인장강도가 크고 내식성이 우수한 아연도강연선을 사용하도록 한국전기설비규정에서 규정하고 있다. 따라서 정답은 아연도강연선이다.
문제 91
조상설비에 내부고장·과전류·과전압이 발생했을 때 자동으로 차단하는 장치를 시설해야 하는 분로리액터의 최소 뱅크용량은 몇 [kVA]인가?
110000
2500
315000
412000
정답 및 해설
정답은 15000이다. 분로리액터는 뱅크용량이 15,000kVA 이상인 경우 내부고장·과전류·과전압 발생 시 자동으로 전로에서 차단하는 장치를 시설해야 한다.
문제 92
애자사용공사에 의한 고압옥내배선을 할 때 전선을 조영재의 면을 따라 붙이는 경우, 전선의 지지점간의 거리는 몇 [m] 이하이어야 하는가?
15[m]
24[m]
32[m]
43[m]
정답 및 해설
정답은 2[m]이다. 한국전기설비규정에 따르면 고압 옥내배선을 애자사용공사로 시설할 때 전선을 조영재의 면을 따라 붙이는 경우 지지점 간 거리는 2m 이하로 하여야 한다.
문제 93
사용전압 170[kV]170[kV] 이하의 변압기를 시설하는 변전소로서, 기술원이 상주하여 감시하지는 않으나 수시로 순회하는 경우, 기술원이 상주하는 장소에 경보장치를 시설하지 않아도 되는 경우는?
1옥내변전소에 화재가 발생한 경우
2제어회로의 전압이 현저히 저하된 경우
3운전조작에 필요한 차단기가 수동으로 차단된 후 재폐로된 경우
4 조상기 내부에 고장이 발생한 경우
정답 및 해설
상주 감시를 하지 않는 변전소는 원칙적으로 기술원 상주 장소에 경보장치를 시설해야 하지만, 운전조작에 필요한 차단기가 사람의 조작으로 수동 차단된 후 재폐로된 경우는 정상적인 조작 결과이므로 경보 대상에서 제외된다. 반면 화재 발생, 제어회로 전압 저하, 조상기 내부 고장 등은 이상 상태이므로 경보장치가 필요하다. 따라서 정답은 운전조작에 필요한 차단기가 수동으로 차단된 후 재폐로된 경우이다.
문제 94
저압 옥상 전선로에 시설하는 전선은 인장강도 2.30[kN]이상의 것 또는 지름이 몇 [mm]이상의 경동선 이어야 하는가?
11.6
23.2
32.6
42.0
정답 및 해설
저압 옥상전선로에 시설하는 전선은 인장강도 2.30kN 이상의 것 또는 지름 2.6mm 이상의 경동선이어야 한다.
정답은 2.6이다.
문제 95
옥내에 시설하는 저압전선으로 나전선을 사용할 수 있는 배선공사는?
1케이블 공사
2합성수지관 공사
3버스덕트 공사
4금속관 공사
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따른 저압 옥내배선 공사 중 나전선을 사용할 수 있는 것은 버스덕트공사(버스바 자체가 나도체)이며, 케이블공사·합성수지관공사·금속관공사는 절연전선을 사용하여야 한다. 따라서 정답은 버스덕트 공사이다.
문제 96
100[kV] 미만의 특고압 가공전선로를 시가지에 경동연선으로 시설하는 경우, 사용하여야 하는 단면적은 몇 [mm²] 이상인가?
1200
255
3100
4150
정답 및 해설
정답은 55[mm²] 이다. 사용전압 100kV 미만인 특고압 가공전선로를 시가지 등에 시설하는 경우 전선은 인장강도 21.67kN 이상의 연선 또는 단면적 55mm² 이상의 경동연선을 사용하여야 한다.
문제 97
철도 또는 궤도를 횡단하는 저고압 가공전선의 높이는 레일면상 몇 m 이상인가?
17.5
26.5
35.5
48.5
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 저고압 가공전선이 철도 또는 궤도를 횡단하는 경우 레일면상의 높이는 6.5m 이상이어야 한다. 따라서 정답은 6.5이다.
문제 98
가공 전선로의 지지물에 지선을 시설하려고 한다. 이 지선의 기준으로 옳은 것은?
1소선지름 : 2.0mm, 안전율 : 2.5, 허용 인장하중 2.11kN
2소선지름 : 2.6mm, 안전율 : 2.5, 허용 인장하중 4.31kN
3소선지름 : 2.6mm, 안전율 : 1.5, 허용 인장하중 3.21kN
4소선지름 : 1.6mm, 안전율 : 2.0, 허용 인장하중 4.31kN
정답 및 해설
지선은 안전율 2.5 이상, 소선 3가닥 이상의 연선으로서 소선의 지름이 2.6mm 이상이고 허용 인장하중이 4.31kN 이상이어야 한다. 이 조건을 모두 만족하는 것은 ② 소선지름 2.6mm, 안전율 2.5, 허용 인장하중 4.31kN이다.
문제 99
154[KV] 변압기를 사람이 접촉할 우려가 없도록 적당한 울타리를 설치하여 시설하는 경우, 울타리의 높이와 울타리로부터 충전부분까지 거리의 합계는 최소 몇 [m] 이상이어야 하는가?
110
26
38
44
정답 및 해설
정답은 6이다. 특고압용 기계기구(154[kV] 변압기)를 사람이 접촉할 우려가 없도록 울타리·담 등으로 시설하는 경우, 사용전압이 35[kV]를 초과하고 160[kV] 이하이면 울타리의 높이와 충전부분까지의 거리의 합계는 6[m] 이상이어야 한다.
문제 100
가공전선로의 지지물에 시설하는 지선의 시설 기준으로 옳은 것은?
1도로를 횡단하여 시설하는 지선의 높이는 지표상 4m 이상으로 하여야 한다.
2연선을 사용할 경우에는 소선(素線) 3가닥 이상이어야 한다.
3지중부분 및 지표상 20cm 까지의 부분에는 내식성이 있는 것 또는 아연도금을 한다.
4지선의 안전율은 2.2 이상이어야 한다.
정답 및 해설
한국전기설비규정상 지선을 연선으로 시설하는 경우 소선은 3가닥 이상이어야 하며, 안전율은 2.5 이상, 도로 횡단 시 지표상 높이는 5m 이상, 지중 및 지표상 30cm까지의 부분은 내식성 처리를 하도록 규정되어 있다. 나머지 선택지는 높이·구간·안전율 수치가 각각 틀리므로, 옳은 것은 ② 연선을 사용할 경우에는 소선(素線) 3가닥 이상이어야 한다이다.
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23년 2회차

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
그림과 같은 회로에서 스위치를 처음 A에 연결하여 일정전류 I0I_0[A]를 흘려준 다음, 스위치를 급히 B로 전환하면 저항 RR[Ω]에서 1[s] 동안 발생하는 열량[cal]은 얼마인가?LArBR
112.4LI02\dfrac{1}{2.4}LI_0^2
2LI02LI_0^2
312LI02\dfrac{1}{2}LI_0^2
418.4LI02\dfrac{1}{8.4}LI_0^2
정답 및 해설
스위치를 A로 하여 흐르던 정상전류 I0I_0에 의해 인덕터에는 W=12LI02W=\dfrac{1}{2}LI_0^2[J]의 에너지가 저장된다. 스위치를 B로 전환하면 이 에너지가 저항 R에서 전량 열로 소비되며, 1[cal]=4.2[J]1[\mathrm{cal}]=4.2[\mathrm{J}]로 환산하면 H=12LI02×14.2=18.4LI02H=\dfrac{1}{2}LI_0^2\times\dfrac{1}{4.2}=\dfrac{1}{8.4}LI_0^2[cal]가 된다. 따라서 정답은 18.4LI02\frac{1}{8.4}LI_0^2이다.
문제 2
강자성체 히스테리시스 루프의 면적이 의미하는 것은?
1강자성체 단위 면적당 소요되는 에너지를 나타낸다.
2강자성체 전체 체적에 소요되는 에너지를 나타낸다.
3강자성체 단위 길이당 소요되는 에너지를 나타낸다.
4강자성체 단위 체적당 소요되는 에너지를 나타낸다.
정답 및 해설
히스테리시스 루프로 둘러싸인 면적은 자화와 감자화를 한 사이클 반복하는 동안 강자성체 단위 체적에서 열로 소비되는 에너지, 즉 히스테리시스손에 해당한다. 따라서 정답은 강자성체 단위 체적당 소요되는 에너지를 나타낸다이다.
문제 3
정상 전류계에서 전류밀도를 J, 도전율을 σ\sigma, 고유저항을 ρ\rho, 전계의 세기를 EE라 할 때, 옴의 법칙의 미분형은?
1J=EσJ=\dfrac{E}{\sigma}
2J=ρσEJ=\rho\sigma E
3J=ρEJ=\rho E
4J=σEJ=\sigma E
정답 및 해설
정답은 J=σEJ=\sigma E이다. 옴의 법칙의 미분형은 전류밀도가 도전율과 전계의 곱으로 주어지는 J=σEJ=\sigma E이다.
문제 4
유전률이 9인 유전체내 전계의 100[V/m]일 때 유전체 내에 저장되는 에너지 밀도는 몇[J/m3]인가?
15.5×102
24.5×105
39×104
44.5×104
정답 및 해설
유전체 내 저장되는 에너지밀도는 w=12ϵE2w=\frac{1}{2}\epsilon E^2로 구한다. ϵ=9\epsilon=9, E=100E=100을 대입하면 w=12×9×1002=4.5×104[J/m3]w=\frac{1}{2}\times9\times100^2=4.5\times10^4[\mathrm{J/m^3}]가 되어 정답은 4.5×1044.5\times10^4이다.
문제 5
전류 4π[A]가 흐르고 있는 무한직선도체에 의해 자계가 4[A/m]인 점은 직선도체로부터 거리가 몇 [m]인가?
10.5m
23m
34m
41m
정답 및 해설
무한직선도체 주위의 자계는 H=I2πrH=\dfrac{I}{2\pi r}이다. 4=4π2πr=2r4=\dfrac{4\pi}{2\pi r}=\dfrac{2}{r}이므로 r=0.5[m]r=0.5\rm{[m]}가 되어
문제 6
2장의 무한 평판 도체를 4cm의 간격으로 놓은 후 평판 도체 간에 일정한 전계를 인가하였더니 평판 도체 표면에 2μC/m2의 전하밀도가 생겼다. 이 때 평행 도체 표면에 작용하는 정전응력은 약 몇 N/m2 인가?
10.226
20.57
32.26
40.057
정답 및 해설
평행 평판 도체 표면의 정전응력은 f=σ22ϵ0f=\dfrac{\sigma^2}{2\epsilon_0}로 결정되며 전극 간격(4cm)은 결과에 영향을 주지 않는다. σ=2×10−6\sigma=2\times10^{-6}[C/m²]이므로 f=(2×10−6)22×8.855×10−12≈0.226f=\dfrac{(2\times10^{-6})^2}{2\times8.855\times10^{-12}}\approx0.226[N/m²]이다. 따라서 정답은 0.226이다.
문제 7
전계가 E=2xx^+2yy^E=\frac{2}{x}\hat{x}+ \frac{2}{y}\hat{y} [V/m]로 주어질 때, 점(2, 4)[m]를 지나는 전기력선의 방정식은? (단, x^,y^\hat{x}, \hat{y}는 단위벡터이다.)
1y2−x2=12y^2-x^2=12
2x2+y2=16x^2+y^2=16
3y2−x2=16y^2-x^2=16
4x2+y2=12x^2+y^2=12
정답 및 해설
정답은 y2−x2=12y^{2}-x^{2}=12 이다. 전기력선의 미분방정식 dxEx=dyEy\frac{dx}{E_x}=\frac{dy}{E_y}에서 x dx=y dyx\,dx=y\,dy가 되어 적분하면 x2−y2=Cx^{2}-y^{2}=C이며, 점(2, 4)를 대입하면 4−16=−124-16=-12, 즉 y2−x2=12y^{2}-x^{2}=12가 된다.
문제 8

무한히 긴 직선 도체가 y축을 따라 놓여 있고, 여기에 +y 방향으로 8[A]가 흐르고 있다. 이 영역의 자속밀도가 2ax+5az2a_x+5a_z[Wb/m2]라면 도체 1[m]마다 작용하는 힘[N/m]은? (단, ax, ay, aza_x,\ a_y,\ a_z는 각 좌표축 방향의 단위벡터이다.)

