22년 2회차

승강기 기계실의 조명설비 기준에 따르면 작업공간의 바닥면 조도는 200 lx 이상, 작업공간 간 이동 공간의 바닥면 조도는 50 lx 이상이어야 한다. 따라서 ㉠은 200 lx, ㉡은 50 lx가 된다.

유압식 엘리베이터는 승강 높이가 낮고 이동 거리가 짧으며, 기계실을 따로 설치할 필요 없다는 장점이 있어 저층 건물에 주로 적합하다. 반면 중심상가의 10층 업무용 빌딩은 높은 층수와 장거리 승강이 필요하므로 유압식의 제약(승강 높이 제한, 저속)과 맞지 않아 일반적으로 로프식 엘리베이터가 사용되는 조건이다.

• 저층 맨션(일광·사선 제한): 기계실 공간이 적게 필요한 유압식의 장점과 일치한다.
• 공원 등 높이 제한 규제: 옥상 기계실이 불필요한 유압식이 유리하다.
• 대용량·짧은 행정 화물용: 유압식의 전형적 용도다.

상승과속방지장치는 카의 상승과속을 감지하면 카를 정지시키거나, 적어도 카가 균형추 완충기에 충돌할 때를 기준으로 설계된 속도까지 감속시켜야 한다. 보기의 '카의 완충기'는 틀린 표현이다. 빈 카의 감속도가 1g_n을 넘지 않아야 하고, 복귀할 때 승강로에 들어갈 필요가 없어야 하며, 외부에너지가 끊기면 엘리베이터가 정지 상태를 유지해야 한다는 내용은 모두 옳다.

엘리베이터 카 프레임(car frame)은 카를 지지하고 안내하기 위해 수직 방향의 상부틀(cross head)과 하부틀(flank), 그리고 이들을 연결하는 브레이스 로드(brace rod)로 구성된다. 카 바닥(car platform)은 프레임의 주요 구성요소가 아니라 프레임 위에 설치되는 별도의 탑승 부품으로, 실제 승객이나 화물을 직접 지탱하는 플랫폼이다.

승강기 안전관리법령(승강기 안전관리법 시행규칙)에서 승강기를 고속과 중저속으로 구분하는 기준은 정격속도 4 m/s이다. 즉, 정격속도가 4 m/s를 초과하면 고속 승강기, 4 m/s 이하이면 중저속 승강기로 분류되며, 이 구분은 승강기의 안전기준, 검사 방법, 유지보수 기준 등을 달리 적용하기 위한 것이다.

엘리베이터 자동운행 방식 중 승합 전자동식은 1대 엘리베이터에 적용되며, 승강장의 상승·하강 버튼을 모두 동작 가능하게 하고, 현재 진행 방향으로 합승을 원하는 승객의 호출에 응답하면서 운행하는 방식이다. 단식자동식은 상승 또는 하강 한 방향만 지정하는 방식이고, 하강 승합 전자동식은 하강 방향으로만 합승에 응답하며, 홀 랜턴 방식은 승강장 표시 방식을 지칭한다.

튀어오름 방지장치는 로프의 무게 보상으로 인한 과도한 상향 가속을 제어하기 위한 안전장치로, 엘리베이터 정격속도가 3.5 m/s를 초과하는 경우에 설치해야 한다. 이는 고속 엘리베이터에서 보상로프의 부상(floating)으로 인한 카(car)의 비정상적인 상향 운동을 방지하기 위한 기술기준이며, 저속 구간에서는 로프의 자중 영향이 상대적으로 미미하여 설치 의무가 없다.

트랙션비는 $T = \frac{카+로프+보상로프}{균형추}$ 형태로 계산된다.

먼저 분자를 구하면: 카 자중 3500kg + 로프 무게 = 3500 + (1.2 × 60 × 6) = 3500 + 432 = 3932kg이며, 보상 로프(보상율 90%)는 내려오는 로프 일부를 상쇄하므로 카가 최상층일 때는 거의 영향이 없다.
분모의 균형추는 카와 전체 로프를 균형잡기 위해 설정되는데, 오버밸런스율 40%를 고려하면 기본 균형추 = (3932 ÷ 2) × 1.4(1 + 0.4) = 1966 × 1.4 = 2752.4kg이다.

그러나 보상율 90%가 적용되므로 실제 분자에서 90% × 432 = 388.8kg이 상쇄되어 분자 = 3932 - 388.8 = 3543.2kg이 된다.
트랙션비 = 3543.2 ÷ 2752.4 ≈ 1.287 ≈ 1.27이다.

로프 흠의 특성을 정확히 비교하면, 포지티브 흠(나선형 흠)은 로프가 권동에 감기기 때문에 오히려 저양정에 유리하다. 포지티브 흠은 로프의 이동 방향이 권동의 회전과 함께 나선 방향으로 진행되므로 장거리 이동이 필요한 저양정(승강 높이가 낮은) 용도에 적합하며, 고양정에는 부적합하다.

• V흠: 가공이 용이하고 마찰력이 우수하다는 설명은 정확하다.
• 언더컷형: 트랙션 능력이 크다는 설명은 정확하다.
• U흠: 면압이 적어 로프 수명이 길다는 설명은 정확하다.

체크 밸브는 오일이 한쪽 방향으로만 흐르도록 하고 역류를 막는 밸브로, 유압식 엘리베이터에서 상승방향 흐름은 허용하고 하강(역류) 흐름은 차단한다.

스톱 밸브는 유로를 완전히 차단하는 수동 개폐용이고, 바이패스 밸브는 압력 초과 시 오일을 저장탱크로 우회시키는 용도이며, 상승용 유량제어 밸브는 상승 시 유량을 조절해 속도를 만드는 밸브라 모두 방향성 역류 차단 기능과는 다르다.

교류귀환제어는 카의 실제속도(검출속도)와 지령속도를 비교하여 그 오차에 따라 사이리스터의 점호각을 제어함으로써 유도전동기의 전압·속도를 연속적으로 조정하는 방식이다.

