[전기산업기사 필기] 2024년 2회 기출복원 모의고사
전기산업기사 필기 기출문제

2024년 2회 기출복원 모의고사

총 100문항 · 객관식 · A4 약 1장

1 / 1
A4정답 포함
전기산업기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

2024년 2회 기출복원 모의고사

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
공간도체 중의 정상 전류밀도를 i, 공간 전하밀도를 p라고 할 때, 키르히호프의 전류 법칙을 나타내는 것은?
1i=0
2divi=0
3i=∂p/∂t
4divi=∞
정답 및 해설

키르히호프의 전류 법칙에 해당하는 식은 div i = 0이다.

정상 전류에서는 전하가 축적되거나 소모되지 않으므로 연속방정식이 다음과 같이 단순화된다.
div i=−∂p∂t=0\mathrm{div}\,i = -\dfrac{\partial p}{\partial t} = 0

전류밀도의 발산이 0 이라는 것은 어느 점에서나 들어오는 전류와 나가는 전류가 같다는 키르히호프의 전류법칙을 벡터 형태로 표현한 것이다.

문제 2
전하 8π[C]이 8 m/s의 속도로 진공 중을 직선운동하고 있다면, 이 운동 방향에 대하여 각도 θ이고, 거리 4m 떨어진 점의 자계의 세기는 몇 A/m인가?
1cosθ
21/2sinθ
3sinθ
42sinθ
정답 및 해설

자계의 세기는 sinθ [A/m] 이다.

운동 전하에 의한 자계(비오-사바르): H=Qvsin⁡θ4πr2H=\dfrac{Qv\sin\theta}{4\pi r^{2}}

대입: H=8π×8×sin⁡θ4π×42=64π64πsin⁡θ=sin⁡θH=\dfrac{8\pi\times8\times\sin\theta}{4\pi\times4^{2}}=\dfrac{64\pi}{64\pi}\sin\theta=\sin\theta

문제 3
히스테리시스손은 주파수 및 최대자속밀도와 어떤 관계에 있는가?
1주파수와 최대자속밀도에 비례한다.
2주파수에 비례하고 최대자속밀도의 1.6승에 비례한다.
3주파수와 최대자속밀도에 반비례한다.
4주파수에 반비례하고 최대자속밀도의 1.6승에 비례한다.
정답 및 해설

히스테리시스손은 주파수에 비례하고 최대자속밀도의 1.6승에 비례한다.

스타인메츠의 실험식: Ph=ηfBm1.6P_h=\eta fB_m^{1.6}

  • 주파수와 최대자속밀도에 비례 — 자속밀도는 1.6승에 비례한다.
  • 둘 다 반비례 — 주파수와 자속밀도가 클수록 손실은 증가한다.
  • 주파수에 반비례 — 주파수가 높을수록 손실이 커진다.
문제 4
공기 중에서 E[V/m]의 전계를id[A/m2]의 변위전류로 흐르게 하고자 한다. 이때 주파수 f[Hz]는?
1f=id2πεE[Hz]f=\dfrac{i_d}{2\pi\varepsilon E}[\mathrm{Hz}]
2f=id4πεE[Hz]f=\dfrac{i_d}{4\pi\varepsilon E}[\mathrm{Hz}]
3f=ϵid2π2E[Hz]f=\dfrac{\epsilon i_d}{2\pi^2E}[\mathrm{Hz}]
4f=idE4π2ϵ[Hz]f=\dfrac{i_dE}{4\pi^2\epsilon}[\mathrm{Hz}]
정답 및 해설

주파수는 f=id2πεEf=\dfrac{i_d}{2\pi\varepsilon E} 이다.

변위전류밀도 id=ωεE=2πfεEi_d=\omega\varepsilon E=2\pi f\varepsilon E

이를 f 에 대해 정리하면 f=id2πεEf=\dfrac{i_d}{2\pi\varepsilon E}

  • 분모가 4πεE4\pi\varepsilon E 인 식 — 각주파수 ω=2πf\omega=2\pi f 의 2 가 빠졌다.
  • 분자에 ε 또는 E 가 오는 식 — id 는 ε 와 E 에 비례하므로 f 는 ε 와 E 에 반비례해야 한다.
문제 5
물질의 자화현상과 관계가 가장 깊은 것은?
1전자의 이동
2전자의 자전
3분자의 공전
4전자의 공전
정답 및 해설

자화현상과 가장 관계가 깊은 것은 전자의 자전(스핀) 이다.

전자의 스핀이 만드는 자기모멘트가 한 방향으로 정렬되면 물질이 자화된다.

  • 전자의 이동 — 전류(전도)에 관한 현상이다.
  • 분자의 공전 — 자화의 원인이 아니다.
  • 전자의 공전 — 궤도 자기모멘트도 있으나 주된 원인은 스핀이다.
문제 6
자계 중에 이것과 직각으로 놓인 도체에 I[A]의 전류를 흘릴 때 f[N]의 힘이 작용하였다. 이 도체를 v[m/s]의 속도로 자계와 직각으로 운동시킬 때의 기전력 e[V]는?
1fvI2\dfrac{\mathrm{fv}}{\mathrm{I}^2}
2fvI\dfrac{\mathrm{fv}}{\mathrm{I}}
3fv2I\dfrac{\mathrm{fv}^2}{\mathrm{I}}
4fv2I\dfrac{\mathrm{fv}}{2\mathrm{I}}
정답 및 해설

도체의 기전력은 e=fvIe=\dfrac{fv}{I}[V]이다.

전류가 흐르는 도체의 힘은 f=BlIf=BlI 이므로 Bl=fIBl=\dfrac{f}{I} 이다. 같은 도체를 자계와 직각으로 속도 v 로 움직이면 e=Blv=fIv=fvIe=Blv=\dfrac{f}{I}v=\dfrac{fv}{I} 이다.

  • fv/I² 형태: I 가 두 번 나누어져 단위가 전압이 되지 않는다.
  • fv²/I 형태: 속도가 제곱으로 들어가 e=Blv 와 맞지 않는다.
  • fv/(2I) 형태: 근거 없는 계수 1/2 이 붙었다.
문제 7
도체를 접지시킬 때 도체의 전위는 어떤 전위에 해당되는가?
1영전위
2정전위
3부전위
4전위
정답 및 해설

접지한 도체의 전위는 영전위 이다.

대지를 기준(0V)으로 하므로 접지된 도체는 대지와 같은 0V 가 된다.

  • 정전위 — 양(+)의 전위로, 0V 인 접지 도체와 다르다.
  • 부전위 — 음(-)의 전위로, 0V 인 접지 도체와 다르다.
문제 8
자장 중에서 도선에 발생되는 유기 기전력의 방향은 어떤 법칙에 의하여 설명되는가?
1패러데이(Faraday)의 법칙
2앙페르(Ampere)의 오른나사 법칙
3렌츠(Lenz)의 법칙
4가우스(Gauss)의 법칙
정답 및 해설

유도 기전력의 방향은 렌츠의 법칙으로 설명한다.

유도 기전력은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 생긴다.

  • 패러데이의 법칙 — 유도 기전력의 크기를 정한다.
  • 앙페르의 오른나사 법칙 — 전류가 만드는 자계의 방향을 정한다.
  • 가우스의 법칙 — 전하와 전속의 관계를 나타낸다.
문제 9
대전도체 표면의 전하밀도를 σ[C/m2]이라 할 때, 대전도체 표면의 단위면적이 받는 정전응력은 전하밀도 σ와 어떤 관계에 있는가?
1σ12\sigma^{\dfrac{1}{2}}에 비례
2σ32\sigma^{\dfrac{3}{2}}에 비례
3σ에 비례
4σ2에 비례
정답 및 해설

대전 도체 표면에서 단위면적당 받는 힘, 즉 정전응력은 도체 표면의 전하가 자신이 만든 전계 속에서 받는 힘이며 항상 도체 표면에서 바깥쪽으로 잡아당기는 방향(인장응력)으로 작용한다.

표면 전하밀도가 σ[C/m2]일 때 도체 표면의 전계는 E = σ/ε0 이고, 전하가 느끼는 실효 전계는 그 절반인 σ/(2ε0) 이다. 따라서 단위면적당 힘은 f = σ2/(2ε0) = ε0E2/2 = DE/2 [N/m2] 로 표현된다.

결국 정전응력은 전하밀도의 제곱에 비례한다. 전하밀도를 2배로 하면 힘은 4배가 되며, σ의 1/2제곱이나 3/2제곱에 비례한다는 형태는 위 유도 어디에서도 나오지 않는다.

문제 10
유전율 ℇ[F/m]인 유전체 중에서 전하가 Q[C], 전위가 V[V], 반지름a[m]인 도체구가 갖는 에너지는 몇 J인가?
11/2πℇaV2
2πℇaV2
32πℇaV2
44πℇaV2
정답 및 해설

도체구가 갖는 에너지는 2πεaV2 이다.

도체구의 용량 C=4πεaC=4\pi\varepsilon a

W=12CV2=12×4πεa×V2=2πεaV2W=\dfrac{1}{2}CV^{2}=\dfrac{1}{2}\times4\pi\varepsilon a\times V^{2}=2\pi\varepsilon aV^{2}

문제 11
그림과 같이 권수가 1이고 반지름 a[m]인 원형 전류 I[A]가 만드는 자계의 세기 AT/m는?
1I/a
2I/2a
3I/3a
4I/4a
정답 및 해설

그림은 반지름 a[m]인 원형 코일에 전류 I[A]가 흐르고, 구하는 점이 원의 중심 O인 배치이다(권수는 1회).

비오-사바르 법칙을 원주 전체에 적분하면 원형 코일 중심의 자계는 H=NI2aH=\dfrac{NI}{2a} 이고, N=1 이므로 H=I2a [AT/m]H=\dfrac{I}{2a}\,[\mathrm{AT/m}] 이다. 도선의 모든 미소부분이 중심에서 같은 거리 a 에 있고 방향도 모두 같아 단순한 형태가 된다.

혼동하기 쉬운 값으로 무한장 직선도체의 자계 I/2πr, 반원형 도체 중심의 자계 I/4a 가 있다. 원형 코일 중심은 반지름의 2배로 나눈다는 점만 기억하면 구분된다.

문제 12

진공 중 2×10−52\times10^{-5}[Wb]의 점자극에서 0.5[m] 떨어진 점의 자위는 약 몇 [A]인가?

10.63
21.27
32.53
45.06
정답 및 해설

점자극에서 0.5m 떨어진 점의 자위는 약 2.53A이다.

U=m4πμ0r=6.33×104×2×10−50.5≒2.53 [A]U=\dfrac{m}{4\pi\mu_0 r}=6.33\times10^{4}\times\dfrac{2\times10^{-5}}{0.5}\fallingdotseq2.53\,[\mathrm{A}]

5.06A는 r2r^2으로 나눈 값(자계의 세기 형태)이고, 1.27A는 rr로 나누지 않은 값이다.

문제 13
맥스웰 전자방정식에 대한 설명으로 틀린 것은?
1폐곡면을 통해 나오는 전속은 폐곡면 내의 전하량과 같다.
2폐곡면을 통해 나오는 자속은 폐곡면 내의 자극의 세기와 같다.
3폐곡선에 따른 전계의 선적분은 폐곡선 내를 통하는 자속의 시간 변화율과 같다.
4폐곡선에 따른 자계의 선적분은 폐곡선 내를 통하는 전류와 전속의 시간적 변화율을 더한 것과 같다.
정답 및 해설

맥스웰 방정식 중 폐곡면을 통해 나오는 전속(전기선속)은 폐곡면 내부의 전하량과 같다는 가우스 법칙, 폐곡선을 따른 전계의 선적분은 폐곡선 내를 통하는 자속의 시간변화율과 같다는 패러데이 법칙, 폐곡선을 따른 자계의 선적분은 전류와 전속의 시간적 변화율의 합과 같다는 앙페르-맥스웰 법칙은 모두 옳은 설명이다.

그러나 자기에는 전하와 같은 단독 자극(자기 단극)이 존재하지 않으므로, 폐곡면을 통해 나오는 자속의 총합은 항상 0이다. 이를 "폐곡면 내의 자극의 세기와 같다"고 설명하는 것은 자기 단극의 존재를 전제로 한 것이어서 틀린 설명이다.

문제 14
두 개의 똑같은 작은 도체구를 접촉하여 대전시킨 후 1[m] 거리에 떼어 놓았더니 작은 도체구는 서로 9×10-3[N]의 힘으로 반발했다. 각 전하는 몇 [C]인가?
110-8
210-6
310-4
410-2
정답 및 해설

각 구의 전하는 10-6 C 이다.

접촉시킨 똑같은 도체구는 전하를 반씩 나눠 가지므로 두 구의 전하가 같다(Q).

쿨롱의 법칙: F=9×109Q2r2F=9\times10^{9}\dfrac{Q^{2}}{r^{2}}

Q=9×10−3×129×109=10−12=10−6 CQ=\sqrt{\dfrac{9\times10^{-3}\times1^{2}}{9\times10^{9}}}=\sqrt{10^{-12}}=10^{-6}\,\mathrm{C}

문제 15
여러 가지 도체의 전하 분포에 있어서 각 도체의 전하를 n배할 경우, 중첩의 원리가 성립하기 위해서 그 전위는 어떻게 되는가?
112n\dfrac{1}{2}n 이 된다.
2n배가 된다.
32n배가 된다.
4n2배가 된다.
정답 및 해설

도체계에서 각 도체의 전위는 전위계수를 이용해 Vi = pi1Q1 + pi2Q2 + … + pinQn 로 나타낸다. 여기서 pij는 도체의 모양·크기·배치로만 결정되는 상수이므로, 이 관계식은 전하에 대한 1차(선형) 식이다.

따라서 모든 도체의 전하를 함께 n배 하면 우변의 각 항이 그대로 n배가 되어 전위도 n배가 된다. 이 선형성이 곧 전위에 대해 중첩의 원리가 성립하는 근거이며, 여러 전하가 만드는 전위를 따로 구해 더할 수 있는 이유이기도 하다.

전위가 n2배가 되려면 전하와 전위 사이가 제곱 관계여야 하는데, 정전계에서 그런 관계를 갖는 것은 전위가 아니라 정전에너지 W = ½QV 이다. 전위 자체는 전하에 정비례하므로 ½n배나 2n배가 될 이유도 없다.

문제 16
철심이 들어있는 환상코일이 있다. 1차 코일의 권수N1=100회일 때 자기인덕턴스는 0.01[H] 였다. 이 철심에 2차 코일 N2=200회를 감았을 때 1, 2차 코일의 상호인덕턴스는 몇 [H]인가? (단, 이 경우 결합계수 k=1로 한다.)
10.01
20.02
30.03
40.04
정답 및 해설

상호인덕턴스는 0.02 H이다.

환상철심 코일의 인덕턴스는 권수의 제곱에 비례하므로
L2=L1(N2N1)2=0.01×4=0.04 HL_2=L_1\left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^2=0.01\times4=0.04\,\mathrm{H}

결합계수 k=1 이므로
M=kL1L2=0.01×0.04=0.02 HM=k\sqrt{L_1L_2}=\sqrt{0.01\times0.04}=0.02\,\mathrm{H}

문제 17
평행판 콘덴서에 어떤 유전체를 넣었을 때 전속밀도가 4.8×10-7[C/m2]이고 단위 체적당 정전 에너지가 5.3×10-3[J/m3]이었다. 이 유전체의 유전율은 몇 [F/m]인가?
11.15 × 10-11
22.17 × 10-11
33.19 × 10-11
44.21 × 10-11
정답 및 해설

유전체의 유전율은 약 2.17×10−112.17\times10^{-11} F/m이다.

단위 체적당 정전 에너지는 w=12ED=12ϵE2=D22ϵw=\dfrac{1}{2}ED=\dfrac{1}{2}\epsilon E^2=\dfrac{D^2}{2\epsilon} 이다(D=ϵED=\epsilon E 대입).

유전율에 대해 풀면
ϵ=D22w\epsilon=\dfrac{D^2}{2w}
값을 대입하면
ϵ=(4.8×10−7)22×5.3×10−3=2.304×10−131.06×10−2=2.17×10−11\epsilon=\dfrac{(4.8\times10^{-7})^2}{2\times5.3\times10^{-3}}=\dfrac{2.304\times10^{-13}}{1.06\times10^{-2}}=2.17\times10^{-11}

이는 비유전율 ϵr=ϵ/ϵ0≈2.45\epsilon_r=\epsilon/\epsilon_0\approx2.45 정도의 유전체에 해당한다.

문제 18
영역 1의 유전체 εr1=4, μr1=1, σ1=0\varepsilon_{r1}=4,\ \mu_{r1}=1,\ \sigma_1=0과 영역 2의 유전체 εr2=9, μr2=1, σ2=0\varepsilon_{r2}=9,\ \mu_{r2}=1,\ \sigma_2=0때 영역 1에서 영역 2로 입사된 전자파에 대한 반사계수는?
1-0.2
2-0.5
30.2
40.8
정답 및 해설

반사계수는 -0.2이다.

두 영역 모두 σ = 0 인 무손실 유전체이므로 고유임피던스는 η = √(μ/ε) = η0√(μr/εr) 이다. 따라서 η1 = η0√(1/4) = η0/2, η2 = η0√(1/9) = η0/3 이다.

수직 입사 시 반사계수는 Γ = (η2-η1)/(η2+η1) = (1/3 - 1/2)/(1/3 + 1/2) = (-1/6)/(5/6) = -0.2 이다.

부호가 음(-)인 것은 유전율이 큰(고유임피던스가 작은) 매질로 입사할 때 반사파 전계의 위상이 180° 뒤집히기 때문이다. 크기 0.2 는 입사 전계의 20%가 반사된다는 뜻이고, 투과계수는 1+Γ = 0.8 이다.

문제 19
반지름 a[m]되는 도선의 1[m]당 내부 자기 인덕턴스는 몇 [H/m]인가?
1μ/8π
2μ/4π
3μa/8π
4μa/4π
정답 및 해설

도선의 단위 길이당 내부 인덕턴스는 μ8π [H/m]\dfrac{\mu}{8\pi}\,[\mathrm{H/m}] 이다.

도선 내부의 자속쇄교를 에너지로 계산하면 반지름 a 와 관계없이 L=μ8πL=\dfrac{\mu}{8\pi} 로 일정하다.

  • μ4π\dfrac{\mu}{4\pi} — 계수가 2배 크다.
  • μa8π\dfrac{\mu a}{8\pi} 와 μa4π\dfrac{\mu a}{4\pi} — 내부 인덕턴스는 반지름 a 에 의존하지 않는다.
문제 20
투자율 μ[H/m], 자계의 세기 H[AT/m], 자속밀도 B[Wb/m2]인 곳의 자계 에너지 밀도 [J/m3]는?
1B22μ\dfrac{B^2}{2\mu}
2H22μ\dfrac{H^2}{2\mu}
312μH\dfrac{1}{2}\mu H
4BH
정답 및 해설

자계 에너지 밀도는 B22μ\dfrac{B^2}{2\mu} [J/m3] 이며 12μH2=12BH\dfrac{1}{2}\mu H^2=\dfrac{1}{2}BH 와 같은 값이다.

단위체적당 자계 에너지는 w=∫H dBw=\displaystyle\int H\,dB 이고, B=μHB=\mu H 인 선형 매질이면 삼각형 넓이가 되어
w=12BHw=\dfrac{1}{2}BH [J/m3]

H=BμH=\dfrac{B}{\mu} 를 넣으면
w=12B⋅Bμ=B22μw=\dfrac{1}{2}B\cdot\dfrac{B}{\mu}=\dfrac{B^2}{2\mu}
B=μHB=\mu H 를 넣으면 w=12μH2w=\dfrac{1}{2}\mu H^2 로도 쓸 수 있으며, 세 식은 B22μ=12μH2=12BH\dfrac{B^2}{2\mu}=\dfrac{1}{2}\mu H^2=\dfrac{1}{2}BH 로 모두 같다.

