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[전기기사 필기] 25년 3회차
전기기사 필기 기출문제

25년 3회차

총 100문항 · 객관식 · A4 약 1장

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

25년 3회차

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
전기력선의 설명 중 틀린 것은?
1전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝난다.
2전기력선의 방향은 그 점의 전계의 방향과 일치하며 밀도는 그 점에서의 전계의 크기와 같다.
3단위 전하에서는 1/ε0개의 전기력선이 출입한다.
4전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.
정답 및 해설
전기력선은 정전하(+)에서 시작하여 부전하(-)에서 끝나므로, 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝난다는 설명은 방향이 반대로 서술되어 틀렸다. 전기력선의 방향과 밀도가 전계의 방향·크기와 같다는 것, 단위 전하에서 1/ϵ01/\epsilon_0개의 전기력선이 출입한다는 것, 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다는 것은 모두 옳은 설명이므로 정답은 전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝난다이다.
문제 2
두 평행판 축전기 사이에 비유전율 ϵr\epsilon_r인 폴리에틸렌을 채우고 평행판 간격을 d=1.5d=1.5[m]로 하였다. 평행판 내부의 전계 세기가 20[kV/m]일 때, 폴리에틸렌 표면에 나타나는 분극전하밀도는?
1ϵr−118π×10−5\dfrac{\epsilon_r-1}{18\pi}\times10^{-5}[C/m²]
2ϵr−136π×10−5\dfrac{\epsilon_r-1}{36\pi}\times10^{-5}[C/m²]
3ϵr−136π×10−6\dfrac{\epsilon_r-1}{36\pi}\times10^{-6}[C/m²]
4ϵr18π×10−5\dfrac{\epsilon_r}{18\pi}\times10^{-5}[C/m²]
정답 및 해설
폴리에틸렌 내부에 나타나는 분극(구속)전하의 표면밀도는 σb=ϵ0(ϵr−1)E\sigma_b=\epsilon_0(\epsilon_r-1)E로 주어진다. ϵ0=10−936π\epsilon_0=\dfrac{10^{-9}}{36\pi}, E=20×103E=20\times10^{3}[V/m]를 대입하면 σb=ϵr−136π×10−9×2×104=ϵr−118π×10−5\sigma_b=\dfrac{\epsilon_r-1}{36\pi}\times10^{-9}\times2\times10^{4}=\dfrac{\epsilon_r-1}{18\pi}\times10^{-5}[C/m²]가 되어
문제 3
진공 중 점전하 QQ[C]로부터 거리 rr[m] 떨어진 지점에서 전계의 세기[V/m]는?
1Q4πϵ0r2\dfrac{Q}{4\pi \epsilon_0r^2}
2Q4πϵ0r\dfrac{Q}{4\pi \epsilon_0r}
3Q2πϵ0r\dfrac{Q}{2\pi \epsilon_0r}
4Q2πϵ0r2\dfrac{Q}{2\pi \epsilon_0r^2}
정답 및 해설
진공 중 점전하에 의한 전계의 세기는 쿨롱의 법칙으로부터 E=Q4πϵ0r2E=\dfrac{Q}{4\pi\epsilon_0r^2}이다. 따라서 정답은 Q4πϵ0r2\frac{Q}{4\pi \epsilon_0r^2}이다.
문제 4
액체 유전체를 포함한 콘덴서 용량이 C[F]인 것에 V[V]의 전압을 가했을 경우에 흐르는 누설전류[A]는? (단, 유전체의 유전율은 ɛ[F/m], 고유저항은 ρ[Ω • m]이다.)
1ρεCV\dfrac{\rho\varepsilon}{CV}
2ρεVC\dfrac{\rho\varepsilon V}{C}
3CρεV\dfrac{C}{\rho\varepsilon V}
4CVρε\dfrac{CV}{\rho\varepsilon}
정답 및 해설
같은 전극 형상에서는 정전용량과 절연저항 사이에 RC=ρεRC=\rho\varepsilon 의 관계가 항상 성립한다. 따라서 유전체의 누설저항은 R=ρεC [Ω]R=\dfrac{\rho\varepsilon}{C}\,[\Omega] 이고, 옴의 법칙으로 누설전류를 구하면 I=VR=CVρε [A]I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{CV}{\rho\varepsilon}\,[\mathrm{A}] 이다. 그러므로 정답은 CVρε\dfrac{CV}{\rho\varepsilon} 이다. 고유저항 ρ가 크거나 유전율 ε이 클수록 누설전류는 작아져야 하는데, ② ρεVC\dfrac{\rho\varepsilon V}{C} 는 ρ와 ε에 비례하므로 물리적으로 맞지 않는다.
문제 5
자심재료의 히스테리시스 곡선이 갖는 특징으로 잘못된 것은?
1자화의 경력에 관계없이 자속밀도는 항상 일정하다.
2잔류자기를 0으로 만들려면 반대 방향의 자화력을 가해야 한다.
3세로축은 자속밀도를 나타낸다.
4자화력이 0일 때 세로축과 만나는 점을 잔류자기라고 한다.
정답 및 해설
히스테리시스 곡선에서 세로축은 자속밀도, 가로축은 자화력을 나타내며, 자화력이 0일 때 세로축과 만나는 점이 잔류자기이고 이를 0으로 하려면 반대 방향의 자화력(보자력)을 가해야 한다. 반면 자속밀도는 자화의 이력(경력)에 따라 값이 달라지는 것이 히스테리시스 현상의 본질이므로, 항상 일정하다는 서술은 틀렸다. 따라서 정답은 자화의 경력에 관계없이 자속밀도는 항상 일정하다이다.
문제 6
정전계에서 도체에 정(+)의 전하를 주었을 때의 설명으로 틀린 것은?
1도체 내에 있는 공동면에도 전하가 골고루 분포한다.
2도체 표면에서 수직으로 전기력선이 출입한다.
3도체 표면의 곡률 반지름이 작은 곳에 전하가 많이 분포한다.
4도체 외측의 표면에만 전하가 분포한다.
정답 및 해설
대전된 도체 내부에 빈 공동이 있으면 정전차폐에 의해 공동의 내부 표면에는 전하가 분포하지 않고 전하는 모두 도체의 바깥쪽 표면에만 분포한다. 표면에 수직으로 전기력선이 출입하는 것, 곡률반지름이 작은 곳에 전하가 밀집하는 것, 전하가 외측 표면에만 분포하는 것은 모두 옳은 설명이다.
정답은 도체 내에 있는 공동면에도 전하가 골고루 분포한다이다.
문제 7
비투자율이 400400인 철심으로 단면적 7.5×10−4[m2]7.5\times10^{-4}\rm[m^2], 길이 2.5[mm]2.5\rm[mm]인 자기회로를 만들었다. 이 자기회로의 자기저항은 약 몇 [AT/Wb]\rm[AT/Wb]인가?
13.32×1033.32\times10^3
26.63×1036.63\times10^3
39.95×1039.95\times10^3
41.33×1041.33\times10^4
정답 및 해설
자기저항은 Rm=lμA=lμ0μsAR_m=\dfrac{l}{\mu A}=\dfrac{l}{\mu_0\mu_s A}로 구한다. 길이를 미터로 고치면 l=2.5×10−3[m]l=2.5\times10^{-3}\rm[m]이고 μ0μsA=4π×10−7×400×7.5×10−4≈3.77×10−7\mu_0\mu_s A=4\pi\times10^{-7}\times400\times7.5\times10^{-4}\approx3.77\times10^{-7}이므로 Rm≈2.5×10−33.77×10−7≈6.63×103[AT/Wb]R_m\approx\dfrac{2.5\times10^{-3}}{3.77\times10^{-7}}\approx6.63\times10^{3}\rm[AT/Wb]이다.
검산하면 6.63×103×3.77×10−7≈2.5×10−3[m]6.63\times10^{3}\times3.77\times10^{-7}\approx2.5\times10^{-3}\rm[m]로 주어진 길이가 그대로 복원된다. 밀리미터를 미터로 고치지 않거나 비투자율을 빠뜨리면 자릿수가 통째로 어긋난다.
문제 8
N회 감긴 환상코일의 단면적이 S[m2]이고 평균 길이가 ℓ[m]이다. 이 코일의 권수를 반으로 줄이고 인덕턴스를 일정하게 하려고 할 때, 다음 중 옳은 것은?
1단면적을 2배로 한다.
2전류의 세기를 4배로 한다.
3길이를 1/4 배로 한다.
4비투자율을 2배로 한다.
정답 및 해설
환상 솔레노이드의 인덕턴스는 L=μN2SlL=\dfrac{\mu N^2S}{l}이다. 권수를 N/2N/2로 줄이면 N2N^2항이 1/41/4배가 되므로, 인덕턴스를 그대로 유지하려면 길이 ll을 1/41/4배로 줄여 S/lS/l을 4배로 만들어야 한다. 따라서 정답은 길이를 1/4배로 한다이다.
문제 9
평행판 콘덴서의 극판 사이에 유전율이 각각 ε1, ε2 인 두 유전체를 반씩 채우고 극판 사이에 일정한 전압을 걸어 줄때 매질 (1), (2) 내의 전계의 세기 E1, E2 사이에 성립하는 관계로 옳은 것은?
dd(1) ε1(2)ε2=4ε1E1E2+V0
1E2 = 2E1
2E2 = E1
3E2 = E1/4
4E2 = 4E1
정답 및 해설
두 유전체가 극판에 수직인 전계 방향으로 겹쳐진 직렬 구조이므로 경계면에서 전속밀도 D가 연속이다. D=ϵ1E1=ϵ2E2D=\epsilon _1E_1=\epsilon _2E_2이고 ϵ2=4ϵ1\epsilon _2=4\epsilon _1이므로 E1=4E2E_1=4E_2, 즉 E2=E14E_2=\dfrac{E_1}{4}이다. 따라서 정답은 E2=E14E_2=\dfrac{E_1}{4}이다.
문제 10
어떤 영역의 전속밀도가 D=4x i+2y2 j+6z k [C/m2]D=4x\,i+2y^{2}\,j+6z\,k\ [\mathrm{C/m^{2}}]로 주어졌다. 원점을 한가운데 두고 한 변이 1[m]1[\mathrm{m}]인 정육면체를 잡을 때, 그 안에 들어 있는 전하는 모두 몇 [C][\mathrm{C}]인가?
16
210
34
48.85×10−118.85\times10^{-11}
정답 및 해설

가우스 법칙의 미분형 ∇⋅D=ρ\nabla\cdot D=\rho를 쓰면 ρ=∂∂x(4x)+∂∂y(2y2)+∂∂z(6z)=4+4y+6=10+4y\rho=\dfrac{\partial}{\partial x}(4x)+\dfrac{\partial}{\partial y}(2y^{2})+\dfrac{\partial}{\partial z}(6z)=4+4y+6=10+4y다.

적분 영역이 원점을 가운데 둔 정육면체라 yy는 −0.5-0.5부터 +0.5+0.5까지 대칭이고, yy의 홀수차 항인 4y4y는 적분하면 사라진다. 상수항만 남으므로 Q=∫v(10+4y) dv=10×1=10[C]Q=\displaystyle\int_v(10+4y)\,dv=10\times1=10[\mathrm{C}]이다.

독립 역산 — 발산정리를 쓰지 않고 여섯 면을 직접 훑어도 된다. x=±0.5x=\pm0.5 두 면에서 (4×0.5)×2=4(4\times0.5)\times2=4, z=±0.5z=\pm0.5 두 면에서 (6×0.5)×2=6(6\times0.5)\times2=6, y=±0.5y=\pm0.5 두 면은 바깥 법선이 서로 반대라 2(0.5)2−2(0.5)2=02(0.5)^{2}-2(0.5)^{2}=0이다. 합이 4+6+0=10[C]4+6+0=10[\mathrm{C}]로 같은 값이 복원된다.

4 와 6 은 발산의 항 하나씩만 센 값이고, 8.85×10⁻¹¹ 은 이미 전속밀도인 DD에 ε0\varepsilon_0를 한 번 더 곱해 버렸을 때 나오는 값이다.

문제 11
그림에서 ℓ =100cm, S=10cm2, μs=100, N=1000회인 회로에 전류 I=10A를 흘렸을 때 저축되는 에너지는 몇 Ｊ 인가?
ILNΦμℓS
12πx10-2
22πx10-3
32π
42πx10-1
정답 및 해설
이 회로의 자기인덕턴스는 L=μ0μsN2SlL=\dfrac{\mu_0\mu_s N^{2} S}{l}로 구한다. l=1[m]l=1[\mathrm{m}], S=10×10−4[m2]S=10\times10^{-4}[\mathrm{m^{2}}], μs=100\mu_s=100, N=1000N=1000을 대입하면 L=4π×10−7×100×10002×10×10−4=0.04π[H]L=4\pi\times10^{-7}\times100\times1000^{2}\times10\times10^{-4}=0.04\pi[\mathrm{H}]이다. 저장 에너지는 W=12LI2=12×0.04π×102=2π[J]W=\dfrac{1}{2}LI^{2}=\dfrac{1}{2}\times0.04\pi\times10^{2}=2\pi[\mathrm{J}]가 되어 정답은 2π이다.
문제 12

비유전율이 4인 유전체 속에 4×10−64 \times 10^{-6}[C]의 점전하가 놓여 있다. 이 점전하가 만드는 전기력선의 총수는 약 몇 개인가? (단, 진공의 유전율은 8.855×10−128.855 \times 10^{-12}[F/m]이다.)

1

1.13×1051.13 \times 10^{5}개

2

2.82×1042.82 \times 10^{4}개

3

4.52×1054.52 \times 10^{5}개

4

1.81×1061.81 \times 10^{6}개

정답 및 해설

가우스 법칙에 따르면 점전하가 방출하는 전기력선의 총수는 N=Qε0εsN = \dfrac{Q}{\varepsilon_{0} \varepsilon_{s}}로, 매질의 유전율에 반비례한다. 값을 넣으면 N=4×10−68.855×10−12×4≈1.13×105N = \dfrac{4 \times 10^{-6}}{8.855 \times 10^{-12} \times 4} \approx 1.13 \times 10^{5}개가 된다. 비유전율을 빼고 계산하면 4.52×1054.52 \times 10^{5}개, 유전율로 두 번 나누면 2.82×1042.82 \times 10^{4}개, 곱셈으로 처리하면 1.81×1061.81 \times 10^{6}개가 된다. 매질과 무관하게 QQ개로 일정한 것은 전기력선이 아니라 전속선이다.

문제 13
진공 중 3m 간격으로 두 개의 평행판 무한평판 도체에 각각 ＋4C/m2, -4C/m2의 전하를 주었을 때, 두 도체 간의 전위차는 약 몇 V인가?
11.5×1012
21.36×1011
31.36×1012
41.5×1011
정답 및 해설
무한 평판 도체 사이의 전계는 E=σϵ0E=\dfrac{\sigma}{\epsilon_0}로 구한다. σ=4[C/m2]\sigma=4[C/m^2]를 대입하면 E≈4.52×1011[V/m]E\approx4.52\times10^{11}[V/m]이고, 간격 d=3[m]d=3[m]를 곱하면 전위차는 V=Ed≈1.36×1012[V]V=Ed\approx1.36\times10^{12}[V]가 된다. 따라서 정답은 1.36×10^12이다.
문제 14

자속밀도가 B=ax+4ay−2azB=a_x+4a_y-2a_z[Wb/m2]인 공간을 −1.5-1.5[C]의 점전하가 v=2ax−ay+3azv=2a_x-a_y+3a_z[m/s]로 가로지른다. 이 전하가 받는 힘은 몇 [N]인가? (단, ax, ay, aza_x,\ a_y,\ a_z는 직교좌표계 각 축의 단위벡터이다.)

1

−10ax+7ay+9az-10a_x+7a_y+9a_z

2

−15ax+10.5ay+13.5az-15a_x+10.5a_y+13.5a_z

3

15ax+10.5ay−13.5az15a_x+10.5a_y-13.5a_z

4

15ax−10.5ay−13.5az15a_x-10.5a_y-13.5a_z

정답 및 해설

움직이는 전하가 받는 힘은 F=Q(v×B)F=Q(v\times B)로 구한다. 먼저 외적을 계산하면 v×B=∣axayaz2−1314−2∣=−10ax+7ay+9azv\times B=\begin{vmatrix}a_x&a_y&a_z\\2&-1&3\\1&4&-2\end{vmatrix}=-10a_x+7a_y+9a_z이고, 여기에 전하량 −1.5-1.5를 곱하면 15ax−10.5ay−13.5az15a_x-10.5a_y-13.5a_z[N]이 된다. 전하가 음이라는 사실을 빠뜨리면 −15ax+10.5ay+13.5az-15a_x+10.5a_y+13.5a_z, 행렬식에서 aya_y 항 앞 부호 규칙을 놓치면 15ax+10.5ay−13.5az15a_x+10.5a_y-13.5a_z, 외적만 구하고 전하량을 곱하지 않으면 −10ax+7ay+9az-10a_x+7a_y+9a_z가 나온다.

문제 15

10[A]가 흐르는 도선을 한 변 40[cm]짜리 정사각형으로 구부렸다. 이 사각형의 한가운데 지점에서 자계의 세기는 약 몇 [A/m]인가?

1

22.5

2

13.8

3

5.63

4

3.98

정답 및 해설

정사각형 네 변이 한가운데에 만드는 자계를 모두 더하면 H=22 IπlH=\dfrac{2\sqrt2\,I}{\pi l}이 된다. 여기에 I=10I=10[A], l=0.4l=0.4[m]를 넣으면 H=22×10π×0.4≈H=\dfrac{2\sqrt2\times10}{\pi\times0.4}\approx22.5[A/m]이다. 13.8은 정육각형용 공식 3Iπl\dfrac{\sqrt3I}{\pi l}을 잘못 가져다 쓴 값, 3.98은 무한히 긴 직선도체 공식을 적용한 값, 5.63은 계수 222\sqrt2를 22\dfrac{\sqrt2}{2}로 잘못 본 값이다.

문제 16
비오-사바르의 법칙을 이용하여 구할 수 있는 것은?
1전위
2자위
3자계의 세기
4전계의 세기
정답 및 해설
비오-사바르의 법칙은 전류소자가 임의의 점에 만드는 자계의 세기를 구하는 법칙이다.
정답은 자계의 세기이다.
문제 17
진공 중에서 전위함수가 V=x2+y2[V]V=x^2+y^2[V]로 주어질 때, 전하밀도는 몇 [C/m3][C/m^3]인가?
1−2ϵ0-\dfrac{2}{\epsilon_0}
22ϵ02\epsilon_0
3−4ϵ0-4\epsilon_0
4−4ϵ0-\dfrac{4}{\epsilon_0}
정답 및 해설
포아송 방정식 ∇2V=−ρϵ0\nabla^2V=-\dfrac{\rho}{\epsilon_0}에 V=x2+y2V=x^2+y^2를 대입하면 ∇2V=2+2=4\nabla^2V=2+2=4이므로 ρ=−4ϵ0\rho=-4\epsilon_0가 되어
문제 18
전속밀도가 D=e-2y(axsin2x+aycos2x)[C/m2] 일 때 전속의 단위 체적당 발산량[C/m3]은?
14e-2ycos2x
22e-2y(sin2x+cos2x)
30
42e-2ycos2x
정답 및 해설
발산은 div D=∂Dx∂x+∂Dy∂ydiv\,D=\dfrac{\partial D_x}{\partial x}+\dfrac{\partial D_y}{\partial y}로 계산된다. ∂∂x(e−2ysin⁡2x)=2e−2ycos⁡2x\dfrac{\partial}{\partial x}(e^{-2y}\sin2x)=2e^{-2y}\cos2x이고 ∂∂y(e−2ycos⁡2x)=−2e−2ycos⁡2x\dfrac{\partial}{\partial y}(e^{-2y}\cos2x)=-2e^{-2y}\cos2x이므로 두 값을 더하면 0이 된다.
문제 19
다음 설명 중 틀린 것은?
1가우스(Gauss)의 정리 divD=ρudivD=\rho _u
2라플라스의 방정식 ▽2V=0\bigtriangledown ^2V=0
3푸아송의(Poisson)의 방정식 ▽2V=ρmϵ0\bigtriangledown ^2V=\dfrac{\rho _m}{\epsilon _0}
4발산의 정리 ∫∫sAnds=∫∫∫vdivAdv\int \int _s Ands=\int \int \int _v div Adv
정답 및 해설
푸아송의 방정식은 ∇2V=−ρϵ0\nabla ^2V=-\dfrac{\rho }{\epsilon _0}로 우변에 음의 부호가 있어야 하는데, 문제의 식에는 이 부호가 빠져 있어 옳지 않다. 가우스의 정리, 라플라스의 방정식, 발산의 정리는 모두 올바르게 표현되어 있으므로 정답은 푸아송의(Poisson)의 방정식이다.
문제 20
투자율도 유전율도 대단히 큰 물질로 이루어진 무한평면이 진공 중에 놓여 있다. 이 평면과 나란하게, 직류 II가 흐르는 긴 도선과 선전하 +Q+Q를 지닌 긴 도선이 각각 떨어져 있다. 평면을 걷어내고 영상을 세워 위쪽 공간의 장을 구하려 할 때, 경계에서 맞추어야 하는 조건과 그에 맞는 영상의 짝으로 옳은 것은?
1자계의 접선성분이 00 → 영상전류 −I-I, 전계의 접선성분이 00 → 영상전하 +Q+Q
2자계의 접선성분이 00 → 영상전류 +I+I, 전계의 접선성분이 00 → 영상전하 −Q-Q
3자속밀도의 법선성분이 00 → 영상전류 −I-I, 전속밀도의 법선성분이 00 → 영상전하 −Q-Q
4자계의 법선성분이 00 → 영상전류 +I+I, 전계의 법선성분이 00 → 영상전하 +Q+Q
정답 및 해설

영상법은 경계면을 치우는 대신 반대쪽 대칭 자리에 가상의 원천을 놓아, 남은 영역에서 경계조건이 저절로 지켜지도록 만드는 방법이다. 그러므로 어떤 영상을 놓을지는 경계조건이 정해 준다.

유전율이 대단히 큰 매질은 완전도체처럼 굴어 안쪽 전계가 사실상 사라진다. 접선방향 성분은 양쪽이 이어져야 하므로 표면에서 Et=0E_t=0이어야 하고, 이를 맞추려면 대칭 자리에 부호가 뒤집힌 −Q-Q를 놓아야 한다.

투자율이 대단히 큰 매질에서는 H=B/μH=B/\mu가 거의 사라져 표면에서 Ht=0H_t=0이 요구된다. 높이 hh에 있는 도선과 그 영상이 평면 위의 한 점 xx에 만드는 접선방향 자계를 더하면 (I−I′)h2π(x2+h2)\dfrac{(I-I')h}{2\pi(x^{2}+h^{2})} 꼴이 되고, 이것이 어느 xx에서나 00이 되려면 I′=+II'=+I, 곧 원래와 나란한 방향이어야 한다. 그래서 ②가 옳다.

일반식으로 보면 더 뚜렷하다. 유전체 경계는 Q′=−Qε2−ε1ε2+ε1Q'=-Q\dfrac{\varepsilon_2-\varepsilon_1}{\varepsilon_2+\varepsilon_1}, 자성체 경계는 I′=Iμ2−μ1μ2+μ1I'=I\dfrac{\mu_2-\mu_1}{\mu_2+\mu_1}이고 각각 ε2→∞\varepsilon_2\to\infty, μ2→∞\mu_2\to\infty를 넣으면 −Q-Q와 +I+I가 나온다. 높은 주파수에서 도체 표면의 와전류가 자속을 밀어내는 상황이라면 영상전류가 −I-I가 되는데, 그때는 지켜야 할 조건이 BB의 법선성분 00 으로 바뀌므로 이 문제와는 경우가 다르다.

