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[전기기사 필기] 24년 3회차
전기기사 필기 기출문제

24년 3회차

총 100문항 · 객관식 · A4 약 1장

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

24년 3회차

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
동심 구형 콘덴서의 내외 반지름을 각각 5배로 증가시키면 정전용량은 몇 배로 증가하는가?
120
25
315
410
정답 및 해설
동심구형 콘덴서의 정전용량은 C=4πϵabb−aC=\dfrac{4\pi\epsilon ab}{b-a}이다. 내외 반지름 a, b를 각각 5배로 하면 분자 ab는 25배, 분모 b−ab-a는 5배가 되어 정전용량은 255=5\dfrac{25}{5}=5배로 증가한다. 따라서 정답은 5이다.
문제 2
정전용량이 0.3[μF\mu F]인 평행판 공기 콘덴서의 전극 간격 절반 두께에 유리판을 끼워 넣었다. 이때 콘덴서의 정전용량은 약 몇 [μF\mu F]인가? (단, 유리의 비유전율은 10이다.)
10.55
2 0.25
30.35
40.45
정답 및 해설
공기 콘덴서 간격의 절반에 비유전율 10인 유리판을 끼우면 공기층과 유리층이 직렬로 연결된 콘덴서가 된다. 원래 C0=0.3[μF]C_0=0.3[\mu F]에서 두께가 절반씩이므로 공기층 용량은 C1=2C0=0.6[μF]C_1=2C_0=0.6[\mu F], 유리층 용량은 C2=2ϵrC0=6[μF]C_2=2\epsilon_rC_0=6[\mu F]이다. 직렬 합성하면 C=11/0.6+1/6≈0.55[μF]C=\dfrac{1}{1/0.6+1/6}\approx0.55[\mu F]가 되어, 정답은 0.55이다.
문제 3
다음 정전계에 관한 식 중에서 틀린 것은? (단, D는 전속밀도, V는 전위, ρ는 공간(체적)전하밀도, ε은 유전율이다.)
1포아송의 방정식 : ∇2V=ρ/ε
2가우스의 정리 : divD=ρ
3라플라스의 방정식 : ∇2V=0
4발산의 정리 : ∮sD⋅ds=∫vdivDdv\oint_sD\cdot ds=\int_v\mathrm{div}Ddv
정답 및 해설
포아송의 방정식은 ∇2V=−ρε\nabla^2V=-\dfrac{\rho}{\varepsilon}와 같이 우변에 음(-)의 부호가 있어야 하는데, ① 포아송의 방정식 : ∇²V=ρ/ε 에는 이 부호가 빠져 있어 틀린 식이다. 가우스의 정리(divD=ρ), 라플라스의 방정식(∇²V=0), 발산의 정리는 모두 정전계의 기본 관계식으로 옳다.
문제 4

진공 중에 반지름 1[cm]인 무한장 원통도체 두 가닥이 중심 사이 간격 1[m]로 나란히 놓여 있다. 이 선로 1[km]마다의 정전용량은 약 몇 [μF][\mu F]가 되는가?

1

6×10−66\times 10^{-6}

2

6×10−36\times 10^{-3}

3

1.2×10−21.2\times 10^{-2}

4

1.4×10−21.4\times 10^{-2}

정답 및 해설

두 도체가 나란히 놓였을 때 1[m]당 정전용량은 C=πϵ0ln⁡(D/a)C=\dfrac{\pi\epsilon_0}{\ln(D/a)}로 계산한다. D=1D=1[m], a=0.01a=0.01[m]이니 ln⁡100=4.61\ln 100=4.61이고 C=π×8.855×10−124.61≈6×10−12C=\dfrac{\pi\times 8.855\times 10^{-12}}{4.61}\approx 6\times 10^{-12}[F/m]이다. 1[km]는 1000배이므로 6×10−96\times 10^{-9}[F], 곧 6×10−36\times 10^{-3}[μF]가 된다. 6×10−66\times 10^{-6}은 길이 환산을 빼먹은 값, 1.2×10−21.2\times 10^{-2}은 분자를 2πϵ02\pi\epsilon_0로 잡은 값, 1.4×10−21.4\times 10^{-2}은 분모에 상용로그를 쓴 값이다.

문제 5
전속밀도에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
1전속밀도는 유전체와 관계없이 크기는 일정하다.
2전속은 스칼라량이기 때문에 전속밀도도 스칼라량이다.
3전속밀도는 전계의 세기의 방향과 반대 방향이다.
4전속밀도는 유전체 내에 분극의 세기와 같다.
정답 및 해설
전속(전기력선속)은 매질의 유전율과 관계없이 자유전하량으로만 결정되므로, 전속밀도 DD 역시 유전체의 종류에 관계없이 자유전하의 분포로만 정해지는 값으로 크기가 일정하다(유전율에 따라 달라지는 것은 전계 EE이다).
정답은 전속밀도는 유전체와 관계없이 크기는 일정하다이다.
문제 6
유전율이 ϵ\epsilon인 공간에서 반지름 aa인 접지 구도체가 원점에, 점전하가 (d,0,0)(d, 0, 0)인 점에 있다. 구도체를 제외한 공간의 전계를 구하기 위해 구도체를 영상전하로 대치할 때, 영상점전하의 위치는?
1(a2d,0,0)(\dfrac{a^2}{d},0,0)
2(−a2d,0,0)(-\dfrac{a^2}{d},0,0)
3(0,+a2d,0)(0,+\dfrac{a^2}{d},0)
4(d24a,0,0)(\dfrac{d^2}{4a},0,0)
정답 및 해설
접지 구도체(반지름 a, 중심 원점)와 점전하 (d,0,0)의 영상전하법에서, 영상점전하는 구의 중심에서 점전하 방향으로 a2d\dfrac{a^2}{d}만큼 떨어진 위치, 즉 (a2d,0,0)\left(\dfrac{a^2}{d},0,0\right)에 놓인다.
문제 7
정전용량이 C0(μF)인 평행판의 공기 커패시터가 있다. 두 극판 사이에 극판과 평행하게 절반을 비유전율이 εr인 유전체로 채우면 커패시터의 정전용량 (μF)은?
12C01+1ϵr\dfrac{2C_0}{1+\dfrac{1}{\epsilon_r}}
2C02(1+1ϵr)\dfrac{C_0}{2\left(1+\dfrac{1}{\epsilon_r}\right)}
3C01+1ϵr\dfrac{C_0}{1+\dfrac{1}{\epsilon_r}}
44C01+1ϵr\dfrac{4C_0}{1+\dfrac{1}{\epsilon_r}}
정답 및 해설
극판과 평행하게(전계 방향으로) 절반을 유전체로 채우면 두 층은 두께가 각각 절반인 커패시터의 직렬 연결로 볼 수 있다. 공기층 C1=2C0C_1=2C_0, 유전체층 C2=2ϵrC0C_2=2\epsilon_rC_0이므로 합성 정전용량은 C=112C0+12ϵrC0=2C01+1ϵrC=\dfrac{1}{\frac{1}{2C_0}+\frac{1}{2\epsilon_rC_0}}=\dfrac{2C_0}{1+\frac{1}{\epsilon_r}}가 되어
문제 8
자유 공간을 진행하는 전자기파의 전계와 자계의 위상차는?
1위상이 같다.
2자계가 π/2빠르다.
3전계가 π빠르다.
4전계가 π/2빠르다.
정답 및 해설
자유공간(진공)을 진행하는 전자기파에서는 전계와 자계가 서로 수직 방향으로 진동하면서 동일한 위상으로 변화한다. 따라서 전계와 자계 사이에 위상차가 없으므로 정답은 위상이 같다이다.
문제 9
유전율이 각각 다른 두 유전체가 서로 경계를 이루며 접해 있다. 다음 중 옳지 않은 것은? (단, 이 경계면에는 진전하분포가 없다고 한다.)
1경계면에서 전계와 전속밀도는 불변이다.
2경계면에서 전계의 접선성분은 연속이다.
3경계면에서 전속밀도의 법선성분은 연속이다.
4경계면에서 전계와 전속밀도는 굴절한다.
정답 및 해설
유전율이 다른 두 유전체의 경계면(진전하가 없는 경우)에서는 전계의 접선성분과 전속밀도의 법선성분만 연속이며, 전계와 전속밀도 자체는 경계면에서 굴절하며 크기가 변한다. 따라서 "전계와 전속밀도는 불변이다"라는 설명은 옳지 않으며
문제 10
반자성체에서 비투자율 μs\mu_{s}는 어느 값을 갖는가?
1μs<1\mu_{s} < 1
2μs=1\mu_{s} = 1
3μs>1\mu_{s} > 1
4μs=0\mu_{s} = 0
정답 및 해설
반자성체는 외부 자계와 반대 방향으로 약하게 자화되는 물질로, 비투자율이 1보다 작은 값(μs<1\mu_s<1)을 갖는다.
문제 11
커패시터를 제조하는 데 4가지(A, B, C, D)의 유전재료가 있다. 커패시터 내의 전계를 일정하게 하였을 때, 단위체적당 가장 큰 에너지 밀도를 나타내는 재료부터 순서대로 나열한 것은? (단, 유전재료 A, B, C, D의 비유전율은 각각 εrA = 8, εrB = 10, εrC = 2, εrD = 4 이다.)
1B ＞ A ＞ D ＞ C
2C ＞ D ＞ A ＞ B
3D ＞ A ＞ C ＞ B
4A ＞ B ＞ D ＞ C
정답 및 해설
전계가 일정할 때 단위체적당 에너지 밀도는 w=12ϵ0ϵrE2w=\dfrac{1}{2}\epsilon_0\epsilon_r E^{2}로 비유전율에 비례한다. 네 재료의 비유전율은 B가 10, A가 8, D가 4, C가 2이므로 에너지 밀도가 큰 순서는 B, A, D, C이며, 정답은 B ＞ A ＞ D ＞ C이다.
문제 12
접지된 구도체와 점전하 사이에 작용하는 힘은?
1항상 흡인력으로 작용한다.
2항상 반발력으로 작용한다.
3조건에 따라 흡인력으로 작용한다.
4조건에 따라 반발력으로 작용한다.
정답 및 해설
접지된 도체구 표면에는 점전하와 항상 반대 부호의 영상전하가 유도되므로, 전하의 크기나 거리 조건에 관계없이 점전하와 접지 도체구 사이에는 항상 흡인력이 작용한다.
문제 13
질량 (m)이 10-10㎏이고, 전하량 (Q)이 10-8C인 전하가 전기장에 의해 가속되어 운동하고 있다. 가속도가 a=102i+102j(m/s2)일 때 전기장의 세기 E(V/m)는?
1E=104i+105j
2E=10-6+10-4j
3E=i+j
4E=i+10j
정답 및 해설
가속도가 주어지면 뉴턴의 운동방정식 F=ma로 힘을 구하고, 전기장은 E=F/Q로 구한다. F=ma=10−10×102(i+j)=10−8(i+j) [N]F=ma=10^{-10}\times10^{2}(i+j)=10^{-8}(i+j)\ [\mathrm{N}]이므로 E=FQ=10−8(i+j)10−8=i+j [V/m]E=\dfrac{F}{Q}=\dfrac{10^{-8}(i+j)}{10^{-8}}=i+j\ [\mathrm{V/m}]가 되어 정답은 E=i+j이다.
문제 14

극판 넓이 100[cm²], 극판 사이 간격 2[mm]인 평행판 콘덴서를 비유전율 4인 유전체로 가득 채웠다. 이 콘덴서가 갖는 정전용량[pF]에 가장 가까운 값은? (단, ϵ0=8.855×10−12\epsilon_0=8.855\times10^{-12}[F/m]로 본다.)

1

44.3

2

88.6

3

177

4

354

정답 및 해설

유전체가 꽉 찬 평행판 콘덴서의 용량은 C=ϵ0ϵsSdC=\dfrac{\epsilon_0\epsilon_sS}{d}로 구한다. S=1×10−2S=1\times10^{-2}[m²], d=2×10−3d=2\times10^{-3}[m]이므로 C=8.855×10−12×4×1×10−22×10−3≈1.77×10−10C=\dfrac{8.855\times10^{-12}\times4\times1\times10^{-2}}{2\times10^{-3}}\approx1.77\times10^{-10}[F], 곧 177[pF]이다. 44.3은 비유전율을 빼고 계산한 값이고, 88.6과 354는 극판 사이 간격을 각각 두 배·절반으로 잘못 본 값이다.

문제 15
평등자계와 직각방향으로 일정한 속도로 발사된 전자의 원운동에 관한 설명으로 옳은 것은?
1플레밍의 오른손법칙에 의한 로렌츠의 힘과 원심력의 평형 원운동이다.
2전자의 원운동 주파수는 전자의 질량에 비례한다.
3전자의 원운동 주기는 전자의 발사 속도와 무관하다.
4원의 반지름은 전자의 발사속도와 전계의 세기의 곱에 반비례한다.
정답 및 해설
전자의 원운동 주기는 T=2πmqBT=\dfrac{2\pi m}{qB}로 질량과 자속밀도에만 의존하고 전자의 발사 속도와는 무관하다. 원운동 주파수는 질량에 반비례하며, 회전 반지름은 발사속도와 자속밀도로 정해지고 전계와는 관계가 없다.
정답은 전자의 원운동 주기는 전자의 발사 속도와 무관하다이다.
문제 16
접지된 무한 평면 도체가 있고, 그로부터 3[m]3[\mathrm{m}] 되는 위치의 공기 중에 6[C]6[\mathrm{C}]의 점전하를 놓았다. 이 점전하에 작용하는 힘의 크기는 몇 [N][\mathrm{N}]인가?
19×1099\times10^{9}
22.25×1092.25\times10^{9}
33.6×10103.6\times10^{10}
44.5×1094.5\times10^{9}
정답 및 해설

접지 평면을 치우고, 평면 건너편 같은 거리에 부호가 뒤집힌 영상 전하 −Q-Q를 놓은 문제로 바꿔 풀 수 있다. 실제 전하와 영상 전하 사이 간격은 2h=6[m]2h=6[\mathrm{m}]다.

따라서 F=14πε0⋅Q2(2h)2=9×109×6262=9×109[N]F=\dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\cdot\dfrac{Q^{2}}{(2h)^{2}}=9\times10^{9}\times\dfrac{6^{2}}{6^{2}}=9\times10^{9}[\mathrm{N}]이고, 방향은 평면 쪽으로 당겨지는 흡인력이다.

독립 역산 — 힘 공식을 쓰지 않고 에너지에서 출발해도 된다. 영상계의 위치에너지는 W=−Q216πε0h=−9×109×364×3=−2.7×1010[J]W=-\dfrac{Q^{2}}{16\pi\varepsilon_0h}=-9\times10^{9}\times\dfrac{36}{4\times3}=-2.7\times10^{10}[\mathrm{J}]이고, 이를 거리로 미분하면 F=−∂W∂h=−Q216πε0h2=−9×109×364×9=−9×109F=-\dfrac{\partial W}{\partial h}=-\dfrac{Q^{2}}{16\pi\varepsilon_0h^{2}}=-9\times10^{9}\times\dfrac{36}{4\times9}=-9\times10^{9}이 되어 크기가 앞의 값과 같고 부호로 흡인임까지 확인된다.

3.6×10¹⁰ 은 간격을 2h2h가 아닌 hh로 본 값, 2.25×10⁹ 은 4h4h로 본 값, 4.5×10⁹ 은 식에 12\frac{1}{2}을 잘못 끼워 넣은 값이다.

문제 17
폐곡면을 지나는 전속과 폐곡면 내부 전하의 관계를 나타내는 법칙은?
1쿨롱의 법칙
2라플라스 법칙
3가우스 법칙
4푸아송의 법칙
정답 및 해설
폐곡면을 지나는 전속(전기력선속)과 그 내부에 있는 전하량의 관계를 나타내는 것은 가우스 법칙이다.
문제 18

비유전율이 4인 매질과 9인 매질이 맞닿아 있고 그 맞닿음면에는 참전하가 놓여 있지 않다. 비유전율 4인 쪽에서 법선과 30∘30^\circ를 이루며 전계가 들어올 때, 건너편 매질에서 전계가 법선과 이루는 각을 θ2\theta_2라 하면 tan⁡θ2\tan\theta_2의 값은?

1

334\dfrac{3\sqrt{3}}{4}

2

32\dfrac{\sqrt{3}}{2}

3

4327\dfrac{4\sqrt{3}}{27}

4

934\dfrac{9\sqrt{3}}{4}

정답 및 해설

맞닿음면에 참전하가 없으면 전계 가운데 면을 따라 흐르는 몫, 전속밀도 가운데 면을 꿰뚫는 몫이 각각 이어지므로 굴절 관계 tan⁡θ1tan⁡θ2=ϵ1ϵ2\dfrac{\tan\theta_1}{\tan\theta_2}=\dfrac{\epsilon_1}{\epsilon_2}를 얻는다. 값을 넣으면 tan⁡θ2=tan⁡30∘×94=13×94\tan\theta_2=\tan 30^\circ\times\dfrac{9}{4}=\dfrac{1}{\sqrt{3}}\times\dfrac{9}{4}이므로 334\dfrac{3\sqrt{3}}{4}가 답이다. 4327\dfrac{4\sqrt{3}}{27}은 두 매질의 비를 거꾸로 곱한 값, 934\dfrac{9\sqrt{3}}{4}는 탄젠트 자리에 코탄젠트를 넣은 값, 32\dfrac{\sqrt{3}}{2}는 비에 근호를 씌워 버린 값이다.

문제 19
외부에서 자계를 걸었을 때 자화의 세기 JJ가 자계 HH와 같은 방향으로 약하게 생기는 매질이 있다. 이 매질의 자화율 χ\chi와 비투자율 μs\mu_s의 범위로 옳은 것은?
1χ<0, μs<1\chi<0,\ \mu_s<1
2χ=0, μs=1\chi=0,\ \mu_s=1
3χ>0, μs>1\chi>0,\ \mu_s>1
4χ>0, μs<1\chi>0,\ \mu_s<1
정답 및 해설

자화의 세기는 J=χHJ=\chi H로 쓰므로 JJ와 HH의 방향이 일치한다는 조건은 곧 χ\chi가 양수라는 뜻이 된다. 여기에 μs=1+χ\mu_s=1+\chi를 대입하면 μs\mu_s도 자동으로 1을 넘는다.

따라서 χ>0, μs>1\chi>0,\ \mu_s>1이 정답이다. 자화가 자계와 반대로 생기면 χ<0, μs<1\chi<0,\ \mu_s<1인 반자성체, 자화가 전혀 생기지 않으면 χ=0, μs=1\chi=0,\ \mu_s=1이며, χ>0\chi>0이면서 μs<1\mu_s<1인 조합은 두 식이 모순이라 존재할 수 없다.

문제 20

전기설비의 금속제 외함을 대지에 접속하여 대지를 기준전위로 삼는 물리적 근거로 가장 알맞은 것은?

1

대지의 도전율이 금속에 가까울 만큼 커서 접지저항이 00이 되기 때문이다.

2

대지는 정전용량이 대단히 커서 전하가 드나들어도 전위 변동이 거의 없기 때문이다.

3

대지에 생기는 영상전하가 도체가 가진 전하를 완전히 상쇄해 주기 때문이다.

4

국제 규약으로 대지의 전위를 0[V]로 정해 두었기 때문이다.

정답 및 해설

대지는 크기가 사실상 무한하여 정전용량이 대단히 크므로, 접지선을 통해 어느 정도의 전하가 오가더라도 그 전위는 거의 움직이지 않는다. 이 성질 덕분에 대지를 전위가 변하지 않는 기준(영)전위로 삼아 설비 외함을 접속한다. 대지의 도전율은 금속보다 훨씬 낮아 접지저항이 00이 될 수 없고, 영상전하는 접지 도체 주변의 전계를 푸는 해석 기법일 뿐이며, 대지 전위를 00으로 두는 것도 협약이 아니라 이 물리적 성질에서 비롯된 약속이다.

문제 21
정전용량 0.01 μF/km, 길이 173.2 km, 선간전압 60 kV, 주파수 60 Hz인 3상 송전선로의 충전전류는 약 몇 A 인가?
112.5
237.2
36.3
422.6
정답 및 해설
3상 송전선의 충전전류는 Ic=ωCV3I_c=\omega C\dfrac{V}{\sqrt3}로 구한다. C=0.01×173.2=1.732[μF]C=0.01\times173.2=1.732[\mu\mathrm{F}], ω=2π×60\omega=2\pi\times60, V=60[kV]V=60[\mathrm{kV}]를 대입하면 Ic=2π×60×1.732×10−6×600003≈22.6[A]I_c=2\pi\times60\times1.732\times10^{-6}\times\dfrac{60000}{\sqrt3}\approx22.6[\mathrm{A}]가 되어 정답은 22.6이다.
문제 22
최소 동작전류값 이상이면 일정한 시간에 동작하는 한시 특성을 갖는 계전기는?
1정한시 계전기
2반한시성 정한시 계전기
3반한시 계전기
4순한시 계전기
정답 및 해설
정한시 계전기는 동작전류가 정정값 이상이 되면 전류 크기와 관계없이 항상 일정한 시간이 지난 후에 동작하는 특성을 가진다. 따라서 정답은 정한시 계전기이다.
문제 23

수차의 무구속 속도(runaway speed)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

1

조속기가 듣지 않는 사이에 부하를 잃으면 회전자가 스스로 올라가 닿는 최고 회전수이다.

