18년 3회차

괄호에 들어갈 것은 비상방송용 스피커이다.

제시된 조항은 승강로가 엘리베이터 전용이어야 하고 엘리베이터와 관계없는 배관·전선·장치를 두어서는 안 된다는 원칙을 정한 것이다. 다만 안전한 운행에 지장을 주지 않는 범위에서 소방 관련 법령에 따른 화재감지기 본체와 함께 예외로 허용되는 설비가 있다.

이 예외는 화재 시 승강로 내부의 감지와 피난 안내 방송을 위한 최소한의 설비만 인정하는 취지여서 화재감지기 본체와 짝을 이루는 비상방송용 스피커가 여기에 해당한다. 소화기·전화기·경보기는 승강로 내부에 두어야 할 소방상의 이유가 없어 이 예외에 들어가지 않는다.

허용 설비의 구체적 목록은 승강기 안전기준 개정에 따라 달라질 수 있으므로 출제 당시 기준으로 이해하면 된다.

승강장 문이 열린 상태에서 모든 구속(제약)이 풀리면 자동으로 문을 닫히게 하는 장치가 도어 클로저이다.

• 도어 록은 승강장문이 닫힌 상태를 기계적으로 잠그는 장치이다.
• 도어 머신은 카 도어를 개폐 구동하는 동력장치이다.
• 도어 스위치는 문의 개폐 상태를 전기적으로 검출하는 장치이다.

출제 당시의 승강기 안전기준에 따르면, 에스컬레이터의 공칭속도가 $0.65\ \mathrm{m/s}$일 때 정지거리는 0.30m에서 1.30m 사이에 들어야 한다.

정지거리 기준은 공칭속도가 커질수록 함께 넓어지도록 정해져 있으며, 관련 수치는 이후 개정될 수 있으므로 현재 적용 여부는 최신 기준으로 다시 확인해야 한다.

오버밸런스율은 균형추의 총 중량을 정할 때 기준이 되는 비율로, 빈 카의 자중에 적재하중의 몇 %를 더할 것인가를 나타내는 값이다.

일반적으로 오버밸런스율은 40~50% 범위로 설계되며, 이는 균형추 무게가 빈 카 무게보다 적재하중의 일부만큼 더 무겁게 설정된다는 것을 의미한다.

와이어로프 구성기호는 가닥(strand) 수 × 꼬임형식(소선 수) 순서로 표기하며, 필러형은 Fi로 나타낸다.

문제의 로프는 6개의 스트랜드로 꼬여 있고 각 스트랜드가 필러형으로 29본의 소선(필러선 포함)을 가지므로, 구성기호는 6×Fi(29)로 표기한다.

홀랜턴(Hall Lantern)은 군 관리방식으로 여러 대의 승강기를 운행할 때 각 승강장에서 어느 카가 응답할지를 미리 알려주기 위해 인디케이터 대신 설치하는 신호장치이다.

단독 운전되는 일반 승강기에서는 인디케이터만으로 충분하지만, 군관리 운전에서는 이용자가 도착 방향과 카를 미리 알 수 있도록 홀랜턴을 사용한다.

출제 당시의 로프 마모·파손상태 검사기준은 파단 소선의 상태에 따라 허용 파단 수를 달리 정하고 있다. 파단 소선의 단면적이 원래 소선 단면적의 70% 이하로 줄어든 경우에는 손상이 큰 상태이므로 1구성 꼬임(스트랜드)의 1꼬임 피치 내 파단 수가 2 이하여야 합격으로 본다.

• 소선의 파단이 균등하게 분포되어 있는 경우의 허용 파단 수는 이보다 완화된 값(1꼬임 피치 내 4 이하)으로 정해져 있어, 3 이하·2 이하로 적은 설명은 기준과 다르다.
• 녹이 심한 경우는 파단 수로 판정하는 항목이 아니라 부식 상태 자체로 판정하는 항목이다.

검사기준의 세부 수치는 개정될 수 있으므로 실제 검사 시에는 현행 기준을 확인해야 한다.

로프식 엘리베이터의 구동방식 중 하나로 권동(드럼)에 로프를 감아 카를 오르내리게 하는 권동식이 있다.

직접식·간접식은 유압 엘리베이터의 실린더 배치 방식을 구분하는 용어이고, 리니어모터식은 로프 없이 리니어모터로 직접 구동하는 방식이므로 로프식의 구동방식과는 성격이 다르다.

동일 승강로에 2대 이상의 엘리베이터가 설치될 때 카 측면에 두는 비상구출문은 옆 카를 통해 승객을 구출하기 위한 것이므로, 다음 요건이 함께 요구된다.

• 구출문이 열려 있는 동안에는 해당 엘리베이터의 운전이 불가능해야 한다.
• 구출 작업을 하는 카 외부에서는 열쇠 없이 열 수 있어야 한다.
• 반대로 승객이 임의로 빠져나가지 못하도록 카 내부에서는 열쇠를 사용해야만 열 수 있어야 한다.

이에 비해 문이 벽의 일부로서 외부 방향으로 열린다는 서술은 문의 개폐 형태를 말한 것일 뿐 위와 같은 안전 요건과는 성격이 달라, 이 구조와 관계가 없는 항목으로 본다. 세부 조항은 개정될 수 있으므로 현행 안전기준으로 확인하는 것이 좋다.

소형 엘리베이터는 운행거리와 속도가 제한된 소규모 승강기로, 정격속도는 0.25m/s 이하여야 한다.

일반 승용 엘리베이터보다 훨씬 낮은 속도로 제한하는 이유는 승강로·기계실 등 설비 요건을 완화해 주는 대신 저속 운행으로 위험을 낮추기 위한 것이다. 관련 수치는 안전기준 개정으로 달라질 수 있으므로 실제 적용 시에는 현행 기준을 확인해야 한다.

직접식 유압엘리베이터는 실린더가 카를 직접 떠받치는 구조로 실린더를 지중에 매설된 보호관 안에 설치해야 하므로, 실린더의 점검이 용이하다는 설명은 직접식의 특징과 맞지 않는다.