교류1단·교류2단 속도제어는 권선 전환이나 저항 삽입으로 속도를 단계적으로 바꾸는 방식이고, 가변전압 가변주파수(VVVF) 제어는 인버터로 전압과 주파수를 동시에 바꾸는 방식이라 점호각 제어와는 원리가 다르다.

에스컬레이터 진입방지대의 높이는 900mm에서 1,100mm 사이로 규정되어 있어, 700mm에서 900mm라는 기준은 실제 설치요건과 맞지 않아 부정확합니다. 진입방지대(turnstile barrier)는 에스컬레이터 접근을 제어하기 위한 안전장치로, 설치 기준이 명확히 규정되어 있습니다.

• 입구에만 설치: 진입방지대가 입구에 설치되며 자유구역 출구에는 설치하지 않는다는 원칙으로 옳습니다.
• 자유로운 입구 폭: 핸드레일 끝, 진입방지대 사이의 자유로운 입구 폭이 500mm 이상이면서 카트 유형보다 작아야 한다는 기준으로 옳습니다.
• 고정 위치: 진입방지대를 승강장 플레이트에 고정할 수 있지만 가급적 건물 구조물에 고정하도록 권장한다는 규정으로 옳습니다.

트랙션식(마찰구동식) 권상기는 와이어로프와 도르래 사이의 마찰력을 이용하여 승강하는 방식이다. 마찰력에 의존하므로 로프와 도르래 사이에 슬립(미끄러짐)이 필연적으로 발생하며 이로 인해 마모가 발생하므로, 주 로프의 미끄러짐이나 마모가 거의 일어나지 않는다는 설명은 트랙션식의 특징이 아니다.

권동식(확동구동식)은 로프를 기계적으로 물리적으로 감아 올리므로 미끄러짐과 마모가 거의 없는 특징을 가진다.

• 소요 동력: 트랙션식은 균형추(카운터웨이트)를 사용하여 하강 시 상승 시 필요한 동력을 보충함으로써 소요 동력을 줄이므로 맞다.
• 승강 행정: 트랙션식은 로프 안전율만 확보되면 승강 행정(왕복 높이)에 제한이 없으므로 맞다.
• 사용 범위: 트랙션식은 저속부터 초고속까지 광범위하게 사용되는 장점이 있으므로 맞다.

하나의 승강로에 2대 이상의 엘리베이터를 배치하고 카 벽에 비상구출문을 설치하려면, 인접한 카 간의 수평거리가 1.0m를 초과하지 않아야 한다는 것이 안전기준상의 기준이다.

이는 승객이 고장난 카에서 인접 카로 안전하게 옮겨탈 수 있는 최대 간격을 규정한 것으로, 출제 당시 기준을 따른 수치이다.

경사형 엘리베이터 안전기준에서 승강로 벽의 높이 기준은 경사각도에 따라 구분되며, 45°가 기준 경계각도다. 일반적으로 경사각도 45° 이상에서는 승강로 벽의 높이 요구사항이 달라지는데, 이는 경사각도가 커질수록 중력 성분 변화에 따른 안전 기준이 변경되기 때문이다. 45°는 기울기 1:1을 의미하는 표준적 경계값으로, 이를 기준으로 승강로 설계의 안전 요구사항이 상이하게 적용된다.

유압 완충기는 오일의 유동저항으로 운동에너지를 흡수하는 에너지 소산형 완충기로, 정격속도에 관계없이 모든 속도의 엘리베이터에 사용할 수 있다.

스프링·우레탄·고무 완충기는 에너지를 축적했다가 되돌리는 에너지 축적형에 가까워 완충거리와 반발 특성상 정격속도가 낮은 경우에만 적용이 제한된다.

경사도 30° 이하에서는 공칭속도가 0.75 m/s 이하, 30°를 초과하고 35° 이하에서는 0.5 m/s 이하여야 한다.

에스컬레이터는 경사가 급할수록 이용자가 디딤판 위에서 균형을 잃기 쉽고 승강장 진입·이탈 시 위험이 커진다. 그래서 경사도가 커지면 허용 공칭속도를 낮추도록 단계를 나누어 규정한다.

따라서 괄호에는 순서대로 0.75와 0.5가 들어간다. 0.6·0.4 같은 조합으로 뭉뚱그려 외우면 틀리기 쉬우니 30°를 경계로 0.75 → 0.5로 낮아진다는 흐름으로 기억하는 것이 안전하다(출제 당시 안전기준 기준).

주 로프의 미끄러짐(슬립)은 카의 가속·감속이 급격할수록 커지므로, 속도 변화율을 작게 해야 미끄러짐이 줄어든다. 속도 변화율을 크게 하는 것은 오히려 미끄러짐을 늘리는 방향이라 방법으로 옳지 않다.

• 권부각을 크게 하면 로프와 도르래의 접촉 구간이 늘어나 마찰력이 커진다.
• 균형체인·균형로프는 카측과 균형추측의 로프 장력 차이를 줄여 트랙션을 안정시킨다.
• 로프와 도르래 사이의 마찰계수를 크게 하면 같은 장력 차이에서도 미끄러짐이 줄어든다.

도어머신은 카 상부에 설치되므로 소형·경량이어야 한다. 도어용 모터도 작은 용량이면 충분해 별도의 냉각시설이 필요하지 않다. 도어는 기동할 때마다 열리고 닫혀 동작 횟수가 기동빈도의 약 2배에 이르므로 유지보수가 쉬워야 하고, 동작이 원활하고 소음이 적어야 한다.

소방구조용 엘리베이터 출입구의 유효폭은 0.8m 이상이어야 하므로 0.7m는 틀리다. 소방운전 때 모든 승강장 출입구마다 정지할 수 있어야 하고, 문이 닫힌 뒤 60초 이내에 가장 먼 층에 도착해야 하며, 운행속도는 1m/s 이상이어야 한다.

