11년 1회차

x점에서의 행거 길이는 0.85m이다.

전차선이 수평이므로 행거 길이는 지지점에서의 가고에서 그 지점 조가선의 처짐(이도)만큼 짧아진다.

$y_x=\text{가고}-\text{이도}_x=1-0.15=0.85\ [\mathrm{m}]$

경간 중앙의 이도 0.3m를 쓰면 $1-0.3=0.7\ [\mathrm{m}]$가 되는데, 이는 경간 중앙의 행거 길이일 뿐 x점의 값이 아니다.

속도등급 200킬로급 이하 구간에서 에어조인트 평행부분의 전차선 상호간격은 150mm를 표준으로 한다.

에어조인트는 두 전차선 구간을 공기로 절연하면서 일정 구간 나란히 겹쳐 놓아, 팬터그래프가 한쪽 전차선에서 다른 쪽으로 옮겨 타도록 만든 접속 개소이다.

평행부의 간격이 지나치게 좁으면 두 전차선 사이의 전기적 이격이 부족해지고, 너무 넓으면 팬터그래프 습동판 위에서 이행이 이루어지지 못해 이선과 아크가 생긴다. 그래서 속도등급별로 표준 간격을 정해 둔다.

고속철도에서 전차선 지지점과 첫 번째 드로퍼 사이의 간격은 4.5m를 표준으로 한다.

지지점 부근은 곡선당김장치 등이 붙어 전차선의 강성이 커지는 경점(硬點)이 되기 쉽다. 여기에 드로퍼까지 바짝 붙이면 강성 차이가 더 커져 고속 주행 시 팬터그래프가 전차선을 따라가지 못하고 이선·아크를 일으킨다.

따라서 지지점에서 일정 거리를 띄워 첫 드로퍼를 설치함으로써 전차선의 탄성 변화를 완만하게 만든다.

고정빔의 호칭이 6선용일 때 길이는 22m 초과 26m 까지이다.

고정빔은 여러 선로를 한꺼번에 횡단해 전차선을 지지하는 문형 구조물로, 걸치는 선로 수에 따라 ‘몇 선용’으로 호칭하고 호칭마다 대응하는 길이 구간이 정해져 있다.

선로 수가 늘어날수록 필요한 경간이 길어지므로 호칭 길이 구간도 단계적으로 커진다.

고속철도용 합성전차선의 최대 경사 간격은 10mm이다.

합성전차선은 조가선과 전차선을 드로퍼로 연결한 구조인데, 구간마다 전차선 높이가 들쭉날쭉하면 고속 주행 중 팬터그래프가 전차선을 따라가지 못해 이선과 아크가 발생한다.

그래서 고속철도에서는 전차선 높이의 변화(경사)를 일반 구간보다 훨씬 엄격하게 제한해 습동면을 최대한 평탄하게 유지한다.

레일의 누설 귀선전류를 변압기 작용으로 부급전선에 강제 흡상시켜 통신유도장해를 줄이는 방식은 흡상변압기(BT) 급전방식이다.

BT급전방식은 일정 간격마다 흡상변압기를 직렬로 넣어 전차선 전류와 같은 크기의 전류를 부급전선에 흐르게 함으로써, 레일에서 대지로 새던 귀선전류를 부급전선으로 끌어올린다. 왕복 전류가 가까이 붙어 흐르므로 자계가 상쇄되어 인접 통신선로의 유도장해가 줄어든다.

단권변압기(AT) 급전방식은 전차선과 급전선 사이에 단권변압기를 병렬로 접속하고 그 중성점을 레일에 연결하는 방식으로, 흡상변압기처럼 직렬로 삽입해 전류를 흡상시키는 구조가 아니다.

컨덕터레일 구간의 온도변화에 따른 리지드바의 팽창·수축을 상쇄시켜 주는 장치는 확장장치이다.

강체가선(리지드바)은 금속 바 자체가 전차선을 지지하므로 온도에 따라 길이가 크게 변한다. 일정 구간마다 확장장치를 두어 이 신축량을 기계적으로 흡수해야 처짐이나 응력 집중, 좌굴을 막을 수 있다.

가공전차선 구간과 강체가선 구간이 만나는 지점에서 습동을 완만하게 넘겨주는 설비는 확장장치가 아니라 이행장치이므로 서로 혼동하지 않아야 한다.

고속철도 전차선 일반개소의 곡선당김장치 표준길이는 1.2m이다.

