20년 3회차

엘리베이터의 매다는 장치와 그 끝부분 사이의 연결부는 매다는 장치 최소 파단하중의 80% 이상을 견딜 수 있어야 한다는 것이 안전기준상 요건이다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

다이나믹 브레이크(dynamic brake) 방식은 전기적 제동 방식으로, 에스컬레이터의 과속역행방지장치가 아니라 속도 제어나 정상 운행 중 보조 제동으로 사용되는 것으로 분류되므로 정답에 해당한다.

에스컬레이터의 과속역행방지장치는 체인이 끊어지거나 모터가 정지했을 때 승강로가 역행하는 것을 방지하는 장치다.

• 폴 래칫 휠(pole ratchet wheel) 방식은 톱니바퀴와 래칫을 이용한 기계식으로, 과속역행방지장치의 표준 종류다.
• 디스크 웨지(disk wedge) 방식은 회전 디스크와 웨지를 조합한 방식으로, 과속역행방지장치의 표준 종류다.
• 디스크 브레이크(disk brake) 방식은 제동 디스크를 이용한 방식으로, 과속역행방지장치의 표준 종류다.

호출버튼·조작반·통화장치 등 승강기 안팎의 스위치는 특별한 사유가 없는 한 바닥면으로부터 0.8m 이상 1.2m 이하에 설치하는 것이 원칙이다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

미터인 회로는 유량제어밸브를 실린더로 들어가는 주회로(입구측)에 직렬로 설치하여 유량을 제어하는 방식이다.

이 때문에 카를 기동할 때 유량 조정이 어렵고 기동 쇼크가 발생하기 쉬우며, 잉여 유량이 릴리프밸브로 방출되고 스로틀링 손실이 생겨 상승 운전 시의 효율이 좋지 않다는 특징을 가진다.

• 미터인 회로는 실린더로 들어가는 유량을 직접 제어하는 방식이므로, 간접 제어라서 정확도가 떨어진다는 설명은 맞지 않다.
• 유량제어밸브를 주회로에서 분기된 바이패스회로에 삽입하는 구성은 블리드오프 회로에 해당한다.
• 릴리프밸브로 유량을 방출하지 않아 설정압력까지 오르지 않고 부하에 의해 압력이 결정되는 것도 블리드오프 회로의 특징으로, 미터인 회로와는 반대이다.

더블데크 엘리베이터는 카를 2층 구조로 만든 형식을 가리키는 분류로, 동력을 전달하는 매체가 아니라 카의 구조에 따른 구분이다.

로프식·유압식·스크루식 엘리베이터는 각각 로프, 유압, 스크루축이라는 동력매체로 카를 움직이는 방식에 따른 분류이다.

승강로 조명은 사람이 올라서거나 작업하는 위치에서 50 lx, 그 밖의 승강로 구간에서 20 lx 이상을 확보하도록 정하고 있다.

따라서 카 지붕 위 1m, 사람이 서 있을 수 있는 공간의 바닥 위 1m, 작업구역 및 작업구역 간 이동 공간의 바닥 위 1m는 모두 50 lx 기준이며, 카 지붕과 피트를 제외한 그 밖의 장소가 20 lx이다.

작업구역 관련 조도를 80 lx로 제시한 설명이 기준과 다르다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

직접식(플런저를 카 바로 아래에 설치하는 방식)은 실린더를 지중에 매설하므로 점검이 간접식보다 어렵다는 것이 특징이며, 점검이 쉽다는 설명은 틀렸다.

부하에 의한 카 바닥 처짐이 작고 추락방지안전장치가 필요 없으며, 실린더 설치를 위한 보호관을 지중에 매설해야 하는 점은 직접식의 올바른 특징이다.

과속이 발생하거나 매다는 장치가 파단되었을 때 카나 균형추가 자유낙하하는 것을 막는 장치는 추락방지안전장치(비상정지장치)이다.

완충기는 카가 최하부에 도달했을 때 충격을 흡수하는 장치이고, 브레이크와 차단밸브는 각각 정지·유압 차단 기능을 하는 것으로 자유낙하 방지의 역할과는 다르다.

엘리베이터 카에는 자동 재충전되는 비상전원공급장치로 5 lx 이상의 조도를 최소 60분(1시간) 동안 공급하는 비상등을 갖추어야 한다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

주택용 엘리베이터의 정격하중은 유효 면적 1.1㎡ 이하이면 1㎡당 195kg, 1.1㎡를 초과하면 1㎡당 305kg으로 계산한다.

기준은 주택용 엘리베이터의 카 유효 면적을 1.4㎡ 이하로 제한하고, 그 면적으로부터 정격하중을 산정하도록 정하고 있다. 경계는 1.1㎡이며, 이하 구간과 초과 구간에 서로 다른 면적당 계수를 적용한다.

여기에 더해 이하 구간에서는 계산값이 지나치게 작아지지 않도록 최소 159kg이라는 하한을 함께 두고 있다. 179kg이나 300kg 같은 값은 이 조항에 등장하지 않는 수치다. 수치는 승강기 안전기준의 주택용 엘리베이터 규정에 따른 것으로, 출제 당시 기준 값이다.