에너지 분산형 완충기의 총 행정은 정격속도 115%에 해당하는 중력 정지거리인 $0.0674v^2$(m) 이상이어야 한다.
$v = 90/60 = 1.5\,\text{m/s}$이므로 $0.0674\times1.5^2 = 0.1517\,\text{m} \approx$152 mm이다.

추락방지안전장치(비상정지장치)가 작동했을 때 카 바닥은 정상적인 위치에서 5%를 초과하여 기울어지지 않아야 한다는 것이 안전기준상의 요구조건이다.

이는 무부하 상태이거나 정격하중이 고르게 분포된 상태 모두에 적용되는 기울기 한계이다.

엘리베이터 설비계획에서 여러 대를 설치할 경우 분산 배치하면 오히려 이용자의 접근성을 해친다는 점이 핵심이다. 엘리베이터는 사용자가 쉽게 찾고 빠르게 접근할 수 있도록 한 곳에 집중 배치하는 것이 원칙이며, 분산 배치는 승강기 위치를 찾기 어렵게 하고 이용의 편의성을 떨어뜨린다. 반면 1번의 교통량 계산에 따른 충분한 대수 설치, 2번의 대기 공간 분리, 3번의 초고층 서비스 층 분할은 모두 엘리베이터 설비계획의 올바른 지침이다.

비상통화장치는 카 내 이용자가 외부와 상황을 주고받아야 하므로 양방향 음성통신이 가능해야 하며, 단방향 통신만으로는 요구조건을 충족하지 못한다.

• 기계실 등에 비상전원으로 작동하는 내부통화 시스템을 두는 것은 실제 요구사항이다.
• 관리 인력 상주 장소에 원칙적으로 2곳 이상(2곳 미만이면 1곳) 설치하는 것도 실제 요구사항이다.
• 버튼 한 번으로 작동하고 연결 시 녹색 등이 점등되는 것도 실제 요구사항이다.

과속조절기는 정격속도의 115% 이상에서 작동해야 하며, 정격속도가 1 m/s를 넘는 엘리베이터의 점차 작동형 추락방지안전장치는 $1.25v+\frac{0.25}{v}$보다 낮은 속도에서 작동해야 한다.
$v = 150/60 = 2.5\,\text{m/s}$이므로 하한은 $2.5\times1.15 = 2.875\,\text{m/s}$(172.5 m/min), 상한은 $1.25\times2.5+\frac{0.25}{2.5} = 3.225\,\text{m/s}$(193.5 m/min)이다.
따라서 이 범위에 드는 190 m/min이 적절하다.

전동기의 절연 저항 기준은 공칭회로 전압(V)에 따라 규정된다. 공칭회로 전압이 380V일 때는 시험전압 500V 기준으로 1.0 MΩ 이상이어야 한다. 이는 전기기기 절연내력 시험 기준에서 정한 요구값으로, 저전압 3상 유도전동기의 절연 저항 최솟값이다.

엘리베이터용 전동기의 토크-속도 특성곡선에서 속도 증가에 따라 토크가 증가하다가 최댓값에 도달한 후 감소하는 지점의 최대 토크를 정동토크(pullout torque)라고 한다. 정동토크는 전동기가 부하 증가에 견딜 수 있는 한계 토크로, 이를 초과하면 전동기가 탈조(cogging)되어 속도가 급락한다.

• 기동토크: 정지 상태에서의 토크
• 전부하토크: 정격 조건에서의 토크
• 풀업토크(pull-up torque): 기동 중 최소 토크

이들은 모두 정동토크와는 다른 개념이다.

완충기 설치 기준에서 카가 완충기에 작용할 때 피트에 지지되어야 하는 수직력은 카의 자중과 정격하중의 합에 중력가속도를 곱한 값이다.
자중 1850kg과 정격하중 1500kg을 더하면 3350kg이고, $F = mg = 3350 \times 9.8 = 32,830 \text{ N} \approx 32.83 \text{ kN}$이다.

그러나 엘리베이터 안전기준에서는 완충기 작용 시 피트가 견뎌야 하는 수직력을 카의 전체 질량에 일정 배수(통상 4배 이상)를 적용하도록 규정한다.
$3350 \times 9.8 \times 4 \div 1000 \approx 131.3 \text{ kN}$으로 계산되며, 이는 약 131 kN이다.

평벨트를 사용하는 원통형 풀리는 벨트의 벗어짐을 방지하기 위해 가운데 부분을 약간 볼록하게(볼록한 캠버 형태) 하는 것이 정상이므로, 오목하게 한다는 설명이 틀린 설명이다. 오목하게 하면 오히려 벨트가 양쪽으로 벗어나게 된다.

• V-벨트(참): V-벨트는 쐐기 단면으로 풀리 홈의 옆면과 접촉하면서 정규압을 받아 마찰력이 증가하므로 평벨트보다 소형으로 큰 동력 전달이 가능하다.
• 로프 풀리 지름 2배(참): 로프에 발생하는 굽힘응력은 $\sigma = \frac{E \cdot d}{D}$ (E: 탄성계수, d: 로프 지름, D: 풀리 지름)에 비례하므로 풀리 지름을 2배로 키우면 응력은 1/2로 감소한다.
• 체인과 스프로킷(참): 체인·스프로킷 방식은 기하학적 톱니 맞물림으로 정확한 속도비를 유지하나 벨트는 슬립이 발생할 수 있으므로 속도비 정확성에서 떨어진다.

피트 피난공간(피난 안전구역)의 최소 기준은 건축법 시행령 피난관련 규정에 따라 자세 유형별로 정해져 있다. 서있는 자세의 수평거리는 0.4m×0.5m이 기준이며, 문제의 "0.3m×0.4m"은 이보다 작다. 웅크린 자세의 수평거리 0.5m×0.7m, 서있는 자세의 높이 2m, 웅크린 자세의 높이 1m은 모두 정답의 기준에 부합한다. 따라서 1번 보기가 서있는 자세의 수평거리를 잘못 기술한 틀린 설명이다.

