08년 3회차

강체전차선(R-Bar)은 지지점에서 구속된 상태로 보므로, 스팬 중앙의 처짐은 등분포하중을 받는 양단 고정 보의 처짐식 $f=\dfrac{wL^4}{384EI}$로 구한다.

단위를 mm로 맞추면 $w=67.7~\mathrm{N/m}=0.0677~\mathrm{N/mm}$, $L=10{,}000~\mathrm{mm}$, $I=339~\mathrm{cm^4}=3.39\times10^{6}~\mathrm{mm^4}$이다.

$f=\dfrac{0.0677\times(10{,}000)^4}{384\times69{,}000\times3.39\times10^{6}}\approx 7.5~\mathrm{mm}$로, 이 스팬의 처짐은 약 7.5mm이다.

직류 전차선로에서 귀선로 저항이 높아 전압강하와 레일전위 상승이 우려될 때 이를 억제하기 위해 설치하는 것은 보조귀선이다.

보조귀선은 레일과 별도로 부설해 레일과 병렬로 연결하는 도체로, 귀선 회로 전체의 저항을 낮춰 전압강하와 레일전위 상승을 억제한다.

• 흡상선은 교류 BT 급전방식에서 레일을 흐르는 귀선전류를 흡상변압기 쪽으로 끌어올리는 전선으로 직류 방식의 귀선 저항 대책과는 다르다.
• 인입귀선과 중성선은 이 목적을 위한 설비가 아니다.

전차선 한 조만으로 구성되어 스팬선이나 빔의 지지점에 직접 고정하거나, 지지점에서 짧은 로드·와이어로 삼각형 모양을 이루어 지지하는 조가방식은 직접 조가방식이다.

별도의 조가선(커티너리선) 없이 전차선 자체를 지지물에 바로 매다는 가장 단순한 구조이다.

• 심플·헤비심플·콤파운드 커티너리 방식은 모두 조가선을 따로 두고 행거로 전차선을 매다는 구조로, 전차선 1조만 쓰는 방식과는 다르다.

교류 전기철도에서 통신유도장해를 줄이기 위해 전차선과 부급전선 사이에 권선비 1:1로 설치하는 것은 흡상변압기이다.

흡상변압기(BT)는 레일을 통해 흐르던 귀선전류를 부급전선 쪽으로 끌어올려(흡상) 레일 누설전류를 줄임으로써 인접 통신선에 미치는 전자유도장해를 경감한다.

• 회전변류기는 교류를 직류로 변환하는 회전기기로 급전방식 자체와는 다른 설비이다.
• 단권변압기는 AT 급전방식에 쓰이는 승압용 변압기로 권선비와 목적이 다르다.
• 스코트변압기는 3상을 2상으로 변환할 때 쓰는 변압기로 유도장해 경감 목적이 아니다.

원격지의 설비를 감시·제어하고 운용할 수 있는 시스템은 SCADA이다.

SCADA는 현장의 RTU 등으로부터 정보를 수집해 중앙 제어소에 표시하고, 운전원의 제어명령을 다시 현장 설비로 전달하는 감시제어 시스템 전체를 가리킨다.

• RTU는 피제어소 현장에 설치되어 정보를 수집·전송하고 제어명령을 수행하는 원격소 장치로, 시스템 전체를 부르는 이름이 아니다.

전선의 파동전파속도는 $v=\sqrt{\dfrac{T}{w}}$로 구하며, 장력 T는 kgf를 뉴턴 단위로 환산해 대입한다.

$T=1500~\mathrm{kgf}\times9.8=14{,}700~\mathrm{N}$, $w=1.511~\mathrm{kg/m}$이므로 $v=\sqrt{\dfrac{14{,}700}{1.511}}\approx98.6~\mathrm{m/s}$이다.

이를 시속으로 바꾸면 $98.6\times3.6\approx355~\mathrm{km/h}$로, 이 전차선의 파동전파속도는 약 355km/h이다.

가공 전차선로에서 전차선의 흐름(길이 방향 이동)을 유발하는 요인으로 보기 어려운 것은 부하 조건이다.

전차선의 흐름은 온도 변화에 따른 신축, 곡선·구배 등 선로 조건, 좌우 장력추 중량의 불균형처럼 기계적·열적 요인에 의해 발생하는 현상이다.

• 기상 조건(온도 변화)은 전선의 신축을 통해 흐름을 유발한다.
• 선로 조건과 장력추 중량의 불균형도 전차선을 한쪽으로 끌리게 하는 요인이다.