곡선당김장치는 곡선구간에서 전차선이 궤도 중심에서 과도하게 벗어나지 않도록 잡아 규정된 편위를 유지시키는 장치다. 편위가 유지되어야 팬터그래프 습동판이 한 곳만 닳지 않고, 전차선이 습동판을 벗어나 이선하는 일도 막을 수 있다.

길이가 표준화되어 있어야 지지점마다 같은 조건으로 전차선을 당겨 줄 수 있으므로, 일반개소에 대해 표준길이를 정해 둔다.

직류 급전방식에 속하지 않는 것은 단권변압기(AT)방식이다.

단권변압기방식은 교류 급전에서 전압강하와 유도장해를 줄이기 위해 전차선과 급전선 사이에 단권변압기를 접속하는 방식으로, 변압기를 쓸 수 있는 교류 계통 고유의 급전방식이다.

• 가공단선식과 가공복선식은 가공전차선과 레일(또는 별도의 귀선)을 이용하는 직류 급전방식이다.
• 제3궤조식은 궤도 옆에 별도의 급전용 궤조를 두는 직류 급전방식으로, 지하철 등에서 쓰인다.

귀선 레일에 병렬로 시설해 운전용 전류를 변전소로 귀환시키면서 통신유도장해를 줄이는 전선은 부급전선이다.

흡상변압기의 작용으로 레일을 흐르던 귀선전류가 부급전선으로 흡상되어 흐르면, 전류가 대지로 새지 않고 전차선과 가까운 경로로 되돌아온다. 왕복 전류가 만드는 자계가 서로 상쇄되므로 인접 통신선로에 대한 유도장해가 크게 줄어든다.

흡상선은 레일과 부급전선을 이어 주는 짧은 접속선이지, 레일과 나란히 길게 가설되는 전선이 아니다.

강체전차선 경간 중앙의 이도는 지지점 간격(경간)의 1000분의 1 이하로 한다.

강체전차선은 알루미늄 바 자체의 강성으로 전차선을 지지하므로 가공방식과 달리 처짐이 거의 없어야 한다. 경간 중앙의 이도가 커지면 지지점과 경간 중앙의 전차선 높이 차가 벌어져 팬터그래프의 상하 운동이 심해지고 이선·아크가 발생한다.

그래서 경간 중앙 이도를 경간 길이의 1000분의 1 이하로 제한한다.

연입률은 연선의 실제 길이에 대한 소선의 실제 길이 증가 비율로 정의된다.

전선을 꼬아 연선으로 만들면 각 소선이 나선을 그리며 감기므로, 실제로 들어가는 소선의 길이는 완성된 연선의 길이보다 길어진다. 이 늘어난 정도를 비율로 나타낸 값이 연입률이다.

연입률이 클수록 같은 길이의 연선을 만드는 데 더 많은 소선이 들어가므로, 전선 중량과 저항 계산에서 고려 대상이 된다.

직류 1500V 급전방식에서 전차선로 가압부분과 대지 사이의 표준 이격거리는 250mm 이상이다.

가압부와 구조물·대지 사이가 가까우면 오염이나 습기, 이상전압이 겹칠 때 섬락이 일어나 지락사고로 번질 수 있다. 그래서 급전전압에 따라 최소로 확보해야 할 이격거리를 정해 두며, 직류 1500V 구간에서는 250mm 이상을 표준으로 한다.

교류 급전방식에서 조가선과 전차선은 250~300m마다 균압하는 것을 표준으로 한다.

조가선과 전차선은 행거로 매달려 있을 뿐이어서 접촉 상태에 따라 전류 분담이 한쪽으로 치우치기 쉽다. 일정 간격마다 균압선으로 두 전선을 직접 접속하면 전위차가 없어지고 전류가 고르게 나뉘어 국부 과열과 접촉부 아크를 막을 수 있다.

균압 겸용 드롭퍼를 사용하는 구간은 드롭퍼가 이 역할을 대신하므로 별도의 균압 간격 규정에서 제외된다.

스코트결선 주변압기의 순시최대출력은 한쪽 상에 대하여 정격치의 300%로 2분간을 기준으로 한다.

전기철도의 부하는 열차의 기동·가속과 회생에 따라 순간적으로 크게 변동하므로, 주변압기는 연속정격 외에 짧은 시간 동안 허용되는 과부하 내량을 별도로 규정한다.