기어 전동은 벨트 및 로프 전동과 비교하여 소음과 진동이 큰 편이다. 기어는 톱니가 맞물리며 전동하므로 충격음과 진동이 발생하기 쉬운 반면, 벨트·로프는 탄성 매질이 충격을 흡수하여 상대적으로 조용하다. 기어 전동은 오히려 효율이 높고(98% 이상), 큰 감속비를 용이하게 얻을 수 있으며, 동력전달이 매우 확실하다는 장점을 가지므로 1, 2, 4번은 모두 기어 전동의 특징에 맞지 않는다.

엘리베이터용 전동기는 기동·정지가 빈번하고 신속한 응답이 필요하므로 회전부분의 관성모멘트는 작아야 응답성이 좋아진다. 관성모멘트가 커야 한다는 것은 선정 조건으로 옳지 않다.

• 기동 토크가 커야 정지 상태에서 신속하게 가속할 수 있다.
• 기동 전류가 작은 편이 좋아야 전원 설비 부담과 전압강하가 줄어든다.
• 빈번한 기동·정지로 발열이 크므로 온도 상승에 충분히 견뎌야 한다.

엘리베이터 안전기준의 가이드레일 처짐 공식은 δ_x = 0.7 × F_xl³/(48EI_y) + δ_str이며, 문제 조건에 따라 건물 구조의 처짐량 δ_str는 무시한다.
단위를 N, mm로 환산하면 F=12000N, L=2500mm, E=210×10³N/mm², I=26.48×10⁴mm⁴이다.
δ_x = 0.7 × (12000×2500³)/(48×210×10³×26.48×10⁴) = 0.7 × (1.875×10¹⁴)/(2.669×10¹²) ≈ 0.7 × 70.2 ≈ 49.2mm로 계산된다.

운행 중인 카 내부에서 카문 개방을 제한하기 위해 적용되는 안전 기준은 50 N 이상의 힘이 요구되도록 규정되어 있다. 이는 승객이 우발적으로 카문을 열지 못하도록 하면서도, 긴급 상황에서 필요한 힘으로 개방 가능하도록 설정된 수치다.

승강기 안전 기준(KS B 5655 등)에서 운행 중 카문 개방 시 요구되는 최소 저항력을 50 N으로 정하고 있으며, 이는 성인이 합리적 힘으로 극복할 수 있으면서도 일상적 움직임으로는 개방되지 않도록 균형을 맞춘 값이다.

안전기준상 기계실 내 보호되지 않은 회전부품 위로는 0.3m 이상의 유효 수직거리를 확보해야 하며, 이는 작업자가 회전부에 접촉하지 않고 지나다닐 수 있도록 하기 위한 규정이다.

작업구역의 유효 높이, 이동통로의 유효 폭, 단차 발생 시 계단·발판 설치 기준은 각각 별도로 정해진 값이라 제시된 다른 수치들과는 일치하지 않는다.

상업용 건물의 권상 엘리베이터는 권상 도르래·풀리의 피치원 지름과 로프 공칭 직경의 비율이 40배 이상이어야 한다.

$D = 40 \times d = 40 \times 18\,\mathrm{mm} = 720\,\mathrm{mm}$이므로 풀리의 피치원 지름은 720mm 이상이어야 한다.

트랙션비가 커질수록(카측이 무거워질수록) 전동기가 더 큰 출력을 발휘해야 하므로 출력이 높아져야 하는데, "출력이 낮아질 수 있다"고 서술한 것은 역의 논리로 틀렸다. 트랙션비(Traction ratio)는 카측 로프가 지탱하는 총 중량을 균형추측 로프가 지탱하는 총 중량으로 나눈 값으로, 엘리베이터의 구동력 필요성을 나타내는 지표다.

• 트랙션비가 낮을수록 트랙션 능력이 좋아짐: 두 측의 무게 차이가 작아져 전동기가 제공해야 할 구동력이 적어지므로 맞다.
• 카측과 균형추측 로프 중량의 비: 카 자중, 적재하중, 로프 중량, 오버밸런스율을 종합적으로 고려하여 산정되므로 정확하다.
• 계산 시 고려 요소: 트랙션비 계산 시 이 모든 요소를 반영하는 것이 표준이다.

일반 엘리베이터의 에이프런 수직 부분은 0.75 m 이상, 주택용 엘리베이터는 0.54 m 이상이어야 한다.

에이프런은 카 문턱 아래로 연장해 붙이는 판으로, 카가 승강장 문턱보다 위에 멈췄을 때 생기는 카 하부와 승강장 사이 틈으로 사람이 빠지거나 끼이는 사고를 막는 부재다. 그래서 최소 수직 높이가 규정된다.

주택용 엘리베이터는 정격속도와 승강행정이 작고 구출 여건이 달라 일반 엘리베이터보다 완화된 값이 적용된다. 표의 ㉠·㉡에는 각각 0.75와 0.54가 들어간다(출제 당시 안전기준 기준).

'바닥 점유 면적은 되도록 크게 배치한다'는 틀린 지적으로, 에스컬레이터는 제한된 건축 공간 내에서 필요한 최소 면적만 차지하도록 배치해야 한다. 에스컬레이터 배치의 기본 원칙은 공간 효율성과 동선 최적화를 함께 고려하는 것이다.

• 정면 출입구와 엘리베이터 중간 위치: 동선을 고려한 올바른 배치 원칙이다.
• 백화점에서 눈에 띄는 위치: 상업시설에서 고객 유도와 시설 활용성을 높이는 올바른 원칙이다.
• 사람 움직임이 많은 곳: 교통량 중심으로 계획하는 기본 원칙이다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{p}=\dfrac{120\times 60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}$이다.