• 승강로 소요면적과 구조가 간단하다는 것은 직접식의 장점이다.
• 카가 플런저로 직접 지지되어 로프 이완에 의한 낙하 우려가 없으므로 비상정지장치가 필요하지 않다는 것도 직접식의 특징이다.
• 실린더를 설치하기 위한 보호관을 지중에 설치해야 한다는 것도 직접식의 특징이다.

실린더가 카 바로 아래 지중에 매설되어 있어 점검·보수 시 접근이 어렵다는 점이 직접식의 대표적 단점이다.

미터인(meter-in) 회로는 실린더로 들어가는 유입측 유량을 제어하는 방식으로, 속도제어는 정확하지만 잉여 유량을 릴리프밸브로 배출시켜야 하므로 효율은 비교적 나쁘다는 특징을 갖는다.

엘리베이터 도어의 안전장치로는 문 닫힘 중 사람이나 물체가 끼이는 것을 감지해 문을 다시 열게 하는 세이프티 슈가 대표적이다.

역결상 검출장치는 전원 결상·역상을 감지하는 전기 안전장치이고, 과부하 감지장치는 적재하중 초과를 검출하는 장치이며, 록다운 정지장치는 유압식에서 실린더 파손 시 카의 하강을 저지하는 장치로 모두 도어와 직접 관련된 장치는 아니다.

승강기용 와이어로프는 소선 강도에 따라 E종·A종·B종으로 나누고, 여기에 표면 처리를 달리한 G종이 따로 있다. G종은 소선의 표면에 아연도금을 한 로프로, 습기가 많은 장소에서 부식을 막기 위해 사용한다.

• E종은 일반 와이어로프보다 탄소량을 적게 하고 경도를 낮춘 $135\ \mathrm{kgf/mm^{2}}$급 소선으로, 문제에서 A종의 설명으로 제시된 내용이 실제로는 E종에 해당한다.
• A종은 $150\ \mathrm{kgf/mm^{2}}$급 소선이므로, E종을 150급이라고 한 설명은 등급이 뒤바뀐 것이다.
• B종은 $180\ \mathrm{kgf/mm^{2}}$급으로 강도와 경도가 가장 높지만, 경도가 높아 시브를 마모시키기 쉬워 엘리베이터용으로는 적합하지 않다.

과부하감지장치는 승강기가 출발하기 전 정지 상태에서 초과 하중을 검출해 문닫힘을 제지하고 경보를 울리도록 만든 장치이므로, 주행 중에도 과부하가 감지되면 경보가 울려야 한다는 설명은 이 장치의 동작 방식과 맞지 않는다.

• 초과 하중이 검출되면 경보가 울려야 한다는 것은 옳다.
• 초과 하중 상태에서는 출입문의 닫힘이 자동으로 제지되어야 한다는 것도 옳다.
• 초과 하중이 해소될 때까지 카가 움직이지 않아야 한다는 것도 옳다.

VVVF(가변전압 가변주파수) 제어에서 인버터가 전압과 주파수를 함께 가변시키는 대표적 방식은 PWM(펄스폭변조)이다.

PWM은 스위칭 소자의 온·오프 시간(펄스폭)을 조절해 출력 전압의 실효값과 주파수를 동시에 제어하는 방식으로, 승강기 구동 모터의 속도제어에 널리 쓰인다.

나사 모양의 홈이 파인 기둥(스크류축)을 따라 케이지가 상하로 이동하도록 만들어 유체를 사용하지 않고 구동하는 엘리베이터가 스크류식이다.

로프식은 로프와 권상기, 플런저식은 유압 실린더의 플런저, 랙피니온식은 랙과 피니언 기어의 맞물림으로 구동한다는 점에서 나사 구동 방식과 다르다.

동력전원이 끊어지면 전자-기계 브레이크가 즉시 작동하여 에스컬레이터를 정지시킨다.

전자석 여자 중에는 브레이크가 풀려 있다가 정전이나 이상으로 여자가 끊어지면 스프링 힘으로 브레이크슈가 드럼을 눌러 제동하므로, 동력 차단과 동시에 작동하는 구조이다.

• 조속기장치는 속도가 설정치를 초과했을 때 작동하는 과속 검출 장치이다.
• 구동체인 안전장치는 구동체인이 늘어나거나 끊어졌을 때 작동한다.
• 머신브레이크는 구동기에 붙은 제동장치를 부르는 통칭으로, 전원 차단 시 즉시 제동하는 장치를 가리키는 표준 명칭은 전자-기계 브레이크이다.

균형추를 사용하면 동일한 용량·속도 조건에서 권동식보다 구동 전동기의 출력용량을 줄일 수 있다.

균형추가 카 반대편에서 하중을 상쇄해주므로 전동기는 카와 균형추의 하중 차이만 감당하면 되지만, 권동식은 로프를 드럼에 감아올리는 구조여서 카 전체 하중을 그대로 들어올려야 하기 때문이다.

• 균형추 방식은 로프가 승강로를 왕복 상승·하강해야 하므로 유압식보다 오히려 승강로 면적이 더 필요하다.
• 견인비가 과도하면 로프와 시브 사이 미끄러짐이 발생할 수 있어 미끄러질 염려가 없다고 단정할 수 없다.
• 균형추를 쓰면 카 하중 전체를 들어올리지 않아도 되므로 전동기 출력은 오히려 줄어든다.

카 비상정지장치가 작동될 때 무부하이거나 하중이 고르게 분포된 경우, 카 바닥의 기울기는 정상 위치에서 5%를 초과해서는 안 된다.

이는 급제동 충격으로 바닥이 크게 기울어 승객이 넘어지거나 낙상하는 것을 방지하기 위한 수치 기준이다.

다만 이 수치는 출제 당시(2018년) 적용되던 안전기준에 따른 것으로, 현행 기준과 대조가 필요할 수 있다.

웜 기어는 나사 형태의 웜과 웜휠이 맞물리는 구조상 역구동이 어려운 자기잠금(self-locking) 특성을 갖는다는 점이 헬리컬기어와의 가장 큰 차이이므로, 역구동이 쉽다는 설명은 틀렸다.