전기적인 부하 조건은 전류의 크기와 관련된 것으로, 전차선이 기계적으로 이동하는 흐름 현상과는 직접적인 관련이 없다.

지하구간에서 개발되어 도시철도(지하철) 구간에 대표적으로 쓰이는 가선방식은 강체단선식이다.

강체단선식은 터널 천장 공간이 제한된 지하구간에서 조가선 없이 강체 전차선 한 조만으로 급전하는 방식으로, 지상 구간의 가공 가선방식과 달리 지하철에 특화되어 있다.

• 가공단선식·가공복선식은 지상 구간에서 조가선과 전차선을 가설하는 방식이다.
• 강체복선식은 강체 전차선을 두 조 쓰는 방식으로 지하철의 대표 방식은 아니다.

전철변전소에서 순시 최대전력과 1시간 최대전력의 비를 1개월 등 일정 기간에 대해 평균하면 약 2.5배 정도가 된다.

전철 부하는 열차가 기동·가속하는 순간 전력 수요가 급격히 치솟았다가 타행·정차 구간에서 크게 떨어지는, 변동이 매우 심한 부하이다. 그래서 순간값인 순시 최대전력이 1시간 평균의 최대값보다 훨씬 크게 나타난다.

이 비는 변전설비의 순시 과부하 내량을 검토하고 보호계전기를 정정할 때 기준으로 쓰이며, 경험적으로 평균 2.5배 정도로 본다.

피제어소에 설치되어 변전설비의 현장 정보를 취득·분석해 제어소로 송신하고, 제어소의 명령을 수신해 처리하는 원격소 장치는 RTU(Remote Terminal Unit)이다.

RTU는 SCADA 시스템에서 중앙 제어소와 현장 설비를 잇는 인터페이스 역할을 하며, 현장 데이터 수집과 제어명령 실행을 담당한다.

• 주컴퓨터장치와 인간/기계 연락장치는 제어소(중앙) 측 구성요소이고, 근거리 통신네트워크장치는 정보 전송 경로를 담당하는 설비로 각각 원격소 장치가 아니다.

전기철도의 효과를 옳게 나열한 것은 수송능력 증강, 수송원가 절감, 지역균형발전이다.

전기철도는 큰 출력과 빠른 가감속이 가능해 수송능력을 늘리고, 전기에너지 이용으로 연료비·유지보수비 등 수송원가를 낮추며, 접근성 개선을 통해 지역 간 균형발전에도 기여한다.

• 에너지를 과다 사용한다거나 수송능력이 저하되고 공해문제가 심각해진다는 설명은 전기철도의 실제 효과와 반대된다.

전차선의 허용장력은 잔존 단면적에 파괴강도를 곱한 값을 안전율로 나누어 구한다.

$T_a=\dfrac{\sigma \times A}{\text{안전율}}=\dfrac{35~\mathrm{kgf/mm^2}\times67.6~\mathrm{mm^2}}{2.2}$

$T_a\approx1075~\mathrm{kgf}$로, 이 전차선의 허용장력은 약 1075kgf이다.

교류 급전방식의 가공전차선로에서 통신유도장해를 줄이기 위해 귀선레일에 병렬로 설치해 운전용 전류를 변전소로 되돌리는 전선은 부급전선이다.

부급전선은 레일을 흐르는 귀선전류를 흡상변압기를 통해 분담해 레일 누설전류를 줄이고, 인접 통신선에 미치는 전자유도장해를 경감하는 역할을 한다.

• 급전선은 변전소에서 전차선으로 전력을 보내는 전선이고, 조가선은 전차선을 매다는 전선으로 각각 목적이 다르다.
• 보호선은 감전·전식 방지 등 보안을 목적으로 하는 전선으로, 운전전류를 변전소로 되돌리는 주 귀선 전선으로 보지는 않는다.

전차선 마모의 일반적 경향으로 옳은 설명은 팬터그래프가 경량이고 추종성이 좋을수록 전차선 마모가 작아지고, 팬터그래프 개수가 많아지면 기계적 마모가 커진다는 것이다.

팬터그래프가 가볍고 전차선 형상 변화를 잘 따라가면 접촉력 변동과 이선(離線)이 줄어 마모가 작아지는 반면, 통과하는 팬터그래프의 개수가 많아지면 습동 횟수가 늘어 기계적 마모는 증가한다.