슬립 5%를 적용하면 전부하 회전수는 $N=N_s(1-s)=1800\times(1-0.05)=1710\,\mathrm{rpm}$으로, 약 1710rpm이 된다.

스터핑 박스(stuffing box)에 채워 넣어 사용하는 패킹의 총칭은 글랜드 패킹이다. 글랜드 패킹은 단면이 사각형(각형)이며 로프 형태로 스터핑 박스 내부에 여러 겹으로 감아 넣어 회전축이나 왕복 막대의 누수를 방지하는 방식으로 작동한다.

• 브레이드 패킹: 섬유를 짜서 만든 패킹
• 코튼 패킹: 면으로 만든 패킹
• 금속박 패킹: 금속 재질의 패킹

이들은 각각 특정 재질이나 형태를 지칭하는 것이므로 스터핑 박스에 채워 넣는 패킹 전체의 총칭이 아니다.

스폿 페이싱은 볼트·너트의 머리가 닿는 부분을 평면으로 깎아 접촉면을 고르게 만드는 가공이다.

리밍은 이미 뚫린 구멍을 정밀하게 다듬는 작업, 보링은 구멍의 지름을 넓히고 정밀도를 높이는 작업, 태핑은 구멍 내부에 나사산을 내는 작업이라 접촉면을 평면화하는 목적과는 다르다.

두 축이 만나지도 않고 평행하지도 않는 경우는 엇갈린 축(skew axis) 관계이며, 이를 전달하는 기어는 윔과 윔 기어뿐이다. 스퍼 기어는 평행축, 베벨 기어는 만나는 축(교차축), 헬리컬 기어도 평행축 또는 교차축에 쓰이므로 조건을 만족하지 않는다. 윔과 윔 기어는 축이 직각이지만 만나지 않으며 평행하지도 않은 엇갈린 축 관계에서 작동하는 유일한 기어 조합이다.

두랄루민은 알루미늄 합금으로서 Cu, Mg, Mn을 주요 합금 원소로 함유한다. Cu는 경도와 강도를 높이고, Mg는 경량성과 강도를 개선하며, Mn은 내식성을 향상시킨다. Co(코발트)는 두랄루민의 표준성분에 포함되지 않으며, 주로 고온 강도가 필요한 특수 강철이나 초경합금 등에 첨가되는 원소이다.

하중을 물체에 작용하는 상태에 따라 분류하면 작용 방향에 따른 분류와 작용 시간에 따른 분류로 나뉜다. 인장하중, 압축하중, 전단하중은 모두 작용 방향에 따른 분류에 해당하며, 각각 물체를 잡아당기고, 누르고, 밀어버리는 방향의 힘이다. 반면 교번하중은 작용 시간에 따른 분류로서 하중의 크기와 방향이 주기적으로 변하는 특성을 나타내므로, 작용 상태(방향)에 따른 분류가 아니다.

다이캐스팅은 정밀한 금형에 용융금속을 고압, 고속으로 주입하여 주물을 얻는 정밀주조법으로, Al 합금, Mg 합금 등 저융점 비철금속 주조에 가장 널리 사용된다. 원심주조법은 회전하는 금형에 원심력을 이용하는 방식이고, 셀 몰드법은 발포성 모델을 이용하는 정밀주조법이며, 연속주조법은 강의 대량 주조에 사용되는 방법이므로 문제의 조건과 맞지 않는다.

조미니 시험은 철강 시험편을 오스테나이트화한 뒤 한쪽 끝에 물을 분사(급랭)하여 위치별 냉각속도에 따른 경도 변화를 측정하는 표준 담금질성(hardenability) 시험법이다.

붕화·복탄은 표면에 원소를 침투시키는 표면경화법이고, 마르에이징은 저탄소 마르텐사이트를 시효경화시키는 합금·열처리 방식이라 담금질성 평가법과는 성격이 다르다.

굽힘응력은 σ = M/Z로 구하며, 이 용접이음에서는 6Wℓ/(t²L)이 된다.

그림은 밑판 위에 수직판을 세워 필릿 용접한 T형 이음으로, 용접선 방향 길이가 L, 용접치수(판 두께)가 t이고, 하중 W는 용접부에서 ℓ만큼 떨어진 위치에 작용한다. 따라서 용접부가 받는 굽힘모멘트는 M = W·ℓ이다.

용접부 단면을 길이 L, 두께 t인 직사각형으로 보면 굽힘이 일어나는 방향의 치수가 t이므로 단면계수는 $Z=\dfrac{Lt^{2}}{6}$이다.
$\sigma=\dfrac{M}{Z}=\dfrac{W\ell}{Lt^{2}/6}=\dfrac{6W\ell}{t^{2}L}$

분모에서 제곱이 붙는 쪽은 굽힘 방향 치수인 t이고, 계수 6 대신 12를 쓰는 식은 단면계수가 아니라 단면 2차 모멘트($I=\dfrac{Lt^{3}}{12}$)의 계수를 잘못 가져온 형태다.

미터 가는 나사는 $\mathrm{M50\times2}$로 표기하고, 다줄 나사는 줄 수를, 왼나사는 방향을 함께 표시하므로 왼 2줄 M50×2의 형태가 된다.

등급 표시는 암나사는 대문자, 수나사는 소문자로 구분하는데 문제의 나사는 암나사이므로 등급 6은 6H로 표기해 왼 2줄 M50×2-6H가 옳은 KS 표시법이다.

압축 코일 스프링의 변위는 $\delta = \frac{8FD^3N}{Gd^4}$ 공식으로 구한다. 여기서 F는 외력(N), D는 코일 평균지름(mm), N은 유효권수, G는 전단탄성계수(N/mm²), d는 소선 지름(mm)이다.