웜의 리드각이 작아 마찰각보다 작아지면 웜휠 쪽에서 웜을 돌리는 것이 사실상 불가능해진다. 반면 헬리컬기어는 물림이 주로 구름 접촉이어서 정지 상태에서 외력으로도 비교적 쉽게 역회전시킬 수 있다.

• 웜 기어는 미끄럼 접촉으로 물림이 이루어져 헬리컬기어보다 소음이 작다는 설명은 맞다.
• 미끄럼 마찰이 크기 때문에 효율이 낮다는 설명도 맞다.
• 큰 감속비를 얻기 쉬워 저속용으로 널리 쓰인다는 설명도 맞다.

상부체대에 작용하는 하중을 단순보의 중앙집중하중으로 보고 계산하면, 상부체대의 응력은 약 222.6 kg/cm²이다.

1:1 로핑이므로 로프에 걸리는 하중은 카자중과 적재하중의 합인 $W = 700 + 550 = 1250\ \mathrm{kg}$이다.

상부체대를 길이 $L=160\ \mathrm{cm}$인 단순보로 보면 최대굽힘모멘트는 $M = \dfrac{WL}{4} = \dfrac{1250 \times 160}{4} = 50000\ \mathrm{kg\cdot cm}$이다.

따라서 응력은 $\sigma = \dfrac{M}{Z} = \dfrac{50000}{224.6} \approx 222.6\ \mathrm{kg/cm^2}$이다.

정격속도 90m/min(=1.5m/s) 엘리베이터에서 에너지분산형(유입식) 완충기에 필요한 최소 행정거리는 약 152mm이다.

에너지분산형 완충기의 최소 행정거리는 정격속도의 제곱에 비례하는 산식 $S = 0.0674 \times v^2\ (\mathrm{m})$으로 구한다($v$: 정격속도, m/s).

$S = 0.0674 \times 1.5^2 = 0.0674 \times 2.25 \approx 0.152\ \mathrm{m} = 152\ \mathrm{mm}$이다.

이 산식은 출제 당시 적용되던 안전기준의 값으로, 현행 기준과 대조가 필요할 수 있다.

로프식 엘리베이터의 기계실 출입문은 폭 70cm 이상, 높이 1.8m 이상을 확보해야 한다.

이는 유지보수 인력이 공구나 부품을 들고 안전하게 출입할 수 있도록 정한 최소 치수 기준이다.

다만 이 수치는 출제 당시(2018년) 적용되던 검사기준에 따른 것으로, 현행 기준과의 대조가 필요할 수 있다.

엘리베이터 교통량 계산의 기초자료에는 건물의 용도, 층별 용도, 층고 등이 포함되며, 기계실의 크기는 이에 해당하지 않는다.

교통량 계산은 건물에 출입하는 인원 수요와 이동 패턴을 예측하는 작업이므로 빌딩 용도·층별 용도·층고와 같이 이용자 수요와 이동거리에 관련된 자료가 필요하지만, 기계실 크기는 설비 설치 공간에 관한 사항으로 수요 예측과는 무관하다.

전부하 회전수 1500rpm, 출력 15kW인 전동기의 전부하 토크는 약 9.74kg·m이다.

토크는 $T = \dfrac{974 \times P}{N}$($P$: kW, $N$: rpm)로 구한다.

$T = \dfrac{974 \times 15}{1500} \approx 9.74\ \mathrm{kg\cdot m}$이다.

카측 스프링완충기의 전단응력은 약 6225kg/cm²이다.

완충기 스프링은 충돌 시 순간적인 충격을 받으므로 설계하중을 정하중의 2배로 본다. 정하중은 카자중과 정격하중의 합인 $W = 1200 + 1000 = 2200\ \mathrm{kg}$이므로 설계하중은 $2W = 4400\ \mathrm{kg}$이다.

코일 평균지름 $D=15\ \mathrm{cm}$, 소선지름 $d=3\ \mathrm{cm}$일 때 전단응력은 $\tau = \dfrac{8 \times 2W \times D}{\pi d^3} = \dfrac{8 \times 4400 \times 15}{\pi \times 3^3} \approx 6225\ \mathrm{kg/cm^2}$이다.

단상 풀브리지에서 TR2와 TR3이 도통하면 부하 전류는 ⓑ에서 ⓐ 방향으로 흐르므로, ⓐ에서 ⓑ 방향으로 흐른다는 설명이 틀렸다.

그림은 직류전원 V 양단에 TR1·TR2를 위쪽, TR3·TR4를 아래쪽에 배치한 브리지 구성이고 두 중간점 ⓐ와 ⓑ 사이에 부하가 연결된 회로이다. 함께 실린 파형도는 TR1·TR4 쌍과 TR2·TR3 쌍이 서로 엇갈려 도통하고 그 결과 부하전류가 +와 −로 교번하는 모습을 보여 준다.

TR1(좌측 위)과 TR4(우측 아래)가 도통하면 전원 + → TR1 → ⓐ → 부하 → ⓑ → TR4 → 전원 − 의 경로가 되어 ⓐ→ⓑ로 흐르고, TR2(우측 위)와 TR3(좌측 아래)가 도통하면 전원 + → TR2 → ⓑ → 부하 → ⓐ → TR3 → 전원 − 의 경로가 되어 ⓑ→ⓐ로 흐른다.

나머지 설명은 옳다. 이 회로는 직류를 교류로 바꾸는 인버터이고, 스위칭 소자를 SCR로 바꾸어도 소호 회로를 갖추면 같은 교번 파형을 얻을 수 있으며, 도통 폭을 조절하는 PWM 제어로 출력을 바꿀 수 있다.

엘리베이터의 일반적인 관제운전에는 지진 시, 화재 시, 정전 시 관제운전 등이 있으며, 폭풍 시의 관제운전은 이에 속하지 않는다.

지진·화재·정전 관제운전은 재해나 전원 이상 상황에서 카를 안전한 층으로 대피시키거나 예비전원으로 절환하는 표준화된 운전 방식이지만, 폭풍(강풍) 상황에 대한 관제운전은 일반적인 표준 관제운전 항목으로 분류되지 않는다.