문제 21
다음 중 송전계통에서 안정도 증진과 관계없는 것은?
1속응여자방식의 채용
2재폐로 방식의 채용
3리액턴스 감소
4차폐선의 채용
정답 및 해설
차폐선은 통신선에 대한 유도장해(정전유도·전자유도)를 줄이기 위한 설비로, 송전계통의 안정도 증진과는 직접적인 관련이 없다. 반면 속응여자방식 채용, 재폐로 방식 채용, 리액턴스 감소는 모두 정태·과도 안정도 향상에 기여하는 대표적 방법이다. 따라서 정답은 차폐선의 채용이다.
문제 22
선택지락 계전기의 용도를 옳게 설명한 것은?
1단일 회선에서 지락 고장 회선의 선택 차단
2단일 회선에서 지락 전류의 방향 선택 차단
3병행 2회선에서 지락 고장의 지속시간 선택 차단
4병행 2회선에서 지락 고장 회선의 선택 차단
정답 및 해설
선택지락계전기(SGR)는 병행 2회선 송전선로에서 지락사고가 발생한 회선만을 선택하여 차단하기 위해 사용된다. 따라서 정답은 병행 2회선에서 지락 고장 회선의 선택 차단이다.
문제 23
기력발전소에서 1톤의 석탄으로 발생할 수 있는 전력량은 약 몇 kWh 인가? (단, 석탄의 발열량은 5500kcal/kg이고 발전소 효율을 33%로 한다.)
11860
22580
32840
42110
정답 및 해설
1[kWh]는 860[kcal]에 해당하므로, 전력량은 열량과 효율의 곱을 860으로 나누어 구한다. 1톤=1000kg이므로 1000×5500×0.33860≈2110[kWh]\dfrac{1000\times5500\times0.33}{860}\approx2110[kWh]가 되어, 정답은 2110이다.
문제 24
특유속도가 가장 작은 수차는?
1카플란 수차
2프로펠러 수차
3프란시스 수차
4펠턴 수차
정답 및 해설
특유속도는 카플란·프로펠러 수차가 가장 크고 프란시스 수차가 중간이며, 펠턴 수차(충동수차)가 가장 작다. 따라서 정답은 펠턴 수차이다.
문제 25
송전선로의 고장전류의 계산에 영상 임피던스가 필요한 경우는?
1선간 단락
23선 단선
33상 단락
41선 지락
정답 및 해설
영상분 전류는 3상 전류의 합이 0이 되지 않는 비대칭 고장에서 나타나며, 1선 지락사고는 영상분이 존재하는 대표적인 고장이므로 고장전류 계산에 영상임피던스가 반드시 필요하다. 3상 단락과 같은 대칭 고장에서는 영상분이 나타나지 않는다. 정답은 1선 지락이다.
문제 26
전력계통의 전압을 조정하는 가장 보편적인 방법은?
1계통의 주파수 조정
2부하의 유효전력 조정
3발전기의 유효전력 조정
4계통의 무효전력 조정
정답 및 해설
전력계통의 전압은 주로 무효전력의 수급 균형에 의해 결정되므로, 콘덴서·리액터·발전기 여자 조정 등을 통한 무효전력 조정이 전압조정의 가장 보편적인 방법이다. 주파수나 유효전력 조정은 전압보다는 계통의 속도·위상 안정과 관련된 요소이다. 따라서 정답은 계통의 무효전력 조정이다.
문제 27
전력계통에서 전력용 콘덴서와 직렬로 연결하는 리액터로 제거되는 고조파는?
1제4고조파
2제3고조파
3제2고조파
4제5고조파
정답 및 해설
전력용 콘덴서에 직렬로 연결하는 직렬리액터는 회로에 존재하는 제5고조파가 콘덴서 용량과 공진하여 확대되는 것을 방지하기 위해 설치한다. 따라서 정답은 제5고조파이다.
문제 28

배전용 단상변압기 2대를 V결선하여 부하에 전력을 보내던 중, 그림처럼 저압측 바깥쪽 두 단자 사이가 단락되었다. 단락점을 흐르는 전류는 몇 [A]인가? (단, 변압기 1대의 내부 임피던스는 0.05[Ω], 저압측 선간전압은 220[V]이다.)

단락점
1

1,270

2

2,200

3

3,810

4

4,400

정답 및 해설

V결선에서 바깥쪽 두 단자 사이에는 변압기 권선 두 개가 직렬로 들어가므로 고장회로의 임피던스는 0.05+0.05=0.10.05+0.05=0.1[Ω]이 되고, 그 두 권선에 걸리는 전압은 선간전압 220[V]와 같다. 그러므로 Is=2200.1=2200I_s=\dfrac{220}{0.1}=2200[A], 곧 2,200[A]이다. 4,400은 권선 하나만 계산한 값이고, 1,270과 3,810은 3상 회로로 잘못 보아 3\sqrt{3}으로 나누거나 곱한 값이다.

문제 29
전력계통의 안정도 향상 방안이 아닌 것은?
1전압변동률을 작게 한다.
2고속도 재폐로 방식의 차단기를 채용한다.
3중성점을 직접접지방식으로 한다.
4선로와 기기의 리액턴스를 작게 한다.
정답 및 해설
안정도 향상을 위해서는 리액턴스를 작게 하고 고속도 재폐로 방식을 채용하며 전압변동률을 작게 해야 하지만, 중성점을 직접접지하면 지락고장 시 고장전류가 커져 오히려 안정도가 저하된다. 따라서 안정도 향상 방안이 아닌 것은 ③ 중성점을 직접접지방식으로 한다이다.
문제 30
개폐서지·순간과도전압 등의 이상전압이 2차 기기에 악영향을 주지 않도록 막기 위해 설치하는 것은 무엇인가?
1리액터
2차단기
3서지흡수기
4단로기
정답 및 해설
정답은 서지흡수기이다. 서지흡수기는 개폐서지와 같은 순간적인 과도 이상전압이 변압기 등 2차측 기기에 침입해 악영향을 주는 것을 막기 위해 기기 인근에 설치하는 보호장치이다.
문제 31

3상 3선식 배전선로 끝에 지상역률 0.6인 3상 평형부하가 달려 있다. 저항 6[Ω]과 리액턴스 8[Ω] 이외의 선로정수는 고려하지 않는다. 변전소 인출구에서 6,600[V]로 내보낸 전압이 부하 단자에서는 6,000[V]로 측정되었다면, 이 부하가 소비하는 전력은 약 몇 [kW]인가?

1

216

2

154

3

360

4

374

정답 및 해설

3상 선로의 전압강하는 e=3 I(Rcos⁡θ+Xsin⁡θ)e=\sqrt3\,I(R\cos\theta+X\sin\theta)로 어림한다. cos⁡θ=0.6\cos\theta=0.6이면 sin⁡θ=0.8\sin\theta=0.8이라 괄호 안은 6×0.6+8×0.8=106\times0.6+8\times0.8=10이고, 강하가 600[V]이니 I=600103≈34.6I=\dfrac{600}{10\sqrt3}\approx34.6[A]다. 소비전력은 P=3×6000×34.6×0.6≈P=\sqrt3\times6000\times34.6\times0.6\approx 216[kW]가 된다. 374는 강하식에서 3\sqrt3을 뺀 값, 360은 마지막에 역률을 곱하지 않은 값, 154는 괄호 안을 R+XR+X로 잘못 본 값이다.

문제 32
송전선의 특성 임피던스는 저항과 누설 콘덕턴스를 무시하면 어떻게 표시되는가? (단, LL은 선로의 인덕턴스, CC는 선로의 정전용량이다.)
1CL\dfrac{C}{L}
2LC\dfrac{L}{C}
3LC\sqrt{\frac{L}{C}}
4CL\sqrt{\frac{C}{L}}
정답 및 해설
저항과 누설 콘덕턴스를 무시한 무손실 선로의 특성(파동)임피던스는 Z0=LCZ_0=\sqrt{\dfrac{L}{C}}로 표시된다.
문제 33
원자로에서 핵분열로 발생한 고속중성자를 열중성자로 바꾸는 작용을 하는 것은?
1반사체
2냉각재
3감속재
4제어재
정답 및 해설
핵분열로 발생한 고속중성자의 속도를 늦춰 열중성자로 만드는 것은 감속재(경수, 중수, 흑연 등)의 역할이다. 따라서 정답은 감속재이다.
문제 34
전력계통에 설치하는 조상설비에 대한 설명으로 틀린 것은?
1송전단과 수전단의 전압을 일정하게 유지하도록 조정하는 설비이다.
2역률을 개선하여 전력손실을 줄이는 설비이다.
3이상전압으로부터 선로와 기기를 보호하는 설비이다.
4전력계통의 안정도를 향상시키는 설비이다.
정답 및 해설
조상설비는 무효전력을 조정하여 송수전단 전압을 유지하고 역률을 개선하며 안정도를 향상시키는 설비이다. 이상전압으로부터 선로와 기기를 보호하는 것은 피뢰기 등의 역할이지 조상설비의 기능이 아니므로 정답이다.
문제 35
전력원선도로부터 구할 수 없는 것은?
1정태안정 극한전력
2송․ 수전단 전압간의 상차각
3 과도안정 극한전력
4선로손실과 송전효율
정답 및 해설
전력원선도로부터 정태안정 극한전력, 송·수전단 전압 간의 상차각, 선로손실과 송전효율 등을 구할 수 있으나, 과도안정 극한전력은 계통에 급격한 외란이 가해졌을 때의 안정도를 다루므로 전력원선도가 아닌 등면적법 등 별도의 해석이 필요하다. 정답은 과도안정 극한전력이다.
문제 36
66[kV]66\rm[kV] 33상 33선식 22회선 송전선이 30[km]30\rm[km] 뻗어 있고, 11선당 대지정전용량은 0.0055[μF/km]0.0055\rm[\mu F/km]다. 이 선로의 11선 지락 아크를 끄려면 소호리액터를 약 몇 [kVA]\rm[kVA]로 잡아야 하는가? (단, 주파수는 60[Hz]60\rm[Hz]다.)
1271271
21,6261{,}626
3181181
4542542
정답 및 해설
11선 지락이 생기면 건전한 두 상의 대지정전용량을 거쳐 고장점으로 전류가 흘러들어 아크를 계속 살려 둔다. 중성점에 리액터를 달아 크기가 같고 방향이 반대인 전류를 흘려 주면 두 전류가 서로 지워져 아크가 저절로 꺼지는데, 이때 필요한 무효전력이 Q=ωCV2Q=\omega CV^2다(CC는 선로 전체 대지정전용량, VV는 선간전압).
22회선이므로 C=0.0055×30×2=0.33 [μF]C=0.0055\times30\times2=0.33\,[\mu\mathrm F]이고 ω=2π×60≈377\omega=2\pi\times60\approx377이다. 따라서 Q=377×0.33×10−6×(66,000)2≈5.42×105 [VA]≈542 [kVA]Q=377\times0.33\times10^{-6}\times(66{,}000)^2\approx5.42\times10^{5}\,[\mathrm{VA}]\approx542\,[\mathrm{kVA}]다.
상전압으로 다시 짚어도 같다. E=66,0003≈38,105 [V]E=\dfrac{66{,}000}{\sqrt3}\approx38{,}105\,[\mathrm V]이고 한 상의 충전전류가 I=ωCE≈377×0.33×10−6×38,105≈4.74 [A]I=\omega CE\approx377\times0.33\times10^{-6}\times38{,}105\approx4.74\,[\mathrm A]이므로 Q=3EI≈3×38,105×4.74≈542 [kVA]Q=3EI\approx3\times38{,}105\times4.74\approx542\,[\mathrm{kVA}]로 맞물린다.
271271은 22회선을 한 회선으로 센 값, 181181은 선간전압 자리에 상전압을 넣은 값, 1,6261{,}626은 33배를 한 번 더 곱해 버린 값이다.
문제 37

어떤 송전선로를 4단자 정수로 나타냈더니 B=200B=200[Ω]이었다. 송전단 전압을 154[kV], 수전단 전압을 140[kV]로 유지한다면 이 선로의 전력원선도 반지름은 몇 [MVA]인가?

1

186.7

2

107.8

3

62.2

4

53.9

정답 및 해설

전력원선도에서 반지름에 해당하는 양은 두 끝단 전압을 곱한 뒤 정수 BB로 나눈 값이다. 조건을 대입하면 154×140200=\dfrac{154\times140}{200}=107.8[MVA]가 나온다([kV]2/[Ω][\mathrm{kV}]^2/[\Omega]은 [MVA][\mathrm{MVA}]가 된다). 53.9는 반지름이라는 말에 이끌려 한 번 더 2로 나눈 값이고, 62.2와 186.7은 3\sqrt3을 괜히 나누거나 곱해 생기는 값이다.

문제 38
3상 3선식 송전선에서 L을 작용 인턱턴스라 하고, Le 및 Lm은 대지를 귀로로 하는 1선의 자기 인덕턴스 및 상호 인덕턴스라고 할 때 이들 사이의 관계식은?
1L = Lm/Le
2L = Lm + Le
3L = Le - Lm
4L = Lm - Le
정답 및 해설
3상 3선식에서 대지를 귀로로 하는 1선의 자기인덕턴스를 LeL_e, 다른 상과의 상호인덕턴스를 LmL_m이라 하면, 평형 3상 전류에서는 다른 두 상 전류의 영향이 상쇄되는 방향으로 작용하여 작용인덕턴스는 L=Le−LmL=L_e-L_m으로 나타난다.
문제 39
전력계통의 전압 조정과 관계없는 것은?
1전력용콘덴서
2자동전압조정기
3부하시 탭 조정장치
4발전기의 조속기
정답 및 해설
전력용콘덴서, 자동전압조정기, 부하시 탭 조정장치는 모두 계통 전압을 조정하는 설비이다. 발전기의 조속기는 원동기의 속도, 즉 주파수를 조정하는 장치로 전압 조정과는 관계가 없다. 따라서 정답은 발전기의 조속기이다.
문제 40
뇌해 방지 대책과 관계가 없는 것은?
1소호각
2가공지선
3매설지선
4댐퍼
정답 및 해설
정답은 댐퍼이다. 댐퍼는 바람에 의한 전선의 미소진동을 억제하는 장치로 뇌해와는 관계가 없으며, 소호각, 가공지선, 매설지선은 모두 뇌서지에 대비한 방호설비이다.
문제 41
직류 전동기의 규약 효율을 나타낸 식으로 옳은 것은?
1출력출력+손실×100%\dfrac{\text{출력}}{\text{출력}+\text{손실}}\times100\%
2출력입력×100%\dfrac{\text{출력}}{\text{입력}}\times100\%
3입력−손실입력×100%\dfrac{\text{입력}-\text{손실}}{\text{입력}}\times100\%
4입력입력+손실×100%\dfrac{\text{입력}}{\text{입력}+\text{손실}}\times100\%
정답 및 해설
전동기의 규약효율은 입력을 기준으로 정의되어 η=입력−손실입력×100[%]\eta=\dfrac{\text{입력}-\text{손실}}{\text{입력}}\times100[\%]로 나타내며, 이는 출력을 기준으로 하는 발전기의 규약효율과 구분된다.
문제 42
다음 단상 유도전동기 중 기동 토크가 가장 큰 것은?
1분상 기동형
2셰이딩 코일형
3반발 기동형
4콘덴서 기동형
정답 및 해설
정답은 반발 기동형이다. 단상 유도전동기의 기동토크는 일반적으로 반발 기동형이 가장 크고, 그 다음이 콘덴서 기동형, 분상 기동형 순이며 셰이딩 코일형이 가장 작다.
문제 43
정격출력 50kW, 4극 220V, 60Hz인 3상 유도전동기가 전부하 슬립 0.04, 효율 90%로 운전되고 있을 때 다음 중 틀린 것은?
1회전자 동손 = 2.08 kW
2회전자 입력 = 52.08 kW
32차 효율 = 92%
41차 입력 = 55.56 kW
정답 및 해설
정답은 2차 효율 = 92%이다. 회전자(2차) 입력은 P2=Po1−s=501−0.04≈52.08[kW]P_2=\frac{P_o}{1-s}=\frac{50}{1-0.04}\approx52.08[\mathrm{kW}], 회전자 동손은 P2−Po≈2.08[kW]P_2-P_o\approx2.08[\mathrm{kW}], 1차 입력은 Poη=500.9≈55.56[kW]\frac{P_o}{\eta}=\frac{50}{0.9}\approx55.56[\mathrm{kW}]로 모두 옳다. 그러나 2차 효율은 η2=1−s=0.96\eta_2=1-s=0.96, 즉 96%이므로 92%라고 한 ③이 틀린 값이다.
문제 44
변압기 여자회로의 어드미턴스 Y0[℧]를 구하면? (단, I0는 여자전류, Ii는 철손전류, Iø는 자화전류, g0는 콘덕턴스, V1는 인가전압이다.)
1g0V1\dfrac{g_0}{V_1}
2IiV1\dfrac{I_i}{V_1}
3I0V1\dfrac{I_0}{V_1}
4IϕV1\dfrac{I_\phi}{V_1}
정답 및 해설
변압기의 여자어드미턴스는 여자전류 I0I_0를 인가전압 V1V_1로 나눈 값으로 정의된다. 즉 Y0=I0V1Y_0=\dfrac{I_0}{V_1}이며 정답이다.
문제 45
직류기의 다중 중권 권선법에서 전기자 병렬회로 수 a와 극수 P 사이의 관계로 옳은 것은? (단, m은 다중도이다.)
1a = 2
2a = 2m
3a = P
4a = mP
정답 및 해설

단중 중권에서는 병렬회로 수가 극수와 같아 a=Pa=P이다. 여기서 다중도 m으로 감으면 서로 독립된 중권 권선이 m조 겹쳐진 것과 같아 병렬 경로가 m배로 늘어나므로, 병렬회로 수는 a=mPa=mP가 된다.

문제 46
3상 농형 유도전동기의 기동방법으로 틀린 것은?
1전전압 기동
2리액터 기동
32차 저항에 의한 기동
4Y-△ 기동
정답 및 해설
농형 유도전동기의 기동법에는 전전압(직입) 기동, Y−△Y-\triangle 기동, 리액터 기동, 기동보상기법 등이 있다. 2차 저항에 의한 기동법은 회전자에 외부 저항을 접속할 수 있는 권선형 유도전동기에만 적용되는 방법이다. 따라서 농형 유도전동기의 기동법으로 틀린 것은 ③ 2차 저항에 의한 기동이다.
문제 47

4극 15[kW] 3상 유도전동기의 명판 전압이 380[V]이다. 전전압으로 기동했더니 기동전류가 정격의 600[%], 기동토크가 전부하값의 200[%]로 측정되었다. 기동 중 생기는 토크를 전부하값의 1.25배 수준까지 낮추려면 인가전압을 약 몇 [V]로 맞추어야 하는가?

1

약 238

2

약 300

3

약 347

4

약 481

정답 및 해설

유도전동기가 내는 기동토크는 걸어준 전압의 제곱에 비례한다. 목표로 하는 토크비가 1.252.00=0.625\dfrac{1.25}{2.00}=0.625이므로 전압비는 0.625≈0.7906\sqrt{0.625}\approx0.7906, 따라서 380×0.7906≈300.4380\times0.7906\approx300.4이 되어 약 300[V]가 답이다. 약 238은 제곱 관계를 빠뜨리고 토크비를 그대로 곱한 값, 약 481은 두 토크의 비를 거꾸로 놓은 값, 약 347은 분모에 200[%] 대신 150[%]를 잘못 대입한 값이다.

문제 48

직류 직권전동기를 벨트로 부하와 이어 쓰지 못하게 하는 근거로 가장 알맞은 것은?

1

벨트가 미끄러지는 동안 정류자와 브러시의 마모가 빨라지기 때문

2

벨트를 쓰면 계자권선과 전기자권선의 직렬 접속이 풀려 기동토크를 낼 수 없기 때문

3

벨트 장력 탓에 역기전력이 커져 전기자전류가 정격을 넘기 때문

4

벨트가 벗겨져 부하가 사라지면 자속이 급격히 줄어 회전수가 위험 영역까지 치솟기 때문

정답 및 해설

직권기는 계자권선이 전기자와 한 줄로 이어져 있어 자속이 부하전류를 따라 움직인다. 부하가 없어지면 전류가 거의 흐르지 않아 자속이 급감하고, N∝V−IaRaϕN\propto\dfrac{V-I_aR_a}{\phi}에서 보듯 회전수는 그 반비례로 뛰어오른다. 벨트가 벗겨지는 순간이 곧 무부하이므로 회전자가 견디지 못할 속도까지 폭주한다. 마모·기동토크·역기전력을 든 나머지는 벨트 연결을 금하는 근거가 아니다.

문제 49
그림은 초기 직류기에 쓰이던 전기자 권선의 모습이다. 철심 둘레를 코일이 고리처럼 휘감아, 철심 안쪽을 지나는 코일변에서는 기전력이 거의 유도되지 않는 이 권선법의 이름은? NS1234561'2'3'4'5'6'
1파권
2고상권
3단층권
4환상권
정답 및 해설
환상권은 도체를 원통 철심의 바깥과 안쪽으로 번갈아 넘기며 고리처럼 한 바퀴 돌려 감는 방식이다. 이때 자속을 끊어 기전력을 만드는 것은 자극과 마주 보는 바깥쪽 변뿐이고, 철심 안쪽을 지나는 변은 자속이 거의 지나지 않아 놀게 된다. 그래서 도체를 쓰는 효율이 절반 아래로 떨어지고 안쪽 변은 손볼 수도 없어, 오늘날의 직류기는 도체를 모두 철심 표면 슬롯에 얹는 고상권을 쓴다.
파권과 중권은 코일 끝을 정류자편에 어떤 순서로 잇느냐를 가르는 결선법이고, 단층권과 22층권은 슬롯 하나에 코일변을 몇 개 넣느냐를 가르는 구분이라, 그림이 보여 주는 '감는 형태' 와는 층위가 다르다.
문제 50
변압기의 무부하시험, 단락시험에서 구할 수 없는 것은?
1동손
2철손
3절연내력
4전압변동률
정답 및 해설
정답은 절연내력이다. 무부하시험에서는 철손과 여자전류를, 단락시험에서는 동손과 임피던스전압(전압변동률 산출에 이용)을 구할 수 있지만, 절연내력은 별도의 절연내력시험으로 확인해야 한다.
문제 51
동기 전동기에 대한 설명으로 옳은 것은?
1가변속 전동기로서 다양하게 응용된다.
2공극이 매우 작아 설치 및 보수가 어렵다.
3역률 조정을 할 수 있다.
4기동 토크가 크다.
정답 및 해설
동기전동기는 계자전류(여자)를 조정함으로써 역률을 진상·지상 어느 쪽으로도 자유롭게 조정할 수 있는 것이 큰 특징이다. 반면 속도는 동기속도로 고정되어 가변속 운전에 부적합하고 공극이 비교적 크며, 기동토크가 작아 별도의 기동장치가 필요하다. 따라서 옳은 설명은 ③ 역률 조정을 할 수 있다이다.
문제 52
변압기에서 누설리액턴스(LL)와 권수(NN) 사이의 관계를 옳게 나타낸 것은?
1L∝NL\propto N
2L∝1NL\propto\dfrac{1}{N}
3L∝N2L\propto N^2
4L∝1N2L\propto\dfrac{1}{N^2}
정답 및 해설
정답은 L∝N2L\propto N^2이다. 인덕턴스는 L=N2RmL=\dfrac{N^2}{R_m}(RmR_m은 자기저항)로 권수의 제곱에 비례하므로, 누설리액턴스 역시 권수의 제곱에 비례한다.
문제 53
직류발전기의 정류 초기에 전류변화가 크며 이때 발생되는 불꽃정류로 옳은 것은?
1정현파정류
2직선정류
3과정류
4부족정류
정답 및 해설
정답은 과정류이다. 정류 초기에 전류 변화가 급격하면 정류 개시 직후 브러시 앞부분에서 과도한 전류가 흘러 불꽃이 발생하는 과정류가 되고, 반대로 정류 말기에 전류 변화가 급격하면 부족정류가 된다.
문제 54

효율이 9090[%]인 직류 발전기를 효율 8585[%]짜리 3상 유도 전동기로 직결 구동하여 2020[kW]를 발전하고 있다. 전동기가 전원에서 받아들이는 전력은 약 몇 [kW]인가?