또 스코트결선은 3상을 두 개의 단상으로 나누어 공급하므로 한쪽 상에만 부하가 몰리는 상황이 흔하며, 순시최대출력도 한쪽 상을 기준으로 규정한다.

장력조정장치의 보정량 X는 $X=[(17\times10^{-6}\times L)\times(60^{\circ}\mathrm{C}-T^{\circ}\mathrm{C})]+A$로 구한다.

열팽창에 의한 전선의 길이 변화량은 선팽창계수·전선 길이·온도차를 모두 곱한 값이다. 따라서 이들을 더하는 형태의 식은 성립하지 않는다. 여기서 $17\times10^{-6}$은 전선의 선팽창계수[1/℃], $L$은 전선의 길이, $(60-T)$는 기준온도와 현재온도의 차이다.

온도차는 두 온도를 더한 값이 아니라 뺀 값이어야 하며, 여기에 기준값 $A$를 더해야 최종 조정량 $X$가 된다.

편위 조정을 위해 R-bar의 위치를 변경할 수 있도록 만든 금구는 머리금구이다.

25kV 교류 강체방식에서는 지지물에서 뻗어 나온 브래킷의 선단(머리부)에 있는 금구가 R-bar를 물어 지지한다. 이 금구에서 R-bar를 고정하는 위치를 좌우로 옮기면 전차선의 편위를 지지점마다 조정할 수 있다.

편위는 팬터그래프 습동판의 한 곳만 닳지 않도록 전차선을 궤도 중심에서 좌우로 지그재그 배치하는 값이므로, 지지점마다 이런 조정 기능이 필요하다.

이 곡선에서 필요한 캔트는 약 55mm이다.

캔트는 $C=\dfrac{G\,V^{2}}{127R}$로 구하며, 여기서 G는 궤간[mm], V는 속도[km/h], R은 곡선반경[m]이다.

$C=\dfrac{1435\times70^{2}}{127\times1000}=\dfrac{7031500}{127000}\approx55.4\ [\mathrm{mm}]$
따라서 약 55mm가 된다.

분기선은 본선의 전차선보다 10mm 높게 시설한다.

강체전차선의 건널선 장치에서 편건널선과 Y건널선의 분기선단은 엔드어프로치로 끝을 완만하게 처리하고, 본선 전차선보다 약간 높게 둔다. 그래야 본선을 주행하는 팬터그래프가 분기선단에 부딪히지 않고 지나가며, 분기 방향으로 진입할 때는 습동이 자연스럽게 옮겨간다.

높이차가 과도하면 오히려 충격과 이선을 일으키므로 최소한의 단차인 10mm를 기준으로 삼는다.

에어섹션 개소에서 구분용 애자의 하단은 본선 전차선 높이에서 200mm 이상 높게 시설한다.

에어섹션은 급전구간을 전기적으로 분리하는 구간이므로, 통과하는 팬터그래프가 구분용 애자에 닿거나 애자 표면을 따라 섬락이 일어나서는 안 된다.

그래서 애자 하단을 전차선 높이보다 일정 거리 이상 올려 팬터그래프와의 간섭과 절연 이격 부족을 동시에 막는다.

바리니온의 정리는 여러 힘의 한 점에 대한 모멘트의 대수합이 그 합력의 같은 점에 대한 모멘트와 항상 같다는 정리이다.

즉 여러 힘의 모멘트를 각각 계산해 더한 값과, 힘들을 먼저 합성해 얻은 합력 하나의 모멘트를 계산한 값이 언제나 일치한다.

덕분에 복잡한 힘의 계를 등가의 합력으로 바꾸어 다룰 수 있으며, 합력의 작용선 위치를 구할 때도 이 정리를 이용한다.

지표면에서 3[m] 지점의 굽힘모멘트는 450[kgf·m]이다.

단독지지주는 지표에서 고정된 캔틸레버로 볼 수 있어, 임의 지점의 모멘트는 그 지점보다 위쪽에 남은 하중이 만드는 값으로 구한다. 전주 높이가 9[m]이므로 3[m] 지점 위로 남은 길이는 $9-3=6\,\mathrm{m}$이다.

등분포하중이 $w=25\,\mathrm{kgf/m}$이므로 모멘트는 $M=\dfrac{wL'^2}{2}=\dfrac{25\times 6^2}{2}=450\,\mathrm{kgf\cdot m}$이다.

이 조건에서 부급전선의 이도는 약 0.70[m]이다.