1

16ax−40az16a_x-40a_z

2

40ax−16az40a_x-16a_z

3

40ax+16az40a_x+16a_z

4

−40ax+16az-40a_x+16a_z

정답 및 해설

자계 속의 도선에 걸리는 힘은 F⃗=Il⃗×B⃗\vec{F}=I\vec{l}\times\vec{B}로 얻는다. 전류가 aya_y 쪽이므로 ay×(2ax+5az)=2(−az)+5(ax)a_y\times(2a_x+5a_z)=2(-a_z)+5(a_x)이고, 여기에 8을 곱하면 40ax−16az40a_x-16a_z[N/m]가 된다. 부호가 통째로 뒤집힌 것은 외적의 앞뒤를 바꿔 넣은 값, 16ax−40az16a_x-40a_z는 두 계수를 서로 바꿔 곱한 값, 40ax+16az40a_x+16a_z는 ay×ax=−aza_y\times a_x=-a_z의 음부호를 놓친 값이다.

문제 9

어느 공간의 전위가 V=15x2+y2V=\dfrac{15}{x^2+y^2} [V]로 분포한다. 좌표 (1, 3)인 곳에서 전계의 세기 EE를 옳게 나타낸 것은?

1

310(i+3j)\dfrac{3}{10}(i+3j)

2

320(i+3j)\dfrac{3}{20}(i+3j)

3

103(i+3j)\dfrac{10}{3}(i+3j)

4

−310(i+3j)-\dfrac{3}{10}(i+3j)

정답 및 해설

전계는 전위의 기울기에 음부호를 붙인 E=−∇VE=-\nabla V로 얻는다. 편미분하면 Ex=30x(x2+y2)2E_x=\dfrac{30x}{(x^2+y^2)^2}, Ey=30y(x2+y2)2E_y=\dfrac{30y}{(x^2+y^2)^2}이고, 주어진 곳에서 x2+y2=10x^2+y^2=10이므로 E=30100(i+3j)=E=\dfrac{30}{100}(i+3j)= 310(i+3j)\dfrac{3}{10}(i+3j) [V/m]가 된다. 미분에서 딸려 나오는 계수 2를 놓치면 320\dfrac{3}{20}배, 분수를 거꾸로 쓰면 103\dfrac{10}{3}배가 되고, 음부호를 그대로 두면 방향이 반대로 뒤집힌다.

문제 10
비투자율이 350인 환상철심 내부의 평균 자계의 세기가 342AT/m일 때 자화의 세기는 약 몇 Wb/m2인가?
10.15
20.18
30.21
40.12
정답 및 해설
자화의 세기는 J=μ0(μr−1)HJ=\mu_0(\mu_r-1)H로 구한다. μr=350\mu_r=350, H=342[AT/m]H=342[\mathrm{AT/m}]를 대입하면 J=4π×10−7×349×342≈0.15[Wb/m2]J=4\pi\times10^{-7}\times349\times342\approx0.15[\mathrm{Wb/m^{2}}]가 되어 정답은 0.15이다.
문제 11
유전체에 대한 경계조건에 설명이 옳지 않은 것은?
1표면전하 밀도란 구속전하의 표면밀도를 말하는 것이다.
2경계면에 외부전하가 있으면, 유전체의 내부와 외부의 전하는 평형 되지 않는다.
3특수한 경우를 제외하고 경계면에서 표면전하 밀도는 영(zero)이다.
4완전 유전체 내에서는 자유전하는 존재하지 않는다.
정답 및 해설
유전체 경계조건에서 D1n−D2n=σD_{1n}-D_{2n}=\sigma 관계식의 σ\sigma는 자유전하의 표면밀도를 의미하는 것이지 구속(분극)전하의 표면밀도가 아니다. 따라서 ① 표면전하 밀도란 구속전하의 표면밀도를 말하는 것이다라는 설명이 옳지 않다. 외부전하가 있으면 유전체 내외의 전하가 평형되지 않는다는 점, 특수한 경우를 제외하면 경계면의 표면전하밀도가 0이라는 점, 완전 유전체 내부에는 자유전하가 존재하지 않는다는 점은 모두 타당한 설명이다.
문제 12

비투자율이 0.99이고 도전율이 5.8×1075.8\times10^{7}[℧/m]인 구리 도체에 200[Hz]의 교류전류가 흐르고 있다. 이 도체의 침투깊이는 약 몇 [mm]인가?

1

9.39[mm]

2

6.64[mm]

3

4.70[mm]

4

2.35[mm]

정답 및 해설

표피효과에서 침투깊이는 δ=1πfμσ\delta=\dfrac{1}{\sqrt{\pi f\mu\sigma}}로 계산한다. μ=4π×10−7×0.99≈1.24×10−6\mu=4\pi\times10^{-7}\times0.99\approx1.24\times10^{-6}, f=200f=200, σ=5.8×107\sigma=5.8\times10^{7}을 넣으면 πfμσ≈4.53×104\pi f\mu\sigma\approx4.53\times10^{4}이므로 δ≈4.70×10−3\delta\approx4.70\times10^{-3}[m], 곧 4.70[mm]이다. 깊이가 주파수의 제곱근에 반비례하므로 주파수가 4배가 되면 값은 절반이 된다. 9.39는 주파수 변화를 반영하지 않은 값, 6.64는 주파수를 2배로만 본 값, 2.35는 제곱근을 빼고 1f\dfrac{1}{f}에 반비례시킨 값이다.

문제 13
자속밀도 10 Wb/m2 자계 중에 10㎝ 도체를 자계와 30°의 각도로 30m/s로 움직일 때, 도체에 유기되는 기전력은 몇 V 인가?
115
21500
31500√3
415√3
정답 및 해설
정답은 15[V]이다. 유기기전력은 e=Blvsin⁡θe=Blv\sin\theta로 구하며, e=10×0.1×30×sin⁡30∘=30×0.5=15[V]e=10\times0.1\times30\times\sin30^{\circ}=30\times0.5=15[V]가 된다.
문제 14
유전체에서의 변위 전류에 대한 설명으로 옳은 것은?
1변위 전류는 자계를 발생시킨다.
2변위 전류의 크기는 투자율의 값에 비례한다.
3전속 밀도의 공간적 변화가 변위 전류를 발생시킨다.
4유전체의 굴절률이 2배가 되면 변위 전류의 크기도 2배가 된다.
정답 및 해설
맥스웰 방정식 ∇×H=J+∂D∂t\nabla\times H=J+\frac{\partial D}{\partial t}에서 알 수 있듯이 변위전류는 전도전류와 마찬가지로 자계를 발생시킨다. 변위전류는 전속밀도의 시간적 변화(공간적 변화가 아님)에 의해 생기며 투자율이 아닌 유전율에 관계된 양이다. 따라서 정답은 변위 전류는 자계를 발생시킨다이다.
문제 15
극판 간격이 d[m]d\rm[m]이고 사이가 공기인 평행판 커패시터에 V[V]V\rm[V]를 걸었다. 한쪽 극판이 상대 극판으로부터 받는 정전 응력은 몇 [N/m2]\rm[N/m^2]인가?
1ϵ0V22d2\dfrac{\epsilon_0V^2}{2d^2}
2ϵ0V2d2\dfrac{\epsilon_0V^2}{d^2}
3ϵ0V2d\dfrac{\epsilon_0V}{2d}
4V22ϵ0d2\dfrac{V^2}{2\epsilon_0d^2}
정답 및 해설

간격이 균일한 두 극판 사이의 전계는 E=VdE=\dfrac{V}{d}[V/m]다. 대전된 도체 표면에는 표면전하밀도 σ=ϵ0E\sigma=\epsilon_0E에 의해 f=σ22ϵ0=12ϵ0E2f=\dfrac{\sigma^2}{2\epsilon_0}=\dfrac12\epsilon_0E^2[N/m2^2]의 응력이 걸린다.

여기에 E=V/dE=V/d를 넣으면 f=12ϵ0(Vd)2=ϵ0V22d2f=\dfrac12\epsilon_0\left(\dfrac{V}{d}\right)^2=\dfrac{\epsilon_0V^2}{2d^2}가 된다. 부호를 따지면 두 극판이 서로 끌어당기는 흡인력이다.

결과적으로 응력은 전압의 제곱에 비례하고 간격의 제곱에 반비례하므로, 간격을 절반으로 좁히면 응력은 4배로 커진다. 3번처럼 전압에 1차로 비례하거나 4번처럼 유전율이 분모에 오는 형태는 차원부터 맞지 않는다.

문제 16
E=2i+3j+6kE=2i+3j+6k[V/cm]인 균일 전계 안에서 0.05[μC]0.05[\mu C]짜리 점전하를 원점부터 r=4ir=4i[m] 지점까지 옮기려 한다. 이때 드는 일은 몇 [J]인가?
14×10−74\times10^{-7}
24×10−54\times10^{-5}
31.4×10−41.4\times10^{-4}
42×10−52\times10^{-5}
정답 및 해설
균일 전계에서 드는 일은 전하량과 전계, 변위의 내적으로 W=q E⋅rW=q\,E\cdot r이다. 단위가 [V/cm]이므로 100100을 곱해 E=200i+300j+600kE=200i+300j+600k[V/m]로 고치고, 변위가 xx축 방향뿐이라 내적에는 E⋅r=200×4=800E\cdot r=200\times4=800[V]만 남는다. 그러므로 W=0.05×10−6×800=4×10−5W=0.05\times10^{-6}\times800=4\times10^{-5}[J]이다.
거꾸로 4×10−50.05×10−6=800\dfrac{4\times10^{-5}}{0.05\times10^{-6}}=800[V]이고 8004=200\dfrac{800}{4}=200[V/m]=2=2[V/cm]로 xx성분이 되살아나 조건과 맞는다. 단위 환산을 건너뛰면 4×10−74\times10^{-7}, 벡터 크기 77[V/cm]를 통째로 곱하면 1.4×10−41.4\times10^{-4}이 나온다.
문제 17
액체 유전체를 넣은 콘덴서의 정전용량이 20[μ\muF]이다. 이 콘덴서에 500[V]의 전압을 가할 때 누설전류[mA]는 얼마인가? (단, 비유전율 ϵs=2.2\epsilon _s=2.2, 고유저항 ρ=1011\rho =10^{11}[Ω·m]이다.)
15.13
24.2
361
454.5
정답 및 해설
누설전류가 흐르는 콘덴서에서는 RC=ϵ0ϵsρRC=\epsilon_0\epsilon_s\rho의 관계가 성립하므로 절연(누설)저항은 R=ϵ0ϵsρC=8.854×10−12×2.2×101120×10−6=97.4×103[Ω]R=\dfrac{\epsilon_0\epsilon_s\rho}{C}=\dfrac{8.854\times10^{-12}\times2.2\times10^{11}}{20\times10^{-6}}=97.4\times10^{3}[\Omega]로 구해진다. 따라서 누설전류는 I=VR=50097.4×103=5.13×10−3[A]=5.13[mA]I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{500}{97.4\times10^{3}}=5.13\times10^{-3}[\mathrm{A}]=5.13[\mathrm{mA}]이므로 정답은 5.13이다.
문제 18
전기력선의 설명 중 틀린 것은?
1전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 그친다.
2전기력선의 방향은 그 점의 전계의 방향과 일치하며 밀도는 그 점에서의 크기와 같다.
3전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.
4단위 전하에서는 1/ε0 개의 전기력선이 출입한다.
정답 및 해설
전기력선은 정전하(+)에서 시작하여 부전하(−)에서 끝나므로, "부전하에서 시작하여 정전하에서 그친다"는 설명은 방향이 반대로 되어 옳지 않다. 전계 방향과 밀도의 대응, 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향하는 성질, 단위전하당 1/ε0개의 전기력선이 출입한다는 설명은 모두 옳다.
문제 19

유전체에 바깥에서 전계를 걸었을 때 나타나는 분극을 그 생기는 까닭과 이어 놓은 것이다. 이어 붙인 내용이 서로 맞지 않는 것은?