2

정격 회전수보다 낮은 값이어서 회전부에 걸리는 원심력이 오히려 줄어든다.

3

유효낙차와 개도를 고정해 둔 조건을 전제로 정의하는 값이다.

4

수차와 발전기 회전부의 기계적 강도를 정하는 설계 기준으로 쓰인다.

정답 및 해설

부하가 떨어져 나가도 물은 그대로 들어오는데 조속기가 잠겨 있으면 제동할 것이 없어 회전수가 치솟는다. 이 값은 정격보다 낮기는커녕 수차 형식에 따라 정격의 두 배 안팎까지 올라가므로, 원심력이 줄어든다고 한 ②가 틀린 설명이다. 낙차와 개도를 묶어 둔 조건에서 정의한다는 점, 회전부 강도 설계의 기준으로 쓰인다는 점은 모두 맞다.

문제 24
송전선로에 복도체를 사용하는 가장 큰 이유는?
1코로나 발생을 방지하고 인덕턴스를 감소시키기 위함이다.
2선로의 진동을 방지하기 위함이다.
3철탑에 걸리는 하중을 평형시키기 위함이다.
4선로를 뇌격으로부터 보호하기 위함이다.
정답 및 해설
복도체는 등가반지름을 크게 하여 전선 표면의 전위경도를 낮춤으로써 코로나 발생을 억제하고, 동시에 선로의 인덕턴스를 줄이고 정전용량을 늘려 송전용량을 높이는 효과가 있다. 정답은 코로나 발생을 방지하고 인덕턴스를 감소시키기 위함이다이다.
문제 25
송전 계통의 한 부분이 그림과 같이 3상 변압기로 1차측은 △로, 2차측은 Y로 중성점이 접지되어 있을 경우, 1차측에 흐르는 영상전류는?
1차측2차측
11차측 선로에서 반드시 0이다.
21차측 변압기 내부와 1차측 선로에서 반드시 0이다.
31차측 선로에서 ∞이다.
41차측 변압기 내부에서는 반드시 0이다.
정답 및 해설
1차가 △, 2차가 Y로 접지된 변압기에서 2차측에 1선지락 등으로 영상전류가 흐르면, 이 영상전류는 1차 △권선 내부를 순환할 뿐 1차측 선로(외부 계통)로는 유출되지 않는다. 즉 △권선이 영상전류의 폐회로를 형성해 상쇄시키는 역할을 하므로, 1차측 선로에서는 영상전류가 반드시 0이 된다. 따라서 정답은 1차측 선로에서 반드시 0이다이다.
문제 26
송전단 전압을 VsV_s, 수전단 전압을 VrV_r, 선로의 리액턴스를 XX라 할 때, 정상 상태에서 최대 송전전력이 발생하는 부하각은 몇 [°]인가?
190°
245°
360°
430°
정답 및 해설
송전전력은 P=VsVrXsin⁡δP=\dfrac{V_sV_r}{X}\sin\delta로 나타나므로, sin⁡δ=1\sin\delta=1이 되는 δ=90∘\delta=90^\circ에서 최댓값을 가진다. 따라서 정답은 90°이다.
문제 27
33kV 이하의 단거리 송배전선로에 적용되는 비접지 방식에서 지락전류는 다음 중 어느 것을 말하는가?
1충전전류
2단락전류
3누설전류
4뒤진전류
정답 및 해설
33[kV] 이하 단거리 비접지 배전선로에서 1선 지락 시 흐르는 지락전류는 건전상의 대지정전용량을 통해 흐르는 충전전류이다. 따라서 정답은 충전전류이다.
문제 28
전력용 콘덴서에 비해 동기조상기의 이점으로 옳은 것은?
1진상전류 이외에 지상전류를 취할 수 있다.
2전력손실이 적다.
3유지보수가 쉽다.
4소음이 적다.
정답 및 해설
동기조상기는 여자전류를 조정하여 진상·지상 전류를 모두 연속적으로 공급할 수 있는 반면, 전력용 콘덴서는 진상전류만 공급할 수 있다. 따라서 동기조상기의 이점은 ① 진상전류 이외에 지상전류를 취할 수 있다는 점이다.
문제 29

수력발전소에서 쓰는 여러 속도 개념 가운데, 무구속 속도(runaway speed)를 바르게 설명한 것은?

1

조속기를 잠근 채 전부하로 돌던 수차에서 부하가 갑자기 사라졌을 때 회전자가 다다르는 최대 회전수

2

낙차 1[m]에서 출력 1[kW]를 내도록 축소한 상사 수차가 갖게 되는 회전수

3

발전기의 극수와 계통 주파수만으로 정해지는 회전자계의 회전수

4

수차 효율이 가장 높아지는 지점에 맞춰 정해 둔 상시 운전 회전수

정답 및 해설

조속기가 잠긴 채 부하가 갑자기 떨어져 나가면 유입 수량은 그대로인데 제동 토크만 없어져 회전수가 치솟는다. 이때 다다르는 최대 회전수를 무구속 속도라 하며, 수차와 발전기의 기계적 강도를 정하는 기준이 된다. 낙차 1[m]·출력 1[kW]로 환산한 회전수는 특유 속도, 극수와 주파수로 정해지는 값은 동기 속도, 효율이 최대인 지점에 맞춘 값은 정격 속도로 서로 다른 개념이다.

문제 30
그림과 같은 전력계통의 154[kV] 송전선로에서 고장 지락 임피던스 ZgfZ_{gf}를 통해서 1선 지락고장이 발생되었을 때 고장점에서 본 영상 %임피던스는? 단, 그림에 표시한 임피던스는 모두 동일용량, 100[MVA] 기준으로 환산한 %임피던스임
1Z0=Zl+Zt+3ZgfZ_0 = Z_l + Z_t + 3Z_{gf}
2Z0=Zl+Zt+Zgf+ZG+ZGNZ_0 = Z_l + Z_t + Z_{gf} + Z_G + Z_{GN}
3Z0=Zl+Zt+ZGZ_0 = Z_l + Z_t + Z_G
4Z0=Zl+Zt+ZgfZ_0 = Z_l + Z_t + Z_{gf}
정답 및 해설
1선 지락고장의 대칭좌표법 해석에서 고장점의 지락임피던스 ZgfZ_{gf}는 영상회로에 3배로 나타난다. 따라서 고장점에서 본 영상 임피던스는 선로 임피던스와 변압기 임피던스에 3Zgf3Z_{gf}를 더한 값이며, 정답은 Z0=Zl+Zt+3ZgfZ_0 = Z_l + Z_t + 3Z_{gf}이다.
문제 31
3상용 차단기의 정격전압은 170kV이고 정격차단전류가 50kA일 때 차단기의 정격차단용량은 약 몇 MVA인가?
115000
220000
35000
410000
정답 및 해설
3상 차단기의 정격차단용량은 Ps=3 VnIsP_s=\sqrt3\,V_nI_s로 구한다. 정격전압 170[kV], 정격차단전류 50[kA]를 대입하면 Ps=3×170×50≈14722[MVA]P_s=\sqrt3\times170\times50\approx14722[\mathrm{MVA}]로 약 15000[MVA]에 해당하여 정답은 15000이다.
문제 32
차단기에서 고속도 재폐로의 목적은?
1안정도 향상
2고장전류 억제
3발전기 보호
4변압기 보호
정답 및 해설
차단기의 고속도 재폐로는 고장 제거 후 계통을 신속히 재투입하여 발전기 간 동기 이탈을 방지함으로써 계통의 안정도를 향상시키기 위한 것이다. 따라서 정답은 안정도 향상이다.
문제 33
전력계통에서 내부 이상전압의 크기가 가장 큰 경우는?
1무부하 선로 충전전류 차단시
2송전선로의 부하 차단기 투입시
3수차발전기의 부하 차단시
4유도성 소전류 차단시
정답 및 해설
전력계통의 개폐서지 중에서는 무부하 송전선로의 충전전류를 차단할 때 재점호 등으로 인해 가장 큰 내부 이상전압이 발생한다. 따라서 정답은 무부하 선로 충전전류 차단시이다.
문제 34
케이블의 전력 손실과 관계가 없는 것은?
1철손
2도체의 저항손
3시스손
4유전체손
정답 및 해설
케이블은 철심을 사용하지 않으므로 철손이 발생하지 않으며, 케이블의 전력손실은 도체의 저항손, 유전체손, 시스(연피)손 등으로 구성된다. 정답은 철손이다.
문제 35
화력발전소에서 절탄기의 용도는?
1보일러에 공급되는 급수를 예열한다.
2연소용 공기를 예열한다.
3포화증기를 과열한다.
4석탄을 건조한다.
정답 및 해설
절탄기(economizer)는 보일러 배기가스의 열을 회수하여 보일러에 공급되는 급수를 예열함으로써 열효율을 높이는 장치이다. 연소용 공기를 예열하는 것은 공기예열기, 포화증기를 과열하는 것은 과열기의 역할이므로 절탄기의 용도와는 다르다. 따라서 정답은 보일러에 공급되는 급수를 예열한다이다.
문제 36
원자로의 제어재가 구비하여야 할 조건으로 옳지 않은 것은?
1중성자의 흡수 단면적이 적어야 한다.
2내식성이 크고, 기계적 가공이 쉬워야 한다.
3높은 중성자속에서 장시간 그 효과를 간직하여야 한다.
4열과 방사선에 안정적이어야 한다.
정답 및 해설
원자로의 제어재는 반응도를 조절하기 위해 중성자를 흡수해야 하므로 중성자 흡수 단면적이 커야 하며, 이 외에 내식성·가공성과 열·방사선에 대한 안정성도 갖추어야 한다. 따라서 옳지 않은 것은 ① "중성자의 흡수 단면적이 적어야 한다"이다.
문제 37
최근에 우리나라에서 많이 채용되고 있는 가스절연개폐설비(GIS)의 특징으로 틀린 것은?
1한랭지, 산악 지방에서도 액화 방지 및 산화 방지 대책이 필요 없다.
2소음이 적고 충전부가 완전한 밀폐형으로 되어 있기 때문에 안정성이 높다.
3대기 절연을 이용한 것에 비해 현저하게 소형화 할 수 있으나 비교적 고가이다.
4가스 압력에 대한 엄중 감시가 필요하며 내부 점검 및 부품 교환이 번거롭다.
정답 및 해설
가스절연개폐설비(GIS)는 절연매체로 SF6 가스를 사용하는데, 한랭지·산악지방 등 저온 환경에서는 가스의 액화를 방지하기 위한 대책(가스압 관리, 히터 설치 등)이 필요하다. 따라서 '액화 방지 및 산화 방지 대책이 필요 없다'는 ①의 설명이 틀렸다. 소음이 적고 안전성이 높다는 점(②), 소형화되나 고가라는 점(③), 가스압 감시와 번거로운 유지보수(④)는 GIS의 옳은 특징이다.
문제 38
교류 송전 방식과 비교하여 직류 송전 방식의 설명이 아닌 것은?
1고전압, 대전류의 차단이 용이하다.
2안정도의 한계가 없으므로 송전용량을 높일 수 있다.
3전압 변동률이 양호하고 무효전력에 기인하는 전력 손실이 생기지 않는다.
4전력 변환기에서 고조파가 발생한다.
정답 및 해설
직류는 전류의 자연 영점(zero crossing)이 없어 오히려 고전압·대전류의 차단이 교류보다 어렵고 고가의 차단설비가 필요하다. 따라서 '고전압, 대전류의 차단이 용이하다'는 설명은 직류 송전방식의 특징이 아니므로 정답이다.
문제 39
다중접지 3상 4선식 배전선로에서 고압측(1차측)의 중성선 겸용 보호도체(PEN)와 저압측(2차측) 중성선의 보호도체를 전기적으로 연결하는 목적은 무엇인가?
1고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위하여
2저압측 접지사고 검출을 위하여
3저압측 단락사고 검출을 위하여
4고압측 접지사고 검출을 위하여
정답 및 해설
고압측의 중성선 겸용 보호도체(PEN)와 저압측 중성선을 전기적으로 연결하는 것은 고저압 혼촉사고 시 저압측에 침입하는 상승전압을 대지로 분산시켜 억제하기 위함이다. 따라서 정답은 고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위하여이다.
문제 40
중성점 접지방식에서 직접접지방식에 대한 설명으로 틀린 것은?
1과도안정도가 대단히 높다.
2변압기의 저감 절연이 가능하다.
3보호계전기의 동작이 확실하여 신뢰도가 높다.
4단선 고장시의 이상전압이 최저이다.
정답 및 해설
정답은 과도안정도가 대단히 높다이며, 이 설명이 틀렸다. 직접접지방식은 지락사고 시 매우 큰 지락전류가 흘러 계통에 충격을 주므로 오히려 과도안정도가 나쁘다는 것이 단점이고, 저감절연이 가능하고 보호계전기 동작이 확실한 것은 실제 장점이 맞다.
문제 41
단상 전파정류회로에서 정류효율은 얼마인가?
1π24×100[%]\dfrac{\pi ^{2}}{4} \times 100 [\%]
28π2×100[%]\dfrac{8}{\pi ^{2}} \times 100 [\%]
34π2×100[%]\dfrac{4}{\pi ^{2}} \times 100 [\%]
4π28×100[%]\dfrac{\pi ^{2}}{8} \times 100 [\%]
정답 및 해설
단상 반파정류회로의 정류효율은 4π2×100[%]\dfrac{4}{\pi^2}\times100[\%](약 40.6%)이고, 단상 전파정류회로는 그 두 배 수준인 8π2×100[%]\dfrac{8}{\pi^2}\times100[\%](약 81.2%)이다.
문제 42
회전 계자형 동기 발전기에 대한 설명으로 틀린 것은?
1계자회로는 직류의 저압회로이며 소요 전력도 적다.
2전기자 권선은 전압이 높고 결선이 복잡하다.
3대용량의 경우에도 전류는 작다.
4계자극은 기계적으로 튼튼하게 만들기 쉽다.
정답 및 해설
회전계자형 동기발전기는 계자회로가 저압·소전력의 직류회로이고 전기자(고정자) 권선이 고전압을 다루므로 결선이 복잡해지지만, 대용량기일수록 전기자에는 큰 전류가 흐르게 된다. 따라서 대용량인 경우에도 전류가 작다는 설명은 틀린 것이며, 정답은 대용량의 경우에도 전류는 작다이다.
문제 43
반작용전동기(reaction motor)에 대한 설명으로 틀린 것은?
1뒤진 전류가 흐를 때는 직류여자가 없어도 계자가 여자되므로 계자권선을 두지 않는다.
23상 교류를 가하면 전기자 전류의 무효분이 계자자속을 만들고, 이 자속과 전류의 유효분 사이에 토크가 발생한다.
3직류여자가 필요하며, 철극성 때문에 동기속도 이하로 회전한다
4여자를 약하게 하면 뒤진 전류가 흐르며, 전기자 반작용은 계자를 강화하는 방향으로 작용한다
정답 및 해설
반작용전동기는 철극형 회전자의 돌극성(리액턴스 차)을 이용해 토크를 발생시키는 전동기로 별도의 직류여자가 필요 없으며 동기속도로 회전한다. 따라서 '직류여자가 필요하며, 철극성 때문에 동기속도 이하로 회전한다'는 설명은 틀렸으며
문제 44
동기전동기에 대한 설명으로 옳은 것은?
1기동토크가 크다.
2난조가 일어나지 않는다.
3역률을 조정할 수 있다.
4여자기가 필요 없다.
정답 및 해설
동기전동기는 계자전류(여자)를 조정해 진상, 지상 역률을 자유롭게 조정할 수 있다는 장점이 있으나, 기동토크가 작아 별도의 기동장치가 필요하고 부하 급변 시 난조가 발생할 수 있으며 여자기가 반드시 필요하다. 정답은 역률을 조정할 수 있다이다.
문제 45
50[Hz]50\rm[Hz]용으로 설계된 33상 유도전동기를 60[Hz]60\rm[Hz]에서 사용하면서 단자전압을 110[%]110[\%]로 높이면, 최대토크는 어떻게 되는가?
11.21.2배로 증가한다.
20.80.8배로 감소한다.
3거의 변하지 않는다.
422배로 증가한다.
정답 및 해설
유도전동기의 최대토크는 Tmax∝V2fT_{max}\propto\dfrac{V^2}f에 비례한다. 주파수가 60/50=1.260/50=1.2배, 전압이 1.11.1배가 되면 변화 비율은 1.121.2=1.211.2≈1.008\dfrac{1.1^2}{1.2}=\dfrac{1.21}{1.2}\approx1.008로 거의 1에 가깝다. 따라서 정답은 거의 변하지 않는다이다.
문제 46
분권 직류전동기에서 부하의 변동이 심할 때, 광범위하고 안정되게 속도를 제어하는 가장 적당한 방식은?
1계자제어 방식
2저항제어 방식
3일그너 방식
4워드 레오너드 방식
정답 및 해설
워드 레오너드 방식과 일그너 방식은 모두 광범위한 속도제어가 가능하지만, 일그너 방식은 플라이휠(관성체)을 이용해 부하가 급변할 때 전동기와 전원을 보호하며 안정된 속도제어를 하므로 부하변동이 심한 경우에 특히 적합하다. 따라서 정답은 일그너 방식이다.
문제 47
동기 리액턴스 Xs=10[Ω], 전기자 저항ra=0.1[Ω] 인 Y결선 3상 동기발전기가 있다. 1상의 단자전압은 V=4000V 이고 유기 기전력 E=6400V 이다. 부하각 δ=30° 라고 하면 발전기의 3상 출력[kW]은 약 얼마인가?
12830
21250
33840
44650
정답 및 해설
정답은 3840[kW] 이다. 동기발전기의 3상 출력은 전기자저항을 무시하면 P=3×EVXssin⁡δP=3\times \frac{EV}{X_s}\sin \delta 로 구해진다. 값을 대입하면 P=3×6400×400010×sin⁡30∘=3×2,560,000×0.5=3,840,000P=3\times \frac{6400\times 4000}{10}\times \sin 30^{\circ }=3\times 2,560,000\times 0.5=3,840,000[W]로 약 3840[kW]가 된다.
문제 48
동기발전기 A와 B가 병렬로 운전되고 있다. 주파수와 두 기의 유효출력 분담은 그대로 둔 채 B 발전기 쪽 역률만 끌어올리려 한다. 알맞은 조치는?
1A 발전기의 계자전류를 키운다.
2B 발전기의 계자전류를 키운다.
3A 발전기의 원동기 출력을 높인다.
4B 발전기의 원동기 출력을 높인다.
정답 및 해설
병렬로 물려 있는 두 발전기에서 계자전류는 무효분 분담을, 원동기 쪽 출력은 유효분과 주파수를 좌우한다. 따라서 주파수를 그대로 두려면 원동기가 아니라 계자 쪽을 만져야 한다.
A 발전기의 계자전류를 키우면 A의 유기기전력이 커져 A가 지상 무효분을 더 떠안게 되고, 계통이 요구하는 무효분 총량은 변하지 않으므로 B가 내보내던 무효분은 줄어든다. 그만큼 B의 전류가 유효분에 가까워져 B 쪽 역률이 높아진다. 반대로 B의 계자전류를 키우면 B가 무효분을 더 부담해 역률이 오히려 나빠진다.
문제 49
정격부하에서 역률 0.8(뒤짐)로 운전될 때, 전압 변동률이 12%인 변압기가 있다. 이 변압기에 역률 100%의 정격 부하를 걸고 운전할 때의 전압 변동률은 약 몇 %인가? (단, %저항강하는 %리액턴스강하의 1/12이라고 한다.)
16.85
20.909
31.5
416.18
정답 및 해설
변압기의 전압변동률은 ε=pcos⁡θ+qsin⁡θ\varepsilon =p\cos\theta +q\sin\theta이며 p=q12p=\dfrac{q}{12}이므로 12=q12×0.8+q×0.612=\dfrac{q}{12}\times 0.8+q\times 0.6에서 q=18q=18[%], p=1.5p=1.5[%]이다. 역률 100[%]에서는 ε′=p=1.5\varepsilon '=p=1.5[%]이므로 정답은 1.5이다.
문제 50
직류발전기에서 전기자 반작용을 줄이고 정류를 양호하게 하려면 어떻게 하여야 하는가?
1브러시 위치를 이동시키고 주기를 크게 한다
2보상권선을 설치하여 리액턴스 전압을 크게 할것
3보극과 보상권선을 설치한다
4리액턴스 전압을 크게 한다
정답 및 해설
정답은 보극과 보상권선을 설치한다이다. 보극은 전기자 반작용에 의한 전압강하를 상쇄하고 보상권선은 전기자 반작용 자체를 상쇄해 정류를 개선하는 실질적 대책이며, 리액턴스 전압은 오히려 작게 하는 것이 정류에 유리하다.
문제 51
유도전동기에서 고조파 발생을 억제하는 방법으로 적합하지 않은 것은?
1전기자 권선을 단절권으로 감는다.
2전기자 권선을 성형(Y)결선으로 구성한다.
3전기자 반작용을 증가시킨다.
4전기자 슬롯을 스큐슬롯으로 설치한다.
정답 및 해설
고조파 발생을 억제하려면 단절권 채용, Y결선 구성, 스큐슬롯 적용 등으로 기전력 파형을 정현파에 가깝게 만들어야 한다. 전기자 반작용을 증가시키는 것은 오히려 자속 분포를 왜곡시켜 고조파를 늘리는 방향이므로 억제책이 될 수 없다. 따라서 적합하지 않은 것은 ③ 전기자 반작용을 증가시킨다이다.
문제 52
3상 동기발전기의 전기자권선을 2중 성형결선으로 하였을 때, 발전기의 용량[VA]은?
123EI2\sqrt{3}EI
23EI3EI
36EI6EI
43EI\sqrt{3}EI
정답 및 해설
정답은 6EI6EI이다. 2중 성형(2중 Y)결선은 한 상마다 두 권선이 병렬로 연결되므로 선전류는 2I2I가 되고 선간전압은 3E\sqrt{3}E가 되어, 발전기 용량은 3E×2I×3=6EI\sqrt{3}E\times2I\times\sqrt{3}=6EI로 구해진다.
문제 53
3상 유도전동기의 기동법으로 사용되지 않는 것은?
1Y-Δ기동법
2극수 변환 기동법
3기동 보상기법
42차 저항에 의한 기동법
정답 및 해설
3상 유도전동기의 기동법에는 Y-Δ기동법, 기동보상기법, 2차 저항에 의한 기동법(권선형) 등이 있으며, 극수 변환법은 기동법이 아니라 속도제어법이다. 따라서 정답은 극수 변환 기동법이다.
문제 54

60[Hz]에서 정격속도가 900[rpm]인 동기전동기를 축에 직결된 유도전동기로 돌려서 기동시키려 한다. 이때 유도전동기의 극수로 알맞은 것은?