이도는 $D=\dfrac{wS^2}{8T}$ 공식으로 구하며, 여기서 $w$는 전선에 작용하는 하중(단위중량), $S$는 경간, $T$는 장력이다.

주어진 값을 대입하면 $D=\dfrac{0.5598\times 50^2}{8\times 250}=\dfrac{1399.5}{2000}\approx 0.70\,\mathrm{m}$이다.

프와송비가 0.2일 때 프와송수는 5이다.

프와송수(m)는 프와송비($\nu$)의 역수로 정의된다: $m=\dfrac{1}{\nu}$.

따라서 $m=\dfrac{1}{0.2}=5$가 된다.

조합철주에서 복경사재를 사용하는 경우 수평면에 대한 경사각도는 45도로 한다.

경사재는 주기둥 사이를 비스듬히 이어 전단력을 분담시키는 부재인데, 수평면과 45도를 이룰 때 경사재가 받는 축력의 수평분력과 수직분력이 같아져 부재를 가장 효율적으로 쓸 수 있고 접합부 형상도 표준화하기 쉽다.

이 때문에 경사재를 두 방향으로 엇갈려 배치하는 복경사재에서도 수평면에 대한 경사각을 45도로 잡는 것을 표준으로 한다.

전차선과 조가선을 정상적으로 인류(고정)하기 전에는 Pre-stretch(초기신장) 작업을 먼저 시행한다.

전선은 처음 장력을 받을 때 소성변형에 의한 영구적인 늘어남(초기신장)이 발생하는데, 실제 설치 전에 미리 설계장력 이상으로 당겨 이 신장을 제거해 두어야 설치 후 이도가 계획대로 유지된다.

• Pre-sag는 전차선에 미리 완만한 처짐 형상을 주어 팬터그래프와의 동적 접촉특성을 개선하는 기법으로, 초기신장을 제거하는 작업과는 다른 개념이다.
• Slack은 곡선구간에서 궤간을 넓혀주는 것, Cant는 곡선 바깥쪽 레일을 안쪽보다 높이는 것으로 둘 다 궤도 쪽 용어이며 가선 장력과는 무관하다.

지표에서 5[m] 지점의 전단력은 175[kgf]이다.

임의 지점의 전단력은 그 지점 위쪽에 남아 있는 분포하중의 총합과 같다. 전주 높이 10[m] 중 5[m] 지점 위로 남은 길이는 $10-5=5\,\mathrm{m}$이다.

수평분포하중이 $w=35\,\mathrm{kgf/m}$이므로 전단력은 $V=w\times(10-5)=35\times5=175\,\mathrm{kgf}$이다.

이 조건에서 지선용 재료에 요구되는 항장력은 약 4596[kgf] 이상이어야 한다.

지선은 전차선로의 수평장력을 지지하므로, 지선과 전주가 이루는 각도(45°)를 고려하면 지선에 걸리는 장력은 $T_{지선}=\dfrac{1300}{\sin45^\circ}\approx 1838.5\,\mathrm{kgf}$이다.

지선 재료는 실제 작용장력에 안전율 2.5를 곱한 값 이상의 항장력을 가져야 하므로 $1838.5\times2.5\approx 4596\,\mathrm{kgf}$가 된다.

전철주 기초 중 쇄석기초는 특수기초가 아니라 일반(재래식) 기초에 해당한다.

특수기초는 연약지반이나 큰 하중 등으로 일반기초 시공이 곤란한 조건에 적용하는 방식으로, 앵커기초·우물통기초·푸싱기초 등이 이에 속한다.

반면 쇄석(잡석)을 다져 지지력을 확보하는 쇄석기초는 통상적인 직접기초 형태로 분류된다.

외력에 대응해 구조물 내부에 생기는, 크기가 같고 방향이 반대인 저항력을 응력이라 한다.

외력이 작용하면 구조물은 평형을 유지하기 위해 내부에 이에 저항하는 힘을 발생시키며, 이를 단위면적당 크기로 나타낸 것이 응력이다.

• 우력은 크기가 같고 방향이 반대인 한 쌍의 평행한 힘이 만드는 회전효과를 말한다.
• 모멘트는 힘이 어떤 점을 기준으로 회전시키려는 작용의 크기를 말한다.

힘의 3요소는 크기, 방향, 작용점이다.

힘은 이 세 가지 요소가 모두 정해져야 그 효과가 완전히 결정되는 벡터량이다.