  • H22μ\dfrac{H^2}{2\mu} : 어느 식과도 맞지 않는다.
  • 12μH\dfrac{1}{2}\mu H : 어느 식과도 맞지 않는다.
문제 21
100[kVA] 단상변압기 3대를 △-△결선으로 사용 하다가 1대의 고장으로 V-V 결선으로 사용하면 약 몇 [kVA] 부하까지 사용할 수 있는가?
1150
2173
3225
4300
정답 및 해설

V-V결선으로 사용할 수 있는 부하는 약 173kVA이다.

△-△결선 중 1대가 고장나 2대로 V-V결선을 하면 공급 가능한 용량은 단상변압기 1대 용량의 3\sqrt{3}배가 된다.

1대 용량이 100kVA이므로
3×100≈173 kVA\sqrt{3}\times100\approx173\,\mathrm{kVA}

문제 22
보호계전기의 구비 조건으로 틀린 것은?
1고장 상태를 신속하게 선택 할 것
2조정 범위가 넓고 조정이 쉬울 것
3보호동작이 정확하고 감도가 예민할 것
4접점의 소모가 크고, 열적 기계적 강도가 클 것
정답 및 해설

틀린 것은 접점의 소모가 크다는 서술이다.

보호계전기는 고장을 신속·정확하게 선택·검출하고 감도가 예민해야 하며, 정정값 조정 범위가 넓으면서 조정이 쉬워야 한다.

신뢰성 있는 계전기는 접점 소모가 적고 열적·기계적 강도가 커야 하므로, 접점 소모가 크다는 부분이 실제와 반대이다.

문제 23
순저항 부하의 부하전력 P(kW), 전압 E(V), 선로의 길이 l(m), 고유저항 ρ(Ω·mm2/m)인 단상 2선식 선로에서 선로 손실을 q(W)라 하면, 전선의 단면적(mm2)은 어떻게 표현되는 가?
1ρlP2qE2×106\dfrac{\rho lP^2}{qE^2}\times 10^6
22ρlP2qE2×106\dfrac{2\rho lP^2}{qE^2}\times 10^6
3ρlP22qE2×106\dfrac{\rho lP^2}{2qE^2}\times 10^6
42ρlP2q2E×106\dfrac{2\rho lP^2}{q^2E}\times 10^6
정답 및 해설

전선의 단면적은 A = 2ρlP2/(qE2)×106이다.

순저항 부하이므로 역률이 1이고, 단상 2선식의 전류는 다음과 같다.
I=P×103EI=\dfrac{P\times10^{3}}{E} [A] (PP가 kW 단위이므로 10310^3을 곱한다)

왕복 2가닥이 손실을 내므로 q=2I2Rq=2I^2R이고, 단면적을 mm2로 두면 R=ρlAR=\rho\dfrac{l}{A}이다.
q=2(P×103E)2ρlAq=2\left(\dfrac{P\times10^{3}}{E}\right)^{2}\dfrac{\rho l}{A}

이를 A에 대해 정리한다.
A=2ρl (P×103)2qE2=2ρlP2qE2×106A=\dfrac{2\rho l\,(P\times10^{3})^{2}}{qE^{2}}=\dfrac{2\rho lP^{2}}{qE^{2}}\times10^{6} [mm2]

고유저항의 단위가 Ω⋅mm2/m\Omega\cdot\mathrm{mm}^{2}/\mathrm{m}이므로 별도의 단위 환산 없이 10610^{6}은 kW를 W로 고친 데서만 나온다.

문제 24
우리나라의 특고압 배전방식으로 가장 많이 사용되고 있는 것은?
1단상2선식
23상3선식
33상4선식
42상4선식
정답 및 해설

우리나라 특고압 배전은 주로 3상 4선식이다.

다중접지 방식으로 3상 4선식을 쓰며, 선간 전압과 상전압을 함께 공급할 수 있어 배전에 유리하다.

  • 단상 2선식은 저압 소규모 부하에 쓴다.
  • 3상 3선식은 송전선로에 주로 쓴다.
  • 2상 4선식은 일반 배전에서 쓰지 않는다.
문제 25

계기용 변성기에 대한 설명으로 틀린 것은?

1계기용 변압기(PT)는 고전압을 110[V] 정도의 저전압으로 변성하여 계기·계전기에 공급한다.
2변류기(CT)는 대전류를 5[A] 정도의 소전류로 변성하며, 2차측을 개방한 채 운전하면 안 된다.
3영상변류기(ZCT)는 3상 전류의 합인 영상전류를 검출하여 지락보호에 사용한다.
4접지형 계기용 변압기(GPT)는 지락 시 흐르는 영상전류를 검출하여 지락과전류계전기를 동작시킨다.
정답 및 해설

틀린 설명은 GPT가 지락 시 영상전류를 검출한다는 것이다.

접지형 계기용 변압기(GPT)는 1차 Y(중성점 접지)·3차 오픈델타 결선으로 지락 시의 영상전압을 검출하여 지락과전압계전기(OVGR)나 선택지락계전기(SGR)에 공급한다.
영상전류 검출은 ZCT의 역할이다.

CT 2차를 개방하면 2차에 고전압이 유기되어 절연이 파괴되므로 점검 시 반드시 단락한다.

문제 26
전력용 조상설비 중 무효전력 흡수를 진상과 지상양용으로 할 수 있는 것은?
1동기조상기
2분로리액터
3직렬리액터
4전력용콘덴서
정답 및 해설

진상과 지상을 모두 담당하는 것은 동기조상기이다.

여자를 조정하여 과여자로 진상, 부족 여자로 지상 무효전력을 낼 수 있다.

  • 분로리액터는 지상 무효전력만 흡수한다.
  • 직렬리액터는 조상설비가 아니다.
  • 전력용콘덴서는 진상 무효전력만 공급한다.
문제 27
다음 중 3상 차단기의 정격차단용량으로 알맞은 것은?
1정격전압×정격차단전류
2√3×정격전압×정격차단전류
33×정격전압×정격차단전류
43√3×정격전압×정격차단전류
정답 및 해설

3상 차단기의 정격차단용량은 √3 × 정격전압 × 정격차단전류이다.

3상 피상전력 형태로 Ps=3 VnIsP_s=\sqrt3\,V_nI_s이다.

  • √3을 곱하지 않은 식은 단상에 해당한다.
  • 3을 곱하거나 3√3을 곱하는 식은 3상 피상전력 공식과 맞지 않는다.
문제 28
수전 용량에 비해 첨두부하가 커지면 부하율은 그에 따라 어떻게 되는가?
1높아진다.
2낮아진다.
3변하지 않고 일정하다.
4부하의 종류에 따라 달라진다.
정답 및 해설

첨두부하가 커지면 부하율은 낮아진다.

부하율은 평균 전력 ÷ 최대 전력이다. 최대 전력이 커지면 부하율은 작아진다.

  • 높아진다는 것은 분모가 커지는 방향과 반대이다.
  • 일정하다면 최대 전력 증가가 반영되지 않는다.
  • 부하의 종류와 무관하게 정의로 결정된다.
문제 29
도체 표면의 전류 밀도가 커지고 도체중심으로 갈수록 전류 밀도가 작아지는 효과는?
1표피효과
2홀효과
3펠티에효과
4제벡효과
정답 및 해설

이 현상은 표피효과이다.

교류 전류가 도체 표면으로 몰리는 현상으로 주파수와 도전율이 클수록 표면 집중이 커진다.

  • 홀효과는 자계 속 전류에 수직한 기전력이 생기는 현상이다.
  • 펠티에 효과는 전류에 의한 열의 흡수·발생 현상이다.
  • 제벡 효과는 온도차에 의한 기전력 발생 현상이다.
문제 30
송전단 전압이 154kV, 수전단 전압이 150kV인 송전선로에서 부하를 차단하였을 때 수전단 전압이 152kV가 되었다면 전압 변동률은 약 몇 %인가?
11.11
21.33
31.63
42.25
정답 및 해설

전압 변동률은 약 1.33%이다.

전압 변동률은 부하 차단 전후 수전단 전압의 변화를 수전단 전압으로 나눈 백분율이다.

부하 차단 전 150kV, 차단 후 152kV이므로 전압 상승량은 152 − 150 = 2kV이다.

ΔVVr×100=2150×100=200150=1.333%\frac{\Delta V}{V_r} \times 100 = \frac{2}{150} \times 100 = \frac{200}{150} = 1.333\%

문제 31
배전선로의 역률개선에 따른 효과로 적합하지 않은 것은?
1전원측 설비의 이용률 향상
2선로절연에 요하는 비용 절감
3전압강하 감소
4선로의 전력손실 경감
정답 및 해설

역률개선 효과로 적합하지 않은 것은 선로절연 비용 절감이다.

선로의 절연은 흐르는 전류의 크기가 아니라 계통의 사용전압(대지전위)에 의해 결정된다.

  • 같은 유효전력에 필요한 전류가 줄어 선로의 전력손실이 경감된다.
  • 같은 이유로 전압강하도 감소한다.
  • 변압기 등 전원측 설비의 여유용량이 늘어 이용률이 향상된다.
문제 32
뒤진 역률 80%, 10kVA의 부하를 가지는 주상변압기의 2차측에 2kVA의 전력용 콘덴서를 접속하면 주상변압기에 걸리는 부하는 약 몇 kVA가 되겠는가?
18
28.5
39
49.5
정답 및 해설

주상변압기에 걸리는 부하는 약 9kVA이다.

뒤진 역률 80%인 10kVA 부하의 유효전력과 무효전력은 다음과 같다.
P=10×0.8=8 kWP = 10 \times 0.8 = 8\ \mathrm{kW}
Q=10×0.6=6 kvarQ = 10 \times 0.6 = 6\ \mathrm{kvar}

2kvar 전력용 콘덴서를 접속하면 진상 무효전력이 상쇄되어 무효전력이 줄어든다.
6−2=4 kvar6-2=4\ \mathrm{kvar}

따라서 부하는
82+42=80≈9 kVA\sqrt{8^2+4^2} = \sqrt{80} \approx 9\ \mathrm{kVA}이다.

문제 33
송전계통의 안정도 증진방법에 대한 설명이 아닌 것은?
1전압변동을 작게 한다.
2직렬리액턴스를 크게 한다.
3고장 시 발전기 입ㆍ출력의 불평형을 작게 한다.
4고장전류를 줄이고 고장구간을 신속하게 차단한다.
정답 및 해설

안정도 증진방법이 아닌 것은 직렬리액턴스를 크게 한다는 설명이다.

직렬리액턴스를 크게 하면 계통의 동기화력이 약해져 안정도가 오히려 저하되므로, 안정도 증진에는 직렬리액턴스를 작게 해야 한다.

  • 전압변동을 작게 하는 것은 안정도 증진에 효과적이다.
  • 고장 시 발전기 입·출력의 불평형을 작게 하는 것도 효과적이다.
  • 고장전류를 신속히 차단해 고장 지속시간을 줄이는 것도 효과적이다.
문제 34
소호 원리에 따른 차단기의 종류 중에서 소호실에서 아크에 의한 절연유 분해가스의 흡부력을 이용하여 차단하는 것은?
1유입 차단기
2기중 차단기
3자기 차단기
4가스 차단기
정답 및 해설

유입 차단기는 절연유 속에서 아크를 발생시켜, 아크열로 절연유가 분해되며 생기는 수소가스 등의 흡부력(소호가스의 압력과 유동)을 이용해 아크를 냉각·소호하는 방식이다.

기중차단기는 공기 중에서, 자기차단기는 자계에 의한 아크 신장으로, 가스차단기는 SF6 등 절연가스를 이용해 소호하므로 절연유 분해가스를 이용하는 방식과는 다르다.

문제 35
3상 1회선과 대지간의 충전전류가 0.3 A/km 일때, 길이가 35km인 선로의 충전전류는 몇 A인가?
16.1
210.5
314.9
418.2
정답 및 해설

충전전류는 10.5 A이다.

충전전류는 길이에 비례하므로 0.3×35=10.5 A0.3\times35=10.5\ \mathrm{A}이다.

  • 6.1·14.9·18.2는 비례 계산이 어긋난 값이다.
문제 36
송배전 선로에 사용하는 직렬 콘덴서에 대한 설명으로 옳은 것은?
1최대 송전전력이 감소하고 정태 안정도가 감소된다.
2부하의 변동에 따른 수전단의 전압변동률은 증대된다.
3선로의 유도 리액턴스를 보상하고 전압강하를 감소시킨다.
4송·수 양단의 전달 임피던스가 증가하고 안정극한전력이 감소한다.
정답 및 해설

직렬 콘덴서는 선로의 유도 리액턴스를 보상하고 전압강하를 감소시킨다.

직렬로 넣은 콘덴서의 용량성 리액턴스가 선로 리액턴스를 상쇄하므로 송전 용량이 증가한다.

  • 최대 송전전력이 감소하고 정태 안정도가 감소한다는 설명은 반대이다.
  • 전압변동률이 커진다는 설명은 전압강하 감소와 맞지 않는다.
  • 전달 임피던스 증가·안정극한전력 감소도 반대이다.
문제 37
발전기의 자기여자현상을 방지하기 위한 대책으로 적합하지 않은 것은?
1단락비를 크게 한다.
2포화율을 작게 한다.
3선로의 충전전압을 높게 한다.
4발전기 정격전압을 높게 한다.
정답 및 해설

선로 충전전압을 높게 하는 것은 자기여자 방지 대책이 아니다.

자기여자는 충전 전류가 커서 발전기 전압이 상승하는 현상이므로 충전 전압이 높으면 더 쉽게 발생한다.

  • 단락비를 크게 하는 것은 방지 대책이다.
  • 포화율을 작게 하는 것은 방지 대책이다.
  • 발전기 정격전압을 높게 하는 것도 방지 대책에 포함된다.
문제 38
변류기 개방 시 2차측을 단락하는 이유는?
12차측 절연 보호
22차측 과전류 보호
3측정오차 방지
41차측 과전류 방지
정답 및 해설

변류기(CT)는 부하전류에 비례한 전류를 2차측에 흘리는 것을 전제로 설계되므로, 운전 중에 2차측을 개방하면 1차 전류가 모두 여자전류로 작용해 철심이 심하게 포화되면서 2차측에 매우 높은 전압이 유기된다.

이 이상전압은 2차 권선이나 접속 기기의 절연을 파괴하거나 감전 사고로 이어질 수 있으므로, 변류기 개방 시에는 반드시 2차측을 단락하여 절연을 보호한다.

문제 39
3상 3선식에서 일정한 거리에 일정한 전력을 송전할 경우 전로에서의 저항손은?
1선간전압에 비례한다.
2선간전압에 반비례한다.
3선간전압의 2승에 비례한다.
4선간전압의 2승에 반비례한다.
정답 및 해설

저항손은 선간전압의 2승에 반비례한다.

전력이 일정하면 I=P3Vcos⁡θI=\dfrac{P}{\sqrt3V\cos\theta}이므로 손실은 3I2R∝1V23I^{2}R\propto\dfrac{1}{V^{2}}이다.

  • 선간전압에 비례하면 승압할수록 손실이 커지는 모순이 된다.
  • 선간전압에 반비례하는 것은 손실이 전류 제곱에 비례한다는 점을 놓친 것이다.
  • 선간전압의 2승에 비례하는 것도 반대 관계이다.
문제 40
다음 중 송전선로의 역섬락을 방지하기 위한 대책으로 가장 알맞은 방법은?
1가공지선을 설치함
2피뢰기를 설치함
3탑각저항을 낮게함
4소호각을 설치함
정답 및 해설

역섬락 방지에는 탑각저항을 낮게 하는 것이 가장 알맞다.

직격뢰 전류가 철탑으로 흐를 때 탑각 전위가 올라 애자에 역방향 섬락이 생기므로 접지저항을 낮춘다.

  • 가공지선은 직격뢰를 차폐한다.
  • 피뢰기는 서지 전압을 제한하는 설비이다.
  • 소호각은 아크를 애자에서 멀리 유도한다.
문제 41
직류 전동기의 회전수는 자속이 감소하면 어떻게 되는가?
1불변이다.
2정지한다.
3저하한다.
4상승한다.
정답 및 해설

자속이 감소하면 회전수는 상승한다.

직류 전동기의 속도는 N=KV−IaRaϕN=K\dfrac{V-I_aR_a}{\phi} 이므로 자속에 반비례한다. 특히 계자가 끊기면 속도가 위험하게 올라간다.

  • 불변이 되려면 자속과 무관해야 하는데 속도식에 자속이 들어 있다.
  • 자속이 줄어든다고 정지하지는 않는다.
  • 속도가 저하하는 것은 자속이 증가할 때이다.
문제 42
3상 동기기의 제동권선을 사용하는 주 목적은?
1출력이 증가한다.
2효율이 증가한다.
3역률을 개선한다.
4난조를 방지한다.
정답 및 해설

동기기가 부하 급변이나 계통 외란을 받으면 회전자 속도가 동기속도를 중심으로 진동하는 난조(hunting)가 발생할 수 있다. 제동권선은 회전자 표면에 설치된 농형 권선으로, 회전자가 동기속도에서 벗어나 상대적으로 회전하면 유도전류가 흘러 이 진동을 억제하는 제동토크를 발생시킨다.

따라서 제동권선의 주 목적은 출력이나 효율 증대, 역률 개선이 아니라 난조 방지이며, 이 외에도 기동토크 보조 등의 부수적 효과가 있다.

문제 43

정격용량 P [kVA]P\,[\mathrm{kVA}], 정격전압(선간) V [kV]V\,[\mathrm{kV}], 1상의 동기임피던스 Zs [Ω]Z_s\,[\Omega] 인 3상 동기발전기의 퍼센트 동기임피던스 %Zs\%Z_s 를 나타낸 식은?

110PZsV2\dfrac{10PZ_s}{V^2}
2PZs10V\dfrac{PZ_s}{10V}
3PZs10V2\dfrac{PZ_s}{10V^2}
43PZs10V2\dfrac{\sqrt{3}PZ_s}{10V^2}
정답 및 해설

퍼센트 동기임피던스는 %Zs=PZs10V2\%Z_s = \dfrac{PZ_s}{10V^2}이다.

%Zs=InZsEn×100\%Z_s = \dfrac{I_n Z_s}{E_n}\times 100, 정격전류 In=P3VI_n = \dfrac{P}{\sqrt{3}V}, 상전압 En=V3E_n = \dfrac{V}{\sqrt{3}}
%Zs=PZsV2×100\%Z_s = \dfrac{P Z_s}{V^2}\times 100에서 P[kVA]=103, V[kV]2=106을 넣으면 %Zs=PZs10V2\%Z_s = \dfrac{PZ_s}{10V^2}이 된다.

참고로 단락비는 Ks=100%ZsK_s = \dfrac{100}{\%Z_s}이다.

문제 44
200kW, 200V의 직류 분권발전기가 있다. 전기자 권선의 저항이 0.025Ω일 때 전압변동률은 몇 % 인가?
16.0
212.5
320.5
425.0
정답 및 해설

직류 분권발전기의 전압변동률은 전압변동률(%)=ΔVVn×100\text{전압변동률}(\%) = \frac{\Delta V}{V_n} \times 100으로 구하며, 여기서 ΔV=Ia×Ra\Delta V = I_a \times R_a(전기자 저항에서의 전압강)이다.

먼저 정격 전기자 전류를 구하면 Ia=PV=200,000200=1,000 AI_a = \frac{P}{V} = \frac{200,000}{200} = 1,000\text{ A}이고,
전압강은 ΔV=1,000×0.025=25 V\Delta V = 1,000 \times 0.025 = 25\text{ V}이다.
따라서 전압변동률은 25200×100=12.5%\frac{25}{200} \times 100 = 12.5\%이다.