• 압상력이 커지면 접촉 압력이 높아져 기계적 마모는 오히려 증가하고, 접촉이 안정되어 아크에 의한 전기적 마모는 줄어드는 경향이므로 두 관계를 뒤바꾼 설명이 된다.
• 집전전류는 아크·발열을 통한 전기적 마모에 영향을 주지만, 전차선 마모를 좌우하는 주된 요인은 접촉력과 습동 횟수 등 기계적 조건이다.
• 경점 부근처럼 팬터그래프 통과 시 접촉력이 크게 걸리는 개소는 마모가 늦어지는 것이 아니라 오히려 빨라진다.

교류 급전방식과 비교한 직류 급전방식의 특징으로 옳은 것은 전압이 낮아 절연계급을 낮출 수 있다는 것이다.

직류 급전방식은 통상 1,500V급으로 교류(수만V급)보다 전압이 훨씬 낮아, 전차선로와 관련 기기의 절연계급을 낮게 설계할 수 있다.

• 사고 시 선택차단은 구간을 변압기로 나누기 쉬운 교류 방식이 오히려 용이하다.
• 대용량·중장거리 수송에는 전압이 높은 교류 방식이 더 적합하다.
• 직류는 낮은 전압으로 큰 운전전류가 흘러 누설전류에 의한 전식 대책이 오히려 더 필요한 방식이다.

전차선에 요구되는 성능으로 거리가 먼 것은 연성이 좋아야 한다는 조건이다.

전차선은 집전장치와 지속적으로 마찰·접촉하므로 마모에 강하고 적절한 경도와 기계적 강도를 갖춰야 하며, 지나치게 연성이 좋으면 오히려 장력 유지와 형상 안정성에 불리하다.

• 가선 장력을 충분히 견디는 기계적 강도는 전차선에 요구되는 성능이 맞다.
• 접속 개소의 통전 상태가 양호해야 하는 것과 집전장치 통과·집전에 지장이 없어야 하는 것도 전차선의 필수 요구 성능이다.

직류 강체가선방식에서 전차선의 이동(흐름)을 방지하기 위해 설치하는 장치는 흐름방지장치이다.

강체가선은 온도 변화나 외력에 의해 전차선이 길이 방향으로 서서히 밀려나는 흐름 현상이 생길 수 있어, 이를 억제하기 위한 별도의 고정 장치를 둔다.

• 건넘선장치는 선로 전환 관련 설비이고, 에어섹션 죠인트는 급전구간을 구분하는 설비이며, 지상부 이행장치는 가공전차선과 강체가선이 만나는 구간을 연결하는 설비로 각각 목적이 다르다.

자기부상철도의 반발식(EDS)에 대한 설명으로 틀린 것은 부상 높이를 일정하게 유지하기 위한 상시제어가 필요하다는 것이다.

반발식은 차체와 궤도 사이의 상대 속도에 의해 유도되는 반발력으로 부상하는 방식이어서, 부상 높이를 계속 능동적으로 제어할 필요가 없는 것이 특징이다. 부상 높이를 상시 제어해야 하는 쪽은 흡인식이다.

• 초전도·극저온 기술이 필요하다는 것은 초전도 자석을 쓰는 반발식의 실제 특징이다.
• 정전 시 저속이 될 때까지 낙하하지 않는다는 것과, 저속에서 자기저항력이 크다는 것도 반발식의 알려진 특성이다.

조가선의 접속 방법으로 사용되지 않는 것은 용접에 의한 방법이다.

조가선은 큰 인장력을 지속적으로 받는 강연선류 전선으로, 용접의 열이 가해지면 그 부위의 기계적 강도가 떨어져 단선 위험이 커지므로 용접 접속은 쓰지 않는다.

• 쐐기형 클램프, 접속 공구, 압축 슬리브는 모두 열을 가하지 않고 기계적으로 접속하는 방식으로 실제 조가선 접속에 쓰인다.

귀선로에 요구되는 성능으로 틀린 것은 레일 전위의 상승을 증가시킬 수 있어야 한다는 설명이다.

귀선로는 오히려 레일 전위의 상승을 억제해 감전·전식 등의 위험을 줄이는 방향으로 설계해야 하므로, 이 설명은 요구 성능과 반대된다.

• 대지 누설전류가 작아야 한다는 것, 전선의 기계적 강도가 커야 한다는 것, 전기차 전류에 맞는 전류용량을 가져야 한다는 것은 모두 귀선로에 실제로 요구되는 성능이다.