작용선은 작용점과 방향으로부터 정해지는 개념이고, 합력이나 각도는 힘 자체를 정의하는 기본 3요소에 포함되지 않는다.

이 전주의 압축응력은 100[kgf/cm²]이다.

압축응력은 $\sigma=\dfrac{P}{A}$로 구하며, 단면적은 $A=20\times20=400\,\mathrm{cm^2}$, 압축력은 $P=40\,\mathrm{tf}=40000\,\mathrm{kgf}$이다.

따라서 $\sigma=\dfrac{40000}{400}=100\,\mathrm{kgf/cm^2}$가 된다.

이 곡선구간에서 전선에 작용하는 수평장력은 100[kgf]이다.

곡선로에서 전선의 장력에 의해 지지물에 작용하는 수평장력은 경간과 전선장력의 곱을 곡선반지름으로 나누어 구한다: $F=\dfrac{S\times T}{R}$.

주어진 값을 대입하면 $F=\dfrac{50\times1200}{600}=100\,\mathrm{kgf}$이다.

전주나 고정빔 등에 취부하여 급전선·부급전선·보호선 등을 지지 또는 인류하는 구조물은 완철이다.

완철은 전주에 수평으로 붙이는 팔 모양의 부재로, 애자를 매개로 급전선·부급전선·보호선 같은 전차선로 부속 전선을 붙들어 지지하거나 끝단에서 잡아당겨(인류) 고정하는 역할을 한다.

나머지 보기들은 전주를 대신하는 지지 구조물이거나 전차선 지지·장력 계통에 쓰이는 별개의 부재로, 급전선류를 직접 지지·인류하는 부재는 아니다.

1차원 부재로 이루어진 뼈대(골조) 구조에 해당하는 것은 트러스이다.

트러스는 직선 부재들을 핀절점으로 삼각형 형태로 연결한 구조로, 각 부재가 축방향력만 부담하도록 짜여진 골조 구조물이다.

• 봉(rod)은 축방향력만 받는 단일 직선 부재이고, 기둥은 압축력을 받는 수직 부재이다.
• 보(beam)는 휨을 받는 부재로, 트러스처럼 여러 부재가 조합된 골조 형태는 아니다.

이 조건에서 지선이 받는 최대장력은 2000[kgf]이다.

지선은 전선의 수평장력을 지지하므로, 취부각도(전주와 지선이 이루는 각도)를 고려하면 지선장력은 $T_{지선}=\dfrac{T}{\sin\theta}$로 구한다.

주어진 값을 대입하면 $T_{지선}=\dfrac{1000}{\sin30^\circ}=\dfrac{1000}{0.5}=2000\,\mathrm{kgf}$이다.

두 구를 가는 철사로 접속했을 때의 공통 전위는 약 8.33[V]이다.

도체구를 가는 철사로 연결하면 전체 전하량은 보존되면서 두 구가 같은 전위를 갖게 되며, 공통전위는 각 구의 반지름을 가중치로 한 평균으로 구해진다: $V=\dfrac{r_1V_1+r_2V_2}{r_1+r_2}$.

주어진 값을 대입하면 $V=\dfrac{2\times5+4\times10}{2+4}=\dfrac{50}{6}\approx8.33\,\mathrm{V}$이다.

P점에서의 자계의 세기는 1[A/m]이다.

무한직선도체에서 거리 r만큼 떨어진 점의 자계는 $H=\dfrac{I}{2\pi r}$로 구한다.

전류가 $I=2\pi\,\mathrm{A}$, 거리가 $r=1\,\mathrm{m}$이므로 $H=\dfrac{2\pi}{2\pi\times1}=1\,\mathrm{A/m}$이다.

결합계수 k의 값은 $0\le k\le1$의 범위를 갖는다.

결합계수는 두 코일 사이의 자속 결합 정도를 나타내는 값으로, 두 코일의 자속이 전혀 쇄교하지 않으면 k=0, 누설자속 없이 완전히 결합하면 k=1이 되어 이 값을 넘어설 수 없다.

이 조건에서 코일의 권수는 약 250회이다.

환상 솔레노이드 내부 자계의 세기는 $H=\dfrac{NI}{2\pi r}$로 구하며, 이를 권수 N에 대해 정리하면 $N=\dfrac{H\times2\pi r}{I}$가 된다.

주어진 값을 대입하면 $N=\dfrac{2000\times2\pi\times0.2}{10}\approx251\,\mathrm{회}$로, 약 250회에 해당한다.