1

15.3

2

22.2

3

23.5

4

26.1

정답 및 해설

동력은 전원에서 전동기를 거쳐 발전기로 흐르므로, 전동기가 축에 내놓는 힘이 곧 발전기가 받는 힘이다. 발전기가 받는 힘은 20/0.9=22.220/0.9=22.2[kW]이고, 여기에 전동기 효율을 한 번 더 나눠 주면 22.2/0.85=22.2/0.85=약 26.1 [kW]가 된다. 결국 두 효율의 곱으로 나눈 P/(ηgηm)P/(\eta_g\eta_m) 꼴이다. 15.3은 효율을 곱해 버린 값이고, 22.2와 23.5는 한쪽 효율만 반영한 값이다.

문제 55
부하전류가 크지 않을 때 직류 직권전동기 발생 토크는? (단, 자기회로가 불포화인 경우이다.)
1전류에 비례한다.
2전류의 제곱에 반비례한다.
3전류의 제곱에 비례한다.
4전류에 반비례한다.
정답 및 해설
직류 직권전동기는 계자권선과 전기자권선이 직렬로 연결되어 있어, 자기회로가 불포화인 부하전류 영역에서는 자속이 전기자전류에 비례(ϕ∝Ia\phi\propto I_a)한다. 따라서 토크는 T∝ϕIa∝Ia2T\propto\phi I_a\propto I_a^2로 전류의 제곱에 비례한다. 정답은 전류의 제곱에 비례한다이다.
문제 56

정격 주파수가 60[Hz]인 3상 유도전동기를 극수 8로 제작하였다. 이 전동기의 동기와트가 2[kW]로 측정되었다면 발생 토크는 약 몇 [N·m]인가?

1

2.22

2

5.31

3

10.61

4

21.22

정답 및 해설

극수 8, 60[Hz]이면 회전자계가 도는 속도는 Ns=120×608=900N_s=\dfrac{120\times60}{8}=900[rpm]이고, 이를 라디안 단위로 고치면 ωs=2π×90060≈94.25\omega_s=\dfrac{2\pi\times900}{60}\approx94.25[rad/s]가 된다. 동기와트란 2차 입력을 회전자계 쪽 기계량으로 환산한 값이므로, 토크는 이를 각속도로 나눈 T=P2ωs=200094.25≈21.22T=\dfrac{P_2}{\omega_s}=\dfrac{2000}{94.25}\approx21.22[N·m]이다. 2.22는 [rpm] 값으로 그냥 나눈 것, 5.31은 2πf2\pi f(전기각속도)를 대입한 것, 10.61은 극수를 4로 잘못 본 값이다.

문제 57
게이트 조작에 의해 부하전류 이상으로 유지 전류를 높일수 있어 게이트 턴온, 턴오프가 가능한 사이리스터는?
1TRIAC
2SCR
3GTO
4LASCR
정답 및 해설
GTO(Gate Turn-Off) 사이리스터는 게이트에 역방향 신호를 가하면 부하전류 이상의 전류에서도 턴오프가 가능하여 게이트만으로 턴온·턴오프를 모두 제어할 수 있다. 따라서 정답은 GTO이다.
문제 58
직권 특성을 가진 직류전동기가 전부하에서 1200[rpm]1200[\mathrm{rpm}]으로 돌고 있다. 부하 토크가 전부하 값의 49\dfrac{4}{9}로 가벼워지면 회전속도는 약 몇 [rpm][\mathrm{rpm}]이 되겠는가? (단, 자기포화와 전압강하는 셈에 넣지 않는다.)
1800
21200
32700
41800
정답 및 해설

직권기는 계자권선이 전기자와 한 줄로 이어져 있어 자속이 전기자전류를 따라 움직인다. 그래서 T∝ΦIa∝Ia2T\propto\Phi I_a\propto I_a^{2}이고, 포화와 강하를 무시하면 N∝VΦ∝1IaN\propto\dfrac{V}{\Phi}\propto\dfrac{1}{I_a}다.

토크가 49\dfrac{4}{9}배가 되려면 IaI_a는 49=23\sqrt{\dfrac{4}{9}}=\dfrac{2}{3}배여야 하고, 속도는 그 역수인 32\dfrac{3}{2}배가 된다. 따라서 N=1200×32=1800[rpm]N=1200\times\dfrac{3}{2}=1800[\mathrm{rpm}]이다.

독립 역산 — 얻은 답에서 거슬러 올라가면 Ia′Ia=NN′=12001800=23\dfrac{I_a'}{I_a}=\dfrac{N}{N'}=\dfrac{1200}{1800}=\dfrac{2}{3}이고 토크비는 (23)2=49\left(\dfrac{2}{3}\right)^{2}=\dfrac{4}{9}로 주어진 조건이 그대로 되살아난다. 한 줄로 쓰면 N∝T−1/2N\propto T^{-1/2}이므로 1200×(49)−1/2=18001200\times\left(\dfrac{4}{9}\right)^{-1/2}=1800으로도 같다.

2700 은 속도를 토크에 그대로 반비례시킨 값(1200×941200\times\frac{9}{4}), 800 은 제곱근 관계를 거꾸로 잡은 값, 1200 은 분권기처럼 속도가 거의 변하지 않는다고 본 값이다.

문제 59
전력변환기기 중 컨버터는 어떤 기능을 수행하는 장치인가?
1교류를 다른 주파수의 교류로 변환한다.
2직류를 다른 전압의 직류로 변환한다.
3직류를 교류로 변환한다.
4교류를 직류로 변환한다.
정답 및 해설
전력변환기기에서 컨버터는 교류를 직류로 변환하는 정류장치를 의미하며, 직류를 교류로 바꾸는 것은 인버터, 교류의 주파수를 바꾸는 것은 사이클로컨버터, 직류전압을 바꾸는 것은 초퍼(DC-DC 컨버터)이다. 따라서 정답은 교류를 직류로 변환한다이다.
문제 60
10kW, 3상, 380V 유도전동기의 전부하 전류는 약 몇 A 인가? (단, 전동기의 효율은 85%, 역률은 85%이다.)
136
215
326
421
정답 및 해설
입력전력은 Pin=Poutη=100000.85≈11764.7P_{in}=\frac{P_{out}}{\eta}=\frac{10000}{0.85}\approx11764.7[W]이고, 전류는 I=Pin3 Vcos⁡θ=11764.73×380×0.85≈21I=\frac{P_{in}}{\sqrt3\,V\cos\theta}=\frac{11764.7}{\sqrt3\times380\times0.85}\approx21[A]이다. 따라서 정답은 21이다.
문제 61
그림의 신호흐름선도에서 전달함수 CR\frac{C}{R}는? 1ab1RCcde
1ab+c1+(ad+be)−cde\dfrac{ab+c}{1+(ad+be)-cde}
2ab+c1+(ad+be)\dfrac{ab+c}{1+(ad+be)}
3ab+c1−(ad+be)\dfrac{ab+c}{1-(ad+be)}
4ab+c1−(ad+be)−cde\dfrac{ab+c}{1-(ad+be)-cde}
정답 및 해설
메이슨 공식을 적용하면 전향경로는 abab와 cc 두 개이고, 폐루프는 adad, bebe, cdecde 세 개이며 모두 서로 마디를 공유해 접촉한다. 따라서 Δ=1−(ad+be)−cde\Delta=1-(ad+be)-cde이고 두 전향경로 모두 모든 루프와 접촉하므로 Δ1=Δ2=1\Delta_1=\Delta_2=1이 되어 CR=ab+c1−(ad+be)−cde\dfrac{C}{R}=\dfrac{ab+c}{1-(ad+be)-cde}가 된다.
문제 62

제어계의 전달함수가 G(s)=2+4ss+1+5ss+5G(s)=2+\dfrac{4s}{s+1}+\dfrac{5s}{s+5}로 주어졌다. 입력으로 단위 계단 함수를 넣었을 때 시간 영역에서 나타나는 출력 y(t)y(t)는?

1

2+4et+5e5t2+4e^{t}+5e^{5t}

2

2−4e−t−5e−5t2-4e^{-t}-5e^{-5t}

3

2+4e−t+5e−5t2+4e^{-t}+5e^{-5t}

4

2+4e−t−5e−5t2+4e^{-t}-5e^{-5t}

정답 및 해설

단위 계단 함수를 변환하면 R(s)=1/sR(s)=1/s이므로 출력은 Y(s)=G(s)/sY(s)=G(s)/s가 되고, 각 항에 있던 ss가 약분되어 Y(s)=2s+4s+1+5s+5Y(s)=\dfrac{2}{s}+\dfrac{4}{s+1}+\dfrac{5}{s+5}로 깔끔하게 남는다. 변환표를 그대로 적용하면 y(t)=2+4e−t+5e−5ty(t)=2+4e^{-t}+5e^{-5t}이다. 지수의 부호는 극점 s=−1s=-1, s=−5s=-5에서 오므로 음수여야 하고, 계수 앞 부호는 부분분수 결과가 모두 양이라 더하기로 이어진다.

문제 63
그림과 같은 피드백 제어계가 안정하기 위한 KK의 범위는?
R(s)+−2KS(S+1)(S+2)C(s)
10<K<5 0 < K < 5
20<K<4 0 < K < 4
30<K<6 0 < K < 6
40<K<3 0 < K < 3
정답 및 해설
정답은 00
문제 64
그림의 신호흐름선도에서 y2/y1y_2/y_1 값은? 1a1a1a1y1y2bbb
1a3(1−3ab+a2b2)\dfrac{a^3}{(1-3ab+a^2b^2)}
2a3(1−3ab+2a2b2)\dfrac{a^3}{(1-3ab+2a^2b^2)}
3a3(1−3ab)\dfrac{a^3}{(1-3ab)}
4a3(1−ab)3\dfrac{a^3}{(1-ab)^3}
정답 및 해설
전향경로 이득은 a×a×a=a3a\times a\times a=a^3이고, 서로 마디를 공유하지 않는 3개의 독립된 되먹임 루프(각 루프 이득 ab)가 존재한다. 메이슨 공식을 적용하면 Δ=1−3ab+3(ab)2−(ab)3=(1−ab)3\Delta=1-3ab+3(ab)^2-(ab)^3=(1-ab)^3이고 전향경로가 모든 루프와 접촉하므로 Δ1=1\Delta_1=1이다. 따라서 y2y1=a3(1−ab)3\frac{y_2}{y_1}=\frac{a^3}{(1-ab)^3}이 되어 정답은 a3(1−ab)3\frac{a^3}{(1-ab)^3}이다.
문제 65
다음 신호흐름선도에서 CR\frac{C}{R}는? RC1G₁11G₂H₁
1G1+G21+G1H1\dfrac{G_1+G_2}{1+G_1H_1}
2G1G21+G1H1\dfrac{G_1G_2}{1+G_1H_1}
3G1G21−G1H1\dfrac{G_1G_2}{1-G_1H_1}
4G1+G21−G1H1\dfrac{G_1+G_2}{1-G_1H_1}
정답 및 해설
이 신호흐름선도에는 G1G_1을 거치는 순방향 경로(이득 G1G_1)와 G1G_1 마디를 건너뛰고 G2G_2를 거치는 순방향 경로(이득 G2G_2)가 있다. 유일한 루프는 G1G_1과 H1H_1으로 구성되어 루프이득이 G1H1G_1H_1이고, 두 순방향 경로 모두 이 루프와 접촉하므로 메이슨 공식에 의해 CR=G1+G21−G1H1\dfrac CR=\dfrac{G_1+G_2}{1-G_1H_1}이다.
정답은 G1+G21−G1H1\dfrac{G_1+G_2}{1-G_1H_1}이다.
문제 66
그림 (b)의 구성이 (a)와 같은 입출력 관계를 갖도록 하려면 빈 블록 AA에 어떤 전달함수를 넣어야 하는가? R3s+1C(a)RA++C(b)
13s+1\dfrac{3}{s+1}
22s+1\dfrac{2}{s+1}
32−ss+1\dfrac{2-s}{s+1}
4s+2s+1\dfrac{s+2}{s+1}
정답 및 해설

(b)에서는 입력 RR가 두 갈래로 갈라져 한쪽은 AA를 지나고 다른 한쪽은 그대로 가산점에 들어간다. 두 신호가 더해지므로 출력은 C=(A+1)RC=(A+1)R, 즉 CR=A+1\dfrac CR=A+1이다.

(a)의 입출력비는 3s+1\dfrac{3}{s+1}이므로 두 구성이 같으려면 A+1=3s+1A+1=\dfrac{3}{s+1}이어야 한다. 정리하면 A=3s+1−s+1s+1=2−ss+1A=\dfrac{3}{s+1}-\dfrac{s+1}{s+1}=\dfrac{2-s}{s+1}이 된다.

확인 — 2−ss+1+1=2−s+s+1s+1=3s+1\dfrac{2-s}{s+1}+1=\dfrac{2-s+s+1}{s+1}=\dfrac{3}{s+1}로 (a)와 정확히 일치한다. 1번은 더해지는 경로를 빠뜨린 값, 2번은 분자에서 ss를 빠뜨린 값, 4번은 부호를 뒤집은 값이다.

문제 67

어떤 부하에 v(t)=60+50sin⁡314tv(t)=60+50\sin 314t[V]를 걸었더니 i(t)=6+4sin⁡(314t−30∘)i(t)=6+4\sin(314t-30^{\circ})[A]가 흘렀다. 이 부하에서 실제로 쓰이는 전력은 약 몇 [W]인가?

1

86.6

2

446.6

3

533.2

4

410.0

정답 및 해설

주파수가 서로 다른 성분끼리는 전력을 만들지 못하므로 직류분은 직류분끼리, 기본파는 기본파끼리 따로 곱해 더한다. 직류분 몫은 60×6=36060\times 6=360[W], 기본파 몫은 최댓값 곱을 2로 나눈 뒤 위상차의 여현을 곱한 50×42cos⁡30∘≈86.6\dfrac{50\times 4}{2}\cos 30^{\circ}\approx 86.6[W]이므로 합은 446.6[W]이다. 86.6은 직류분을 빠뜨린 값, 533.2는 최댓값 곱을 2로 나누지 않은 값, 410.0은 여현 대신 정현을 곱한 값이다.

문제 68
그림과 같은 블록선도에서 K에 대한 폐루프 전달함수 T=C(s)R(s)T=\frac{C(s)}{R(s)}의 감도 SKTS_K^T는? R(s)+−KGC(s)H
111−KGH\dfrac{1}{1-KGH}
2G1+KGH\dfrac{G}{1+KGH}
3G1−KGH\dfrac{G}{1-KGH}
411+KGH\dfrac{1}{1+KGH}
정답 및 해설
폐루프 전달함수는 T=KG1+KGHT=\dfrac{KG}{1+KGH}이다. 감도는 SKT=KTdTdK=KT⋅G(1+KGH)2=11+KGHS_K^T=\dfrac{K}{T}\dfrac{dT}{dK}=\dfrac{K}{T}\cdot\dfrac{G}{(1+KGH)^2}=\dfrac{1}{1+KGH}로 계산되어
문제 69
그림 (a)와 (b)의 두 블록선도가 같은 입출력 관계를 갖도록 하려면 AA에 들어갈 전달함수는?
(a)R(s)5s+2C(s)(b)R(s)A+C(s)+
15s+2\dfrac{5}{s+2}
2s−3s+2\dfrac{s-3}{s+2}
3−s+3s+2\dfrac{-s+3}{s+2}
4s+7s+2\dfrac{s+7}{s+2}
정답 및 해설

(a)는 입력이 이득 5s+2\dfrac{5}{s+2}인 요소 하나만 지나므로 C(s)=5s+2R(s)C(s)=\dfrac{5}{s+2}R(s)다.

(b)는 분기점에서 갈라진 두 갈래, 곧 AA를 통과하는 갈래와 이득 11로 곧장 내려가는 갈래가 가산점에서 모두 ++ 부호로 만난다. 따라서 C(s)=(A+1)R(s)C(s)=(A+1)R(s)다.

두 표현이 일치해야 하므로 A+1=5s+2A+1=\dfrac{5}{s+2}, A=5s+2−1=5−(s+2)s+2=−s+3s+2A=\dfrac{5}{s+2}-1=\dfrac{5-(s+2)}{s+2}=\dfrac{-s+3}{s+2}.

역산 검산 — 구한 값을 되돌려 넣으면 A+1=−s+3+s+2s+2=5s+2A+1=\dfrac{-s+3+s+2}{s+2}=\dfrac{5}{s+2}로 (a)의 이득이 그대로 나온다. s=1s=1을 대입해도 A=23A=\dfrac{2}{3}, A+1=53A+1=\dfrac{5}{3}이고 5s+2=53\dfrac{5}{s+2}=\dfrac{5}{3}이라 두 값이 맞물린다.

나머지 보기는 각각 오류 경로에서 나온다. 5s+2\dfrac{5}{s+2}는 곧장 내려가는 갈래를 빠뜨린 값, s−3s+2\dfrac{s-3}{s+2}는 1−5s+21-\dfrac{5}{s+2}처럼 뺄셈 순서를 뒤집은 값, s+7s+2\dfrac{s+7}{s+2}는 가산점 부호를 −-로 잘못 읽어 5s+2+1\dfrac{5}{s+2}+1을 계산한 값이다.

문제 70

연속시간 계통의 특성방정식 1+G(s)H(s)=01+G(s)H(s)=0이 s=−2s=-2라는 실근을 하나 가지고 있다. 샘플링 주기를 T>0T\gt 0이라 두고 이 근을 z=esTz=e^{sT} 관계로 옮겨 그리면 어느 자리에 찍히는가?

1

허수축 위에 찍혀 반지름 1인 원의 둘레와 만난다.

2

실수축 위이기는 하나 −1-1보다 왼쪽이어서 반지름 1인 원 바깥이다.

3

실수축 위이기는 하나 +1+1보다 오른쪽이어서 반지름 1인 원 바깥이다.

4

실수축 위에서 원점과 +1+1 사이에 찍혀 반지름 1인 원 안쪽이다.

정답 및 해설

s=−2s=-2를 넣으면 z=e−2Tz=e^{-2T}가 되고 TT가 양수이므로 그 값은 0보다 크면서 1보다 작은 실수다. 그러니 실수축 위 원점과 +1+1 사이, 반지름 1인 원 안쪽에 찍힌다. 실수부가 음인 근은 언제나 크기가 ∣esT∣=eσT<1|e^{sT}|=e^{\sigma T}\lt 1이어서 원 안쪽으로 옮겨지고, 실수부가 양이면 원 바깥으로 밀려난다.

문제 71
유도미사일이나 비행기 추적용 레이더에 사용되는 제어 방식은?
1정치제어
2비율제어
3프로그램제어
4추종제어
정답 및 해설
유도미사일이나 비행기 추적용 레이더처럼 목표값(위치)이 시간에 따라 임의로 변화하는 대상을 뒤쫓아가는 제어는 추종제어이다. 정치제어는 목표값이 일정한 경우, 프로그램제어는 미리 정해진 시간계획에 따르는 경우, 비율제어는 목표값이 다른 양과 일정 비율 관계를 갖는 경우에 해당한다. 따라서 정답은 추종제어이다.
문제 72
과도응답이 감쇠되는 정도를 나타내는 감쇠비(decay ratio)의 정의로 옳은 것은?
1최대오버슈트 값을 제2오버슈트 값으로 나눈 것이다.
2제2오버슈트 값을 제3오버슈트 값으로 나눈 것이다.
3제3오버슈트 값을 제2오버슈트 값으로 나눈 것이다.
4제2오버슈트 값을 최대오버슈트 값으로 나눈 것이다.
정답 및 해설
정답은 제2오버슈트 값을 최대오버슈트 값으로 나눈 것이다이다. 감쇠비는 과도응답이 진동하며 감쇠하는 정도를 나타내는 값으로, 인접한 오버슈트의 비인 (제2오버슈트)/(최대오버슈트, 즉 제1오버슈트)로 정의된다.
문제 73

다음과 같은 개루프 전달함수를 갖는 제어계에서 이득 KK를 0부터 키워 갈 때, 근궤적이 jωj\omega축과 만나는 ω\omega 값은? G(s)H(s)=Ks(s+2)(s+5)G(s)H(s)=\dfrac{K}{s(s+2)(s+5)}

1

ω=2.65\omega=2.65

2

ω=3.16\omega=3.16

3

ω=8.37\omega=8.37

4

ω=10.00\omega=10.00

정답 및 해설

특성방정식은 s3+7s2+10s+K=0s^{3}+7s^{2}+10s+K=0이다. 라우스 배열의 s1s^{1}행 70−K7\dfrac{70-K}{7}이 0이 되는 K=70K=70에서 계가 안정 한계에 놓이고, 그때 s2s^{2}행으로 세운 7s2+70=07s^{2}+70=0이 순허근 s=±j10s=\pm j\sqrt{10}을 준다. 따라서 교차 지점의 각주파수는 ω=3.16\omega=3.16이다. 10.00은 제곱근을 취하지 않은 값, 8.37은 이득 70의 제곱근, 2.65는 극의 합 7의 제곱근을 잘못 가져온 값이다.