오일 완충기는 엘리베이터에서 카나 균형추의 충격을 흡수하는 장치로, 에스컬레이터의 안전장치가 아니다.

스커트 가드, 핸드레일 안전장치, 인렛 스위치는 모두 에스컬레이터·무빙워크에 설치되는 안전장치이다.

균형추의 총중량은 빈 카 자중에 적재하중의 일정 비율을 더해 정하는데, 이 적재하중에 곱하는 비율을 오버밸런스율이라 한다.

일반적으로 오버밸런스율은 사용 용도에 따라 35~55% 범위에서 정해진다.

승강기 자동 동력 작동식 문의 광전장치(멀티빔 등) 감지 기준에 따르면, 문이 닫히는 중 사람이 출입구를 통과하는 경우 자동으로 문이 열리는 장치는 카문턱 위로 최소 25mm와 최대 1600mm 사이의 전 구간에 걸쳐 감지할 수 있어야 한다. 이는 어린이부터 성인까지 다양한 신장의 통행자를 감지하기 위한 안전 기준이다.

에스컬레이터·무빙워크의 스커트가 디딤판 측면에 위치할 때, 스커트와 디딤판 사이의 수평 틈새는 각 측면에서 최대 4mm 이하여야 한다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

주차구획이 3층 이상으로 배치되고 출입구가 있는 층의 모든 주차구획을 출입구로 사용할 수 있으며, 주차구획을 아래·위 또는 수평으로 이동시켜 주차하는 방식은 다단식 주차장치이다.

2단식은 주차구획이 2층으로 배치된 구조에 한정되고, 수평이동식·수직순환식은 각각 이동·순환 방식이 다른 별개의 분류이다.

출제 당시 주차장법령 기준에 따른 정의이다.

교류이단 속도제어에서 가장 널리 사용되는 이단속도 전동기의 고속권선과 저속권선 속도비는 4:1이다.

엘리베이터용 전동기는 소음이 적고 기동토크가 크며 기동전류가 작아야 하지만, 회전속도가 느려야 한다는 것은 필수 구비조건이 아니다.

기어드 권상기는 고속 전동기를 감속기로 감속해 사용하는 등, 회전속도 자체보다 소음·기동특성·전류특성이 중요한 구비조건이다.

상승과속방지장치는 카, 균형추, 로프시스템(현수 또는 보상), 또는 두 지점에서만 정적으로 지지되는 권상도르래와 동일한 축에 작동될 수 있도록 허용된다.

따라서 그러한 권상도르래와 동일한 축에 작동되지 않아야 한다는 설명이 기준과 다르다.

이 장치가 작동되면 기준에 적합한 전기안전장치가 작동되어야 하고, 빈 카의 감속도가 정지단계 동안 1 g_n을 초과하지 않아야 하며, 작동에 외부 에너지가 필요한 경우 에너지가 없으면 엘리베이터가 정지 상태를 유지해야 한다는 것은 모두 올바른 요건이다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 내용이다.

기어드형 권상기에서 엘리베이터의 속도는 시브(도르래) 직경, 기어의 감속비, 권상모터의 회전수에 의해 결정된다.

로프의 직경은 매다는 장치의 강도·안전율과 관련된 요소이지, 카의 속도를 결정하는 요소가 아니다.

승강로 벽은 0.3m×0.3m 면적의 임의 지점에 1000N의 힘을 균등하게 분산하여 가할 때, 1mm를 초과하는 영구변형과 15mm를 초과하는 탄성변형이 없어야 한다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

소방구조용(비상용) 엘리베이터는 화재 등 비상 시 다른 엘리베이터와 무관하게 항상 즉시 사용 가능해야 하므로, 동력전원설비 용량 계산에서 부등률을 1로 적용한다.

침대용·전망용·화물용 엘리베이터는 일반 승강기와 마찬가지로 동시사용률을 고려한 부등률을 적용할 수 있다.

승객용 엘리베이터에서 카문 문턱과 승강장문 문턱 사이의 수평거리는 35mm 이하로 하여야 한다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

정격하중을 적재한 카나 균형추가 자유낙하할 때, 점차작동형 추락방지안전장치가 작동하는 동안의 평균감속도는 0.2 g_n ~ 1 g_n 범위여야 한다는 것이 안전기준상 요건이다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

유압 실린더와 체크밸브 또는 하강밸브 사이를 연결하는 가요성 호스는 전 부하 압력 및 파열 압력에 대해 안전율 8 이상을 확보해야 한다.

출제 당시 안전기준을 기준으로 한 수치이다.

브레이스 로드가 분담하는 하중을 무시하면, 하부체대는 적재하중과 카 전자중을 합한 하중이 고르게 작용하는 단순보로 볼 수 있다.

총하중은 $W=1000+2200=3200\,\mathrm{kgf}$이고, 등분포하중을 받는 단순보의 최대굽힘모멘트는 $M=\dfrac{WL}{8}$이다.

대입하면 $M=\dfrac{3200\times180}{8}=72000\,\mathrm{kgf\cdot cm}$이다.