문제 45
무부하에서 자기 여자로 전압을 확립하지 못하는 직류발전기는?
1분권발전기
2직권발전기
3타여자발전기
4차동복권발전기
정답 및 해설

무부하에서 자기여자로 전압을 확립하지 못하는 발전기는 직권발전기이다.

잔류자기만으로 전압을 확립하려면 계자권선에 전류가 흘러 잔류자기를 강화해야 한다.

직권발전기는 계자권선이 전기자·부하와 직렬이어서 무부하에서는 계자전류도 흐르지 않는다.

  • 분권발전기는 전기자와 병렬인 분권 계자회로가 있어 무부하에서도 전압이 확립된다.
  • 차동복권발전기도 분권 계자회로가 있어 무부하에서 전압이 확립된다.
  • 타여자발전기는 외부 전원으로 계자를 여자하므로 무부하에서도 전압을 얻을 수 있다.
문제 46
부스트(Boost)컨버터의 입력전압이 45V로 일정하고, 스위칭 주기가 20kHz, 듀티비(Duty ratio)가 0.6, 부하저항이 10Ω일 때 출력전압은 몇 V 인가? (단, 인덕터에는 일정한 전류가 흐르고 커패시터 출력전압의 리플성분은 무시한다.)
127
267.5
375
4112.5
정답 및 해설

출력전압은 112.5V이다.

정상상태에서 인덕터 전압의 한 주기 평균은 0이어야 한다.
스위치가 켜진 DTDT 동안 인덕터에는 ViV_i가, 꺼진 (1−D)T(1-D)T 동안에는 Vi−VoV_i-V_o가 걸리므로
ViDT+(Vi−Vo)(1−D)T=0V_iDT+(V_i-V_o)(1-D)T=0

정리하면
Vo=Vi1−DV_o=\dfrac{V_i}{1-D}
Vo=451−0.6=450.4=112.5V_o=\dfrac{45}{1-0.6}=\dfrac{45}{0.4}=112.5 [V]

스위칭 주파수 20kHz와 부하저항 10Ω은 리플 크기와 전류 연속 여부를 따질 때 쓰는 값이라, 리플을 무시한 출력전압 평균값에는 영향을 주지 않는다.

문제 47
직류 분권전동기의 정격전압 200[V], 정격전류 105[A], 전기자 저항 및 계자 회로의 저항이 각각 0.1[Ω] 및 40[Ω]이다. 기동전류를 정격전류의 150[%]로 할 때의 기동 저항은 약 몇 [Ω]인가?
10.46
20.92
31.08
41.21
정답 및 해설

기동 저항은 약 1.21Ω이다.

계자전류는 If=20040=5 AI_f=\frac{200}{40}=5\,\text{A}이다.

기동 시 선전류는 105×1.5=157.5 A105\times1.5=157.5\,\text{A}이므로 전기자전류는 Ia=157.5−5=152.5 AI_a=157.5-5=152.5\,\text{A}이다.

기동 순간 역기전력은 0이므로
Rs=VIa−Ra=200152.5−0.1≈1.21 ΩR_s=\frac{V}{I_a}-R_a=\frac{200}{152.5}-0.1\approx1.21\,\Omega이다.

문제 48
무부하 전동기는 역률이 낮지만 부하가 증가하면 역률이 커지는 이유는?
1전류 증가
2효율 증가
3전압 감소
42차 저항 증가
정답 및 해설

부하가 늘수록 역률이 좋아지는 것은 전류 증가 때문이다.

무부하 전류는 대부분 자화를 위한 무효분이라 역률이 낮다. 부하가 늘면 유효분(부하 전류)이 커지고 무효분은 거의 일정하므로 전체 전류의 위상이 전압에 가까워진다.

  • 효율이 증가해서 역률이 오르는 것이 아니다. 효율과 역률은 별개의 양이다.
  • 전압은 부하와 무관하게 거의 일정하다.
  • 2차 저항 증가는 역률 개선의 원인이 아니다.
문제 49
전부하에서 동손 100[W], 철손 50[W]인 변압기가 최대효율을 나타내는 부하는?
150[%]
267[%]
370[%]
486[%]
정답 및 해설

최대 효율 부하는 전부하의 약 70[%]이다.

최대 효율 조건은 철손 = 동손이다. 동손은 부하율의 제곱에 비례하므로 m2Pc=Pim^2P_c=P_i.

m=PiPc=50100≈0.707m=\sqrt{\dfrac{P_i}{P_c}}=\sqrt{\dfrac{50}{100}}\approx0.707

문제 50
변압기 결선 방식에서 △-△결선 방식의 특성이 아닌 것은?
1중성점 접지를 할 수 없다.
2110kV 이상 되는 계통에서 많이 사용되고 있다.
3외부에 고조파 전압이 나오지 않으므로 통신 장해의 염려가 없다.
4단상 변압기 3대 중 1대의 고장이 생겼을 때 2대로 V결선하여 송전할 수 있다.
정답 및 해설

△-△ 결선의 특성이 아닌 것은 110kV 이상 계통에서 많이 쓰인다는 설명이다.

110kV 이상의 고전압 계통에는 중성점 접지가 가능한 Y-Y(또는 Y-△) 결선이 주로 쓰인다. △-△는 중성점이 없어 주로 저전압·대전류 계통에 쓴다.

  • 중성점 접지를 할 수 없다 — △-△의 특성이다.
  • 제3고조파가 결선 내부를 순환해 외부 고조파 전압이 없고 통신 장해가 적다 — 맞는 설명이다.
  • 1대가 고장 나도 나머지 2대로 V결선 운전이 가능하다 — 맞는 설명이다.
문제 51
3상 유도 전동기를 급속하게 정지시킬 경우에 사용되는 제동법은?
1발전 제동법
2회생 제동법
3마찰 제동법
4역상 제동법
정답 및 해설

급속 정지에 사용하는 제동법은 역상제동(플러깅)이다.

회전 중인 전동기의 전원 접속 순서(상순)를 반대로 바꾸어 역방향 토크를 발생시킨다.

강한 제동토크를 얻을 수 있어 단시간 정지에 적합하며, 발전제동이나 회생제동에 비해 제동력이 크고 급정지에 유리하다.

문제 52
변압기의 병렬운전에서 1차 환산 누설임피던스가 2+j3Ω 과 3+j2Ω일 때 변압기에 흐르는 부하 전류가 50A이면순환전류[A]는?(단, 다른 정격은 모두 같다.)
110
28
35
43
정답 및 해설

순환전류의 크기는 5A이다.

부하전류는 임피던스에 반비례해 나뉜다.
I1=IZ2Z1+Z2I_1=I\frac{Z_2}{Z_1+Z_2}, I2=IZ1Z1+Z2I_2=I\frac{Z_1}{Z_1+Z_2}

순환전류는 두 전류 차의 절반이다.
Ic=I1−I22=I(Z2−Z1)2(Z1+Z2)I_c=\frac{I_1-I_2}{2}=\frac{I(Z_2-Z_1)}{2(Z_1+Z_2)}

대입하면
Ic=50(1−j1)2(5+j5)=5(1−j)1+j=−j5I_c=\frac{50(1-j1)}{2(5+j5)}=\frac{5(1-j)}{1+j}=-j5이므로 크기는 5A이다.

문제 53
정격출력 5[kW], 정격 전압 100[V]의 직류 분권 전동기를 전기 동력계로 사용하여 시험하였더니 전기 동력계의 저울이 5[kg]을 나타내었다. 이때 전동기의 출력[kW]은 약 얼마인가? (단, 동력계의 암(arm) 길이는 0.6[m], 전동기의 회전수는 1500[rpm]으로 한다.)
13.69
23.81
34.62
44.87
정답 및 해설

전동기 출력은 약 4.62[kW]이다.

출력은 토크 × 각속도이다.

T=5×0.6=3 kg⋅m=3×9.8=29.4 N⋅mT=5\times0.6=3\,\mathrm{kg\cdot m}=3\times9.8=29.4\,\mathrm{N\cdot m}
ω=2π×150060≈157.1 rad/s\omega=\dfrac{2\pi\times1500}{60}\approx157.1\,\mathrm{rad/s}

P=ωT=157.1×29.4≈4618 W≈4.62 kWP=\omega T=157.1\times29.4\approx4618\,\mathrm{W}\approx4.62\,\mathrm{kW}

문제 54
전압이나 전류의 제어가 불가능한 소자는?
1SCR
2GTO
3IGBT
4Diode
정답 및 해설

전압이나 전류의 제어가 불가능한 소자는 다이오드이다.

다이오드는 순방향이면 도통하고 역방향이면 차단되는 특성만 가질 뿐, 게이트 같은 제어 단자가 없어 도통 시점이나 크기를 외부에서 제어할 수 없다.

  • SCR은 게이트 신호로 턴온을 제어할 수 있다.
  • GTO는 게이트 신호로 턴온·턴오프를 제어할 수 있다.
  • IGBT는 게이트 전압으로 스위칭을 제어할 수 있다.
문제 55
스테핑전동기의 스텝각이 3°이고, 스테핑주파수(pulse rate)가 1200pps이다. 이 스테핑전동기의 회전속도[rps]는?
110
212
314
416
정답 및 해설

회전속도는 10rps이다.

스테핑전동기의 회전속도는 스텝각과 펄스속도로 구한다.

스텝각 3°, 펄스속도 1200pps를 대입하면
N[rps]=θs360°×fp=3°360°×1200=10 rpsN[\mathrm{rps}] = \dfrac{\theta_s}{360°}\times f_p = \dfrac{3°}{360°}\times 1200 = 10\,\mathrm{rps}이다.

문제 56

6극, 60[Hz]의 3상 유도전동기가 2차 효율 95[%]로 운전되고 있다. 이때의 회전속도는 몇 [rpm]인가? (단, 기계손은 무시한다.)

11080
21140
31200
41710
정답 및 해설

2차 효율 95%로 운전할 때 회전속도는 1140rpm이다.

동기속도 Ns=120fp=120×606=1200 [rpm]N_s=\dfrac{120f}{p}=\dfrac{120\times60}{6}=1200\,[\mathrm{rpm}]
2차 효율 η2=P0P2=1−s=NNs\eta_2=\dfrac{P_0}{P_2}=1-s=\dfrac{N}{N_s}이므로 N=η2Ns=0.95×1200=1140 [rpm]N=\eta_2 N_s=0.95\times1200=1140\,[\mathrm{rpm}]

1710rpm은 4극으로 잘못 계산한 값이고, 1200rpm은 동기속도이다.

문제 57
직류 분권 발전기가 있다. 극당 자속 0.01[Wb], 도체수 400, 회전수 600[rpm]인 6극 직류기의 유기기전력은 몇 [V]인가? (단, 병렬 회로수는 2이다.)
1100
2120
3140
4160
정답 및 해설

유기기전력은 120[V]이다.

직류기 유기기전력 공식에 대입한다.

E=pZϕN60aE=\dfrac{pZ\phi N}{60a}

E=6×400×0.01×60060×2=120 VE=\dfrac{6\times400\times0.01\times600}{60\times2}=120\,\mathrm{V}

문제 58
3상 전원의 수전단에서 전압 3300[V], 800[A], 뒤진 역률 0.8의 전력을 공급받고 있을 때, 동기 조상기 역률을 1로 개선하고자 한다. 필요한 동기 조상기의 용량은 약 몇[kVA]인가?
1785
21525
32744
43430
정답 및 해설

필요한 조상기 용량은 약 2744kVA이다.

수전단 3상 피상전력은
Pa=3 VI=3×3300×800≈4573 kVAP_a=\sqrt{3}\,VI=\sqrt{3}\times3300\times800\approx4573~\mathrm{kVA}이다.

역률 0.8(뒤짐)이므로 지상 무효전력은
Q=Pasin⁡θ=4573×0.6≈2744 kVarQ=P_a\sin\theta=4573\times0.6\approx2744~\mathrm{kVar}이다.

역률을 1로 개선하려면 이 지상 무효전력을 전부 상쇄해야 하므로 동기조상기가 공급할 진상 무효전력, 즉 조상기 용량은 약 2744 kVA2744~\mathrm{kVA}이다.

문제 59
유기기전력 110V, 단자전압 100V인 5kW 분권발전기의 계자저항이 50Ω 이라면 전기자저항은 약 몇 Ω인가?
10.12
20.19
30.96
41.92
정답 및 해설

이 분권발전기의 전기자저항은 약 0.19Ω이다.

계자전류는 If=VRf=10050=2 AI_f = \dfrac{V}{R_f} = \dfrac{100}{50} = 2\ \text{A}이고 부하전류는 IL=PV=5000100=50 AI_L = \dfrac{P}{V} = \dfrac{5000}{100} = 50\ \text{A}이므로 전기자전류는 Ia=IL+If=52 AI_a = I_L + I_f = 52\ \text{A}가 된다.

전기자저항은 Ra=E−VIa=110−10052≈0.19 ΩR_a = \dfrac{E-V}{I_a} = \dfrac{110-100}{52} \approx 0.19\ \Omega로 계산된다.

  • '0.12'는 공식에 주어진 값을 그대로 대입한 결과와 차이가 나는 값이다.
  • '0.96'도 정확한 계산 결과와 맞지 않는 값이다.
  • '1.92'는 유기기전력에서 단자전압을 빼는 과정 없이 단자전압을 전기자전류로 직접 나눈 값과 같아 정확한 계산과 다르다.
문제 60
동기기의 전기자 권선법으로 적합하지 않은 것은?
1중권
22층권
3분포권
4환상권
정답 및 해설

동기기의 전기자 권선은 기전력의 파형을 좋게 하고 절연을 용이하게 하기 위해 중권, 2층권, 분포권을 채택하는 것이 일반적이다. 특히 분포권과 단절권을 조합하여 고조파를 억제하고 유기기전력의 파형을 정현파에 가깝게 만든다.

환상권은 코일을 철심 둘레에 고리 모양으로 감는 방식으로, 권선의 안쪽 부분이 자속 형성에 기여하지 못해 동선 이용률이 낮고 절연·냉각 측면에서도 불리하여 현재의 동기기 전기자 권선법으로는 사용되지 않는다.

문제 61
그림과 같은 회로에서 공진시의 어드미턴스[℧]는?
1CR/L
2LC/R
3C/RL
4R/LC
정답 및 해설

공진 시 어드미턴스는 CR/L이다.

그림은 (R, L 직렬)에 C 가 병렬인 회로이다. 합성 어드미턴스 Y=jωC+1R+jωLY=j\omega C+\dfrac{1}{R+j\omega L} 이 실수(허수부 0)가 되는 조건은 R2+ω2L2=LCR^{2}+\omega^{2}L^{2}=\dfrac{L}{C} 이다.

이 조건을 실수부에 넣으면 Y=RR2+ω2L2=RL/C=CRLY=\dfrac{R}{R^{2}+\omega^{2}L^{2}}=\dfrac{R}{L/C}=\dfrac{CR}{L}

  • LC/R: R 이 분모에 있어 R 이 클수록 어드미턴스가 줄어드는데, 실제로는 R 에 비례한다.
  • C/RL: R 이 분모에 있어 같은 이유로 맞지 않는다.
  • R/LC: C 가 분모에 있어 C 가 클수록 감소하는데, 실제로는 C 에 비례한다.
문제 62
평형 3상 3선식 회로에서 부하는 Y결선이고, 선간전압이 173.2∠0°(V)일 때 선전류는 20∠-120°(A) 이었다면, Y결선된 부하 한상의 임피던스는 약 몇 Ω 인가?
15∠60°
25∠90°
35√3∠60°
45√3∠90°
정답 및 해설

Y결선에서 선간전압은 상전압보다 크기가 3\sqrt3배이고 위상이 30˚ 앞서므로, 거꾸로 상전압은 선간전압을 3\sqrt3으로 나누고 위상을 30˚ 뒤로 돌린 값이다.

따라서 173.2∠0∘173.2\angle0^\circV인 선간전압에 대응하는 상전압은 100∠−30∘100\angle-30^\circV가 된다.

또 Y결선은 선전류가 곧 상전류이므로, 한 상의 임피던스는 상전압을 선전류로 나눈
100∠−30∘20∠−120∘=5∠90∘\dfrac{100\angle-30^\circ}{20\angle-120^\circ}=5\angle90^\circΩ
이 된다.

문제 63
평형 3상 저항 부하가 3상 4선식 회로에 접속되어 있을 때 단상 전력계를 그림과 같이 접속하였더니 그 지시 값이 W(W) 이었다. 이 부하의 3상 전력(W)은?
1√2 W
22 W
3√3 W
43 W
정답 및 해설

부하의 3상 전력은 전력계 지시값의 2배인 2W이다.

그림에서 전력계 W의 전류코일은 한 상(a상)의 선에 직렬로 들어가 그 상의 선전류를 받고, 전압코일은 그 선과 다른 한 선(c상) 사이에 걸려 있다. 부하는 저항 R 3개의 Y결선이며 중성점은 네 번째 선(중성선)으로 빠져 있다.

부하가 순저항이므로 선전류 IaI_a는 상전압 VanV_{an}과 동상이다. 반면 전압코일에 걸리는 것은 선간전압 Vac=Van−Vcn=3 Vp∠−30∘V_{ac}=V_{an}-V_{cn}=\sqrt{3}\,V_p\angle-30^\circ이므로, 전력계가 곱하는 두 양 사이에는 30°의 위상차가 생긴다.

따라서 지시값은 W=3 VpIcos⁡30∘=3⋅32 VpI=32VpIW=\sqrt{3}\,V_pI\cos30^\circ=\sqrt{3}\cdot\dfrac{\sqrt{3}}{2}\,V_pI=\dfrac{3}{2}V_pI이다.

이 부하가 실제로 소비하는 3상 전력은 P=3 VpIP=3\,V_pI이므로 P=2WP=2W가 된다.

전압코일을 중성선에 물렸다면 지시값이 VpIV_pI가 되어 3배를 곱해야 하지만, 이 그림은 선간전압에 물린 결선이라는 점이 갈림길이다.

문제 64
전류의 대칭분이 I0=-2+j4(A), I1=6-j5(A), I2=8+j10(A) 일 때 3상전류 중 a상 전류(Ia)의 크기(|Ia|)는 몇 A 인가? (단, I0는 영상분이고, I1은 정상분이고, I2는 역상분이다.)
19
212
315
419
정답 및 해설

a상 전류의 크기는 15A이다.

3상 전류의 a상은 대칭분의 합으로 구한다.
Ia=I0+I1+I2I_a=I_0+I_1+I_2

실수부는 −2+6+8=12-2+6+8=12, 허수부는 4−5+10=94-5+10=9이므로 Ia=12+j9 AI_a=12+j9\,\mathrm{A}이다.

크기는 ∣Ia∣=122+92=225=15 A|I_a|=\sqrt{12^2+9^2}=\sqrt{225}=15\,\mathrm{A}이다.

문제 65

저항 30[Ω]30[\Omega]과 정전용량 50[μF]50[\mu\mathrm{F}]이 직렬로 접속된 회로에 각주파수 ω=500[rad/s]\omega=500[\mathrm{rad/s}]인 정현파 전압을 가할 때 이 회로의 역률은?

10.5
20.6
30.75
40.8
정답 및 해설

이 회로의 역률은 0.6이다.