문제 74
논리식 L=A‾ B‾+A‾ B+ABL=\overline{A}\ \overline{B}+\overline{A}\ B+AB를 간단히 하면?
1A+BA+B
2A+B‾A+\overline{B}
3A‾+B‾\overline{A}+\overline{B}
4A‾+B\overline{A}+B
정답 및 해설
L=A‾B‾+A‾B+AB=A‾(B‾+B)+AB=A‾+ABL=\overline A\overline B+\overline AB+AB=\overline A(\overline B+B)+AB=\overline A+AB이고, 흡수법칙 A‾+AB=A‾+B\overline A+AB=\overline A+B를 적용하면 L=A‾+BL=\overline A+B가 된다. 정답은 A‾+B\overline A+B이다.
문제 75
다음과 같은 I(s)I(s)의 초기값 I(0+)I(0^+)는? I(s)=12s(s+6)I(s) = \frac{12}{s(s+6)}
12
26
312
40
정답 및 해설
초기값 정리에 의해 I(0+)=lim⁡s→∞sI(s)I(0^+)=\lim_{s\to\infty}sI(s)이다. sI(s)=12s+6sI(s)=\dfrac{12}{s+6}이므로 s→∞s\to\infty일 때 이 값은 0으로 수렴한다.
정답은 0이다.
문제 76
그림의 시퀀스 회로는 두 계전기 X1X_1, X2X_2의 여자 회로에 상대편 계전기의 b접점을 서로 물리도록 꾸민 것이다. 이렇게 꾸미는 목적은? AX2X1BX1X2
1누름버튼에서 손을 떼도 출력이 그대로 이어지게 하려고
2두 계전기의 출력이 한꺼번에 나오지 못하게 서로 붙잡아 두려고
3미리 정해 둔 시간이 지난 뒤에야 출력이 나오게 하려고
4정해진 차례를 지켜 출력이 하나씩 나오게 하려고
정답 및 해설
각 계전기 코일 앞에 상대편 계전기의 b접점이 직렬로 들어가 있으므로, 어느 한쪽이 먼저 살아나면 그 접점이 떨어지면서 반대쪽 코일로 가는 길이 끊긴다. 결국 두 출력은 결코 한꺼번에 나올 수 없다. 이것이 인터록 결선의 목적이므로 정답은 ②이다.
현장에서는 전동기의 정회전용·역회전용 전자접촉기, 상용전원과 비상발전기의 절체 개폐기처럼 동시에 투입되면 단락이나 역가압 사고가 나는 두 기기 사이에 반드시 넣는다.
①은 코일과 병렬로 자기 접점을 붙여 조작을 놓아도 상태가 남게 하는 유지 결선, ③은 타이머의 한시 접점을 쓰는 한시 결선, ④는 앞 단이 동작해야 다음 단이 준비되는 순차 결선이 하는 일이라 이 그림의 결선과는 목적이 다르다.
문제 77
분포정수 회로에서 직렬 임피던스를 Z, 병렬 어드미턴스를 Y라 할 때, 선로의 특성임피던스 Z0는?
1√ZY
2YZ\sqrt{\dfrac{Y}{Z}}
3ZY\sqrt{\dfrac{Z}{Y}}
4ZY
정답 및 해설
분포정수 회로의 특성임피던스는 단위길이당 직렬 임피던스와 병렬 어드미턴스의 비의 제곱근으로 정의되어 Z0=ZY=R+jωLG+jωCZ_0=\sqrt{\dfrac{Z}{Y}}=\sqrt{\dfrac{R+j\omega L}{G+j\omega C}} 이므로 정답은 ZY\sqrt{\dfrac{Z}{Y}} 이다. ① ZY\sqrt{ZY} 는 특성임피던스가 아니라 전파정수 γ=α+jβ=ZY\gamma=\alpha+j\beta=\sqrt{ZY} 이고, ② YZ\sqrt{\dfrac{Y}{Z}} 는 그 역수인 특성어드미턴스 Y0=1/Z0Y_0=1/Z_0 에 해당한다. 무손실 선로에서는 R=G=0R=G=0 이 되어 Z0=LCZ_0=\sqrt{\dfrac{L}{C}} 인 순저항으로 단순화된다.
문제 78
제어계 중에서 물체의 위치(속도, 가속도), 각도(자세, 방향)등의 기계적인 출력을 목적으로 하는 제어는?
1자동 조정제어
2프로그램 제어
3프로세스 제어
4서보제어
정답 및 해설
정답은 서보제어 이다. 물체의 위치, 방위, 자세와 같은 기계적 변위를 제어량으로 하여 목표값의 임의의 변화에 신속히 추종하도록 하는 제어를 서보제어(서보기구)라 한다.
문제 79
다음 이산치 제어계 블록선도의 전달함수로 옳은 것은? r(t)+−G(z)c(t)
1G(z)1+G(z)\dfrac{G(z)}{1+G(z)}
2G(z)G(z)
3G(z)1−G(z)\dfrac{G(z)}{1-G(z)}
4G(z)+1G(z)+1
정답 및 해설
이 블록선도는 오차 E(z)=R(z)−C(z)E(z)=R(z)-C(z)를 G(z)G(z)에 곱해 C(z)C(z)를 만들고 이를 그대로(단위 이득) 음되먹임하는 단위 피드백 구조이다. 즉 C(z)=G(z)[R(z)−C(z)]C(z)=G(z)[R(z)-C(z)]이므로 정리하면 C(z)R(z)=G(z)1+G(z)\dfrac{C(z)}{R(z)}=\dfrac{G(z)}{1+G(z)}가 되어 정답은 G(z)1+G(z)\dfrac{G(z)}{1+G(z)}이다.
문제 80
그림과 같은 상태방정식으로 표현되는 제어시스템의 특성방정식의 근(S1,S2S_{1}, S_{2})은? [x˙1x˙2]=[220.52][x1x2]+[10]u\begin{bmatrix} \dot{x}_{1} \\ \dot{x}_{2} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 2 & 2 \\ 0.5 & 2 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_{1} \\ x_{2} \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix} u
11, 3
21, -3
3-1, -3
4-2, -3
정답 및 해설
특성방정식은 det⁡(sI−A)=(s−2)2−(2×0.5)=s2−4s+3=0\det(sI-A)=(s-2)^2-(2\times0.5)=s^2-4s+3=0이므로 s=4±16−122=1, 3s=\frac{4\pm\sqrt{16-12}}{2}=1,\ 3이다. 따라서 정답은 1, 3이다.
문제 81
사용전압이 154[kV]인 모선에 접속되는 전력용 커패시터에 울타리를 시설하는 경우 울타리의 높이와 울타리로부터 충전부분까지 거리의 합계는 몇 [m] 이상 되어야 하는가?
13
25
32
46
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 사용전압이 35[kV]를 초과하고 160[kV] 이하인 특고압 기계기구에 울타리를 시설하는 경우, 울타리의 높이와 충전부분까지 거리의 합계는 6[m] 이상이어야 한다. 154[kV]는 이 구간에 해당하므로 정답은 6이다.
문제 82
고압보안공사에서 가공전선로의 지지물로 철탑을 사용하는 경우, 최대경간은 몇 [m]인가?
1250
2150
3200
4400
정답 및 해설
정답은 400이다. 고압보안공사에서 가공전선로의 지지물로 철탑을 사용하는 경우 최대경간은 400m이다.
문제 83
사용 전압이 154kV인 가공 송전선의 시설에서 전선과 식물과의 이격거리는 몇 m 이상으로 하여야 하는가?
12.8
24.2
33.6
43.2
정답 및 해설
정답은 3.2[m]이다. 한국전기설비규정에 따르면 특고압 가공전선과 식물 사이의 이격거리는 사용전압 60kV 이하에서 2m이고, 60kV를 초과하는 10kV마다(단수는 절상) 0.12m씩 더한다. 154kV의 경우 154−6010=9.4\frac{154-60}{10}=9.4를 절상한 10을 적용하면 2+10×0.12=3.22+10\times0.12=3.2가 되어 3.2m이다.
문제 84
케이블트렌치에 의한 옥내배선 공사를 다음과 같이 시공하였다. 옳지 않은 것은?
1케이블트렌치의 바닥 또는 측면은 전선의 하중을 충분히 견딜 수 있는 구조로 할 것.
2케이블트렌치는 외부의 고형물이 유입되지 않도록 IP2X 이상으로 시설할 것.
3케이블트렌치의 뚜껑, 받침대 등 금속재는 내식성 재료를 사용하거나 방식처리를 할 것.
4케이블트렌치 굴곡부 안쪽의 반경은 통과하는 전선의 허용곡률반경 이하로 할 것.
정답 및 해설
케이블트렌치에 의한 옥내배선 공사에서 굴곡부 안쪽의 반경은 통과하는 전선의 허용곡률반경 이상으로 하여야 한다. 따라서 이를 이하로 서술한 ④ 지문이 옳지 않으며, 정답이다.
문제 85
점검할 수 없는 은폐된 장소로 400[V]400[V] 이하의 건조한 장소의 옥내배선 공사로 알맞은 것은?
1버스덕트공사
2 금속덕트공사
3라이팅덕트공사
4플로어덕트공사
정답 및 해설
점검할 수 없는 은폐된 장소로서 400V 이하의 건조한 장소의 옥내배선에는 플로어덕트공사를 시설할 수 있다. 버스덕트공사·금속덕트공사·라이팅덕트공사는 전개된 장소 또는 점검 가능한 은폐장소에 한하여 시설할 수 있다.
정답은 플로어덕트공사이다.
문제 86

단상교류 25[kV]로 급전하는 전기철도 구간이 있다. 오염이 없는 장소에서 정지 상태(정적)를 기준으로 할 때, 건조물과 충전부(전차선·급전선 및 집전장치의 비절연 부분) 사이에 두어야 하는 공기절연 간격은 최소 몇 [mm]인가?

1

170

2

320

3

220

4

270

정답 및 해설

근거는 한국전기설비규정 431.2로, 표 431.2-1이 시스템 종류별로 정적·동적 최소 절연간격을 따로 정해 두었다. 단상교류 25[kV] 계통을 오염이 없는 곳에서 정적 조건으로 볼 때의 값이 270[mm]이며, 나머지 보기는 같은 표에서 동적 조건이거나 오염 구역에 해당하는 칸의 값이라 이 조건과 맞지 않는다. 동적 값은 팬터그래프가 지나는 동안의 일시적인 전선 움직임까지 감안한 것이고, 해안 인접지역이나 공해·강풍·강설 지역처럼 위험도가 큰 곳에서는 이 값보다 간격을 넓혀야 한다.

문제 87

공칭전압 1,500[V]로 직류 급전하는 전기철도에서 가선전압이 한때 1,930[V]까지 올라갔다가 곧 1,750[V] 부근으로 돌아왔다. 이 전압 변동을 규정에 비추어 판단한 것으로 옳은 것은?

1

상시 유지 한계를 한 번도 벗어나지 않았으므로 아무 문제가 없다.

2

짧은 시간만 허용되는 상한 안쪽이므로 규정에 어긋나지 않는다.

3

장기 과전압으로 정한 한계를 넘었으므로 급전을 멈춰야 한다.

4

하한 규정을 밑돈 상태여서 전압강하 대책을 세워야 한다.

정답 및 해설

직류 1,500[V]급에서 늘 지켜야 할 상한(지속성 최고)은 1,800[V], 잠깐 동안만 눈감아 주는 상한(비지속성 최고)은 1,950[V], 절연 협조에 쓰는 장기 과전압은 2,538[V]이고 하한(지속성 최저)은 900[V]다. 750[V]급이면 차례로 900·950·1,269·500[V]가 된다. 문제의 1,930[V]는 1,800[V]는 넘었지만 1,950[V]를 넘지 않아 일시적으로 허용되는 범위이고, 되돌아온 1,750[V]도 상한 안이다. 2,538[V]와는 거리가 멀어 장기 과전압에 해당하지 않고, 900[V] 미달도 아니다.

문제 88
저압 가공전선과 건조물의 상부 조영재 사이의 옆쪽 이격거리는 몇 [m] 이상이어야 하는가? (단, 전선에 사람이 쉽게 접촉할 우려가 있으며 케이블이 아닌 경우이다.)
10.8
22.0
31.2
40.4
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 사람이 쉽게 접촉할 우려가 있고 케이블이 아닌 저압 가공전선과 건조물 상부 조영재 사이의 옆쪽 이격거리는 1.2m 이상이어야 한다. 따라서 정답은 1.2이다.
문제 89
이차전지를 전용건물 이외의 장소에 시설하는 경우, 이차전지랙과 랙 사이 및 랙과 벽면 사이는 몇 [m] 이격하여야 하는가? (단, 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」에 따른 내화구조 벽이 삽입된 경우는 예외로 한다.)
14
22
31
43
정답 및 해설
이차전지를 전용건물 이외의 장소에 시설하는 경우, 내화구조의 벽이 삽입되지 않는 한 이차전지랙과 랙 사이 및 랙과 벽면 사이는 1m 이상 이격하여야 한다. 정답은 1이다.
문제 90
한국전기설비규정은 전차선로의 급전전압을 정하면서 비영구 전압에 지속시간 한도를 함께 두고 있다. 그 한도를 바르게 짝지은 것은?
1직류방식 최고 비영구 전압 3분 이하 / 교류방식 최저 비영구 전압 2분 이하
2직류방식 최고 비영구 전압 5분 이하 / 교류방식 최저 비영구 전압 2분 이하
3직류방식 최고 비영구 전압 5분 이하 / 교류방식 최저 비영구 전압 5분 이하
4직류방식 최고 비영구 전압 10분 이하 / 교류방식 최저 비영구 전압 5분 이하
정답 및 해설
한국전기설비규정 411.2 는 급전전압을 직류와 교류 두 방식으로 갈라 정하면서, 표에 실린 값이 잠깐만 나타나도 되는 경우에 시간 한도를 붙여 두었다.
직류방식에서는 표 411.2-1 을 따르되 꼭대기 쪽 비영구 값은 길어야 5분까지만 이어질 것으로 보는 값으로 잡는다. 교류방식에서는 표 411.2-2 를 따르되 바닥 쪽 비영구 값은 길어야 2분까지만 이어질 것으로 보는 값으로 잡는다. 둘 다 이미 다니고 있는 전기철도차량과의 접속을 함께 살피도록 하고 있다. 따라서 정답은 ②이다.
참고로 표 411.2-1 에서 직류 공칭 750[V]750\rm[V] 계통은 영구 최고 900[V]900\rm[V]·비영구 최고 950[V]950\rm[V](회생제동 때는 1,000[V]1{,}000\rm[V]까지 허용), 공칭 1,500[V]1{,}500\rm[V] 계통은 1,800[V]1{,}800\rm[V]·1,950[V]1{,}950\rm[V]이다. 또 20 ㎳ 넘게 이어지는 과전압은 시간 한도가 아니라 장기 과전압이라는 별도 항목으로 다루므로 혼동하지 않도록 한다.
문제 91
하나 또는 복합하여 시설하여야 하는 접지극의 방법으로 틀린 것은?
1지중 금속구조물
2토양에 매설된 기초 접지극
3대지에 매설된 강화콘크리트의 용접된 금속 보강재
4케이블의 금속외장 미 그 밖에 금속피복
정답 및 해설
한국전기설비규정상 접지극은 콘크리트에 매입된 기초 접지극, 토양에 매설된 기초 접지극, 지중 금속구조물, 케이블의 금속외장 및 그 밖의 금속피복, 대지에 매설된 철근콘크리트의 용접된 금속 보강재(다만 강화콘크리트는 제외) 등을 하나 또는 복합하여 시설한다. 즉 강화콘크리트는 접지극으로 인정하는 대상에서 제외되므로, ③ 대지에 매설된 강화콘크리트의 용접된 금속 보강재는 옳지 않은 방법이다.
문제 92
전기철도차량이 전차선로와 접촉한 상태에서 견인력을 끄고 보조전력만 가동하여 정지해 있을 때, 가공전차선로의 유효전력이 200[kW] 이상이면 총 역률은 얼마 미만이 되어서는 안 되는가?
10.9
20.6
30.8
40.7
정답 및 해설
정답은 0.8이다. 전기철도차량이 전차선로와 접촉한 상태에서 견인력을 끄고 보조전력만 가동하여 정지해 있을 때, 가공전차선로의 유효전력이 200kW 이상이면 총역률은 0.8 미만이 되어서는 안 된다.
문제 93
저압 또는 고압의 가공 전선로와 기설 가공 약전류 전선로가 병행할 때 유도작용에 의한 통신상의 장해가 생기지 않도록 전선과 기설 약전류 전선간의 이격거리는 몇 m 이상이어야 하는가? (단, 전기철도용 급전선로는 제외한다.)
14
26
32
43
정답 및 해설
정답은 2[m]이다. 한국전기설비규정에 따르면 저압 또는 고압 가공전선로와 기설 가공약전류전선로가 병행하여 유도장해 우려가 있는 경우, 전기철도용 급전선로를 제외하고는 전선 상호간 이격거리를 2m 이상으로 하여야 한다.
문제 94
2차측 개방전압이 7kV 이하인 절연변압기를 사용하고 절연 변압기의 1차측 전로를 자동적으로 차단하는 보호장치를 시설한 경우의 전격 살충기는 전격 격자가 지표상 또는 마루 위 몇 m 이상의 높이에 설치하여야 하는가?
12.5
23.5
31.8
41.5
정답 및 해설
전격살충기의 전격격자는 원칙적으로 지표상 또는 마루 위 3.5m 이상에 시설해야 하지만, 2차측 개방전압이 7kV 이하인 절연변압기를 사용하고 1차측을 자동 차단하는 보호장치를 시설한 경우에는 1.8m까지 낮출 수 있다. 따라서 정답은 1.8이다.
문제 95
한국전기설비규정은 사용전압이 저압인 전로의 전선으로 절연체가 폴리프로필렌 혼합물인 케이블을 쓰는 경우, 그 케이블이 갖추어야 할 성능을 따로 못 박아 두고 있다. 다음 중 그 잣대를 바르게 적은 것은?
1도체가 늘 버텨야 하는 최고 허용온도의 하한은 110[℃]이다.
2절연체가 늘어나는 정도, 곧 신장률의 하한은 450[%]이다.
3절연체가 견뎌야 하는 인장 강도의 하한은 12.5[N/mm2]12.5\rm[N/mm^2]이다.
4절연체가 머금어도 되는 수분 흡습의 상한은 0.5[mg/cm2]0.5\rm[mg/cm^2]이다.
정답 및 해설
한국전기설비규정 122.4의 2 는 저압 전로의 전선에 절연체가 폴리프로필렌 혼합물인 케이블을 쓸 때 122.5의 3 의 “가”부터 “라”까지를 그대로 적용하도록 넘겨 놓았다.
그 네 잣대는 가. 도체의 상시 최고 허용온도 90[℃] 이상, 나. 절연체의 인장 강도 12.5[N/mm2]12.5\rm[N/mm^2] 이상, 다. 절연체의 신장률 350[%] 이상, 라. 절연체의 수분 흡습 1[mg/cm2]1\rm[mg/cm^2] 이하다. 다만 “라”는 정격전압 30[kV]30\rm[kV]를 넘는 특고압 케이블에는 적용하지 않으므로, 저압 전로를 묻는 이 문제에서는 네 잣대가 모두 걸린다.
인장 강도의 하한을 12.5[N/mm2]12.5\rm[N/mm^2]로 적은 ③이 규정값과 정확히 맞아 정답이다.
①은 허용온도 하한이 90[℃]인데 110[℃]로 올려 적었다. 규정이 요구하는 값보다 높게 못 박은 진술이므로, 90[℃]짜리 케이블이 규정을 만족하는 이상 참이 될 수 없다.
②는 신장률 하한이 350[%]인데 450[%]로 부풀렸다. 마찬가지로 규정보다 엄한 값이라 규정의 진술로 읽어도, 물건의 합격 여부로 읽어도 성립하지 않는다.
④는 흡습 상한이 1[mg/cm2]1\rm[mg/cm^2]인데 그 절반인 0.5[mg/cm2]0.5\rm[mg/cm^2]로 조여 적었다. 상한을 낮춰 잡았으므로 규정이 통과시키는 케이블을 걸러 내는 셈이 되어 틀렸다.
참고로 저압 케이블 일반은 122.4의 1 이 KS 적합품이거나 그와 동등 이상의 성능을 갖춘 것을 쓰도록 정하고 있고, 위 네 잣대는 폴리프로필렌이라는 특정 절연 재료를 골랐을 때 덧붙는 별도 요건이다.
문제 96
강관으로 구성된 철탑의 갑종 풍압하중은 수직 투영면적 1m2에 대한 풍압을 기초로 하여 계산한 값이 몇 Pa 인가? (단, 단주는 제외한다.)
11255
21412
31627
42157
정답 및 해설

갑종 풍압하중은 구성재의 수직 투영면적 1 m2 당 풍압을 표로 정해 두고 여기에 실제 투영면적을 곱해 구한다. 바람을 받는 면의 형상이 둥글수록 규정 풍압이 작다.
철탑 중 강관으로 구성된 것(단주는 제외)은 1255 Pa 이다.
같은 철탑이라도 강관 이외의 것은 2157 Pa 로 훨씬 크게 잡는다. 강관은 원형 단면이라 바람이 옆으로 흘러 항력계수가 작고, 형강 조립 철탑은 각진 면이 많아 항력이 크기 때문이다.

문제 97
가공전선로와 지중 전선로가 접속되는 곳에 반드시 설치되어야 하는 기구는?
1전력용 콘덴서
2동기조상기
3피뢰기
4분로리액터
정답 및 해설
가공전선로와 지중전선로가 접속되는 지점은 전선로의 특성이 급변하여 뇌서지 등에 의한 이상전압이 유입되기 쉬운 곳으로, 한국전기설비규정상 피뢰기를 시설해야 하는 장소 중 하나이다. 전력용 콘덴서(①)·동기조상기(②)·분로리액터(④)는 무효전력 보상용 설비로 이상전압 보호와는 관계가 없다. 따라서 정답은 피뢰기이다.
문제 98
가공전선로의 지지물에 시설하는 지선의 시설기준으로 틀린 것은?
1지중부분 및 지표상 30cm 까지의 부분에는 내식성이 있는 것을 사용할 것
2지선의 안전율을 2.5 이상으로 할 것
3소선은 최소 5가닥 이상의 강심 알루미늄연선을 사용할 것
4도로를 횡단하여 시설하는 지선의 높이는 지표상 5m 이상으로 할 것
정답 및 해설
정답은 소선은 최소 5가닥 이상의 강심 알루미늄연선을 사용할 것 이다. 가공전선로 지지물에 시설하는 지선의 금속선(소선)은 최소 3가닥 이상의 연선을 사용하여야 하므로, 5가닥 이상이라 한 이 설명은 틀리다. 지중부분 및 지표상 30cm까지 내식성 재료 사용, 안전율 2.5 이상, 도로 횡단 시 지표상 5m 이상 기준은 모두 옳다.
문제 99
22.9[kV] 가공전선로(다중접지된 중성선은 제외)를 건조물의 상부 조영재 위쪽에서 접근 상태로 시설하는 경우, 가공전선과 건조물 사이의 이격거리는 몇 [m] 이상이어야 하는가? (단, 중성선 다중접지방식으로서 전로에 지락이 생겼을 때 2초 이내에 자동으로 전로를 차단하는 장치가 있고, 전선으로 나전선을 사용하는 경우이다.)
11.2
22.5
33.0
41.5
정답 및 해설
KEC 333.32(25[kV] 이하인 특고압 가공전선로의 시설)의 건조물과의 이격거리 표에서, 건조물의 상부 조영재 위쪽은 나전선 3.0[m], 특고압 절연전선 2.5[m], 케이블 1.2[m] 이상으로 규정한다. 문제는 나전선을 사용하는 경우이므로 정답은 3.0 이다. ② 2.5는 특고압 절연전선일 때, ① 1.2는 케이블일 때의 값이며, ④ 1.5는 상부 조영재의 옆쪽·아래쪽 또는 기타 조영재에 나전선을 시설할 때의 값이다.
문제 100
풍력설비 시설에 관한 설명으로 틀린 것은?
1전력기기는 금속시스케이블·내뢰변압기 및 서지보호장치(SPD)를 적용할 것
2제어기기에는 광케이블 및 포토커플러를 적용할 것
3접지설비는 풍력발전설비의 타워기초를 이용하여 공통접지공사를 하여야 한다.
4설비 간 전위차가 발생하지 않도록 등전위본딩을 하여야 한다.
정답 및 해설
KEC의 풍력설비 접지설비 규정은 접지설비를 풍력발전설비의 타워기초를 이용한 '통합접지공사'로 시설하도록 정하고 있다. 따라서 ③ 접지설비는 풍력발전설비의 타워기초를 이용하여 공통접지공사를 하여야 한다 는 통합접지공사가 되어야 하므로 틀린 설명이다. ① 전력기기의 금속시스케이블·내뢰변압기·서지보호장치(SPD) 적용과 ② 제어기기의 광케이블·포토커플러 적용은 풍력설비 피뢰설비 규정에 그대로 있는 내용이고, ④ 설비 간 전위차 방지를 위한 등전위본딩도 같은 접지설비 조항에 규정된 내용이므로 옳다.
전기기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