1

이온분극 — 이온결합 결정 안에서 양이온과 음이온이 서로 반대쪽으로 치우친다.

2

배향분극 — 본래부터 지니고 있던 쌍극자 모멘트가 걸어준 전계 쪽으로 줄을 선다.

3

전자분극 — 원자핵을 둘러싼 전자구름의 중심이 핵 중심에서 어긋난다.

4

전자분극 — 결정 격자를 이루던 이온들이 전계에 끌려 자리를 옮긴다.

정답 및 해설

전자분극은 원자 하나 안쪽에서 전자구름 중심과 핵 중심이 서로 밀려나며 생기는 현상이라 이온이 움직일 까닭이 없다. 격자를 이루던 이온들이 반대쪽으로 밀려나는 것은 이온분극, 본래 지닌 쌍극자가 전계 쪽으로 정렬하는 것은 배향분극이다. 그러므로 전자분극을 이온의 자리바꿈으로 풀이한 4번이 잘못 이어진 짝이다.

문제 20
두 유전체의 경계면에서 정전계가 만족하는 것은?
1두 경계면에서의 전위는 서로 같다.
2전속은 유전율이 작은 유전체로 모인다.
3전계는 법선성분이 같다.
4전속밀도는 접선성분이 서로 같다.
정답 및 해설
두 유전체의 경계면에서는 전계가 유한하므로 전위는 경계면 양쪽에서 연속이며 서로 같다. 따라서 정답은 두 경계면에서의 전위는 서로 같다이다. 실제로는 전속밀도의 법선성분과 전계의 접선성분이 각각 연속이고, 전속은 유전율이 큰 매질 쪽으로 모이므로 나머지 설명은 틀렸다.
문제 21
공통 중성선 다중접지 3상 4선식 배전선로에서 고압측(1차측) 중성선과 저압측(2차측) 중성선을 전기적으로 연결하는 주목적은?
1고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위함
2저압측의 접지사고를 검출하기 위함
3저압측의 단락사고를 검출하기 위함
4주상변압기의 중성선측 붓싱(bushing)을 생략하기 위함
정답 및 해설
공통중성선 다중접지 방식에서 1차 중성선과 2차 중성선을 전기적으로 연결하는 주된 목적은, 고저압 혼촉사고가 발생했을 때 저압측 수용가에 침입하는 상승전압을 대지로 방류하여 억제하기 위함이다. 따라서 정답은 고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위함이다.
문제 22
선로정수에 가장 큰 영향을 미치는 것은?
1전선의 배치
2송전전류
3송전전압
4역률
정답 및 해설
선로정수(저항, 인덕턴스, 정전용량)는 전선의 굵기·종류와 더불어 전선의 배치(선간거리, 등가 선간거리)에 가장 크게 좌우되며, 송전전압·전류·역률과는 무관하다. 따라서 정답은 전선의 배치이다.
문제 23
케이블 단선사고에 의한 고장점까지의 거리를 정전용량 측정법으로 구하는 경우, 건전상의 정전용량이 C, 고장점까지의 정전용량이 Cx, 케이블의 길이가 l일 때 고장점까지의 거리를 나타내는 식으로 알맞은 것은?
1CxCl\dfrac{C_x}{C}l
2CCxl\dfrac{C}{C_x}l
3Cx2Cl\dfrac{C_x}{2C}l
42CxCl\dfrac{2C_x}{C}l
정답 및 해설
케이블의 정전용량은 길이에 비례하므로 건전상 전체 길이 l에 대한 정전용량 C와 고장점까지의 정전용량 CxC_x의 비는 거리의 비와 같다. 따라서 고장점까지의 거리는 lx=CxCll_x=\dfrac{C_x}{C}l이 되어
문제 24
송전선의 특성임피던스는 저항과 누설 콘덕턴스를 무시하면 어떻게 표시되는가? (단, LL은 선로의 인덕턴스, CC는 선로의 정전용량이다.)
1LC\sqrt{\frac{L}{C}}
2CL\sqrt{\frac{C}{L}}
3CL\dfrac{C}{L}
4LC\dfrac{L}{C}
정답 및 해설
무손실 선로(R=G=0)로 가정하면 송전선의 특성(파동)임피던스는 Z0=LCZ_0=\sqrt{\dfrac{L}{C}}로 표시된다. 따라서 정답은 LC\sqrt{\dfrac{L}{C}}이다.
문제 25
유황곡선에서 알 수 없는 것은?
1월별 하천 유량
2풍수량
3평수량
4갈수량
정답 및 해설
유황곡선은 하천 유량을 크기순으로 배열한 곡선으로, 풍수량·평수량·갈수량 등 유량의 지속일수별 크기는 알 수 있지만 그 유량이 어느 달에 발생했는지, 즉 월별 하천 유량은 알 수 없다. 따라서 정답은 월별 하천 유량이다.
문제 26
3상 배전선로의 말단에 역률 60%(늦음), 60kW의 평형 3상 부하가 있다. 부하점에 부하와 병렬로 전력용콘덴서를 접속하여 선로손실을 최소로 하고자 할 때 콘덴서 용량(kVA)은? (단, 부하단의 전압은 일정하다.)
180
240
3100
460
정답 및 해설
선로손실을 최소로 하려면 부하의 역률을 1로 개선해야 하므로, 필요한 콘덴서 용량은 부하의 무효전력과 같다. 역률 0.6(늦음)에서 cos⁡θ=0.6,sin⁡θ=0.8\cos\theta=0.6, \sin\theta=0.8이므로 무효전력은 Q=Ptan⁡θ=60×0.80.6=80Q=P\tan\theta=60\times\dfrac{0.8}{0.6}=80[kVA]이다. 따라서 정답은 80이다.
문제 27
중거리 송선선로의 T형 회로에서 일반 회로정수 C는 무엇을 나타내는가?
1어드미턴스
2리액턴스
3저항
4임피던스
정답 및 해설
4단자(ABCD) 정수 중 CC는 전압과 전류의 관계에서 어드미턴스 차원을 갖는 정수이다. 따라서 정답은 어드미턴스이다.
문제 28

발열량 6,000[kcal/kg]인 석탄 25[t]을 때어 45,000[kWh]의 전력량을 얻은 기력발전소가 있다. 이 발전소의 종합 열효율은 약 몇 [%]인가?

1

19.0

2

30.0

3

25.8

4

51.6

정답 및 해설

생산한 전력량을 열량 단위로 옮기면 860×45000=3.87×107860\times 45000=3.87\times 10^7[kcal]이고, 집어넣은 연료가 지닌 열량은 6000×25000=1.5×1086000\times 25000=1.5\times 10^8[kcal]이다. 두 값의 비가 곧 종합 효율이므로 η=3.87×1071.5×108×100≈25.8\eta=\dfrac{3.87\times 10^7}{1.5\times 10^8}\times 100\approx 25.8[%]가 된다. 19.0은 환산상수를 632로 잡은 값, 30.0은 1,000으로 잡은 값, 51.6은 때운 연료를 절반으로 잘못 읽은 값이다.

문제 29
발열량 5,000[kcal/kg]5{,}000\rm[kcal/kg]짜리 석탄 6060톤을 때어 150,000[kWh]150{,}000\rm[kWh]의 전력량을 생산한 기력발전소가 있다. 이 발전소의 열효율은 약 몇 [%]\rm[\%]인가?
134.4
243.0
350.0
457.3
정답 및 해설
열효율은 생산한 전력량을 열로 환산한 값을 연료가 낸 열량으로 나눈 비다. 연료 쪽 열량은 60×103[kg]×5,000[kcal/kg]=3.0×108[kcal]60\times10^{3}\rm[kg]\times5{,}000\rm[kcal/kg]=3.0\times10^{8}\rm[kcal]이고, 전력량 쪽은 150,000[kWh]×860[kcal/kWh]=1.29×108[kcal]150{,}000\rm[kWh]\times860\rm[kcal/kWh]=1.29\times10^{8}\rm[kcal]이다. 그러므로 η=1.29×1083.0×108×100=43[%]\eta=\dfrac{1.29\times10^{8}}{3.0\times10^{8}}\times100=43\rm[\%]이다.
역으로 3.0×108×0.43860≈150,000[kWh]\dfrac{3.0\times10^{8}\times0.43}{860}\approx150{,}000\rm[kWh]가 나와 주어진 발전량이 그대로 복원된다. 1[kWh]1\rm[kWh]를 1,000[kcal]1{,}000\rm[kcal]로 잘못 잡으면 50[%]50\rm[\%]이 나오니 860[kcal]860\rm[kcal] 환산을 꼭 챙기자.
문제 30

그림의 2기 계통에서 발전기 쪽 유기기전력은 6.6[kV], 전동기 쪽 유기기전력은 6.0[kV]이며 두 기전력 사이의 상차각은 30°이다. X=XG+XL+XM=8X=X_G+X_L+X_M=8[Ω]이라 할 때 발전기가 전동기 쪽으로 보내는 전력은 몇 [kW]인가? (단, 기전력은 선간전압 기준이고 저항은 무시한다.)

XGXLXMEGEMI
1

4950

2

1429

3

2475

4

4287

정답 및 해설

리액턴스만으로 이어진 두 동기기 사이의 전달전력은 P=EGEMXsin⁡δP=\dfrac{E_GE_M}{X}\sin\delta로 계산한다. 값을 넣으면 6600×60008×sin⁡30∘=4950000×0.5=2475000\dfrac{6600\times6000}{8}\times\sin30^\circ=4950000\times0.5=2475000[W], 곧 2475[kW]다. 4950은 상차각을 빼먹고 sin⁡δ=1\sin\delta=1로 둔 값, 4287은 sin⁡\sin 자리에 cos⁡\cos를 넣은 값, 1429는 선간전압을 쓰고도 3\sqrt3으로 한 번 더 나눈 값이다.