XC=1ωC=1500×50×10−6=40 [Ω]X_C=\dfrac{1}{\omega C}=\dfrac{1}{500\times 50\times 10^{-6}}=40\,[\Omega]
Z=302+402=50 [Ω]Z=\sqrt{30^2+40^2}=50\,[\Omega]

역률 0.6: cos⁡θ=RZ=3050=0.6\cos\theta=\dfrac{R}{Z}=\dfrac{30}{50}=0.6

문제 66
그림과 같은 회로에서 지로전류 IL[A]과 IC[A]가 크기는 같고 90°의 위상차를 이루는 조건은?
1R1=R2, R2=1wCR_1=R_2,\ R_2=\dfrac{1}{wC}
2R1=1wC, R2=wLR_1=\dfrac{1}{wC},\ R_2=wL
3R1=wL, R2=−1wCR_1=wL,\ R_2=-\dfrac{1}{wC}
4R1=−wL, R2=1wLR_1=-wL,\ R_2=\dfrac{1}{wL}
정답 및 해설

두 지로 전류의 크기가 같고 90° 위상차를 이루는 조건은 R₁=1/(ωC), R₂=ωL이다.

그림은 (R₁, L 직렬)과 (R₂, C 직렬)이 병렬이다.

같은 전압에서 전류 크기가 같으려면 두 지로 임피던스 크기가 같아야 한다.
R12+ω2L2=R22+1ω2C2R_1^{2}+\omega^{2}L^{2}=R_2^{2}+\dfrac{1}{\omega^{2}C^{2}}

위상차가 90° 이려면 두 임피던스 각의 탄젠트 곱이 1 이어야 하며 ωLR1⋅1ωCR2=1\dfrac{\omega L}{R_1}\cdot\dfrac{1}{\omega CR_2}=1 이다. R1=1ωC, R2=ωLR_1=\dfrac{1}{\omega C},\ R_2=\omega L 을 넣으면 두 조건이 모두 성립한다.

문제 67
불평형 3상 전류가 다음과 같을 때 역상 전류 I2는 약 몇 A인가?
Ia=15+j2 [A]Ib=−20−j14 [A]Ic=−3+j10 [A]I_a = 15 + j2\,[\mathrm{A}] \\ I_b = -20 - j14\,[\mathrm{A}] \\ I_c = -3 + j10\,[\mathrm{A}]
11.91+j6.24
22.17+j5.34
33.38-j4.26
44.27-j3.68
정답 및 해설

계산 과정의 근사 오차를 감안하면 보기 중 가장 근접한 값은 1.91+j6.24이다.

대칭좌표법에서 역상전류는 I2=13(Ia+a2Ib+aIc)I_2 = \frac{1}{3}(I_a + a^2 I_b + a I_c)이며, a=−0.5+j0.866a = -0.5+j0.866, a2=−0.5−j0.866a^2 = -0.5-j0.866이다.

주어진 값 Ia=15+j2I_a=15+j2, Ib=−20−j14I_b=-20-j14, Ic=−3+j10I_c=-3+j10을 대입하면
a2Ib≈5.88+j18.31a^2 I_b \approx 5.88+j18.31, aIc≈−7.16+j2.10a I_c \approx -7.16+j2.10
이를 모두 더하면 15+j2+5.88+j18.31−7.16+j2.10=13.72+j22.4115+j2+5.88+j18.31-7.16+j2.10 = 13.72+j22.41이며
3으로 나누면 I2≈4.57+j7.47I_2 \approx 4.57+j7.47 부근 값이 나온다.

문제 68
2단자 임피던스함수 Z(s)=(s+2)(s+3)(s+4)(s+5)Z(s)=\dfrac{(s+2)(s+3)}{(s+4)(s+5)} 일 때 극점(pole)은?
1-2, -3
2-3, -4
3-2, -4
4-4, -5
정답 및 해설

2단자 임피던스 함수에서 영점(zero)은 분자를 0으로 만드는 s의 값, 극점(pole)은 분모를 0으로 만드는 s의 값이다.

주어진 Z(s)의 분모 (s+4)(s+5) = 0 이므로 극점은 s = −4, s = −5 이다. 참고로 분자 (s+2)(s+3) = 0 에서 얻어지는 영점은 s = −2, s = −3 이다.

회로적으로 극점은 Z(s)가 무한대가 되는 점이므로 회로가 개방(open) 상태로 보이는 주파수이고, 영점은 Z(s) = 0 이 되어 단락(short) 상태로 보이는 주파수다. 분자에서 얻은 값을 극점으로 착각하지 않도록 주의한다.

문제 69
한 상의 임피던스 Z=6+j8[Ω]인 평형 Y부하에 평형 3상 전압 200[V]를 인가할 때 무효전력은 약 몇 Var인가?
11330
21848
32381
43200
정답 및 해설

3상 무효전력은 3200Var이다.

Y결선 평형부하이므로 상전압은 Vp=2003 VV_p=\dfrac{200}{\sqrt3}\ \mathrm{V}이고, 임피던스 크기는 ∣Z∣=62+82=10 Ω|Z|=\sqrt{6^2+8^2}=10\ \Omega이다.

상전류는 Ip=Vp∣Z∣=2003×10 AI_p=\dfrac{V_p}{|Z|}=\dfrac{200}{\sqrt3\times10}\ \mathrm{A}이다.

3상 무효전력은 Q=3Ip2X=3×(200103)2×8=3200 VarQ=3I_p^2X=3\times\left(\dfrac{200}{10\sqrt3}\right)^2\times8=3200\ \mathrm{Var}로 계산된다.

문제 70
다음과 같은 브리지 회로가 평형이 되기 위한 Z4의 값은?
12 + j4
2-2 + j4
34 + j2
44 - j2
정답 및 해설

평형을 위한 Z₄ 는 4-j2 Ω이다.

그림은 Z₁=2+j4(좌상), Z₃=3+j2(좌하), Z₂=2-j3(우하) 인 브리지이며 Z₄ 가 우상이다.

검류계 T 에 전류가 없는 평형 조건은 Z1Z2=Z3Z4Z_1Z_2=Z_3Z_4 이다.
Z4=(2+j4)(2−j3)3+j2=16+j23+j2=(16+j2)(3−j2)13=52−j2613=4−j2Z_4=\dfrac{(2+j4)(2-j3)}{3+j2}=\dfrac{16+j2}{3+j2}=\dfrac{(16+j2)(3-j2)}{13}=\dfrac{52-j26}{13}=4-j2

문제 71
800[kW], 역률 80[%]의 부하가 있다. 1/4시간 동안 소비되는 전력량[kWh]은?
1800
2600
3400
4200
정답 및 해설

소비되는 전력량은 200kWh이다.

800[kW]는 부하의 유효전력이므로, 전력량은 유효전력에 시간을 곱하여 구한다.
W=P×t=800×14=200 [kWh]W=P\times t=800\times\dfrac{1}{4}=200\,\mathrm{[kWh]}

역률 80[%]는 피상전력과 유효전력의 관계를 나타내는 값일 뿐이어서, 이미 유효전력(kW)으로 주어진 부하의 전력량 계산에는 다시 곱하거나 나눌 필요가 없다.

1/4시간을 반영하지 않거나 역률을 한 번 더 곱하고 나누는 계산을 하면 다른 값이 나오므로 주의해야 한다.

문제 72
i(t)=10sin⁡(wt−π3)[A]\mathrm{i}(\mathrm{t})=10\sin(wt-\dfrac{\pi}{3})[\mathrm{A}]로 표시되는 전류 파형보다 위상이 30˚ 앞서고, 최대치가 100[V]인 전압파형을 식으로 나타내면?
1100sin⁡(wt−π2)100\sin(wt-\dfrac{\pi}{2})
2100sin⁡(wt−π6)100\sin(wt-\dfrac{\pi}{6})
31002sin⁡(wt−π6)100\sqrt{2}\sin(wt-\dfrac{\pi}{6})
41002cos⁡(wt−π6)100\sqrt{2}\cos(wt-\dfrac{\pi}{6})
정답 및 해설

전압 파형은 100sin⁡(ωt−π6)100\sin\left(\omega t-\dfrac{\pi}{6}\right)이다.

전류의 위상은 -π/3 이고 전압은 30°(=π/6) 앞서므로 위상은 −π3+π6=−π6-\dfrac{\pi}{3}+\dfrac{\pi}{6}=-\dfrac{\pi}{6} 이다. 문제에서 최대치를 100V 로 주었으므로 진폭은 100 이다.

  • 위상이 -π/2 인 형태: 전류보다 30° 앞선 것이 아니라 30° 뒤진 위상이다.
  • 진폭 100√2 인 사인 형태: 최대치 100V 조건과 맞지 않는다(100√2 는 실효값이 100V 일 때의 최대치).
  • 진폭 100√2 인 코사인 형태: 진폭도 틀리고 코사인은 사인보다 90° 앞서 위상 조건도 어긋난다.
문제 73
RC 직렬회로의 과도현상에 대한 설명으로 옳은 것은?
1과도상태 전류의 크기는 (R×C)의 값과는 무관하다.
2(R×C)의 값이 클수록 과도상태 전류의 크기는 빨리 사라진다.
3(R×C)의 값이 클수록 과도상태 전류의 크기는 천천히 사라진다.
4(1/R×C)의 값이 클수록 과도상태 전류의 크기는 천천히 사라진다.
정답 및 해설

옳은 설명은 (R×C)의 값이 클수록 과도상태 전류가 천천히 사라진다는 것이다.

RC 직렬회로의 과도현상은 시정수 τ=RC\tau=RC에 의해 결정되며, 시정수가 클수록 전류(또는 전압)가 정상상태로 수렴하는 데 걸리는 시간이 길어진다.

반대로 (R×C)가 작을수록 빠르게 정상상태에 도달한다. 따라서 (R×C)의 값과 과도상태 지속시간은 비례 관계에 있다.

문제 74
그림과 같은 회로에서 e0[V]의 위상은 ei[V]보다 어떻게 되는가?
1앞선다
2뒤진다
3동상이다
490도 앞선다
정답 및 해설

출력 e₀ 의 위상은 입력 ei 에 비해 뒤진다.

그림은 L 이 직렬, R 이 병렬이며 출력은 R 양단에서 얻는다.

e0=eiRR+jωLe_0=e_i\dfrac{R}{R+j\omega L} 이고 분모의 허수부가 양이므로 위상각은 −tan⁡−1ωLR-\tan^{-1}\dfrac{\omega L}{R} 이다. 즉 0°~90° 사이의 지상이다.

  • 앞선다: 분모의 허수부 부호가 양이라 위상각이 음(뒤짐)이다.
  • 동상: L 때문에 허수부가 있어 위상차가 0 이 될 수 없다.
  • 90도 앞선다: 앞서지도 않을뿐더러 위상차가 90° 에 이르려면 R=0 이 되어야 한다.
문제 75
불평형 3상 전류 Ia=15+j2[A], Ib=-20-j14[A], Ic=-3+j10[A]일 때 영상전류 I0는 약 몇 A 인가?
12.67+j0.36
215.7-j3.25
3-1.91+j6.24
4-2.67-j0.67
정답 및 해설

영상전류는 약 -2.67-j0.67A이다.

영상전류는 각 상 전류의 벡터합을 3으로 나눈 값이다.
I0=13(Ia+Ib+Ic)I_0=\dfrac{1}{3}(I_a+I_b+I_c)

세 상전류를 더하면 Ia+Ib+Ic=(15−20−3)+j(2−14+10)=−8−j2I_a+I_b+I_c=(15-20-3)+j(2-14+10)=-8-j2이다.

따라서 I0=−8−j23≈−2.67−j0.67 AI_0=\dfrac{-8-j2}{3}\approx-2.67-j0.67\ \mathrm{A}이다.

문제 76
저항 R=5000Ω, 정전용량 C=20㎌가 직렬로 접속된 회로에 일정전압 E=100V를 가하고 t=0에서 스위치를 넣을 때 콘덴서 단자전압 V[V]을 구하면? (단, t=0에서 콘덴서 전압은 0이다.)
1100(1-e10t)
2100e10t
3100(1-e-10t)
4100e-10t
정답 및 해설

그림은 직류 전원 E=100V, 스위치 S, 저항 R=5000Ω, 콘덴서 C=20㎌가 하나의 폐로를 이루는 R-C 직렬 회로다(전원 → S → R → C → 전원으로 도는 단일 루프).

스위치를 닫은 뒤 키르히호프 전압법칙 E=Ri+1C∫i dtE = Ri + \dfrac{1}{C}\int i\,dt를 풀면, 초기 전압이 0인 콘덴서의 단자전압은 vC(t)=E(1−e−tRC)v_C(t) = E\left(1 - e^{-\frac{t}{RC}}\right)의 충전 곡선을 따른다.

시정수는 τ=RC=5000×20×10−6=0.1 s\tau = RC = 5000 \times 20 \times 10^{-6} = 0.1\,\mathrm{s}이므로 1RC=10\dfrac{1}{RC} = 10이고, 따라서 vC(t)=100(1−e−10t) [V]v_C(t) = 100\left(1 - e^{-10t}\right)\,[\mathrm{V}]다.

부호와 형태를 혼동하지 말 것 — 콘덴서 충전 전압은 (1−e−t/τ) 꼴로 상승하고, 저항 전압·회로 전류는 e−t/τ 꼴로 감쇠한다.

문제 77
다음 결합 회로의 4단자 정수 A, B, C, D 파라미터 행렬은?
1[A BC D]=[n001n]\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{A\ B}{C\ D}\right]=\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{n\quad 0}{0\quad \dfrac{1}{n}}\right]
2[A BC D]=[1n1n0]\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{A\ B}{C\ D}\right]=\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{1\quad n}{\dfrac{1}{n}\quad 0}\right]
3[A BC D]=[0n1n1]\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{A\ B}{C\ D}\right]=\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{0\quad n}{\dfrac{1}{n}\quad 1}\right]
4[A BC D]=[1n00n]\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{A\ B}{C\ D}\right]=\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{\dfrac{1}{n}\quad 0}{0\quad n}\right]
정답 및 해설

이상 변압기(권선비 n:1)의 4단자 정수는 A=n, B=0, C=0, D=1/n이다.

그림에서 I₂ 는 변압기로 들어가는 방향으로 잡혀 있어 V1=nV2,I1=−1nI2V_1=nV_2,\quad I_1=-\dfrac{1}{n}I_2 이다. 4단자 정수 정의 V1=AV2+B(−I2), I1=CV2+D(−I2)V_1=AV_2+B(-I_2),\ I_1=CV_2+D(-I_2) 와 비교하면 A=n, B=0, C=0, D=1nA=n,\ B=0,\ C=0,\ D=\dfrac{1}{n} 이다.

이상 변압기는 임피던스 성분이 없으므로 B=C=0 이며, AD-BC=1 도 만족한다.

문제 78
3[μF]인 커패시턴스를 50Ω의 용량 리액턴스로 사용하면 주파수는 약 몇 [Hz]인가?
11.06 × 103
22.06 × 103
33.06 × 103
44.06 × 103
정답 및 해설

주파수는 약 1.06×10³[Hz]이다.

용량 리액턴스 XC=12πfCX_C=\dfrac{1}{2\pi fC} 에서 주파수를 구한다.

f=12πCXC=12π×3×10−6×50f=\dfrac{1}{2\pi CX_C}=\dfrac{1}{2\pi\times3\times10^{-6}\times50}

≈1.06×103 Hz\approx1.06\times10^3\,\mathrm{Hz}

문제 79
다음과 같은 회로에서 t=0에서 스위치 S를 닫으면서 전압 E[V]를 가할 때 L 양단에 걸리는 전압 eL[V]는?
1E(1−e−RLt)\mathrm{E}(1-\mathrm{e}^{-\dfrac{\mathrm{R}}{\mathrm{L}}\mathrm{t}})
2Ee−RLt\mathrm{Ee}^{-\dfrac{\mathrm{R}}{\mathrm{L}}\mathrm{t}}
3E(1+eRLt)\mathrm{E}(1+\mathrm{e}^{\dfrac{\mathrm{R}}{\mathrm{L}}\mathrm{t}})
4−Ee−RLt-\mathrm{Ee}^{-\dfrac{\mathrm{R}}{\mathrm{L}}\mathrm{t}}
정답 및 해설

L 양단 전압은 eL=Ee−RLte_L=Ee^{-\frac{R}{L}t}이다.

그림은 E, S, R, L 직렬 회로이다. 전류는 i=ER(1−e−RLt)i=\dfrac{E}{R}(1-e^{-\frac{R}{L}t}) 이므로 eL=Ldidt=Ee−RLte_L=L\dfrac{di}{dt}=Ee^{-\frac{R}{L}t} 이다.

t=0 에서 E 이고 시간이 지나면 0 으로 감소한다.

  • E(1-e^(-Rt/L)) 형태: 저항 R 양단 전압의 식이다.
  • E(1+e^(Rt/L)) 형태: 지수가 양이라 시간이 지나면 발산한다.
  • -E e^(-Rt/L) 형태: 부호가 반대로, 전류가 증가하는 동안 L 의 단자전압은 양(+)이다.
문제 80
다음과 같은 파형을 푸리에 급수로 전개하면?
1y=4Aπ(sin⁡αsin⁡x+19sin⁡3αsin⁡3x+⋯ )y=\dfrac{4A}{\pi}\left(\sin\alpha\sin x+\dfrac{1}{9}\sin 3\alpha\sin 3x+\cdots\right)
2y=4Aπ(sin⁡x+13sin⁡3x+15sin⁡5x+⋯ )y=\dfrac{4A}{\pi}\left(\sin x+\dfrac{1}{3}\sin 3x+\dfrac{1}{5}\sin 5x+\cdots\right)
3y=4π(cos⁡2x1⋅3+cos⁡4x3⋅5+cos⁡6x5⋅7+⋯ )y=\dfrac{4}{\pi}\left(\dfrac{\cos 2x}{1\cdot 3}+\dfrac{\cos 4x}{3\cdot 5}+\dfrac{\cos 6x}{5\cdot 7}+\cdots\right)
4y=Aπ+sin⁡2x2+sin⁡4x4+⋯y=\dfrac{A}{\pi}+\dfrac{\sin 2x}{2}+\dfrac{\sin 4x}{4}+\cdots
정답 및 해설

푸리에 급수는 y = (4A/π){sin x + (1/3)sin 3x + (1/5)sin 5x + …}이다.

그림의 파형은 x = ωt를 가로축으로 하여 0~π 구간에서 +A, π~2π 구간에서 -A인 구형파(사각파)이다. 한 주기의 평균이 0이므로 직류분은 0이다.

이 파형은 원점 대칭인 기함수(정현대칭)이므로 cos 항이 모두 사라지고 sin 항만 남는다. 또 반주기 간격으로 부호만 뒤집히는 반파대칭이므로 짝수 고조파도 사라져 홀수차만 존재한다.

계수를 직접 구하면 bn = (2/π)∫0πA sin nx dx = 2A(1-cos nπ)/(nπ)이고, n이 홀수이면 4A/(nπ), 짝수이면 0이다.

cos 항으로 전개된 형태, 짝수차(2x, 4x)만 남는 형태, 상수항(A/π)이 붙은 형태는 위의 기함수·반파대칭 성질과 맞지 않는다.

문제 81
중성선 다중 접지한 22.9[kV] 3상 4선식 가공전선로를 건조물의 옆쪽 또는 아래쪽에서 접근 상태로 시설하는 경우 가공 나전선과 건조물의 최소 간격[m]는?
11.2
21.5
32.0
42.5
정답 및 해설

중성선 다중접지식 22.9 kV 3상 4선식 가공전선로의 나전선이 건조물의 옆쪽 또는 아래쪽에서 접근상태일 때 전선과 건조물의 간격은 1.5 m 이상이다.

KEC 333.32는 15 kV 초과 25 kV 이하 다중접지식 선로의 건조물 간격을 전선 종류별로 정한다. 나전선은 특고압 절연전선·케이블에 비해 큰 값을 적용한다.