25년 3회차

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
전기력선의 설명 중 틀린 것은?
1전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝난다.
2전기력선의 방향은 그 점의 전계의 방향과 일치하며 밀도는 그 점에서의 전계의 크기와 같다.
3단위 전하에서는 1/ε0개의 전기력선이 출입한다.
4전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.
정답 및 해설
전기력선은 정전하(+)에서 시작하여 부전하(-)에서 끝나므로, 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝난다는 설명은 방향이 반대로 서술되어 틀렸다. 전기력선의 방향과 밀도가 전계의 방향·크기와 같다는 것, 단위 전하에서 1/ϵ01/\epsilon_0개의 전기력선이 출입한다는 것, 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다는 것은 모두 옳은 설명이므로 정답은 전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝난다이다.
문제 2
두 평행판 축전기 사이에 비유전율 ϵr\epsilon_r인 폴리에틸렌을 채우고 평행판 간격을 d=1.5d=1.5[m]로 하였다. 평행판 내부의 전계 세기가 20[kV/m]일 때, 폴리에틸렌 표면에 나타나는 분극전하밀도는?
1ϵr−118π×10−5\dfrac{\epsilon_r-1}{18\pi}\times10^{-5}[C/m²]
2ϵr−136π×10−5\dfrac{\epsilon_r-1}{36\pi}\times10^{-5}[C/m²]
3ϵr−136π×10−6\dfrac{\epsilon_r-1}{36\pi}\times10^{-6}[C/m²]
4ϵr18π×10−5\dfrac{\epsilon_r}{18\pi}\times10^{-5}[C/m²]
정답 및 해설
폴리에틸렌 내부에 나타나는 분극(구속)전하의 표면밀도는 σb=ϵ0(ϵr−1)E\sigma_b=\epsilon_0(\epsilon_r-1)E로 주어진다. ϵ0=10−936π\epsilon_0=\dfrac{10^{-9}}{36\pi}, E=20×103E=20\times10^{3}[V/m]를 대입하면 σb=ϵr−136π×10−9×2×104=ϵr−118π×10−5\sigma_b=\dfrac{\epsilon_r-1}{36\pi}\times10^{-9}\times2\times10^{4}=\dfrac{\epsilon_r-1}{18\pi}\times10^{-5}[C/m²]가 되어
문제 3
진공 중 점전하 QQ[C]로부터 거리 rr[m] 떨어진 지점에서 전계의 세기[V/m]는?
1Q4πϵ0r2\dfrac{Q}{4\pi \epsilon_0r^2}
2Q4πϵ0r\dfrac{Q}{4\pi \epsilon_0r}
3Q2πϵ0r\dfrac{Q}{2\pi \epsilon_0r}
4Q2πϵ0r2\dfrac{Q}{2\pi \epsilon_0r^2}
정답 및 해설
진공 중 점전하에 의한 전계의 세기는 쿨롱의 법칙으로부터 E=Q4πϵ0r2E=\dfrac{Q}{4\pi\epsilon_0r^2}이다. 따라서 정답은 Q4πϵ0r2\frac{Q}{4\pi \epsilon_0r^2}이다.
문제 4
액체 유전체를 포함한 콘덴서 용량이 C[F]인 것에 V[V]의 전압을 가했을 경우에 흐르는 누설전류[A]는? (단, 유전체의 유전율은 ɛ[F/m], 고유저항은 ρ[Ω • m]이다.)
1ρεCV\dfrac{\rho\varepsilon}{CV}
2ρεVC\dfrac{\rho\varepsilon V}{C}
3CρεV\dfrac{C}{\rho\varepsilon V}
4CVρε\dfrac{CV}{\rho\varepsilon}
정답 및 해설
같은 전극 형상에서는 정전용량과 절연저항 사이에 RC=ρεRC=\rho\varepsilon 의 관계가 항상 성립한다. 따라서 유전체의 누설저항은 R=ρεC [Ω]R=\dfrac{\rho\varepsilon}{C}\,[\Omega] 이고, 옴의 법칙으로 누설전류를 구하면 I=VR=CVρε [A]I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{CV}{\rho\varepsilon}\,[\mathrm{A}] 이다. 그러므로 정답은 CVρε\dfrac{CV}{\rho\varepsilon} 이다. 고유저항 ρ가 크거나 유전율 ε이 클수록 누설전류는 작아져야 하는데, ② ρεVC\dfrac{\rho\varepsilon V}{C} 는 ρ와 ε에 비례하므로 물리적으로 맞지 않는다.
문제 5
자심재료의 히스테리시스 곡선이 갖는 특징으로 잘못된 것은?
1자화의 경력에 관계없이 자속밀도는 항상 일정하다.
2잔류자기를 0으로 만들려면 반대 방향의 자화력을 가해야 한다.
3세로축은 자속밀도를 나타낸다.
4자화력이 0일 때 세로축과 만나는 점을 잔류자기라고 한다.
정답 및 해설
히스테리시스 곡선에서 세로축은 자속밀도, 가로축은 자화력을 나타내며, 자화력이 0일 때 세로축과 만나는 점이 잔류자기이고 이를 0으로 하려면 반대 방향의 자화력(보자력)을 가해야 한다. 반면 자속밀도는 자화의 이력(경력)에 따라 값이 달라지는 것이 히스테리시스 현상의 본질이므로, 항상 일정하다는 서술은 틀렸다. 따라서 정답은 자화의 경력에 관계없이 자속밀도는 항상 일정하다이다.
문제 6
정전계에서 도체에 정(+)의 전하를 주었을 때의 설명으로 틀린 것은?
1도체 내에 있는 공동면에도 전하가 골고루 분포한다.
2도체 표면에서 수직으로 전기력선이 출입한다.
3도체 표면의 곡률 반지름이 작은 곳에 전하가 많이 분포한다.
4도체 외측의 표면에만 전하가 분포한다.
정답 및 해설
대전된 도체 내부에 빈 공동이 있으면 정전차폐에 의해 공동의 내부 표면에는 전하가 분포하지 않고 전하는 모두 도체의 바깥쪽 표면에만 분포한다. 표면에 수직으로 전기력선이 출입하는 것, 곡률반지름이 작은 곳에 전하가 밀집하는 것, 전하가 외측 표면에만 분포하는 것은 모두 옳은 설명이다.
정답은 도체 내에 있는 공동면에도 전하가 골고루 분포한다이다.
문제 7
비투자율이 400400인 철심으로 단면적 7.5×10−4[m2]7.5\times10^{-4}\rm[m^2], 길이 2.5[mm]2.5\rm[mm]인 자기회로를 만들었다. 이 자기회로의 자기저항은 약 몇 [AT/Wb]\rm[AT/Wb]인가?
13.32×1033.32\times10^3
26.63×1036.63\times10^3
39.95×1039.95\times10^3
41.33×1041.33\times10^4
정답 및 해설
자기저항은 Rm=lμA=lμ0μsAR_m=\dfrac{l}{\mu A}=\dfrac{l}{\mu_0\mu_s A}로 구한다. 길이를 미터로 고치면 l=2.5×10−3[m]l=2.5\times10^{-3}\rm[m]이고 μ0μsA=4π×10−7×400×7.5×10−4≈3.77×10−7\mu_0\mu_s A=4\pi\times10^{-7}\times400\times7.5\times10^{-4}\approx3.77\times10^{-7}이므로 Rm≈2.5×10−33.77×10−7≈6.63×103[AT/Wb]R_m\approx\dfrac{2.5\times10^{-3}}{3.77\times10^{-7}}\approx6.63\times10^{3}\rm[AT/Wb]이다.
검산하면 6.63×103×3.77×10−7≈2.5×10−3[m]6.63\times10^{3}\times3.77\times10^{-7}\approx2.5\times10^{-3}\rm[m]로 주어진 길이가 그대로 복원된다. 밀리미터를 미터로 고치지 않거나 비투자율을 빠뜨리면 자릿수가 통째로 어긋난다.
문제 8
N회 감긴 환상코일의 단면적이 S[m2]이고 평균 길이가 ℓ[m]이다. 이 코일의 권수를 반으로 줄이고 인덕턴스를 일정하게 하려고 할 때, 다음 중 옳은 것은?
1단면적을 2배로 한다.
2전류의 세기를 4배로 한다.
3길이를 1/4 배로 한다.
4비투자율을 2배로 한다.
정답 및 해설
환상 솔레노이드의 인덕턴스는 L=μN2SlL=\dfrac{\mu N^2S}{l}이다. 권수를 N/2N/2로 줄이면 N2N^2항이 1/41/4배가 되므로, 인덕턴스를 그대로 유지하려면 길이 ll을 1/41/4배로 줄여 S/lS/l을 4배로 만들어야 한다. 따라서 정답은 길이를 1/4배로 한다이다.
문제 9
평행판 콘덴서의 극판 사이에 유전율이 각각 ε1, ε2 인 두 유전체를 반씩 채우고 극판 사이에 일정한 전압을 걸어 줄때 매질 (1), (2) 내의 전계의 세기 E1, E2 사이에 성립하는 관계로 옳은 것은?
dd(1) ε1(2)ε2=4ε1E1E2+V0
1E2 = 2E1
2E2 = E1
3E2 = E1/4
4E2 = 4E1
정답 및 해설
두 유전체가 극판에 수직인 전계 방향으로 겹쳐진 직렬 구조이므로 경계면에서 전속밀도 D가 연속이다. D=ϵ1E1=ϵ2E2D=\epsilon _1E_1=\epsilon _2E_2이고 ϵ2=4ϵ1\epsilon _2=4\epsilon _1이므로 E1=4E2E_1=4E_2, 즉 E2=E14E_2=\dfrac{E_1}{4}이다. 따라서 정답은 E2=E14E_2=\dfrac{E_1}{4}이다.
문제 10
어떤 영역의 전속밀도가 D=4x i+2y2 j+6z k [C/m2]D=4x\,i+2y^{2}\,j+6z\,k\ [\mathrm{C/m^{2}}]로 주어졌다. 원점을 한가운데 두고 한 변이 1[m]1[\mathrm{m}]인 정육면체를 잡을 때, 그 안에 들어 있는 전하는 모두 몇 [C][\mathrm{C}]인가?
16
210
34
48.85×10−118.85\times10^{-11}
정답 및 해설

가우스 법칙의 미분형 ∇⋅D=ρ\nabla\cdot D=\rho를 쓰면 ρ=∂∂x(4x)+∂∂y(2y2)+∂∂z(6z)=4+4y+6=10+4y\rho=\dfrac{\partial}{\partial x}(4x)+\dfrac{\partial}{\partial y}(2y^{2})+\dfrac{\partial}{\partial z}(6z)=4+4y+6=10+4y다.

적분 영역이 원점을 가운데 둔 정육면체라 yy는 −0.5-0.5부터 +0.5+0.5까지 대칭이고, yy의 홀수차 항인 4y4y는 적분하면 사라진다. 상수항만 남으므로 Q=∫v(10+4y) dv=10×1=10[C]Q=\displaystyle\int_v(10+4y)\,dv=10\times1=10[\mathrm{C}]이다.

독립 역산 — 발산정리를 쓰지 않고 여섯 면을 직접 훑어도 된다. x=±0.5x=\pm0.5 두 면에서 (4×0.5)×2=4(4\times0.5)\times2=4, z=±0.5z=\pm0.5 두 면에서 (6×0.5)×2=6(6\times0.5)\times2=6, y=±0.5y=\pm0.5 두 면은 바깥 법선이 서로 반대라 2(0.5)2−2(0.5)2=02(0.5)^{2}-2(0.5)^{2}=0이다. 합이 4+6+0=10[C]4+6+0=10[\mathrm{C}]로 같은 값이 복원된다.

4 와 6 은 발산의 항 하나씩만 센 값이고, 8.85×10⁻¹¹ 은 이미 전속밀도인 DD에 ε0\varepsilon_0를 한 번 더 곱해 버렸을 때 나오는 값이다.

문제 11
그림에서 ℓ =100cm, S=10cm2, μs=100, N=1000회인 회로에 전류 I=10A를 흘렸을 때 저축되는 에너지는 몇 Ｊ 인가?
ILNΦμℓS
12πx10-2
22πx10-3
32π
42πx10-1
정답 및 해설
이 회로의 자기인덕턴스는 L=μ0μsN2SlL=\dfrac{\mu_0\mu_s N^{2} S}{l}로 구한다. l=1[m]l=1[\mathrm{m}], S=10×10−4[m2]S=10\times10^{-4}[\mathrm{m^{2}}], μs=100\mu_s=100, N=1000N=1000을 대입하면 L=4π×10−7×100×10002×10×10−4=0.04π[H]L=4\pi\times10^{-7}\times100\times1000^{2}\times10\times10^{-4}=0.04\pi[\mathrm{H}]이다. 저장 에너지는 W=12LI2=12×0.04π×102=2π[J]W=\dfrac{1}{2}LI^{2}=\dfrac{1}{2}\times0.04\pi\times10^{2}=2\pi[\mathrm{J}]가 되어 정답은 2π이다.
문제 12

비유전율이 4인 유전체 속에 4×10−64 \times 10^{-6}[C]의 점전하가 놓여 있다. 이 점전하가 만드는 전기력선의 총수는 약 몇 개인가? (단, 진공의 유전율은 8.855×10−128.855 \times 10^{-12}[F/m]이다.)

1

1.13×1051.13 \times 10^{5}개

2

2.82×1042.82 \times 10^{4}개

3

4.52×1054.52 \times 10^{5}개

4

1.81×1061.81 \times 10^{6}개

정답 및 해설

가우스 법칙에 따르면 점전하가 방출하는 전기력선의 총수는 N=Qε0εsN = \dfrac{Q}{\varepsilon_{0} \varepsilon_{s}}로, 매질의 유전율에 반비례한다. 값을 넣으면 N=4×10−68.855×10−12×4≈1.13×105N = \dfrac{4 \times 10^{-6}}{8.855 \times 10^{-12} \times 4} \approx 1.13 \times 10^{5}개가 된다. 비유전율을 빼고 계산하면 4.52×1054.52 \times 10^{5}개, 유전율로 두 번 나누면 2.82×1042.82 \times 10^{4}개, 곱셈으로 처리하면 1.81×1061.81 \times 10^{6}개가 된다. 매질과 무관하게 QQ개로 일정한 것은 전기력선이 아니라 전속선이다.

문제 13
진공 중 3m 간격으로 두 개의 평행판 무한평판 도체에 각각 ＋4C/m2, -4C/m2의 전하를 주었을 때, 두 도체 간의 전위차는 약 몇 V인가?
11.5×1012
21.36×1011
31.36×1012
41.5×1011
정답 및 해설
무한 평판 도체 사이의 전계는 E=σϵ0E=\dfrac{\sigma}{\epsilon_0}로 구한다. σ=4[C/m2]\sigma=4[C/m^2]를 대입하면 E≈4.52×1011[V/m]E\approx4.52\times10^{11}[V/m]이고, 간격 d=3[m]d=3[m]를 곱하면 전위차는 V=Ed≈1.36×1012[V]V=Ed\approx1.36\times10^{12}[V]가 된다. 따라서 정답은 1.36×10^12이다.
문제 14

자속밀도가 B=ax+4ay−2azB=a_x+4a_y-2a_z[Wb/m2]인 공간을 −1.5-1.5[C]의 점전하가 v=2ax−ay+3azv=2a_x-a_y+3a_z[m/s]로 가로지른다. 이 전하가 받는 힘은 몇 [N]인가? (단, ax, ay, aza_x,\ a_y,\ a_z는 직교좌표계 각 축의 단위벡터이다.)

1

−10ax+7ay+9az-10a_x+7a_y+9a_z

2

−15ax+10.5ay+13.5az-15a_x+10.5a_y+13.5a_z

3

15ax+10.5ay−13.5az15a_x+10.5a_y-13.5a_z

4

15ax−10.5ay−13.5az15a_x-10.5a_y-13.5a_z

정답 및 해설

움직이는 전하가 받는 힘은 F=Q(v×B)F=Q(v\times B)로 구한다. 먼저 외적을 계산하면 v×B=∣axayaz2−1314−2∣=−10ax+7ay+9azv\times B=\begin{vmatrix}a_x&a_y&a_z\\2&-1&3\\1&4&-2\end{vmatrix}=-10a_x+7a_y+9a_z이고, 여기에 전하량 −1.5-1.5를 곱하면 15ax−10.5ay−13.5az15a_x-10.5a_y-13.5a_z[N]이 된다. 전하가 음이라는 사실을 빠뜨리면 −15ax+10.5ay+13.5az-15a_x+10.5a_y+13.5a_z, 행렬식에서 aya_y 항 앞 부호 규칙을 놓치면 15ax+10.5ay−13.5az15a_x+10.5a_y-13.5a_z, 외적만 구하고 전하량을 곱하지 않으면 −10ax+7ay+9az-10a_x+7a_y+9a_z가 나온다.

문제 15

10[A]가 흐르는 도선을 한 변 40[cm]짜리 정사각형으로 구부렸다. 이 사각형의 한가운데 지점에서 자계의 세기는 약 몇 [A/m]인가?

1

22.5

2

13.8

3

5.63

4

3.98

정답 및 해설

정사각형 네 변이 한가운데에 만드는 자계를 모두 더하면 H=22 IπlH=\dfrac{2\sqrt2\,I}{\pi l}이 된다. 여기에 I=10I=10[A], l=0.4l=0.4[m]를 넣으면 H=22×10π×0.4≈H=\dfrac{2\sqrt2\times10}{\pi\times0.4}\approx22.5[A/m]이다. 13.8은 정육각형용 공식 3Iπl\dfrac{\sqrt3I}{\pi l}을 잘못 가져다 쓴 값, 3.98은 무한히 긴 직선도체 공식을 적용한 값, 5.63은 계수 222\sqrt2를 22\dfrac{\sqrt2}{2}로 잘못 본 값이다.

문제 16
비오-사바르의 법칙을 이용하여 구할 수 있는 것은?
1전위
2자위
3자계의 세기
4전계의 세기
정답 및 해설
비오-사바르의 법칙은 전류소자가 임의의 점에 만드는 자계의 세기를 구하는 법칙이다.
정답은 자계의 세기이다.
문제 17
진공 중에서 전위함수가 V=x2+y2[V]V=x^2+y^2[V]로 주어질 때, 전하밀도는 몇 [C/m3][C/m^3]인가?
1−2ϵ0-\dfrac{2}{\epsilon_0}
22ϵ02\epsilon_0
3−4ϵ0-4\epsilon_0
4−4ϵ0-\dfrac{4}{\epsilon_0}
정답 및 해설
포아송 방정식 ∇2V=−ρϵ0\nabla^2V=-\dfrac{\rho}{\epsilon_0}에 V=x2+y2V=x^2+y^2를 대입하면 ∇2V=2+2=4\nabla^2V=2+2=4이므로 ρ=−4ϵ0\rho=-4\epsilon_0가 되어
문제 18
전속밀도가 D=e-2y(axsin2x+aycos2x)[C/m2] 일 때 전속의 단위 체적당 발산량[C/m3]은?
14e-2ycos2x
22e-2y(sin2x+cos2x)
30
42e-2ycos2x
정답 및 해설
발산은 div D=∂Dx∂x+∂Dy∂ydiv\,D=\dfrac{\partial D_x}{\partial x}+\dfrac{\partial D_y}{\partial y}로 계산된다. ∂∂x(e−2ysin⁡2x)=2e−2ycos⁡2x\dfrac{\partial}{\partial x}(e^{-2y}\sin2x)=2e^{-2y}\cos2x이고 ∂∂y(e−2ycos⁡2x)=−2e−2ycos⁡2x\dfrac{\partial}{\partial y}(e^{-2y}\cos2x)=-2e^{-2y}\cos2x이므로 두 값을 더하면 0이 된다.
문제 19
다음 설명 중 틀린 것은?
1가우스(Gauss)의 정리 divD=ρudivD=\rho _u
2라플라스의 방정식 ▽2V=0\bigtriangledown ^2V=0
3푸아송의(Poisson)의 방정식 ▽2V=ρmϵ0\bigtriangledown ^2V=\dfrac{\rho _m}{\epsilon _0}
4발산의 정리 ∫∫sAnds=∫∫∫vdivAdv\int \int _s Ands=\int \int \int _v div Adv
정답 및 해설
푸아송의 방정식은 ∇2V=−ρϵ0\nabla ^2V=-\dfrac{\rho }{\epsilon _0}로 우변에 음의 부호가 있어야 하는데, 문제의 식에는 이 부호가 빠져 있어 옳지 않다. 가우스의 정리, 라플라스의 방정식, 발산의 정리는 모두 올바르게 표현되어 있으므로 정답은 푸아송의(Poisson)의 방정식이다.
문제 20
투자율도 유전율도 대단히 큰 물질로 이루어진 무한평면이 진공 중에 놓여 있다. 이 평면과 나란하게, 직류 II가 흐르는 긴 도선과 선전하 +Q+Q를 지닌 긴 도선이 각각 떨어져 있다. 평면을 걷어내고 영상을 세워 위쪽 공간의 장을 구하려 할 때, 경계에서 맞추어야 하는 조건과 그에 맞는 영상의 짝으로 옳은 것은?
1자계의 접선성분이 00 → 영상전류 −I-I, 전계의 접선성분이 00 → 영상전하 +Q+Q
2자계의 접선성분이 00 → 영상전류 +I+I, 전계의 접선성분이 00 → 영상전하 −Q-Q
3자속밀도의 법선성분이 00 → 영상전류 −I-I, 전속밀도의 법선성분이 00 → 영상전하 −Q-Q
4자계의 법선성분이 00 → 영상전류 +I+I, 전계의 법선성분이 00 → 영상전하 +Q+Q
정답 및 해설

영상법은 경계면을 치우는 대신 반대쪽 대칭 자리에 가상의 원천을 놓아, 남은 영역에서 경계조건이 저절로 지켜지도록 만드는 방법이다. 그러므로 어떤 영상을 놓을지는 경계조건이 정해 준다.

유전율이 대단히 큰 매질은 완전도체처럼 굴어 안쪽 전계가 사실상 사라진다. 접선방향 성분은 양쪽이 이어져야 하므로 표면에서 Et=0E_t=0이어야 하고, 이를 맞추려면 대칭 자리에 부호가 뒤집힌 −Q-Q를 놓아야 한다.

투자율이 대단히 큰 매질에서는 H=B/μH=B/\mu가 거의 사라져 표면에서 Ht=0H_t=0이 요구된다. 높이 hh에 있는 도선과 그 영상이 평면 위의 한 점 xx에 만드는 접선방향 자계를 더하면 (I−I′)h2π(x2+h2)\dfrac{(I-I')h}{2\pi(x^{2}+h^{2})} 꼴이 되고, 이것이 어느 xx에서나 00이 되려면 I′=+II'=+I, 곧 원래와 나란한 방향이어야 한다. 그래서 ②가 옳다.

일반식으로 보면 더 뚜렷하다. 유전체 경계는 Q′=−Qε2−ε1ε2+ε1Q'=-Q\dfrac{\varepsilon_2-\varepsilon_1}{\varepsilon_2+\varepsilon_1}, 자성체 경계는 I′=Iμ2−μ1μ2+μ1I'=I\dfrac{\mu_2-\mu_1}{\mu_2+\mu_1}이고 각각 ε2→∞\varepsilon_2\to\infty, μ2→∞\mu_2\to\infty를 넣으면 −Q-Q와 +I+I가 나온다. 높은 주파수에서 도체 표면의 와전류가 자속을 밀어내는 상황이라면 영상전류가 −I-I가 되는데, 그때는 지켜야 할 조건이 BB의 법선성분 00 으로 바뀌므로 이 문제와는 경우가 다르다.