소방구조용(비상용) 엘리베이터는 소방대가 비상 시 어느 층이든 접근할 수 있어야 하므로, 카가 건물의 전 층에 대해 운행 가능할 것이 기본요건이다.

운행속도는 'm/s 이상'과 같은 형태가 아니라 소방관 접근 지정층에서 최상층까지 정해진 시간 안에 운행되어야 한다는 시간 기준으로 규정되고, 정격하중과 카 크기는 들것 수용 여부 등 적용 조건에 따라 달라지므로 단정적인 수치로 제시된 나머지 설명은 기본요건으로 볼 수 없다.

선형 특성을 갖는 완충기(에너지 축적형)는 카 자중과 정격하중을 더한 값 또는 균형추 무게의 2.5배에서 4배 사이의 정하중으로 규정된 행정이 얻어지도록 설계해야 하므로, ㉠은 2.5, ㉡은 4이다.

이 배수는 결국 완충기 스프링의 강성을 어느 범위에 두라는 뜻이다. 기준의 취지는, 스프링이 이보다 무르면 충돌 시 행정을 다 써버려 완전 압축에 이를 수 있고, 이보다 단단하면 감속도가 과대해져 승객에게 위험하다는 데 있다.

참고로 에너지 축적형 완충기는 정격속도가 낮은 승강기에 적용되고, 속도가 높아지면 에너지 분산형(유입식) 완충기를 쓴다. 적용 속도 한계와 행정 산정식 등 구체적 수치는 출제 당시의 승강기 안전기준에 따른다.

유압 엘리베이터에서 로프나 체인을 동기화 수단으로 쓸 때 안전율은 로프 12 이상, 체인 10 이상이어야 하므로 체인 8 이상은 틀리다. 독립된 로프 또는 체인이 2개 이상 있어야 한다. 최대 힘은 전 부하 압력에서 생기는 힘과 로프·체인의 수를 고려해 계산한다.

승강로 내에는 레일 브래킷, 분리보, 배선 덕트 등 구조상 반드시 필요한 돌출물이 존재하므로 모든 돌출물을 금지할 수는 없다.

안전기준은 지진 시 로프·전선 등의 기능에 악영향이 생기지 않도록 불필요한 돌출물을 두지 않을 것을 요구하는 것이므로, '모든 돌출물을 설치하여서는 안 된다'는 서술은 틀렸다.

주로프가 도르래에서 이탈하지 않을 것, 균형추가 가이드 레일에서 이탈하지 않을 것, 전동기·제어반·권상기가 진동으로 전도되거나 이동하지 않을 것은 모두 지진대책으로 요구되는 사항이다.

사이리스터의 점호각을 제어하여 직류전동기의 속도를 가변시키는 방식은 정지 레오나드 방식이다.

워드 레오나드 방식은 회전형 발전기로 전압을 가변하는 방식이고, 정지 레오나드는 이를 반도체 소자(사이리스터)로 대체해 전기적으로 점호각을 바꿔 직류 전압을 제어한다.

교류 귀환 제어방식과 교류 2단 속도 제어방식은 교류 전동기를 대상으로 하며 점호각 제어와는 원리가 다르다.

엘리베이터의 일주시간(RTT)은 주행시간, 도어개폐시간, 승객출입시간 등을 합산해 산출한다.

기준층 복귀시간은 일주시간 계산에 포함되는 개별 요소가 아니라, 여러 층을 순회하는 전체 사이클(일주) 자체가 기준층에서 출발해 복귀하는 과정을 의미하므로 별도로 더해지는 항목이 아니다.

천장에 축이 고정된 도르래 1개와, 하중 W 쪽에서부터 위로 이어지는 움직도르래 3개로 짜인 조합 도르래이므로 W = 8P이다.

그림에서 W가 걸린 맨 아래 도르래, 그 위 도르래, 다시 그 위 도르래는 모두 한쪽 줄 끝이 천장에 매여 있고 축이 자유롭게 오르내리는 움직도르래다. 맨 위 오른쪽 도르래만 축이 천장에 매달려 고정되어 있어 힘의 방향만 아래로 바꿔 줄 뿐 배력에는 기여하지 않는다.

움직도르래를 하나 지날 때마다 하중을 지지하는 줄이 두 가닥으로 나뉘어 필요한 힘이 절반이 되므로, 움직도르래가 n개면 $W = 2^{n}P$가 된다.

여기서 n = 3이므로 $W = 2^{3}P = 8P$, 즉 $P = \dfrac{W}{8}$의 힘으로 하중을 올릴 수 있다.

추락방지안전장치(비상정지장치)의 성능 시험은 카(또는 균형추)의 적용중량, 작동속도, 평균감속도 등 제동 성능과 직결된 항목을 확인한다.

주행안내(가이드) 레일의 규격은 레일 자체의 설계·선정에 관한 사항으로, 비상정지장치의 제동 성능을 검증하는 시험 항목과는 직접적인 관계가 적다.