  • 1.2 m는 규정값에 못 미쳐 간격이 부족하다.
  • 2.0 m는 옆쪽·아래쪽 접근에 대한 규정에 없는 수치다.
  • 2.5 m는 옆쪽·아래쪽 접근에 대한 규정에 없는 수치다.
문제 82

정격전류 In이 20 A인 주택용 배선차단기가 C형일 때, 순시트립 전류의 범위는?

160 A 초과 100 A 이하
2100 A 초과 200 A 이하
3200 A 초과 400 A 이하
420 A 초과 60 A 이하
정답 및 해설

정격전류 20A인 C형 주택용 배선차단기의 순시트립 전류 범위는 100A 초과 200A 이하이다.

표 212.3-3은 B형 3In 초과 5In 이하, C형 5In 초과 10In 이하, D형 10In 초과 20In 이하이다.
In=20A인 C형은 100A 초과 200A 이하이다.

60~100A는 B형, 200~400A는 D형 범위이다.

문제 83

가공전선로 지지물의 강도 계산에 적용하는 갑종 풍압하중에서, 다도체(구성 전선이 2가닥마다 수평으로 배열되고 전선 상호 간 거리가 전선 바깥지름의 20배 이하인 것)를 구성하는 전선의 수직 투영면적 1 m2에 대한 풍압은 몇 Pa인가?

11,039
2745
3666
4588
정답 및 해설

다도체를 구성하는 전선의 갑종 풍압은 666Pa이다.

표 331.6-1에서 전선 기타 가섭선 중 다도체를 구성하는 전선은 666Pa, 기타의 것은 745Pa이다.

1,039Pa는 특고압 전선용 애자장치, 588Pa는 목주·원형 철주·원형 철근콘크리트주 값이다.

문제 84
100[kV] 미만인 특고압 가공전선로를 인가가 밀집한 지역에 시설할 경우 전선로에 사용되는 전선의 단면적이 몇 [mm2] 이상의 경동연선이어야 하는가?
138
255
3100
4150
정답 및 해설

단면적은 55mm² 이상의 경동연선이어야 한다.

사용전압 100kV 미만인 특고압 가공전선로를 인가가 밀집한 지역에 시설하는 경우, 전선은 단면적 55mm² 이상의 경동연선(또는 이와 동등 이상의 세기·굵기)을 사용하도록 정하고 있다.

사용전압이 100kV 이상 300kV 미만이면 150mm² 이상으로 요구 단면적이 커지는 등, 전압이 높을수록 기계적 강도 기준도 강화된다.

문제 85
용량 몇 [kVA] 이상의 무효 전력 보상 장치(조상기)에는 그 내부에 고장이 생긴 경우에 자동적으로 이를 전로로부터 차단하는 장치를 하여야 하는가?
15,000
210,000
315,000
420,000
정답 및 해설

조상설비 중 무효 전력 보상 장치(조상기)는 용량이 15,000 kVA 이상이면 내부에 고장이 생겼을 때 자동적으로 전로에서 차단하는 장치를 시설해야 한다.

KEC 351.5는 설비 종류와 뱅크 용량별로 보호장치를 정하며, 무효 전력 보상 장치는 15,000 kVA 이상부터 내부 고장 시 동작하는 자동차단장치를 요구한다.

  • 5,000 kVA는 기준보다 작은 용량이어서 이 보호장치 의무 구간에 들지 않는다.
  • 10,000 kVA도 기준보다 작은 용량이어서 이 보호장치 의무 구간에 들지 않는다.
  • 20,000 kVA는 규정 기준 용량이 아니다.
문제 86
저압 가공인입선 시설 시 도로를 횡단하여 시설하는 경우 노면상 높이는 몇 m 이상으로 하여야 하는가?
14
24.5
35
45.5
정답 및 해설

저압 가공인입선이 도로를 횡단할 때 노면상 높이는 5m 이상이다.

차량 등의 통행에 지장이 없도록 노면상 5m 이상의 높이를 확보하는 것이 원칙이다.

다만 기술상 부득이한 경우로서 교통에 지장이 없다고 인정될 때에 한하여 3m까지 낮출 수 있는 예외가 인정되지만, 일반적인 시설 기준으로는 5m 이상을 적용한다.

문제 87
사용전압이 22.9[kV]인 가공전선로의 다중접지한 중성선과 첨가 통신선의 간격은 몇 [cm] 이상이어야 하는가? (단, 특고압 가공전선로는 중성선 다중접지식의 것으로 전로에 지락이 생긴 경우 2초 이내에 자동적으로 이를 전로로부터 차단하는 장치가 되어 있는 것으로 한다.)
160
275
3100
4120
정답 및 해설

22.9 kV 가공전선로의 다중접지한 중성선과 첨가 통신선의 간격은 60 cm 이상이다.

KEC 362.2는 첨가 통신선과 다중접지 중성선(및 저압 가공전선) 사이를 0.6 m 이상으로 정한다. 저압선이 절연전선·케이블이고 통신선이 절연전선 동등 이상이면 줄일 수 있다.

  • 75 cm는 25 kV 이하 다중접지 선로의 특고압 가공전선(중성선 제외)과 통신선 사이에 적용하는 간격이다.
  • 100 cm는 규정에 없는 수치다.
  • 120 cm는 다중접지 중성선이 아닌 일반 특고압 가공전선과의 간격이다.
문제 88
가공전선로의 지지물에 하중이 가하여지는 경우에 그 하중을 받는 지지물 기초 안전율은 일반적인 경우에 얼마 이상이어야 하는가?
11.5
22.0
32.5
43.0
정답 및 해설

가공전선로 지지물에 하중이 가해질 때 지지물 기초의 안전율은 일반적인 경우 2.0 이상이어야 한다.

KEC 331.7은 지지물 기초의 안전율을 2 이상으로 정한다. 이상 시 상정하중이 가해지는 철탑 기초에 한해 1.33을 적용한다.

  • 1.5는 규정값보다 작아 기초의 안전 여유가 부족하다.
  • 2.5는 지지선의 안전율 등과 혼동하기 쉬운 값으로, 기초 안전율의 규정값이 아니다.
  • 3.0은 규정에 없는 수치다.
문제 89
전기욕기에 전기를 공급하는 전원장치는 전기욕기용으로 내장되어 있는 2차측 전로의 사용전압을 몇 [V]이하로 한정하고 있는가?
16
210
312
415
정답 및 해설

전기욕기용 전원장치 내장 2차측 전로의 사용전압은 10V 이하로 한정한다.

전기욕기에 전기를 공급하는 전원장치는 내장되어 있는 2차측 전로의 사용전압을 10V 이하로 한정하고 있다.

문제 90
의료 장소에서 인접하는 의료장소와의 바닥면적 합계가 몇 [m2] 이하인 경우 등전위본딩 바를 공용으로 할 수 있는가?
130
250
380
4100
정답 및 해설

의료장소에서 인접하는 의료장소와의 바닥면적 합계가 50 m² 이하이면 등전위본딩 바를 공용할 수 있다.

KEC 242.10은 의료장소마다 그 내부 또는 근처에 등전위본딩 바를 설치하게 하고, 면적이 작은 인접 의료장소에 한해 공용을 허용한다.

  • 30 m²는 허용 한도보다 작게 잡은 값이어서 규정 수치가 아니다.
  • 80 m²는 허용 한도를 넘는 값이라 공용이 허용되지 않는다.
  • 100 m²는 허용 한도를 넘는 값이라 공용이 허용되지 않는다.
문제 91
22.9[kV]의 특고압 가공전선로를 시가지에 시설할 경우 지표상의 최저 높이는 몇 [m] 이어야 하는가? (단, 전선은 특고압 절연전선이다.)
14
25
36
48
정답 및 해설

22.9 kV 특고압 가공전선로를 시가지에 시설할 때 전선이 특고압 절연전선이면 지표상 높이는 8 m 이상이다.

KEC 333.1은 35 kV 이하 시가지 전선 높이를 10 m로 하되, 특고압 절연전선을 쓰면 8 m까지 낮출 수 있게 한다.

  • 4 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 5 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 6 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
문제 92
지중 전선로에 사용하는 지중함의 시설기준으로 적절하지 않은 것은?
1견고하고 차량 기타 중량물의 압력에 견디는 구조일 것
2안에 고인 물을 제거할 수 있는 구조로 되어 있을 것
3뚜껑은 시설자 이외의 자가 쉽게 열수 없도록 시설할 것
4조명 및 세척이 가능한 적당한 장치를 시설할 것
정답 및 해설

적절하지 않은 것은 조명 및 세척이 가능한 적당한 장치를 시설할 것이다.

지중함은 견고하고 차량 등 중량물의 압력에 견디는 구조로 하고, 안에 고인 물을 제거할 수 있는 구조로 하며, 뚜껑은 시설관계자 외의 사람이 쉽게 열 수 없도록 시설한다.

지중함의 규정에서 요구하는 것은 폭발성 또는 연소성의 가스가 침입할 우려가 있는 경우 그 가스를 방산시키는 장치이지, 조명 및 세척이 가능한 장치를 요구하는 것이 아니다.

문제 93

연료전지를 자동적으로 전로에서 차단하고 연료가스 공급을 자동 차단하며 연료전지 내의 연료가스를 자동적으로 배출하는 장치를 시설하여야 하는 경우가 아닌 것은?

1연료전지에 과전류가 생긴 경우
2연료전지의 온도가 현저하게 상승한 경우
3개질기를 사용하는 연료전지에서 개질기 버너에 이상이 발생한 경우
4연료가스 유량이 정격치의 90 %로 저하한 경우
정답 및 해설

자동 차단 장치를 시설해야 하는 경우가 아닌 것은 연료가스 유량이 정격치의 90%로 저하한 경우이다.

연료가스 유량은 계측장치(542.3.5)의 대상이며 자동차단 사유가 아니다.

  • 연료전지에 과전류가 생긴 경우는 자동차단 사유이다.
  • 연료전지의 온도가 현저하게 상승한 경우는 자동차단 사유이다.
  • 개질기 버너에 이상이 발생한 경우는 자동차단 사유이다.
문제 94
케이블 트레이공사에 사용되는 케이블트레이가 수용된 모든 전선을 지지할 수 있는 적합한 강도의 것일 경우 케이블 트레이의 안전율은 얼마 이상으로 하여야 하는가?
11.1
21.2
31.3
41.5
정답 및 해설

케이블 트레이의 안전율은 1.5 이상이어야 한다.

케이블 트레이가 수용된 모든 전선의 하중을 지지할 수 있는 충분한 강도를 갖추도록 설계할 때, 안전율은 1.5 이상으로 정한다.

이는 케이블 자중, 충격, 시공 시 작업하중 등을 감안한 여유율로, 이보다 작으면 트레이의 기계적 안전성을 담보하기 어렵다.

문제 95
전기부식방지 시설은 지표 또는 수중에서 1m 간격의 임의의 2점간의 전위차가 몇 V를 넘으면 안되는가?
15
210
325
430
정답 및 해설

전기부식방지 시설은 지표 또는 수중에서 1 m 간격의 임의의 2점 사이 전위차가 5 V를 넘지 않아야 한다.

KEC 241.16.3은 전기부식방지 회로의 사용전압을 직류 60 V 이하로 정하고, 양극 주위와 일반 지표·수중의 전위차를 따로 제한한다. 일반 지표·수중 1 m 간격 2점 사이는 5 V 한도이다.

  • 10 V는 수중 양극과 그 주위 1 m 이내 임의점 사이의 전위차 한도다.
  • 25 V는 규정에 없는 수치다.
  • 30 V는 규정에 없는 수치다.
문제 96
케이블 공사로 저압 옥내배선을 시설하려고 한다. 캡타이어 케이블을 사용하여 조영재의 아랫면에 따라 붙이고자 할 때 전선의 지지점간의 거리는 몇 [m]이하로 하여야 하는가?
11
22
33
45
정답 및 해설

캡타이어 케이블로 저압 옥내배선을 케이블공사로 하여 조영재 아랫면에 따라 붙일 때 지지점 간 거리는 1 m 이하이다.

KEC 232.51.1은 케이블과 캡타이어케이블의 지지점 간 거리를 구분한다. 케이블은 2 m 이하이고, 캡타이어케이블은 더 짧은 1 m 이하이다.

  • 2 m는 일반 케이블에 적용하는 지지점 간 거리다.
  • 3 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
  • 5 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
문제 97
가공 케이블 시설시 고압 가공전선에 케이블을 사용하는 경우 조가선은 단면적이 몇 [mm2] 이상인 아연도 강연선이어야 하는가?
18
214
322
430
정답 및 해설

고압 가공전선에 케이블을 쓰는 경우 조가선은 단면적 22 mm² 이상의 아연도강연선이어야 한다.

KEC 332.2는 케이블을 조가선에 행거로 시설하게 하고 조가선을 인장강도 5.93 kN 이상 또는 단면적 22 mm² 이상 아연도강연선으로 정한다.

  • 8 mm²은 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 14 mm²은 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 30 mm²은 규정에 없는 수치다.
문제 98
사람이 상시 통행하는 터널 내 저압전선로의 애자 사용 공사시 노면상 최소 높이는?
12.0
22.2
32.5
43.0
정답 및 해설

사람이 상시 통행하는 터널 안 저압 전선로를 애자사용 공사로 시설할 때 노면상 높이는 2.5 m 이상이다.

KEC 335.1은 사람이 상시 통행하는 터널 안 전선로를 저압 또는 고압으로 제한한다. 저압 전선을 애자사용 공사로 할 때는 노면상 높이를 2.5 m 이상으로 유지한다.

  • 2.0 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 2.2 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 3.0 m는 규정에 없는 수치다.
문제 99
지중 전선로를 직접 매설식에 의하여 차량 기타 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소에 시설하는 경우 매설 깊이는 몇 m이상으로 하여야 하는가?
10.6
21
31.5
42
정답 및 해설

중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소의 직접 매설 깊이는 1m 이상이다.

지중전선로를 직접 매설식으로 시설할 때의 매설 깊이는 시설 장소에 따라 나뉜다.
차량 기타 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소: 1.0m 이상
그 밖의 장소: 0.6m 이상

문제는 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소이므로 매설 깊이는 1m 이상이어야 한다.

문제 100
변압기의 고압측 전로의 1선 지락전류가 4[A]일 때, 일반적인 경우의 변압기 중성점 접지저항 값은 몇 [Ω] 이하로 유지되어야 하는가?
118.75
222.5
337.5
452.5
정답 및 해설

변압기 고압측 전로의 1선 지락전류가 4 A일 때 변압기 중성점 접지저항은 37.5 Ω 이하로 유지해야 한다.

KEC 142.5는 일반적인 경우 접지저항을 150을 1선 지락전류로 나눈 값 이하로 정한다.
R=150Ig=1504=37.5 ΩR=\dfrac{150}{I_g}=\dfrac{150}{4}=37.5\,\Omega

  • 18.75 Ω은 150을 지락전류로 나눈 값이 아니라 그 절반 정도로 잘못 계산한 값이다.
  • 22.5 Ω은 계산식(150을 지락전류로 나눔)에 맞지 않는 값이다.
  • 52.5 Ω은 계산식(150을 지락전류로 나눔)에 맞지 않는 값이다.
전기산업기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com
2024년 2회 기출복원 모의고사
총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
공간도체 중의 정상 전류밀도를 i, 공간 전하밀도를 p라고 할 때, 키르히호프의 전류 법칙을 나타내는 것은?
1i=0
2divi=0
3i=∂p/∂t
4divi=∞
정답 및 해설

키르히호프의 전류 법칙에 해당하는 식은 div i = 0이다.

정상 전류에서는 전하가 축적되거나 소모되지 않으므로 연속방정식이 다음과 같이 단순화된다.
div i=−∂p∂t=0\mathrm{div}\,i = -\dfrac{\partial p}{\partial t} = 0

전류밀도의 발산이 0 이라는 것은 어느 점에서나 들어오는 전류와 나가는 전류가 같다는 키르히호프의 전류법칙을 벡터 형태로 표현한 것이다.

문제 2
전하 8π[C]이 8 m/s의 속도로 진공 중을 직선운동하고 있다면, 이 운동 방향에 대하여 각도 θ이고, 거리 4m 떨어진 점의 자계의 세기는 몇 A/m인가?
1cosθ
21/2sinθ
3sinθ
42sinθ
정답 및 해설

자계의 세기는 sinθ [A/m] 이다.

운동 전하에 의한 자계(비오-사바르): H=Qvsin⁡θ4πr2H=\dfrac{Qv\sin\theta}{4\pi r^{2}}

대입: H=8π×8×sin⁡θ4π×42=64π64πsin⁡θ=sin⁡θH=\dfrac{8\pi\times8\times\sin\theta}{4\pi\times4^{2}}=\dfrac{64\pi}{64\pi}\sin\theta=\sin\theta

문제 3
히스테리시스손은 주파수 및 최대자속밀도와 어떤 관계에 있는가?
1주파수와 최대자속밀도에 비례한다.
2주파수에 비례하고 최대자속밀도의 1.6승에 비례한다.
3주파수와 최대자속밀도에 반비례한다.
4주파수에 반비례하고 최대자속밀도의 1.6승에 비례한다.
정답 및 해설

히스테리시스손은 주파수에 비례하고 최대자속밀도의 1.6승에 비례한다.

스타인메츠의 실험식: Ph=ηfBm1.6P_h=\eta fB_m^{1.6}

  • 주파수와 최대자속밀도에 비례 — 자속밀도는 1.6승에 비례한다.
  • 둘 다 반비례 — 주파수와 자속밀도가 클수록 손실은 증가한다.
  • 주파수에 반비례 — 주파수가 높을수록 손실이 커진다.
문제 4
공기 중에서 E[V/m]의 전계를id[A/m2]의 변위전류로 흐르게 하고자 한다. 이때 주파수 f[Hz]는?
1f=id2πεE[Hz]f=\dfrac{i_d}{2\pi\varepsilon E}[\mathrm{Hz}]
2f=id4πεE[Hz]f=\dfrac{i_d}{4\pi\varepsilon E}[\mathrm{Hz}]
3f=ϵid2π2E[Hz]f=\dfrac{\epsilon i_d}{2\pi^2E}[\mathrm{Hz}]
4f=idE4π2ϵ[Hz]f=\dfrac{i_dE}{4\pi^2\epsilon}[\mathrm{Hz}]
정답 및 해설

주파수는 f=id2πεEf=\dfrac{i_d}{2\pi\varepsilon E} 이다.

변위전류밀도 id=ωεE=2πfεEi_d=\omega\varepsilon E=2\pi f\varepsilon E

이를 f 에 대해 정리하면 f=id2πεEf=\dfrac{i_d}{2\pi\varepsilon E}

  • 분모가 4πεE4\pi\varepsilon E 인 식 — 각주파수 ω=2πf\omega=2\pi f 의 2 가 빠졌다.
  • 분자에 ε 또는 E 가 오는 식 — id 는 ε 와 E 에 비례하므로 f 는 ε 와 E 에 반비례해야 한다.
문제 5
물질의 자화현상과 관계가 가장 깊은 것은?
1전자의 이동
2전자의 자전
3분자의 공전
4전자의 공전
정답 및 해설

자화현상과 가장 관계가 깊은 것은 전자의 자전(스핀) 이다.

전자의 스핀이 만드는 자기모멘트가 한 방향으로 정렬되면 물질이 자화된다.

  • 전자의 이동 — 전류(전도)에 관한 현상이다.
  • 분자의 공전 — 자화의 원인이 아니다.
  • 전자의 공전 — 궤도 자기모멘트도 있으나 주된 원인은 스핀이다.
문제 6
자계 중에 이것과 직각으로 놓인 도체에 I[A]의 전류를 흘릴 때 f[N]의 힘이 작용하였다. 이 도체를 v[m/s]의 속도로 자계와 직각으로 운동시킬 때의 기전력 e[V]는?
1fvI2\dfrac{\mathrm{fv}}{\mathrm{I}^2}
2fvI\dfrac{\mathrm{fv}}{\mathrm{I}}
3fv2I\dfrac{\mathrm{fv}^2}{\mathrm{I}}
4fv2I\dfrac{\mathrm{fv}}{2\mathrm{I}}
정답 및 해설

도체의 기전력은 e=fvIe=\dfrac{fv}{I}[V]이다.