문제 21
다음 중 송전계통에서 안정도 증진과 관계없는 것은?
1속응여자방식의 채용
2재폐로 방식의 채용
3리액턴스 감소
4차폐선의 채용
정답 및 해설
차폐선은 통신선에 대한 유도장해(정전유도·전자유도)를 줄이기 위한 설비로, 송전계통의 안정도 증진과는 직접적인 관련이 없다. 반면 속응여자방식 채용, 재폐로 방식 채용, 리액턴스 감소는 모두 정태·과도 안정도 향상에 기여하는 대표적 방법이다. 따라서 정답은 차폐선의 채용이다.
문제 22
선택지락 계전기의 용도를 옳게 설명한 것은?
1단일 회선에서 지락 고장 회선의 선택 차단
2단일 회선에서 지락 전류의 방향 선택 차단
3병행 2회선에서 지락 고장의 지속시간 선택 차단
4병행 2회선에서 지락 고장 회선의 선택 차단
정답 및 해설
선택지락계전기(SGR)는 병행 2회선 송전선로에서 지락사고가 발생한 회선만을 선택하여 차단하기 위해 사용된다. 따라서 정답은 병행 2회선에서 지락 고장 회선의 선택 차단이다.
문제 23
기력발전소에서 1톤의 석탄으로 발생할 수 있는 전력량은 약 몇 kWh 인가? (단, 석탄의 발열량은 5500kcal/kg이고 발전소 효율을 33%로 한다.)
11860
22580
32840
42110
정답 및 해설
1[kWh]는 860[kcal]에 해당하므로, 전력량은 열량과 효율의 곱을 860으로 나누어 구한다. 1톤=1000kg이므로 1000×5500×0.33860≈2110[kWh]\dfrac{1000\times5500\times0.33}{860}\approx2110[kWh]가 되어, 정답은 2110이다.
문제 24
특유속도가 가장 작은 수차는?
1카플란 수차
2프로펠러 수차
3프란시스 수차
4펠턴 수차
정답 및 해설
특유속도는 카플란·프로펠러 수차가 가장 크고 프란시스 수차가 중간이며, 펠턴 수차(충동수차)가 가장 작다. 따라서 정답은 펠턴 수차이다.
문제 25
송전선로의 고장전류의 계산에 영상 임피던스가 필요한 경우는?
1선간 단락
23선 단선
33상 단락
41선 지락
정답 및 해설
영상분 전류는 3상 전류의 합이 0이 되지 않는 비대칭 고장에서 나타나며, 1선 지락사고는 영상분이 존재하는 대표적인 고장이므로 고장전류 계산에 영상임피던스가 반드시 필요하다. 3상 단락과 같은 대칭 고장에서는 영상분이 나타나지 않는다. 정답은 1선 지락이다.
문제 26
전력계통의 전압을 조정하는 가장 보편적인 방법은?
1계통의 주파수 조정
2부하의 유효전력 조정
3발전기의 유효전력 조정
4계통의 무효전력 조정
정답 및 해설
전력계통의 전압은 주로 무효전력의 수급 균형에 의해 결정되므로, 콘덴서·리액터·발전기 여자 조정 등을 통한 무효전력 조정이 전압조정의 가장 보편적인 방법이다. 주파수나 유효전력 조정은 전압보다는 계통의 속도·위상 안정과 관련된 요소이다. 따라서 정답은 계통의 무효전력 조정이다.
문제 27
전력계통에서 전력용 콘덴서와 직렬로 연결하는 리액터로 제거되는 고조파는?
1제4고조파
2제3고조파
3제2고조파
4제5고조파
정답 및 해설
전력용 콘덴서에 직렬로 연결하는 직렬리액터는 회로에 존재하는 제5고조파가 콘덴서 용량과 공진하여 확대되는 것을 방지하기 위해 설치한다. 따라서 정답은 제5고조파이다.
문제 28

배전용 단상변압기 2대를 V결선하여 부하에 전력을 보내던 중, 그림처럼 저압측 바깥쪽 두 단자 사이가 단락되었다. 단락점을 흐르는 전류는 몇 [A]인가? (단, 변압기 1대의 내부 임피던스는 0.05[Ω], 저압측 선간전압은 220[V]이다.)

단락점
1

1,270

2

2,200

3

3,810

4

4,400

정답 및 해설

V결선에서 바깥쪽 두 단자 사이에는 변압기 권선 두 개가 직렬로 들어가므로 고장회로의 임피던스는 0.05+0.05=0.10.05+0.05=0.1[Ω]이 되고, 그 두 권선에 걸리는 전압은 선간전압 220[V]와 같다. 그러므로 Is=2200.1=2200I_s=\dfrac{220}{0.1}=2200[A], 곧 2,200[A]이다. 4,400은 권선 하나만 계산한 값이고, 1,270과 3,810은 3상 회로로 잘못 보아 3\sqrt{3}으로 나누거나 곱한 값이다.

문제 29
전력계통의 안정도 향상 방안이 아닌 것은?
1전압변동률을 작게 한다.
2고속도 재폐로 방식의 차단기를 채용한다.
3중성점을 직접접지방식으로 한다.
4선로와 기기의 리액턴스를 작게 한다.
정답 및 해설
안정도 향상을 위해서는 리액턴스를 작게 하고 고속도 재폐로 방식을 채용하며 전압변동률을 작게 해야 하지만, 중성점을 직접접지하면 지락고장 시 고장전류가 커져 오히려 안정도가 저하된다. 따라서 안정도 향상 방안이 아닌 것은 ③ 중성점을 직접접지방식으로 한다이다.
문제 30
개폐서지·순간과도전압 등의 이상전압이 2차 기기에 악영향을 주지 않도록 막기 위해 설치하는 것은 무엇인가?
1리액터
2차단기
3서지흡수기
4단로기
정답 및 해설
정답은 서지흡수기이다. 서지흡수기는 개폐서지와 같은 순간적인 과도 이상전압이 변압기 등 2차측 기기에 침입해 악영향을 주는 것을 막기 위해 기기 인근에 설치하는 보호장치이다.
문제 31

3상 3선식 배전선로 끝에 지상역률 0.6인 3상 평형부하가 달려 있다. 저항 6[Ω]과 리액턴스 8[Ω] 이외의 선로정수는 고려하지 않는다. 변전소 인출구에서 6,600[V]로 내보낸 전압이 부하 단자에서는 6,000[V]로 측정되었다면, 이 부하가 소비하는 전력은 약 몇 [kW]인가?

1

216

2

154

3

360

4

374

정답 및 해설

3상 선로의 전압강하는 e=3 I(Rcos⁡θ+Xsin⁡θ)e=\sqrt3\,I(R\cos\theta+X\sin\theta)로 어림한다. cos⁡θ=0.6\cos\theta=0.6이면 sin⁡θ=0.8\sin\theta=0.8이라 괄호 안은 6×0.6+8×0.8=106\times0.6+8\times0.8=10이고, 강하가 600[V]이니 I=600103≈34.6I=\dfrac{600}{10\sqrt3}\approx34.6[A]다. 소비전력은 P=3×6000×34.6×0.6≈P=\sqrt3\times6000\times34.6\times0.6\approx 216[kW]가 된다. 374는 강하식에서 3\sqrt3을 뺀 값, 360은 마지막에 역률을 곱하지 않은 값, 154는 괄호 안을 R+XR+X로 잘못 본 값이다.

문제 32
송전선의 특성 임피던스는 저항과 누설 콘덕턴스를 무시하면 어떻게 표시되는가? (단, LL은 선로의 인덕턴스, CC는 선로의 정전용량이다.)
1CL\dfrac{C}{L}
2LC\dfrac{L}{C}
3LC\sqrt{\frac{L}{C}}
4CL\sqrt{\frac{C}{L}}
정답 및 해설
저항과 누설 콘덕턴스를 무시한 무손실 선로의 특성(파동)임피던스는 Z0=LCZ_0=\sqrt{\dfrac{L}{C}}로 표시된다.
문제 33
원자로에서 핵분열로 발생한 고속중성자를 열중성자로 바꾸는 작용을 하는 것은?
1반사체
2냉각재
3감속재
4제어재
정답 및 해설
핵분열로 발생한 고속중성자의 속도를 늦춰 열중성자로 만드는 것은 감속재(경수, 중수, 흑연 등)의 역할이다. 따라서 정답은 감속재이다.
문제 34
전력계통에 설치하는 조상설비에 대한 설명으로 틀린 것은?
1송전단과 수전단의 전압을 일정하게 유지하도록 조정하는 설비이다.
2역률을 개선하여 전력손실을 줄이는 설비이다.
3이상전압으로부터 선로와 기기를 보호하는 설비이다.
4전력계통의 안정도를 향상시키는 설비이다.
정답 및 해설
조상설비는 무효전력을 조정하여 송수전단 전압을 유지하고 역률을 개선하며 안정도를 향상시키는 설비이다. 이상전압으로부터 선로와 기기를 보호하는 것은 피뢰기 등의 역할이지 조상설비의 기능이 아니므로 정답이다.
문제 35
전력원선도로부터 구할 수 없는 것은?
1정태안정 극한전력
2송․ 수전단 전압간의 상차각
3 과도안정 극한전력
4선로손실과 송전효율
정답 및 해설
전력원선도로부터 정태안정 극한전력, 송·수전단 전압 간의 상차각, 선로손실과 송전효율 등을 구할 수 있으나, 과도안정 극한전력은 계통에 급격한 외란이 가해졌을 때의 안정도를 다루므로 전력원선도가 아닌 등면적법 등 별도의 해석이 필요하다. 정답은 과도안정 극한전력이다.
문제 36
66[kV]66\rm[kV] 33상 33선식 22회선 송전선이 30[km]30\rm[km] 뻗어 있고, 11선당 대지정전용량은 0.0055[μF/km]0.0055\rm[\mu F/km]다. 이 선로의 11선 지락 아크를 끄려면 소호리액터를 약 몇 [kVA]\rm[kVA]로 잡아야 하는가? (단, 주파수는 60[Hz]60\rm[Hz]다.)
1271271
21,6261{,}626
3181181
4542542
정답 및 해설
11선 지락이 생기면 건전한 두 상의 대지정전용량을 거쳐 고장점으로 전류가 흘러들어 아크를 계속 살려 둔다. 중성점에 리액터를 달아 크기가 같고 방향이 반대인 전류를 흘려 주면 두 전류가 서로 지워져 아크가 저절로 꺼지는데, 이때 필요한 무효전력이 Q=ωCV2Q=\omega CV^2다(CC는 선로 전체 대지정전용량, VV는 선간전압).
22회선이므로 C=0.0055×30×2=0.33 [μF]C=0.0055\times30\times2=0.33\,[\mu\mathrm F]이고 ω=2π×60≈377\omega=2\pi\times60\approx377이다. 따라서 Q=377×0.33×10−6×(66,000)2≈5.42×105 [VA]≈542 [kVA]Q=377\times0.33\times10^{-6}\times(66{,}000)^2\approx5.42\times10^{5}\,[\mathrm{VA}]\approx542\,[\mathrm{kVA}]다.
상전압으로 다시 짚어도 같다. E=66,0003≈38,105 [V]E=\dfrac{66{,}000}{\sqrt3}\approx38{,}105\,[\mathrm V]이고 한 상의 충전전류가 I=ωCE≈377×0.33×10−6×38,105≈4.74 [A]I=\omega CE\approx377\times0.33\times10^{-6}\times38{,}105\approx4.74\,[\mathrm A]이므로 Q=3EI≈3×38,105×4.74≈542 [kVA]Q=3EI\approx3\times38{,}105\times4.74\approx542\,[\mathrm{kVA}]로 맞물린다.
271271은 22회선을 한 회선으로 센 값, 181181은 선간전압 자리에 상전압을 넣은 값, 1,6261{,}626은 33배를 한 번 더 곱해 버린 값이다.
문제 37

어떤 송전선로를 4단자 정수로 나타냈더니 B=200B=200[Ω]이었다. 송전단 전압을 154[kV], 수전단 전압을 140[kV]로 유지한다면 이 선로의 전력원선도 반지름은 몇 [MVA]인가?

1

186.7

2

107.8

3

62.2

4

53.9

정답 및 해설

전력원선도에서 반지름에 해당하는 양은 두 끝단 전압을 곱한 뒤 정수 BB로 나눈 값이다. 조건을 대입하면 154×140200=\dfrac{154\times140}{200}=107.8[MVA]가 나온다([kV]2/[Ω][\mathrm{kV}]^2/[\Omega]은 [MVA][\mathrm{MVA}]가 된다). 53.9는 반지름이라는 말에 이끌려 한 번 더 2로 나눈 값이고, 62.2와 186.7은 3\sqrt3을 괜히 나누거나 곱해 생기는 값이다.

문제 38
3상 3선식 송전선에서 L을 작용 인턱턴스라 하고, Le 및 Lm은 대지를 귀로로 하는 1선의 자기 인덕턴스 및 상호 인덕턴스라고 할 때 이들 사이의 관계식은?
1L = Lm/Le
2L = Lm + Le
3L = Le - Lm
4L = Lm - Le
정답 및 해설
3상 3선식에서 대지를 귀로로 하는 1선의 자기인덕턴스를 LeL_e, 다른 상과의 상호인덕턴스를 LmL_m이라 하면, 평형 3상 전류에서는 다른 두 상 전류의 영향이 상쇄되는 방향으로 작용하여 작용인덕턴스는 L=Le−LmL=L_e-L_m으로 나타난다.
문제 39
전력계통의 전압 조정과 관계없는 것은?
1전력용콘덴서
2자동전압조정기
3부하시 탭 조정장치
4발전기의 조속기
정답 및 해설
전력용콘덴서, 자동전압조정기, 부하시 탭 조정장치는 모두 계통 전압을 조정하는 설비이다. 발전기의 조속기는 원동기의 속도, 즉 주파수를 조정하는 장치로 전압 조정과는 관계가 없다. 따라서 정답은 발전기의 조속기이다.
문제 40
뇌해 방지 대책과 관계가 없는 것은?
1소호각
2가공지선
3매설지선
4댐퍼
정답 및 해설
정답은 댐퍼이다. 댐퍼는 바람에 의한 전선의 미소진동을 억제하는 장치로 뇌해와는 관계가 없으며, 소호각, 가공지선, 매설지선은 모두 뇌서지에 대비한 방호설비이다.
문제 41
직류 전동기의 규약 효율을 나타낸 식으로 옳은 것은?
1출력출력+손실×100%\dfrac{\text{출력}}{\text{출력}+\text{손실}}\times100\%
2출력입력×100%\dfrac{\text{출력}}{\text{입력}}\times100\%
3입력−손실입력×100%\dfrac{\text{입력}-\text{손실}}{\text{입력}}\times100\%
4입력입력+손실×100%\dfrac{\text{입력}}{\text{입력}+\text{손실}}\times100\%
정답 및 해설
전동기의 규약효율은 입력을 기준으로 정의되어 η=입력−손실입력×100[%]\eta=\dfrac{\text{입력}-\text{손실}}{\text{입력}}\times100[\%]로 나타내며, 이는 출력을 기준으로 하는 발전기의 규약효율과 구분된다.
문제 42
다음 단상 유도전동기 중 기동 토크가 가장 큰 것은?
1분상 기동형
2셰이딩 코일형
3반발 기동형
4콘덴서 기동형
정답 및 해설
정답은 반발 기동형이다. 단상 유도전동기의 기동토크는 일반적으로 반발 기동형이 가장 크고, 그 다음이 콘덴서 기동형, 분상 기동형 순이며 셰이딩 코일형이 가장 작다.
문제 43
정격출력 50kW, 4극 220V, 60Hz인 3상 유도전동기가 전부하 슬립 0.04, 효율 90%로 운전되고 있을 때 다음 중 틀린 것은?
1회전자 동손 = 2.08 kW
2회전자 입력 = 52.08 kW
32차 효율 = 92%
41차 입력 = 55.56 kW
정답 및 해설
정답은 2차 효율 = 92%이다. 회전자(2차) 입력은 P2=Po1−s=501−0.04≈52.08[kW]P_2=\frac{P_o}{1-s}=\frac{50}{1-0.04}\approx52.08[\mathrm{kW}], 회전자 동손은 P2−Po≈2.08[kW]P_2-P_o\approx2.08[\mathrm{kW}], 1차 입력은 Poη=500.9≈55.56[kW]\frac{P_o}{\eta}=\frac{50}{0.9}\approx55.56[\mathrm{kW}]로 모두 옳다. 그러나 2차 효율은 η2=1−s=0.96\eta_2=1-s=0.96, 즉 96%이므로 92%라고 한 ③이 틀린 값이다.
문제 44
변압기 여자회로의 어드미턴스 Y0[℧]를 구하면? (단, I0는 여자전류, Ii는 철손전류, Iø는 자화전류, g0는 콘덕턴스, V1는 인가전압이다.)
1g0V1\dfrac{g_0}{V_1}
2IiV1\dfrac{I_i}{V_1}
3I0V1\dfrac{I_0}{V_1}
4IϕV1\dfrac{I_\phi}{V_1}
정답 및 해설
변압기의 여자어드미턴스는 여자전류 I0I_0를 인가전압 V1V_1로 나눈 값으로 정의된다. 즉 Y0=I0V1Y_0=\dfrac{I_0}{V_1}이며 정답이다.
문제 45
직류기의 다중 중권 권선법에서 전기자 병렬회로 수 a와 극수 P 사이의 관계로 옳은 것은? (단, m은 다중도이다.)
1a = 2
2a = 2m
3a = P
4a = mP
정답 및 해설

단중 중권에서는 병렬회로 수가 극수와 같아 a=Pa=P이다. 여기서 다중도 m으로 감으면 서로 독립된 중권 권선이 m조 겹쳐진 것과 같아 병렬 경로가 m배로 늘어나므로, 병렬회로 수는 a=mPa=mP가 된다.

문제 46
3상 농형 유도전동기의 기동방법으로 틀린 것은?
1전전압 기동
2리액터 기동
32차 저항에 의한 기동
4Y-△ 기동
정답 및 해설
농형 유도전동기의 기동법에는 전전압(직입) 기동, Y−△Y-\triangle 기동, 리액터 기동, 기동보상기법 등이 있다. 2차 저항에 의한 기동법은 회전자에 외부 저항을 접속할 수 있는 권선형 유도전동기에만 적용되는 방법이다. 따라서 농형 유도전동기의 기동법으로 틀린 것은 ③ 2차 저항에 의한 기동이다.
문제 47

4극 15[kW] 3상 유도전동기의 명판 전압이 380[V]이다. 전전압으로 기동했더니 기동전류가 정격의 600[%], 기동토크가 전부하값의 200[%]로 측정되었다. 기동 중 생기는 토크를 전부하값의 1.25배 수준까지 낮추려면 인가전압을 약 몇 [V]로 맞추어야 하는가?

1

약 238

2

약 300

3

약 347

4

약 481

정답 및 해설

유도전동기가 내는 기동토크는 걸어준 전압의 제곱에 비례한다. 목표로 하는 토크비가 1.252.00=0.625\dfrac{1.25}{2.00}=0.625이므로 전압비는 0.625≈0.7906\sqrt{0.625}\approx0.7906, 따라서 380×0.7906≈300.4380\times0.7906\approx300.4이 되어 약 300[V]가 답이다. 약 238은 제곱 관계를 빠뜨리고 토크비를 그대로 곱한 값, 약 481은 두 토크의 비를 거꾸로 놓은 값, 약 347은 분모에 200[%] 대신 150[%]를 잘못 대입한 값이다.

문제 48

직류 직권전동기를 벨트로 부하와 이어 쓰지 못하게 하는 근거로 가장 알맞은 것은?

1

벨트가 미끄러지는 동안 정류자와 브러시의 마모가 빨라지기 때문

2

벨트를 쓰면 계자권선과 전기자권선의 직렬 접속이 풀려 기동토크를 낼 수 없기 때문

3

벨트 장력 탓에 역기전력이 커져 전기자전류가 정격을 넘기 때문

4

벨트가 벗겨져 부하가 사라지면 자속이 급격히 줄어 회전수가 위험 영역까지 치솟기 때문

정답 및 해설

직권기는 계자권선이 전기자와 한 줄로 이어져 있어 자속이 부하전류를 따라 움직인다. 부하가 없어지면 전류가 거의 흐르지 않아 자속이 급감하고, N∝V−IaRaϕN\propto\dfrac{V-I_aR_a}{\phi}에서 보듯 회전수는 그 반비례로 뛰어오른다. 벨트가 벗겨지는 순간이 곧 무부하이므로 회전자가 견디지 못할 속도까지 폭주한다. 마모·기동토크·역기전력을 든 나머지는 벨트 연결을 금하는 근거가 아니다.

문제 49
그림은 초기 직류기에 쓰이던 전기자 권선의 모습이다. 철심 둘레를 코일이 고리처럼 휘감아, 철심 안쪽을 지나는 코일변에서는 기전력이 거의 유도되지 않는 이 권선법의 이름은? NS1234561'2'3'4'5'6'
1파권
2고상권
3단층권
4환상권
정답 및 해설
환상권은 도체를 원통 철심의 바깥과 안쪽으로 번갈아 넘기며 고리처럼 한 바퀴 돌려 감는 방식이다. 이때 자속을 끊어 기전력을 만드는 것은 자극과 마주 보는 바깥쪽 변뿐이고, 철심 안쪽을 지나는 변은 자속이 거의 지나지 않아 놀게 된다. 그래서 도체를 쓰는 효율이 절반 아래로 떨어지고 안쪽 변은 손볼 수도 없어, 오늘날의 직류기는 도체를 모두 철심 표면 슬롯에 얹는 고상권을 쓴다.
파권과 중권은 코일 끝을 정류자편에 어떤 순서로 잇느냐를 가르는 결선법이고, 단층권과 22층권은 슬롯 하나에 코일변을 몇 개 넣느냐를 가르는 구분이라, 그림이 보여 주는 '감는 형태' 와는 층위가 다르다.
문제 50
변압기의 무부하시험, 단락시험에서 구할 수 없는 것은?
1동손
2철손
3절연내력
4전압변동률
정답 및 해설
정답은 절연내력이다. 무부하시험에서는 철손과 여자전류를, 단락시험에서는 동손과 임피던스전압(전압변동률 산출에 이용)을 구할 수 있지만, 절연내력은 별도의 절연내력시험으로 확인해야 한다.
문제 51
동기 전동기에 대한 설명으로 옳은 것은?
1가변속 전동기로서 다양하게 응용된다.
2공극이 매우 작아 설치 및 보수가 어렵다.
3역률 조정을 할 수 있다.
4기동 토크가 크다.
정답 및 해설
동기전동기는 계자전류(여자)를 조정함으로써 역률을 진상·지상 어느 쪽으로도 자유롭게 조정할 수 있는 것이 큰 특징이다. 반면 속도는 동기속도로 고정되어 가변속 운전에 부적합하고 공극이 비교적 크며, 기동토크가 작아 별도의 기동장치가 필요하다. 따라서 옳은 설명은 ③ 역률 조정을 할 수 있다이다.
문제 52
변압기에서 누설리액턴스(LL)와 권수(NN) 사이의 관계를 옳게 나타낸 것은?
1L∝NL\propto N
2L∝1NL\propto\dfrac{1}{N}
3L∝N2L\propto N^2
4L∝1N2L\propto\dfrac{1}{N^2}
정답 및 해설
정답은 L∝N2L\propto N^2이다. 인덕턴스는 L=N2RmL=\dfrac{N^2}{R_m}(RmR_m은 자기저항)로 권수의 제곱에 비례하므로, 누설리액턴스 역시 권수의 제곱에 비례한다.
문제 53
직류발전기의 정류 초기에 전류변화가 크며 이때 발생되는 불꽃정류로 옳은 것은?
1정현파정류
2직선정류
3과정류
4부족정류
정답 및 해설
정답은 과정류이다. 정류 초기에 전류 변화가 급격하면 정류 개시 직후 브러시 앞부분에서 과도한 전류가 흘러 불꽃이 발생하는 과정류가 되고, 반대로 정류 말기에 전류 변화가 급격하면 부족정류가 된다.
문제 54

효율이 9090[%]인 직류 발전기를 효율 8585[%]짜리 3상 유도 전동기로 직결 구동하여 2020[kW]를 발전하고 있다. 전동기가 전원에서 받아들이는 전력은 약 몇 [kW]인가?