1

4극

2

6극

3

8극

4

10극

정답 및 해설

동기전동기 쪽 극수는 p=120fNs=120×60900=8p=\dfrac{120f}{N_s}=\dfrac{120\times60}{900}=8극이다. 기동을 맡는 쪽은 슬립만큼 뒤처져 돌기 때문에 제 회전자계 속도까지는 이르지 못하므로, 목표보다 한 단계 빠른 자계를 만들어야 한다. 극을 둘 줄인 6극이면 자계 속도가 1200[rpm]이라 슬립을 감안해도 900[rpm]을 넘겨 끌어올릴 수 있다. 8극은 속도가 같아 도달이 어렵고, 10극은 720[rpm]으로 모자라며, 4극은 1800[rpm]이라 인입에 불리하다.

문제 55
전기철도에 가장 적합한 직류 전동기는?
1복권 전동기
2직권 전동기
3자여자 분권 전동기
4분권 전동기
정답 및 해설
직권전동기는 부하 전류가 증가할수록 자속도 함께 증가해 기동토크가 크고, 경부하 시에는 고속으로 회전하는 특성이 있어 큰 기동토크와 가변속 운전이 필요한 전기철도용 전동기에 적합하다. 따라서 정답은 직권 전동기이다.
문제 56
3상 배전선에 접속된 V결선의 변압기에서 전부하시의 출력을 100[kVA]라 하며 같은 용량의 변압기 한대를 증설하여 △ 결선 하였을 때의 정격출력은 몇 [kVA]인가?
150√3
2100√3
3100
450
정답 및 해설
V결선 변압기 2대의 출력은 변압기 1대의 용량을 PP라 하면 3P=100[kVA]\sqrt{3}P=100[kVA]이므로 P=1003[kVA]P=\dfrac{100}{\sqrt3}[kVA]이다. 같은 용량 1대를 더해 3대로 Δ\Delta결선하면 출력은 3P=3×1003=1003[kVA]3P=3\times\dfrac{100}{\sqrt3}=100\sqrt3[kVA]가 되어 정답은 100√3이다.
문제 57
서보 전동기로 사용되는 전동기와 제어 방식의 종류가 아닌 것은?
1유도기의 전압 제어
2릴럭턴스기의 전압 제어
3동기 기기의 주파수 제어
4직류기의 전압 제어
정답 및 해설
정답은 릴럭턴스기의 전압 제어 이다. 서보전동기로는 직류기의 전압 제어, 유도기의 전압 제어, 동기기의 주파수 제어가 실제로 쓰이지만, 릴럭턴스형 전동기는 동기속도로 회전하는 특성상 속도 제어에 전압 제어가 아니라 주파수 제어 방식이 사용되므로 이 조합은 옳지 않다.
문제 58
사이리스터를 이용한 교류전압 크기 제어방식은?
1정지 레오나드 방식
2위상제어 방식
3초퍼 방식
4TRC 방식
정답 및 해설
사이리스터의 점호각(위상각)을 조정하여 교류 전압의 실효값 크기를 연속적으로 제어하는 방식을 위상제어 방식이라 한다.
문제 59
변압기 등가회로를 구성하는 데 필요한 시험이 아닌 것은?
1무부하시험
2권수비시험
3권선저항 측정
4단락시험
정답 및 해설
변압기 등가회로는 무부하시험(여자어드미턴스), 단락시험(임피던스), 권선저항 측정으로 구성되며, 권수비시험은 권수비 확인용으로 등가회로 정수 산정에는 직접 필요하지 않다. 따라서 정답은 권수비시험이다.
문제 60
동기전동기의 용도로 적절하지 않은 것은?
1압연기
2크레인
3분쇄기
4송풍기
정답 및 해설
정답은 크레인이다. 동기전동기는 회전속도가 일정한 정속도 부하인 압연기, 분쇄기, 송풍기 등에 적합하며, 기동토크가 크고 부하변동이 심한 크레인과 같은 용도에는 적합하지 않다.
문제 61
특성방정식이 s3+2s2+3s+K=0s^{3}+2s^{2}+3s+K=0인 제어계가 안정하기 위한 K의 범위는?
166
200
3K>6K>6
4K<6K<6
정답 및 해설
라우스 표를 작성하면 s1s^1행의 조건에서 2×3−1×K2>0\dfrac{2\times3-1\times K}{2}>0, 즉 K<6K<6이 되어야 하고, s0s^0행에서 K>0K>0이어야 한다. 두 조건을 모두 만족해야 안정하므로 정답은 00
문제 62
그림의 블록선도로 표현된 제어시스템에서 단위램프입력에 대한 정상상태오차(정상편차)가 0.01이다. 이 제어시스템의 제어요소 GC1(s)G_{C1}(s)의 k는?
R(s)+−GC1(s)GC2(s)GP(s)C(s)
GC1(s)=K,GC2(s)=1+0.15s1+0.25sG_{C1}(s)=K, G_{C2}(s)=\frac{1+0.15s}{1+0.25s} GP(s)=200s(s+1)(s+2)G_P(s)=\frac{200}{s(s+1)(s+2)}
1100
20.1
31
410
정답 및 해설
정답은 1이다. 단위 램프입력의 정상편차는 ess=1Kve_{ss}=\frac{1}{K_v}이고, Kv=lim⁡s→0sG(s)=lim⁡s→0s⋅K⋅1+0.15s1+0.25s⋅200s(s+1)(s+2)=100KK_v=\lim_{s\to0}sG(s)=\lim_{s\to0}s\cdot K\cdot\frac{1+0.15s}{1+0.25s}\cdot\frac{200}{s(s+1)(s+2)}=100K이다. ess=1100K=0.01e_{ss}=\frac{1}{100K}=0.01로 두면 K=1K=1이 된다.
문제 63
어떤 선형 시스템이 아래 상태방정식으로 기술될 때, eAte^{At} 로 정의되는 천이행렬을 구하면?
[ddtx1ddtx2]=[01−2−3][x1x2]\begin{bmatrix}\frac{d}{dt}x_{1}\\ \frac{d}{dt}x_{2}\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}0&1\\-2&-3\end{bmatrix}\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}\end{bmatrix}
1[2e−t−e−2t−2e−t+2e−2te−t−e−2t−e−t+2e−2t]\begin{bmatrix}2e^{-t}-e^{-2t}&-2e^{-t}+2e^{-2t}\\e^{-t}-e^{-2t}&-e^{-t}+2e^{-2t}\end{bmatrix}
2[2e−t−e−3te−t−e−3t−2e−t+2e−3t−e−t+2e−3t]\begin{bmatrix}2e^{-t}-e^{-3t}&e^{-t}-e^{-3t}\\-2e^{-t}+2e^{-3t}&-e^{-t}+2e^{-3t}\end{bmatrix}
3[2e−t−e−2te−t−e−2t−2e−t+2e−2t−e−t+2e−2t]\begin{bmatrix}2e^{-t}-e^{-2t}&e^{-t}-e^{-2t}\\-2e^{-t}+2e^{-2t}&-e^{-t}+2e^{-2t}\end{bmatrix}
4[e−t−e−2t2e−t−e−2t−e−t+2e−2t−2e−t+2e−2t]\begin{bmatrix}e^{-t}-e^{-2t}&2e^{-t}-e^{-2t}\\-e^{-t}+2e^{-2t}&-2e^{-t}+2e^{-2t}\end{bmatrix}
정답 및 해설
천이행렬은 ϕ(t)=eAt=L−1[(sI−A)−1]\phi(t)=e^{At}=\mathcal{L}^{-1}\left[(sI-A)^{-1}\right] 로 얻는다. A=[01−2−3]A=\begin{bmatrix}0&1\\-2&-3\end{bmatrix} 이므로 sI−A=[s−12s+3]sI-A=\begin{bmatrix}s&-1\\2&s+3\end{bmatrix}, ∣sI−A∣=s2+3s+2=(s+1)(s+2)|sI-A|=s^{2}+3s+2=(s+1)(s+2), (sI−A)−1=1(s+1)(s+2)[s+31−2s](sI-A)^{-1}=\dfrac{1}{(s+1)(s+2)}\begin{bmatrix}s+3&1\\-2&s\end{bmatrix} 이다. 네 성분을 부분분수로 분해하면 s+3(s+1)(s+2)=2s+1−1s+2\dfrac{s+3}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{2}{s+1}-\dfrac{1}{s+2}, 1(s+1)(s+2)=1s+1−1s+2\dfrac{1}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{1}{s+1}-\dfrac{1}{s+2}, −2(s+1)(s+2)=−2s+1+2s+2\dfrac{-2}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{-2}{s+1}+\dfrac{2}{s+2}, s(s+1)(s+2)=−1s+1+2s+2\dfrac{s}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{-1}{s+1}+\dfrac{2}{s+2} 가 되고, 역라플라스 변환을 취하면 ϕ(t)=[2e−t−e−2te−t−e−2t−2e−t+2e−2t−e−t+2e−2t]\phi(t)=\begin{bmatrix}2e^{-t}-e^{-2t}&e^{-t}-e^{-2t}\\-2e^{-t}+2e^{-2t}&-e^{-t}+2e^{-2t}\end{bmatrix} 이다.
역산으로 확인하면 ϕ(0)=I\phi(0)=I 이고 dϕdt∣t=0=[01−2−3]=A\left.\dfrac{d\phi}{dt}\right|_{t=0}=\begin{bmatrix}0&1\\-2&-3\end{bmatrix}=A 로 두 조건을 모두 만족한다. 특성근이 s=−1, −2s=-1,\,-2 이므로 e−3te^{-3t} 가 섞인 식은 나올 수 없고, 비대각 성분을 맞바꾼 식은 t=0t=0 에서 미분값이 AA 와 달라 답이 아니다.
문제 64
그림과 같은 회로는 어떤 논리회로 인가?
입력ABRBRC+5V출력
1NOR 회로
2OR 회로
3NAND 회로
4AND 회로
정답 및 해설
그림은 두 입력 A, B가 다이오드를 통해 결합되어 논리곱(AND) 동작을 수행한 뒤, 그 결과가 트랜지스터에 의해 반전(NOT)되어 출력되는 전형적인 DTL(다이오드-트랜지스터 논리) 구조이다. 다이오드단의 AND와 트랜지스터단의 반전이 결합되어 NAND 논리가 구현된다. 정답은 NAND 회로이다.
문제 65
일정 입력에 대해 잔류 편차가 있는 제어계는?
1적분 제어계
2비례 적분 미분 제어계
3비례 제어계
4비례 적분 제어계
정답 및 해설
비례(P) 제어 동작만으로는 일정 입력(계단 입력)에 대해 정상상태에서 잔류편차(off-set)가 남는다. 적분(I) 동작이 포함된 제어계(적분 제어, 비례적분 제어, 비례적분미분 제어)는 정상상태 오차를 0으로 만든다. 따라서 정답은 비례 제어계이다.
문제 66
상의 순서가 a-b-c인 불평형 3상 교류회로에서 각 상의 전류가 Ia = 7.28∠15.95°(A), Ib = 12.81∠-128.66°(A), Ic = 7.21∠123.69°(A) 일 때 역상분 전류는 약 몇 A 인가?
12.51∠96.55°
28.95∠-1.14°
32.51∠-96.55°
48.95∠1.14°
정답 및 해설
역상분 전류는 I2=13(Ia+a2Ib+aIc)I_2=\dfrac{1}{3}(I_a+a^2I_b+aI_c) 로 구한다. 각 전류를 직각좌표로 바꾸면 Ia=7+j2I_a=7+j2, Ib=−8−j10I_b=-8-j10, Ic=−4+j6I_c=-4+j6 이고, a=−0.5+j0.866a=-0.5+j0.866, a2=−0.5−j0.866a^2=-0.5-j0.866 을 곱하면 a2Ib=−4.66+j11.93a^2I_b=-4.66+j11.93, aIc=−3.20−j6.46aI_c=-3.20-j6.46 이다. 세 항을 더해 3으로 나누면 I2=−0.856+j7.4643=−0.286+j2.490I_2=\dfrac{-0.856+j7.464}{3}=-0.286+j2.490 이고, 크기는 2.512.51, 위상은 실수부가 음수·허수부가 양수인 제2사분면이므로 96.55∘96.55^\circ 가 되어 정답은 2.51∠96.55° 이다. ③ 2.51∠-96.55° 는 크기는 같지만 사분면을 잘못 잡은 값이고, ②·④ 의 8.95는 같은 자료로 계산한 정상분 I1=8.95∠1.14∘I_1=8.95\angle 1.14^\circ 의 크기다.
문제 67
특성방정식이 s5+s4+8s3+6s2+4s+2=0s^5+s^4+8s^3+6s^2+4s+2=0으로 주어졌을 때 불안정한 근의 수는?
12
23
30
41
정답 및 해설
정답은 0 이다. 라우스표를 구성하면 제1열이 1, 1, 2, 5, 1.2, 2로 부호 변화 없이 모두 양수가 되므로, s평면 우반부에 위치하는 불안정한 근은 없다.
문제 68
G(jω)=K(1+2jω)(1+jω)G(j\omega )=\frac{K}{(1+2j\omega )(1+j\omega )}의 이득여유가 20[dB]가 되도록 하는 K의 값은?
110
20
3110\dfrac{1}{10}
41
정답 및 해설
이득여유는 개루프 전달함수의 허수부가 0이 되는(위상교차) 주파수에서 GM=20log⁡101∣G(jω)H(jω)∣ [dB]GM=20\log_{10}\dfrac{1}{|G(j\omega)H(j\omega)|}\,[\mathrm{dB}] 로 구한다. 분모를 전개하면 (1+2jω)(1+jω)=(1−2ω2)+j3ω(1+2j\omega)(1+j\omega)=(1-2\omega^{2})+j3\omega 이므로 허수부가 0이 되는 조건은 3ω=03\omega=0, 즉 ω=0\omega=0 이고 이때 ∣G(j0)∣=K1=K|G(j0)|=\dfrac{K}{1}=K 이다. 이를 대입하면 20log⁡101K=2020\log_{10}\dfrac{1}{K}=20 에서 1K=10\dfrac{1}{K}=10, 즉 K=110K=\dfrac{1}{10} 이므로 정답은 110\frac{1}{10} 이다. ① 10이면 20log⁡10(1/10)=−20 [dB]20\log_{10}(1/10)=-20\,[\mathrm{dB}], ④ 1이면 0 [dB]0\,[\mathrm{dB}] 가 되어 조건을 만족하지 못한다.
문제 69
제어계의 과도응답에서 감쇠비란?
1최대 오버슈트를 제2 오버슈트로 나눈 값이다.
2제2 오버슈트와 최대 오버슈트를 곱한 값이다.
3제2 오버슈트를 최대 오버슈트로 나눈 값이다.
4제2 오버슈트와 최대 오버슈트를 더한 값이다.
정답 및 해설
과도응답에서 감쇠비(decay ratio)는 첫 번째로 나타나는 최대 오버슈트와 그 다음에 나타나는 제2 오버슈트의 비로 정의되며, 감쇠비=제2 오버슈트최대 오버슈트\text{감쇠비}=\dfrac{\text{제2 오버슈트}}{\text{최대 오버슈트}}이다. 따라서 정답은 제2 오버슈트를 최대 오버슈트로 나눈 값이다.
문제 70
G(jω)=kjω(jω+1)G(j \omega) = \frac{k}{j \omega (j \omega+1)}에 대한 나이퀴스트 선도로 옳은 것은?
1Imω∞0Reω→0
2Imω→∞0Reω→0
3Imω→∞Reω→0
4Imω→∞0Reω→0
정답 및 해설
G(jω)=kjω(jω+1)G(j\omega)=\frac{k}{j\omega(j\omega+1)}의 실수부와 허수부는 각각 Re=−kω2+1\mathrm{Re}=-\frac{k}{\omega^2+1}, Im=−kω(ω2+1)\mathrm{Im}=-\frac{k}{\omega(\omega^2+1)}로 모든 ω>0\omega>0에서 궤적이 3사분면에만 존재한다. ω→0\omega\rightarrow0에서는 실수축 −k-k 부근에서 허수축 아래로 발산하고 ω→∞\omega\rightarrow\infty에서는 원점에 실수축과 접하며 수렴하므로, 이러한 형태의 궤적을 보이는 정답이다.
문제 71
개루프 전달함수가 G(s)=s+5s(s+2)(s+4)G(s)=\frac{s+5}{s(s+2)(s+4)}인 부궤환 제어계에서 단위램프입력에 대한 정상편차는?
158\dfrac{5}{8}
20
385\dfrac{8}{5}
4무한
정답 및 해설
단위 램프 입력에 대한 정상편차는 속도편차상수 Kv=lim⁡s→0sG(s)K_v=\lim_{s\to0}sG(s)를 이용해 ess=1/Kve_{ss}=1/K_v로 구한다. Kv=lim⁡s→0s(s+5)s(s+2)(s+4)=52×4=58K_v=\lim_{s\to0}\dfrac{s(s+5)}{s(s+2)(s+4)}=\dfrac{5}{2\times4}=\dfrac{5}{8}이므로 ess=85e_{ss}=\dfrac{8}{5}가 되어 정답은 8/5이다.
문제 72
다음의 신호선도를 메이슨의 공식을 이용하여 전달함수를 구하고자 한다. 이 신호선도에서 루프(Loop)는 몇 개인가?
14
23
32
41
정답 및 해설
정답은 2이다. 신호선도의 루프는 시작마디로 되돌아오는 폐경로를 뜻하며, 이 선도에는 한 마디에서 자기 자신으로 되돌아오는 자기루프 1개와, 뒤쪽 마디에서 앞쪽 마디로 되돌아가는 피드백 경로가 만드는 루프 1개, 모두 2개의 루프가 있다. 나머지 두 곡선 경로는 시작마디와 도착마디가 서로 달라 순방향 경로일 뿐 루프가 아니다.
문제 73
제어시스템의 특성방정식이 s4+s3-3s2-s+2=0 와 같을 때, 이 특성방정식에서 s 평면의 오른쪽에 위치하는 근은 몇 개인가?
11
22
30
43
정답 및 해설
특성방정식 s4+s3−3s2−s+2=0s^4+s^3-3s^2-s+2=0을 인수분해하면 (s−1)2(s+1)(s+2)=0(s-1)^2(s+1)(s+2)=0이 되어 근은 s=1s=1(중근), s=−1s=-1, s=−2s=-2이다. 이 중 s평면의 오른쪽(양의 실수부)에 위치하는 근은 s=1s=1이 두 개이므로 정답은 2이다.
문제 74

어떤 선형 시스템에서 입력 x(t)x(t)와 출력 y(t)y(t)가 d2ydt2+5dydt+6y=3dxdt+2x\dfrac{d^2y}{dt^2}+5\dfrac{dy}{dt}+6y=3\dfrac{dx}{dt}+2x의 관계를 지킨다. 초기값을 모두 0으로 둘 때 이 시스템의 전달함수는?

1

3s+2s2+5s+6\dfrac{3s+2}{s^2+5s+6}

2

s2+5s+63s+2\dfrac{s^2+5s+6}{3s+2}

3

2s+3s2+5s+6\dfrac{2s+3}{s^2+5s+6}

4

3s+2s2+6s+5\dfrac{3s+2}{s^2+6s+5}

정답 및 해설

초기값이 모두 0이면 nn계 미분은 sns^n을 곱하는 연산으로 바뀐다. 양변을 옮기면 (s2+5s+6)Y(s)=(3s+2)X(s)(s^2+5s+6)Y(s)=(3s+2)X(s)이고, 전달함수는 출력을 입력으로 나눈 비이므로 G(s)=Y(s)X(s)=3s+2s2+5s+6G(s)=\dfrac{Y(s)}{X(s)}=\dfrac{3s+2}{s^2+5s+6}이다. 둘째 보기는 분모와 분자를 뒤집은 꼴, 셋째는 입력 쪽 계수를 맞바꾼 꼴, 넷째는 출력 쪽 1차항과 상수항 계수를 맞바꾼 꼴이다.