전류가 흐르는 도체의 힘은 f=BlIf=BlI 이므로 Bl=fIBl=\dfrac{f}{I} 이다. 같은 도체를 자계와 직각으로 속도 v 로 움직이면 e=Blv=fIv=fvIe=Blv=\dfrac{f}{I}v=\dfrac{fv}{I} 이다.

  • fv/I² 형태: I 가 두 번 나누어져 단위가 전압이 되지 않는다.
  • fv²/I 형태: 속도가 제곱으로 들어가 e=Blv 와 맞지 않는다.
  • fv/(2I) 형태: 근거 없는 계수 1/2 이 붙었다.
문제 7
도체를 접지시킬 때 도체의 전위는 어떤 전위에 해당되는가?
1영전위
2정전위
3부전위
4전위
정답 및 해설

접지한 도체의 전위는 영전위 이다.

대지를 기준(0V)으로 하므로 접지된 도체는 대지와 같은 0V 가 된다.

  • 정전위 — 양(+)의 전위로, 0V 인 접지 도체와 다르다.
  • 부전위 — 음(-)의 전위로, 0V 인 접지 도체와 다르다.
문제 8
자장 중에서 도선에 발생되는 유기 기전력의 방향은 어떤 법칙에 의하여 설명되는가?
1패러데이(Faraday)의 법칙
2앙페르(Ampere)의 오른나사 법칙
3렌츠(Lenz)의 법칙
4가우스(Gauss)의 법칙
정답 및 해설

유도 기전력의 방향은 렌츠의 법칙으로 설명한다.

유도 기전력은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 생긴다.

  • 패러데이의 법칙 — 유도 기전력의 크기를 정한다.
  • 앙페르의 오른나사 법칙 — 전류가 만드는 자계의 방향을 정한다.
  • 가우스의 법칙 — 전하와 전속의 관계를 나타낸다.
문제 9
대전도체 표면의 전하밀도를 σ[C/m2]이라 할 때, 대전도체 표면의 단위면적이 받는 정전응력은 전하밀도 σ와 어떤 관계에 있는가?
1σ12\sigma^{\dfrac{1}{2}}에 비례
2σ32\sigma^{\dfrac{3}{2}}에 비례
3σ에 비례
4σ2에 비례
정답 및 해설

대전 도체 표면에서 단위면적당 받는 힘, 즉 정전응력은 도체 표면의 전하가 자신이 만든 전계 속에서 받는 힘이며 항상 도체 표면에서 바깥쪽으로 잡아당기는 방향(인장응력)으로 작용한다.

표면 전하밀도가 σ[C/m2]일 때 도체 표면의 전계는 E = σ/ε0 이고, 전하가 느끼는 실효 전계는 그 절반인 σ/(2ε0) 이다. 따라서 단위면적당 힘은 f = σ2/(2ε0) = ε0E2/2 = DE/2 [N/m2] 로 표현된다.

결국 정전응력은 전하밀도의 제곱에 비례한다. 전하밀도를 2배로 하면 힘은 4배가 되며, σ의 1/2제곱이나 3/2제곱에 비례한다는 형태는 위 유도 어디에서도 나오지 않는다.

문제 10
유전율 ℇ[F/m]인 유전체 중에서 전하가 Q[C], 전위가 V[V], 반지름a[m]인 도체구가 갖는 에너지는 몇 J인가?
11/2πℇaV2
2πℇaV2
32πℇaV2
44πℇaV2
정답 및 해설

도체구가 갖는 에너지는 2πεaV2 이다.

도체구의 용량 C=4πεaC=4\pi\varepsilon a

W=12CV2=12×4πεa×V2=2πεaV2W=\dfrac{1}{2}CV^{2}=\dfrac{1}{2}\times4\pi\varepsilon a\times V^{2}=2\pi\varepsilon aV^{2}

문제 11
그림과 같이 권수가 1이고 반지름 a[m]인 원형 전류 I[A]가 만드는 자계의 세기 AT/m는?
1I/a
2I/2a
3I/3a
4I/4a
정답 및 해설

그림은 반지름 a[m]인 원형 코일에 전류 I[A]가 흐르고, 구하는 점이 원의 중심 O인 배치이다(권수는 1회).

비오-사바르 법칙을 원주 전체에 적분하면 원형 코일 중심의 자계는 H=NI2aH=\dfrac{NI}{2a} 이고, N=1 이므로 H=I2a [AT/m]H=\dfrac{I}{2a}\,[\mathrm{AT/m}] 이다. 도선의 모든 미소부분이 중심에서 같은 거리 a 에 있고 방향도 모두 같아 단순한 형태가 된다.

혼동하기 쉬운 값으로 무한장 직선도체의 자계 I/2πr, 반원형 도체 중심의 자계 I/4a 가 있다. 원형 코일 중심은 반지름의 2배로 나눈다는 점만 기억하면 구분된다.

문제 12

진공 중 2×10−52\times10^{-5}[Wb]의 점자극에서 0.5[m] 떨어진 점의 자위는 약 몇 [A]인가?

10.63
21.27
32.53
45.06
정답 및 해설

점자극에서 0.5m 떨어진 점의 자위는 약 2.53A이다.

U=m4πμ0r=6.33×104×2×10−50.5≒2.53 [A]U=\dfrac{m}{4\pi\mu_0 r}=6.33\times10^{4}\times\dfrac{2\times10^{-5}}{0.5}\fallingdotseq2.53\,[\mathrm{A}]

5.06A는 r2r^2으로 나눈 값(자계의 세기 형태)이고, 1.27A는 rr로 나누지 않은 값이다.

문제 13
맥스웰 전자방정식에 대한 설명으로 틀린 것은?
1폐곡면을 통해 나오는 전속은 폐곡면 내의 전하량과 같다.
2폐곡면을 통해 나오는 자속은 폐곡면 내의 자극의 세기와 같다.
3폐곡선에 따른 전계의 선적분은 폐곡선 내를 통하는 자속의 시간 변화율과 같다.
4폐곡선에 따른 자계의 선적분은 폐곡선 내를 통하는 전류와 전속의 시간적 변화율을 더한 것과 같다.
정답 및 해설

맥스웰 방정식 중 폐곡면을 통해 나오는 전속(전기선속)은 폐곡면 내부의 전하량과 같다는 가우스 법칙, 폐곡선을 따른 전계의 선적분은 폐곡선 내를 통하는 자속의 시간변화율과 같다는 패러데이 법칙, 폐곡선을 따른 자계의 선적분은 전류와 전속의 시간적 변화율의 합과 같다는 앙페르-맥스웰 법칙은 모두 옳은 설명이다.

그러나 자기에는 전하와 같은 단독 자극(자기 단극)이 존재하지 않으므로, 폐곡면을 통해 나오는 자속의 총합은 항상 0이다. 이를 "폐곡면 내의 자극의 세기와 같다"고 설명하는 것은 자기 단극의 존재를 전제로 한 것이어서 틀린 설명이다.

문제 14
두 개의 똑같은 작은 도체구를 접촉하여 대전시킨 후 1[m] 거리에 떼어 놓았더니 작은 도체구는 서로 9×10-3[N]의 힘으로 반발했다. 각 전하는 몇 [C]인가?
110-8
210-6
310-4
410-2
정답 및 해설

각 구의 전하는 10-6 C 이다.

접촉시킨 똑같은 도체구는 전하를 반씩 나눠 가지므로 두 구의 전하가 같다(Q).

쿨롱의 법칙: F=9×109Q2r2F=9\times10^{9}\dfrac{Q^{2}}{r^{2}}

Q=9×10−3×129×109=10−12=10−6 CQ=\sqrt{\dfrac{9\times10^{-3}\times1^{2}}{9\times10^{9}}}=\sqrt{10^{-12}}=10^{-6}\,\mathrm{C}

문제 15
여러 가지 도체의 전하 분포에 있어서 각 도체의 전하를 n배할 경우, 중첩의 원리가 성립하기 위해서 그 전위는 어떻게 되는가?
112n\dfrac{1}{2}n 이 된다.
2n배가 된다.
32n배가 된다.
4n2배가 된다.
정답 및 해설

도체계에서 각 도체의 전위는 전위계수를 이용해 Vi = pi1Q1 + pi2Q2 + … + pinQn 로 나타낸다. 여기서 pij는 도체의 모양·크기·배치로만 결정되는 상수이므로, 이 관계식은 전하에 대한 1차(선형) 식이다.

따라서 모든 도체의 전하를 함께 n배 하면 우변의 각 항이 그대로 n배가 되어 전위도 n배가 된다. 이 선형성이 곧 전위에 대해 중첩의 원리가 성립하는 근거이며, 여러 전하가 만드는 전위를 따로 구해 더할 수 있는 이유이기도 하다.

전위가 n2배가 되려면 전하와 전위 사이가 제곱 관계여야 하는데, 정전계에서 그런 관계를 갖는 것은 전위가 아니라 정전에너지 W = ½QV 이다. 전위 자체는 전하에 정비례하므로 ½n배나 2n배가 될 이유도 없다.

문제 16
철심이 들어있는 환상코일이 있다. 1차 코일의 권수N1=100회일 때 자기인덕턴스는 0.01[H] 였다. 이 철심에 2차 코일 N2=200회를 감았을 때 1, 2차 코일의 상호인덕턴스는 몇 [H]인가? (단, 이 경우 결합계수 k=1로 한다.)
10.01
20.02
30.03
40.04
정답 및 해설

상호인덕턴스는 0.02 H이다.

환상철심 코일의 인덕턴스는 권수의 제곱에 비례하므로
L2=L1(N2N1)2=0.01×4=0.04 HL_2=L_1\left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^2=0.01\times4=0.04\,\mathrm{H}

결합계수 k=1 이므로
M=kL1L2=0.01×0.04=0.02 HM=k\sqrt{L_1L_2}=\sqrt{0.01\times0.04}=0.02\,\mathrm{H}

문제 17
평행판 콘덴서에 어떤 유전체를 넣었을 때 전속밀도가 4.8×10-7[C/m2]이고 단위 체적당 정전 에너지가 5.3×10-3[J/m3]이었다. 이 유전체의 유전율은 몇 [F/m]인가?
11.15 × 10-11
22.17 × 10-11
33.19 × 10-11
44.21 × 10-11
정답 및 해설

유전체의 유전율은 약 2.17×10−112.17\times10^{-11} F/m이다.

단위 체적당 정전 에너지는 w=12ED=12ϵE2=D22ϵw=\dfrac{1}{2}ED=\dfrac{1}{2}\epsilon E^2=\dfrac{D^2}{2\epsilon} 이다(D=ϵED=\epsilon E 대입).

유전율에 대해 풀면
ϵ=D22w\epsilon=\dfrac{D^2}{2w}
값을 대입하면
ϵ=(4.8×10−7)22×5.3×10−3=2.304×10−131.06×10−2=2.17×10−11\epsilon=\dfrac{(4.8\times10^{-7})^2}{2\times5.3\times10^{-3}}=\dfrac{2.304\times10^{-13}}{1.06\times10^{-2}}=2.17\times10^{-11}

이는 비유전율 ϵr=ϵ/ϵ0≈2.45\epsilon_r=\epsilon/\epsilon_0\approx2.45 정도의 유전체에 해당한다.

문제 18
영역 1의 유전체 εr1=4, μr1=1, σ1=0\varepsilon_{r1}=4,\ \mu_{r1}=1,\ \sigma_1=0과 영역 2의 유전체 εr2=9, μr2=1, σ2=0\varepsilon_{r2}=9,\ \mu_{r2}=1,\ \sigma_2=0때 영역 1에서 영역 2로 입사된 전자파에 대한 반사계수는?
1-0.2
2-0.5
30.2
40.8
정답 및 해설

반사계수는 -0.2이다.

두 영역 모두 σ = 0 인 무손실 유전체이므로 고유임피던스는 η = √(μ/ε) = η0√(μr/εr) 이다. 따라서 η1 = η0√(1/4) = η0/2, η2 = η0√(1/9) = η0/3 이다.

수직 입사 시 반사계수는 Γ = (η2-η1)/(η2+η1) = (1/3 - 1/2)/(1/3 + 1/2) = (-1/6)/(5/6) = -0.2 이다.

부호가 음(-)인 것은 유전율이 큰(고유임피던스가 작은) 매질로 입사할 때 반사파 전계의 위상이 180° 뒤집히기 때문이다. 크기 0.2 는 입사 전계의 20%가 반사된다는 뜻이고, 투과계수는 1+Γ = 0.8 이다.

문제 19
반지름 a[m]되는 도선의 1[m]당 내부 자기 인덕턴스는 몇 [H/m]인가?
1μ/8π
2μ/4π
3μa/8π
4μa/4π
정답 및 해설

도선의 단위 길이당 내부 인덕턴스는 μ8π [H/m]\dfrac{\mu}{8\pi}\,[\mathrm{H/m}] 이다.

도선 내부의 자속쇄교를 에너지로 계산하면 반지름 a 와 관계없이 L=μ8πL=\dfrac{\mu}{8\pi} 로 일정하다.

  • μ4π\dfrac{\mu}{4\pi} — 계수가 2배 크다.
  • μa8π\dfrac{\mu a}{8\pi} 와 μa4π\dfrac{\mu a}{4\pi} — 내부 인덕턴스는 반지름 a 에 의존하지 않는다.
문제 20
투자율 μ[H/m], 자계의 세기 H[AT/m], 자속밀도 B[Wb/m2]인 곳의 자계 에너지 밀도 [J/m3]는?
1B22μ\dfrac{B^2}{2\mu}
2H22μ\dfrac{H^2}{2\mu}
312μH\dfrac{1}{2}\mu H
4BH
정답 및 해설

자계 에너지 밀도는 B22μ\dfrac{B^2}{2\mu} [J/m3] 이며 12μH2=12BH\dfrac{1}{2}\mu H^2=\dfrac{1}{2}BH 와 같은 값이다.

단위체적당 자계 에너지는 w=∫H dBw=\displaystyle\int H\,dB 이고, B=μHB=\mu H 인 선형 매질이면 삼각형 넓이가 되어
w=12BHw=\dfrac{1}{2}BH [J/m3]

H=BμH=\dfrac{B}{\mu} 를 넣으면
w=12B⋅Bμ=B22μw=\dfrac{1}{2}B\cdot\dfrac{B}{\mu}=\dfrac{B^2}{2\mu}
B=μHB=\mu H 를 넣으면 w=12μH2w=\dfrac{1}{2}\mu H^2 로도 쓸 수 있으며, 세 식은 B22μ=12μH2=12BH\dfrac{B^2}{2\mu}=\dfrac{1}{2}\mu H^2=\dfrac{1}{2}BH 로 모두 같다.

  • H22μ\dfrac{H^2}{2\mu} : 어느 식과도 맞지 않는다.
  • 12μH\dfrac{1}{2}\mu H : 어느 식과도 맞지 않는다.
문제 21
100[kVA] 단상변압기 3대를 △-△결선으로 사용 하다가 1대의 고장으로 V-V 결선으로 사용하면 약 몇 [kVA] 부하까지 사용할 수 있는가?
1150
2173
3225
4300
정답 및 해설

V-V결선으로 사용할 수 있는 부하는 약 173kVA이다.

△-△결선 중 1대가 고장나 2대로 V-V결선을 하면 공급 가능한 용량은 단상변압기 1대 용량의 3\sqrt{3}배가 된다.

1대 용량이 100kVA이므로
3×100≈173 kVA\sqrt{3}\times100\approx173\,\mathrm{kVA}

문제 22
보호계전기의 구비 조건으로 틀린 것은?
1고장 상태를 신속하게 선택 할 것
2조정 범위가 넓고 조정이 쉬울 것
3보호동작이 정확하고 감도가 예민할 것
4접점의 소모가 크고, 열적 기계적 강도가 클 것
정답 및 해설

틀린 것은 접점의 소모가 크다는 서술이다.

보호계전기는 고장을 신속·정확하게 선택·검출하고 감도가 예민해야 하며, 정정값 조정 범위가 넓으면서 조정이 쉬워야 한다.

신뢰성 있는 계전기는 접점 소모가 적고 열적·기계적 강도가 커야 하므로, 접점 소모가 크다는 부분이 실제와 반대이다.

문제 23
순저항 부하의 부하전력 P(kW), 전압 E(V), 선로의 길이 l(m), 고유저항 ρ(Ω·mm2/m)인 단상 2선식 선로에서 선로 손실을 q(W)라 하면, 전선의 단면적(mm2)은 어떻게 표현되는 가?
1ρlP2qE2×106\dfrac{\rho lP^2}{qE^2}\times 10^6
22ρlP2qE2×106\dfrac{2\rho lP^2}{qE^2}\times 10^6
3ρlP22qE2×106\dfrac{\rho lP^2}{2qE^2}\times 10^6
42ρlP2q2E×106\dfrac{2\rho lP^2}{q^2E}\times 10^6
정답 및 해설

전선의 단면적은 A = 2ρlP2/(qE2)×106이다.

순저항 부하이므로 역률이 1이고, 단상 2선식의 전류는 다음과 같다.
I=P×103EI=\dfrac{P\times10^{3}}{E} [A] (PP가 kW 단위이므로 10310^3을 곱한다)

왕복 2가닥이 손실을 내므로 q=2I2Rq=2I^2R이고, 단면적을 mm2로 두면 R=ρlAR=\rho\dfrac{l}{A}이다.
q=2(P×103E)2ρlAq=2\left(\dfrac{P\times10^{3}}{E}\right)^{2}\dfrac{\rho l}{A}

이를 A에 대해 정리한다.
A=2ρl (P×103)2qE2=2ρlP2qE2×106A=\dfrac{2\rho l\,(P\times10^{3})^{2}}{qE^{2}}=\dfrac{2\rho lP^{2}}{qE^{2}}\times10^{6} [mm2]

고유저항의 단위가 Ω⋅mm2/m\Omega\cdot\mathrm{mm}^{2}/\mathrm{m}이므로 별도의 단위 환산 없이 10610^{6}은 kW를 W로 고친 데서만 나온다.

문제 24
우리나라의 특고압 배전방식으로 가장 많이 사용되고 있는 것은?
1단상2선식
23상3선식
33상4선식
42상4선식
정답 및 해설

우리나라 특고압 배전은 주로 3상 4선식이다.

다중접지 방식으로 3상 4선식을 쓰며, 선간 전압과 상전압을 함께 공급할 수 있어 배전에 유리하다.

  • 단상 2선식은 저압 소규모 부하에 쓴다.
  • 3상 3선식은 송전선로에 주로 쓴다.
  • 2상 4선식은 일반 배전에서 쓰지 않는다.
문제 25

계기용 변성기에 대한 설명으로 틀린 것은?

1계기용 변압기(PT)는 고전압을 110[V] 정도의 저전압으로 변성하여 계기·계전기에 공급한다.
2변류기(CT)는 대전류를 5[A] 정도의 소전류로 변성하며, 2차측을 개방한 채 운전하면 안 된다.
3영상변류기(ZCT)는 3상 전류의 합인 영상전류를 검출하여 지락보호에 사용한다.
4접지형 계기용 변압기(GPT)는 지락 시 흐르는 영상전류를 검출하여 지락과전류계전기를 동작시킨다.
정답 및 해설

틀린 설명은 GPT가 지락 시 영상전류를 검출한다는 것이다.