가공 전차선로의 가동브래키트 설치에 대한 설명으로 옳은 것은 정거장 구내 등 사람의 접촉이 우려되는 곳에는 절연브래키트를 설치한다는 것이다.

승강장 등 사람이 가까이 접근할 수 있는 구간에서는 감전 위험을 줄이기 위해 브래키트 자체를 절연화한 절연브래키트를 사용하는 것이 원칙이다.

• 가동브래키트는 스팬선이나 빔이 아니라 전주에 취부하는 금구류로 구성된다.
• 평행개소에 설치하는 브래키트나 터널 시·종점부 브래키트의 설치 위치는 별도의 세부 시설기준을 따르며, 보기의 서술은 그 기준과 맞지 않는다.

본선의 전차선과 조가선이 늘어지는 것을 줄이기 위해, 장력을 조정하는 장치로 조정하기 전에 미리 전선을 인장해 두는 작업을 Pre-stretch라 한다.

가선 시공 시 전선에 남아 있는 탄성·소성 늘어짐을 미리 제거해 두어야, 이후 자동장력조정장치 등으로 조정한 장력이 설계값대로 유지된다.

• Pre-sag 가선은 처짐을 미리 반영해 가선하는 별개의 기법이고, Slack과 Cant는 각각 곡선부 궤간 확대와 캔트(선로 편경사)에 관한 용어로 이 문제의 답과는 다르다.

전주의 기초강도 계산에 필요하지 않은 계수는 단연계수이다.

전주 기초강도 계산은 지중에 묻힌 기초가 전주에 걸리는 하중으로 전도되지 않고 버틸 수 있는지를 따지는 것이어서, 설치 지점의 지반·지형 상태를 반영하는 지형계수, 기초 형태를 반영하는 형상계수, 재료·구조의 강도를 반영하는 강도계수가 계산 요소로 쓰인다.

반면 단연계수는 기초가 전도에 저항하는 힘을 산정하는 요소에 포함되지 않으므로, 기초강도 계산에 필요한 계수로 볼 수 없다.

곡선구간에서 전차선에 걸리는 횡장력은 $F=\dfrac{T \times S}{R}$로 구한다.

$F=\dfrac{900~\mathrm{kgf}\times50~\mathrm{m}}{900~\mathrm{m}}=50~\mathrm{kgf}$이다.

따라서 이 곡선로에서 전차선에 걸리는 횡장력은 50kgf이다.

활차식 자동장력조정장치는 활차비만큼 추의 이동량을 줄여 전차선의 실제 신장(늘어남) 길이를 흡수한다.

활차비가 4:1이므로 추가 표준 높이보다 2m 처졌다면, 실제 전차선의 신장길이는 $\dfrac{2}{4}=0.5~\mathrm{m}$이다.

따라서 이때 전차선의 실제 신장길이는 0.5m이다.

지선과 전주 사이의 설치 각도는 45도를 표준으로 한다.

지선은 전주가 받는 인장력에 대응해 반대쪽에서 당겨주는 역할을 하는데, 전주와 이루는 각도가 45도 정도일 때 효율적으로 힘의 균형을 이룰 수 있어 표준 시설각도로 채택된다.

정정지점이라는 용어는 지점의 종류가 아니라 구조물이 정역학적으로 안정한 상태(정정구조물)를 가리키는 표현이므로 지점의 종류에 해당하지 않는다.

지점은 구속하는 반력의 수에 따라 구분한다.

• 이동지점은 수직반력 1개만 구속한다.
• 힌지지점은 수직·수평반력 2개를 구속한다.
• 고정지점은 수직·수평반력과 모멘트까지 3개를 구속한다.

경사재의 중복수는 같은 위치에서 경사재가 몇 겹으로 겹쳐 전단력을 분담하는지를 나타내는 수로, 일반적인 4각 철주에서 단경사재인 경우 중복수는 2가 된다.

4각 철주는 서로 마주보는 두 면의 경사재가 한 방향의 전단력을 함께 분담하므로, 한 방향으로만 경사재를 넣는 단경사재에서는 겹치는 수가 2로 잡힌다. 경사재를 엇갈리게 이중으로 넣는 복경사재라면 중복수는 이보다 커지고, 그만큼 경사재 1본이 부담하는 힘은 줄어든다.

전선의 자중은 연직(수직) 방향으로 작용하지만 완금 등 지지물 중심축에서 벗어난 위치에 매달리므로 편심모멘트를 일으키는 수직편심하중으로 다룬다.