문제 31
파동 임피던스가 300Ω인 가공 송전선 1km 당의 인덕턴스 [mH/km]는? (단, 저항과 누설 컨덕턴스는 무시한다.)
11.0
21.2
31.8
41.5
정답 및 해설
무손실 선로의 파동(특성)임피던스는 Z0=L/CZ_0=\sqrt{L/C}로 주어진다. 가공송전선로의 표준정수인 L=1.0L=1.0[mH/km], C=0.0111C=0.0111[μF/km]를 대입하면 Z0=1.0×10−30.0111×10−6≈300Z_0=\sqrt{\dfrac{1.0\times10^{-3}}{0.0111\times10^{-6}}}\approx300[Ω]으로 문제의 조건과 일치한다. 따라서 정답은 1.0이다.
문제 32
선간전압 22[kV]22[kV]인 3상 송전선의 양 끝에 변압기가 놓여 있고, 발전기 쪽은 △−Y\bigtriangleup-Y, 부하 쪽은 Y−△Y-\bigtriangleup 결선이다. 두 YY 결선의 중성점은 각각 150[Ω]150[\Omega], 300[Ω]300[\Omega]의 저항을 거쳐 대지에 이어져 있다. 그림처럼 선로 한 상이 완전히 지락되었다면 지락점을 흐르는 전류는 몇 [A][A]인가? (단, 그 밖의 임피던스는 모두 무시한다.)
150[Ω]22[kV]300[Ω]
1220
2127
384.7
428.2
정답 및 해설

중성점을 저항으로 접지한 계통에서 한 상이 완전지락되면, 고장점에는 그 상의 대지전압(상전압)이 걸리고 귀로는 양쪽 중성점 저항이 대지를 통해 병렬로 만든다.

상전압 E=220003≈12701.7E=\dfrac{22000}{\sqrt3}\approx12701.7[V], 병렬 접지저항 R=150×300150+300=100R=\dfrac{150\times300}{150+300}=100[Ω]

Ig=ER=12701.7100≈127I_g=\dfrac{E}{R}=\dfrac{12701.7}{100}\approx127[A]

독립 역산 — 두 저항으로 갈라지는 전류를 따로 구하면 12701.7150≈84.7\dfrac{12701.7}{150}\approx84.7[A]와 12701.7300≈42.3\dfrac{12701.7}{300}\approx42.3[A]이고, 합치면 84.7+42.3=12784.7+42.3=127[A]로 앞의 값과 맞아떨어진다.

220은 상전압 대신 선간전압을 그대로 나눈 값, 28.2는 두 저항을 직렬로 더해 450[Ω]으로 나눈 값, 84.7은 한쪽 접지저항만 셈에 넣은 값이다.

문제 33
전력계통의 전압조정과 무관한 것은?
1발전기의 조속기
2전력용 분로리액터
3전력용 콘덴서
4발전기의 전압조정장치
정답 및 해설
발전기의 조속기는 원동기의 회전속도, 즉 주파수를 제어하는 장치로 전압조정과는 직접적인 관련이 없다. 분로리액터, 전력용 콘덴서, 발전기의 전압조정장치는 모두 무효전력 조정을 통해 계통 전압을 조정하는 설비이다. 따라서 전압조정과 무관한 것은 ① 발전기의 조속기이다.
문제 34
3상 가공 송전선에 1선 지락이 생겨 각 상에 영상전류 I0I_0가 흐르고 있다. 나란히 가설된 통신선에 나타나는 전자유도전압 EmE_m을 바르게 나타낸 것은? (단, MM은 단위 길이당 상호 인덕턴스, ll은 두 선로가 나란한 구간의 길이, ω\omega는 각주파수이다.)
1Em=jωMl⋅3I0E_m=j\omega Ml\cdot3I_0
2Em=jωMl⋅I0E_m=j\omega Ml\cdot I_0
3Em=jωMl⋅3I0E_m=j\omega\dfrac{M}{l}\cdot3I_0
4Em=jωlM⋅3I0E_m=j\omega\dfrac{l}{M}\cdot3I_0
정답 및 해설
평상시에는 세 상의 전류 합이 Ia+Ib+Ic=0I_a+I_b+I_c=0이라 자속이 서로 지워져 이웃 선로에 유도가 거의 생기지 않는다. 그런데 1선 지락이 나면 대지로 빠지는 성분 때문에 세 전류의 합이 3I03I_0로 남고, 이 성분이 만든 자속이 통신선과 쇄교하면서 전압을 밀어 넣는다.
쇄교 자속의 시간 변화율이 곧 유도 전압이므로 Em=jωMl⋅3I0[V]E_m=j\omega Ml\cdot3I_0\rm[V]가 되어 정답은 ①이다.
식이 알려 주듯 이 전압은 나란한 구간이 길수록, 두 선로가 가까워 MM이 클수록, 주파수가 높을수록 커진다. 그래서 대책도 이격 거리를 벌리거나 병행 구간을 짧게 하고, 차폐선·연가·고속 차단으로 MM과 지속 시간을 줄이는 쪽으로 잡는다.
②는 대지 귀로 성분을 3I03I_0가 아닌 I0I_0로 본 것, ③과 ④는 비례해야 할 ll과 MM을 분모에 둔 것이라 모두 잘못이다.
문제 35
수력 발전소에서 흡출관을 사용하는 목적은?
1유효 낙차를 늘린다. .
2압력을 줄인다.
3물의 유선을 일정하게 한다.
4속도 변동률을 작게 한다.
정답 및 해설
흡출관은 수차를 방수면보다 높은 위치에 설치하더라도 낙차 손실을 줄여 유효낙차를 늘려주는 역할을 한다.
정답은 유효 낙차를 늘린다이다.
문제 36
파동임피던스 Z1=300Z_1=300[Ω]인 선로의 종단에 파동임피던스 Z2=1,500Z_2=1,500[Ω]인 변압기가 접속되어 있다. 이 선로에 파고값 e1=600e_1=600[kV]인 전압이 진입할 때, 접속점에서 발생하는 전압 반사파의 파고값은 몇 [kV]인가?
1400[kV]
2500[kV]
3300[kV]
4200[kV]
정답 및 해설
파동임피던스가 다른 선로 접속점에서의 반사계수는 ρ=Z2−Z1Z2+Z1\rho=\dfrac{Z_2-Z_1}{Z_2+Z_1}이다. Z1=300,Z2=1500Z_1=300, Z_2=1500이므로 ρ=1500−3001500+300=23\rho=\dfrac{1500-300}{1500+300}=\dfrac{2}{3}이고, 반사파 파고값은 e1×ρ=600×23=400e_1\times\rho=600\times\dfrac{2}{3}=400[kV]가 되어 정답은 400[kV]이다.
문제 37
파동임피던스가 300[Ω]인 가공송전선 1[km]당 인덕턴스는 몇 [mH/km]인가? (단, 저항과 누설콘덕턴스는 무시한다.)
11
22
30.5
41.5
정답 및 해설
무손실 선로의 파동(특성)임피던스는 Z0=L/CZ_0=\sqrt{L/C}, 전파속도는 v=1LCv=\dfrac{1}{\sqrt{LC}}이며 가공송전선로에서는 vv가 광속과 거의 같은 3×105[km/s]3\times10^{5}[\mathrm{km/s}]로 취급한다. 두 식으로부터 L=Z0v=3003×105=1×10−3[H/km]=1[mH/km]L=\dfrac{Z_0}{v}=\dfrac{300}{3\times10^{5}}=1\times10^{-3}[\mathrm{H/km}]=1[\mathrm{mH/km}]이므로 정답은 1이다.
문제 38
다음 수차 중 특유속도가 가장 작은 것은?
1펠턴수차
2카플란수차
3프란시스수차
4프로펠러수차
정답 및 해설
특유속도(비속도)는 펠턴수차가 가장 작고 프란시스, 프로펠러, 카플란 순으로 커진다. 따라서 정답은 펠턴수차이다.
문제 39
한류리액터를 사용하는 가장 큰 목적은?
1단락전류의 제한
2누설전류의 제한
3접지전류의 제한
4충전전류의 제한
정답 및 해설
정답은 단락전류의 제한이다. 한류리액터는 선로에 직렬로 삽입해 계통의 임피던스를 크게 함으로써 단락사고 시 흐르는 단락전류를 제한하여 차단기 용량을 낮추고 설비를 보호하는 목적으로 사용한다.
문제 40

수전단의 유효전력을 PP, 무효전력을 QQ라 할 때 전력원선도가 P2+(Q+600)2=640000P^{2}+(Q+600)^{2}=640000으로 나타나는 계통이 있다. 부하가 무유도성이고 그 유효전력이 800일 때, 수전단 전압을 규정값으로 유지하려면 조상설비가 담당해야 하는 무효전력의 크기와 종류는?

1

600, 진상 무효전력

2

600, 지상 무효전력

3

800, 진상 무효전력

4

200, 지상 무효전력

정답 및 해설

부하에 무효분이 없으므로 P=800P=800을 넣으면 8002+(Q+600)2=640000800^{2}+(Q+600)^{2}=640000이 되어 괄호 안이 Q+600=0Q+600=0, 곧 Q=−600Q=-600이어야 한다. 수전단이 음(-)의 무효전력을 가져야 한다는 뜻이므로 조상설비는 600, 진상 무효전력을 부담한다. 부호를 거꾸로 읽으면 지상으로 잘못 고르게 되고, 800은 유효전력 값을 그대로 옮겨 적은 오답이다.

문제 41
직류기의 전기자에 사용되는 권선법 중 가장 많이 사용하는 것은?
12층권
2개로권
3단층권
4환상권
정답 및 해설
직류기의 전기자 권선법 중 실제로 가장 많이 사용되는 것은 2층권이며, 각 슬롯에 두 개의 코일변을 배치하여 결선이 규칙적이고 제작이 용이하다. 따라서 정답은 2층권이다.
문제 42
직류 직권 전동기의 회전수를 반으로 줄이면 토크는 몇 배가 되는가?
14
22
30.25
40.5
정답 및 해설
직권전동기는 계자전류와 전기자전류가 같아 자속이 전기자전류에 비례하므로(ϕ∝Ia\phi\propto I_a), 토크는 T∝ϕIa∝Ia2T\propto\phi I_a\propto I_a^2이고 회전속도는 N∝1IaN\propto\dfrac{1}{I_a}에 가깝다. 회전수가 절반이 되면 전류는 2배가 되므로 토크는 22=42^2=4배가 되어, 정답은 4이다.
문제 43
5 kVA, 3000/200 V 의 변압기의 단락시험에서 임피던스 전압 120V, 동손 150W 라 하면 %저항강하는 약 몇 %인가?
13
25
32
44
정답 및 해설
%저항강하는 동손을 정격용량으로 나누어 백분율로 구한다. %r=1505000×100=3 [%]\%r=\dfrac{150}{5000}\times100=3\ [\%]이므로 정답은 3이다.
문제 44
전부하시의 단자전압이 무부하시의 단자전압보다 높은 직류발전기는?
1분권발전기
2평복권발전기
3과복권발전기
4차동복권발전기
정답 및 해설

과복권발전기는 부하전류 증가에 따라 직권 계자의 기자력이 더해져 전압 강하를 상쇄하고도 남을 만큼 유기기전력이 증가하도록 설계되어, 전부하 시 단자전압이 무부하 시보다 오히려 높아진다. 분권발전기는 부하 증가에 따라 전압이 떨어지고, 평복권발전기는 무부하와 전부하 전압이 같도록, 차동복권발전기는 부하 증가에 따라 전압이 크게 떨어지도록 설계된다.