문제 75
Routh 안정도 판별법에 의한 방법 중 불안정한 제어계의 특성 방정식은?
1s3+4s2+5s+2=0
2s3+3s2+2s+8=0
3s3+s2+5s+4=0
4s3+2s2+3s+4=0
정답 및 해설
3차 특성방정식 s3+As2+Bs+C=0s^3+As^2+Bs+C=0이 안정하려면 모든 계수가 양수이고 AB>CAB>C를 만족해야 한다. s3+3s2+2s+8=0s^3+3s^2+2s+8=0은 A=3, B=2, C=8A=3,\ B=2,\ C=8이므로 AB=6AB=6
문제 76
그림의 회로에서 4[Ω]4[\Omega]에 흐르는 전류는 몇 [A][A]인가? 8[A]7[A]4[Ω]6[Ω]12[Ω]
110
27.5
35
42.5
정답 및 해설
그림에서 위·아래 도선과 오른쪽 도선은 하나의 공통 노드를 이루고, 6[Ω], 8[A], 7[A], 4[Ω], 12[Ω]6[\Omega],\,8[A],\,7[A],\,4[\Omega],\,12[\Omega]가 모두 이 공통 노드와 중간 노드 M 사이에 병렬로 연결된 구조이다. 두 전류원이 모두 M으로 8+7=15[A]8+7=15[A]를 밀어 넣으므로 15=V(16+14+112)=0.5V15=V\left(\dfrac16+\dfrac14+\dfrac1{12}\right)=0.5V에서 V=30[V]V=30[V]이고, 4[Ω]4[\Omega]에 흐르는 전류는 304=7.5[A]\dfrac{30}{4}=7.5[A]가 되어 정답은 7.5이다.
문제 77
그림의 회로와 동일한 논리소자는?
+VXT1YT2D
1XYD
2XYD
3XYD
4XYD
정답 및 해설
정답은 (부정 버블이 붙은 OR 형태 게이트) 이다. 회로는 저항을 통해 전원(+V)에 연결된 공통 컬렉터 노드에 두 트랜지스터(T1, T2)가 병렬로 연결되고, 각 베이스가 입력 X, Y로 구동되는 구조다. X 또는 Y 중 하나라도 하이(High)이면 해당 트랜지스터가 도통되어 출력이 로우(Low)로 끌려가므로, 이는 X와 Y의 OR을 반전한 NOR 동작에 해당한다.
문제 78
이산 시스템(Discrete data system)에서의 안정도 해석에 대한 설명 중 옳은 것은?
1특성방정식의 모든 근이 z 평면의 양의 반평면에 있으면 안정하다.
2특성방정식의 모든 근이 z 평면의 단위원 내부에 있으면 안정하다.
3특성방정식의 모든 근이 z 평면의 단위원 외부에 있으면 안정하다.
4특성방정식의 모든 근이 z 평면의 음의 반평면에 있으면 안정하다.
정답 및 해설
이산시스템의 안정 조건은 특성방정식의 모든 근이 z평면에서 단위원 내부에 위치하는 것이며, 이는 s평면의 좌반면 조건에 대응한다. 근이 단위원 위나 바깥에 있으면 임계안정 또는 불안정이 된다.
문제 79
다음의 개루프 전달함수에 대한 근궤적이 실수축에서 이탈하게 되는 분리점은 약 얼마인가?
G(s)H(s)=Ks(s+3)(s+8), K≥0G(s)H(s)=\dfrac{K}{s(s+3)(s+8)},\ K \geq 0
1-0.93
2-5.74
3-6.0
4-1.33
정답 및 해설

그림의 개루프 전달함수 G(s)H(s)=Ks(s+3)(s+8)G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+3)(s+8)}를 특성방정식 1+G(s)H(s)=01+G(s)H(s)=0에 넣으면 K=−s(s+3)(s+8)=−(s3+11s2+24s)K=-s(s+3)(s+8)=-(s^{3}+11s^{2}+24s)이다.
분리점은 dKds=0\frac{dK}{ds}=0인 점이므로 3s2+22s+24=03s^{2}+22s+24=0, 즉 s=−22±484−2886=−22±146s=\frac{-22\pm\sqrt{484-288}}{6}=\frac{-22\pm 14}{6}에서 s=−1.33s=-1.33 또는 s=−6s=-6이다.
실수축 위 근궤적은 오른쪽 극점 수가 홀수인 구간, 즉 00과 −3-3 사이 및 −8-8의 왼쪽에만 존재하므로 −6-6은 근궤적 위의 점이 아니다.
따라서 근궤적이 실수축에서 이탈하는 분리점은 s=−1.33s=-1.33이다.

문제 80
그림의 논리기호가 나타내는 논리식은? ABX
1X=A X = A
2X=B X = B
3X=A+B X = A + B
4X=Aˉ⋅B+A⋅Bˉ X = \bar{A}\cdot B + A \cdot \bar{B}
정답 및 해설
그림의 굵은 점은 신호가 갈라지는 분기점이지 부정(NOT)이 아니므로, B는 그대로 OR게이트의 입력과 AND게이트의 입력에 동시에 들어간다. OR게이트의 출력은 A+BA+B이며 이를 B와 AND 연산하면 흡수법칙에 의해 X=(A+B)⋅B=BX=(A+B)\cdot B=B가 된다. 따라서 정답은 X=BX=B이다.
문제 81
전개된 장소에 시설하는 저압 옥상전선로의 시설기준으로 적합하지 않은 것은?
1전선으로 지름 2.6[mm]의 경동선을 사용하였다.
2전선의 지지점 간 거리를 20[m]로 하였다.
3저압 절연전선과 이를 시설하는 조영재 사이의 이격거리를 2[m]로 하였다.
4전선으로 옥외용 비닐절연전선을 사용하였다.
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 전개된 장소에 시설하는 저압 옥상전선로는 전선의 지지점 간 거리를 15[m] 이하로 하여야 한다. 따라서 ② 전선의 지지점 간 거리를 20[m]로 하였다는 이 기준을 초과하여 적합하지 않다. 지름 2.6[mm] 이상의 경동선 사용, 조영재와의 이격거리 2[m], 옥외용 비닐절연전선 사용은 모두 기준에 맞는 시설이다.
문제 82
전기철도 설비에 관한 다음 설명 가운데 한국전기설비규정의 용어 정의와 맞는 것은?
1조가선은 차량의 집전장치가 직접 스치며 지나가는 전선이다.
2전차선로는 오직 전차선 하나만을 가리키는 말이다.
3전차선은 차량 위의 집전장치가 맞닿아 전기를 받아 가는 전선이다.
4합성전차선은 레일 등에서 대지로 새어 나가는 전류를 뜻한다.
정답 및 해설

집전장치가 전선에 닿은 채 미끄러지면서 차량이 전기를 받아 간다. 이 접촉을 맡는 전선의 이름이 전차선이므로 셋째 설명이 옳다(한국전기설비규정 402 제8호).

나머지 셋은 다른 용어의 몫을 가져다 붙인 것이다. 첫째는 전차선을 설명한 문장이고, 조가선이라면 전차선이 레일면 위에서 일정한 높이를 지키도록 행어이어·드로퍼로 위에서 붙잡아 주는 전선을 가리킨다(제12호). 둘째의 전차선로는 전차선·급전선·귀선과 그 지지물 및 설비까지 통틀어 부르는 말이라 전차선 하나로 좁힐 수 없다(제9호). 넷째의 합성전차선은 전차선에 조가선·행어이어·드로퍼 등을 더해 이루는 가공전선이며(제11호), 레일 등에서 대지로 흐르는 전류는 누설전류에 해당한다(제18호).

전력이 도는 길로 정리해 두면 외우기 쉽다. 변전소에서 나온 전력이 급전선을 타고 전차선까지 와서 집전장치를 거쳐 차량으로 들어가고, 쓰고 남은 전류는 레일과 귀선회로를 지나 변전소로 돌아간다(제17호).

문제 83
가공 전선로의 지지물에 하중이 가하여지는 경우에 그 하중을 받는 지지물의 기초 안전율은 얼마 이상이어야 하는가? (단, 이상시 상정하중은 무관)
12.5
23.0
32.0
41.5
정답 및 해설
가공전선로 지지물의 기초는 하중을 받는 상태에서 안전율 2.0 이상을 확보하도록 규정하고 있다(이상시 상정하중이 아닌 일반적인 경우). 따라서 정답은 2.0이다.
문제 84
지중 또는 수중에 시설되는 금속체의 부식 방지를 위한 전기부식방지 회로의 사용전압은 직류 몇 [V] 이하로 하여야 하는가?
148[V]
2100[V]
360[V]
424[V]
정답 및 해설
지중 또는 수중에 시설되는 금속체의 부식을 방지하기 위한 전기부식방지 회로의 사용전압은 직류 60V 이하로 하여야 한다.
정답은 60[V]이다.
문제 85
저압 분기회로의 단락 보호장치를 분기점이 아닌 부하 쪽으로 옮겨 다는 경우에 대한 설명으로 옳은 것은?
1분기점 바로 뒤에 콘센트가 물려 있더라도 위험이 없다고 보면 10[m]10\rm[m]까지 옮길 수 있다.
2그 사이 구간에 다른 회로나 콘센트가 물려 있지 않고 단락·화재·감전 위험이 최소화되도록 시설하였다면 3[m]3\rm[m]까지 내려 달 수 있다.
3전원 측 보호장치가 부하 측 배선의 단락보호까지 맡더라도 이동 거리는 5[m]5\rm[m]를 넘을 수 없다.
4분기회로 도체의 길이가 8[m]8\rm[m] 이하이면 단락 보호장치를 두지 않아도 된다.
정답 및 해설
한국전기설비규정 212.5.2는 단락전류 보호장치를 분기점에 두는 것을 원칙으로 하되, 분기점과 그 보호장치 자리 사이의 배선에 다른 회로나 콘센트가 물려 있지 않고 단락·화재·감전 위험이 최소화되도록 시설한 때에만 3[m]3\rm[m]까지 부하 쪽으로 내려 달 수 있게 한다. 따라서 ②가 옳다.
전원 측 보호장치가 부하 측 배선까지 단락보호를 해 주는 특성을 갖추면 오히려 거리 제한 자체가 사라지므로 ③은 틀리고, ①처럼 중간에 콘센트가 끼면 예외를 적용할 수 없다. 단락 보호장치 생략은 도체 길이가 아니라 발전기·변압기·정류기·축전지와 보호장치가 달린 제어반을 잇는 도체 등 212.5.3이 열거한 경우에만 허용되므로 ④도 틀리다.
문제 86
금속덕트공사에 의한 저압 옥내배선에서, 금속덕트에 넣은 전선의 단면적 합계는 덕트 내부 단면적의 몇 [%] 이하이어야 하는가? (단, 전광표시장치·출퇴표시등이나 이와 유사한 장치 또는 제어회로 등의 배선만 넣는 경우는 제외한다.)
140
250
320
430
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 금속덕트공사에서 전선의 단면적 합계는 제어회로 등만 넣는 경우를 제외하고 덕트 내부 단면적의 20[%] 이하여야 한다. 따라서 정답은 20이다.
문제 87
한국전기설비규정(KEC)에서 정한 고압 및 특고압 전로에 시설하는 과전류차단기 관련 설명으로 틀린 것은?
1비포장퓨즈는 정격전류의 1.25배 전류를 견디고, 2배의 전류로는 2분 이내에 용단되어야 한다.
2과전류차단기는 동작에 따라 개폐 상태를 표시하는 장치를 갖추어야 한다.
3포장퓨즈는 정격전류의 1.3배 전류를 견디고, 2배의 전류로는 60분 이내에 용단되어야 한다.
4전로에 단락이 발생했을 때 동작하는 과전류차단기는 그 시설 지점을 통과하는 단락전류를 차단할 수 있는 능력을 가져야 한다.
정답 및 해설
정답은 "포장퓨즈는 정격전류의 1.3배 전류를 견디고, 2배의 전류로는 60분 이내에 용단되어야 한다"는 설명이다. 고압 및 특고압 전로에 시설하는 포장퓨즈는 정격전류의 1.3배 전류에 견디고 2배의 전류로는 120분 이내에 용단되어야 하므로, 60분이라 한 이 설명은 틀리다. 비포장퓨즈에 대한 설명(1.25배, 2분), 개폐표시장치, 단락전류 차단능력에 대한 설명은 모두 옳다.
문제 88
귀선로에 대한 설명으로 틀린 것은?
1비절연보호도체의 위치는 통신유도장해 및 레일전위의 상승의 경감을 고려하여 결정하여야 한다.
2사고 및 지락 시에도 충분한 허용전류용량을 갖도록 하여야 한다.
3나전선을 적용하여 가공식으로 가설을 원칙으로 한다.
4비절연보호도체, 매설접지도체, 레일 등으로 구성하여 단권변압기 중성점과 공통접지에 접속한다.
정답 및 해설
귀선로는 비절연보호도체, 매설접지도체, 레일 등으로 구성되어 단권변압기 중성점 및 공통접지에 접속되고, 통신유도장해와 레일전위 상승을 고려해 위치를 정하며 사고 시 충분한 전류용량을 갖추어야 한다. 그러나 귀선로를 나전선으로 가공식으로 가설하는 것을 원칙으로 한다는 설명은 옳지 않다.
문제 89
옥내에서 전선을 병렬로 사용할 때의 시설기준으로 틀린 것은?
1교류회로에서 병렬로 사용하는 전선은 금속관 내에 전자적 불평형이 생기지 않도록 시설하여야 한다.
2병렬로 사용하는 전선에는 각각 퓨즈를 설치하지 말아야 한다.
3전선의 굵기는 동 70[mm] 이상이어야 한다.
4각 전선은 동일한 터미널러그에 완전하게 접속하여야 한다.
정답 및 해설
옥내에서 전선을 병렬로 사용할 때 각 전선의 굵기는 동선 50mm² 이상 또는 알루미늄선 70mm² 이상이어야 한다. 따라서 "전선의 굵기는 동 70mm² 이상이어야 한다"는 기준이 틀렸으므로(동선은 50mm² 이상)
문제 90
전로의 중성점 접지 목적에 해당하지 않는 것은?
1이상전압의 억제
2보호장치의 확실한 동작의 확보
3손실전력의 감소
4대지전압의 저하
정답 및 해설
전로의 중성점을 접지하는 목적은 이상전압의 억제, 보호장치의 확실한 동작 확보, 대지전압의 저하 등에 있다. 손실전력의 감소는 중성점 접지의 직접적인 목적에 해당하지 않으므로 정답은 손실전력의 감소이다.
문제 91
전기온상에 전기를 공급하는 전로의 대지전압은 몇 [V] 이하이어야 하는가?
1600
2150
3300
4200
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 전기온상 등에 전기를 공급하는 전로의 대지전압은 300[V] 이하로 제한된다. 따라서 정답은 300이다.
문제 92
단락의 위험과 화재·인체에 대한 위험성이 최소화되도록 시설한 경우, 과부하 보호장치는 분기점으로부터 몇 [m]까지 이동하여 설치할 수 있는가?
12
25
33
41
정답 및 해설
정답은 3이다. 단락 위험과 화재·인체 위험성이 최소화되도록 시설한 경우, 과부하 보호장치는 분기점으로부터 3m까지 이동하여 설치할 수 있다.
문제 93
사람이 상시 통행하는 터널 안의 배선(전기기계기구 안의 배선, 관등회로의 배선, 소세력 회로의 전선은 제외)에서 사용전압이 저압인 경우, 공칭단면적 몇 [mm2][mm^2]의 연동선을 사용하여야 하는가? (단, 옥외용 비닐절연전선 및 인입용 비닐절연전선은 제외한다.)
12.5
20.75
31.5
44.0
정답 및 해설
사람이 상시 통행하는 터널 안의 저압 배선은 옥외용·인입용 비닐절연전선을 제외하고 공칭단면적 2.5mm² 이상의 연동선을 사용한 절연전선을 애자사용공사로 시설하여야 한다. 따라서 정답은 2.5이다.
문제 94
저압 옥측전선로의 공사에서 목조 조영물에 시설이 가능한 공사는?
1합성수지관 공사
2금속관 공사
3버스덕트 공사
4금속피복을 한 케이블 공사
정답 및 해설
저압 옥측전선로를 목조 조영물에 시설하는 경우에는 합성수지관공사만 가능하며, 금속관공사·버스덕트공사·금속피복 케이블공사는 화재 우려 등으로 목조 조영물에는 시설할 수 없다.
정답은 합성수지관 공사이다.
문제 95
옥내의 전개된 장소 중 건조하지 않은 기타 장소에서, 사용전압이 400[V]400\rm[V]를 초과하고 1,000[V]1,000\rm[V] 이하인 관등회로의 배선공사로 적합한 것은?
1애자공사
2금속몰드공사
3합성수지몰드공사
4금속덕트공사
정답 및 해설
관등회로(방전등용) 배선은 옥내의 전개된 장소 중 건조한 장소에서는 애자사용공사 외에 합성수지몰드공사 등도 허용되지만, 건조하지 않은 기타 장소에서 사용전압이 400V를 초과하고 1,000V 이하인 경우에는 애자사용공사에 의하여야 한다. 따라서 정답은 애자공사이다.
문제 96
사용전압이 60kV 이하인 경우 전화선로의 길이 12km 마다 유도전류는 몇 ㎂를 넘지 않도록 하여야 하는가?
12
25
31
43
정답 및 해설
한국전기설비규정(유도장해 방지)에 따르면 사용전압 60[kV] 이하인 경우 전화선로의 길이 12[km]마다 유도전류가 2[㎂]를 넘지 않도록 하여야 한다. 따라서 정답은 2이다.
문제 97
전기욕기에 전기를 공급하는 전원장치는 전기욕기용으로 내장되어 있는 2차측 전로의 사용전압을 몇 [V]이하로 한정하고 있는가?
110
215
36
412
정답 및 해설
정답은 10[V] 이다. 전기욕기에 전기를 공급하는 전원장치는 내장되어 있는 2차측 전로의 사용전압을 10V 이하로 한정하고 있다.
문제 98
한국전기설비규정에서 정한 전차선과 차량 사이의 최소 절연간격에 대한 설명으로 옳은 것은?
1직류 750[V]750[V] 구간은 동적·정적 어느 쪽이든 2525[mm] 이상이면 된다.
2직류 1,500[V]1{,}500[V] 구간은 동적 150150[mm], 정적 100100[mm] 이상이어야 한다.
3단상교류 25,000[V]25{,}000[V] 구간은 동적 270270[mm], 정적 170170[mm] 이상이어야 한다.
4해안에 가깝거나 안개가 잦은 구역에서는 표에 적힌 값보다 간격을 좁혀 잡아도 된다.
정답 및 해설
표 431.3-1은 차량과 전차선·충전부 사이에 두어야 할 간격을 시스템별로 적어 두었다. 직류 750[V]750[V]는 동적·정적 모두 2525[mm], 직류 1,500[V]1{,}500[V]는 동적 100100[mm]과 정적 150150[mm], 단상교류 25,000[V]25{,}000[V]는 동적 170170[mm]과 정적 270270[mm]이 기준값이다. 그러므로 ①이 맞고, 값을 뒤집어 적은 ②·③은 틀리다.
동적 값은 팬터그래프가 지나가는 동안 전선이 잠깐 흔들리는 몫까지 감안한 것이라 정적 값보다 작거나 같게 잡힌다. 또 같은 조 제2호는 해안 인접지·공해지역·안개가 잦은 곳·강풍이나 강설 지역처럼 위험도가 높은 구간에서는 기준보다 간격을 넓히라고 정하므로 ④는 방향이 거꾸로다. 참고로 건조물과의 간격은 표 431.2-1로 따로 정해져 있어 오염 여부에 따라 값이 더 나뉜다.
문제 99
주택용 배선차단기의 순시트립범위가 10InI_n 초과 ~ 20InI_n 이하인 경우, 이는 어느 유형에 해당하는가?
1D
2B
3C
4A
정답 및 해설
주택용 배선차단기의 순시트립범위는 B형이 3In3I_n 초과 5In5I_n 이하, C형이 5In5I_n 초과 10In10I_n 이하, D형이 10In10I_n 초과 20In20I_n 이하로 구분된다. 문제의 범위는 D형 조건과 일치하므로 정답은 D이다.
문제 100
특고압 가공전선로 중 지지물로서 직선형의 철탑을 연속하여 10기 이상 사용하는 부분에는 몇 기 이하마다 내장 애자장치가 되어 있는 철탑 또는 이와 동등이상의 강도를 가지는 철탑 1기를 시설하여야 하는가?
110
27
33
45
정답 및 해설
정답은 10이다. 특고압 가공전선로에서 직선형 철탑을 연속하여 10기 이상 사용하는 구간에는 10기 이하마다 내장 애자장치가 되어 있는 철탑 또는 이와 동등 이상의 강도를 가지는 철탑 1기를 시설하여야 한다.
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24년 3회차

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
동심 구형 콘덴서의 내외 반지름을 각각 5배로 증가시키면 정전용량은 몇 배로 증가하는가?
120
25
315
410
정답 및 해설
동심구형 콘덴서의 정전용량은 C=4πϵabb−aC=\dfrac{4\pi\epsilon ab}{b-a}이다. 내외 반지름 a, b를 각각 5배로 하면 분자 ab는 25배, 분모 b−ab-a는 5배가 되어 정전용량은 255=5\dfrac{25}{5}=5배로 증가한다. 따라서 정답은 5이다.
문제 2
정전용량이 0.3[μF\mu F]인 평행판 공기 콘덴서의 전극 간격 절반 두께에 유리판을 끼워 넣었다. 이때 콘덴서의 정전용량은 약 몇 [μF\mu F]인가? (단, 유리의 비유전율은 10이다.)
10.55
2 0.25
30.35
40.45
정답 및 해설
공기 콘덴서 간격의 절반에 비유전율 10인 유리판을 끼우면 공기층과 유리층이 직렬로 연결된 콘덴서가 된다. 원래 C0=0.3[μF]C_0=0.3[\mu F]에서 두께가 절반씩이므로 공기층 용량은 C1=2C0=0.6[μF]C_1=2C_0=0.6[\mu F], 유리층 용량은 C2=2ϵrC0=6[μF]C_2=2\epsilon_rC_0=6[\mu F]이다. 직렬 합성하면 C=11/0.6+1/6≈0.55[μF]C=\dfrac{1}{1/0.6+1/6}\approx0.55[\mu F]가 되어, 정답은 0.55이다.
문제 3
다음 정전계에 관한 식 중에서 틀린 것은? (단, D는 전속밀도, V는 전위, ρ는 공간(체적)전하밀도, ε은 유전율이다.)
1포아송의 방정식 : ∇2V=ρ/ε
2가우스의 정리 : divD=ρ
3라플라스의 방정식 : ∇2V=0
4발산의 정리 : ∮sD⋅ds=∫vdivDdv\oint_sD\cdot ds=\int_v\mathrm{div}Ddv
정답 및 해설
포아송의 방정식은 ∇2V=−ρε\nabla^2V=-\dfrac{\rho}{\varepsilon}와 같이 우변에 음(-)의 부호가 있어야 하는데, ① 포아송의 방정식 : ∇²V=ρ/ε 에는 이 부호가 빠져 있어 틀린 식이다. 가우스의 정리(divD=ρ), 라플라스의 방정식(∇²V=0), 발산의 정리는 모두 정전계의 기본 관계식으로 옳다.
문제 4

진공 중에 반지름 1[cm]인 무한장 원통도체 두 가닥이 중심 사이 간격 1[m]로 나란히 놓여 있다. 이 선로 1[km]마다의 정전용량은 약 몇 [μF][\mu F]가 되는가?