주어진 값을 대입하면
$\delta = \frac{8 \times 30 \times 40^3 \times 12}{8 \times 10^3 \times 6^4} = \frac{8 \times 30 \times 64000 \times 12}{8000 \times 1296}$이다.
분자는 $8 \times 30 \times 64000 \times 12 = 184,320,000$, 분모는 $8000 \times 1296 = 10,368,000$이므로
$\delta = \frac{184,320,000}{10,368,000} \approx 17.78 \text{mm}$이다.

피치 p 구간에서 리벳 구멍 지름 d를 뺀 나머지가 하중을 견디므로 판 효율은 1 − d/p이다.

구멍이 없는 판은 폭 p 전체가 인장에 저항하지만, 리벳 구멍을 뚫으면 유효 폭이 (p − d)로 줄어든다.
$\eta_t=\dfrac{(p-d)\,t\,\sigma_t}{p\,t\,\sigma_t}=\dfrac{p-d}{p}=1-\dfrac{d}{p}$

효율은 0과 1 사이의 값이어야 하므로, d/p − 1이나 p/d − 1처럼 부호가 뒤집히거나 1을 넘는 형태는 성립하지 않는다. 1 − p/d 역시 p가 d보다 크므로 음수가 되어 효율이 될 수 없다.

나사산을 가공하는 방법 중 전조(thread rolling)는 금속 소재에 나사산 형태의 롤을 압력으로 눌러 소성변형시켜 나사산을 형성하는 방식으로, 나사산 가공에 가장 적합하다. 압출은 주로 단면형상 변경에, 인발은 선재나 관의 직경 축소에, 압연은 판재나 봉재의 단면 축소에 사용되며, 이들은 나사산 형성 목적과 맞지 않는다.

초크는 유압회로에서 길이가 단면(지름) 치수에 비해 비교적 긴 죔구를 말하며, 오리피스는 반대로 길이가 단면 치수에 비해 짧은 죔구이다.

램은 유압 실린더의 왕복 운동부, 스풀은 밸브 내부에서 유로를 개폐하는 원통형 이동부품이라 죔구(스로틀 요소)와는 역할이 다르다.

한쪽 끝이 고정되고 전 길이에 균일분포하중이 걸린 외팔보의 최대 처짐은 자유단에서 WL⁴/(8EI)이다.

그림은 왼쪽 끝이 벽에 고정(해칭)되고 오른쪽 끝이 자유로우며, 길이 L 전 구간에 아래 방향 화살표로 표시된 균일분포하중 W가 작용하는 외팔보다.

처짐 곡선식을 적분하면 자유단 처짐은 $\delta_{max}=\dfrac{WL^{4}}{8EI}$ 이며, 분자의 L이 4제곱인 점이 자유단 집중하중일 때의 $\dfrac{WL^{3}}{3EI}$ 와 구분되는 결정적 차이다.

계수 5/384가 붙는 식은 양단 단순지지 보에 균일분포하중이 걸릴 때의 값이므로, 지지 조건이 고정–자유인지 단순지지인지를 먼저 확인해야 한다.

유압 실린더의 속도는 송출량을 실린더의 유효 단면적으로 나누어 구한다.

먼저 지름 100mm인 실린더의 단면적은
$A = \pi r^2 = \pi \times 5^2 = 78.54 \text{ cm}^2$이다.
펌프의 용적효율 90%를 적용하면 실제 송출량은
$830 \times 0.9 = 747 \text{ cm}^3/\text{s}$이다.
실린더 속도는
$v = \frac{Q}{A} = \frac{747}{78.54} = 9.51 \text{ cm/s} \approx 9.5 \text{ cm/s}$이다.

문제에서 주어진 추력 3kgf는 실린더가 발생할 수 있는 최대 힘의 정보일 뿐, 속도 계산에는 송출량과 단면적만 필요하다.

$I_p$가 분모에 있어 θ가 $I_p$에 반비례하므로 '극단면 2차 모멘트에 반비례한다'가 옳다.

비틀림을 받는 봉의 비틀림 각 θ는 $\theta = \frac{TL}{GI_p}$로 표현된다. 여기서 T는 비틀림 모멘트, L은 봉의 길이, G는 전단 탄성계수, $I_p$는 극단면 2차 모멘트이다.

• '봉의 길이에 반비례한다': θ가 L에 정비례하므로 반비례 관계는 틀렸다.
• '전단 탄성계수에 비례한다': θ가 G에 반비례(분모)하므로 비례 관계는 틀렸다.
• '비틀림 모멘트에 반비례한다': θ가 T에 정비례(분자)하므로 반비례 관계는 틀렸다.

축에 직각(반지름 방향)으로 작용하는 하중을 지지하는 베어링은 레이디얼 베어링이다. 스러스트 베어링과 피벗·칼라 베어링은 축 방향 하중을 지지한다.

버니어 캘리퍼스는 직접 접촉하여 길이를 측정하는 기구로, 내경·외경·깊이 등 직선 치수만 측정 가능하다. 1번 구멍의 내경은 내측 jaw로, 2번 깊이는 깊이 측정 봉으로, 4번 두께는 외측 jaw로 직접 측정할 수 있다. 반면 3번 축의 편심량은 회전축에서 중심이 벗어난 정도로, 회전 중 동적 변위를 측정해야 하므로 버니어 캘리퍼스의 정적 접촉 측정 방식으로는 불가능하며 다이얼 게이지나 심판대 같은 다른 도구가 필요하다.

인장하중에 의한 변형량은 훅의 법칙을 적용하여 구한다.
공식은 $\Delta L = \frac{P \cdot L}{E \cdot A}$이며, 여기서 P는 하중, L은 원래 길이, E는 탄성계수, A는 단면적이다.

단면적은
$A = \frac{\pi d^2}{4} = \frac{\pi \times 8^2}{4} = 50.27 \text{ cm}^2$이다.
주어진 값을 대입하면
$\Delta L = \frac{7000 \times 200}{2.1 \times 10^6 \times 50.27} = \frac{1,400,000}{105,567} = 0.01327 \text{ cm} = 0.1327 \text{ mm}$로, 약 0.13mm에 해당한다.