동일한 수직방향이라도 지지물 전체에 고르게 걸리는 자중은 수직분포하중으로, 풍압처럼 옆에서 미는 힘은 수평하중으로 구분한다.

V형빔은 압축력을 받는 상부주재 2본과 인장력을 받는 하부주재 1본을 양단에서 맞붙여 브이(V)자 모양을 이루도록 전주에 취부하는 구조이다.

상부 2본이 벌어진 형태로 압축력을 분담하고 하부 1본이 인장력을 담당해 삼각형 형태의 안정한 골조를 이룬다.

지면과의 경계점에 생기는 모멘트는 수평집중하중과 그 하중이 작용하는 지지점 높이의 곱으로 구한다.

$M=F\times h=125\,\mathrm{kgf}\times6.5\,\mathrm{m}=812.5\,\mathrm{kgf}\cdot\mathrm{m}$

절점은 구조물을 구성하는 부재와 부재가 서로 연결되는 지점을 가리키는 용어다.

반력(지점반력)은 지점에서 구조물을 지지하기 위해 발생하는 힘이고, 트러스는 절점들이 삼각형 형태로 연결된 골조 구조 전체를 뜻하므로 부재의 연결점 자체를 가리키는 용어와는 다르다.

전선·애자·구조물 등 자체의 무게(자중)는 항상 연직 방향으로 작용하므로 수직하중으로 분류한다.

바람에 의한 압력은 수평하중, 급격한 힘의 변화는 충격하중, 이례적인 외력은 특수하중으로 구분되며 자중과는 성격이 다르다.

바리뇽의 정리는 여러 힘의 한 점에 대한 모멘트의 합이 그 힘들의 합력이 같은 점에 대해 갖는 모멘트와 같다는 내용으로, 이를 이용하면 합력의 작용점(합력이 지나가는 위치)을 구할 수 있다.

힘의 모멘트나 우력 자체를 구하는 공식과는 별개로, 여러 힘을 하나의 합력으로 치환했을 때 그 작용선의 위치를 찾는 데 쓰인다.

기초 측면 흙의 수평 저항(측면 토압)으로 하중의 일부를 지지하도록 한 기초를 푸싱 기초라 한다.

빔을 지지하는 철주나 인류주처럼 큰 수평하중이 걸리는 지지물에서도 지선을 설치하지 않고 수평하중을 견딜 수 있게 해 주는 것이 특징이다.

중력형 블록기초는 기초 자체의 중량으로 전도에 저항하고, 앵커볼트 기초는 앵커볼트로 지지물을 콘크리트 기초에 정착시키며, 우물통형 기초는 우물통을 지중에 침하시켜 만드는 깊은 기초로 각각 지지 방식이 다르다.

전류를 흘려 접속점에서 열의 발생과 흡수가 일어나고 전류 방향을 바꾸면 발생부와 흡수부가 뒤바뀌는 현상은 펠티에(Peltier) 효과다.

제베크 효과는 반대로 두 금속의 온도차로부터 기전력(전류)이 발생하는 현상이므로, 전류를 흘려 열의 출입을 일으키는 이 문제의 상황과는 인과관계가 반대다.

톰슨 효과는 하나의 균질한 도체 내에서 온도구배와 전류가 함께 존재할 때 열이 발생·흡수되는 현상이고, 핀치 효과는 큰 전류가 흐를 때 전자기력으로 도체(유동체) 단면이 오므라드는 역학적 현상이어서 두 종류 금속의 접속점에서 일어나는 열 현상과는 다르다.

대전 도체 표면의 전계 세기는 곡률이 클수록(뾰족할수록) 커진다.

전하가 곡률이 큰 뾰족한 부분에 집중되는 경향이 있어 그 부위의 전계가 강해지며, 이는 피뢰침처럼 뾰족한 도체 끝에서 방전이 잘 일어나는 이유이기도 하다.

반대로 곡률이 작은 평평한 부분은 전하 밀도가 낮아 전계 세기도 상대적으로 작다.

철편에 작용하는 흡인력은 $F=\dfrac{B^2A}{2\mu_0}$ 로 구하며, 이때 자속밀도는 $B=\dfrac{\Phi}{A}$ 이다.

$B=\dfrac{3\times10^{-4}}{15\times10^{-4}}=0.2\,\mathrm{T}$

$F=\dfrac{0.2^2\times15\times10^{-4}}{2\times4\pi\times10^{-7}}\approx23.9\,\mathrm{N}$

고립 도체구의 정전용량은 $C=4\pi\varepsilon_0 r$ 로 구한다.