1

6×10−66\times 10^{-6}

2

6×10−36\times 10^{-3}

3

1.2×10−21.2\times 10^{-2}

4

1.4×10−21.4\times 10^{-2}

정답 및 해설

두 도체가 나란히 놓였을 때 1[m]당 정전용량은 C=πϵ0ln⁡(D/a)C=\dfrac{\pi\epsilon_0}{\ln(D/a)}로 계산한다. D=1D=1[m], a=0.01a=0.01[m]이니 ln⁡100=4.61\ln 100=4.61이고 C=π×8.855×10−124.61≈6×10−12C=\dfrac{\pi\times 8.855\times 10^{-12}}{4.61}\approx 6\times 10^{-12}[F/m]이다. 1[km]는 1000배이므로 6×10−96\times 10^{-9}[F], 곧 6×10−36\times 10^{-3}[μF]가 된다. 6×10−66\times 10^{-6}은 길이 환산을 빼먹은 값, 1.2×10−21.2\times 10^{-2}은 분자를 2πϵ02\pi\epsilon_0로 잡은 값, 1.4×10−21.4\times 10^{-2}은 분모에 상용로그를 쓴 값이다.

문제 5
전속밀도에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
1전속밀도는 유전체와 관계없이 크기는 일정하다.
2전속은 스칼라량이기 때문에 전속밀도도 스칼라량이다.
3전속밀도는 전계의 세기의 방향과 반대 방향이다.
4전속밀도는 유전체 내에 분극의 세기와 같다.
정답 및 해설
전속(전기력선속)은 매질의 유전율과 관계없이 자유전하량으로만 결정되므로, 전속밀도 DD 역시 유전체의 종류에 관계없이 자유전하의 분포로만 정해지는 값으로 크기가 일정하다(유전율에 따라 달라지는 것은 전계 EE이다).
정답은 전속밀도는 유전체와 관계없이 크기는 일정하다이다.
문제 6
유전율이 ϵ\epsilon인 공간에서 반지름 aa인 접지 구도체가 원점에, 점전하가 (d,0,0)(d, 0, 0)인 점에 있다. 구도체를 제외한 공간의 전계를 구하기 위해 구도체를 영상전하로 대치할 때, 영상점전하의 위치는?
1(a2d,0,0)(\dfrac{a^2}{d},0,0)
2(−a2d,0,0)(-\dfrac{a^2}{d},0,0)
3(0,+a2d,0)(0,+\dfrac{a^2}{d},0)
4(d24a,0,0)(\dfrac{d^2}{4a},0,0)
정답 및 해설
접지 구도체(반지름 a, 중심 원점)와 점전하 (d,0,0)의 영상전하법에서, 영상점전하는 구의 중심에서 점전하 방향으로 a2d\dfrac{a^2}{d}만큼 떨어진 위치, 즉 (a2d,0,0)\left(\dfrac{a^2}{d},0,0\right)에 놓인다.
문제 7
정전용량이 C0(μF)인 평행판의 공기 커패시터가 있다. 두 극판 사이에 극판과 평행하게 절반을 비유전율이 εr인 유전체로 채우면 커패시터의 정전용량 (μF)은?
12C01+1ϵr\dfrac{2C_0}{1+\dfrac{1}{\epsilon_r}}
2C02(1+1ϵr)\dfrac{C_0}{2\left(1+\dfrac{1}{\epsilon_r}\right)}
3C01+1ϵr\dfrac{C_0}{1+\dfrac{1}{\epsilon_r}}
44C01+1ϵr\dfrac{4C_0}{1+\dfrac{1}{\epsilon_r}}
정답 및 해설
극판과 평행하게(전계 방향으로) 절반을 유전체로 채우면 두 층은 두께가 각각 절반인 커패시터의 직렬 연결로 볼 수 있다. 공기층 C1=2C0C_1=2C_0, 유전체층 C2=2ϵrC0C_2=2\epsilon_rC_0이므로 합성 정전용량은 C=112C0+12ϵrC0=2C01+1ϵrC=\dfrac{1}{\frac{1}{2C_0}+\frac{1}{2\epsilon_rC_0}}=\dfrac{2C_0}{1+\frac{1}{\epsilon_r}}가 되어
문제 8
자유 공간을 진행하는 전자기파의 전계와 자계의 위상차는?
1위상이 같다.
2자계가 π/2빠르다.
3전계가 π빠르다.
4전계가 π/2빠르다.
정답 및 해설
자유공간(진공)을 진행하는 전자기파에서는 전계와 자계가 서로 수직 방향으로 진동하면서 동일한 위상으로 변화한다. 따라서 전계와 자계 사이에 위상차가 없으므로 정답은 위상이 같다이다.
문제 9
유전율이 각각 다른 두 유전체가 서로 경계를 이루며 접해 있다. 다음 중 옳지 않은 것은? (단, 이 경계면에는 진전하분포가 없다고 한다.)
1경계면에서 전계와 전속밀도는 불변이다.
2경계면에서 전계의 접선성분은 연속이다.
3경계면에서 전속밀도의 법선성분은 연속이다.
4경계면에서 전계와 전속밀도는 굴절한다.
정답 및 해설
유전율이 다른 두 유전체의 경계면(진전하가 없는 경우)에서는 전계의 접선성분과 전속밀도의 법선성분만 연속이며, 전계와 전속밀도 자체는 경계면에서 굴절하며 크기가 변한다. 따라서 "전계와 전속밀도는 불변이다"라는 설명은 옳지 않으며
문제 10
반자성체에서 비투자율 μs\mu_{s}는 어느 값을 갖는가?
1μs<1\mu_{s} < 1
2μs=1\mu_{s} = 1
3μs>1\mu_{s} > 1
4μs=0\mu_{s} = 0
정답 및 해설
반자성체는 외부 자계와 반대 방향으로 약하게 자화되는 물질로, 비투자율이 1보다 작은 값(μs<1\mu_s<1)을 갖는다.
문제 11
커패시터를 제조하는 데 4가지(A, B, C, D)의 유전재료가 있다. 커패시터 내의 전계를 일정하게 하였을 때, 단위체적당 가장 큰 에너지 밀도를 나타내는 재료부터 순서대로 나열한 것은? (단, 유전재료 A, B, C, D의 비유전율은 각각 εrA = 8, εrB = 10, εrC = 2, εrD = 4 이다.)
1B ＞ A ＞ D ＞ C
2C ＞ D ＞ A ＞ B
3D ＞ A ＞ C ＞ B
4A ＞ B ＞ D ＞ C
정답 및 해설
전계가 일정할 때 단위체적당 에너지 밀도는 w=12ϵ0ϵrE2w=\dfrac{1}{2}\epsilon_0\epsilon_r E^{2}로 비유전율에 비례한다. 네 재료의 비유전율은 B가 10, A가 8, D가 4, C가 2이므로 에너지 밀도가 큰 순서는 B, A, D, C이며, 정답은 B ＞ A ＞ D ＞ C이다.
문제 12
접지된 구도체와 점전하 사이에 작용하는 힘은?
1항상 흡인력으로 작용한다.
2항상 반발력으로 작용한다.
3조건에 따라 흡인력으로 작용한다.
4조건에 따라 반발력으로 작용한다.
정답 및 해설
접지된 도체구 표면에는 점전하와 항상 반대 부호의 영상전하가 유도되므로, 전하의 크기나 거리 조건에 관계없이 점전하와 접지 도체구 사이에는 항상 흡인력이 작용한다.
문제 13
질량 (m)이 10-10㎏이고, 전하량 (Q)이 10-8C인 전하가 전기장에 의해 가속되어 운동하고 있다. 가속도가 a=102i+102j(m/s2)일 때 전기장의 세기 E(V/m)는?
1E=104i+105j
2E=10-6+10-4j
3E=i+j
4E=i+10j
정답 및 해설
가속도가 주어지면 뉴턴의 운동방정식 F=ma로 힘을 구하고, 전기장은 E=F/Q로 구한다. F=ma=10−10×102(i+j)=10−8(i+j) [N]F=ma=10^{-10}\times10^{2}(i+j)=10^{-8}(i+j)\ [\mathrm{N}]이므로 E=FQ=10−8(i+j)10−8=i+j [V/m]E=\dfrac{F}{Q}=\dfrac{10^{-8}(i+j)}{10^{-8}}=i+j\ [\mathrm{V/m}]가 되어 정답은 E=i+j이다.
문제 14

극판 넓이 100[cm²], 극판 사이 간격 2[mm]인 평행판 콘덴서를 비유전율 4인 유전체로 가득 채웠다. 이 콘덴서가 갖는 정전용량[pF]에 가장 가까운 값은? (단, ϵ0=8.855×10−12\epsilon_0=8.855\times10^{-12}[F/m]로 본다.)

1

44.3

2

88.6

3

177

4

354

정답 및 해설

유전체가 꽉 찬 평행판 콘덴서의 용량은 C=ϵ0ϵsSdC=\dfrac{\epsilon_0\epsilon_sS}{d}로 구한다. S=1×10−2S=1\times10^{-2}[m²], d=2×10−3d=2\times10^{-3}[m]이므로 C=8.855×10−12×4×1×10−22×10−3≈1.77×10−10C=\dfrac{8.855\times10^{-12}\times4\times1\times10^{-2}}{2\times10^{-3}}\approx1.77\times10^{-10}[F], 곧 177[pF]이다. 44.3은 비유전율을 빼고 계산한 값이고, 88.6과 354는 극판 사이 간격을 각각 두 배·절반으로 잘못 본 값이다.

문제 15
평등자계와 직각방향으로 일정한 속도로 발사된 전자의 원운동에 관한 설명으로 옳은 것은?
1플레밍의 오른손법칙에 의한 로렌츠의 힘과 원심력의 평형 원운동이다.
2전자의 원운동 주파수는 전자의 질량에 비례한다.
3전자의 원운동 주기는 전자의 발사 속도와 무관하다.
4원의 반지름은 전자의 발사속도와 전계의 세기의 곱에 반비례한다.
정답 및 해설
전자의 원운동 주기는 T=2πmqBT=\dfrac{2\pi m}{qB}로 질량과 자속밀도에만 의존하고 전자의 발사 속도와는 무관하다. 원운동 주파수는 질량에 반비례하며, 회전 반지름은 발사속도와 자속밀도로 정해지고 전계와는 관계가 없다.
정답은 전자의 원운동 주기는 전자의 발사 속도와 무관하다이다.
문제 16
접지된 무한 평면 도체가 있고, 그로부터 3[m]3[\mathrm{m}] 되는 위치의 공기 중에 6[C]6[\mathrm{C}]의 점전하를 놓았다. 이 점전하에 작용하는 힘의 크기는 몇 [N][\mathrm{N}]인가?
19×1099\times10^{9}
22.25×1092.25\times10^{9}
33.6×10103.6\times10^{10}
44.5×1094.5\times10^{9}
정답 및 해설

접지 평면을 치우고, 평면 건너편 같은 거리에 부호가 뒤집힌 영상 전하 −Q-Q를 놓은 문제로 바꿔 풀 수 있다. 실제 전하와 영상 전하 사이 간격은 2h=6[m]2h=6[\mathrm{m}]다.

따라서 F=14πε0⋅Q2(2h)2=9×109×6262=9×109[N]F=\dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\cdot\dfrac{Q^{2}}{(2h)^{2}}=9\times10^{9}\times\dfrac{6^{2}}{6^{2}}=9\times10^{9}[\mathrm{N}]이고, 방향은 평면 쪽으로 당겨지는 흡인력이다.

독립 역산 — 힘 공식을 쓰지 않고 에너지에서 출발해도 된다. 영상계의 위치에너지는 W=−Q216πε0h=−9×109×364×3=−2.7×1010[J]W=-\dfrac{Q^{2}}{16\pi\varepsilon_0h}=-9\times10^{9}\times\dfrac{36}{4\times3}=-2.7\times10^{10}[\mathrm{J}]이고, 이를 거리로 미분하면 F=−∂W∂h=−Q216πε0h2=−9×109×364×9=−9×109F=-\dfrac{\partial W}{\partial h}=-\dfrac{Q^{2}}{16\pi\varepsilon_0h^{2}}=-9\times10^{9}\times\dfrac{36}{4\times9}=-9\times10^{9}이 되어 크기가 앞의 값과 같고 부호로 흡인임까지 확인된다.

3.6×10¹⁰ 은 간격을 2h2h가 아닌 hh로 본 값, 2.25×10⁹ 은 4h4h로 본 값, 4.5×10⁹ 은 식에 12\frac{1}{2}을 잘못 끼워 넣은 값이다.

문제 17
폐곡면을 지나는 전속과 폐곡면 내부 전하의 관계를 나타내는 법칙은?
1쿨롱의 법칙
2라플라스 법칙
3가우스 법칙
4푸아송의 법칙
정답 및 해설
폐곡면을 지나는 전속(전기력선속)과 그 내부에 있는 전하량의 관계를 나타내는 것은 가우스 법칙이다.
문제 18

비유전율이 4인 매질과 9인 매질이 맞닿아 있고 그 맞닿음면에는 참전하가 놓여 있지 않다. 비유전율 4인 쪽에서 법선과 30∘30^\circ를 이루며 전계가 들어올 때, 건너편 매질에서 전계가 법선과 이루는 각을 θ2\theta_2라 하면 tan⁡θ2\tan\theta_2의 값은?

1

334\dfrac{3\sqrt{3}}{4}

2

32\dfrac{\sqrt{3}}{2}

3

4327\dfrac{4\sqrt{3}}{27}

4

934\dfrac{9\sqrt{3}}{4}

정답 및 해설

맞닿음면에 참전하가 없으면 전계 가운데 면을 따라 흐르는 몫, 전속밀도 가운데 면을 꿰뚫는 몫이 각각 이어지므로 굴절 관계 tan⁡θ1tan⁡θ2=ϵ1ϵ2\dfrac{\tan\theta_1}{\tan\theta_2}=\dfrac{\epsilon_1}{\epsilon_2}를 얻는다. 값을 넣으면 tan⁡θ2=tan⁡30∘×94=13×94\tan\theta_2=\tan 30^\circ\times\dfrac{9}{4}=\dfrac{1}{\sqrt{3}}\times\dfrac{9}{4}이므로 334\dfrac{3\sqrt{3}}{4}가 답이다. 4327\dfrac{4\sqrt{3}}{27}은 두 매질의 비를 거꾸로 곱한 값, 934\dfrac{9\sqrt{3}}{4}는 탄젠트 자리에 코탄젠트를 넣은 값, 32\dfrac{\sqrt{3}}{2}는 비에 근호를 씌워 버린 값이다.

문제 19
외부에서 자계를 걸었을 때 자화의 세기 JJ가 자계 HH와 같은 방향으로 약하게 생기는 매질이 있다. 이 매질의 자화율 χ\chi와 비투자율 μs\mu_s의 범위로 옳은 것은?
1χ<0, μs<1\chi<0,\ \mu_s<1
2χ=0, μs=1\chi=0,\ \mu_s=1
3χ>0, μs>1\chi>0,\ \mu_s>1
4χ>0, μs<1\chi>0,\ \mu_s<1
정답 및 해설

자화의 세기는 J=χHJ=\chi H로 쓰므로 JJ와 HH의 방향이 일치한다는 조건은 곧 χ\chi가 양수라는 뜻이 된다. 여기에 μs=1+χ\mu_s=1+\chi를 대입하면 μs\mu_s도 자동으로 1을 넘는다.

따라서 χ>0, μs>1\chi>0,\ \mu_s>1이 정답이다. 자화가 자계와 반대로 생기면 χ<0, μs<1\chi<0,\ \mu_s<1인 반자성체, 자화가 전혀 생기지 않으면 χ=0, μs=1\chi=0,\ \mu_s=1이며, χ>0\chi>0이면서 μs<1\mu_s<1인 조합은 두 식이 모순이라 존재할 수 없다.

문제 20

전기설비의 금속제 외함을 대지에 접속하여 대지를 기준전위로 삼는 물리적 근거로 가장 알맞은 것은?

1

대지의 도전율이 금속에 가까울 만큼 커서 접지저항이 00이 되기 때문이다.

2

대지는 정전용량이 대단히 커서 전하가 드나들어도 전위 변동이 거의 없기 때문이다.

3

대지에 생기는 영상전하가 도체가 가진 전하를 완전히 상쇄해 주기 때문이다.

4

국제 규약으로 대지의 전위를 0[V]로 정해 두었기 때문이다.

정답 및 해설

대지는 크기가 사실상 무한하여 정전용량이 대단히 크므로, 접지선을 통해 어느 정도의 전하가 오가더라도 그 전위는 거의 움직이지 않는다. 이 성질 덕분에 대지를 전위가 변하지 않는 기준(영)전위로 삼아 설비 외함을 접속한다. 대지의 도전율은 금속보다 훨씬 낮아 접지저항이 00이 될 수 없고, 영상전하는 접지 도체 주변의 전계를 푸는 해석 기법일 뿐이며, 대지 전위를 00으로 두는 것도 협약이 아니라 이 물리적 성질에서 비롯된 약속이다.

문제 21
정전용량 0.01 μF/km, 길이 173.2 km, 선간전압 60 kV, 주파수 60 Hz인 3상 송전선로의 충전전류는 약 몇 A 인가?
112.5
237.2
36.3
422.6
정답 및 해설
3상 송전선의 충전전류는 Ic=ωCV3I_c=\omega C\dfrac{V}{\sqrt3}로 구한다. C=0.01×173.2=1.732[μF]C=0.01\times173.2=1.732[\mu\mathrm{F}], ω=2π×60\omega=2\pi\times60, V=60[kV]V=60[\mathrm{kV}]를 대입하면 Ic=2π×60×1.732×10−6×600003≈22.6[A]I_c=2\pi\times60\times1.732\times10^{-6}\times\dfrac{60000}{\sqrt3}\approx22.6[\mathrm{A}]가 되어 정답은 22.6이다.
문제 22
최소 동작전류값 이상이면 일정한 시간에 동작하는 한시 특성을 갖는 계전기는?
1정한시 계전기
2반한시성 정한시 계전기
3반한시 계전기
4순한시 계전기
정답 및 해설
정한시 계전기는 동작전류가 정정값 이상이 되면 전류 크기와 관계없이 항상 일정한 시간이 지난 후에 동작하는 특성을 가진다. 따라서 정답은 정한시 계전기이다.
문제 23

수차의 무구속 속도(runaway speed)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

1

조속기가 듣지 않는 사이에 부하를 잃으면 회전자가 스스로 올라가 닿는 최고 회전수이다.