전동기의 회전수를 먼저 구한다. 동기회전수는
$N_s = \frac{120f}{P} = \frac{120 \times 60}{4} = 1800 \text{ rpm}$이고, 슬립 4%를 적용하면
$N_m = 1800 \times (1 - 0.04) = 1728 \text{ rpm}$이다.

기어감속비 49:2를 적용하면
$N_{shaft} = 1728 \times \frac{2}{49} = \frac{3456}{49} \approx 70.53 \text{ rpm}$이다.

도르래 지름 540mm(반지름 0.27m)에서의 선속도는
$v = \pi \times d \times N = \pi \times 0.54 \times 70.53 \approx 119.8 \text{ m/min}$이므로 정격속도는 약 120 m/min이다.

엘리베이터 승강로 점검문은 사람이 드나들 수 없도록 크기를 제한하며, 높이 0.5m 이하, 폭 0.5m 이하가 기준이다.

이는 사람이 통과할 수 있는 출입문(승강로 접근문)과 구분하기 위한 것으로, 크기가 이보다 크면 점검문이 아닌 별도의 잠금·인터록 요건을 갖춘 문으로 취급된다. 다만 이는 출제 당시(2020년) 기준이므로 최신 규정은 별도 확인이 필요하다.

주행안내(가이드) 레일의 계산된 최대 허용 휨은 추락방지안전장치의 작동 여부에 따라 다르게 규정된다.

문제는 추락방지안전장치가 없는 균형추·평형추의 T형 레일이므로 허용 휨은 양방향으로 10mm이다. 안전장치가 작동하면 레일에 큰 제동 반력이 걸리므로 휨을 더 엄격하게(5mm) 제한한다.

다만 이는 출제 당시 기준이므로 최신 규정은 별도 확인이 필요하다.

교통수요 산출 시 사무실은 출근 시간대의 상향(up-peak) 교통이 압도적으로 지배적이어서, 이 시간대 이용자 산정에서는 하향방향승객을 별도로 고려하지 않는 경우에 해당한다.

반면 병원, 아파트, 백화점은 시간대에 관계없이 오르내리는 승객이 고르게 섞여 있어 하향 교통량도 함께 고려해야 한다.

전동기 용량은 $P=\dfrac{LV(1-OB)}{6120\,\eta}$이다.
값을 대입하면 $P=\dfrac{1150\times60\times(1-0.45)}{6120\times0.6}=\dfrac{37950}{3672}\approx$10.3 kW이다.

수직 개폐식 문 현수 로프 풀리의 피치 직경은 로프 직경의 25배 이상이어야 하므로 35배는 틀렸다. 현수 로프·체인·벨트의 안전율 8 이상, 문짝마다 2개의 독립된 현수 부품으로 고정, 풀리 홈·스프로킷 이탈 방지는 옳은 기준이다.

엘리베이터 브레이크 능력의 올바른 원칙을 검토하면, "제동력을 너무 작게 하면 제동 시 회전부분에 큰 응력을 발생시킨다"는 틀린 설명이다. 제동력이 작으면 제동 거리가 길어지고 정지 불능 위험이 증가하지만, 회전부분 응력은 오히려 제동력이 클 때 커진다는 점이 모순이다.

정확히는 제동력이 너무 크면 회전부분에 과도한 응력을 발생시키고, 너무 작으면 감속·정지 능력이 부족하게 된다.

• 브레이크가 카나 균형추 등 전 장치의 관성을 제지할 필요가 있다는 설명은 정확하다(관성을 극복해야 함).
• 정지 후 부하 언밸런스로 역구동되지 않도록 유지되어야 한다는 설명도 정확하다(홀딩 기능으로 정지 후 역구동 방지).
• 화물용 엘리베이터가 정격의 120% 부하로 전속 하강 중 감속·정지할 수 있어야 한다는 설명도 정확하다(화물용 엘리베이터의 법정 제동 능력 기준).

진원도는 V블록 위에서 측정한 다이얼 게이지 눈금 값의 절반으로 계산한다.

V블록법에서 게이지의 최대-최소 지시값 차이는 실제 진원 오차의 2배로 나타나므로, 진원도 = 눈금값 ÷ 2 이다.

눈금 값이 $1\mathrm{mm}$이므로 진원도는 $1 \div 2 = 0.5\mathrm{mm}$가 된다.

밀링 머신에서 주축의 회전운동을 직선 왕복운동으로 바꾸어 키홈이나 스플라인 등을 절삭할 수 있게 하는 부속장치는 슬로팅 장치(slotting attachment)이다.

분할대는 공작물을 일정 각도로 분할 회전시키는 장치이고, 래크 절삭 장치는 래크 기어 절삭용, 로터리 밀링 헤드는 커터를 회전·경사시켜 곡면을 가공하는 장치로 각각 용도가 다르다.

양단이 고정된 봉이 냉각되면 수축이 구속되어 압축응력이 발생하며, 크기는 $\sigma = E \alpha \Delta T$로 구한다(봉의 지름은 응력 계산과는 무관하다).