두 동심구 사이의 정전용량은 약 5[pF]이다.

동심구 콘덴서의 정전용량은 $C=\dfrac{4\pi\varepsilon_0 ab}{b-a}$로 구하며, a는 내구 반지름, b는 외구 반지름이다.

주어진 값(a=3cm, b=9cm)을 대입하면 $C=\dfrac{ab}{9\times10^9(b-a)}=\dfrac{0.03\times0.09}{9\times10^9\times0.06}\approx5\times10^{-12}\,\mathrm{F}=5\,\mathrm{pF}$이다.

평등 자계를 얻는 가장 알맞은 방법은 단면적에 비하여 길이가 충분히 긴 솔레노이드에 전류를 흘리는 것이다.

솔레노이드의 길이가 단면적에 비해 충분히 길면 내부 자계가 양 끝을 제외한 대부분의 구간에서 거의 균일한 크기와 방향을 가지는 평등자계가 형성된다.

• 단면적이 길이에 비해 큰 솔레노이드는 양 끝의 영향이 커서 균일한 자계를 얻기 어렵다.
• 단순한 원통형 도선(직선 도체)은 권선에 의한 자속 집중 구조가 없어 평등자계를 만들지 못한다.

전기 쌍극자 중점에서 거리 r만큼 떨어진 점의 전계의 세기는 $r^3$에 반비례한다.

단일 점전하의 전계는 $r^2$에 반비례하지만, 크기가 같고 부호가 반대인 두 전하가 짝을 이루는 쌍극자는 두 전하의 전계가 대부분 상쇄되면서 남는 성분이 $r^3$에 반비례하는 형태로 감소한다.

이 조건에서 구리의 표피 두께는 약 0.21[mm]이다.

표피 두께는 $\delta=\sqrt{\dfrac{\rho}{\pi f\mu}}$로 구하며, 비자성체인 구리는 투자율을 진공 투자율 $\mu_0=4\pi\times10^{-7}\,\mathrm{H/m}$로 둔다.

주어진 값($\rho=1.7\times10^{-8}\,\Omega\mathrm{m}$, $f=100\,\mathrm{kHz}$)을 대입하면 $\delta\approx2.08\times10^{-4}\,\mathrm{m}\approx0.21\,\mathrm{mm}$이다.

전하를 이동시키는 데 필요한 일은 $3\times10^{-6}\,\mathrm{J}$이다.

전하가 x축 방향으로 3[m] 이동했으므로, 일에 관여하는 것은 전계의 x성분뿐이며 이는 $E_x=1\,\mathrm{V/cm}$이다.

이동거리를 cm로 환산하면 300cm이므로 전위차는 $\Delta V=1\times300=300\,\mathrm{V}$이고, 일은 $W=qV=0.01\times10^{-6}\times300=3\times10^{-6}\,\mathrm{J}$이다.

이 환상철심의 자화의 세기는 약 0.12[Wb/m²]이다.

자화의 세기는 $J=\mu_0(\mu_s-1)H$로 구하며, 비투자율 $\mu_s=350$, 평균자계의 세기 $H=280\,\mathrm{AT/m}$이다.

주어진 값을 대입하면 $J=4\pi\times10^{-7}\times349\times280\approx0.123\,\mathrm{Wb/m^2}$로, 약 0.12에 해당한다.

입사각이 0°(수직입사)일 때 성립하는 식은 $\dfrac{E_2}{E_1}=\dfrac{\varepsilon_1}{\varepsilon_2}$이다.

경계면에 전하가 없을 때 전속밀도의 법선성분은 연속이므로 $\varepsilon_1E_1=\varepsilon_2E_2$가 성립한다.

이를 정리하면 $\dfrac{E_2}{E_1}=\dfrac{\varepsilon_1}{\varepsilon_2}$가 되어, 유전율이 클수록 그 매질 내부의 전계 세기는 작아지는 관계가 된다.

발전기나 변압기의 내부고장 검출에 가장 많이 사용되는 계전기는 비율차동계전기이다.

비율차동계전기는 기기의 1차측과 2차측에서 들어오고 나가는 전류의 차를 검출하되, 관통전류(억제코일 전류)에 대한 차전류의 비율이 정정값을 넘을 때 동작하도록 만든 계전기이다.