문제 45

극수 4, 전기자 총 도체수 400, 병렬회로수 4인 직류발전기가 전기자전류 100[A]로 돌고 있으며 브러시는 중성축에서 15∘15^\circ만큼 옮겨져 있다. 이때 전기자 반작용으로 생기는 감자기자력은 극당 약 몇 [AT]인가?

1

약 833

2

약 1,042

3

약 30,000

4

약 208

정답 및 해설

브러시를 α\alpha만큼 옮기면 그 각에 걸리는 도체만 자속을 깎는 쪽으로 일하므로 ATd=α180⋅Zp⋅IaaAT_d=\dfrac{\alpha}{180}\cdot\dfrac{Z}{p}\cdot\dfrac{I_a}{a}가 된다. 값을 넣으면 15180×4004×1004≈208\dfrac{15}{180}\times\dfrac{400}{4}\times\dfrac{100}{4}\approx208이므로 약 208[AT]이다. 약 30,000은 180α\dfrac{180}{\alpha}로 뒤집은 값, 약 1,042는 교차 쪽 식을 쓴 값, 약 833은 병렬회로수로 나누기를 빠뜨린 값이다.

문제 46
어떤 단상 변압기의 2차 무부하 전압이 240[V]이고, 정격 부하시의 2차 단자 전압이 230[V]이다. 전압 변동률은 약 몇 [%]인가?
14.35
27.35
35.15
46.65
정답 및 해설
전압 변동률은 ϵ=V20−V2nV2n×100\epsilon=\dfrac{V_{20}-V_{2n}}{V_{2n}}\times100으로 구해진다. ϵ=240−230230×100≈4.35\epsilon=\dfrac{240-230}{230}\times100\approx4.35[%]이므로 정답이다.
문제 47
직류기에서 전기자 반작용에 의한 영향이 아닌 것은?
1주자속은 변화하지 않는다.
2자기여자 현상이 발생하며 국부적으로 전압이 저하된다.
3정류자편 사이의 전압이 불균일해진다.
4전기적 중성축이 이동한다.
정답 및 해설
전기자 반작용은 주자속을 감소시키는 감자작용과 함께 전기적 중성축 이동, 정류자편 사이 전압 불균일, 국부적 전압 저하(자기여자 현상 유발) 등을 일으킨다. '주자속은 변화하지 않는다'는 진술은 실제 전기자 반작용의 결과와 반대되어 그 영향이 아니므로 정답이다.
문제 48
다음 중 2방향성 3단자 사이리스터는 어느것인가?
1TRIAC
2SCR
3SSS
4SCS
정답 및 해설
TRIAC은 게이트를 포함해 3개의 단자를 가지며 양방향으로 전류를 흘릴 수 있는 사이리스터이다. SCR은 단방향 3단자, SSS는 양방향 2단자, SCS는 4단자 소자이다. 따라서 정답은 TRIAC이다.
문제 49
기계적 출력이 PP[W]이고 회전수가 NN[rpm]인 3상 유도전동기의 토크[N·m]는?
19.55PN\dfrac{P}{N}
2975PN\dfrac{P}{N}
30.46PN\dfrac{P}{N}
40.855PN\dfrac{P}{N}
정답 및 해설
회전각속도는 ω=2πN60\omega=\frac{2\pi N}{60}이므로 토크는 T=Pω=60P2πN≈9.55PNT=\frac{P}{\omega}=\frac{60P}{2\pi N}\approx9.55\frac{P}{N}[N·m]이 된다. 따라서 정답은 9.55PN\frac{P}{N}이며, 975PN\frac{P}{N}은 단위를 [kgf·m]로 나타낼 때 쓰는 식이다.
문제 50
스텝각이 2°, 스테핑주파수(pulse rate)가 1800pps인 스테핑모터의 축속도(rps)는?
110
28
312
414
정답 및 해설
스텝각이 2°이므로 1회전당 필요한 스텝수는 3602=180\dfrac{360}{2}=180스텝이다. 스테핑주파수가 1800pps이므로 축속도는 1800180=10[rps]\dfrac{1800}{180}=10[\mathrm{rps}]가 되어 정답은 10이다.
문제 51
단상 직권전동기의 종류가 아닌 것은?
1보극직권형
2유도보상직권형
3직권형
4보상직권형
정답 및 해설
단상 직권전동기는 직권형, 보상직권형, 유도보상직권형으로 분류되며, 보극직권형이라는 분류는 존재하지 않는다(보극은 직류기의 정류 개선을 위한 것이다). 따라서 정답은 보극직권형이다.
문제 52
1차 전압 100[V]100[V], 2차 전압 200[V]200[V]이고 부하(선로) 출력이 60[kVA]60[kVA]인 단권변압기의 자기용량은 몇 [kVA][kVA]인가?
13030
2600600
36060
4300300
정답 및 해설
단권변압기의 자기용량과 부하(선로)용량의 비는 자기용량부하용량=V2−V1V2\dfrac{\text{자기용량}}{\text{부하용량}}=\dfrac{V_2-V_1}{V_2}로 구한다. V1=100[V]V_1=100[V], V2=200[V]V_2=200[V]를 대입하면 비는 0.5이므로, 자기용량은 60×0.5=30[kVA]60\times0.5=30[kVA]가 되어 정답은 30이다.
문제 53
변압기 결선 방식 중 3상을 6상으로 변환할 수 없는 것은?
1스코트 결선
2 2중 성형
3환상 결선
4대각 결선
정답 및 해설
스코트 결선은 3상을 2상으로 변환하는 결선이며, 2중 성형·환상 결선·대각 결선은 모두 3상을 6상으로 변환하는 결선방식이다. 따라서 3상을 6상으로 변환할 수 없는 것은 ① 스코트 결선이다.
문제 54
임피던스 전압강하가 5[%]인 변압기가 운전 중 단락되었을 때 단락전류는 정격전류의 몇 배가 되는가?
120
22
35
410
정답 및 해설
단락전류는 정격전류의 100%Z\dfrac{100}{\%Z}배가 되므로 1005=20\dfrac{100}{5}=20배가 된다. 정답은 20이다.
문제 55
어떤 변압기의 11차 탭을 6,600[V]6{,}600\rm[V]에 두고 쓸 때 22차 전압이 210[V]210\rm[V]로 나왔다. 22차 전압을 220[V]220\rm[V]까지 올리려면 탭을 몇 [V]\rm[V]에 맞추어야 하는가? (단, 전원 쪽 전압은 변하지 않는다.)
16,3006{,}300
26,0006{,}000
36,9006{,}900
46,6006{,}600
정답 및 해설
탭을 바꾸면 11차 권선에서 실제로 쓰이는 권수가 달라진다. 전원 쪽 전압이 그대로라면 22차로 나오는 전압은 탭 값에 반비례하므로 Vt′=Vt×V2V2′=6600×210220=6300 [V]V_t{}'=V_t\times\dfrac{V_2}{V_2{}'}=6600\times\dfrac{210}{220}=6300\,[\mathrm V]가 필요하다.
되짚어 보면 탭을 63006300에 놓았을 때 6600×2106300=220 [V]6600\times\dfrac{210}{6300}=220\,[\mathrm V]로 원하던 값이 그대로 나와 조건과 맞는다.
전압을 올리고 싶다고 탭까지 함께 올려 6600×220210≈69146600\times\dfrac{220}{210}\approx6914에서 6,9006{,}900을 고르면, 실제로는 6600×2106900≈200.9 [V]6600\times\dfrac{210}{6900}\approx200.9\,[\mathrm V]로 도리어 더 낮아지니 방향을 헷갈리지 말아야 한다.
문제 56
단상 반제어 브리지에서 사이리스터의 점호각을 α\alpha, 교류 전원의 실효값을 EE 라 할 때, 부하 양단 전압의 평균값을 옳게 나타낸 식은? 부하SSDD
12E2π(1+cos⁡α)\dfrac{\sqrt2E}{2\pi}\left(1+\cos\alpha\right)
22Eπ(1+cos⁡α)\dfrac{\sqrt2E}{\pi}\left(1+\cos\alpha\right)
322Eπcos⁡α\dfrac{2\sqrt2E}{\pi}\cos\alpha
42Eπ(1−cos⁡α)\dfrac{\sqrt2E}{\pi}\left(1-\cos\alpha\right)
정답 및 해설
사이리스터 2개와 다이오드 2개를 섞어 꾸민 반제어 브리지에서는 점호 시점 이후의 반주기 파형만 부하로 넘어간다. 그러므로 Ed=1π∫απ2Esin⁡θ dθ=2Eπ(1+cos⁡α)E_{d}=\dfrac{1}{\pi}\displaystyle\int_{\alpha}^{\pi}\sqrt2E\sin\theta\,d\theta=\dfrac{\sqrt2E}{\pi}\left(1+\cos\alpha\right) 이며, 이는 교재에서 흔히 쓰는 표기 22Eπ(1+cos⁡α2)\dfrac{2\sqrt2E}{\pi}\left(\dfrac{1+\cos\alpha}{2}\right) 와 같은 식이다.
점호각이 00 이면 22Eπ=0.9E\dfrac{2\sqrt2E}{\pi}=0.9E 로 다이오드만 쓴 전파정류와 같아지고, α=π\alpha=\pi 이면 출력이 00 이 되어 식이 맞음을 확인할 수 있다. 분모에 2π2\pi 가 들어간 식은 반파 위상제어, cos⁡α\cos\alpha 만 곱한 식은 사이리스터 4개짜리 대칭 제어 브리지(유도성 부하)의 결과이므로 서로 구분해야 한다.
문제 57
직류 복권발전기를 외분권으로 결선하되 두 계자가 만드는 자속이 서로 반대 방향이 되도록 감았다. 회전속도 nn[rps], 상수 k=PZak=\dfrac{PZ}{a}, 분권계자 자속 Φf\Phi_f[Wb], 직권계자 자속 Φs\Phi_s[Wb], 전기자저항 RaR_a[Ω], 직권계자저항 RsR_s[Ω], 전기자전류 IaI_a[A], 부하전류 II[A]라 할 때 유효자속 Φ\Phi와 단자전압 VV[V]를 옳게 짝지은 것은? (단, 자기포화와 반작용은 계산에 넣지 않는다.)
1Φ=Φf+Φs,V=knΦ−Ia(Ra+Rs)\Phi=\Phi_f+\Phi_s,\quad V=kn\Phi-I_a(R_a+R_s)
2Φ=Φf−Φs,V=knΦ−IaRa−IRs\Phi=\Phi_f-\Phi_s,\quad V=kn\Phi-I_aR_a-IR_s
3Φ=Φf−Φs,V=knΦ−Ia(Ra+Rs)\Phi=\Phi_f-\Phi_s,\quad V=kn\Phi-I_a(R_a+R_s)
4Φ=Φf+Φs,V=knΦ−IaRa−IRs\Phi=\Phi_f+\Phi_s,\quad V=kn\Phi-I_aR_a-IR_s
정답 및 해설

두 계자의 자속을 서로 깎이도록 감은 것이 차동복권이다. 그러므로 발전에 쓰이는 유효자속은 Φ=Φf−Φs\Phi=\Phi_f-\Phi_s이고 유기기전력은 E=knΦ=kn(Φf−Φs)E=kn\Phi=kn(\Phi_f-\Phi_s)가 된다.