$\Delta T = 30-0 = 30^\circ\mathrm{C}$, $\alpha=0.000012$, $E=210\mathrm{MPa}$이므로
$\sigma = 210 \times 0.000012 \times 30 = 0.0756\mathrm{MPa}$이다.

단위를 $\mathrm{kPa}$로 환산하면 압축응력은 약 $75.6\mathrm{kPa}$이다.

셀(쉘) 몰드법은 규사에 합성수지를 코팅한 레진사를 사용하므로 합성수지 재료비가 비교적 고가이며, '저가이다'라는 서술은 이 공법의 실제 특징과 반대된다.

대신 치수 정밀도가 높고 대량생산에 적합하며, 모래 사용량이 적어 주물의 뒤처리가 간단한 것이 셀 몰드법의 실제 장점이다.

KS규격에서 구름 베어링 호칭번호의 접미기호 "ZZ"는 양쪽 실드(shield)붙이를 의미한다. 실드는 베어링의 양측면에 부착되어 먼지나 이물질의 침입을 방지하는 얇은 금속판으로, 베어링 내부에 접촉하지 않으면서 보호 역할을 한다. 이와 구별하여 "2RS" 또는 "RS"는 한쪽 또는 양쪽 밀봉(seal)을 의미하며, 밀봉은 실드보다 더 강한 차단 효과를 제공한다.

구리는 전기·열 전도성이 우수하고 아름다운 광택을 지니지만, 기계적 강도가 낮아 공작기계의 주축과 같이 높은 강성과 내마모성이 요구되는 부품에는 적합하지 않다.

주축에는 강(steel) 계열 재료가 사용되며, 구리는 Zn·Sn·Ni·Ag 등과 쉽게 합금(황동·청동 등)을 만드는 특성이 활용된다.

입구측 유량·압력 변화와 무관하게 2차측(출구) 압력을 미리 설정한 값으로 일정하게 유지하는 압력제어밸브는 리듀싱 밸브(감압밸브)이다.

• 체크 밸브는 유체의 역류를 방지하는 밸브이다.
• 시퀀스 밸브는 정해진 순서에 따라 작동 순서를 제어하는 밸브이다.
• 릴리프 밸브는 회로의 최고(1차측) 압력을 설정값 이하로 제한하는 밸브이다.

벤투리미터는 관로의 단면적 변화에 따른 압력차를 이용해 유량을 직접 산출하도록 설계된 대표적인 유량측정 기기이다.

피토관과 피토 정압관은 국소 유속(동압)을 측정하는 장치이고 시차 액주계는 두 지점의 압력차를 읽는 계측기로, 유량 자체를 나타내려면 별도의 환산 과정이 필요해 벤투리미터와는 성격이 다르다.

회전차의 날개가 선박의 스크루 프로펠러와 유사한 형상을 가지며, 송출량이 많고 저양정인 경우에 적합한 펌프는 축류 펌프이다.

터빈 펌프, 기어 펌프, 왕복 펌프는 각각 원심형·용적형 구조로, 저양정·대유량 조건에 특화된 축류 펌프와는 작동 원리가 다르다.

제동 마찰력 $T = \mu P$의 작용선이 레버의 힌지(지점)를 그대로 지나 지점에 대한 모멘트가 0이 되므로, 드럼이 어느 쪽으로 돌든 필요한 조작력이 같아 F₁/F₂ = 1이다.

그림에서 지점부터 조작력 F가 작용하는 레버 끝까지가 800mm, 지점부터 블록이 드럼을 누르는 중심선까지가 400mm이며, $T=\mu P$ 화살표가 힌지를 지나는 수평선 위에 그려져 있다.

지점에 대한 모멘트 평형은 $F \times 800 = P \times 400 \pm \mu P \times 0$ 이므로 $F = \dfrac{P}{2}$가 되어, 회전 방향과 무관하게 같은 값이 나온다.

마찰력의 작용선이 힌지에서 거리 c만큼 편심되어 있으면 $F = \dfrac{P(b \mp \mu c)}{a}$ 꼴이 되어 좌·우회전의 조작력이 달라지지만, 이 문제처럼 편심이 0이면 두 방향이 같아진다.

끝단에 집중하중을 받는 외팔보의 최대 처짐은 $\delta = \dfrac{PL^{3}}{3EI}$ 이므로, 길이와 재질이 같다면 단면 2차 모멘트 I가 가장 큰 단면에서 처짐이 가장 작다. 보기 중 I가 최대인 것은 한 변이 h인 정사각형 단면이다.

보기의 네 단면은 모두 폭 h, 높이 h로 치수는 같고 모양만 다르다. 중립축에 대한 I를 구하면 다음과 같다.

• 정사각형: $I = \dfrac{h^{4}}{12} \approx 0.0833h^{4}$
• 지름 h인 원: $I = \dfrac{\pi h^{4}}{64} \approx 0.0491h^{4}$
• 밑변 h·높이 h인 이등변삼각형과 직각삼각형: $I = \dfrac{h^{4}}{36} \approx 0.0278h^{4}$

정사각형의 I가 원의 약 1.7배, 삼각형의 3배이므로 처짐은 정사각형 단면에서 최소가 된다. 두 삼각형 단면은 I가 서로 같아 처짐도 같고 가장 크다.