$C=\dfrac{1}{9\times10^{9}}\times1\approx1.11\times10^{-10}\,\mathrm{F}=111\,\mathrm{pF}$

전계 방향으로 이동하면 전위는 낮아지므로 이동한 거리만큼의 전압강하를 원래 전위에서 빼면 이동 후 지점의 전위가 된다.

$V=60-E\times d=60-30\times0.7=39\,\mathrm{V}$

이동시킨 전하량 1C은 전위 계산 자체와는 무관하며, 전계와 이동거리만으로 전위 변화가 결정된다.

분극의 세기는 전속밀도에서 진공 중 성분을 뺀 값으로, $P=D\left(1-\dfrac{1}{\varepsilon_s}\right)$ 로 구한다.

$P=4\times10^{-4}\times\left(1-\dfrac{1}{5}\right)=4\times10^{-4}\times0.8=3.2\times10^{-4}\,\mathrm{C/m^2}$

전계가 경계면에 수직으로 입사할 때 경계면에 작용하는 정전력은 유전율이 큰 쪽에서 작은 쪽으로 작용한다.

수직 입사에서는 전속밀도 D가 경계면 양쪽에서 같으므로 단위면적당 힘 $f=\dfrac{D^2}{2\varepsilon}$ 이 유전율이 작은 쪽에서 더 크게 나타나고, 그 결과 경계면은 유전율이 큰 매질에서 작은 매질 쪽으로 밀리게 된다.

• 전계가 수직으로 입사할 때는 D가 같을 뿐 두 매질의 전계 세기(E)는 유전율에 반비례해 서로 다르다.
• 굴절 법칙($\tan\theta_1/\tan\theta_2=\varepsilon_1/\varepsilon_2$)에 따르면 유전율이 작은 쪽에서 입사할 때 입사각은 굴절각보다 오히려 작다.
• 유전율이 큰 쪽에서 작은 쪽으로 수직 입사할 때는 전속밀도가 같게 유지되므로 유전율이 작은 쪽의 전계 세기는 오히려 커진다.

유전손실정접은 $\tan\delta=\dfrac{\sigma}{2\pi f\varepsilon_0\varepsilon_s}$ 로 구하며, 이 값이 100 이상이 되는 주파수 상한을 구하면 된다.

$f\le\dfrac{\sigma}{2\pi\varepsilon_0\varepsilon_s\times100}=\dfrac{4}{2\pi\times8.854\times10^{-12}\times81\times100}\approx8.89\,\mathrm{MHz}$

주파수가 낮을수록 변위전류에 비해 도전전류가 커져 손실정접이 커지므로, 조건을 만족하는 범위는 상한 이하의 주파수 대역이 된다.

전계 중의 두 유전체가 경계면에서 서로 받는 변형력(단위 면적당 정전기력)을 맥스웰의 응력이라고 한다.

이는 전계 에너지로부터 유도되는 힘으로, 경계면에 작용하는 인장·압축 성분을 통해 유전체 사이의 흡인·반발 작용을 설명하는 개념이다.

변위전류는 시간에 따라 변하는 전속밀도로부터 발생하며, 전도전류와 마찬가지로 주위에 자계를 발생시킨다.

• 변위전류는 유전율에 비례하는데 굴절률은 $n=\sqrt{\varepsilon_s}$ 의 관계이므로, 굴절률이 2배가 되면 변위전류는 2배가 아니라 4배가 된다.
• 변위전류는 투자율이 아니라 유전율에 관계된 양이다.
• 변위전류밀도는 전속밀도의 공간적 변화가 아니라 시간적 변화($\partial D/\partial t$)로 정의된다.

표피효과는 도체에 교류가 흐를 때 표면의 전류밀도가 커지고 중심으로 갈수록 전류밀도가 작아지는 현상을 말한다.

주파수가 높을수록 이 경향이 뚜렷해져 실효 도체 단면이 줄어든 것과 같은 효과가 나타나 저항이 증가한다.

3상 3선식 송전선로를 연가하는 주된 목적은 각 상의 인덕턴스·정전용량 등 선로정수를 평형시키기 위해서이다.

각 전선의 배치가 고정되어 있으면 상별로 대지·다른 상과의 거리가 달라 선로정수가 불평형해지므로, 구간마다 전선의 배치를 순환시켜 평형을 맞춘다.

전압강하 방지나 선로 절약, 고도 표시는 연가의 목적과 직접 관련이 없다.