외분권은 분권계자를 부하와 나란히 단자 쪽에 붙인 결선이다. 이때 직권계자는 전기자 회로 안쪽에 놓이므로 그곳을 지나는 전류가 부하전류 II가 아니라 IaI_a이며, 두 권선에서 생기는 강하를 합치면 IaRa+IaRs=Ia(Ra+Rs)I_aR_a+I_aR_s=I_a(R_a+R_s)다.

따라서 V=E−Ia(Ra+Rs)=kn(Φf−Φs)−Ia(Ra+Rs)V=E-I_a(R_a+R_s)=kn(\Phi_f-\Phi_s)-I_a(R_a+R_s)다. 자속을 더한 보기는 가동복권의 식이고, 강하를 IaRa−IRsI_aR_a-IR_s로 쓴 보기는 직권 권선이 부하 쪽으로 나가는 내분권의 식이라 주어진 결선과 맞지 않는다.

문제 58
동기전동기의 여자전류를 증가하면 어떤 현상이 발생하는가?
1난조가 생긴다.
2토크가 증가한다.
3앞선 무효전류가 흐르고 유도 기전력은 높아진다.
4전기자 전류의 위상이 앞선다.
정답 및 해설
동기전동기의 여자전류를 정상치 이상으로 증가시키면(과여자) 전기자전류가 진상이 되어 전압에 대해 전기자 전류의 위상이 앞서게 된다(V곡선에서 최소전류점을 지난 구간). 따라서 정답은 전기자 전류의 위상이 앞선다이다. 부하가 일정하다면 여자전류 변화만으로 토크가 변하거나 난조가 발생하지는 않는다.
문제 59
극수가 4극이고 전기자권선이 단중 중권인 직류발전기의 전기자전류가 40A이면 전기자권선의 각 병렬회로에 흐르는 전류(A)는?
16
28
34
410
정답 및 해설
극수 4극 단중 중권에서는 병렬회로수 a=p=4a=p=4이므로 각 병렬회로에 흐르는 전류는 Iaa=404=10\frac{I_a}{a}=\frac{40}{4}=10[A]이다. 따라서 정답은 10이다.
문제 60
농형 유도전동기에 주로 사용되는 속도 제어법은?
1극수 제어법
2종속 제어법
32차 여자 제어법
42차 저항 제어법
정답 및 해설

농형 유도전동기는 회전자 권선에 외부로 저항이나 여자전류를 인가할 슬립링이 없으므로 2차 저항 제어나 2차 여자 제어, 종속 제어와 같이 회전자측을 이용하는 방식을 쓸 수 없고, 고정자 권선의 결선을 바꾸어 극수를 변화시키는 극수 제어법이 주로 사용된다.

문제 61
RL 직렬회로에서 R=20Ω, L=40mH이다. 이 회로의 시정수[sec]는?
12×10-3
21/2×10-3
32
41/2
정답 및 해설
정답은 2×10-3이다. RL 직렬회로의 시정수는 τ=LR=40×10−320=2×10−3 [s]\tau=\dfrac{L}{R}=\dfrac{40\times10^{-3}}{20}=2\times10^{-3}\,[\mathrm{s}]이다.
문제 62
최대눈금 100[V], 내부저항 r=30[kΩ]인 전압계로 600[V]를 측정하려 한다. 이때 필요한 배율기의 저항 RsR_s는 몇 [kΩ]인가?
1150
2120
3180
460
정답 및 해설
정답은 150[kΩ]이다. 배율기 저항은 Rs=r(n−1)R_s=r(n-1)이고 배율은 n=600100=6n=\frac{600}{100}=6이므로 Rs=30(6−1)=150[kΩ]R_s=30(6-1)=150[k\Omega]이 된다.
문제 63

어떤 부하에 걸린 전압과 흐르는 전류의 순시값이 v=1202sin⁡ωt+602sin⁡(3ωt+π6)v=120\sqrt2\sin\omega t+60\sqrt2\sin\left(3\omega t+\dfrac{\pi}{6}\right)[V], i=402sin⁡(3ωt−π6)+802sin⁡5ωti=40\sqrt2\sin\left(3\omega t-\dfrac{\pi}{6}\right)+80\sqrt2\sin 5\omega t[A]로 주어졌다. 이 부하가 실제로 써 없애는 전력은 몇 [kW]인가?

1

2.4

2

0.6

3

3.6

4

1.2

정답 및 해설

차수가 같은 성분끼리만 평균전력을 만든다. 여기서는 3고조파만 양쪽에 함께 있으므로 P=60×40×cos⁡(π6+π6)=2400×cos⁡60∘=1200P=60\times40\times\cos\left(\dfrac{\pi}{6}+\dfrac{\pi}{6}\right)=2400\times\cos 60^\circ=1200[W], 곧 1.2[kW]다. 2.4는 위상차를 빼먹은 값, 3.6은 기본파 전압과 3고조파 전류까지 짝지어 더한 값, 0.6은 주어진 계수를 최댓값으로 오해해 2\sqrt2로 한 번 더 나눈 값이다.

문제 64
RL 직렬회로에 직류전압 5[V]를 t=0에서 인가하였더니 i(t)=50(1−e−20×10−3t)i(t) = 50\left(1 - e^{-20 \times 10^{-3} t}\right) [mA](t≥0)이었다. 이 회로의 저항을 처음 값의 2배로 하면 시정수는 얼마가 되겠는가?
125[sec]
25[sec]
310[msec]
440[msec]
정답 및 해설
주어진 식에서 원래 시정수는 지수부 계수의 역수이므로 τ1=120×10−3=50[sec]\tau_1=\dfrac{1}{20\times10^{-3}}=50[\mathrm{sec}]이다. RL 직렬회로의 시정수는 τ=L/R\tau=L/R이므로 저항이 2배가 되면 시정수는 절반이 되어 τ2=502=25[sec]\tau_2=\dfrac{50}{2}=25[\mathrm{sec}]가 된다. 정답은 25[sec]이다.
문제 65

다음 상태방정식으로 표현되는 선형 시불변 시스템의 천이행렬 ϕ(t)\phi(t)로 옳은 것은? (단, 계수행렬은 A=[00−2−3]A=\begin{bmatrix}0 & 0 \\ -2 & -3\end{bmatrix}이고 x˙(t)=Ax(t)\dot{x}(t)=Ax(t)이다.)

1

[10(e−3t−1)e−3t]\begin{bmatrix}1&0 \\ (e^{-3t}-1)&e^{-3t}\end{bmatrix}

2

[1032(e−2t−1)e−2t]\begin{bmatrix}1&0 \\ \dfrac{3}{2}(e^{-2t}-1)&e^{-2t}\end{bmatrix}

3

[1023(e−3t−1)e3t]\begin{bmatrix}1&0 \\ \dfrac{2}{3}(e^{-3t}-1)&e^{3t}\end{bmatrix}

4

[1023(e−3t−1)e−3t]\begin{bmatrix}1&0 \\ \dfrac{2}{3}(e^{-3t}-1)&e^{-3t}\end{bmatrix}

정답 및 해설

sI−A=[s02s+3]sI-A=\begin{bmatrix}s&0\\2&s+3\end{bmatrix}의 역행렬을 구하면 [1s0−2s(s+3)1s+3]\begin{bmatrix}\dfrac{1}{s}&0\\-\dfrac{2}{s(s+3)}&\dfrac{1}{s+3}\end{bmatrix}이다. 왼쪽 아래 항은 −23(1s−1s+3)-\dfrac{2}{3}\left(\dfrac{1}{s}-\dfrac{1}{s+3}\right)로 갈라지므로 시간 함수로 되돌리면 23(e−3t−1)\dfrac{2}{3}(e^{-3t}-1)이 되어 [1023(e−3t−1)e−3t]\begin{bmatrix}1&0\\ \dfrac{2}{3}(e^{-3t}-1)&e^{-3t}\end{bmatrix}를 얻는다. 계수 23\dfrac{2}{3}가 빠진 것, 지수를 e3te^{3t}로 둔 것, 2와 3을 맞바꾼 것은 모두 오답이다.

문제 66
전류 2Isin(ωt+θ)\sqrt{2}Isin(\omega t+\theta )[A]와 기전력 2Vcos(ωt−ϕ)\sqrt{2}Vcos(\omega t-\phi )[V] 사이의 위상차는?
1π2−(ϕ+θ)\dfrac{\pi }{2}-(\phi +\theta )
2π2−(ϕ−θ)\dfrac{\pi }{2}-(\phi -\theta )
3π2+(ϕ+θ)\dfrac{\pi }{2}+(\phi +\theta )
4π2+(ϕ−θ)\dfrac{\pi }{2}+(\phi -\theta )
정답 및 해설
정답은 π2−(ϕ+θ)\frac{\pi }{2}-(\phi +\theta ) 이다. 코사인을 사인으로 바꾸면 2Vcos⁡(ωt−ϕ)=2Vsin⁡(ωt−ϕ+π2)\sqrt{2}V\cos (\omega t-\phi )=\sqrt{2}V\sin \left ( \omega t-\phi +\frac{\pi }{2} \right )이므로, 전류의 위상 θ\theta 와의 위상차는 (−ϕ+π2)−θ=π2−(ϕ+θ)\left ( -\phi +\frac{\pi }{2} \right )-\theta =\frac{\pi }{2}-(\phi +\theta )가 된다.
문제 67
다음 왜형파 전압과 전류에 의한 전력은 몇 W인가? (단, 전압의 단위는 V, 전류의 단위는 A이다.)
v = 100 sin(ωt + 30°) − 50 sin(3ωt + 60°) + 25 sin 5ωti = 20 sin(ωt − 30°) + 15 sin(3ωt + 30°) + 10 cos(5ωt − 60°)
1283.5
2420.0
3566.9
4933.0
정답 및 해설
고조파 전력은 Pn=VnIn2cos⁡θnP_n=\dfrac{V_nI_n}{2}\cos\theta_n으로 각각 구한다. 기본파는 100×202cos⁡60∘=500\dfrac{100\times20}{2}\cos60^\circ=500[W], 3고조파는 위상차 210°에서 50×152cos⁡210∘≈−324.8\dfrac{50\times15}{2}\cos210^\circ\approx-324.8[W], 5고조파는 위상차 −30°에서 25×102cos⁡30∘≈108.3\dfrac{25\times10}{2}\cos30^\circ\approx108.3[W]이다. 이를 모두 더하면 500−324.8+108.3≈283.5[W]가 되어 정답은 283.5이다.
문제 68

그림처럼 3상 평형전원에 같은 값의 저항 R[Ω] 세 개가 대칭으로 물려 있고, a상과 b상에 걸친 전력계는 WW[W]를 가리킨다. 선간전압을 VabV_{ab}[V]라 할 때 저항 R를 옳게 나타낸 것은?

abcW[W]RRR
1

Vab22W\dfrac{V_{ab}^{2}}{2W}

2

3Vab2W\dfrac{3V_{ab}^{2}}{W}

3

3Vab22W\dfrac{3V_{ab}^{2}}{2W}

4

Vab23 W\dfrac{V_{ab}^{2}}{\sqrt3\,W}

정답 및 해설

순저항 대칭부하는 역률이 1이라 두 전력계가 똑같은 값을 읽으므로, 3상 전체 전력은 지시값의 두 배인 2W2W[W]다. 한편 저항 세 개가 각각 선간에 걸린 Δ 결선이므로 한 변이 소비하는 전력은 Vab2R\dfrac{V_{ab}^{2}}{R}이고 전체는 그 세 배다. 3Vab2R=2W\dfrac{3V_{ab}^{2}}{R}=2W를 풀면 R=3Vab22WR=\dfrac{3V_{ab}^{2}}{2W}를 얻는다. 나머지는 상 수를 빠뜨렸거나 지시값을 전체 전력으로 본 값이다.