원형 단면 축의 전단응력은 $\tau = \dfrac{16T}{\pi d^3}$로 나타나며, 비틀림 모멘트 T에 비례한다.

따라서 '전단응력이 비틀림 모멘트와 반비례한다'는 설명은 틀리며, 실제로는 T가 커질수록 전단응력도 커진다.

전단응력이 지름의 세제곱에 반비례한다는 것, 극단면계수($Z_p$)를 이용해 구한다는 것, 지름을 2배로 하면 같은 응력에서 전달 가능한 비틀림 모멘트가 8배가 된다는 것은 모두 옳은 설명이다.

용접 이음은 리벳 이음 등에 비해 부재를 접합하는 공정수가 줄어들고 자재가 절약되며, 이음효율과 기밀 유지성능이 우수한 것이 장점이다.

따라서 '공정수가 증가된다'는 서술은 사실과 반대이므로 장점이 될 수 없다. 용접의 실제 단점은 급열·급냉에 따른 변형과 잔류응력, 열영향부의 재질 변화 등이다.

프레스나 주조로 만든 제품의 불필요한 테두리(플래시)나 핀 등을 잘라내어 정형하는 작업은 트리밍(trimming)이다.

펀칭과 블랭킹은 판재에서 구멍이나 제품 형상을 따내는 전단가공이고, 세이빙은 절단면을 매끈하게 다듬는 마무리 가공으로 각각 용도가 다르다.

허용응력은 인장강도를 안전율로 나눈 값이며, 여기에 봉의 단면적을 곱하면 최대 허용하중이 된다.

$\sigma_a = \dfrac{42}{7} = 6\mathrm{MPa}$이고, 단면적은 $A = \dfrac{\pi}{4}(20\mathrm{mm})^2 = 314.16\mathrm{mm^2}$이다.

따라서 $P = \sigma_a \times A = 6 \times 314.16 = 1884.96\mathrm{N}$으로, 약 $1884\mathrm{N}$이다.

나무·가죽·베크라이트 등 비금속이나 연한 금속을 거칠게 가공할 때는 눈의 간격이 넓고 각각 독립된 이가 새겨진 귀목(rasp cut) 줄을 사용한다.

단목과 복목은 금속 가공용 일반 줄눈이고, 파목은 알루미늄 등 연질 금속의 가공에 쓰이는 곡선형 눈으로 귀목과는 용도가 다르다.

키(key)는 축과 보스 사이에서 회전력을 전달하며 파손 형태에 따라 강도를 검토하므로, 설계 시 주로 전단응력과 압축(면압)응력을 고려한다.

키의 폭 방향 단면은 비틀림에 의한 전단력을 받고, 키의 측면은 보스·축과 접촉하며 압축(면압)을 받기 때문에 이 두 응력이 강도 설계의 기준이 된다.

V벨트는 홈 형상 때문에 회전방향을 반대로 바꾸는 교차 걸이가 어렵고, 접촉 마찰력이 커 평벨트보다 전동 효율이 좋으며, 고속 운전도 가능해 저속으로만 제한되지 않는다.

구상 흑연 주철(노듈러 주철, 덕타일 주철)은 흑연을 구상화하여 강도와 연성을 높인 재료로, 주조로 제작되며 단조 가공되는 재료가 아니다.

단조가 가능한 것은 가단주철이며, 구상 흑연 주철은 차량용 부품이나 내마모용으로 쓰이고 인장강도가 $50\sim70\mathrm{kgf/mm^2}$에 이르는 것도 있다.

관용 나사는 배관의 기밀 유지(누설 방지)를 목적으로 하는 나사로, 동력을 전달하는 용도로 사용하지 않는다.

사각 나사, 둥근 나사, 톱니 나사는 모두 나사잭이나 프레스 등에서 큰 힘을 전달하는 동력 전달용 나사로 사용된다.

병렬 콘덴서로 회로의 역률을 100%로 만들려면, 콘덴서가 코일의 무효전력을 상쇄할 수 있는 용량을 가져야 한다.

피상전력은 $S = VI = 200 \times 10 = 2000\mathrm{VA}$이고 역률은 $\cos\theta = \dfrac{P}{S} = \dfrac{1600}{2000} = 0.8$이므로 $\sin\theta = 0.6$이다.

무효전력은 $Q = S\sin\theta = 2000 \times 0.6 = 1200\mathrm{Var}$이고, 이를 상쇄할 콘덴서의 용량 리액턴스는 $X_C = \dfrac{V^2}{Q} = \dfrac{200^2}{1200} \approx 33.3\ \Omega$이다.

영구자석은 자화를 제거해도 자성을 오래 유지해야 하므로, 잔류자기와 보자력이 모두 큰 재료가 요구된다.

잔류자기가 작거나 보자력이 작으면 외부 자계나 시간 경과에 의해 자성이 쉽게 소실되어 영구자석으로 적합하지 않다.