어큐뮬레이터는 유압 에너지를 저장했다가 필요할 때 방출하는 보조 장치이며, 주 동력원으로 작동할 수 없다. 비상동력원(2번)은 주펌프 고장 시 응급 동력 공급, 누설 보상기(3번)는 작은 누설로 인한 압력 저하 보상, 유압 완충기(4번)는 충격 완화 용도로 모두 어큐뮬레이터의 정상적인 기능이다. 어큐뮬레이터는 펌프가 공급하는 유압의 에너지를 일시 저장하는 역할만 수행하므로 주 동력원이 될 수 없다.

코일의 자기 인덕턴스는 $e = L\dfrac{\Delta I}{\Delta t}$ 관계에서 구할 수 있다.

$L=\dfrac{e\,\Delta t}{\Delta I}=\dfrac{6\times0.1}{1}=0.6\,\mathrm{H}$이므로 자기 인덕턴스는 0.6H이다.

원료를 투입하여 물리적·화학적 처리를 통해 제품을 제조하는 일련의 과정을 관리하는 제어 방식은 프로세스제어(process control)이다. 프로세스제어는 화학공장, 정유소, 식품공장 등에서 원료의 투입부터 화학반응, 온도·압력·농도 등 다양한 공정 변수를 감시·조절하여 최종 제품의 품질과 생산량을 유지하는 제어 기법이다.

• 서보제어: 위치나 속도 추종 제어
• 추치제어: 외란 보상 제어
• 프로그램제어: 미리 정해진 순서대로 작동하는 단순 제어

이들은 제시된 상황과는 맞지 않는다.

L = X + X̄ + Y에서 X + X̄ = 1이므로 L = 1 + Y = 1이 된다. 부울대수 정리상 어떤 항이 1과 OR 연산되면 결과는 항상 1이다.

입력 토크 $\tau$가 전달함수 1/(Js+D)를 거쳐 출력 $\omega$로 나오는 단일 피드포워드 블록선도 형태가 되어야 한다.

기계방정식 $J\frac{d\omega}{dt}+D\omega=\tau$를 라플라스 변환하면
$Js\Omega(s)+D\Omega(s)=T(s)$가 되고, 이를 정리하면
$\Omega(s)=\dfrac{1}{Js+D}T(s)$가 된다.

나머지 보기들은 피드백 루프를 포함하거나 J와 D의 결합 방식이 전달함수 $1/(Js+D)$와 일치하지 않는 구조이다.

감쇠비 $\zeta$가 0과 1 사이(0<\zeta<1)에 해당하므로 특성근이 공액복소근을 가지며, 계단응답은 감쇠 진동(부족제동) 특성을 보인다.

2차 지연요소 $G(s) = \dfrac{1}{3s^2+3s+1}$을 표준형 $\dfrac{1}{\omega_n^2}s^2 + \dfrac{2\zeta}{\omega_n}s + 1$과 비교하면
$\omega_n^2 = \dfrac{1}{3}$, $\dfrac{2\zeta}{\omega_n} = 3$이므로
$\omega_n = \dfrac{1}{\sqrt{3}}$, $\zeta = \dfrac{3\omega_n}{2} = \dfrac{3}{2\sqrt{3}} = \dfrac{\sqrt{3}}{2} \approx 0.866$이다.

옴의 법칙 $V=IR$을 적용한다.

$V = 25\,\mathrm{mA}\times 2\,\mathrm{k\Omega} = 0.025\,\mathrm{A}\times 2000\,\Omega = 50\,\mathrm{V}$이므로 필요한 전압은 50V이다.

리드 스위치는 비활성 가스를 채운 유리관 속에 접점을 봉입한 구조로, 외부 자계(코일 전류)에 의해 접점이 개폐되어 고속 동작이 가능한 입력기구이다.

근접 스위치·광전 스위치는 각각 물체 접근과 빛의 변화를 검출하는 비접촉 센서이고, 플로트레스 스위치는 액위 검출용 스위치라 유리관 봉입 접점 구조와는 다르다.

두 블록이 직렬(종속)연결된 구조이므로 $X_2 = G_1 X_1$, $X_3 = G_2 X_2 = G_1 G_2 X_1$이 된다. 따라서 전체 전달함수는 $X_3/X_1 = G_1 \cdot G_2$로 각 블록 이득의 곱으로 표현된다.

그림과 같이 초기 값에서 시작해 직선적으로 증가하는 응답은 비례 적분(PI) 동작의 특징이다. 단위 계단입력에 대해 출력이 초기에 비례하는 값으로 즉시 응답한 뒤 시간에 따라 일정 기울기로 계속 증가하는 형태는, 비례동작(P)에 의한 즉각적인 응답과 적분동작(I)에 의한 누적 증가가 합쳐진 결과이다.

• 비례 동작: 순수 비례동작이라면 출력이 계단 형태로 일정 값을 유지해야 하므로 그래프와 맞지 않는다.
• 비례 미분 동작: 초기에 임펄스성 큰 응답 후 일정 값으로 감소해야 하므로 그래프와 맞지 않는다.

피드백 제어계는 설정부, 검출부, 비교부, 조절부 등 제어장치로 구성되며, 이들이 제어대상에 작용하는 구조다. 설정부는 목표값을 입력하고, 검출부는 제어대상의 출력을 측정하며, 조절부는 편차에 따라 제어신호를 출력한다. 제어대상(피제어량)은 제어장치가 아닌 제어의 외부 대상이므로 제어장치에 속하지 않는다.

미끄럼줄 브리지 평형 조건은 R·L2 = X·L1이며(저항선의 길이는 저항값에 비례하도록 배치된 회로 구조), R=10kΩ, X=30kΩ이므로 $10 \times L_2 = 30 \times L_1$, 즉 $L_2 = 3L_1$이다. L1+L2=100cm에 대입하면 $L_1 + 3L_1 = 100$, $L_1 = 25$cm로 계산된다.