승강장문 잠금장치는 잠금 부품이 7mm 이상 물린 후에야 카가 출발할 수 있어야 하므로, 5mm 이상이라는 설명은 틀렸다.

물림 길이가 충분히 확보되어야 문이 완전히 잠긴 상태에서만 운행이 시작되도록 보장할 수 있기 때문이다.

• 잠금 작용이 중력·영구자석·스프링에 의해 유지되어야 한다는 설명은 맞는 기능이다.
• 각 승강장문을 승강로 밖에서 열쇠로 해정할 수 있어야 한다는 설명도 맞는 기능이다.
• 문이 열리는 방향으로 300N의 힘을 가해도 잠금 효력이 감소하지 않아야 한다는 설명도 맞는 기능이다.

물림 길이 수치는 출제 당시 적용되던 안전기준에 따른 것이다.

피트 바닥과 카의 가장 낮은 부품 사이의 수직거리는 원칙적으로 0.5m 이상이어야 하므로, 0.3m 이상이라는 설명은 틀렸다.

이 수직거리는 점검자가 피트에 들어가 작업할 때 충돌 없이 안전하게 활동할 공간을 확보하기 위한 기준이다.

• 피트에 0.5m×0.6m×1.0m 이상의 블록을 수용할 공간이 있어야 한다는 설명은 맞는 기준이다.
• 피트에 고정된 가장 높은 부품과 카의 가장 낮은 부품 사이 수직거리가 0.3m 이상이어야 한다는 설명도 별도로 맞는 기준이다.
• 에이프런 또는 수직개폐식 카문과 인접 벽 사이 수평거리가 0.15m 이내인 경우 0.1m까지 감소될 수 있다는 예외 규정도 맞다.

이 수치들은 출제 당시 적용되던 안전기준에 따른 것이다.

엘리베이터의 수송능력은 일반적으로 5분간의 교통수요를 기준으로 계산한다.

출근 시간대와 같이 특정 시간에 이용자가 집중되는 상황을 반영하기 위해, 5분간 수송 가능한 인원을 건물 재실 인원 대비 비율로 나타내는 방식이 표준적으로 쓰인다.

좌굴하중은 압축력을 받는 긴 부재가 임계 압축응력을 넘어설 때 발생하는 힘이지, 단순히 불균형한 큰 하중이 적재되었을 때 생기는 힘이 아니므로 이 설명은 틀렸다.

좌굴은 가이드레일처럼 가늘고 긴 부재가 축방향 압축력을 받을 때 임계하중을 넘으면 휘어지며 무너지는 현상이다.

• 레일 브래킷 간격이 넓을수록 좌굴에 대한 유효 길이가 길어져 좌굴이 쉽게 일어난다는 설명은 맞다.
• 카나 균형추의 총 중량이 클수록 축방향 압축력이 커져 좌굴이 쉽게 일어난다는 설명도 맞다.
• 즉시작동형 비상정지장치는 점차작동형보다 정지 시 충격이 커서 좌굴을 일으키기 쉽다는 설명도 맞다.

작동 직후 짧은 거리에서 정지력이 급격히 상승한 뒤 거리에 관계없이 일정한 수평선으로 유지되는 특성은 F.G.C형(Flexible guide clamp)의 것이다.

그림은 가로축이 거리, 세로축이 정지력이며 곡선이 짧은 구간에서 가파르게 올라간 다음 일정한 높이로 평평하게 이어진다. 즉 미끄러지는 거리가 늘어나도 제동력이 변하지 않는다는 뜻이다.

F.G.C형은 탄성이 있는 U자형 클램프가 가이드레일을 일정한 힘으로 죄어 제동하므로 죄는 힘이 그대로 유지되고, 그 결과 감속도가 거의 일정해 카에 걸리는 충격이 완만하다.

• F.W.C형은 쐐기가 레일에 물려 들어가면서 죄는 힘이 달라지므로 정지력이 일정한 수평선으로 그려지지 않는다.
• 즉시작동형은 작동과 동시에 최대 정지력이 걸려 아주 짧은 거리에서 멈추므로 그림과 같은 완만한 상승 뒤 일정 구간이 나타나지 않는다.
• 로프이완 비상정지장치는 매다는 로프가 느슨해진 것을 감지해 작동시키는 장치로, 정지력과 거리의 관계 곡선으로 구분하는 대상이 아니다.

승강로는 다른 용도의 환기실 등으로 겸용될 수 없으므로, 환기실로도 사용될 수 있다는 설명은 틀렸다.

승강로는 화재나 사고 시 연기·화염이 다른 공간으로 확산되는 통로가 되지 않도록 전용 공간으로 구획되어야 하며, 적절한 환기는 필요하지만 건물의 환기 설비로 겸용해서는 안 된다.

• 비상용 엘리베이터의 승강로를 전 층에 걸쳐 단일구조로 연결해야 한다는 설명은 맞다.
• 2대 이상의 엘리베이터가 한 승강로에 있을 때 움직이는 부품 사이에 칸막이를 설치해야 한다는 설명도 맞다.
• 균형추 주행구간을 피트 바닥에서 0.3m 이하부터 2.0m 이상 높이까지 견고한 칸막이로 보호해야 한다는 설명도 맞다.

기어는 미끄럼이 없는 직접 물림 방식으로 동력을 전달하므로 정밀도가 필요하다는 설명이 옳다.

이가 정확히 맞물려야 소음·진동 없이 확실한 속도비로 동력을 전달할 수 있기 때문에, 제작과 조립에 높은 정밀도가 요구된다.

• 기어는 벨트·체인에 비해 효율이 높은 편이므로 효율이 낮다는 설명은 틀렸다.
• 기어는 큰 감속비를 얻기 쉬운 편이므로 감속비가 작다는 설명은 틀렸다.
• 기어는 미끄럼 없이 확실하게 동력을 전달하므로 동력전달이 불확실하다는 설명은 틀렸다.

선형 또는 비선형 특성을 갖는 에너지축적형 완충기는 정격속도 1.0m/s 이하인 전기식 엘리베이터에 사용할 수 있다.