현재 가스차단기(GCB)에 가장 널리 사용되는 가스는 SF6(육불화황) 가스이다.

SF6는 절연내력이 공기의 2~3배로 높고 소호 능력이 뛰어나 대용량 차단기에 적합하다. 아르곤·네온·질소는 SF6에 비해 절연내력과 소호 성능이 떨어져 일반적인 가스차단기의 소호 매질로는 쓰이지 않는다.

발전기·변압기의 내부고장 검출에 가장 많이 사용되는 계전기는 비율차동계전기다.

비율차동계전기는 입력측과 출력측 전류의 차이(비율)를 검출해 권선 내부 단락 등 내부고장에만 선택적으로 동작하도록 설계되어 있다.

과전압계전기와 과전류계전기는 전압·전류의 크기만으로 동작하는 일반적인 보호계전기로 내부고장 검출에 특화되어 있지 않다.

먼저 수로의 구배로 인한 손실낙차와 수압철관 손실낙차를 총낙차에서 빼 유효낙차를 구한다.

$H=80.9-\left(3800\times\dfrac{1}{2000}\right)-1=80.9-1.9-1=78\,\mathrm{m}$

발전기 출력은 $P=9.8\,QH\eta$ 로 구한다.

$P=9.8\times30\times78\times0.83\approx19000\,\mathrm{kW}$

가공전선은 가설·시공 편의를 위해 비중이 작을 것(가벼울 것)이 요구되므로, 비중이 클 것이라는 조건은 가공전선의 구비조건으로 옳지 않다.

• 도전율이 높을수록 전력손실이 줄어 바람직한 조건이다.
• 기계적 강도가 클수록 처짐·단선에 강해 바람직한 조건이다.
• 신장률이 클수록 외력에 의한 파단 위험이 줄어 바람직한 조건이다.

화력발전소의 재열기는 고압터빈을 거쳐 일부 팽창한 증기를 다시 가열하여 저압터빈으로 보내는 설비다.

이를 통해 터빈 출구의 습도를 낮추고 열효율을 높이는 효과를 얻으며, 공기 예열이나 급수 가열은 각각 공기예열기·급수가열기가 맡는 별개의 기능이다.

파동임피던스와 전파속도의 관계로부터 단위길이당 인덕턴스를 구할 수 있다.

$L=\dfrac{Z_c}{v}=\dfrac{500}{3\times10^{8}}\approx1.67\times10^{-6}\,\mathrm{H/m}=1.67\,\mathrm{mH/km}$

여기서 v는 빛의 속도($3\times10^{8}\,\mathrm{m/s}$)로, 가공전선로에서 전자파의 전파속도로 근사한다.

전압변동률은 무부하시 수전단전압과 정격(부하시) 수전단전압의 차이를 정격전압으로 나눠 구한다.

$\varepsilon=\dfrac{V_0-V_n}{V_n}\times100=\dfrac{3.2-3}{3}\times100\approx6.67\%$

부하를 끊기 전의 수전단전압 3kV가 정격전압, 부하를 끊은 뒤의 3.2kV가 무부하전압이며, 송전단전압 3.4kV는 이 계산에는 직접 쓰이지 않는다.

직류 송전은 정상 상태에서 전압이 일정해 충전전류가 흐르지 않으므로 충전용량이 오히려 줄어든다. 따라서 충전용량이 커지게 된다는 설명은 옳지 않다.

• 선로에 리액턴스가 없어 안정도가 높다는 설명은 직류송전의 특징으로 옳다.
• 코로나손과 전력손실이 교류보다 적다는 설명도 직류송전의 장점으로 옳다.
• 표피효과·근접효과가 없어 실효저항이 늘지 않는다는 설명도 직류송전의 특징으로 옳다.

피뢰기는 이상전압에서만 신속히 동작하고 정상적인 사용전압에는 동작하지 않아야 하므로, 충격방전 개시전압은 낮게, 상용주파 방전개시전압은 높게 유지되어야 한다. 따라서 충격 방전 개시 전압이 높을 것이라는 조건은 피뢰기의 구비조건으로 옳지 않다.

• 속류 차단 능력이 충분해야 방전 후 정상적으로 회로를 복구할 수 있다.
• 상용주파 방전개시전압이 높아야 평상시 오동작 없이 이상전압에만 반응한다.
• 방전내량이 크고 제한전압이 낮아야 기기를 충분히 보호할 수 있다.

원자로 내 중성자 수를 적절히 조절하기 위한 제어봉의 재료로는 중성자 흡수 단면적이 큰 카드뮴이 널리 쓰인다.