1

15.3

2

22.2

3

23.5

4

26.1

정답 및 해설

동력은 전원에서 전동기를 거쳐 발전기로 흐르므로, 전동기가 축에 내놓는 힘이 곧 발전기가 받는 힘이다. 발전기가 받는 힘은 20/0.9=22.220/0.9=22.2[kW]이고, 여기에 전동기 효율을 한 번 더 나눠 주면 22.2/0.85=22.2/0.85=약 26.1 [kW]가 된다. 결국 두 효율의 곱으로 나눈 P/(ηgηm)P/(\eta_g\eta_m) 꼴이다. 15.3은 효율을 곱해 버린 값이고, 22.2와 23.5는 한쪽 효율만 반영한 값이다.

문제 55
부하전류가 크지 않을 때 직류 직권전동기 발생 토크는? (단, 자기회로가 불포화인 경우이다.)
1전류에 비례한다.
2전류의 제곱에 반비례한다.
3전류의 제곱에 비례한다.
4전류에 반비례한다.
정답 및 해설
직류 직권전동기는 계자권선과 전기자권선이 직렬로 연결되어 있어, 자기회로가 불포화인 부하전류 영역에서는 자속이 전기자전류에 비례(ϕ∝Ia\phi\propto I_a)한다. 따라서 토크는 T∝ϕIa∝Ia2T\propto\phi I_a\propto I_a^2로 전류의 제곱에 비례한다. 정답은 전류의 제곱에 비례한다이다.
문제 56

정격 주파수가 60[Hz]인 3상 유도전동기를 극수 8로 제작하였다. 이 전동기의 동기와트가 2[kW]로 측정되었다면 발생 토크는 약 몇 [N·m]인가?

1

2.22

2

5.31

3

10.61

4

21.22

정답 및 해설

극수 8, 60[Hz]이면 회전자계가 도는 속도는 Ns=120×608=900N_s=\dfrac{120\times60}{8}=900[rpm]이고, 이를 라디안 단위로 고치면 ωs=2π×90060≈94.25\omega_s=\dfrac{2\pi\times900}{60}\approx94.25[rad/s]가 된다. 동기와트란 2차 입력을 회전자계 쪽 기계량으로 환산한 값이므로, 토크는 이를 각속도로 나눈 T=P2ωs=200094.25≈21.22T=\dfrac{P_2}{\omega_s}=\dfrac{2000}{94.25}\approx21.22[N·m]이다. 2.22는 [rpm] 값으로 그냥 나눈 것, 5.31은 2πf2\pi f(전기각속도)를 대입한 것, 10.61은 극수를 4로 잘못 본 값이다.

문제 57
게이트 조작에 의해 부하전류 이상으로 유지 전류를 높일수 있어 게이트 턴온, 턴오프가 가능한 사이리스터는?
1TRIAC
2SCR
3GTO
4LASCR
정답 및 해설
GTO(Gate Turn-Off) 사이리스터는 게이트에 역방향 신호를 가하면 부하전류 이상의 전류에서도 턴오프가 가능하여 게이트만으로 턴온·턴오프를 모두 제어할 수 있다. 따라서 정답은 GTO이다.
문제 58
직권 특성을 가진 직류전동기가 전부하에서 1200[rpm]1200[\mathrm{rpm}]으로 돌고 있다. 부하 토크가 전부하 값의 49\dfrac{4}{9}로 가벼워지면 회전속도는 약 몇 [rpm][\mathrm{rpm}]이 되겠는가? (단, 자기포화와 전압강하는 셈에 넣지 않는다.)
1800
21200
32700
41800
정답 및 해설

직권기는 계자권선이 전기자와 한 줄로 이어져 있어 자속이 전기자전류를 따라 움직인다. 그래서 T∝ΦIa∝Ia2T\propto\Phi I_a\propto I_a^{2}이고, 포화와 강하를 무시하면 N∝VΦ∝1IaN\propto\dfrac{V}{\Phi}\propto\dfrac{1}{I_a}다.

토크가 49\dfrac{4}{9}배가 되려면 IaI_a는 49=23\sqrt{\dfrac{4}{9}}=\dfrac{2}{3}배여야 하고, 속도는 그 역수인 32\dfrac{3}{2}배가 된다. 따라서 N=1200×32=1800[rpm]N=1200\times\dfrac{3}{2}=1800[\mathrm{rpm}]이다.

독립 역산 — 얻은 답에서 거슬러 올라가면 Ia′Ia=NN′=12001800=23\dfrac{I_a'}{I_a}=\dfrac{N}{N'}=\dfrac{1200}{1800}=\dfrac{2}{3}이고 토크비는 (23)2=49\left(\dfrac{2}{3}\right)^{2}=\dfrac{4}{9}로 주어진 조건이 그대로 되살아난다. 한 줄로 쓰면 N∝T−1/2N\propto T^{-1/2}이므로 1200×(49)−1/2=18001200\times\left(\dfrac{4}{9}\right)^{-1/2}=1800으로도 같다.

2700 은 속도를 토크에 그대로 반비례시킨 값(1200×941200\times\frac{9}{4}), 800 은 제곱근 관계를 거꾸로 잡은 값, 1200 은 분권기처럼 속도가 거의 변하지 않는다고 본 값이다.

문제 59
전력변환기기 중 컨버터는 어떤 기능을 수행하는 장치인가?
1교류를 다른 주파수의 교류로 변환한다.
2직류를 다른 전압의 직류로 변환한다.
3직류를 교류로 변환한다.
4교류를 직류로 변환한다.
정답 및 해설
전력변환기기에서 컨버터는 교류를 직류로 변환하는 정류장치를 의미하며, 직류를 교류로 바꾸는 것은 인버터, 교류의 주파수를 바꾸는 것은 사이클로컨버터, 직류전압을 바꾸는 것은 초퍼(DC-DC 컨버터)이다. 따라서 정답은 교류를 직류로 변환한다이다.
문제 60
10kW, 3상, 380V 유도전동기의 전부하 전류는 약 몇 A 인가? (단, 전동기의 효율은 85%, 역률은 85%이다.)
136
215
326
421
정답 및 해설
입력전력은 Pin=Poutη=100000.85≈11764.7P_{in}=\frac{P_{out}}{\eta}=\frac{10000}{0.85}\approx11764.7[W]이고, 전류는 I=Pin3 Vcos⁡θ=11764.73×380×0.85≈21I=\frac{P_{in}}{\sqrt3\,V\cos\theta}=\frac{11764.7}{\sqrt3\times380\times0.85}\approx21[A]이다. 따라서 정답은 21이다.
문제 61
그림의 신호흐름선도에서 전달함수 CR\frac{C}{R}는? 1ab1RCcde
1ab+c1+(ad+be)−cde\dfrac{ab+c}{1+(ad+be)-cde}
2ab+c1+(ad+be)\dfrac{ab+c}{1+(ad+be)}
3ab+c1−(ad+be)\dfrac{ab+c}{1-(ad+be)}
4ab+c1−(ad+be)−cde\dfrac{ab+c}{1-(ad+be)-cde}
정답 및 해설
메이슨 공식을 적용하면 전향경로는 abab와 cc 두 개이고, 폐루프는 adad, bebe, cdecde 세 개이며 모두 서로 마디를 공유해 접촉한다. 따라서 Δ=1−(ad+be)−cde\Delta=1-(ad+be)-cde이고 두 전향경로 모두 모든 루프와 접촉하므로 Δ1=Δ2=1\Delta_1=\Delta_2=1이 되어 CR=ab+c1−(ad+be)−cde\dfrac{C}{R}=\dfrac{ab+c}{1-(ad+be)-cde}가 된다.
문제 62

제어계의 전달함수가 G(s)=2+4ss+1+5ss+5G(s)=2+\dfrac{4s}{s+1}+\dfrac{5s}{s+5}로 주어졌다. 입력으로 단위 계단 함수를 넣었을 때 시간 영역에서 나타나는 출력 y(t)y(t)는?

1

2+4et+5e5t2+4e^{t}+5e^{5t}

2

2−4e−t−5e−5t2-4e^{-t}-5e^{-5t}

3

2+4e−t+5e−5t2+4e^{-t}+5e^{-5t}

4

2+4e−t−5e−5t2+4e^{-t}-5e^{-5t}

정답 및 해설

단위 계단 함수를 변환하면 R(s)=1/sR(s)=1/s이므로 출력은 Y(s)=G(s)/sY(s)=G(s)/s가 되고, 각 항에 있던 ss가 약분되어 Y(s)=2s+4s+1+5s+5Y(s)=\dfrac{2}{s}+\dfrac{4}{s+1}+\dfrac{5}{s+5}로 깔끔하게 남는다. 변환표를 그대로 적용하면 y(t)=2+4e−t+5e−5ty(t)=2+4e^{-t}+5e^{-5t}이다. 지수의 부호는 극점 s=−1s=-1, s=−5s=-5에서 오므로 음수여야 하고, 계수 앞 부호는 부분분수 결과가 모두 양이라 더하기로 이어진다.

문제 63
그림과 같은 피드백 제어계가 안정하기 위한 KK의 범위는?
R(s)+−2KS(S+1)(S+2)C(s)
10<K<5 0 < K < 5
20<K<4 0 < K < 4
30<K<6 0 < K < 6
40<K<3 0 < K < 3
정답 및 해설
정답은 00
문제 64
그림의 신호흐름선도에서 y2/y1y_2/y_1 값은? 1a1a1a1y1y2bbb
1a3(1−3ab+a2b2)\dfrac{a^3}{(1-3ab+a^2b^2)}
2a3(1−3ab+2a2b2)\dfrac{a^3}{(1-3ab+2a^2b^2)}
3a3(1−3ab)\dfrac{a^3}{(1-3ab)}
4a3(1−ab)3\dfrac{a^3}{(1-ab)^3}
정답 및 해설
전향경로 이득은 a×a×a=a3a\times a\times a=a^3이고, 서로 마디를 공유하지 않는 3개의 독립된 되먹임 루프(각 루프 이득 ab)가 존재한다. 메이슨 공식을 적용하면 Δ=1−3ab+3(ab)2−(ab)3=(1−ab)3\Delta=1-3ab+3(ab)^2-(ab)^3=(1-ab)^3이고 전향경로가 모든 루프와 접촉하므로 Δ1=1\Delta_1=1이다. 따라서 y2y1=a3(1−ab)3\frac{y_2}{y_1}=\frac{a^3}{(1-ab)^3}이 되어 정답은 a3(1−ab)3\frac{a^3}{(1-ab)^3}이다.
문제 65
다음 신호흐름선도에서 CR\frac{C}{R}는? RC1G₁11G₂H₁
1G1+G21+G1H1\dfrac{G_1+G_2}{1+G_1H_1}
2G1G21+G1H1\dfrac{G_1G_2}{1+G_1H_1}
3G1G21−G1H1\dfrac{G_1G_2}{1-G_1H_1}
4G1+G21−G1H1\dfrac{G_1+G_2}{1-G_1H_1}
정답 및 해설
이 신호흐름선도에는 G1G_1을 거치는 순방향 경로(이득 G1G_1)와 G1G_1 마디를 건너뛰고 G2G_2를 거치는 순방향 경로(이득 G2G_2)가 있다. 유일한 루프는 G1G_1과 H1H_1으로 구성되어 루프이득이 G1H1G_1H_1이고, 두 순방향 경로 모두 이 루프와 접촉하므로 메이슨 공식에 의해 CR=G1+G21−G1H1\dfrac CR=\dfrac{G_1+G_2}{1-G_1H_1}이다.
정답은 G1+G21−G1H1\dfrac{G_1+G_2}{1-G_1H_1}이다.
문제 66
그림 (b)의 구성이 (a)와 같은 입출력 관계를 갖도록 하려면 빈 블록 AA에 어떤 전달함수를 넣어야 하는가? R3s+1C(a)RA++C(b)
13s+1\dfrac{3}{s+1}
22s+1\dfrac{2}{s+1}
32−ss+1\dfrac{2-s}{s+1}
4s+2s+1\dfrac{s+2}{s+1}
정답 및 해설

(b)에서는 입력 RR가 두 갈래로 갈라져 한쪽은 AA를 지나고 다른 한쪽은 그대로 가산점에 들어간다. 두 신호가 더해지므로 출력은 C=(A+1)RC=(A+1)R, 즉 CR=A+1\dfrac CR=A+1이다.

(a)의 입출력비는 3s+1\dfrac{3}{s+1}이므로 두 구성이 같으려면 A+1=3s+1A+1=\dfrac{3}{s+1}이어야 한다. 정리하면 A=3s+1−s+1s+1=2−ss+1A=\dfrac{3}{s+1}-\dfrac{s+1}{s+1}=\dfrac{2-s}{s+1}이 된다.

확인 — 2−ss+1+1=2−s+s+1s+1=3s+1\dfrac{2-s}{s+1}+1=\dfrac{2-s+s+1}{s+1}=\dfrac{3}{s+1}로 (a)와 정확히 일치한다. 1번은 더해지는 경로를 빠뜨린 값, 2번은 분자에서 ss를 빠뜨린 값, 4번은 부호를 뒤집은 값이다.

문제 67

어떤 부하에 v(t)=60+50sin⁡314tv(t)=60+50\sin 314t[V]를 걸었더니 i(t)=6+4sin⁡(314t−30∘)i(t)=6+4\sin(314t-30^{\circ})[A]가 흘렀다. 이 부하에서 실제로 쓰이는 전력은 약 몇 [W]인가?

1

86.6

2

446.6

3

533.2

4

410.0

정답 및 해설

주파수가 서로 다른 성분끼리는 전력을 만들지 못하므로 직류분은 직류분끼리, 기본파는 기본파끼리 따로 곱해 더한다. 직류분 몫은 60×6=36060\times 6=360[W], 기본파 몫은 최댓값 곱을 2로 나눈 뒤 위상차의 여현을 곱한 50×42cos⁡30∘≈86.6\dfrac{50\times 4}{2}\cos 30^{\circ}\approx 86.6[W]이므로 합은 446.6[W]이다. 86.6은 직류분을 빠뜨린 값, 533.2는 최댓값 곱을 2로 나누지 않은 값, 410.0은 여현 대신 정현을 곱한 값이다.

문제 68
그림과 같은 블록선도에서 K에 대한 폐루프 전달함수 T=C(s)R(s)T=\frac{C(s)}{R(s)}의 감도 SKTS_K^T는? R(s)+−KGC(s)H
111−KGH\dfrac{1}{1-KGH}
2G1+KGH\dfrac{G}{1+KGH}
3G1−KGH\dfrac{G}{1-KGH}
411+KGH\dfrac{1}{1+KGH}
정답 및 해설
폐루프 전달함수는 T=KG1+KGHT=\dfrac{KG}{1+KGH}이다. 감도는 SKT=KTdTdK=KT⋅G(1+KGH)2=11+KGHS_K^T=\dfrac{K}{T}\dfrac{dT}{dK}=\dfrac{K}{T}\cdot\dfrac{G}{(1+KGH)^2}=\dfrac{1}{1+KGH}로 계산되어
문제 69
그림 (a)와 (b)의 두 블록선도가 같은 입출력 관계를 갖도록 하려면 AA에 들어갈 전달함수는?
(a)R(s)5s+2C(s)(b)R(s)A+C(s)+
15s+2\dfrac{5}{s+2}
2s−3s+2\dfrac{s-3}{s+2}
3−s+3s+2\dfrac{-s+3}{s+2}
4s+7s+2\dfrac{s+7}{s+2}
정답 및 해설

(a)는 입력이 이득 5s+2\dfrac{5}{s+2}인 요소 하나만 지나므로 C(s)=5s+2R(s)C(s)=\dfrac{5}{s+2}R(s)다.

(b)는 분기점에서 갈라진 두 갈래, 곧 AA를 통과하는 갈래와 이득 11로 곧장 내려가는 갈래가 가산점에서 모두 ++ 부호로 만난다. 따라서 C(s)=(A+1)R(s)C(s)=(A+1)R(s)다.

두 표현이 일치해야 하므로 A+1=5s+2A+1=\dfrac{5}{s+2}, A=5s+2−1=5−(s+2)s+2=−s+3s+2A=\dfrac{5}{s+2}-1=\dfrac{5-(s+2)}{s+2}=\dfrac{-s+3}{s+2}.

역산 검산 — 구한 값을 되돌려 넣으면 A+1=−s+3+s+2s+2=5s+2A+1=\dfrac{-s+3+s+2}{s+2}=\dfrac{5}{s+2}로 (a)의 이득이 그대로 나온다. s=1s=1을 대입해도 A=23A=\dfrac{2}{3}, A+1=53A+1=\dfrac{5}{3}이고 5s+2=53\dfrac{5}{s+2}=\dfrac{5}{3}이라 두 값이 맞물린다.

나머지 보기는 각각 오류 경로에서 나온다. 5s+2\dfrac{5}{s+2}는 곧장 내려가는 갈래를 빠뜨린 값, s−3s+2\dfrac{s-3}{s+2}는 1−5s+21-\dfrac{5}{s+2}처럼 뺄셈 순서를 뒤집은 값, s+7s+2\dfrac{s+7}{s+2}는 가산점 부호를 −-로 잘못 읽어 5s+2+1\dfrac{5}{s+2}+1을 계산한 값이다.

문제 70

연속시간 계통의 특성방정식 1+G(s)H(s)=01+G(s)H(s)=0이 s=−2s=-2라는 실근을 하나 가지고 있다. 샘플링 주기를 T>0T\gt 0이라 두고 이 근을 z=esTz=e^{sT} 관계로 옮겨 그리면 어느 자리에 찍히는가?

1

허수축 위에 찍혀 반지름 1인 원의 둘레와 만난다.

2

실수축 위이기는 하나 −1-1보다 왼쪽이어서 반지름 1인 원 바깥이다.

3

실수축 위이기는 하나 +1+1보다 오른쪽이어서 반지름 1인 원 바깥이다.

4

실수축 위에서 원점과 +1+1 사이에 찍혀 반지름 1인 원 안쪽이다.

정답 및 해설

s=−2s=-2를 넣으면 z=e−2Tz=e^{-2T}가 되고 TT가 양수이므로 그 값은 0보다 크면서 1보다 작은 실수다. 그러니 실수축 위 원점과 +1+1 사이, 반지름 1인 원 안쪽에 찍힌다. 실수부가 음인 근은 언제나 크기가 ∣esT∣=eσT<1|e^{sT}|=e^{\sigma T}\lt 1이어서 원 안쪽으로 옮겨지고, 실수부가 양이면 원 바깥으로 밀려난다.

문제 71
유도미사일이나 비행기 추적용 레이더에 사용되는 제어 방식은?
1정치제어
2비율제어
3프로그램제어
4추종제어
정답 및 해설
유도미사일이나 비행기 추적용 레이더처럼 목표값(위치)이 시간에 따라 임의로 변화하는 대상을 뒤쫓아가는 제어는 추종제어이다. 정치제어는 목표값이 일정한 경우, 프로그램제어는 미리 정해진 시간계획에 따르는 경우, 비율제어는 목표값이 다른 양과 일정 비율 관계를 갖는 경우에 해당한다. 따라서 정답은 추종제어이다.
문제 72
과도응답이 감쇠되는 정도를 나타내는 감쇠비(decay ratio)의 정의로 옳은 것은?
1최대오버슈트 값을 제2오버슈트 값으로 나눈 것이다.
2제2오버슈트 값을 제3오버슈트 값으로 나눈 것이다.
3제3오버슈트 값을 제2오버슈트 값으로 나눈 것이다.
4제2오버슈트 값을 최대오버슈트 값으로 나눈 것이다.
정답 및 해설
정답은 제2오버슈트 값을 최대오버슈트 값으로 나눈 것이다이다. 감쇠비는 과도응답이 진동하며 감쇠하는 정도를 나타내는 값으로, 인접한 오버슈트의 비인 (제2오버슈트)/(최대오버슈트, 즉 제1오버슈트)로 정의된다.
문제 73

다음과 같은 개루프 전달함수를 갖는 제어계에서 이득 KK를 0부터 키워 갈 때, 근궤적이 jωj\omega축과 만나는 ω\omega 값은? G(s)H(s)=Ks(s+2)(s+5)G(s)H(s)=\dfrac{K}{s(s+2)(s+5)}

1

ω=2.65\omega=2.65

2

ω=3.16\omega=3.16

3

ω=8.37\omega=8.37

4

ω=10.00\omega=10.00

정답 및 해설

특성방정식은 s3+7s2+10s+K=0s^{3}+7s^{2}+10s+K=0이다. 라우스 배열의 s1s^{1}행 70−K7\dfrac{70-K}{7}이 0이 되는 K=70K=70에서 계가 안정 한계에 놓이고, 그때 s2s^{2}행으로 세운 7s2+70=07s^{2}+70=0이 순허근 s=±j10s=\pm j\sqrt{10}을 준다. 따라서 교차 지점의 각주파수는 ω=3.16\omega=3.16이다. 10.00은 제곱근을 취하지 않은 값, 8.37은 이득 70의 제곱근, 2.65는 극의 합 7의 제곱근을 잘못 가져온 값이다.