에너지축적형(스프링식) 완충기는 저속 엘리베이터에 적용되는 완충기로, 고속 엘리베이터에는 압축된 유체의 에너지 소산 방식인 에너지분산형(유입식) 완충기가 사용된다.

이 속도 기준은 출제 당시 적용되던 안전기준에 따른 것이다.

사이리스터로 교류를 직류로 변환하고 점호각 제어로 직류전압을 바꿔 직류전동기의 회전수를 제어하는 방식은 정지레오나드방식이다.

회전기(발전기)를 이용해 전압을 가변시키던 재래식 워드레오나드 방식을 반도체 소자인 사이리스터로 대체하여 전압을 가변시키는 것이 정지레오나드방식의 핵심이다.

• 워드레오나드방식은 직류발전기를 회전시켜 전압을 가변하는 재래식 방식으로, 사이리스터를 쓰지 않는다.
• 교류궤환제어방식은 유도전동기의 슬립을 제어해 속도를 조절하는 교류 전동기용 방식이다.
• PWM인버터제어방식은 인버터로 교류전동기의 주파수·전압을 제어하는 방식이다.

정격하중 1500kg, 정격속도 180m/min, 종합효율 80%, 오버밸런스율 50%인 엘리베이터의 전동기 출력은 약 27.57kW이다.

오버밸런스율만큼 균형추가 하중을 상쇄하므로 전동기가 실제로 부담하는 하중은 $W(1-OB) = 1500 \times (1-0.5) = 750\ \mathrm{kg}$이다.

전동기 출력은 $P = \dfrac{W(1-OB) \times V}{6120 \times \eta} = \dfrac{750 \times 180}{6120 \times 0.8} \approx 27.57\ \mathrm{kW}$이다.

비상용 엘리베이터는 소방관이 조작하여 문이 닫힌 이후부터 60초 이내에 가장 먼 층에 도착해야 하므로, 90초 이내라는 설명은 틀렸다.

화재와 같은 응급 상황에서 소방대가 신속히 상층부에 접근할 수 있도록 짧은 도달 시간을 요구하기 때문이다.

• 운행속도가 1m/s 이상이어야 한다는 설명은 맞는 기준이다.
• 출입구 유효 폭이 800mm 이상이어야 한다는 설명도 맞는 기준이다.
• 정격하중 630kg에 폭 1100mm, 깊이 1400mm 이상 크기를 갖춰야 한다는 설명도 맞는 기준이다.

이 수치들은 출제 당시 적용되던 안전기준에 따른 것이다.

모듈 3, 잇수 16, 잇폭 18mm인 기어펌프가 1200rpm으로 회전할 때 이론 송출량은 약 19.5L/min이다.

기어펌프의 이론 송출량은 $Q = 2\pi \times z \times m^2 \times b \times n$으로 구하며, 모듈과 잇폭은 cm 단위로 환산하여 대입한다.

$Q = 2\pi \times 16 \times 0.3^2 \times 1.8 \times 1200 \approx 19543\ \mathrm{cm^3/min} \approx 19.5\ \mathrm{L/min}$이다.

드릴링 머신에서 너트나 볼트 머리와 접촉하는 면을 평면으로 파는 작업은 스폿 페이싱이다.

스폿 페이싱은 볼트·너트가 부품 표면에 밀착되도록 접촉면 주변만 얕게 평면으로 깎아내는 가공이다.

• 리밍은 이미 뚫린 구멍의 치수와 표면을 정밀하게 다듬는 작업이다.
• 보링은 이미 뚫린 구멍을 넓히거나 정밀하게 확대하는 작업이다.
• 태핑은 구멍 내면에 암나사를 절삭하는 작업이다.

체인 전동은 미끄럼이 없는 물림 전동이지만 링크 마디의 다각형 작용으로 고속회전에는 적합하지 않고 소음이 발생하므로, 소음이 적고 고속회전에 적합하다는 설명은 틀렸다.

체인이 스프로킷에 물릴 때마다 속도가 미세하게 변동하는 다각형 효과 때문에 진동과 소음이 발생하며, 이는 회전속도가 높아질수록 커진다.

• 미끄럼이 없어 정확한 속도비를 얻을 수 있다는 설명은 맞다.
• 물림 전동이므로 큰 동력을 높은 효율로 전달할 수 있다는 설명도 맞다.
• 체인 길이를 늘리거나 줄이기 쉽고 여러 축에 동력을 나눠 전달하기 쉽다는 설명도 맞다.

철강제품의 대표적인 표면처리 경화법에는 침탄 경화법, 화염 경화법, 고주파 경화법 등이 있으며, 서브제로처리는 이에 해당하지 않는다.

서브제로처리는 담금질 후 잔류 오스테나이트를 마르텐사이트로 변태시키기 위해 0℃ 이하로 냉각하는 심냉처리로, 표면만 경화시키는 처리가 아니라 조직 전체에 관여하는 후처리 공정이다.

지름 d인 원형 단면의 도심축에 대한 단면 2차 모멘트는 $I=\dfrac{\pi d^{4}}{64}$ 이다.

정의 $I=\int y^{2}dA$ 를 반지름 $r=\dfrac{d}{2}$ 인 원에 대해 적분하면
$I=\dfrac{\pi r^{4}}{4}=\dfrac{\pi}{4}\left(\dfrac{d}{2}\right)^{4}=\dfrac{\pi d^{4}}{64}$

차원으로도 걸러낼 수 있다. 단면 2차 모멘트는 길이의 4제곱 차원이므로 $d^{3}$ 이 들어간 식은 답이 될 수 없다. $\dfrac{\pi d^{3}}{32}$ 는 단면계수 Z, $\dfrac{\pi d^{3}}{16}$ 은 극단면계수 $Z_p$ 이다.

같은 4제곱이라도 분모가 32인 $\dfrac{\pi d^{4}}{32}$ 는 도심축이 아니라 단면 중심을 지나는 축 둘레의 극관성모멘트 $I_p$ 이며, $I_p=2I$ 의 관계가 성립한다.