시퀀스 제어는 미리 정해진 순서와 조건에 따라 동작이 진행되는 개회로(open loop) 제어이며, 출력을 입력으로 되먹임하는 폐회로 제어계가 아니다.

조합논리회로, 시간지연요소, 제어용 계전기 등은 모두 시퀀스 제어를 구현하는 데 실제로 사용되는 요소들이다.

피드백(폐회로) 제어는 출력을 입력측으로 되먹여 오차를 줄이므로 정확성과 대역폭이 증가하지만, 그 대가로 전체 이득(계 전체의 증폭도)은 오히려 감소하는 경향을 보인다.

또한 되먹임 경로와 비교기 등이 추가되어 개루프 제어보다 구조가 복잡하고 설치비가 많이 드는 것도 피드백 제어의 특징이다.

전류계의 측정 범위를 확장하기 위해 사용하는 저항을 부르는 명칭이 핵심이다. 전류계의 측정 범위를 확장할 때 직렬로 접속하는 저항은 '분류기(shunt)'가 아니라 '배율기(multiplier)' 또는 '확대저항'이다. 분류기는 오히려 전류계와 병렬로 접속하여 측정 범위를 확장하는 저항을 말한다.

나머지 설명은 모두 참이다.

• 내부저항 비교: 전류계는 내부저항이 작아야 회로에 미치는 영향을 최소화하고, 전압계는 내부저항이 커야 측정 대상 회로의 전압에 영향을 주지 않는다.
• 병렬접속 시 손상: 전류계를 병렬로 연결하면 전류 대부분이 내부저항이 작은 전류계를 통해 흐르므로 계기 손상 가능성이 높다.
• (+), (-) 단자 구별: 직류 계기는 극성이 있어 단자 구별이 필요하다.

전압이 2배 증가하면 전력은 4배(전압의 제곱에 비례)가 되므로 2000W가 맞다.

저항값은 일정하므로 먼저 원래 조건에서 저항을 구한다.
$R = \frac{V^2}{P} = \frac{100^2}{500} = \frac{10000}{500} = 20\,\Omega$이다.

전압을 200V로 바꿀 때 저항은 변하지 않으므로, 새로운 소비 전력은
$P' = \frac{V'^2}{R} = \frac{200^2}{20} = \frac{40000}{20} = 2000\,\text{W}$이다.

옴의 법칙은 도체에 흐르는 전류가 전압에 비례하고 저항에 반비례한다는 법칙으로, 전압을 기준으로 정리하면 $V = IR$이다.

비저항 ρ는 재료 고유의 물성값으로, 길이 l·단면적 A인 도체의 저항 $R = \rho \dfrac{l}{A}$ 안에 이미 반영되어 있다. 따라서 옴의 법칙에 ρ를 한 번 더 곱한 $V = IR\rho$ 형태는 성립하지 않는다.

저항이 분자에 오거나 전류가 분자에 오는 $V = \dfrac{R}{I}$, $V = \dfrac{I}{R}$ 형태는 전류가 커질수록 전압이 작아진다는 뜻이 되어 물리적으로도 단위 차원으로도 맞지 않는다.

전기설비의 절연종류는 최고 허용온도에 따라 분류되는데, Y종 90℃ < A종 105℃ < E종 120℃ < B종 130℃ 순서다. 각 절연종은 사용 환경과 내열성에 따라 등급이 정해져 있으며, Y종이 가장 낮은 온도 범위에서만 사용 가능하고 B종이 가장 높은 온도까지 견딜 수 있다. 따라서 최고 허용온도가 낮은 순서는 Y종에서 시작하여 A종, E종, B종 순으로 증가한다.

코일의 유기기전력은 $e = L\dfrac{\Delta I}{\Delta t}$로 나타나므로, 자기 인덕턴스는 $L = \dfrac{e \cdot \Delta t}{\Delta I}$로 구한다.

전류 변화량 $\Delta I = 20-10 = 10\mathrm{A}$, 시간 $\Delta t = 0.01\mathrm{s}$, 기전력 $e = 20\mathrm{V}$이므로
$L = \dfrac{20 \times 0.01}{10} = 0.02\mathrm{H} = 20\mathrm{mH}$이다.

접점 X와 Z가 직렬로 이어진 가지와 접점 Y 하나만 있는 가지가 위아래 두 공통 단자 사이에서 병렬로 연결된 회로이므로, 논리식은 (X · Z) + Y이다.

그림에서 위쪽 단자에서 갈라진 왼쪽 경로는 X 접점을 지나 곧바로 Z 접점을 거쳐 아래쪽 단자로 이어지고, 오른쪽 경로는 Y 접점 하나만 지나 아래쪽 단자로 이어진다.

접점의 직렬은 논리곱(AND, ·), 병렬은 논리합(OR, +)에 대응하므로, X와 Z가 동시에 닫히거나 Y가 닫히면 회로가 도통한다.

평형 3상 전원은 세 상의 전압이 크기는 같고 위상만 $\dfrac{2\pi}{3}$(120˚)씩 어긋나 있는 대칭 교류 시스템이다.

이 위상차 덕분에 3상 전압의 순시값 합이 항상 0이 되어 평형 3상 회로가 성립한다.