이 억제 특성 덕분에 외부고장이나 변류기 특성 차이로 생기는 오차전류에는 동작하지 않으면서 권선 단락·지락 같은 내부고장에는 예민하게 동작하므로, 발전기·변압기의 주보호에 널리 쓰인다.

직접접지방식에 대한 설명 중 틀린 것은 지락전류가 작아 보호계전기 동작이 확실하다는 설명이다.

직접접지방식은 중성점을 직접 대지에 접속하므로 1상 지락사고 시 지락전류가 매우 커지는 것이 특징이며, 이 큰 지락전류 덕분에 오히려 보호계전기가 확실하게 동작한다. 지락전류가 작다는 설명 자체가 사실과 반대이다.

• 중성점 전위 상승이 억제되어 이상전압이 낮게 유지되므로 애자와 기기의 절연수준을 낮출 수 있고, 그만큼 변압기·부속설비의 중량과 가격도 줄일 수 있다는 점은 직접접지방식의 실제 장점으로 옳은 설명이다.
• 지락전류가 저역률 대전류라서 과도안정도가 나빠진다는 점도 직접접지방식의 단점으로 옳은 설명이다.

전력선에 영상전류가 흐를 때 통신선로에 발생하는 유도장해는 전자유도장해이다.

영상전류(불평형이나 지락사고 시 발생하는 동상 성분의 전류)는 통신선과 쇄교하는 자속을 변화시켜 통신선에 유도기전력을 발생시키는데, 이를 전자유도장해라 한다.

반면 영상전압에 의해 정전결합으로 발생하는 장해는 정전유도장해로 구분된다.

페란티 효과는 선로의 정전용량 때문에 발생한다.

경부하 또는 무부하 시에는 선로에 흐르는 전류가 진상(충전)전류 위주가 되며, 이 전류가 선로의 정전용량과 작용해 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 현상이 페란티 효과이다.

전력조류 계산에서 슬랙(기준)모선에 지정하는 값은 모선 전압의 크기와 위상각이다.

슬랙모선은 계통 전체의 유효전력·무효전력 불평형분을 보충하는 기준 모선이므로 유효·무효전력은 계산으로 구해야 할 미지수이며, 대신 전압의 크기와 위상각(보통 0°)을 고정값으로 지정한다.

220V에서 380V로 승압하는 가장 타당한 이유는 전력 손실 경감이다.

같은 전력을 공급할 때 전압을 높이면 전류가 줄어들고, 전력손실은 전류의 제곱에 비례하므로 전압을 승압하면 배선에서 발생하는 손실을 크게 줄일 수 있다.

전선 1가닥당 송전전력이 최대가 되는 방식은 3상 3선식이다.

선간전압 V와 전류 I가 모두 같다는 조건이므로, 각 방식의 총 송전전력을 실제로 가설하는 전선 가닥수로 나누어 비교하면 된다.

• 직류 2선식·단상 2선식: 전력 $VI$를 2가닥으로 나누어 1가닥당 $0.5VI$
• 단상 3선식: 외선 사이 전압이 V이므로 각 부하에 걸리는 전압은 $V/2$, 전력 $VI$를 3가닥으로 나누어 $0.33VI$
• 3상 3선식: 전력 $\sqrt{3}VI$를 3가닥으로 나누어 $0.58VI$
• 3상 4선식: 전력은 $\sqrt{3}VI$로 같지만 중성선까지 4가닥이므로 $0.43VI$

따라서 직류 2선식을 100%로 볼 때 3상 3선식이 약 115%로 가장 크다. 중성선도 전력선과 같은 굵기로 세라는 단서가 3상 4선식을 불리하게 만드는 것이 이 문제의 핵심이다.

접속점에서의 투과 전압파는 약 17.8[kV]이다.

파동임피던스가 다른 두 선로의 접속점에서 투과파 전압은 $e_2=\dfrac{2Z_2}{Z_1+Z_2}e_1$로 구한다.

주어진 값을 대입하면 $e_2=\dfrac{2\times50}{400+50}\times80=\dfrac{100}{450}\times80\approx17.8\,\mathrm{kV}$이다.

회전속도의 변화에 따라 자동으로 유입 유량을 가감하는 장치는 조속기이다.

조속기는 터빈이나 원동기의 회전속도를 검출해 기준값과 비교하고, 그 편차에 따라 증기나 물 등 작동유체의 유입량을 자동으로 조절해 속도를 일정하게 유지하는 제어기기이다.