원형 단면축이 비틀림 모멘트를 받을 때 축에 생기는 최대전단응력은 극단면계수에 반비례한다.

최대전단응력은 $\tau_{max} = \dfrac{T}{Z_p}$($T$: 비틀림 모멘트, $Z_p$: 극단면계수)로 나타나므로, 극단면계수가 커질수록 응력은 작아지는 반비례 관계에 있다.

• 극단면 2차 모멘트 $I_p$와는 $\tau_{max} = \dfrac{T \cdot r}{I_p}$의 관계이므로 비례가 아니라 반비례한다.
• 극단면계수는 지름의 세제곱에 비례해 커지므로, 지름이 증가하면 오히려 응력은 감소한다.
• 비틀림 모멘트가 증가하면 위 식에 따라 응력도 함께 증가한다.

금형 속에 용융금속을 고압·고속으로 주입해 대량 생산과 고정밀 제품에 적합한 특수주조법은 다이 캐스팅법이다.

정밀한 금형에 용탕을 강제로 압입해 치수 정밀도가 높고 표면이 매끄러운 제품을 짧은 사이클로 대량 생산할 수 있는 것이 다이 캐스팅법의 특징이다.

• 셸 몰드법은 얇은 셸 형태의 사형 주형을 이용하는 주조법이다.
• 원심 주조법은 회전하는 주형에 용탕을 부어 원심력으로 성형하는 주조법이다.
• 인베스트먼트법은 왁스 모형에 내화물을 씌워 만드는 정밀주조법이다.

재료가 일정 온도에서 일정 하중을 장시간 받을 때 서서히 변형이 진행되는 현상은 크리프이다.

크리프는 항복강도 이하의 응력이라도 고온·장시간 지속되면 시간에 따라 변형량이 누적되는 현상으로, 고온에서 작동하는 부품 설계 시 중요하게 고려된다.

• 피닝은 표면을 두드려 압축잔류응력을 부여하는 가공이다.
• 크로마이징은 표면에 크롬을 확산시켜 경화·내식성을 높이는 처리이다.
• 어닐링은 재료를 가열 후 서서히 냉각해 조직을 연화시키는 열처리이다.

얇은 원통이 균일한 내압을 받을 때 원주방향 응력은 축방향 응력의 2배이다.

내압을 받는 얇은 원통에서 원주방향(후프) 응력은 $\sigma_h = \dfrac{pd}{2t}$, 축방향 응력은 $\sigma_a = \dfrac{pd}{4t}$로 유도되므로, 두 응력의 비는 정확히 2배가 된다.

코일 스프링에서 스프링 지수는 코일 평균지름을 소선 지름으로 나눈 값, 즉 $D/d$로 표현한다.

스프링 지수는 코일의 형상비를 나타내는 무차원수로, 값이 작을수록 코일이 상대적으로 굵고 성형이 어려우며, 값이 클수록 가늘고 유연한 코일이 된다.

통과측은 모든 치수를 한꺼번에, 정지측은 치수를 하나씩 검사하도록 규정한 것은 테일러(Taylor)의 원리이다.

한계 게이지에서 통과측은 부품이 제대로 결합될 수 있는지를 보는 쪽이므로, 결합에 관여하는 형상 전체 즉 모든 치수와 결정량을 동시에 확인하도록 만든다.

반대로 정지측은 반대쪽 한계를 넘어섰는지 보는 쪽이므로 치수를 하나씩 개별로 확인해야 다른 치수의 영향으로 합격·불합격 판정이 흐려지지 않는다.

아베의 원리는 측정하려는 길이와 표준자를 같은 축선 위에 놓아야 오차가 작아진다는 측정 배치의 원리로, 한계 게이지의 통과측·정지측 구성과는 다른 내용이다.

합금주철에서 흑연화를 방지하고 탄화물을 안정시켜 고온 내열성을 높이지만 절삭성을 떨어뜨리는 첨가원소는 Cr(크롬)이다.

크롬은 탄화물 형성 원소로서 흑연화를 억제하고 탄화물을 안정화시켜 내마모성과 내열성을 향상시키지만, 다량 첨가 시 조직이 단단해져 절삭가공이 어려워진다.

나사의 호칭지름은 수나사의 바깥지름을 기준으로 한다.

수나사의 바깥지름은 가공 후에도 비교적 측정과 관리가 쉬운 기준면이기 때문에, 나사 규격을 표시할 때 이를 대표 치수로 사용한다.

비틀림 모멘트는 전단응력에 극단면계수를 곱한 $T=\dfrac{\pi d^{3}}{16}\tau$ 이다.

비틀림을 받는 축에서 전단응력은 $\tau=\dfrac{T}{Z_p}$ 로 정의된다.
중실 원형축의 극단면계수는 $Z_p=\dfrac{I_p}{r}=\dfrac{\pi d^{4}/32}{d/2}=\dfrac{\pi d^{3}}{16}$
따라서 $T=\tau\,Z_p=\dfrac{\pi d^{3}}{16}\tau$

차원으로도 확인된다. 모멘트는 응력에 길이의 3제곱을 곱한 차원이므로 $d^{2}$ 이 들어간 식은 성립하지 않는다.

분모 32는 굽힘에 쓰는 단면계수 $Z=\dfrac{\pi d^{3}}{32}$ 의 값이고, 비틀림에서는 그 두 배인 $\dfrac{\pi d^{3}}{16}$ 을 쓴다는 점을 구분해야 한다.

축에 홈(키홈)을 파지 않고도 회전력을 전달할 수 있는 키는 안장 키이다.

안장 키는 축은 그대로 두고 보스 쪽에만 홈을 파서 축의 곡면에 밀착시켜 마찰력만으로 동력을 전달하므로, 작은 동력 전달에 주로 쓰인다.

• 반달 키는 축에 반달 모양의 홈을 파서 끼우는 키이다.
• 둥근 키는 축과 보스에 원형 구멍을 뚫어 끼우는 키이다.
• 성크 키(묻힘 키)는 축과 보스 양쪽에 모두 홈을 파서 끼우는 가장 일반적인 키이다.