$\dfrac{3}{2}\pi$ rad을 도로 바꾸면 270°이다.

라디안과 도의 관계는 π rad = 180°이므로 $1\ \mathrm{rad}=\dfrac{180^\circ}{\pi}$이다.
$\dfrac{3}{2}\pi\times\dfrac{180^\circ}{\pi}=\dfrac{3\times180^\circ}{2}=270^\circ$

π/2 = 90°, π = 180°, 2π = 360°를 기준으로 보면 3π/2는 한 바퀴의 3/4에 해당한다는 점으로도 바로 확인된다.

$X = (A+B)(\bar{A}+B)$를 전개하면 $X = A\bar{A} + AB + \bar{A}B + BB$이고, $A\bar{A}=0$이므로 $X = AB + \bar{A}B + B$가 된다. $B$가 공통이므로 $X = B(A+\bar{A}+1) = B \cdot 1 = B$로 간단해진다. 따라서 B가 정답이다.

변압기 콘서베이터는 기름이 직접 공기(산소·수분)와 접촉해 열화되는 것을 막기 위해 유면 위쪽에 질소 가스를 봉입하는 방식을 사용한다.

질소는 절연유와 반응성이 낮으면서 산소 접촉을 차단하는 데 적합하기 때문이다.

블론델법·카프법·홉킨스법은 두 대의 동일한 전동기를 전기적으로 연결해 전력을 서로 주고받게 하면서 손실만 전원에서 공급하는 반환부하법에 속한다.

등가저항측정법은 두 대를 맞물려 운전하는 반환부하 방식이 아니라 별도의 시험법이므로, 반환부하법에는 해당하지 않는다.

저항에서 발생하는 열량은 줄의 법칙(Joule's law)에 따라 $Q = I^2Rt$로 계산된다. 시간 t가 일정할 때 열량 Q는 전류의 제곱(I²)에 정확히 비례한다. 예를 들어 전류가 2배가 되면 열량은 4배가 되고, 3배가 되면 9배가 되는 이차 관계이다. 따라서 정답은 전류의 세기의 제곱에 비례하는 3번이다.

Y결선에서 한 상의 권선에 걸리는 전압은 선간전압의 $1/\sqrt{3}$이므로 X는 220/√3 V이다.

그림에서 220 V로 표시된 세 치수선은 모두 선과 선 사이(선간전압)이고, X는 중성점과 한 선 사이에 놓인 코일 하나에 걸리는 상전압이다.

$V_l=\sqrt{3}\,V_p\ \Rightarrow\ V_p=\dfrac{V_l}{\sqrt{3}}=\dfrac{220}{\sqrt{3}}\fallingdotseq127\ \mathrm{V}$
Y결선은 선전류와 상전류가 같은 대신 전압에 √3배 관계가 생긴다는 점이 핵심이며, 220 V를 그대로 상전압으로 보거나 3으로 나누면 안 된다.

직렬 커패시터는 전압이 용량에 반비례하여 분배된다.
전체 전압 $10V$가 $C_1=8\mu F$, $C_2=4\mu F$에 걸리므로,
$V_1 = \dfrac{C_2}{C_1+C_2}\times 10 = \dfrac{4}{12}\times10 = 3.33V$,
$V_2 = \dfrac{C_1}{C_1+C_2}\times10 = \dfrac{8}{12}\times10 = 6.67V$이다.

즉 용량이 작은 C₁에는 낮은 전압, 용량이 큰 C₂에는 높은 전압이 걸린다.

3전압계법에서 부하의 소비전력은 $P = \dfrac{V_3^2 - V_1^2 - V_2^2}{2R}$로 구한다.

그림에서 $V_3$은 전원측 전압, $V_1$은 부하전압, $V_2$는 저항 R 양단 전압이며, 벡터 관계식 $V_3^2 = V_1^2 + V_2^2 + 2V_1V_2\cos\theta$에서 역률각 $\theta$를 소거하여 유도된다.
이 식을 정리하면 $\cos\theta = \dfrac{V_3^2 - V_1^2 - V_2^2}{2V_1V_2}$이고,
전류는 $I = \dfrac{V_2}{R}$이므로 부하전력 $P = V_1 I \cos\theta = V_1\cdot\dfrac{V_2}{R}\cdot\dfrac{V_3^2-V_1^2-V_2^2}{2V_1V_2} = \dfrac{1}{2R}(V_3^2 - V_1^2 - V_2^2)$이 된다.

정상분(positive sequence) 전압은 대칭좌표 변환으로 구하며, 정상분전압은 약 217.03∠-13.36° V이다.

$V_1 = \frac{1}{3}(V_a + aV_b + a^2V_c)$에서 $a = e^{j120°}$이다.
먼저 각 항을 계산하면: $V_a = 220\angle 0°$, $aV_b = e^{j120°} \times 220\angle(-140°) = 220\angle(-20°)$, $a^2V_c = e^{j240°} \times 220\angle 100° = 220\angle 340°$이다.
직교좌표로 변환하면 $V_a = 220 + j0$, $aV_b = 220(\cos(-20°) + j\sin(-20°)) = 206.65 - j75.21$, $a^2V_c = 220(\cos 340° + j\sin 340°) = 206.65 - j75.21$이다.

합산하면 $V_a + aV_b + a^2V_c = 633.30 - j150.42$이고, 3으로 나누면 $V_1 = 211.1 - j50.14$이다.
크기는 $|V_1| = \sqrt{211.1^2 + 50.14^2} = \sqrt{44563.21 + 2514.01} = \sqrt{47077.22} \approx 217.03\text{ V}$이고,
위상은 $\phi = \arctan\left(\frac{-50.14}{211.1}\right) = \arctan(-0.2375) \approx -13.36°$이다.