2

정격 회전수보다 낮은 값이어서 회전부에 걸리는 원심력이 오히려 줄어든다.

3

유효낙차와 개도를 고정해 둔 조건을 전제로 정의하는 값이다.

4

수차와 발전기 회전부의 기계적 강도를 정하는 설계 기준으로 쓰인다.

정답 및 해설

부하가 떨어져 나가도 물은 그대로 들어오는데 조속기가 잠겨 있으면 제동할 것이 없어 회전수가 치솟는다. 이 값은 정격보다 낮기는커녕 수차 형식에 따라 정격의 두 배 안팎까지 올라가므로, 원심력이 줄어든다고 한 ②가 틀린 설명이다. 낙차와 개도를 묶어 둔 조건에서 정의한다는 점, 회전부 강도 설계의 기준으로 쓰인다는 점은 모두 맞다.

문제 24
송전선로에 복도체를 사용하는 가장 큰 이유는?
1코로나 발생을 방지하고 인덕턴스를 감소시키기 위함이다.
2선로의 진동을 방지하기 위함이다.
3철탑에 걸리는 하중을 평형시키기 위함이다.
4선로를 뇌격으로부터 보호하기 위함이다.
정답 및 해설
복도체는 등가반지름을 크게 하여 전선 표면의 전위경도를 낮춤으로써 코로나 발생을 억제하고, 동시에 선로의 인덕턴스를 줄이고 정전용량을 늘려 송전용량을 높이는 효과가 있다. 정답은 코로나 발생을 방지하고 인덕턴스를 감소시키기 위함이다이다.
문제 25
송전 계통의 한 부분이 그림과 같이 3상 변압기로 1차측은 △로, 2차측은 Y로 중성점이 접지되어 있을 경우, 1차측에 흐르는 영상전류는?
1차측2차측
11차측 선로에서 반드시 0이다.
21차측 변압기 내부와 1차측 선로에서 반드시 0이다.
31차측 선로에서 ∞이다.
41차측 변압기 내부에서는 반드시 0이다.
정답 및 해설
1차가 △, 2차가 Y로 접지된 변압기에서 2차측에 1선지락 등으로 영상전류가 흐르면, 이 영상전류는 1차 △권선 내부를 순환할 뿐 1차측 선로(외부 계통)로는 유출되지 않는다. 즉 △권선이 영상전류의 폐회로를 형성해 상쇄시키는 역할을 하므로, 1차측 선로에서는 영상전류가 반드시 0이 된다. 따라서 정답은 1차측 선로에서 반드시 0이다이다.
문제 26
송전단 전압을 VsV_s, 수전단 전압을 VrV_r, 선로의 리액턴스를 XX라 할 때, 정상 상태에서 최대 송전전력이 발생하는 부하각은 몇 [°]인가?
190°
245°
360°
430°
정답 및 해설
송전전력은 P=VsVrXsin⁡δP=\dfrac{V_sV_r}{X}\sin\delta로 나타나므로, sin⁡δ=1\sin\delta=1이 되는 δ=90∘\delta=90^\circ에서 최댓값을 가진다. 따라서 정답은 90°이다.
문제 27
33kV 이하의 단거리 송배전선로에 적용되는 비접지 방식에서 지락전류는 다음 중 어느 것을 말하는가?
1충전전류
2단락전류
3누설전류
4뒤진전류
정답 및 해설
33[kV] 이하 단거리 비접지 배전선로에서 1선 지락 시 흐르는 지락전류는 건전상의 대지정전용량을 통해 흐르는 충전전류이다. 따라서 정답은 충전전류이다.
문제 28
전력용 콘덴서에 비해 동기조상기의 이점으로 옳은 것은?
1진상전류 이외에 지상전류를 취할 수 있다.
2전력손실이 적다.
3유지보수가 쉽다.
4소음이 적다.
정답 및 해설
동기조상기는 여자전류를 조정하여 진상·지상 전류를 모두 연속적으로 공급할 수 있는 반면, 전력용 콘덴서는 진상전류만 공급할 수 있다. 따라서 동기조상기의 이점은 ① 진상전류 이외에 지상전류를 취할 수 있다는 점이다.
문제 29

수력발전소에서 쓰는 여러 속도 개념 가운데, 무구속 속도(runaway speed)를 바르게 설명한 것은?

1

조속기를 잠근 채 전부하로 돌던 수차에서 부하가 갑자기 사라졌을 때 회전자가 다다르는 최대 회전수

2

낙차 1[m]에서 출력 1[kW]를 내도록 축소한 상사 수차가 갖게 되는 회전수

3

발전기의 극수와 계통 주파수만으로 정해지는 회전자계의 회전수

4

수차 효율이 가장 높아지는 지점에 맞춰 정해 둔 상시 운전 회전수

정답 및 해설

조속기가 잠긴 채 부하가 갑자기 떨어져 나가면 유입 수량은 그대로인데 제동 토크만 없어져 회전수가 치솟는다. 이때 다다르는 최대 회전수를 무구속 속도라 하며, 수차와 발전기의 기계적 강도를 정하는 기준이 된다. 낙차 1[m]·출력 1[kW]로 환산한 회전수는 특유 속도, 극수와 주파수로 정해지는 값은 동기 속도, 효율이 최대인 지점에 맞춘 값은 정격 속도로 서로 다른 개념이다.

문제 30
그림과 같은 전력계통의 154[kV] 송전선로에서 고장 지락 임피던스 ZgfZ_{gf}를 통해서 1선 지락고장이 발생되었을 때 고장점에서 본 영상 %임피던스는? 단, 그림에 표시한 임피던스는 모두 동일용량, 100[MVA] 기준으로 환산한 %임피던스임
1Z0=Zl+Zt+3ZgfZ_0 = Z_l + Z_t + 3Z_{gf}
2Z0=Zl+Zt+Zgf+ZG+ZGNZ_0 = Z_l + Z_t + Z_{gf} + Z_G + Z_{GN}
3Z0=Zl+Zt+ZGZ_0 = Z_l + Z_t + Z_G
4Z0=Zl+Zt+ZgfZ_0 = Z_l + Z_t + Z_{gf}
정답 및 해설
1선 지락고장의 대칭좌표법 해석에서 고장점의 지락임피던스 ZgfZ_{gf}는 영상회로에 3배로 나타난다. 따라서 고장점에서 본 영상 임피던스는 선로 임피던스와 변압기 임피던스에 3Zgf3Z_{gf}를 더한 값이며, 정답은 Z0=Zl+Zt+3ZgfZ_0 = Z_l + Z_t + 3Z_{gf}이다.
문제 31
3상용 차단기의 정격전압은 170kV이고 정격차단전류가 50kA일 때 차단기의 정격차단용량은 약 몇 MVA인가?
115000
220000
35000
410000
정답 및 해설
3상 차단기의 정격차단용량은 Ps=3 VnIsP_s=\sqrt3\,V_nI_s로 구한다. 정격전압 170[kV], 정격차단전류 50[kA]를 대입하면 Ps=3×170×50≈14722[MVA]P_s=\sqrt3\times170\times50\approx14722[\mathrm{MVA}]로 약 15000[MVA]에 해당하여 정답은 15000이다.
문제 32
차단기에서 고속도 재폐로의 목적은?
1안정도 향상
2고장전류 억제
3발전기 보호
4변압기 보호
정답 및 해설
차단기의 고속도 재폐로는 고장 제거 후 계통을 신속히 재투입하여 발전기 간 동기 이탈을 방지함으로써 계통의 안정도를 향상시키기 위한 것이다. 따라서 정답은 안정도 향상이다.
문제 33
전력계통에서 내부 이상전압의 크기가 가장 큰 경우는?
1무부하 선로 충전전류 차단시
2송전선로의 부하 차단기 투입시
3수차발전기의 부하 차단시
4유도성 소전류 차단시
정답 및 해설
전력계통의 개폐서지 중에서는 무부하 송전선로의 충전전류를 차단할 때 재점호 등으로 인해 가장 큰 내부 이상전압이 발생한다. 따라서 정답은 무부하 선로 충전전류 차단시이다.
문제 34
케이블의 전력 손실과 관계가 없는 것은?
1철손
2도체의 저항손
3시스손
4유전체손
정답 및 해설
케이블은 철심을 사용하지 않으므로 철손이 발생하지 않으며, 케이블의 전력손실은 도체의 저항손, 유전체손, 시스(연피)손 등으로 구성된다. 정답은 철손이다.
문제 35
화력발전소에서 절탄기의 용도는?
1보일러에 공급되는 급수를 예열한다.
2연소용 공기를 예열한다.
3포화증기를 과열한다.
4석탄을 건조한다.
정답 및 해설
절탄기(economizer)는 보일러 배기가스의 열을 회수하여 보일러에 공급되는 급수를 예열함으로써 열효율을 높이는 장치이다. 연소용 공기를 예열하는 것은 공기예열기, 포화증기를 과열하는 것은 과열기의 역할이므로 절탄기의 용도와는 다르다. 따라서 정답은 보일러에 공급되는 급수를 예열한다이다.
문제 36
원자로의 제어재가 구비하여야 할 조건으로 옳지 않은 것은?
1중성자의 흡수 단면적이 적어야 한다.
2내식성이 크고, 기계적 가공이 쉬워야 한다.
3높은 중성자속에서 장시간 그 효과를 간직하여야 한다.
4열과 방사선에 안정적이어야 한다.
정답 및 해설
원자로의 제어재는 반응도를 조절하기 위해 중성자를 흡수해야 하므로 중성자 흡수 단면적이 커야 하며, 이 외에 내식성·가공성과 열·방사선에 대한 안정성도 갖추어야 한다. 따라서 옳지 않은 것은 ① "중성자의 흡수 단면적이 적어야 한다"이다.
문제 37
최근에 우리나라에서 많이 채용되고 있는 가스절연개폐설비(GIS)의 특징으로 틀린 것은?
1한랭지, 산악 지방에서도 액화 방지 및 산화 방지 대책이 필요 없다.
2소음이 적고 충전부가 완전한 밀폐형으로 되어 있기 때문에 안정성이 높다.
3대기 절연을 이용한 것에 비해 현저하게 소형화 할 수 있으나 비교적 고가이다.
4가스 압력에 대한 엄중 감시가 필요하며 내부 점검 및 부품 교환이 번거롭다.
정답 및 해설
가스절연개폐설비(GIS)는 절연매체로 SF6 가스를 사용하는데, 한랭지·산악지방 등 저온 환경에서는 가스의 액화를 방지하기 위한 대책(가스압 관리, 히터 설치 등)이 필요하다. 따라서 '액화 방지 및 산화 방지 대책이 필요 없다'는 ①의 설명이 틀렸다. 소음이 적고 안전성이 높다는 점(②), 소형화되나 고가라는 점(③), 가스압 감시와 번거로운 유지보수(④)는 GIS의 옳은 특징이다.
문제 38
교류 송전 방식과 비교하여 직류 송전 방식의 설명이 아닌 것은?
1고전압, 대전류의 차단이 용이하다.
2안정도의 한계가 없으므로 송전용량을 높일 수 있다.
3전압 변동률이 양호하고 무효전력에 기인하는 전력 손실이 생기지 않는다.
4전력 변환기에서 고조파가 발생한다.
정답 및 해설
직류는 전류의 자연 영점(zero crossing)이 없어 오히려 고전압·대전류의 차단이 교류보다 어렵고 고가의 차단설비가 필요하다. 따라서 '고전압, 대전류의 차단이 용이하다'는 설명은 직류 송전방식의 특징이 아니므로 정답이다.
문제 39
다중접지 3상 4선식 배전선로에서 고압측(1차측)의 중성선 겸용 보호도체(PEN)와 저압측(2차측) 중성선의 보호도체를 전기적으로 연결하는 목적은 무엇인가?
1고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위하여
2저압측 접지사고 검출을 위하여
3저압측 단락사고 검출을 위하여
4고압측 접지사고 검출을 위하여
정답 및 해설
고압측의 중성선 겸용 보호도체(PEN)와 저압측 중성선을 전기적으로 연결하는 것은 고저압 혼촉사고 시 저압측에 침입하는 상승전압을 대지로 분산시켜 억제하기 위함이다. 따라서 정답은 고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위하여이다.
문제 40
중성점 접지방식에서 직접접지방식에 대한 설명으로 틀린 것은?
1과도안정도가 대단히 높다.
2변압기의 저감 절연이 가능하다.
3보호계전기의 동작이 확실하여 신뢰도가 높다.
4단선 고장시의 이상전압이 최저이다.
정답 및 해설
정답은 과도안정도가 대단히 높다이며, 이 설명이 틀렸다. 직접접지방식은 지락사고 시 매우 큰 지락전류가 흘러 계통에 충격을 주므로 오히려 과도안정도가 나쁘다는 것이 단점이고, 저감절연이 가능하고 보호계전기 동작이 확실한 것은 실제 장점이 맞다.
문제 41
단상 전파정류회로에서 정류효율은 얼마인가?
1π24×100[%]\dfrac{\pi ^{2}}{4} \times 100 [\%]
28π2×100[%]\dfrac{8}{\pi ^{2}} \times 100 [\%]
34π2×100[%]\dfrac{4}{\pi ^{2}} \times 100 [\%]
4π28×100[%]\dfrac{\pi ^{2}}{8} \times 100 [\%]
정답 및 해설
단상 반파정류회로의 정류효율은 4π2×100[%]\dfrac{4}{\pi^2}\times100[\%](약 40.6%)이고, 단상 전파정류회로는 그 두 배 수준인 8π2×100[%]\dfrac{8}{\pi^2}\times100[\%](약 81.2%)이다.
문제 42
회전 계자형 동기 발전기에 대한 설명으로 틀린 것은?
1계자회로는 직류의 저압회로이며 소요 전력도 적다.
2전기자 권선은 전압이 높고 결선이 복잡하다.
3대용량의 경우에도 전류는 작다.
4계자극은 기계적으로 튼튼하게 만들기 쉽다.
정답 및 해설
회전계자형 동기발전기는 계자회로가 저압·소전력의 직류회로이고 전기자(고정자) 권선이 고전압을 다루므로 결선이 복잡해지지만, 대용량기일수록 전기자에는 큰 전류가 흐르게 된다. 따라서 대용량인 경우에도 전류가 작다는 설명은 틀린 것이며, 정답은 대용량의 경우에도 전류는 작다이다.
문제 43
반작용전동기(reaction motor)에 대한 설명으로 틀린 것은?
1뒤진 전류가 흐를 때는 직류여자가 없어도 계자가 여자되므로 계자권선을 두지 않는다.
23상 교류를 가하면 전기자 전류의 무효분이 계자자속을 만들고, 이 자속과 전류의 유효분 사이에 토크가 발생한다.
3직류여자가 필요하며, 철극성 때문에 동기속도 이하로 회전한다
4여자를 약하게 하면 뒤진 전류가 흐르며, 전기자 반작용은 계자를 강화하는 방향으로 작용한다
정답 및 해설
반작용전동기는 철극형 회전자의 돌극성(리액턴스 차)을 이용해 토크를 발생시키는 전동기로 별도의 직류여자가 필요 없으며 동기속도로 회전한다. 따라서 '직류여자가 필요하며, 철극성 때문에 동기속도 이하로 회전한다'는 설명은 틀렸으며
문제 44
동기전동기에 대한 설명으로 옳은 것은?
1기동토크가 크다.
2난조가 일어나지 않는다.
3역률을 조정할 수 있다.
4여자기가 필요 없다.
정답 및 해설
동기전동기는 계자전류(여자)를 조정해 진상, 지상 역률을 자유롭게 조정할 수 있다는 장점이 있으나, 기동토크가 작아 별도의 기동장치가 필요하고 부하 급변 시 난조가 발생할 수 있으며 여자기가 반드시 필요하다. 정답은 역률을 조정할 수 있다이다.
문제 45
50[Hz]50\rm[Hz]용으로 설계된 33상 유도전동기를 60[Hz]60\rm[Hz]에서 사용하면서 단자전압을 110[%]110[\%]로 높이면, 최대토크는 어떻게 되는가?
11.21.2배로 증가한다.
20.80.8배로 감소한다.
3거의 변하지 않는다.
422배로 증가한다.
정답 및 해설
유도전동기의 최대토크는 Tmax∝V2fT_{max}\propto\dfrac{V^2}f에 비례한다. 주파수가 60/50=1.260/50=1.2배, 전압이 1.11.1배가 되면 변화 비율은 1.121.2=1.211.2≈1.008\dfrac{1.1^2}{1.2}=\dfrac{1.21}{1.2}\approx1.008로 거의 1에 가깝다. 따라서 정답은 거의 변하지 않는다이다.
문제 46
분권 직류전동기에서 부하의 변동이 심할 때, 광범위하고 안정되게 속도를 제어하는 가장 적당한 방식은?
1계자제어 방식
2저항제어 방식
3일그너 방식
4워드 레오너드 방식
정답 및 해설
워드 레오너드 방식과 일그너 방식은 모두 광범위한 속도제어가 가능하지만, 일그너 방식은 플라이휠(관성체)을 이용해 부하가 급변할 때 전동기와 전원을 보호하며 안정된 속도제어를 하므로 부하변동이 심한 경우에 특히 적합하다. 따라서 정답은 일그너 방식이다.
문제 47
동기 리액턴스 Xs=10[Ω], 전기자 저항ra=0.1[Ω] 인 Y결선 3상 동기발전기가 있다. 1상의 단자전압은 V=4000V 이고 유기 기전력 E=6400V 이다. 부하각 δ=30° 라고 하면 발전기의 3상 출력[kW]은 약 얼마인가?
12830
21250
33840
44650
정답 및 해설
정답은 3840[kW] 이다. 동기발전기의 3상 출력은 전기자저항을 무시하면 P=3×EVXssin⁡δP=3\times \frac{EV}{X_s}\sin \delta 로 구해진다. 값을 대입하면 P=3×6400×400010×sin⁡30∘=3×2,560,000×0.5=3,840,000P=3\times \frac{6400\times 4000}{10}\times \sin 30^{\circ }=3\times 2,560,000\times 0.5=3,840,000[W]로 약 3840[kW]가 된다.
문제 48
동기발전기 A와 B가 병렬로 운전되고 있다. 주파수와 두 기의 유효출력 분담은 그대로 둔 채 B 발전기 쪽 역률만 끌어올리려 한다. 알맞은 조치는?
1A 발전기의 계자전류를 키운다.
2B 발전기의 계자전류를 키운다.
3A 발전기의 원동기 출력을 높인다.
4B 발전기의 원동기 출력을 높인다.
정답 및 해설
병렬로 물려 있는 두 발전기에서 계자전류는 무효분 분담을, 원동기 쪽 출력은 유효분과 주파수를 좌우한다. 따라서 주파수를 그대로 두려면 원동기가 아니라 계자 쪽을 만져야 한다.
A 발전기의 계자전류를 키우면 A의 유기기전력이 커져 A가 지상 무효분을 더 떠안게 되고, 계통이 요구하는 무효분 총량은 변하지 않으므로 B가 내보내던 무효분은 줄어든다. 그만큼 B의 전류가 유효분에 가까워져 B 쪽 역률이 높아진다. 반대로 B의 계자전류를 키우면 B가 무효분을 더 부담해 역률이 오히려 나빠진다.
문제 49
정격부하에서 역률 0.8(뒤짐)로 운전될 때, 전압 변동률이 12%인 변압기가 있다. 이 변압기에 역률 100%의 정격 부하를 걸고 운전할 때의 전압 변동률은 약 몇 %인가? (단, %저항강하는 %리액턴스강하의 1/12이라고 한다.)
16.85
20.909
31.5
416.18
정답 및 해설
변압기의 전압변동률은 ε=pcos⁡θ+qsin⁡θ\varepsilon =p\cos\theta +q\sin\theta이며 p=q12p=\dfrac{q}{12}이므로 12=q12×0.8+q×0.612=\dfrac{q}{12}\times 0.8+q\times 0.6에서 q=18q=18[%], p=1.5p=1.5[%]이다. 역률 100[%]에서는 ε′=p=1.5\varepsilon '=p=1.5[%]이므로 정답은 1.5이다.
문제 50
직류발전기에서 전기자 반작용을 줄이고 정류를 양호하게 하려면 어떻게 하여야 하는가?
1브러시 위치를 이동시키고 주기를 크게 한다
2보상권선을 설치하여 리액턴스 전압을 크게 할것
3보극과 보상권선을 설치한다
4리액턴스 전압을 크게 한다
정답 및 해설
정답은 보극과 보상권선을 설치한다이다. 보극은 전기자 반작용에 의한 전압강하를 상쇄하고 보상권선은 전기자 반작용 자체를 상쇄해 정류를 개선하는 실질적 대책이며, 리액턴스 전압은 오히려 작게 하는 것이 정류에 유리하다.
문제 51
유도전동기에서 고조파 발생을 억제하는 방법으로 적합하지 않은 것은?
1전기자 권선을 단절권으로 감는다.
2전기자 권선을 성형(Y)결선으로 구성한다.
3전기자 반작용을 증가시킨다.
4전기자 슬롯을 스큐슬롯으로 설치한다.
정답 및 해설
고조파 발생을 억제하려면 단절권 채용, Y결선 구성, 스큐슬롯 적용 등으로 기전력 파형을 정현파에 가깝게 만들어야 한다. 전기자 반작용을 증가시키는 것은 오히려 자속 분포를 왜곡시켜 고조파를 늘리는 방향이므로 억제책이 될 수 없다. 따라서 적합하지 않은 것은 ③ 전기자 반작용을 증가시킨다이다.
문제 52
3상 동기발전기의 전기자권선을 2중 성형결선으로 하였을 때, 발전기의 용량[VA]은?
123EI2\sqrt{3}EI
23EI3EI
36EI6EI
43EI\sqrt{3}EI
정답 및 해설
정답은 6EI6EI이다. 2중 성형(2중 Y)결선은 한 상마다 두 권선이 병렬로 연결되므로 선전류는 2I2I가 되고 선간전압은 3E\sqrt{3}E가 되어, 발전기 용량은 3E×2I×3=6EI\sqrt{3}E\times2I\times\sqrt{3}=6EI로 구해진다.
문제 53
3상 유도전동기의 기동법으로 사용되지 않는 것은?
1Y-Δ기동법
2극수 변환 기동법
3기동 보상기법
42차 저항에 의한 기동법
정답 및 해설
3상 유도전동기의 기동법에는 Y-Δ기동법, 기동보상기법, 2차 저항에 의한 기동법(권선형) 등이 있으며, 극수 변환법은 기동법이 아니라 속도제어법이다. 따라서 정답은 극수 변환 기동법이다.
문제 54

60[Hz]에서 정격속도가 900[rpm]인 동기전동기를 축에 직결된 유도전동기로 돌려서 기동시키려 한다. 이때 유도전동기의 극수로 알맞은 것은?