• 예열기는 급수나 연소용 공기를 미리 데우는 열교환 설비로 속도 제어와 무관하다.
• 급수기는 보일러에 물을 공급하는 설비이고, 여자기는 발전기 계자에 직류전류를 공급하는 장치로 각각 회전속도에 따른 유량 조절 기능이 없다.

SF6 가스차단기에 대한 설명 중 옳지 않은 것은 SF6 가스에 독성이 있다는 설명이다.

SF6 가스 자체는 무색·무취의 불활성 기체로 화학적으로 안정하며 인체에 직접적인 독성이 없다. 아크로 분해된 생성물은 유해할 수 있어 점검 시 주의가 필요하지만, 이는 가스 자체의 독성과는 다른 이야기이다.

• 공기보다 소호능력이 약 100배 정도 우수한 것은 실제 특성이다.
• 절연내력이 커서 절연거리를 줄일 수 있어 차단기를 소형·경량화할 수 있는 것도 맞는 설명이다.

추기(급수가열을 위한 증기 추출)를 하면 같은 발전량을 내기 위한 증기 소비량은 증가하고, 열효율이 좋아져 연료 소비량은 감소한다.

터빈에서 일부 증기를 뽑아 급수가열에 쓰면 저압단으로 흐르는 증기가 줄어 동일 출력을 얻으려면 보일러에서 만드는 증기량 자체는 늘어난다.

그러나 급수 온도가 올라가 증발에 필요한 열량이 줄고 사이클 열효율이 개선되므로, 단위 발전량당 연료 소비량은 오히려 줄어든다.

이상전압에 대한 방호장치로 거리가 먼 것은 방전코일이다.

방전코일은 전력용 콘덴서를 회로에서 분리한 뒤 잔류 전하를 방전시켜 감전 사고를 막는 장치로, 뇌서지 등 이상전압 자체를 억제하는 기능은 없다.

• 피뢰기는 이상전압 유입 시 방전으로 전위를 낮추고 속류를 차단하는 대표적 보호기기이다.
• 서지흡수기는 개폐서지 등을 흡수해 기기를 보호한다.
• 가공지선은 낙뢰를 직접 받아 대지로 흘려보내 전력선을 보호한다.

무부하 상태에서는 수전단 전류가 0이므로 $E_s = A \cdot E_r$ 관계만 남는다.

$E_r = \dfrac{E_s}{A} = \dfrac{154}{0.9} \approx 171~\mathrm{kV}$

따라서 무부하로 송전단에 154kV를 인가하면 수전단 전압은 약 171kV로 송전단보다 높게 나타난다.

저압 뱅킹방식의 장점으로 보기 어려운 것은 경부하시 변압기 이용효율이 좋다는 설명이다.

저압 뱅킹방식은 여러 배전용 변압기의 저압측을 저압선으로 병렬 연결하는 방식으로, 전압강하·전력손실 경감과 변압기 용량 및 저압선 동량 절감, 부하 변동에 대한 융통성 확대가 대표적 장점으로 꼽힌다.

반면 한 변압기의 고장이 인접 변압기에 파급되는 캐스케이딩 현상이 이 방식의 대표적 단점으로 지적되며, 경부하시 이용효율 향상은 뱅킹방식의 고유 장점으로 분류되지 않는다.

가스냉각형 원자로에 사용하는 연료와 냉각재는 천연우라늄과 이산화탄소이다.

가스냉각로는 감속재로 흑연을, 냉각재로 이산화탄소 가스를 사용하며, 중성자 흡수가 적은 흑연 감속 구조 덕분에 농축하지 않은 천연우라늄을 연료로 쓸 수 있는 것이 특징이다.

• 수소가스나 질소는 이 원자로의 냉각재로 쓰이지 않는다.
• 흑연은 감속재이지 냉각재가 아니다.

다중접지 계통에서 과부하·고장전류 발생 시 순시 동작 후 일정 시간이 지나면 자동으로 재투입되는 보호기기는 리클로저이다.

리클로저는 재폐로 기능을 내장한 차단기로, 순간적인 고장에서는 자동 재폐로로 정전 시간을 최소화하고 영구 고장에서는 정해진 횟수만큼 재시도 후 최종 차단(로크아웃)한다.

• 라인 퓨즈는 재폐로 기능이 없는 단순 보호기기이다.
• 섹셔널라이저와 고장구간 자동개폐기는 자체 차단 능력 없이 리클로저 등과 조합해 무전압 구간에서 고장구간을 분리하는 장치이다.