문제 74
논리식 L=A‾ B‾+A‾ B+ABL=\overline{A}\ \overline{B}+\overline{A}\ B+AB를 간단히 하면?
1A+BA+B
2A+B‾A+\overline{B}
3A‾+B‾\overline{A}+\overline{B}
4A‾+B\overline{A}+B
정답 및 해설
L=A‾B‾+A‾B+AB=A‾(B‾+B)+AB=A‾+ABL=\overline A\overline B+\overline AB+AB=\overline A(\overline B+B)+AB=\overline A+AB이고, 흡수법칙 A‾+AB=A‾+B\overline A+AB=\overline A+B를 적용하면 L=A‾+BL=\overline A+B가 된다. 정답은 A‾+B\overline A+B이다.
문제 75
다음과 같은 I(s)I(s)의 초기값 I(0+)I(0^+)는? I(s)=12s(s+6)I(s) = \frac{12}{s(s+6)}
12
26
312
40
정답 및 해설
초기값 정리에 의해 I(0+)=lim⁡s→∞sI(s)I(0^+)=\lim_{s\to\infty}sI(s)이다. sI(s)=12s+6sI(s)=\dfrac{12}{s+6}이므로 s→∞s\to\infty일 때 이 값은 0으로 수렴한다.
정답은 0이다.
문제 76
그림의 시퀀스 회로는 두 계전기 X1X_1, X2X_2의 여자 회로에 상대편 계전기의 b접점을 서로 물리도록 꾸민 것이다. 이렇게 꾸미는 목적은? AX2X1BX1X2
1누름버튼에서 손을 떼도 출력이 그대로 이어지게 하려고
2두 계전기의 출력이 한꺼번에 나오지 못하게 서로 붙잡아 두려고
3미리 정해 둔 시간이 지난 뒤에야 출력이 나오게 하려고
4정해진 차례를 지켜 출력이 하나씩 나오게 하려고
정답 및 해설
각 계전기 코일 앞에 상대편 계전기의 b접점이 직렬로 들어가 있으므로, 어느 한쪽이 먼저 살아나면 그 접점이 떨어지면서 반대쪽 코일로 가는 길이 끊긴다. 결국 두 출력은 결코 한꺼번에 나올 수 없다. 이것이 인터록 결선의 목적이므로 정답은 ②이다.
현장에서는 전동기의 정회전용·역회전용 전자접촉기, 상용전원과 비상발전기의 절체 개폐기처럼 동시에 투입되면 단락이나 역가압 사고가 나는 두 기기 사이에 반드시 넣는다.
①은 코일과 병렬로 자기 접점을 붙여 조작을 놓아도 상태가 남게 하는 유지 결선, ③은 타이머의 한시 접점을 쓰는 한시 결선, ④는 앞 단이 동작해야 다음 단이 준비되는 순차 결선이 하는 일이라 이 그림의 결선과는 목적이 다르다.
문제 77
분포정수 회로에서 직렬 임피던스를 Z, 병렬 어드미턴스를 Y라 할 때, 선로의 특성임피던스 Z0는?
1√ZY
2YZ\sqrt{\dfrac{Y}{Z}}
3ZY\sqrt{\dfrac{Z}{Y}}
4ZY
정답 및 해설
분포정수 회로의 특성임피던스는 단위길이당 직렬 임피던스와 병렬 어드미턴스의 비의 제곱근으로 정의되어 Z0=ZY=R+jωLG+jωCZ_0=\sqrt{\dfrac{Z}{Y}}=\sqrt{\dfrac{R+j\omega L}{G+j\omega C}} 이므로 정답은 ZY\sqrt{\dfrac{Z}{Y}} 이다. ① ZY\sqrt{ZY} 는 특성임피던스가 아니라 전파정수 γ=α+jβ=ZY\gamma=\alpha+j\beta=\sqrt{ZY} 이고, ② YZ\sqrt{\dfrac{Y}{Z}} 는 그 역수인 특성어드미턴스 Y0=1/Z0Y_0=1/Z_0 에 해당한다. 무손실 선로에서는 R=G=0R=G=0 이 되어 Z0=LCZ_0=\sqrt{\dfrac{L}{C}} 인 순저항으로 단순화된다.
문제 78
제어계 중에서 물체의 위치(속도, 가속도), 각도(자세, 방향)등의 기계적인 출력을 목적으로 하는 제어는?
1자동 조정제어
2프로그램 제어
3프로세스 제어
4서보제어
정답 및 해설
정답은 서보제어 이다. 물체의 위치, 방위, 자세와 같은 기계적 변위를 제어량으로 하여 목표값의 임의의 변화에 신속히 추종하도록 하는 제어를 서보제어(서보기구)라 한다.
문제 79
다음 이산치 제어계 블록선도의 전달함수로 옳은 것은? r(t)+−G(z)c(t)
1G(z)1+G(z)\dfrac{G(z)}{1+G(z)}
2G(z)G(z)
3G(z)1−G(z)\dfrac{G(z)}{1-G(z)}
4G(z)+1G(z)+1
정답 및 해설
이 블록선도는 오차 E(z)=R(z)−C(z)E(z)=R(z)-C(z)를 G(z)G(z)에 곱해 C(z)C(z)를 만들고 이를 그대로(단위 이득) 음되먹임하는 단위 피드백 구조이다. 즉 C(z)=G(z)[R(z)−C(z)]C(z)=G(z)[R(z)-C(z)]이므로 정리하면 C(z)R(z)=G(z)1+G(z)\dfrac{C(z)}{R(z)}=\dfrac{G(z)}{1+G(z)}가 되어 정답은 G(z)1+G(z)\dfrac{G(z)}{1+G(z)}이다.
문제 80
그림과 같은 상태방정식으로 표현되는 제어시스템의 특성방정식의 근(S1,S2S_{1}, S_{2})은? [x˙1x˙2]=[220.52][x1x2]+[10]u\begin{bmatrix} \dot{x}_{1} \\ \dot{x}_{2} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 2 & 2 \\ 0.5 & 2 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_{1} \\ x_{2} \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix} u
11, 3
21, -3
3-1, -3
4-2, -3
정답 및 해설
특성방정식은 det⁡(sI−A)=(s−2)2−(2×0.5)=s2−4s+3=0\det(sI-A)=(s-2)^2-(2\times0.5)=s^2-4s+3=0이므로 s=4±16−122=1, 3s=\frac{4\pm\sqrt{16-12}}{2}=1,\ 3이다. 따라서 정답은 1, 3이다.
문제 81
사용전압이 154[kV]인 모선에 접속되는 전력용 커패시터에 울타리를 시설하는 경우 울타리의 높이와 울타리로부터 충전부분까지 거리의 합계는 몇 [m] 이상 되어야 하는가?
13
25
32
46
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 사용전압이 35[kV]를 초과하고 160[kV] 이하인 특고압 기계기구에 울타리를 시설하는 경우, 울타리의 높이와 충전부분까지 거리의 합계는 6[m] 이상이어야 한다. 154[kV]는 이 구간에 해당하므로 정답은 6이다.
문제 82
고압보안공사에서 가공전선로의 지지물로 철탑을 사용하는 경우, 최대경간은 몇 [m]인가?
1250
2150
3200
4400
정답 및 해설
정답은 400이다. 고압보안공사에서 가공전선로의 지지물로 철탑을 사용하는 경우 최대경간은 400m이다.
문제 83
사용 전압이 154kV인 가공 송전선의 시설에서 전선과 식물과의 이격거리는 몇 m 이상으로 하여야 하는가?
12.8
24.2
33.6
43.2
정답 및 해설
정답은 3.2[m]이다. 한국전기설비규정에 따르면 특고압 가공전선과 식물 사이의 이격거리는 사용전압 60kV 이하에서 2m이고, 60kV를 초과하는 10kV마다(단수는 절상) 0.12m씩 더한다. 154kV의 경우 154−6010=9.4\frac{154-60}{10}=9.4를 절상한 10을 적용하면 2+10×0.12=3.22+10\times0.12=3.2가 되어 3.2m이다.
문제 84
케이블트렌치에 의한 옥내배선 공사를 다음과 같이 시공하였다. 옳지 않은 것은?
1케이블트렌치의 바닥 또는 측면은 전선의 하중을 충분히 견딜 수 있는 구조로 할 것.
2케이블트렌치는 외부의 고형물이 유입되지 않도록 IP2X 이상으로 시설할 것.
3케이블트렌치의 뚜껑, 받침대 등 금속재는 내식성 재료를 사용하거나 방식처리를 할 것.
4케이블트렌치 굴곡부 안쪽의 반경은 통과하는 전선의 허용곡률반경 이하로 할 것.
정답 및 해설
케이블트렌치에 의한 옥내배선 공사에서 굴곡부 안쪽의 반경은 통과하는 전선의 허용곡률반경 이상으로 하여야 한다. 따라서 이를 이하로 서술한 ④ 지문이 옳지 않으며, 정답이다.
문제 85
점검할 수 없는 은폐된 장소로 400[V]400[V] 이하의 건조한 장소의 옥내배선 공사로 알맞은 것은?
1버스덕트공사
2 금속덕트공사
3라이팅덕트공사
4플로어덕트공사
정답 및 해설
점검할 수 없는 은폐된 장소로서 400V 이하의 건조한 장소의 옥내배선에는 플로어덕트공사를 시설할 수 있다. 버스덕트공사·금속덕트공사·라이팅덕트공사는 전개된 장소 또는 점검 가능한 은폐장소에 한하여 시설할 수 있다.
정답은 플로어덕트공사이다.
문제 86

단상교류 25[kV]로 급전하는 전기철도 구간이 있다. 오염이 없는 장소에서 정지 상태(정적)를 기준으로 할 때, 건조물과 충전부(전차선·급전선 및 집전장치의 비절연 부분) 사이에 두어야 하는 공기절연 간격은 최소 몇 [mm]인가?

1

170

2

320

3

220

4

270

정답 및 해설

근거는 한국전기설비규정 431.2로, 표 431.2-1이 시스템 종류별로 정적·동적 최소 절연간격을 따로 정해 두었다. 단상교류 25[kV] 계통을 오염이 없는 곳에서 정적 조건으로 볼 때의 값이 270[mm]이며, 나머지 보기는 같은 표에서 동적 조건이거나 오염 구역에 해당하는 칸의 값이라 이 조건과 맞지 않는다. 동적 값은 팬터그래프가 지나는 동안의 일시적인 전선 움직임까지 감안한 것이고, 해안 인접지역이나 공해·강풍·강설 지역처럼 위험도가 큰 곳에서는 이 값보다 간격을 넓혀야 한다.

문제 87

공칭전압 1,500[V]로 직류 급전하는 전기철도에서 가선전압이 한때 1,930[V]까지 올라갔다가 곧 1,750[V] 부근으로 돌아왔다. 이 전압 변동을 규정에 비추어 판단한 것으로 옳은 것은?

1

상시 유지 한계를 한 번도 벗어나지 않았으므로 아무 문제가 없다.

2

짧은 시간만 허용되는 상한 안쪽이므로 규정에 어긋나지 않는다.

3

장기 과전압으로 정한 한계를 넘었으므로 급전을 멈춰야 한다.

4

하한 규정을 밑돈 상태여서 전압강하 대책을 세워야 한다.

정답 및 해설

직류 1,500[V]급에서 늘 지켜야 할 상한(지속성 최고)은 1,800[V], 잠깐 동안만 눈감아 주는 상한(비지속성 최고)은 1,950[V], 절연 협조에 쓰는 장기 과전압은 2,538[V]이고 하한(지속성 최저)은 900[V]다. 750[V]급이면 차례로 900·950·1,269·500[V]가 된다. 문제의 1,930[V]는 1,800[V]는 넘었지만 1,950[V]를 넘지 않아 일시적으로 허용되는 범위이고, 되돌아온 1,750[V]도 상한 안이다. 2,538[V]와는 거리가 멀어 장기 과전압에 해당하지 않고, 900[V] 미달도 아니다.

문제 88
저압 가공전선과 건조물의 상부 조영재 사이의 옆쪽 이격거리는 몇 [m] 이상이어야 하는가? (단, 전선에 사람이 쉽게 접촉할 우려가 있으며 케이블이 아닌 경우이다.)
10.8
22.0
31.2
40.4
정답 및 해설
한국전기설비규정에 따르면 사람이 쉽게 접촉할 우려가 있고 케이블이 아닌 저압 가공전선과 건조물 상부 조영재 사이의 옆쪽 이격거리는 1.2m 이상이어야 한다. 따라서 정답은 1.2이다.
문제 89
이차전지를 전용건물 이외의 장소에 시설하는 경우, 이차전지랙과 랙 사이 및 랙과 벽면 사이는 몇 [m] 이격하여야 하는가? (단, 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」에 따른 내화구조 벽이 삽입된 경우는 예외로 한다.)
14
22
31
43
정답 및 해설
이차전지를 전용건물 이외의 장소에 시설하는 경우, 내화구조의 벽이 삽입되지 않는 한 이차전지랙과 랙 사이 및 랙과 벽면 사이는 1m 이상 이격하여야 한다. 정답은 1이다.
문제 90
한국전기설비규정은 전차선로의 급전전압을 정하면서 비영구 전압에 지속시간 한도를 함께 두고 있다. 그 한도를 바르게 짝지은 것은?
1직류방식 최고 비영구 전압 3분 이하 / 교류방식 최저 비영구 전압 2분 이하
2직류방식 최고 비영구 전압 5분 이하 / 교류방식 최저 비영구 전압 2분 이하
3직류방식 최고 비영구 전압 5분 이하 / 교류방식 최저 비영구 전압 5분 이하
4직류방식 최고 비영구 전압 10분 이하 / 교류방식 최저 비영구 전압 5분 이하
정답 및 해설
한국전기설비규정 411.2 는 급전전압을 직류와 교류 두 방식으로 갈라 정하면서, 표에 실린 값이 잠깐만 나타나도 되는 경우에 시간 한도를 붙여 두었다.
직류방식에서는 표 411.2-1 을 따르되 꼭대기 쪽 비영구 값은 길어야 5분까지만 이어질 것으로 보는 값으로 잡는다. 교류방식에서는 표 411.2-2 를 따르되 바닥 쪽 비영구 값은 길어야 2분까지만 이어질 것으로 보는 값으로 잡는다. 둘 다 이미 다니고 있는 전기철도차량과의 접속을 함께 살피도록 하고 있다. 따라서 정답은 ②이다.
참고로 표 411.2-1 에서 직류 공칭 750[V]750\rm[V] 계통은 영구 최고 900[V]900\rm[V]·비영구 최고 950[V]950\rm[V](회생제동 때는 1,000[V]1{,}000\rm[V]까지 허용), 공칭 1,500[V]1{,}500\rm[V] 계통은 1,800[V]1{,}800\rm[V]·1,950[V]1{,}950\rm[V]이다. 또 20 ㎳ 넘게 이어지는 과전압은 시간 한도가 아니라 장기 과전압이라는 별도 항목으로 다루므로 혼동하지 않도록 한다.
문제 91
하나 또는 복합하여 시설하여야 하는 접지극의 방법으로 틀린 것은?
1지중 금속구조물
2토양에 매설된 기초 접지극
3대지에 매설된 강화콘크리트의 용접된 금속 보강재
4케이블의 금속외장 미 그 밖에 금속피복
정답 및 해설
한국전기설비규정상 접지극은 콘크리트에 매입된 기초 접지극, 토양에 매설된 기초 접지극, 지중 금속구조물, 케이블의 금속외장 및 그 밖의 금속피복, 대지에 매설된 철근콘크리트의 용접된 금속 보강재(다만 강화콘크리트는 제외) 등을 하나 또는 복합하여 시설한다. 즉 강화콘크리트는 접지극으로 인정하는 대상에서 제외되므로, ③ 대지에 매설된 강화콘크리트의 용접된 금속 보강재는 옳지 않은 방법이다.
문제 92
전기철도차량이 전차선로와 접촉한 상태에서 견인력을 끄고 보조전력만 가동하여 정지해 있을 때, 가공전차선로의 유효전력이 200[kW] 이상이면 총 역률은 얼마 미만이 되어서는 안 되는가?
10.9
20.6
30.8
40.7
정답 및 해설
정답은 0.8이다. 전기철도차량이 전차선로와 접촉한 상태에서 견인력을 끄고 보조전력만 가동하여 정지해 있을 때, 가공전차선로의 유효전력이 200kW 이상이면 총역률은 0.8 미만이 되어서는 안 된다.
문제 93
저압 또는 고압의 가공 전선로와 기설 가공 약전류 전선로가 병행할 때 유도작용에 의한 통신상의 장해가 생기지 않도록 전선과 기설 약전류 전선간의 이격거리는 몇 m 이상이어야 하는가? (단, 전기철도용 급전선로는 제외한다.)
14
26
32
43
정답 및 해설
정답은 2[m]이다. 한국전기설비규정에 따르면 저압 또는 고압 가공전선로와 기설 가공약전류전선로가 병행하여 유도장해 우려가 있는 경우, 전기철도용 급전선로를 제외하고는 전선 상호간 이격거리를 2m 이상으로 하여야 한다.
문제 94
2차측 개방전압이 7kV 이하인 절연변압기를 사용하고 절연 변압기의 1차측 전로를 자동적으로 차단하는 보호장치를 시설한 경우의 전격 살충기는 전격 격자가 지표상 또는 마루 위 몇 m 이상의 높이에 설치하여야 하는가?
12.5
23.5
31.8
41.5
정답 및 해설
전격살충기의 전격격자는 원칙적으로 지표상 또는 마루 위 3.5m 이상에 시설해야 하지만, 2차측 개방전압이 7kV 이하인 절연변압기를 사용하고 1차측을 자동 차단하는 보호장치를 시설한 경우에는 1.8m까지 낮출 수 있다. 따라서 정답은 1.8이다.
문제 95
한국전기설비규정은 사용전압이 저압인 전로의 전선으로 절연체가 폴리프로필렌 혼합물인 케이블을 쓰는 경우, 그 케이블이 갖추어야 할 성능을 따로 못 박아 두고 있다. 다음 중 그 잣대를 바르게 적은 것은?
1도체가 늘 버텨야 하는 최고 허용온도의 하한은 110[℃]이다.
2절연체가 늘어나는 정도, 곧 신장률의 하한은 450[%]이다.
3절연체가 견뎌야 하는 인장 강도의 하한은 12.5[N/mm2]12.5\rm[N/mm^2]이다.
4절연체가 머금어도 되는 수분 흡습의 상한은 0.5[mg/cm2]0.5\rm[mg/cm^2]이다.
정답 및 해설
한국전기설비규정 122.4의 2 는 저압 전로의 전선에 절연체가 폴리프로필렌 혼합물인 케이블을 쓸 때 122.5의 3 의 “가”부터 “라”까지를 그대로 적용하도록 넘겨 놓았다.
그 네 잣대는 가. 도체의 상시 최고 허용온도 90[℃] 이상, 나. 절연체의 인장 강도 12.5[N/mm2]12.5\rm[N/mm^2] 이상, 다. 절연체의 신장률 350[%] 이상, 라. 절연체의 수분 흡습 1[mg/cm2]1\rm[mg/cm^2] 이하다. 다만 “라”는 정격전압 30[kV]30\rm[kV]를 넘는 특고압 케이블에는 적용하지 않으므로, 저압 전로를 묻는 이 문제에서는 네 잣대가 모두 걸린다.
인장 강도의 하한을 12.5[N/mm2]12.5\rm[N/mm^2]로 적은 ③이 규정값과 정확히 맞아 정답이다.
①은 허용온도 하한이 90[℃]인데 110[℃]로 올려 적었다. 규정이 요구하는 값보다 높게 못 박은 진술이므로, 90[℃]짜리 케이블이 규정을 만족하는 이상 참이 될 수 없다.
②는 신장률 하한이 350[%]인데 450[%]로 부풀렸다. 마찬가지로 규정보다 엄한 값이라 규정의 진술로 읽어도, 물건의 합격 여부로 읽어도 성립하지 않는다.
④는 흡습 상한이 1[mg/cm2]1\rm[mg/cm^2]인데 그 절반인 0.5[mg/cm2]0.5\rm[mg/cm^2]로 조여 적었다. 상한을 낮춰 잡았으므로 규정이 통과시키는 케이블을 걸러 내는 셈이 되어 틀렸다.
참고로 저압 케이블 일반은 122.4의 1 이 KS 적합품이거나 그와 동등 이상의 성능을 갖춘 것을 쓰도록 정하고 있고, 위 네 잣대는 폴리프로필렌이라는 특정 절연 재료를 골랐을 때 덧붙는 별도 요건이다.
문제 96
강관으로 구성된 철탑의 갑종 풍압하중은 수직 투영면적 1m2에 대한 풍압을 기초로 하여 계산한 값이 몇 Pa 인가? (단, 단주는 제외한다.)
11255
21412
31627
42157
정답 및 해설

갑종 풍압하중은 구성재의 수직 투영면적 1 m2 당 풍압을 표로 정해 두고 여기에 실제 투영면적을 곱해 구한다. 바람을 받는 면의 형상이 둥글수록 규정 풍압이 작다.
철탑 중 강관으로 구성된 것(단주는 제외)은 1255 Pa 이다.
같은 철탑이라도 강관 이외의 것은 2157 Pa 로 훨씬 크게 잡는다. 강관은 원형 단면이라 바람이 옆으로 흘러 항력계수가 작고, 형강 조립 철탑은 각진 면이 많아 항력이 크기 때문이다.

문제 97
가공전선로와 지중 전선로가 접속되는 곳에 반드시 설치되어야 하는 기구는?
1전력용 콘덴서
2동기조상기
3피뢰기
4분로리액터
정답 및 해설
가공전선로와 지중전선로가 접속되는 지점은 전선로의 특성이 급변하여 뇌서지 등에 의한 이상전압이 유입되기 쉬운 곳으로, 한국전기설비규정상 피뢰기를 시설해야 하는 장소 중 하나이다. 전력용 콘덴서(①)·동기조상기(②)·분로리액터(④)는 무효전력 보상용 설비로 이상전압 보호와는 관계가 없다. 따라서 정답은 피뢰기이다.
문제 98
가공전선로의 지지물에 시설하는 지선의 시설기준으로 틀린 것은?
1지중부분 및 지표상 30cm 까지의 부분에는 내식성이 있는 것을 사용할 것
2지선의 안전율을 2.5 이상으로 할 것
3소선은 최소 5가닥 이상의 강심 알루미늄연선을 사용할 것
4도로를 횡단하여 시설하는 지선의 높이는 지표상 5m 이상으로 할 것
정답 및 해설
정답은 소선은 최소 5가닥 이상의 강심 알루미늄연선을 사용할 것 이다. 가공전선로 지지물에 시설하는 지선의 금속선(소선)은 최소 3가닥 이상의 연선을 사용하여야 하므로, 5가닥 이상이라 한 이 설명은 틀리다. 지중부분 및 지표상 30cm까지 내식성 재료 사용, 안전율 2.5 이상, 도로 횡단 시 지표상 5m 이상 기준은 모두 옳다.
문제 99
22.9[kV] 가공전선로(다중접지된 중성선은 제외)를 건조물의 상부 조영재 위쪽에서 접근 상태로 시설하는 경우, 가공전선과 건조물 사이의 이격거리는 몇 [m] 이상이어야 하는가? (단, 중성선 다중접지방식으로서 전로에 지락이 생겼을 때 2초 이내에 자동으로 전로를 차단하는 장치가 있고, 전선으로 나전선을 사용하는 경우이다.)
11.2
22.5
33.0
41.5
정답 및 해설
KEC 333.32(25[kV] 이하인 특고압 가공전선로의 시설)의 건조물과의 이격거리 표에서, 건조물의 상부 조영재 위쪽은 나전선 3.0[m], 특고압 절연전선 2.5[m], 케이블 1.2[m] 이상으로 규정한다. 문제는 나전선을 사용하는 경우이므로 정답은 3.0 이다. ② 2.5는 특고압 절연전선일 때, ① 1.2는 케이블일 때의 값이며, ④ 1.5는 상부 조영재의 옆쪽·아래쪽 또는 기타 조영재에 나전선을 시설할 때의 값이다.
문제 100
풍력설비 시설에 관한 설명으로 틀린 것은?
1전력기기는 금속시스케이블·내뢰변압기 및 서지보호장치(SPD)를 적용할 것
2제어기기에는 광케이블 및 포토커플러를 적용할 것
3접지설비는 풍력발전설비의 타워기초를 이용하여 공통접지공사를 하여야 한다.
4설비 간 전위차가 발생하지 않도록 등전위본딩을 하여야 한다.
정답 및 해설
KEC의 풍력설비 접지설비 규정은 접지설비를 풍력발전설비의 타워기초를 이용한 '통합접지공사'로 시설하도록 정하고 있다. 따라서 ③ 접지설비는 풍력발전설비의 타워기초를 이용하여 공통접지공사를 하여야 한다 는 통합접지공사가 되어야 하므로 틀린 설명이다. ① 전력기기의 금속시스케이블·내뢰변압기·서지보호장치(SPD) 적용과 ② 제어기기의 광케이블·포토커플러 적용은 풍력설비 피뢰설비 규정에 그대로 있는 내용이고, ④ 설비 간 전위차 방지를 위한 등전위본딩도 같은 접지설비 조항에 규정된 내용이므로 옳다.