용접법 중 압접(가압용접)에 해당하는 것은 프로젝션 용접이다.

프로젝션 용접은 모재에 돌기(프로젝션)를 만들어 전극으로 가압하면서 전류를 흘려 접촉부를 국부적으로 발열·압착시키는 저항용접의 한 종류이다.

• 스터드 용접은 아크열로 모재와 스터드를 융합시키는 용융용접이다.
• 테르밋 용접은 테르밋 반응의 화학열로 모재를 녹여 접합하는 용융용접이다.
• 피복 아크 용접은 아크열로 모재와 용접봉을 녹여 접합하는 대표적인 용융용접이다.

공유압 밸브 중 방향제어밸브에 속하는 것은 셔틀밸브이다.

셔틀밸브는 두 입구 중 압력이 높은 쪽 유로를 자동으로 선택해 흐름의 방향을 전환해 주는 방향제어밸브이다.

• 교축밸브는 유로 단면적을 조여 유량을 조절하는 유량제어밸브이다.
• 릴리프밸브는 회로 압력이 설정치를 넘으면 열려 압력을 제한하는 압력제어밸브이다.
• 카운터밸런스밸브는 배압을 걸어 부하의 자유낙하를 막는 압력제어밸브이다.

인장응력은 단면적에 대한 하중의 비로 구하며, 약 87.8MPa이다.

인장응력 $\sigma = \dfrac{P}{A}$ 이므로 하중 39.5kN=39500N, 단면적 450mm²를 대입한다.

$\sigma = \dfrac{39500\mathrm{N}}{450\mathrm{mm}^2} \approx 87.8\mathrm{MPa}$

늘어난 길이(0.20mm)는 변형률·탄성계수를 구할 때 쓰이는 값으로 인장응력 자체의 계산에는 필요하지 않다.

냉간가공과 열간가공은 재결정 온도를 기준으로 구분한다.

재결정 온도보다 낮은 온도에서 가공하면 냉간가공, 그 이상에서 가공하면 열간가공이라 하며, 이는 금속의 결정립이 새로 형성되기 시작하는 온도를 기준으로 한다.

• 불림·풀림·담금질 온도는 열처리 조작을 위한 가열 온도로, 냉간·열간가공의 구분 기준이 아니다.

유압 작동유는 비압축성이면서 사용 중 발생하는 열을 잘 방출시켜야 하므로, 열을 방출시키지 않아야 한다는 설명은 옳지 않다.

작동유는 압력 전달의 효율을 위해 비압축성을 유지해야 하고, 장시간 사용해도 화학적으로 안정하며 녹이나 부식을 방지할 수 있어야 한다.

반면 작동 중 발생하는 열은 오히려 신속히 방출되어야 유압장치의 온도 상승과 성능 저하를 막을 수 있다.

엘리베이터는 목표층이라는 미리 정해진 프로그램에 따라 위치가 변화하므로 프로그램제어가 적용된다.

• 정치제어는 목표값이 시간에 관계없이 일정한 제어이다.
• 추종제어는 목표값이 시간에 따라 임의로 변화하는 제어이다.
• 비율제어는 목표값이 다른 양과 일정한 비율 관계를 가지고 변화하는 제어이다.

기계적 제어 요소 중 변위를 공기압으로 변환하는 요소는 노즐 플래퍼이다.

노즐 플래퍼는 변위에 따라 노즐과 플래퍼 사이의 틈이 변하고, 이에 따라 배압(공기압)이 민감하게 변화하는 원리를 이용한 변환기이다.

• 벨로즈와 다이아프램은 압력을 변위로 변환하는 요소이고, 피스톤은 압력을 힘·변위로 바꾸는 구동요소이다.

감쇠비는 응답이 진동하면서 소멸되는 정도를 나타내며, 제2 오버슈트를 최대 오버슈트로 나눈 값으로 정의한다.

과도응답에서 처음 발생하는 오버슈트가 최대 오버슈트이고, 그 다음 같은 방향으로 나타나는 오버슈트가 제2 오버슈트이며, 두 값의 비가 진동이 얼마나 빨리 감쇠되는지를 나타낸다.

비례동작(P동작)만으로는 잔류편차(off-set)가 남으므로, 이를 제거하기 위해 적분동작을 추가한 PI동작을 사용한다.

적분동작은 편차가 존재하는 시간에 비례하여 조작량을 누적시켜 나가므로 정상상태 편차를 0으로 수렴시킬 수 있다.

전열선 길이를 1/2로 줄이면 저항이 절반으로 줄어 소비전력은 4kW로 증가한다.

전열선의 저항은 길이에 비례하므로 길이가 1/2이 되면 저항도 $R'=\dfrac{R}{2}$이 된다.

전압이 일정할 때 소비전력은 $P=\dfrac{V^2}{R}$이므로, 저항이 절반이 되면 소비전력은 $P'=\dfrac{V^2}{R/2}=2P=2\times2\mathrm{kW}=4\mathrm{kW}$로 2배가 된다.

전류의 측정 범위를 확대할 때는 분류기를 전류계와 병렬로 연결하여 사용한다.

분류기는 전류계에 흐르는 전류의 일부를 분류기 쪽으로 우회시켜 더 큰 전류를 측정할 수 있게 해준다.

• 배율기는 전압계의 측정범위를 확대할 때 전압계와 직렬로 연결하는 저항이다.

권선형 유도전동기는 회전자권선을 슬립링을 통해 외부 기동저항기와 접속하는 구조이므로, 슬립링이 없어 불꽃 염려가 없다는 설명은 옳지 않다.

기동저항기를 통해 기동전류를 제한하고 속도조정도 가능하지만, 슬립링과 브러시 접촉부에서는 불꽃(스파크)이 발생할 수 있다.

• 농형 유도전동기는 슬립링이 없어 구조가 간단하지만, 권선형은 회전자권선과 슬립링이 있어 상대적으로 구조가 복잡하다.

Y결선의 각 저항이 $R_Y$일 때 이를 등가의 Δ결선으로 바꾸면 각 저항은 $R_\Delta = 3R_Y$가 된다.