변압기의 이상적인 병렬 운전 조건은 극성이 같을 것, 전압(권수비)이 같을 것, %임피던스 강하가 같을 것 등이며, 이를 만족하면 순환전류 없이 정격용량에 비례하여 부하전류를 분담한다.

'손실비가 같을 것'은 변압기 병렬 운전의 이상적 조건에 해당하지 않는 항목이다.

회로는 릴레이 시퀀스로 X₂는 A·B 조합에 따라 결정되는 출력이다. 표에서 X₁, X₃은 이미 주어져 있고 X₂ 값만 비어 있는데, A=1,B=1일 때 ⓐ=0, A=1,B=0일 때 ⓑ=0, A=0,B=1일 때 ⓒ=1, A=0,B=0일 때 ⓓ=1로 접점 구성(A 동작 시 X₂ 회로 차단, A 비동작 시 도통)과 일치한다. 따라서 ⓐ 0, ⓑ 0, ⓒ 1, ⓓ 1이 정답이다.

RLC 직렬회로의 임피던스는 $Z=\sqrt{R^2+(X_L-X_C)^2}$로 구한다. 대입하면 $Z=\sqrt{4^2+(5-2)^2}=\sqrt{16+9}=\sqrt{25}=5\,\Omega$이다. 전류는 $I=\frac{E}{Z}=\frac{100}{5}=$이다.

가산점의 두 입력 부호가 모두 +인 정궤환 블록선도이므로 전달함수는 $\dfrac{C(s)}{R(s)} = \dfrac{G(s)}{1 - G(s)H(s)}$이다.

그림은 R(s)가 가산점으로 들어가고 그 출력이 전향경로 G(s)를 지나 C(s)가 되며, C(s)가 궤환경로 H(s)를 거쳐 다시 가산점으로 돌아오는 구조인데, 가산점에 붙은 두 부호가 모두 +로 표시되어 있다.

가산점의 출력은 $R(s) + H(s)C(s)$이므로 $C(s) = G(s)\left[R(s) + H(s)C(s)\right]$이고, 정리하면 $C(s)\left[1 - G(s)H(s)\right] = G(s)R(s)$가 되어 위 결과를 얻는다.

궤환 부호가 −인 부궤환이라면 분모가 $1 + G(s)H(s)$가 된다. 분자가 H(s)인 형태는 전향경로가 G(s)라는 그림과 맞지 않는다.

메이슨 공식으로 계산하면 $\dfrac{C(s)}{R(s)} = \dfrac{6}{43}$이다.

선도에서 R(s)부터 C(s)까지 전향경로는 1개이며 그 이득은 $1 \times 2 \times 3 \times 1 = 6$이다.

궤환 루프는 두 개다. 이득 −5인 가지를 포함하는 위쪽 루프는 $2 \times 3 \times (-5) = -30$, 이득 −4인 가지를 포함하는 아래쪽 루프는 $3 \times (-4) = -12$이고, 두 루프가 중간의 두 절점을 함께 지나므로 서로 접촉하는 루프다.

따라서 $\Delta = 1 - (-30 - 12) = 43$이고, 전향경로가 모든 루프와 닿으므로 $\Delta_{1} = 1$이다. 결과는 $\dfrac{C(s)}{R(s)} = \dfrac{6 \times 1}{43} = \dfrac{6}{43}$이다.

하강 중 속도가 빨라져 전동기의 유기기전력이 전원전압보다 높아지면 전동기가 발전기로 동작하고, 발생한 전력을 전원측으로 되돌려 보내면서 속도를 줄이는 제동법은 회생제동이다.

회생제동은 전력을 전원으로 되돌려 에너지를 회수한다는 점에서, 저항에서 열로 소비하는 발전제동이나 전원 극성을 반대로 바꿔 제동하는 역전제동과 구분된다.

전기기기나 전로의 절연저항을 측정하여 누전 여부를 확인하는 계측기는 메거(절연저항계)이다.

전압계와 전류계는 각각 전압·전류 크기를 측정하는 계기이고, 검전기는 충전 유무만을 간이로 판별하는 기구로 절연 상태(누전 여부)를 정량적으로 확인하지는 못한다.

오차가 변화하는 속도(변화율)에 비례하여 조작량을 조정하는 제어방식은 미분(D) 제어이다.

미분 제어는 오차가 급격히 커지려는 경향을 미리 감지해 조작량을 앞서 변화시키므로, 응답의 오버슈트를 줄이고 안정성을 높이는 데 활용된다.

변위(위치 변화)를 공기압 신호로 변환하는 기계적 제어요소는 노즐 플래퍼이다.

플래퍼가 노즐에 가까워지거나 멀어지는 미세한 변위에 따라 배압(back pressure)이 민감하게 변하므로, 이를 이용해 공기압 제어신호를 만들어낸다.

벨로즈와 다이아프램은 반대로 공기압을 받아 변위나 힘으로 변환하는 요소이고, 트랜지스터는 전기 신호를 증폭하는 전자소자로 공기압 변환과는 무관하다.