카드뮴 외에 붕소·하프늄 등도 중성자 흡수능이 커 제어봉 재료로 사용되며, 나트륨·베릴륨·경수는 각각 냉각재·감속재로 쓰이는 물질로 중성자 흡수를 목적으로 하는 제어봉 재료와는 역할이 다르다.

선택접지계전기(SGR)는 병행 2회선 송전선로에서 한쪽 회선에 지락사고가 발생했을 때 고장난 회선만 선택적으로 차단하도록 하는 보호계전기이다.

건전한 회선은 그대로 운전을 유지시켜 정전 범위를 최소화하는 것이 이 계전기의 핵심 목적이다.

• 단일 회선에서는 고장 회선을 선택할 대상 자체가 없으므로 해당 설명은 맞지 않는다.
• 접지전류의 방향이나 사고 지속시간을 기준으로 삼는 방식은 선택접지계전기의 동작 원리와 다르다.

이도는 $D=\dfrac{wS^2}{8T}$로 구하고, 이로부터 늘어나는 전선 길이(경간과의 차)는 $\Delta L=\dfrac{8D^2}{3S}$로 계산한다.

허용장력은 인장하중을 안전율로 나눈 값이므로 $T=\dfrac{4000}{2}=2000\ \mathrm{kg}$이다.

이도는 $D=\dfrac{2\times200^2}{8\times2000}=5\ \mathrm{m}$이고, 늘어나는 길이는 $\Delta L=\dfrac{8\times5^2}{3\times200}=\dfrac{200}{600}=\dfrac{1}{3}\ \mathrm{m}$이므로 경간보다 1/3m 더 길게 하면 된다.

복도체는 하나의 상에 여러 가닥의 전선을 사용해 등가 반지름을 키운 방식으로, 코로나 임계전압을 높여 코로나를 방지하고 동시에 인덕턴스를 감소시키는 효과가 있다.

등가 반지름이 커지면 정전용량은 증가하고 인덕턴스는 감소하는 관계이므로, 송전용량 증대와 안정도 향상에도 유리하다.

• 진동 억제는 댐퍼 등 별도 장치의 역할이며 복도체 채용의 주된 목적이 아니다.
• 철탑 하중 평형이나 뇌격 보호는 복도체가 아니라 애자 배열이나 가공지선이 담당하는 기능이다.

중성점 비접지방식에서는 중성점을 인출할 필요가 없으므로 △-△ 결선이 가장 널리 사용된다.

△-△ 결선은 3대의 단상 변압기 중 1대가 고장 나도 나머지 2대로 V-V 결선을 이루어 계속 급전할 수 있어 공급 신뢰도가 높다는 장점도 있다.

• Y-Y나 △-Y 결선은 중성점을 접지해 활용하는 접지방식 계통에서 주로 쓰인다.
• V-V 결선은 △-△ 결선의 일부 고장 시 임시로 나타나는 형태이지 정상 운전 시의 기본 결선은 아니다.

NFB(배선용차단기)와 VCB(진공차단기)는 차단기(CB) 계열 기기로, 부하전류는 물론 단락·지락과 같은 사고전류까지 끊을 수 있도록 만들어진다.

반면 OS(유입개폐기)는 차단기가 아닌 개폐기 계열 기기로 차단기와 같은 차단 성능을 갖추고 있지 않아, 부하전류를 끊는 차단 기기로는 사용하지 않는다.

변전소 모선 배치 방식은 크게 단일 모선, 2중 모선, 환상(링) 모선 등으로 구분되며, 신뢰도와 운용 유연성에 따라 선택된다.

"3중 모선"이라는 별도의 표준 모선 방식은 존재하지 않으므로 모선방식의 종류에 속하지 않는다.

송·배전선로의 선로정수(R, L, C, G)는 전선의 굵기·배치·선간거리 등 기하학적·물리적 조건에 의해 결정되며, 운전 중인 송전전압·전류·역률과는 원칙적으로 무관하다.

따라서 송전전압, 전류 또는 역률 등에 의해서 영향을 많이 받는다는 설명은 옳지 않다.

• 선로가 R, L, C, G의 4정수로 이루어진 연속 회로라는 설명은 맞는 내용이다.
• 전압강하·수전전력·송전손실·안정도 계산에 선로정수가 필요하다는 설명도 맞는 내용이다.
• 장거리 선로를 분포정수회로로 취급해 정밀 계산한다는 설명도 맞는 내용이다.