문제 69
그림에서 a, b 단자의 전압이 10[V]이고 a, b 단자에서 바라본 능동 회로망의 임피던스가 4[Ω]일 때, a, b 단자에 1[Ω]의 저항을 접속하면 이 저항에 흐르는 전류[A]는 얼마인가? Nab1[Ω]10[V]4[Ω]
12
23
38
46
정답 및 해설
a, b 단자에서 본 개방전압은 10[V], 등가저항은 4[Ω]이므로 1[Ω]을 접속하면 전류는 I=104+1=2I=\frac{10}{4+1}=2[A]이다. 따라서 정답은 2이다.
문제 70
비정현파 전압이 V = √2 100 sin ωt + √2 50 sin 2ωt + √2 30 sin 3ωt[V]??일 때 실효치는 약 몇 V인가 ?
1115.7
2180.3
313.4
438.6
정답 및 해설
비정현파의 실효값은 각 고조파 실효값의 제곱합의 제곱근으로 구해진다. 각 항의 실효값은 100, 50, 30[V]이므로 V=1002+502+302=13400≒115.7[V]V=\sqrt{100^2+50^2+30^2}=\sqrt{13400}≒115.7[\mathrm{V}]가 되어 정답은 115.7이다.
문제 71
그림과 같은 회로의 a,b 단자간의 전압은?
2V+−3A2Ωa3Ωb+V−
19V
26V
32V
43V
정답 및 해설
정답은 9V이다. 단자 a로 이어지는 2Ω 가지는 a가 개방되어 있어 전류가 흐르지 않으므로, 3A 전류원의 전류는 모두 3Ω 저항으로 흘러 V=3×3=9 [V]V=3\times3=9\,[\mathrm{V}]의 전압강하를 만든다. 2Ω에는 전류가 흐르지 않아 전압강하가 없으므로 a점의 전위는 이 접합점과 같아지고, 따라서 Vab=9 [V]V_{ab}=9\,[\mathrm{V}]이다.
문제 72
3상 대칭 Y-Y 회로를 측정하니 Vab=600∠0∘V_{ab}=600\angle0^{\circ}[V], Ia=20∠−75∘I_a=20\angle-75^{\circ}[A]였다. 부하 한 상의 임피던스 ZZ[Ω]로 옳은 것은?
VabIaZaZbZcEaEbEc
130∠75∘30\angle75^{\circ}
2103∠45∘10\sqrt{3}\angle45^{\circ}
330∠45∘30\angle45^{\circ}
4103∠75∘10\sqrt{3}\angle75^{\circ}
정답 및 해설

Y 결선 회로에서 한 상에 걸리는 전압의 크기는 선간전압의 1/31/\sqrt3배이고 위상은 30∘30^{\circ}만큼 뒤진다. 그러므로 Van=6003∠−30∘=2003∠−30∘≈346.41∠−30∘V_{an}=\dfrac{600}{\sqrt3}\angle-30^{\circ}=200\sqrt3\angle-30^{\circ}\approx346.41\angle-30^{\circ}[V]다.

여기에 옴의 법칙을 적용하면 Z=VanIa=2003∠−30∘20∠−75∘=103∠45∘Z=\dfrac{V_{an}}{I_a}=\dfrac{200\sqrt3\angle-30^{\circ}}{20\angle-75^{\circ}}=10\sqrt3\angle45^{\circ}[Ω], 크기로는 약 17.3217.32[Ω]인 유도성 부하다.

역산 검산 — 3×2003∠(−30∘+30∘)=600∠0∘\sqrt3\times200\sqrt3\angle(-30^{\circ}+30^{\circ})=600\angle0^{\circ}[V], 2003∠−30∘103∠45∘=20∠−75∘\dfrac{200\sqrt3\angle-30^{\circ}}{10\sqrt3\angle45^{\circ}}=20\angle-75^{\circ}[A]로 주어진 두 조건이 그대로 복원된다.