1

4극

2

6극

3

8극

4

10극

정답 및 해설

동기전동기 쪽 극수는 p=120fNs=120×60900=8p=\dfrac{120f}{N_s}=\dfrac{120\times60}{900}=8극이다. 기동을 맡는 쪽은 슬립만큼 뒤처져 돌기 때문에 제 회전자계 속도까지는 이르지 못하므로, 목표보다 한 단계 빠른 자계를 만들어야 한다. 극을 둘 줄인 6극이면 자계 속도가 1200[rpm]이라 슬립을 감안해도 900[rpm]을 넘겨 끌어올릴 수 있다. 8극은 속도가 같아 도달이 어렵고, 10극은 720[rpm]으로 모자라며, 4극은 1800[rpm]이라 인입에 불리하다.

문제 55
전기철도에 가장 적합한 직류 전동기는?
1복권 전동기
2직권 전동기
3자여자 분권 전동기
4분권 전동기
정답 및 해설
직권전동기는 부하 전류가 증가할수록 자속도 함께 증가해 기동토크가 크고, 경부하 시에는 고속으로 회전하는 특성이 있어 큰 기동토크와 가변속 운전이 필요한 전기철도용 전동기에 적합하다. 따라서 정답은 직권 전동기이다.
문제 56
3상 배전선에 접속된 V결선의 변압기에서 전부하시의 출력을 100[kVA]라 하며 같은 용량의 변압기 한대를 증설하여 △ 결선 하였을 때의 정격출력은 몇 [kVA]인가?
150√3
2100√3
3100
450
정답 및 해설
V결선 변압기 2대의 출력은 변압기 1대의 용량을 PP라 하면 3P=100[kVA]\sqrt{3}P=100[kVA]이므로 P=1003[kVA]P=\dfrac{100}{\sqrt3}[kVA]이다. 같은 용량 1대를 더해 3대로 Δ\Delta결선하면 출력은 3P=3×1003=1003[kVA]3P=3\times\dfrac{100}{\sqrt3}=100\sqrt3[kVA]가 되어 정답은 100√3이다.
문제 57
서보 전동기로 사용되는 전동기와 제어 방식의 종류가 아닌 것은?
1유도기의 전압 제어
2릴럭턴스기의 전압 제어
3동기 기기의 주파수 제어
4직류기의 전압 제어
정답 및 해설
정답은 릴럭턴스기의 전압 제어 이다. 서보전동기로는 직류기의 전압 제어, 유도기의 전압 제어, 동기기의 주파수 제어가 실제로 쓰이지만, 릴럭턴스형 전동기는 동기속도로 회전하는 특성상 속도 제어에 전압 제어가 아니라 주파수 제어 방식이 사용되므로 이 조합은 옳지 않다.
문제 58
사이리스터를 이용한 교류전압 크기 제어방식은?
1정지 레오나드 방식
2위상제어 방식
3초퍼 방식
4TRC 방식
정답 및 해설
사이리스터의 점호각(위상각)을 조정하여 교류 전압의 실효값 크기를 연속적으로 제어하는 방식을 위상제어 방식이라 한다.
문제 59
변압기 등가회로를 구성하는 데 필요한 시험이 아닌 것은?
1무부하시험
2권수비시험
3권선저항 측정
4단락시험
정답 및 해설
변압기 등가회로는 무부하시험(여자어드미턴스), 단락시험(임피던스), 권선저항 측정으로 구성되며, 권수비시험은 권수비 확인용으로 등가회로 정수 산정에는 직접 필요하지 않다. 따라서 정답은 권수비시험이다.
문제 60
동기전동기의 용도로 적절하지 않은 것은?
1압연기
2크레인
3분쇄기
4송풍기
정답 및 해설
정답은 크레인이다. 동기전동기는 회전속도가 일정한 정속도 부하인 압연기, 분쇄기, 송풍기 등에 적합하며, 기동토크가 크고 부하변동이 심한 크레인과 같은 용도에는 적합하지 않다.
문제 61
특성방정식이 s3+2s2+3s+K=0s^{3}+2s^{2}+3s+K=0인 제어계가 안정하기 위한 K의 범위는?
166
200
3K>6K>6
4K<6K<6
정답 및 해설
라우스 표를 작성하면 s1s^1행의 조건에서 2×3−1×K2>0\dfrac{2\times3-1\times K}{2}>0, 즉 K<6K<6이 되어야 하고, s0s^0행에서 K>0K>0이어야 한다. 두 조건을 모두 만족해야 안정하므로 정답은 00
문제 62
그림의 블록선도로 표현된 제어시스템에서 단위램프입력에 대한 정상상태오차(정상편차)가 0.01이다. 이 제어시스템의 제어요소 GC1(s)G_{C1}(s)의 k는?
R(s)+−GC1(s)GC2(s)GP(s)C(s)
GC1(s)=K,GC2(s)=1+0.15s1+0.25sG_{C1}(s)=K, G_{C2}(s)=\frac{1+0.15s}{1+0.25s} GP(s)=200s(s+1)(s+2)G_P(s)=\frac{200}{s(s+1)(s+2)}
1100
20.1
31
410
정답 및 해설
정답은 1이다. 단위 램프입력의 정상편차는 ess=1Kve_{ss}=\frac{1}{K_v}이고, Kv=lim⁡s→0sG(s)=lim⁡s→0s⋅K⋅1+0.15s1+0.25s⋅200s(s+1)(s+2)=100KK_v=\lim_{s\to0}sG(s)=\lim_{s\to0}s\cdot K\cdot\frac{1+0.15s}{1+0.25s}\cdot\frac{200}{s(s+1)(s+2)}=100K이다. ess=1100K=0.01e_{ss}=\frac{1}{100K}=0.01로 두면 K=1K=1이 된다.
문제 63
어떤 선형 시스템이 아래 상태방정식으로 기술될 때, eAte^{At} 로 정의되는 천이행렬을 구하면?
[ddtx1ddtx2]=[01−2−3][x1x2]\begin{bmatrix}\frac{d}{dt}x_{1}\\ \frac{d}{dt}x_{2}\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}0&1\\-2&-3\end{bmatrix}\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}\end{bmatrix}
1[2e−t−e−2t−2e−t+2e−2te−t−e−2t−e−t+2e−2t]\begin{bmatrix}2e^{-t}-e^{-2t}&-2e^{-t}+2e^{-2t}\\e^{-t}-e^{-2t}&-e^{-t}+2e^{-2t}\end{bmatrix}
2[2e−t−e−3te−t−e−3t−2e−t+2e−3t−e−t+2e−3t]\begin{bmatrix}2e^{-t}-e^{-3t}&e^{-t}-e^{-3t}\\-2e^{-t}+2e^{-3t}&-e^{-t}+2e^{-3t}\end{bmatrix}
3[2e−t−e−2te−t−e−2t−2e−t+2e−2t−e−t+2e−2t]\begin{bmatrix}2e^{-t}-e^{-2t}&e^{-t}-e^{-2t}\\-2e^{-t}+2e^{-2t}&-e^{-t}+2e^{-2t}\end{bmatrix}
4[e−t−e−2t2e−t−e−2t−e−t+2e−2t−2e−t+2e−2t]\begin{bmatrix}e^{-t}-e^{-2t}&2e^{-t}-e^{-2t}\\-e^{-t}+2e^{-2t}&-2e^{-t}+2e^{-2t}\end{bmatrix}
정답 및 해설
천이행렬은 ϕ(t)=eAt=L−1[(sI−A)−1]\phi(t)=e^{At}=\mathcal{L}^{-1}\left[(sI-A)^{-1}\right] 로 얻는다. A=[01−2−3]A=\begin{bmatrix}0&1\\-2&-3\end{bmatrix} 이므로 sI−A=[s−12s+3]sI-A=\begin{bmatrix}s&-1\\2&s+3\end{bmatrix}, ∣sI−A∣=s2+3s+2=(s+1)(s+2)|sI-A|=s^{2}+3s+2=(s+1)(s+2), (sI−A)−1=1(s+1)(s+2)[s+31−2s](sI-A)^{-1}=\dfrac{1}{(s+1)(s+2)}\begin{bmatrix}s+3&1\\-2&s\end{bmatrix} 이다. 네 성분을 부분분수로 분해하면 s+3(s+1)(s+2)=2s+1−1s+2\dfrac{s+3}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{2}{s+1}-\dfrac{1}{s+2}, 1(s+1)(s+2)=1s+1−1s+2\dfrac{1}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{1}{s+1}-\dfrac{1}{s+2}, −2(s+1)(s+2)=−2s+1+2s+2\dfrac{-2}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{-2}{s+1}+\dfrac{2}{s+2}, s(s+1)(s+2)=−1s+1+2s+2\dfrac{s}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{-1}{s+1}+\dfrac{2}{s+2} 가 되고, 역라플라스 변환을 취하면 ϕ(t)=[2e−t−e−2te−t−e−2t−2e−t+2e−2t−e−t+2e−2t]\phi(t)=\begin{bmatrix}2e^{-t}-e^{-2t}&e^{-t}-e^{-2t}\\-2e^{-t}+2e^{-2t}&-e^{-t}+2e^{-2t}\end{bmatrix} 이다.
역산으로 확인하면 ϕ(0)=I\phi(0)=I 이고 dϕdt∣t=0=[01−2−3]=A\left.\dfrac{d\phi}{dt}\right|_{t=0}=\begin{bmatrix}0&1\\-2&-3\end{bmatrix}=A 로 두 조건을 모두 만족한다. 특성근이 s=−1, −2s=-1,\,-2 이므로 e−3te^{-3t} 가 섞인 식은 나올 수 없고, 비대각 성분을 맞바꾼 식은 t=0t=0 에서 미분값이 AA 와 달라 답이 아니다.
문제 64
그림과 같은 회로는 어떤 논리회로 인가?
입력ABRBRC+5V출력
1NOR 회로
2OR 회로
3NAND 회로
4AND 회로
정답 및 해설
그림은 두 입력 A, B가 다이오드를 통해 결합되어 논리곱(AND) 동작을 수행한 뒤, 그 결과가 트랜지스터에 의해 반전(NOT)되어 출력되는 전형적인 DTL(다이오드-트랜지스터 논리) 구조이다. 다이오드단의 AND와 트랜지스터단의 반전이 결합되어 NAND 논리가 구현된다. 정답은 NAND 회로이다.
문제 65
일정 입력에 대해 잔류 편차가 있는 제어계는?
1적분 제어계
2비례 적분 미분 제어계
3비례 제어계
4비례 적분 제어계
정답 및 해설
비례(P) 제어 동작만으로는 일정 입력(계단 입력)에 대해 정상상태에서 잔류편차(off-set)가 남는다. 적분(I) 동작이 포함된 제어계(적분 제어, 비례적분 제어, 비례적분미분 제어)는 정상상태 오차를 0으로 만든다. 따라서 정답은 비례 제어계이다.
문제 66
상의 순서가 a-b-c인 불평형 3상 교류회로에서 각 상의 전류가 Ia = 7.28∠15.95°(A), Ib = 12.81∠-128.66°(A), Ic = 7.21∠123.69°(A) 일 때 역상분 전류는 약 몇 A 인가?
12.51∠96.55°
28.95∠-1.14°
32.51∠-96.55°
48.95∠1.14°
정답 및 해설
역상분 전류는 I2=13(Ia+a2Ib+aIc)I_2=\dfrac{1}{3}(I_a+a^2I_b+aI_c) 로 구한다. 각 전류를 직각좌표로 바꾸면 Ia=7+j2I_a=7+j2, Ib=−8−j10I_b=-8-j10, Ic=−4+j6I_c=-4+j6 이고, a=−0.5+j0.866a=-0.5+j0.866, a2=−0.5−j0.866a^2=-0.5-j0.866 을 곱하면 a2Ib=−4.66+j11.93a^2I_b=-4.66+j11.93, aIc=−3.20−j6.46aI_c=-3.20-j6.46 이다. 세 항을 더해 3으로 나누면 I2=−0.856+j7.4643=−0.286+j2.490I_2=\dfrac{-0.856+j7.464}{3}=-0.286+j2.490 이고, 크기는 2.512.51, 위상은 실수부가 음수·허수부가 양수인 제2사분면이므로 96.55∘96.55^\circ 가 되어 정답은 2.51∠96.55° 이다. ③ 2.51∠-96.55° 는 크기는 같지만 사분면을 잘못 잡은 값이고, ②·④ 의 8.95는 같은 자료로 계산한 정상분 I1=8.95∠1.14∘I_1=8.95\angle 1.14^\circ 의 크기다.
문제 67
특성방정식이 s5+s4+8s3+6s2+4s+2=0s^5+s^4+8s^3+6s^2+4s+2=0으로 주어졌을 때 불안정한 근의 수는?
12
23
30
41
정답 및 해설
정답은 0 이다. 라우스표를 구성하면 제1열이 1, 1, 2, 5, 1.2, 2로 부호 변화 없이 모두 양수가 되므로, s평면 우반부에 위치하는 불안정한 근은 없다.
문제 68
G(jω)=K(1+2jω)(1+jω)G(j\omega )=\frac{K}{(1+2j\omega )(1+j\omega )}의 이득여유가 20[dB]가 되도록 하는 K의 값은?
110
20
3110\dfrac{1}{10}
41
정답 및 해설
이득여유는 개루프 전달함수의 허수부가 0이 되는(위상교차) 주파수에서 GM=20log⁡101∣G(jω)H(jω)∣ [dB]GM=20\log_{10}\dfrac{1}{|G(j\omega)H(j\omega)|}\,[\mathrm{dB}] 로 구한다. 분모를 전개하면 (1+2jω)(1+jω)=(1−2ω2)+j3ω(1+2j\omega)(1+j\omega)=(1-2\omega^{2})+j3\omega 이므로 허수부가 0이 되는 조건은 3ω=03\omega=0, 즉 ω=0\omega=0 이고 이때 ∣G(j0)∣=K1=K|G(j0)|=\dfrac{K}{1}=K 이다. 이를 대입하면 20log⁡101K=2020\log_{10}\dfrac{1}{K}=20 에서 1K=10\dfrac{1}{K}=10, 즉 K=110K=\dfrac{1}{10} 이므로 정답은 110\frac{1}{10} 이다. ① 10이면 20log⁡10(1/10)=−20 [dB]20\log_{10}(1/10)=-20\,[\mathrm{dB}], ④ 1이면 0 [dB]0\,[\mathrm{dB}] 가 되어 조건을 만족하지 못한다.
문제 69
제어계의 과도응답에서 감쇠비란?
1최대 오버슈트를 제2 오버슈트로 나눈 값이다.
2제2 오버슈트와 최대 오버슈트를 곱한 값이다.
3제2 오버슈트를 최대 오버슈트로 나눈 값이다.
4제2 오버슈트와 최대 오버슈트를 더한 값이다.
정답 및 해설
과도응답에서 감쇠비(decay ratio)는 첫 번째로 나타나는 최대 오버슈트와 그 다음에 나타나는 제2 오버슈트의 비로 정의되며, 감쇠비=제2 오버슈트최대 오버슈트\text{감쇠비}=\dfrac{\text{제2 오버슈트}}{\text{최대 오버슈트}}이다. 따라서 정답은 제2 오버슈트를 최대 오버슈트로 나눈 값이다.
문제 70
G(jω)=kjω(jω+1)G(j \omega) = \frac{k}{j \omega (j \omega+1)}에 대한 나이퀴스트 선도로 옳은 것은?
1Imω∞0Reω→0
2Imω→∞0Reω→0
3Imω→∞Reω→0
4Imω→∞0Reω→0
정답 및 해설
G(jω)=kjω(jω+1)G(j\omega)=\frac{k}{j\omega(j\omega+1)}의 실수부와 허수부는 각각 Re=−kω2+1\mathrm{Re}=-\frac{k}{\omega^2+1}, Im=−kω(ω2+1)\mathrm{Im}=-\frac{k}{\omega(\omega^2+1)}로 모든 ω>0\omega>0에서 궤적이 3사분면에만 존재한다. ω→0\omega\rightarrow0에서는 실수축 −k-k 부근에서 허수축 아래로 발산하고 ω→∞\omega\rightarrow\infty에서는 원점에 실수축과 접하며 수렴하므로, 이러한 형태의 궤적을 보이는 정답이다.
문제 71
개루프 전달함수가 G(s)=s+5s(s+2)(s+4)G(s)=\frac{s+5}{s(s+2)(s+4)}인 부궤환 제어계에서 단위램프입력에 대한 정상편차는?
158\dfrac{5}{8}
20
385\dfrac{8}{5}
4무한
정답 및 해설
단위 램프 입력에 대한 정상편차는 속도편차상수 Kv=lim⁡s→0sG(s)K_v=\lim_{s\to0}sG(s)를 이용해 ess=1/Kve_{ss}=1/K_v로 구한다. Kv=lim⁡s→0s(s+5)s(s+2)(s+4)=52×4=58K_v=\lim_{s\to0}\dfrac{s(s+5)}{s(s+2)(s+4)}=\dfrac{5}{2\times4}=\dfrac{5}{8}이므로 ess=85e_{ss}=\dfrac{8}{5}가 되어 정답은 8/5이다.
문제 72
다음의 신호선도를 메이슨의 공식을 이용하여 전달함수를 구하고자 한다. 이 신호선도에서 루프(Loop)는 몇 개인가?
14
23
32
41
정답 및 해설
정답은 2이다. 신호선도의 루프는 시작마디로 되돌아오는 폐경로를 뜻하며, 이 선도에는 한 마디에서 자기 자신으로 되돌아오는 자기루프 1개와, 뒤쪽 마디에서 앞쪽 마디로 되돌아가는 피드백 경로가 만드는 루프 1개, 모두 2개의 루프가 있다. 나머지 두 곡선 경로는 시작마디와 도착마디가 서로 달라 순방향 경로일 뿐 루프가 아니다.
문제 73
제어시스템의 특성방정식이 s4+s3-3s2-s+2=0 와 같을 때, 이 특성방정식에서 s 평면의 오른쪽에 위치하는 근은 몇 개인가?
11
22
30
43
정답 및 해설
특성방정식 s4+s3−3s2−s+2=0s^4+s^3-3s^2-s+2=0을 인수분해하면 (s−1)2(s+1)(s+2)=0(s-1)^2(s+1)(s+2)=0이 되어 근은 s=1s=1(중근), s=−1s=-1, s=−2s=-2이다. 이 중 s평면의 오른쪽(양의 실수부)에 위치하는 근은 s=1s=1이 두 개이므로 정답은 2이다.
문제 74

어떤 선형 시스템에서 입력 x(t)x(t)와 출력 y(t)y(t)가 d2ydt2+5dydt+6y=3dxdt+2x\dfrac{d^2y}{dt^2}+5\dfrac{dy}{dt}+6y=3\dfrac{dx}{dt}+2x의 관계를 지킨다. 초기값을 모두 0으로 둘 때 이 시스템의 전달함수는?

1

3s+2s2+5s+6\dfrac{3s+2}{s^2+5s+6}

2

s2+5s+63s+2\dfrac{s^2+5s+6}{3s+2}

3

2s+3s2+5s+6\dfrac{2s+3}{s^2+5s+6}

4

3s+2s2+6s+5\dfrac{3s+2}{s^2+6s+5}

정답 및 해설

초기값이 모두 0이면 nn계 미분은 sns^n을 곱하는 연산으로 바뀐다. 양변을 옮기면 (s2+5s+6)Y(s)=(3s+2)X(s)(s^2+5s+6)Y(s)=(3s+2)X(s)이고, 전달함수는 출력을 입력으로 나눈 비이므로 G(s)=Y(s)X(s)=3s+2s2+5s+6G(s)=\dfrac{Y(s)}{X(s)}=\dfrac{3s+2}{s^2+5s+6}이다. 둘째 보기는 분모와 분자를 뒤집은 꼴, 셋째는 입력 쪽 계수를 맞바꾼 꼴, 넷째는 출력 쪽 1차항과 상수항 계수를 맞바꾼 꼴이다.