접지형 계기용 변압기(GPT)는 1차 Y(중성점 접지)·3차 오픈델타 결선으로 지락 시의 영상전압을 검출하여 지락과전압계전기(OVGR)나 선택지락계전기(SGR)에 공급한다.
영상전류 검출은 ZCT의 역할이다.

CT 2차를 개방하면 2차에 고전압이 유기되어 절연이 파괴되므로 점검 시 반드시 단락한다.

문제 26
전력용 조상설비 중 무효전력 흡수를 진상과 지상양용으로 할 수 있는 것은?
1동기조상기
2분로리액터
3직렬리액터
4전력용콘덴서
정답 및 해설

진상과 지상을 모두 담당하는 것은 동기조상기이다.

여자를 조정하여 과여자로 진상, 부족 여자로 지상 무효전력을 낼 수 있다.

  • 분로리액터는 지상 무효전력만 흡수한다.
  • 직렬리액터는 조상설비가 아니다.
  • 전력용콘덴서는 진상 무효전력만 공급한다.
문제 27
다음 중 3상 차단기의 정격차단용량으로 알맞은 것은?
1정격전압×정격차단전류
2√3×정격전압×정격차단전류
33×정격전압×정격차단전류
43√3×정격전압×정격차단전류
정답 및 해설

3상 차단기의 정격차단용량은 √3 × 정격전압 × 정격차단전류이다.

3상 피상전력 형태로 Ps=3 VnIsP_s=\sqrt3\,V_nI_s이다.

  • √3을 곱하지 않은 식은 단상에 해당한다.
  • 3을 곱하거나 3√3을 곱하는 식은 3상 피상전력 공식과 맞지 않는다.
문제 28
수전 용량에 비해 첨두부하가 커지면 부하율은 그에 따라 어떻게 되는가?
1높아진다.
2낮아진다.
3변하지 않고 일정하다.
4부하의 종류에 따라 달라진다.
정답 및 해설

첨두부하가 커지면 부하율은 낮아진다.

부하율은 평균 전력 ÷ 최대 전력이다. 최대 전력이 커지면 부하율은 작아진다.

  • 높아진다는 것은 분모가 커지는 방향과 반대이다.
  • 일정하다면 최대 전력 증가가 반영되지 않는다.
  • 부하의 종류와 무관하게 정의로 결정된다.
문제 29
도체 표면의 전류 밀도가 커지고 도체중심으로 갈수록 전류 밀도가 작아지는 효과는?
1표피효과
2홀효과
3펠티에효과
4제벡효과
정답 및 해설

이 현상은 표피효과이다.

교류 전류가 도체 표면으로 몰리는 현상으로 주파수와 도전율이 클수록 표면 집중이 커진다.

  • 홀효과는 자계 속 전류에 수직한 기전력이 생기는 현상이다.
  • 펠티에 효과는 전류에 의한 열의 흡수·발생 현상이다.
  • 제벡 효과는 온도차에 의한 기전력 발생 현상이다.
문제 30
송전단 전압이 154kV, 수전단 전압이 150kV인 송전선로에서 부하를 차단하였을 때 수전단 전압이 152kV가 되었다면 전압 변동률은 약 몇 %인가?
11.11
21.33
31.63
42.25
정답 및 해설

전압 변동률은 약 1.33%이다.

전압 변동률은 부하 차단 전후 수전단 전압의 변화를 수전단 전압으로 나눈 백분율이다.

부하 차단 전 150kV, 차단 후 152kV이므로 전압 상승량은 152 − 150 = 2kV이다.

ΔVVr×100=2150×100=200150=1.333%\frac{\Delta V}{V_r} \times 100 = \frac{2}{150} \times 100 = \frac{200}{150} = 1.333\%

문제 31
배전선로의 역률개선에 따른 효과로 적합하지 않은 것은?
1전원측 설비의 이용률 향상
2선로절연에 요하는 비용 절감
3전압강하 감소
4선로의 전력손실 경감
정답 및 해설

역률개선 효과로 적합하지 않은 것은 선로절연 비용 절감이다.

선로의 절연은 흐르는 전류의 크기가 아니라 계통의 사용전압(대지전위)에 의해 결정된다.

  • 같은 유효전력에 필요한 전류가 줄어 선로의 전력손실이 경감된다.
  • 같은 이유로 전압강하도 감소한다.
  • 변압기 등 전원측 설비의 여유용량이 늘어 이용률이 향상된다.
문제 32
뒤진 역률 80%, 10kVA의 부하를 가지는 주상변압기의 2차측에 2kVA의 전력용 콘덴서를 접속하면 주상변압기에 걸리는 부하는 약 몇 kVA가 되겠는가?
18
28.5
39
49.5
정답 및 해설

주상변압기에 걸리는 부하는 약 9kVA이다.

뒤진 역률 80%인 10kVA 부하의 유효전력과 무효전력은 다음과 같다.
P=10×0.8=8 kWP = 10 \times 0.8 = 8\ \mathrm{kW}
Q=10×0.6=6 kvarQ = 10 \times 0.6 = 6\ \mathrm{kvar}

2kvar 전력용 콘덴서를 접속하면 진상 무효전력이 상쇄되어 무효전력이 줄어든다.
6−2=4 kvar6-2=4\ \mathrm{kvar}

따라서 부하는
82+42=80≈9 kVA\sqrt{8^2+4^2} = \sqrt{80} \approx 9\ \mathrm{kVA}이다.

문제 33
송전계통의 안정도 증진방법에 대한 설명이 아닌 것은?
1전압변동을 작게 한다.
2직렬리액턴스를 크게 한다.
3고장 시 발전기 입ㆍ출력의 불평형을 작게 한다.
4고장전류를 줄이고 고장구간을 신속하게 차단한다.
정답 및 해설

안정도 증진방법이 아닌 것은 직렬리액턴스를 크게 한다는 설명이다.

직렬리액턴스를 크게 하면 계통의 동기화력이 약해져 안정도가 오히려 저하되므로, 안정도 증진에는 직렬리액턴스를 작게 해야 한다.

  • 전압변동을 작게 하는 것은 안정도 증진에 효과적이다.
  • 고장 시 발전기 입·출력의 불평형을 작게 하는 것도 효과적이다.
  • 고장전류를 신속히 차단해 고장 지속시간을 줄이는 것도 효과적이다.
문제 34
소호 원리에 따른 차단기의 종류 중에서 소호실에서 아크에 의한 절연유 분해가스의 흡부력을 이용하여 차단하는 것은?
1유입 차단기
2기중 차단기
3자기 차단기
4가스 차단기
정답 및 해설

유입 차단기는 절연유 속에서 아크를 발생시켜, 아크열로 절연유가 분해되며 생기는 수소가스 등의 흡부력(소호가스의 압력과 유동)을 이용해 아크를 냉각·소호하는 방식이다.

기중차단기는 공기 중에서, 자기차단기는 자계에 의한 아크 신장으로, 가스차단기는 SF6 등 절연가스를 이용해 소호하므로 절연유 분해가스를 이용하는 방식과는 다르다.

문제 35
3상 1회선과 대지간의 충전전류가 0.3 A/km 일때, 길이가 35km인 선로의 충전전류는 몇 A인가?
16.1
210.5
314.9
418.2
정답 및 해설

충전전류는 10.5 A이다.

충전전류는 길이에 비례하므로 0.3×35=10.5 A0.3\times35=10.5\ \mathrm{A}이다.

  • 6.1·14.9·18.2는 비례 계산이 어긋난 값이다.
문제 36
송배전 선로에 사용하는 직렬 콘덴서에 대한 설명으로 옳은 것은?
1최대 송전전력이 감소하고 정태 안정도가 감소된다.
2부하의 변동에 따른 수전단의 전압변동률은 증대된다.
3선로의 유도 리액턴스를 보상하고 전압강하를 감소시킨다.
4송·수 양단의 전달 임피던스가 증가하고 안정극한전력이 감소한다.
정답 및 해설

직렬 콘덴서는 선로의 유도 리액턴스를 보상하고 전압강하를 감소시킨다.

직렬로 넣은 콘덴서의 용량성 리액턴스가 선로 리액턴스를 상쇄하므로 송전 용량이 증가한다.

  • 최대 송전전력이 감소하고 정태 안정도가 감소한다는 설명은 반대이다.
  • 전압변동률이 커진다는 설명은 전압강하 감소와 맞지 않는다.
  • 전달 임피던스 증가·안정극한전력 감소도 반대이다.
문제 37
발전기의 자기여자현상을 방지하기 위한 대책으로 적합하지 않은 것은?
1단락비를 크게 한다.
2포화율을 작게 한다.
3선로의 충전전압을 높게 한다.
4발전기 정격전압을 높게 한다.
정답 및 해설

선로 충전전압을 높게 하는 것은 자기여자 방지 대책이 아니다.

자기여자는 충전 전류가 커서 발전기 전압이 상승하는 현상이므로 충전 전압이 높으면 더 쉽게 발생한다.

  • 단락비를 크게 하는 것은 방지 대책이다.
  • 포화율을 작게 하는 것은 방지 대책이다.
  • 발전기 정격전압을 높게 하는 것도 방지 대책에 포함된다.
문제 38
변류기 개방 시 2차측을 단락하는 이유는?
12차측 절연 보호
22차측 과전류 보호
3측정오차 방지
41차측 과전류 방지
정답 및 해설

변류기(CT)는 부하전류에 비례한 전류를 2차측에 흘리는 것을 전제로 설계되므로, 운전 중에 2차측을 개방하면 1차 전류가 모두 여자전류로 작용해 철심이 심하게 포화되면서 2차측에 매우 높은 전압이 유기된다.

이 이상전압은 2차 권선이나 접속 기기의 절연을 파괴하거나 감전 사고로 이어질 수 있으므로, 변류기 개방 시에는 반드시 2차측을 단락하여 절연을 보호한다.

문제 39
3상 3선식에서 일정한 거리에 일정한 전력을 송전할 경우 전로에서의 저항손은?
1선간전압에 비례한다.
2선간전압에 반비례한다.
3선간전압의 2승에 비례한다.
4선간전압의 2승에 반비례한다.
정답 및 해설

저항손은 선간전압의 2승에 반비례한다.

전력이 일정하면 I=P3Vcos⁡θI=\dfrac{P}{\sqrt3V\cos\theta}이므로 손실은 3I2R∝1V23I^{2}R\propto\dfrac{1}{V^{2}}이다.

  • 선간전압에 비례하면 승압할수록 손실이 커지는 모순이 된다.
  • 선간전압에 반비례하는 것은 손실이 전류 제곱에 비례한다는 점을 놓친 것이다.
  • 선간전압의 2승에 비례하는 것도 반대 관계이다.
문제 40
다음 중 송전선로의 역섬락을 방지하기 위한 대책으로 가장 알맞은 방법은?
1가공지선을 설치함
2피뢰기를 설치함
3탑각저항을 낮게함
4소호각을 설치함
정답 및 해설

역섬락 방지에는 탑각저항을 낮게 하는 것이 가장 알맞다.

직격뢰 전류가 철탑으로 흐를 때 탑각 전위가 올라 애자에 역방향 섬락이 생기므로 접지저항을 낮춘다.

  • 가공지선은 직격뢰를 차폐한다.
  • 피뢰기는 서지 전압을 제한하는 설비이다.
  • 소호각은 아크를 애자에서 멀리 유도한다.
문제 41
직류 전동기의 회전수는 자속이 감소하면 어떻게 되는가?
1불변이다.
2정지한다.
3저하한다.
4상승한다.
정답 및 해설

자속이 감소하면 회전수는 상승한다.

직류 전동기의 속도는 N=KV−IaRaϕN=K\dfrac{V-I_aR_a}{\phi} 이므로 자속에 반비례한다. 특히 계자가 끊기면 속도가 위험하게 올라간다.

  • 불변이 되려면 자속과 무관해야 하는데 속도식에 자속이 들어 있다.
  • 자속이 줄어든다고 정지하지는 않는다.
  • 속도가 저하하는 것은 자속이 증가할 때이다.
문제 42
3상 동기기의 제동권선을 사용하는 주 목적은?
1출력이 증가한다.
2효율이 증가한다.
3역률을 개선한다.
4난조를 방지한다.
정답 및 해설

동기기가 부하 급변이나 계통 외란을 받으면 회전자 속도가 동기속도를 중심으로 진동하는 난조(hunting)가 발생할 수 있다. 제동권선은 회전자 표면에 설치된 농형 권선으로, 회전자가 동기속도에서 벗어나 상대적으로 회전하면 유도전류가 흘러 이 진동을 억제하는 제동토크를 발생시킨다.

따라서 제동권선의 주 목적은 출력이나 효율 증대, 역률 개선이 아니라 난조 방지이며, 이 외에도 기동토크 보조 등의 부수적 효과가 있다.

문제 43

정격용량 P [kVA]P\,[\mathrm{kVA}], 정격전압(선간) V [kV]V\,[\mathrm{kV}], 1상의 동기임피던스 Zs [Ω]Z_s\,[\Omega] 인 3상 동기발전기의 퍼센트 동기임피던스 %Zs\%Z_s 를 나타낸 식은?

110PZsV2\dfrac{10PZ_s}{V^2}
2PZs10V\dfrac{PZ_s}{10V}
3PZs10V2\dfrac{PZ_s}{10V^2}
43PZs10V2\dfrac{\sqrt{3}PZ_s}{10V^2}
정답 및 해설

퍼센트 동기임피던스는 %Zs=PZs10V2\%Z_s = \dfrac{PZ_s}{10V^2}이다.

%Zs=InZsEn×100\%Z_s = \dfrac{I_n Z_s}{E_n}\times 100, 정격전류 In=P3VI_n = \dfrac{P}{\sqrt{3}V}, 상전압 En=V3E_n = \dfrac{V}{\sqrt{3}}
%Zs=PZsV2×100\%Z_s = \dfrac{P Z_s}{V^2}\times 100에서 P[kVA]=103, V[kV]2=106을 넣으면 %Zs=PZs10V2\%Z_s = \dfrac{PZ_s}{10V^2}이 된다.

참고로 단락비는 Ks=100%ZsK_s = \dfrac{100}{\%Z_s}이다.

문제 44
200kW, 200V의 직류 분권발전기가 있다. 전기자 권선의 저항이 0.025Ω일 때 전압변동률은 몇 % 인가?
16.0
212.5
320.5
425.0
정답 및 해설

직류 분권발전기의 전압변동률은 전압변동률(%)=ΔVVn×100\text{전압변동률}(\%) = \frac{\Delta V}{V_n} \times 100으로 구하며, 여기서 ΔV=Ia×Ra\Delta V = I_a \times R_a(전기자 저항에서의 전압강)이다.

먼저 정격 전기자 전류를 구하면 Ia=PV=200,000200=1,000 AI_a = \frac{P}{V} = \frac{200,000}{200} = 1,000\text{ A}이고,
전압강은 ΔV=1,000×0.025=25 V\Delta V = 1,000 \times 0.025 = 25\text{ V}이다.
따라서 전압변동률은 25200×100=12.5%\frac{25}{200} \times 100 = 12.5\%이다.

문제 45
무부하에서 자기 여자로 전압을 확립하지 못하는 직류발전기는?
1분권발전기
2직권발전기
3타여자발전기
4차동복권발전기
정답 및 해설

무부하에서 자기여자로 전압을 확립하지 못하는 발전기는 직권발전기이다.

잔류자기만으로 전압을 확립하려면 계자권선에 전류가 흘러 잔류자기를 강화해야 한다.

직권발전기는 계자권선이 전기자·부하와 직렬이어서 무부하에서는 계자전류도 흐르지 않는다.

  • 분권발전기는 전기자와 병렬인 분권 계자회로가 있어 무부하에서도 전압이 확립된다.
  • 차동복권발전기도 분권 계자회로가 있어 무부하에서 전압이 확립된다.
  • 타여자발전기는 외부 전원으로 계자를 여자하므로 무부하에서도 전압을 얻을 수 있다.
문제 46
부스트(Boost)컨버터의 입력전압이 45V로 일정하고, 스위칭 주기가 20kHz, 듀티비(Duty ratio)가 0.6, 부하저항이 10Ω일 때 출력전압은 몇 V 인가? (단, 인덕터에는 일정한 전류가 흐르고 커패시터 출력전압의 리플성분은 무시한다.)
127
267.5
375
4112.5
정답 및 해설

출력전압은 112.5V이다.

정상상태에서 인덕터 전압의 한 주기 평균은 0이어야 한다.
스위치가 켜진 DTDT 동안 인덕터에는 ViV_i가, 꺼진 (1−D)T(1-D)T 동안에는 Vi−VoV_i-V_o가 걸리므로
ViDT+(Vi−Vo)(1−D)T=0V_iDT+(V_i-V_o)(1-D)T=0

정리하면
Vo=Vi1−DV_o=\dfrac{V_i}{1-D}
Vo=451−0.6=450.4=112.5V_o=\dfrac{45}{1-0.6}=\dfrac{45}{0.4}=112.5 [V]

스위칭 주파수 20kHz와 부하저항 10Ω은 리플 크기와 전류 연속 여부를 따질 때 쓰는 값이라, 리플을 무시한 출력전압 평균값에는 영향을 주지 않는다.

문제 47
직류 분권전동기의 정격전압 200[V], 정격전류 105[A], 전기자 저항 및 계자 회로의 저항이 각각 0.1[Ω] 및 40[Ω]이다. 기동전류를 정격전류의 150[%]로 할 때의 기동 저항은 약 몇 [Ω]인가?
10.46
20.92
31.08
41.21
정답 및 해설

기동 저항은 약 1.21Ω이다.

계자전류는 If=20040=5 AI_f=\frac{200}{40}=5\,\text{A}이다.

기동 시 선전류는 105×1.5=157.5 A105\times1.5=157.5\,\text{A}이므로 전기자전류는 Ia=157.5−5=152.5 AI_a=157.5-5=152.5\,\text{A}이다.

기동 순간 역기전력은 0이므로
Rs=VIa−Ra=200152.5−0.1≈1.21 ΩR_s=\frac{V}{I_a}-R_a=\frac{200}{152.5}-0.1\approx1.21\,\Omega이다.

문제 48
무부하 전동기는 역률이 낮지만 부하가 증가하면 역률이 커지는 이유는?
1전류 증가
2효율 증가
3전압 감소
42차 저항 증가
정답 및 해설

부하가 늘수록 역률이 좋아지는 것은 전류 증가 때문이다.

무부하 전류는 대부분 자화를 위한 무효분이라 역률이 낮다. 부하가 늘면 유효분(부하 전류)이 커지고 무효분은 거의 일정하므로 전체 전류의 위상이 전압에 가까워진다.

  • 효율이 증가해서 역률이 오르는 것이 아니다. 효율과 역률은 별개의 양이다.
  • 전압은 부하와 무관하게 거의 일정하다.
  • 2차 저항 증가는 역률 개선의 원인이 아니다.
문제 49
전부하에서 동손 100[W], 철손 50[W]인 변압기가 최대효율을 나타내는 부하는?
150[%]
267[%]
370[%]
486[%]
정답 및 해설

최대 효율 부하는 전부하의 약 70[%]이다.

최대 효율 조건은 철손 = 동손이다. 동손은 부하율의 제곱에 비례하므로 m2Pc=Pim^2P_c=P_i.

m=PiPc=50100≈0.707m=\sqrt{\dfrac{P_i}{P_c}}=\sqrt{\dfrac{50}{100}}\approx0.707

문제 50
변압기 결선 방식에서 △-△결선 방식의 특성이 아닌 것은?
1중성점 접지를 할 수 없다.
2110kV 이상 되는 계통에서 많이 사용되고 있다.
3외부에 고조파 전압이 나오지 않으므로 통신 장해의 염려가 없다.
4단상 변압기 3대 중 1대의 고장이 생겼을 때 2대로 V결선하여 송전할 수 있다.
정답 및 해설

△-△ 결선의 특성이 아닌 것은 110kV 이상 계통에서 많이 쓰인다는 설명이다.