$R_\Delta = 3 \times 100\Omega = 300\Omega$이므로 Δ결선 후 각 저항의 크기는 300Ω이다.

입력 다이오드가 만드는 OR 뒤에 트랜지스터 인버터가 붙은 구성이므로 NOR회로이다.

그림에서 입력 A, B, C가 각각 다이오드를 거쳐 하나의 공통점에 모이고, 그 공통점은 저항 R2를 통해 0V로 내려가면서 동시에 트랜지스터 Tr의 베이스에 연결된다. Tr은 이미터가 0V에 접지되고 컬렉터가 R1을 거쳐 +Ec에 연결되며, 출력 Z는 그 컬렉터에서 뽑는다.

A·B·C 중 하나라도 H가 되면 그 다이오드가 도통해 베이스에 전류가 흘러 Tr이 포화되고, 컬렉터 전위가 거의 0V로 떨어져 Z는 L이 된다.

모든 입력이 L이면 베이스는 R2에 의해 0V로 유지되어 Tr이 차단되고, R1을 통해 Z가 +Ec 쪽으로 올라가 H가 된다. 입력의 OR 결과를 반전한 동작이므로 NOR이다.

메이슨 공식으로 계산하면 전달함수는 $\dfrac{C(s)}{R(s)}=-\dfrac{48}{53}$ 이다.

선도는 R에서 이득 1, 2, 4, 6의 가지를 차례로 지나 C에 이르고, 이득 2의 가지 뒤 마디에서 앞 마디로 이득 11의 되먹임 가지가, 이득 4의 가지 뒤 마디에서 앞 마디로 이득 8의 되먹임 가지가 걸려 있다.

전향경로 이득 $P=1\times 2\times 4\times 6=48$
루프 이득 $L_1=2\times 11=22$, $L_2=4\times 8=32$
두 루프는 가운데 마디를 함께 지나 서로 접하므로 곱 항이 없어 $\Delta=1-(22+32)=-53$

전향경로가 두 루프 모두와 접하므로 $\Delta_1=1$ 이고,
$\dfrac{C}{R}=\dfrac{P\,\Delta_1}{\Delta}=\dfrac{48}{-53}=-\dfrac{48}{53}$

발전기에서 도체가 자속을 끊으며 발생시키는 유도기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙으로 구한다.

엄지를 도체의 운동방향, 검지를 자속의 방향으로 향하게 하면 중지가 유도기전력(전류)의 방향을 가리킨다.

• 플레밍의 왼손 법칙은 전동기에서 도체에 작용하는 힘의 방향을 구할 때 사용한다.

극수가 일정할 때 동기속도는 주파수에 비례한다.

동기속도는 $N_s = \dfrac{120f}{P}$로 나타내며, 극수 P가 일정하면 주파수 f가 커질수록 동기속도 $N_s$도 그에 비례하여 커진다.

코일의 자기 인덕턴스는 10mH이다.

유도기전력은 $e = L\dfrac{\Delta I}{\Delta t}$이므로, 전류 변화 $\Delta I = 30\mathrm{A}-10\mathrm{A}=20\mathrm{A}$, 시간 $\Delta t = 0.01\mathrm{s}$, 기전력 20V를 대입한다.

$L = \dfrac{e \times \Delta t}{\Delta I} = \dfrac{20 \times 0.01}{20} = 0.01\mathrm{H} = 10\mathrm{mH}$

사이클링(cycling)과 옵셋(off-set)은 ON-OFF 동작에서 나타나는 대표적인 제어 결과이다.

ON-OFF 동작은 조작량을 두 값 사이에서만 전환하므로 목표값 부근에서 제어량이 주기적으로 오르내리는 사이클링이 발생하고, 정상상태에서도 편차가 남는 옵셋이 생긴다.

제어동작 신호를 받아 조작량으로 바꾸어 제어대상에 인가하는 요소는 조작부이다.

• 설정부는 목표값에 대응하는 기준입력신호를 만드는 부분이다.
• 비교부는 목표값과 검출값을 비교해 동작신호(편차)를 만드는 부분이다.
• 검출부는 제어대상의 출력(제어량)을 검출해 비교부로 보내는 부분이다.

주파수응답 특성을 구하려면 입력으로 정현파(사인파) 입력을 인가해야 한다.

정현파 입력의 주파수를 변화시켜 가며 출력의 진폭비와 위상차를 측정함으로써 시스템의 주파수응답(보드선도 등)을 얻을 수 있다.

저항 양단에 걸리는 전압은 100V이다.

옴의 법칙 $V=IR$에 저항 $4\mathrm{k}\Omega$과 전류 $25\mathrm{mA}$를 대입한다.

$V = 25\times10^{-3}\mathrm{A} \times 4000\Omega = 100\mathrm{V}$

RLC 병렬회로가 용량성이 되려면 유도성 리액턴스가 용량성 리액턴스보다 커야 한다.

병렬회로에서는 서셉턴스로 성질이 결정되며, 유도성 서셉턴스 $\dfrac{1}{X_L}$보다 용량성 서셉턴스 $\dfrac{1}{X_C}$가 더 커야 전체 회로가 용량성을 띤다.

이는 $X_L > X_C$ 조건과 같으며, 반대로 $X_L < X_C$이면 유도성 회로가 된다.

피드백 제어의 효과로 옳지 않은 것은 시스템 간소화 및 비용 감소이다.

피드백 구조를 도입하면 오히려 검출부·비교부 등 구성 요소가 늘어나 시스템이 복잡해지고 비용도 증가하는 경향이 있다.

• 피드백은 정확도를 개선하고 외부 조건 변화에 대한 영향(외란·감도)을 줄이는 효과가 있다.
• 피드백은 계의 대역폭을 넓혀 응답특성을 개선하는 효과도 있다.

피드백 제어에서는 입력과 출력을 비교하는 장치가 반드시 필요하다.

피드백 제어는 출력(제어량)을 검출해 목표값(입력)과 비교하고, 그 차이(편차)를 이용해 제어동작을 수행하는 폐루프 구조이므로 비교 기능이 핵심이다.