문제 75
Routh 안정도 판별법에 의한 방법 중 불안정한 제어계의 특성 방정식은?
1s3+4s2+5s+2=0
2s3+3s2+2s+8=0
3s3+s2+5s+4=0
4s3+2s2+3s+4=0
정답 및 해설
3차 특성방정식 s3+As2+Bs+C=0s^3+As^2+Bs+C=0이 안정하려면 모든 계수가 양수이고 AB>CAB>C를 만족해야 한다. s3+3s2+2s+8=0s^3+3s^2+2s+8=0은 A=3, B=2, C=8A=3,\ B=2,\ C=8이므로 AB=6AB=6
문제 76
그림의 회로에서 4[Ω]4[\Omega]에 흐르는 전류는 몇 [A][A]인가? 8[A]7[A]4[Ω]6[Ω]12[Ω]
110
27.5
35
42.5
정답 및 해설
그림에서 위·아래 도선과 오른쪽 도선은 하나의 공통 노드를 이루고, 6[Ω], 8[A], 7[A], 4[Ω], 12[Ω]6[\Omega],\,8[A],\,7[A],\,4[\Omega],\,12[\Omega]가 모두 이 공통 노드와 중간 노드 M 사이에 병렬로 연결된 구조이다. 두 전류원이 모두 M으로 8+7=15[A]8+7=15[A]를 밀어 넣으므로 15=V(16+14+112)=0.5V15=V\left(\dfrac16+\dfrac14+\dfrac1{12}\right)=0.5V에서 V=30[V]V=30[V]이고, 4[Ω]4[\Omega]에 흐르는 전류는 304=7.5[A]\dfrac{30}{4}=7.5[A]가 되어 정답은 7.5이다.
문제 77
그림의 회로와 동일한 논리소자는?
+VXT1YT2D
1XYD
2XYD
3XYD
4XYD
정답 및 해설
정답은 (부정 버블이 붙은 OR 형태 게이트) 이다. 회로는 저항을 통해 전원(+V)에 연결된 공통 컬렉터 노드에 두 트랜지스터(T1, T2)가 병렬로 연결되고, 각 베이스가 입력 X, Y로 구동되는 구조다. X 또는 Y 중 하나라도 하이(High)이면 해당 트랜지스터가 도통되어 출력이 로우(Low)로 끌려가므로, 이는 X와 Y의 OR을 반전한 NOR 동작에 해당한다.
문제 78
이산 시스템(Discrete data system)에서의 안정도 해석에 대한 설명 중 옳은 것은?
1특성방정식의 모든 근이 z 평면의 양의 반평면에 있으면 안정하다.
2특성방정식의 모든 근이 z 평면의 단위원 내부에 있으면 안정하다.
3특성방정식의 모든 근이 z 평면의 단위원 외부에 있으면 안정하다.
4특성방정식의 모든 근이 z 평면의 음의 반평면에 있으면 안정하다.
정답 및 해설
이산시스템의 안정 조건은 특성방정식의 모든 근이 z평면에서 단위원 내부에 위치하는 것이며, 이는 s평면의 좌반면 조건에 대응한다. 근이 단위원 위나 바깥에 있으면 임계안정 또는 불안정이 된다.
문제 79
다음의 개루프 전달함수에 대한 근궤적이 실수축에서 이탈하게 되는 분리점은 약 얼마인가?
G(s)H(s)=Ks(s+3)(s+8), K≥0G(s)H(s)=\dfrac{K}{s(s+3)(s+8)},\ K \geq 0
1-0.93
2-5.74
3-6.0
4-1.33
정답 및 해설

그림의 개루프 전달함수 G(s)H(s)=Ks(s+3)(s+8)G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+3)(s+8)}를 특성방정식 1+G(s)H(s)=01+G(s)H(s)=0에 넣으면 K=−s(s+3)(s+8)=−(s3+11s2+24s)K=-s(s+3)(s+8)=-(s^{3}+11s^{2}+24s)이다.
분리점은 dKds=0\frac{dK}{ds}=0인 점이므로 3s2+22s+24=03s^{2}+22s+24=0, 즉 s=−22±484−2886=−22±146s=\frac{-22\pm\sqrt{484-288}}{6}=\frac{-22\pm 14}{6}에서 s=−1.33s=-1.33 또는 s=−6s=-6이다.
실수축 위 근궤적은 오른쪽 극점 수가 홀수인 구간, 즉 00과 −3-3 사이 및 −8-8의 왼쪽에만 존재하므로 −6-6은 근궤적 위의 점이 아니다.
따라서 근궤적이 실수축에서 이탈하는 분리점은 s=−1.33s=-1.33이다.

문제 80
그림의 논리기호가 나타내는 논리식은? ABX
1X=A X = A
2X=B X = B
3X=A+B X = A + B
4X=Aˉ⋅B+A⋅Bˉ X = \bar{A}\cdot B + A \cdot \bar{B}
정답 및 해설
그림의 굵은 점은 신호가 갈라지는 분기점이지 부정(NOT)이 아니므로, B는 그대로 OR게이트의 입력과 AND게이트의 입력에 동시에 들어간다. OR게이트의 출력은 A+BA+B이며 이를 B와 AND 연산하면 흡수법칙에 의해 X=(A+B)⋅B=BX=(A+B)\cdot B=B가 된다. 따라서 정답은 X=BX=B이다.
문제 81
전개된 장소에 시설하는 저압 옥상전선로의 시설기준으로 적합하지 않은 것은?
1전선으로 지름 2.6[mm]의 경동선을 사용하였다.
2전선의 지지점 간 거리를 20[m]로 하였다.
3저압 절연전선과 이를 시설하는 조영재 사이의 이격거리를 2[m]로 하였다.
4전선으로 옥외용 비닐절연전선을 사용하였다.
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 전개된 장소에 시설하는 저압 옥상전선로는 전선의 지지점 간 거리를 15[m] 이하로 하여야 한다. 따라서 ② 전선의 지지점 간 거리를 20[m]로 하였다는 이 기준을 초과하여 적합하지 않다. 지름 2.6[mm] 이상의 경동선 사용, 조영재와의 이격거리 2[m], 옥외용 비닐절연전선 사용은 모두 기준에 맞는 시설이다.
문제 82
전기철도 설비에 관한 다음 설명 가운데 한국전기설비규정의 용어 정의와 맞는 것은?
1조가선은 차량의 집전장치가 직접 스치며 지나가는 전선이다.
2전차선로는 오직 전차선 하나만을 가리키는 말이다.
3전차선은 차량 위의 집전장치가 맞닿아 전기를 받아 가는 전선이다.
4합성전차선은 레일 등에서 대지로 새어 나가는 전류를 뜻한다.
정답 및 해설

집전장치가 전선에 닿은 채 미끄러지면서 차량이 전기를 받아 간다. 이 접촉을 맡는 전선의 이름이 전차선이므로 셋째 설명이 옳다(한국전기설비규정 402 제8호).

나머지 셋은 다른 용어의 몫을 가져다 붙인 것이다. 첫째는 전차선을 설명한 문장이고, 조가선이라면 전차선이 레일면 위에서 일정한 높이를 지키도록 행어이어·드로퍼로 위에서 붙잡아 주는 전선을 가리킨다(제12호). 둘째의 전차선로는 전차선·급전선·귀선과 그 지지물 및 설비까지 통틀어 부르는 말이라 전차선 하나로 좁힐 수 없다(제9호). 넷째의 합성전차선은 전차선에 조가선·행어이어·드로퍼 등을 더해 이루는 가공전선이며(제11호), 레일 등에서 대지로 흐르는 전류는 누설전류에 해당한다(제18호).

전력이 도는 길로 정리해 두면 외우기 쉽다. 변전소에서 나온 전력이 급전선을 타고 전차선까지 와서 집전장치를 거쳐 차량으로 들어가고, 쓰고 남은 전류는 레일과 귀선회로를 지나 변전소로 돌아간다(제17호).

문제 83
가공 전선로의 지지물에 하중이 가하여지는 경우에 그 하중을 받는 지지물의 기초 안전율은 얼마 이상이어야 하는가? (단, 이상시 상정하중은 무관)
12.5
23.0
32.0
41.5
정답 및 해설
가공전선로 지지물의 기초는 하중을 받는 상태에서 안전율 2.0 이상을 확보하도록 규정하고 있다(이상시 상정하중이 아닌 일반적인 경우). 따라서 정답은 2.0이다.
문제 84
지중 또는 수중에 시설되는 금속체의 부식 방지를 위한 전기부식방지 회로의 사용전압은 직류 몇 [V] 이하로 하여야 하는가?
148[V]
2100[V]
360[V]
424[V]
정답 및 해설
지중 또는 수중에 시설되는 금속체의 부식을 방지하기 위한 전기부식방지 회로의 사용전압은 직류 60V 이하로 하여야 한다.
정답은 60[V]이다.
문제 85
저압 분기회로의 단락 보호장치를 분기점이 아닌 부하 쪽으로 옮겨 다는 경우에 대한 설명으로 옳은 것은?
1분기점 바로 뒤에 콘센트가 물려 있더라도 위험이 없다고 보면 10[m]10\rm[m]까지 옮길 수 있다.
2그 사이 구간에 다른 회로나 콘센트가 물려 있지 않고 단락·화재·감전 위험이 최소화되도록 시설하였다면 3[m]3\rm[m]까지 내려 달 수 있다.
3전원 측 보호장치가 부하 측 배선의 단락보호까지 맡더라도 이동 거리는 5[m]5\rm[m]를 넘을 수 없다.
4분기회로 도체의 길이가 8[m]8\rm[m] 이하이면 단락 보호장치를 두지 않아도 된다.
정답 및 해설
한국전기설비규정 212.5.2는 단락전류 보호장치를 분기점에 두는 것을 원칙으로 하되, 분기점과 그 보호장치 자리 사이의 배선에 다른 회로나 콘센트가 물려 있지 않고 단락·화재·감전 위험이 최소화되도록 시설한 때에만 3[m]3\rm[m]까지 부하 쪽으로 내려 달 수 있게 한다. 따라서 ②가 옳다.
전원 측 보호장치가 부하 측 배선까지 단락보호를 해 주는 특성을 갖추면 오히려 거리 제한 자체가 사라지므로 ③은 틀리고, ①처럼 중간에 콘센트가 끼면 예외를 적용할 수 없다. 단락 보호장치 생략은 도체 길이가 아니라 발전기·변압기·정류기·축전지와 보호장치가 달린 제어반을 잇는 도체 등 212.5.3이 열거한 경우에만 허용되므로 ④도 틀리다.
문제 86
금속덕트공사에 의한 저압 옥내배선에서, 금속덕트에 넣은 전선의 단면적 합계는 덕트 내부 단면적의 몇 [%] 이하이어야 하는가? (단, 전광표시장치·출퇴표시등이나 이와 유사한 장치 또는 제어회로 등의 배선만 넣는 경우는 제외한다.)
140
250
320
430
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 금속덕트공사에서 전선의 단면적 합계는 제어회로 등만 넣는 경우를 제외하고 덕트 내부 단면적의 20[%] 이하여야 한다. 따라서 정답은 20이다.
문제 87
한국전기설비규정(KEC)에서 정한 고압 및 특고압 전로에 시설하는 과전류차단기 관련 설명으로 틀린 것은?
1비포장퓨즈는 정격전류의 1.25배 전류를 견디고, 2배의 전류로는 2분 이내에 용단되어야 한다.
2과전류차단기는 동작에 따라 개폐 상태를 표시하는 장치를 갖추어야 한다.
3포장퓨즈는 정격전류의 1.3배 전류를 견디고, 2배의 전류로는 60분 이내에 용단되어야 한다.
4전로에 단락이 발생했을 때 동작하는 과전류차단기는 그 시설 지점을 통과하는 단락전류를 차단할 수 있는 능력을 가져야 한다.
정답 및 해설
정답은 "포장퓨즈는 정격전류의 1.3배 전류를 견디고, 2배의 전류로는 60분 이내에 용단되어야 한다"는 설명이다. 고압 및 특고압 전로에 시설하는 포장퓨즈는 정격전류의 1.3배 전류에 견디고 2배의 전류로는 120분 이내에 용단되어야 하므로, 60분이라 한 이 설명은 틀리다. 비포장퓨즈에 대한 설명(1.25배, 2분), 개폐표시장치, 단락전류 차단능력에 대한 설명은 모두 옳다.
문제 88
귀선로에 대한 설명으로 틀린 것은?
1비절연보호도체의 위치는 통신유도장해 및 레일전위의 상승의 경감을 고려하여 결정하여야 한다.
2사고 및 지락 시에도 충분한 허용전류용량을 갖도록 하여야 한다.
3나전선을 적용하여 가공식으로 가설을 원칙으로 한다.
4비절연보호도체, 매설접지도체, 레일 등으로 구성하여 단권변압기 중성점과 공통접지에 접속한다.
정답 및 해설
귀선로는 비절연보호도체, 매설접지도체, 레일 등으로 구성되어 단권변압기 중성점 및 공통접지에 접속되고, 통신유도장해와 레일전위 상승을 고려해 위치를 정하며 사고 시 충분한 전류용량을 갖추어야 한다. 그러나 귀선로를 나전선으로 가공식으로 가설하는 것을 원칙으로 한다는 설명은 옳지 않다.
문제 89
옥내에서 전선을 병렬로 사용할 때의 시설기준으로 틀린 것은?
1교류회로에서 병렬로 사용하는 전선은 금속관 내에 전자적 불평형이 생기지 않도록 시설하여야 한다.
2병렬로 사용하는 전선에는 각각 퓨즈를 설치하지 말아야 한다.
3전선의 굵기는 동 70[mm] 이상이어야 한다.
4각 전선은 동일한 터미널러그에 완전하게 접속하여야 한다.
정답 및 해설
옥내에서 전선을 병렬로 사용할 때 각 전선의 굵기는 동선 50mm² 이상 또는 알루미늄선 70mm² 이상이어야 한다. 따라서 "전선의 굵기는 동 70mm² 이상이어야 한다"는 기준이 틀렸으므로(동선은 50mm² 이상)
문제 90
전로의 중성점 접지 목적에 해당하지 않는 것은?
1이상전압의 억제
2보호장치의 확실한 동작의 확보
3손실전력의 감소
4대지전압의 저하
정답 및 해설
전로의 중성점을 접지하는 목적은 이상전압의 억제, 보호장치의 확실한 동작 확보, 대지전압의 저하 등에 있다. 손실전력의 감소는 중성점 접지의 직접적인 목적에 해당하지 않으므로 정답은 손실전력의 감소이다.
문제 91
전기온상에 전기를 공급하는 전로의 대지전압은 몇 [V] 이하이어야 하는가?
1600
2150
3300
4200
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 전기온상 등에 전기를 공급하는 전로의 대지전압은 300[V] 이하로 제한된다. 따라서 정답은 300이다.
문제 92
단락의 위험과 화재·인체에 대한 위험성이 최소화되도록 시설한 경우, 과부하 보호장치는 분기점으로부터 몇 [m]까지 이동하여 설치할 수 있는가?
12
25
33
41
정답 및 해설
정답은 3이다. 단락 위험과 화재·인체 위험성이 최소화되도록 시설한 경우, 과부하 보호장치는 분기점으로부터 3m까지 이동하여 설치할 수 있다.
문제 93
사람이 상시 통행하는 터널 안의 배선(전기기계기구 안의 배선, 관등회로의 배선, 소세력 회로의 전선은 제외)에서 사용전압이 저압인 경우, 공칭단면적 몇 [mm2][mm^2]의 연동선을 사용하여야 하는가? (단, 옥외용 비닐절연전선 및 인입용 비닐절연전선은 제외한다.)
12.5
20.75
31.5
44.0
정답 및 해설
사람이 상시 통행하는 터널 안의 저압 배선은 옥외용·인입용 비닐절연전선을 제외하고 공칭단면적 2.5mm² 이상의 연동선을 사용한 절연전선을 애자사용공사로 시설하여야 한다. 따라서 정답은 2.5이다.
문제 94
저압 옥측전선로의 공사에서 목조 조영물에 시설이 가능한 공사는?
1합성수지관 공사
2금속관 공사
3버스덕트 공사
4금속피복을 한 케이블 공사
정답 및 해설
저압 옥측전선로를 목조 조영물에 시설하는 경우에는 합성수지관공사만 가능하며, 금속관공사·버스덕트공사·금속피복 케이블공사는 화재 우려 등으로 목조 조영물에는 시설할 수 없다.
정답은 합성수지관 공사이다.
문제 95
옥내의 전개된 장소 중 건조하지 않은 기타 장소에서, 사용전압이 400[V]400\rm[V]를 초과하고 1,000[V]1,000\rm[V] 이하인 관등회로의 배선공사로 적합한 것은?
1애자공사
2금속몰드공사
3합성수지몰드공사
4금속덕트공사
정답 및 해설
관등회로(방전등용) 배선은 옥내의 전개된 장소 중 건조한 장소에서는 애자사용공사 외에 합성수지몰드공사 등도 허용되지만, 건조하지 않은 기타 장소에서 사용전압이 400V를 초과하고 1,000V 이하인 경우에는 애자사용공사에 의하여야 한다. 따라서 정답은 애자공사이다.
문제 96
사용전압이 60kV 이하인 경우 전화선로의 길이 12km 마다 유도전류는 몇 ㎂를 넘지 않도록 하여야 하는가?
12
25
31
43
정답 및 해설
한국전기설비규정(유도장해 방지)에 따르면 사용전압 60[kV] 이하인 경우 전화선로의 길이 12[km]마다 유도전류가 2[㎂]를 넘지 않도록 하여야 한다. 따라서 정답은 2이다.
문제 97
전기욕기에 전기를 공급하는 전원장치는 전기욕기용으로 내장되어 있는 2차측 전로의 사용전압을 몇 [V]이하로 한정하고 있는가?
110
215
36
412
정답 및 해설
정답은 10[V] 이다. 전기욕기에 전기를 공급하는 전원장치는 내장되어 있는 2차측 전로의 사용전압을 10V 이하로 한정하고 있다.
문제 98
한국전기설비규정에서 정한 전차선과 차량 사이의 최소 절연간격에 대한 설명으로 옳은 것은?
1직류 750[V]750[V] 구간은 동적·정적 어느 쪽이든 2525[mm] 이상이면 된다.
2직류 1,500[V]1{,}500[V] 구간은 동적 150150[mm], 정적 100100[mm] 이상이어야 한다.
3단상교류 25,000[V]25{,}000[V] 구간은 동적 270270[mm], 정적 170170[mm] 이상이어야 한다.
4해안에 가깝거나 안개가 잦은 구역에서는 표에 적힌 값보다 간격을 좁혀 잡아도 된다.
정답 및 해설
표 431.3-1은 차량과 전차선·충전부 사이에 두어야 할 간격을 시스템별로 적어 두었다. 직류 750[V]750[V]는 동적·정적 모두 2525[mm], 직류 1,500[V]1{,}500[V]는 동적 100100[mm]과 정적 150150[mm], 단상교류 25,000[V]25{,}000[V]는 동적 170170[mm]과 정적 270270[mm]이 기준값이다. 그러므로 ①이 맞고, 값을 뒤집어 적은 ②·③은 틀리다.
동적 값은 팬터그래프가 지나가는 동안 전선이 잠깐 흔들리는 몫까지 감안한 것이라 정적 값보다 작거나 같게 잡힌다. 또 같은 조 제2호는 해안 인접지·공해지역·안개가 잦은 곳·강풍이나 강설 지역처럼 위험도가 높은 구간에서는 기준보다 간격을 넓히라고 정하므로 ④는 방향이 거꾸로다. 참고로 건조물과의 간격은 표 431.2-1로 따로 정해져 있어 오염 여부에 따라 값이 더 나뉜다.
문제 99
주택용 배선차단기의 순시트립범위가 10InI_n 초과 ~ 20InI_n 이하인 경우, 이는 어느 유형에 해당하는가?
1D
2B
3C
4A
정답 및 해설
주택용 배선차단기의 순시트립범위는 B형이 3In3I_n 초과 5In5I_n 이하, C형이 5In5I_n 초과 10In10I_n 이하, D형이 10In10I_n 초과 20In20I_n 이하로 구분된다. 문제의 범위는 D형 조건과 일치하므로 정답은 D이다.
문제 100
특고압 가공전선로 중 지지물로서 직선형의 철탑을 연속하여 10기 이상 사용하는 부분에는 몇 기 이하마다 내장 애자장치가 되어 있는 철탑 또는 이와 동등이상의 강도를 가지는 철탑 1기를 시설하여야 하는가?
110
27
33
45
정답 및 해설
정답은 10이다. 특고압 가공전선로에서 직선형 철탑을 연속하여 10기 이상 사용하는 구간에는 10기 이하마다 내장 애자장치가 되어 있는 철탑 또는 이와 동등 이상의 강도를 가지는 철탑 1기를 시설하여야 한다.