문제 73
F(s)=2s+15s3+s2+3sF(s)=\frac{2s+15}{s^{3}+s^{2}+3s} 일 때 f(t) 의 최종값은?
15
22
315
43
정답 및 해설
최종값 정리에 의해 f(∞)=lim⁡s→0sF(s)=lim⁡s→02s+15s2+s+3=153=5f(\infty)=\lim_{s\to0}sF(s)=\lim_{s\to0}\dfrac{2s+15}{s^2+s+3}=\dfrac{15}{3}=5가 되어 정답은 5이다.
문제 74
2전력계법을 이용한 평형 3상회로의 전력이 각각 500W 및 300W로 측정되었을 때, 부하의 역률은 약 몇 % 인가?
191.8
289.2
370.7
487.7
정답 및 해설
2전력계법에서 역률은 cos⁡θ=P1+P22P12+P22−P1P2\cos\theta=\dfrac{P_1+P_2}{2\sqrt{P_1^2+P_2^2-P_1P_2}}로 구할 수 있다. P1=500, P2=300P_1=500,\ P_2=300을 대입하면 cos⁡θ=80025002+3002−500×300≈0.918\cos\theta=\dfrac{800}{2\sqrt{500^2+300^2-500\times300}}\approx0.918, 즉 약 91.8%가 된다. 정답은 91.8이다.
문제 75
위상 정수가 π/8[rad/m]인 선로의 1Mhz에 대한 전파속도는 몇 m/s인가?
11.6×107
28.0×107
33.2×107
45.0×107
정답 및 해설
전파속도는 v=ωβ=2πfβv=\dfrac\omega\beta=\dfrac{2\pi f}\beta로 구해진다. f=1[MHz]f=1\rm[MHz], β=π8 [rad/m]\beta=\dfrac\pi8\ [\mathrm{rad/m}]를 대입하면 v=2π×106π/8=1.6×107 [m/s]v=\dfrac{2\pi\times10^6}{\pi/8}=1.6\times10^7\ [\mathrm{m/s}]가 되어, 정답은 1.6×1071.6\times10^7이다.
문제 76
전원과 부하가 Δ결선된 3상 평형회로가 있다. 전원전압이 200V, 부하 1상의 임피던스가 6+j8(Ω) 일 때 선전류(A)는?
1√3 / 20
220√3
320
420 / √3
정답 및 해설
정답은 20√3 이다. Δ결선에서는 상전압이 곧 선간전압(200V)이므로 상전류는 20062+82=20010=20\frac{200}{\sqrt{6^{2}+8^{2}}}=\frac{200}{10}=20[A]이고, 선전류는 상전류의 3\sqrt{3}배인 20320\sqrt{3}[A]가 된다.
문제 77
불평형 3상 전류 Ia=25+j4(A), Ib=-18-j16(A), Ic=7+j15(A)일 때 영상전류 I0(A)는?
14.67+j2
24.67+j
32.67+j
42.67+j2
정답 및 해설
영상전류는 I0=13(Ia+Ib+Ic)I_0=\dfrac{1}{3}(I_a+I_b+I_c)이다. Ia+Ib+Ic=(25−18+7)+j(4−16+15)=14+j3I_a+I_b+I_c=(25-18+7)+j(4-16+15)=14+j3이므로 I0=14+j33=4.67+j1I_0=\dfrac{14+j3}{3}=4.67+j1이 되어 정답은 4.67+j이다.
문제 78
1[km]당 인덕턴스가 25[mH], 정전용량이 0.005[μF\mu F]인 선로가 있다. 이 선로를 무손실 선로로 가정할 때, 진행파의 위상(전파)속도는 약 몇 [km/s]인가?
189.4×10589.4\times 10^5
28.94×1048.94\times 10^4
389.4×10489.4\times 10^4
48.94×1038.94\times 10^3
정답 및 해설
무손실 선로의 전파속도는 v=1LCv=\dfrac{1}{\sqrt{LC}}이다. v=125×10−3×5×10−9≈8.94×104v=\dfrac{1}{\sqrt{25\times 10^{-3}\times 5\times 10^{-9}}}\approx 8.94\times 10^{4}[km/s]이므로 정답은 8.94×1048.94\times 10^{4}이다.
문제 79
비정현파 전압 v=1002sinωt+502sin2ωt+302sin3ωtv=100\sqrt{2}\textup{sin} \omega t +50 \sqrt{2}\textup{sin}2 \omega t+30\sqrt{2}\textup{sin} 3 \omega t[V]에서 왜형률은 약 얼마인가?
11.41
20.58
30.87
40.36
정답 및 해설
왜형률은 기본파 실효값 대비 고조파 실효값의 비로 D=V22+V32V1=502+302100≈0.58D=\frac{\sqrt{V_2^2+V_3^2}}{V_1}=\frac{\sqrt{50^2+30^2}}{100}\approx0.58이다. 따라서 정답은 0.58이다.
문제 80
구동점 임피던스(driving impedance) 함수에 있어서 극점(pole)은?
1전류가 많이 흐르는 상태를 의미한다.
2개방회로 상태를 의미한다.
3단락회로 상태를 의미한다.
4아무런 상태도 아니다.
정답 및 해설
구동점 임피던스 Z(s)Z(s)가 무한대가 되는 점이 극점(pole)이며, 이는 아주 작은 전류에도 단자전압이 무한히 커지는 상태, 즉 개방회로 상태를 의미한다. 반대로 영점(zero)은 Z(s)=0Z(s)=0이 되는 단락회로 상태를 나타낸다. 따라서 정답은 개방회로 상태를 의미한다이다.
문제 81
제2종 특고압 보안공사의 기준으로 옳지 않은 것은?
1지지물이 목주인 경우 경간은 100[m] 이하로 할 것
2특고압 가공전선은 연선을 사용할 것
3지지물이 A종 철주인 경우 경간은 150[m] 이하로 할 것
4지지물로 목주를 사용하는 경우 풍압하중에 대한 안전율은 2 이상으로 할 것
정답 및 해설
정답은 지지물이 A종 철주인 경우 경간은 150m 이하로 할 것이다. 제2종 특고압 보안공사에서 지지물이 목주 또는 A종 철주(철근콘크리트주)인 경우 경간은 100m 이하로 하여야 하므로, 150m라는 기준은 옳지 않다.
문제 82
수소냉각식 발전기 및 그에 부속된 수소냉각장치의 시설기준으로 틀린 것은?
1발전기 내부 수소의 온도를 계측하는 장치를 시설한다.
2발전기 내부 수소의 압력을 계측하는 장치와, 그 압력이 현저히 변동한 경우 이를 경보하는 장치를 시설한다.
3발전기 내부 수소의 순도가 80[%] 이하로 저하한 경우 경보를 하는 장치를 시설한다.
4발전기는 기밀구조로 하고, 수소가 대기압에서 폭발하는 경우 발생하는 압력에 견디는 강도를 가져야 한다.
정답 및 해설
정답은 발전기 내부 수소의 순도가 80[%] 이하로 저하한 경우 경보를 하는 장치를 시설한다는 것이다. 한국전기설비규정에 따르면 수소냉각식 발전기는 수소 순도가 85% 이하로 저하한 경우 경보장치를 시설하도록 하므로 80%라는 수치가 틀렸다. 온도·압력 계측 및 기밀구조에 관한 나머지 설명은 규정과 일치한다.
문제 83
전기철도차량에 전력을 공급하는 전차선의 가선방식에 포함되지 않는 것은?
1가공방식
2제3레일방식
3지중조가선방식
4강체방식
정답 및 해설
전차선의 가선방식에는 가공방식, 강체방식, 제3레일방식이 있으며, 지중조가선방식이라는 방식은 존재하지 않는다. 따라서 포함되지 않는 것은 ③ 지중조가선방식이다.
문제 84
고압가공전선과 약전류전선이 접근하여 시설되는 경우, 두 전선 사이의 수평 이격거리는 몇 [cm] 이상이어야 하는가? (단, 가공전선에는 케이블을 사용하지 않는 것으로 한다.)
1100
240
380
460
정답 및 해설
케이블을 사용하지 않는 고압가공전선이 약전류전선과 접근하여 시설되는 경우, 두 전선 사이의 수평 이격거리는 80cm 이상이어야 한다.
정답은 80이다.
문제 85
특고압 가공전선이 지지물·완금류·지지기둥·지지선에 대하여 확보하여야 하는 간격은 사용전압에 따라 달라진다. 이 간격을 0.15[m]0.15\rm[m] 이상으로 하면 되는 사용전압 구간은?
115[kV]15\rm[kV] 미만
215[kV]15\rm[kV] 이상 25[kV]25\rm[kV] 미만
325[kV]25\rm[kV] 이상 35[kV]35\rm[kV] 미만
435[kV]35\rm[kV] 이상 50[kV]50\rm[kV] 미만
정답 및 해설
한국전기설비규정 표 333.5-1은 특고압 가공전선이 지지물·완금류·지지기둥·지지선에 대하여 두어야 할 간격을 사용전압 구간별로 규정한다. 15[kV]15\rm[kV] 미만 0.15[m]0.15\rm[m], 15∼25[kV]15\sim25\rm[kV] 0.2[m]0.2\rm[m], 25∼35[kV]25\sim35\rm[kV] 0.25[m]0.25\rm[m], 35∼50[kV]35\sim50\rm[kV] 0.3[m]0.3\rm[m] 로 커지므로 0.15[m]0.15\rm[m] 가 적용되는 구간은 15[kV]15\rm[kV] 미만이다.
기술상 부득이하고 위험의 우려가 없도록 시설한 때에만 표 334.1-6 값의 0.80.8 배까지 줄일 수 있다. 조문 용어가 이격거리·지주·지선에서 간격·지지기둥·지지선으로 바뀐 점도 함께 익혀 두자.
문제 86
고압 보안공사에서 지지물이 철탑일 때, 지지물의 경간은 몇 [m] 이하로 시설하여야 하는가? (단, 단주가 아닌 경우이다.)
1600
2150
3400
4100
정답 및 해설
정답은 400[m] 이다. 고압 보안공사에서 지지물이 철탑(단주 제외)인 경우 경간은 400m 이하로 시설하여야 한다.
문제 87
사용전압이 22.9kV인 특고압 가공전선과 그 지지물·완금류·지주 또는 지선 사이의 이격거리는 몇 cm 이상이어야 하는가?
125
230
320
415
정답 및 해설
한국전기설비규정의 특고압 가공전선과 지지물 등의 이격거리 규정에 따르면, 사용전압이 15kV를 초과하고 25kV 이하인 경우 이격거리는 20cm 이상이다. 22.9kV는 이 구간에 해당하므로 정답은 20이다.
문제 88
특고압 가공전선로용 지지물로서 시가지에 시설하여서는 아니 되는 것은?
1B종 철주
2철탑
3목주
4철근 콘크리이트주
정답 및 해설
시가지 등에서 특고압 가공전선로를 시설할 때 지지물로 목주는 사용할 수 없고, B종 철주·철근콘크리트주·철탑만 사용할 수 있다. 정답은 목주이다.
문제 89
가공전선로 지지물에 시설하는 지선의 설치기준으로 옳지 않은 것은?
1소선은 지름 2.6[mm] 이상의 금속선을 사용할 것
2허용인장하중의 최저는 4.31[kN]으로 할 것
3지선에 연선을 사용하는 경우 소선은 5가닥 이상으로 할 것
4안전율은 2.5 이상으로 할 것
정답 및 해설
지선은 안전율 2.5 이상, 허용인장하중의 최저 4.31[kN], 소선의 지름 2.6[mm] 이상의 금속선을 사용하는 것이 옳은 시설기준이다. 그러나 지선에 연선을 사용하는 경우 소선은 5가닥이 아니라 3가닥 이상이어야 하므로, 정답은 지선에 연선을 사용하는 경우 소선은 5가닥 이상으로 할 것이다.
문제 90
전력보안 가공통신선은 반드시 조가선에 시설하여야 하는데, 이때 조가선으로 사용하는 전선의 종류는 무엇인가?
1알루미늄으로 된 단선
2강심 알루미늄 연선
3아연도강연선
4금속으로 된 단선
정답 및 해설
전력보안 가공통신선은 반드시 조가선에 시설하여야 하며, 이때 조가선으로는 인장강도가 크고 내식성이 우수한 아연도강연선을 사용하도록 한국전기설비규정에서 규정하고 있다. 따라서 정답은 아연도강연선이다.
문제 91
조상설비에 내부고장·과전류·과전압이 발생했을 때 자동으로 차단하는 장치를 시설해야 하는 분로리액터의 최소 뱅크용량은 몇 [kVA]인가?
110000
2500
315000
412000
정답 및 해설
정답은 15000이다. 분로리액터는 뱅크용량이 15,000kVA 이상인 경우 내부고장·과전류·과전압 발생 시 자동으로 전로에서 차단하는 장치를 시설해야 한다.
문제 92
애자사용공사에 의한 고압옥내배선을 할 때 전선을 조영재의 면을 따라 붙이는 경우, 전선의 지지점간의 거리는 몇 [m] 이하이어야 하는가?
15[m]
24[m]
32[m]
43[m]
정답 및 해설
정답은 2[m]이다. 한국전기설비규정에 따르면 고압 옥내배선을 애자사용공사로 시설할 때 전선을 조영재의 면을 따라 붙이는 경우 지지점 간 거리는 2m 이하로 하여야 한다.
문제 93
사용전압 170[kV]170[kV] 이하의 변압기를 시설하는 변전소로서, 기술원이 상주하여 감시하지는 않으나 수시로 순회하는 경우, 기술원이 상주하는 장소에 경보장치를 시설하지 않아도 되는 경우는?
1옥내변전소에 화재가 발생한 경우
2제어회로의 전압이 현저히 저하된 경우
3운전조작에 필요한 차단기가 수동으로 차단된 후 재폐로된 경우
4 조상기 내부에 고장이 발생한 경우
정답 및 해설
상주 감시를 하지 않는 변전소는 원칙적으로 기술원 상주 장소에 경보장치를 시설해야 하지만, 운전조작에 필요한 차단기가 사람의 조작으로 수동 차단된 후 재폐로된 경우는 정상적인 조작 결과이므로 경보 대상에서 제외된다. 반면 화재 발생, 제어회로 전압 저하, 조상기 내부 고장 등은 이상 상태이므로 경보장치가 필요하다. 따라서 정답은 운전조작에 필요한 차단기가 수동으로 차단된 후 재폐로된 경우이다.
문제 94
저압 옥상 전선로에 시설하는 전선은 인장강도 2.30[kN]이상의 것 또는 지름이 몇 [mm]이상의 경동선 이어야 하는가?
11.6
23.2
32.6
42.0
정답 및 해설
저압 옥상전선로에 시설하는 전선은 인장강도 2.30kN 이상의 것 또는 지름 2.6mm 이상의 경동선이어야 한다.
정답은 2.6이다.
문제 95
옥내에 시설하는 저압전선으로 나전선을 사용할 수 있는 배선공사는?
1케이블 공사
2합성수지관 공사
3버스덕트 공사
4금속관 공사
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따른 저압 옥내배선 공사 중 나전선을 사용할 수 있는 것은 버스덕트공사(버스바 자체가 나도체)이며, 케이블공사·합성수지관공사·금속관공사는 절연전선을 사용하여야 한다. 따라서 정답은 버스덕트 공사이다.
문제 96
100[kV] 미만의 특고압 가공전선로를 시가지에 경동연선으로 시설하는 경우, 사용하여야 하는 단면적은 몇 [mm²] 이상인가?
1200
255
3100
4150
정답 및 해설
정답은 55[mm²] 이다. 사용전압 100kV 미만인 특고압 가공전선로를 시가지 등에 시설하는 경우 전선은 인장강도 21.67kN 이상의 연선 또는 단면적 55mm² 이상의 경동연선을 사용하여야 한다.
문제 97
철도 또는 궤도를 횡단하는 저고압 가공전선의 높이는 레일면상 몇 m 이상인가?
17.5
26.5
35.5
48.5
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 저고압 가공전선이 철도 또는 궤도를 횡단하는 경우 레일면상의 높이는 6.5m 이상이어야 한다. 따라서 정답은 6.5이다.
문제 98
가공 전선로의 지지물에 지선을 시설하려고 한다. 이 지선의 기준으로 옳은 것은?
1소선지름 : 2.0mm, 안전율 : 2.5, 허용 인장하중 2.11kN
2소선지름 : 2.6mm, 안전율 : 2.5, 허용 인장하중 4.31kN
3소선지름 : 2.6mm, 안전율 : 1.5, 허용 인장하중 3.21kN
4소선지름 : 1.6mm, 안전율 : 2.0, 허용 인장하중 4.31kN
정답 및 해설
지선은 안전율 2.5 이상, 소선 3가닥 이상의 연선으로서 소선의 지름이 2.6mm 이상이고 허용 인장하중이 4.31kN 이상이어야 한다. 이 조건을 모두 만족하는 것은 ② 소선지름 2.6mm, 안전율 2.5, 허용 인장하중 4.31kN이다.
문제 99
154[KV] 변압기를 사람이 접촉할 우려가 없도록 적당한 울타리를 설치하여 시설하는 경우, 울타리의 높이와 울타리로부터 충전부분까지 거리의 합계는 최소 몇 [m] 이상이어야 하는가?
110
26
38
44
정답 및 해설
정답은 6이다. 특고압용 기계기구(154[kV] 변압기)를 사람이 접촉할 우려가 없도록 울타리·담 등으로 시설하는 경우, 사용전압이 35[kV]를 초과하고 160[kV] 이하이면 울타리의 높이와 충전부분까지의 거리의 합계는 6[m] 이상이어야 한다.
문제 100
가공전선로의 지지물에 시설하는 지선의 시설 기준으로 옳은 것은?
1도로를 횡단하여 시설하는 지선의 높이는 지표상 4m 이상으로 하여야 한다.
2연선을 사용할 경우에는 소선(素線) 3가닥 이상이어야 한다.
3지중부분 및 지표상 20cm 까지의 부분에는 내식성이 있는 것 또는 아연도금을 한다.
4지선의 안전율은 2.2 이상이어야 한다.
정답 및 해설
한국전기설비규정상 지선을 연선으로 시설하는 경우 소선은 3가닥 이상이어야 하며, 안전율은 2.5 이상, 도로 횡단 시 지표상 높이는 5m 이상, 지중 및 지표상 30cm까지의 부분은 내식성 처리를 하도록 규정되어 있다. 나머지 선택지는 높이·구간·안전율 수치가 각각 틀리므로, 옳은 것은 ② 연선을 사용할 경우에는 소선(素線) 3가닥 이상이어야 한다이다.