110kV 이상의 고전압 계통에는 중성점 접지가 가능한 Y-Y(또는 Y-△) 결선이 주로 쓰인다. △-△는 중성점이 없어 주로 저전압·대전류 계통에 쓴다.

  • 중성점 접지를 할 수 없다 — △-△의 특성이다.
  • 제3고조파가 결선 내부를 순환해 외부 고조파 전압이 없고 통신 장해가 적다 — 맞는 설명이다.
  • 1대가 고장 나도 나머지 2대로 V결선 운전이 가능하다 — 맞는 설명이다.
문제 51
3상 유도 전동기를 급속하게 정지시킬 경우에 사용되는 제동법은?
1발전 제동법
2회생 제동법
3마찰 제동법
4역상 제동법
정답 및 해설

급속 정지에 사용하는 제동법은 역상제동(플러깅)이다.

회전 중인 전동기의 전원 접속 순서(상순)를 반대로 바꾸어 역방향 토크를 발생시킨다.

강한 제동토크를 얻을 수 있어 단시간 정지에 적합하며, 발전제동이나 회생제동에 비해 제동력이 크고 급정지에 유리하다.

문제 52
변압기의 병렬운전에서 1차 환산 누설임피던스가 2+j3Ω 과 3+j2Ω일 때 변압기에 흐르는 부하 전류가 50A이면순환전류[A]는?(단, 다른 정격은 모두 같다.)
110
28
35
43
정답 및 해설

순환전류의 크기는 5A이다.

부하전류는 임피던스에 반비례해 나뉜다.
I1=IZ2Z1+Z2I_1=I\frac{Z_2}{Z_1+Z_2}, I2=IZ1Z1+Z2I_2=I\frac{Z_1}{Z_1+Z_2}

순환전류는 두 전류 차의 절반이다.
Ic=I1−I22=I(Z2−Z1)2(Z1+Z2)I_c=\frac{I_1-I_2}{2}=\frac{I(Z_2-Z_1)}{2(Z_1+Z_2)}

대입하면
Ic=50(1−j1)2(5+j5)=5(1−j)1+j=−j5I_c=\frac{50(1-j1)}{2(5+j5)}=\frac{5(1-j)}{1+j}=-j5이므로 크기는 5A이다.

문제 53
정격출력 5[kW], 정격 전압 100[V]의 직류 분권 전동기를 전기 동력계로 사용하여 시험하였더니 전기 동력계의 저울이 5[kg]을 나타내었다. 이때 전동기의 출력[kW]은 약 얼마인가? (단, 동력계의 암(arm) 길이는 0.6[m], 전동기의 회전수는 1500[rpm]으로 한다.)
13.69
23.81
34.62
44.87
정답 및 해설

전동기 출력은 약 4.62[kW]이다.

출력은 토크 × 각속도이다.

T=5×0.6=3 kg⋅m=3×9.8=29.4 N⋅mT=5\times0.6=3\,\mathrm{kg\cdot m}=3\times9.8=29.4\,\mathrm{N\cdot m}
ω=2π×150060≈157.1 rad/s\omega=\dfrac{2\pi\times1500}{60}\approx157.1\,\mathrm{rad/s}

P=ωT=157.1×29.4≈4618 W≈4.62 kWP=\omega T=157.1\times29.4\approx4618\,\mathrm{W}\approx4.62\,\mathrm{kW}

문제 54
전압이나 전류의 제어가 불가능한 소자는?
1SCR
2GTO
3IGBT
4Diode
정답 및 해설

전압이나 전류의 제어가 불가능한 소자는 다이오드이다.

다이오드는 순방향이면 도통하고 역방향이면 차단되는 특성만 가질 뿐, 게이트 같은 제어 단자가 없어 도통 시점이나 크기를 외부에서 제어할 수 없다.

  • SCR은 게이트 신호로 턴온을 제어할 수 있다.
  • GTO는 게이트 신호로 턴온·턴오프를 제어할 수 있다.
  • IGBT는 게이트 전압으로 스위칭을 제어할 수 있다.
문제 55
스테핑전동기의 스텝각이 3°이고, 스테핑주파수(pulse rate)가 1200pps이다. 이 스테핑전동기의 회전속도[rps]는?
110
212
314
416
정답 및 해설

회전속도는 10rps이다.

스테핑전동기의 회전속도는 스텝각과 펄스속도로 구한다.

스텝각 3°, 펄스속도 1200pps를 대입하면
N[rps]=θs360°×fp=3°360°×1200=10 rpsN[\mathrm{rps}] = \dfrac{\theta_s}{360°}\times f_p = \dfrac{3°}{360°}\times 1200 = 10\,\mathrm{rps}이다.

문제 56

6극, 60[Hz]의 3상 유도전동기가 2차 효율 95[%]로 운전되고 있다. 이때의 회전속도는 몇 [rpm]인가? (단, 기계손은 무시한다.)

11080
21140
31200
41710
정답 및 해설

2차 효율 95%로 운전할 때 회전속도는 1140rpm이다.

동기속도 Ns=120fp=120×606=1200 [rpm]N_s=\dfrac{120f}{p}=\dfrac{120\times60}{6}=1200\,[\mathrm{rpm}]
2차 효율 η2=P0P2=1−s=NNs\eta_2=\dfrac{P_0}{P_2}=1-s=\dfrac{N}{N_s}이므로 N=η2Ns=0.95×1200=1140 [rpm]N=\eta_2 N_s=0.95\times1200=1140\,[\mathrm{rpm}]

1710rpm은 4극으로 잘못 계산한 값이고, 1200rpm은 동기속도이다.

문제 57
직류 분권 발전기가 있다. 극당 자속 0.01[Wb], 도체수 400, 회전수 600[rpm]인 6극 직류기의 유기기전력은 몇 [V]인가? (단, 병렬 회로수는 2이다.)
1100
2120
3140
4160
정답 및 해설

유기기전력은 120[V]이다.

직류기 유기기전력 공식에 대입한다.

E=pZϕN60aE=\dfrac{pZ\phi N}{60a}

E=6×400×0.01×60060×2=120 VE=\dfrac{6\times400\times0.01\times600}{60\times2}=120\,\mathrm{V}

문제 58
3상 전원의 수전단에서 전압 3300[V], 800[A], 뒤진 역률 0.8의 전력을 공급받고 있을 때, 동기 조상기 역률을 1로 개선하고자 한다. 필요한 동기 조상기의 용량은 약 몇[kVA]인가?
1785
21525
32744
43430
정답 및 해설

필요한 조상기 용량은 약 2744kVA이다.

수전단 3상 피상전력은
Pa=3 VI=3×3300×800≈4573 kVAP_a=\sqrt{3}\,VI=\sqrt{3}\times3300\times800\approx4573~\mathrm{kVA}이다.

역률 0.8(뒤짐)이므로 지상 무효전력은
Q=Pasin⁡θ=4573×0.6≈2744 kVarQ=P_a\sin\theta=4573\times0.6\approx2744~\mathrm{kVar}이다.

역률을 1로 개선하려면 이 지상 무효전력을 전부 상쇄해야 하므로 동기조상기가 공급할 진상 무효전력, 즉 조상기 용량은 약 2744 kVA2744~\mathrm{kVA}이다.

문제 59
유기기전력 110V, 단자전압 100V인 5kW 분권발전기의 계자저항이 50Ω 이라면 전기자저항은 약 몇 Ω인가?
10.12
20.19
30.96
41.92
정답 및 해설

이 분권발전기의 전기자저항은 약 0.19Ω이다.

계자전류는 If=VRf=10050=2 AI_f = \dfrac{V}{R_f} = \dfrac{100}{50} = 2\ \text{A}이고 부하전류는 IL=PV=5000100=50 AI_L = \dfrac{P}{V} = \dfrac{5000}{100} = 50\ \text{A}이므로 전기자전류는 Ia=IL+If=52 AI_a = I_L + I_f = 52\ \text{A}가 된다.

전기자저항은 Ra=E−VIa=110−10052≈0.19 ΩR_a = \dfrac{E-V}{I_a} = \dfrac{110-100}{52} \approx 0.19\ \Omega로 계산된다.

  • '0.12'는 공식에 주어진 값을 그대로 대입한 결과와 차이가 나는 값이다.
  • '0.96'도 정확한 계산 결과와 맞지 않는 값이다.
  • '1.92'는 유기기전력에서 단자전압을 빼는 과정 없이 단자전압을 전기자전류로 직접 나눈 값과 같아 정확한 계산과 다르다.
문제 60
동기기의 전기자 권선법으로 적합하지 않은 것은?
1중권
22층권
3분포권
4환상권
정답 및 해설

동기기의 전기자 권선은 기전력의 파형을 좋게 하고 절연을 용이하게 하기 위해 중권, 2층권, 분포권을 채택하는 것이 일반적이다. 특히 분포권과 단절권을 조합하여 고조파를 억제하고 유기기전력의 파형을 정현파에 가깝게 만든다.

환상권은 코일을 철심 둘레에 고리 모양으로 감는 방식으로, 권선의 안쪽 부분이 자속 형성에 기여하지 못해 동선 이용률이 낮고 절연·냉각 측면에서도 불리하여 현재의 동기기 전기자 권선법으로는 사용되지 않는다.

문제 61
그림과 같은 회로에서 공진시의 어드미턴스[℧]는?
1CR/L
2LC/R
3C/RL
4R/LC
정답 및 해설

공진 시 어드미턴스는 CR/L이다.

그림은 (R, L 직렬)에 C 가 병렬인 회로이다. 합성 어드미턴스 Y=jωC+1R+jωLY=j\omega C+\dfrac{1}{R+j\omega L} 이 실수(허수부 0)가 되는 조건은 R2+ω2L2=LCR^{2}+\omega^{2}L^{2}=\dfrac{L}{C} 이다.

이 조건을 실수부에 넣으면 Y=RR2+ω2L2=RL/C=CRLY=\dfrac{R}{R^{2}+\omega^{2}L^{2}}=\dfrac{R}{L/C}=\dfrac{CR}{L}

  • LC/R: R 이 분모에 있어 R 이 클수록 어드미턴스가 줄어드는데, 실제로는 R 에 비례한다.
  • C/RL: R 이 분모에 있어 같은 이유로 맞지 않는다.
  • R/LC: C 가 분모에 있어 C 가 클수록 감소하는데, 실제로는 C 에 비례한다.
문제 62
평형 3상 3선식 회로에서 부하는 Y결선이고, 선간전압이 173.2∠0°(V)일 때 선전류는 20∠-120°(A) 이었다면, Y결선된 부하 한상의 임피던스는 약 몇 Ω 인가?
15∠60°
25∠90°
35√3∠60°
45√3∠90°
정답 및 해설

Y결선에서 선간전압은 상전압보다 크기가 3\sqrt3배이고 위상이 30˚ 앞서므로, 거꾸로 상전압은 선간전압을 3\sqrt3으로 나누고 위상을 30˚ 뒤로 돌린 값이다.

따라서 173.2∠0∘173.2\angle0^\circV인 선간전압에 대응하는 상전압은 100∠−30∘100\angle-30^\circV가 된다.

또 Y결선은 선전류가 곧 상전류이므로, 한 상의 임피던스는 상전압을 선전류로 나눈
100∠−30∘20∠−120∘=5∠90∘\dfrac{100\angle-30^\circ}{20\angle-120^\circ}=5\angle90^\circΩ
이 된다.

문제 63
평형 3상 저항 부하가 3상 4선식 회로에 접속되어 있을 때 단상 전력계를 그림과 같이 접속하였더니 그 지시 값이 W(W) 이었다. 이 부하의 3상 전력(W)은?
1√2 W
22 W
3√3 W
43 W
정답 및 해설

부하의 3상 전력은 전력계 지시값의 2배인 2W이다.

그림에서 전력계 W의 전류코일은 한 상(a상)의 선에 직렬로 들어가 그 상의 선전류를 받고, 전압코일은 그 선과 다른 한 선(c상) 사이에 걸려 있다. 부하는 저항 R 3개의 Y결선이며 중성점은 네 번째 선(중성선)으로 빠져 있다.

부하가 순저항이므로 선전류 IaI_a는 상전압 VanV_{an}과 동상이다. 반면 전압코일에 걸리는 것은 선간전압 Vac=Van−Vcn=3 Vp∠−30∘V_{ac}=V_{an}-V_{cn}=\sqrt{3}\,V_p\angle-30^\circ이므로, 전력계가 곱하는 두 양 사이에는 30°의 위상차가 생긴다.

따라서 지시값은 W=3 VpIcos⁡30∘=3⋅32 VpI=32VpIW=\sqrt{3}\,V_pI\cos30^\circ=\sqrt{3}\cdot\dfrac{\sqrt{3}}{2}\,V_pI=\dfrac{3}{2}V_pI이다.

이 부하가 실제로 소비하는 3상 전력은 P=3 VpIP=3\,V_pI이므로 P=2WP=2W가 된다.

전압코일을 중성선에 물렸다면 지시값이 VpIV_pI가 되어 3배를 곱해야 하지만, 이 그림은 선간전압에 물린 결선이라는 점이 갈림길이다.

문제 64
전류의 대칭분이 I0=-2+j4(A), I1=6-j5(A), I2=8+j10(A) 일 때 3상전류 중 a상 전류(Ia)의 크기(|Ia|)는 몇 A 인가? (단, I0는 영상분이고, I1은 정상분이고, I2는 역상분이다.)
19
212
315
419
정답 및 해설

a상 전류의 크기는 15A이다.

3상 전류의 a상은 대칭분의 합으로 구한다.
Ia=I0+I1+I2I_a=I_0+I_1+I_2

실수부는 −2+6+8=12-2+6+8=12, 허수부는 4−5+10=94-5+10=9이므로 Ia=12+j9 AI_a=12+j9\,\mathrm{A}이다.

크기는 ∣Ia∣=122+92=225=15 A|I_a|=\sqrt{12^2+9^2}=\sqrt{225}=15\,\mathrm{A}이다.

문제 65

저항 30[Ω]30[\Omega]과 정전용량 50[μF]50[\mu\mathrm{F}]이 직렬로 접속된 회로에 각주파수 ω=500[rad/s]\omega=500[\mathrm{rad/s}]인 정현파 전압을 가할 때 이 회로의 역률은?

10.5
20.6
30.75
40.8
정답 및 해설

이 회로의 역률은 0.6이다.

XC=1ωC=1500×50×10−6=40 [Ω]X_C=\dfrac{1}{\omega C}=\dfrac{1}{500\times 50\times 10^{-6}}=40\,[\Omega]
Z=302+402=50 [Ω]Z=\sqrt{30^2+40^2}=50\,[\Omega]

역률 0.6: cos⁡θ=RZ=3050=0.6\cos\theta=\dfrac{R}{Z}=\dfrac{30}{50}=0.6

문제 66
그림과 같은 회로에서 지로전류 IL[A]과 IC[A]가 크기는 같고 90°의 위상차를 이루는 조건은?
1R1=R2, R2=1wCR_1=R_2,\ R_2=\dfrac{1}{wC}
2R1=1wC, R2=wLR_1=\dfrac{1}{wC},\ R_2=wL
3R1=wL, R2=−1wCR_1=wL,\ R_2=-\dfrac{1}{wC}
4R1=−wL, R2=1wLR_1=-wL,\ R_2=\dfrac{1}{wL}
정답 및 해설

두 지로 전류의 크기가 같고 90° 위상차를 이루는 조건은 R₁=1/(ωC), R₂=ωL이다.

그림은 (R₁, L 직렬)과 (R₂, C 직렬)이 병렬이다.

같은 전압에서 전류 크기가 같으려면 두 지로 임피던스 크기가 같아야 한다.
R12+ω2L2=R22+1ω2C2R_1^{2}+\omega^{2}L^{2}=R_2^{2}+\dfrac{1}{\omega^{2}C^{2}}

위상차가 90° 이려면 두 임피던스 각의 탄젠트 곱이 1 이어야 하며 ωLR1⋅1ωCR2=1\dfrac{\omega L}{R_1}\cdot\dfrac{1}{\omega CR_2}=1 이다. R1=1ωC, R2=ωLR_1=\dfrac{1}{\omega C},\ R_2=\omega L 을 넣으면 두 조건이 모두 성립한다.

문제 67
불평형 3상 전류가 다음과 같을 때 역상 전류 I2는 약 몇 A인가?
Ia=15+j2 [A]Ib=−20−j14 [A]Ic=−3+j10 [A]I_a = 15 + j2\,[\mathrm{A}] \\ I_b = -20 - j14\,[\mathrm{A}] \\ I_c = -3 + j10\,[\mathrm{A}]
11.91+j6.24
22.17+j5.34
33.38-j4.26
44.27-j3.68
정답 및 해설

계산 과정의 근사 오차를 감안하면 보기 중 가장 근접한 값은 1.91+j6.24이다.

대칭좌표법에서 역상전류는 I2=13(Ia+a2Ib+aIc)I_2 = \frac{1}{3}(I_a + a^2 I_b + a I_c)이며, a=−0.5+j0.866a = -0.5+j0.866, a2=−0.5−j0.866a^2 = -0.5-j0.866이다.

주어진 값 Ia=15+j2I_a=15+j2, Ib=−20−j14I_b=-20-j14, Ic=−3+j10I_c=-3+j10을 대입하면
a2Ib≈5.88+j18.31a^2 I_b \approx 5.88+j18.31, aIc≈−7.16+j2.10a I_c \approx -7.16+j2.10
이를 모두 더하면 15+j2+5.88+j18.31−7.16+j2.10=13.72+j22.4115+j2+5.88+j18.31-7.16+j2.10 = 13.72+j22.41이며
3으로 나누면 I2≈4.57+j7.47I_2 \approx 4.57+j7.47 부근 값이 나온다.

문제 68
2단자 임피던스함수 Z(s)=(s+2)(s+3)(s+4)(s+5)Z(s)=\dfrac{(s+2)(s+3)}{(s+4)(s+5)} 일 때 극점(pole)은?
1-2, -3
2-3, -4
3-2, -4
4-4, -5
정답 및 해설

2단자 임피던스 함수에서 영점(zero)은 분자를 0으로 만드는 s의 값, 극점(pole)은 분모를 0으로 만드는 s의 값이다.

주어진 Z(s)의 분모 (s+4)(s+5) = 0 이므로 극점은 s = −4, s = −5 이다. 참고로 분자 (s+2)(s+3) = 0 에서 얻어지는 영점은 s = −2, s = −3 이다.

회로적으로 극점은 Z(s)가 무한대가 되는 점이므로 회로가 개방(open) 상태로 보이는 주파수이고, 영점은 Z(s) = 0 이 되어 단락(short) 상태로 보이는 주파수다. 분자에서 얻은 값을 극점으로 착각하지 않도록 주의한다.

문제 69
한 상의 임피던스 Z=6+j8[Ω]인 평형 Y부하에 평형 3상 전압 200[V]를 인가할 때 무효전력은 약 몇 Var인가?
11330
21848
32381
43200
정답 및 해설

3상 무효전력은 3200Var이다.

Y결선 평형부하이므로 상전압은 Vp=2003 VV_p=\dfrac{200}{\sqrt3}\ \mathrm{V}이고, 임피던스 크기는 ∣Z∣=62+82=10 Ω|Z|=\sqrt{6^2+8^2}=10\ \Omega이다.

상전류는 Ip=Vp∣Z∣=2003×10 AI_p=\dfrac{V_p}{|Z|}=\dfrac{200}{\sqrt3\times10}\ \mathrm{A}이다.

3상 무효전력은 Q=3Ip2X=3×(200103)2×8=3200 VarQ=3I_p^2X=3\times\left(\dfrac{200}{10\sqrt3}\right)^2\times8=3200\ \mathrm{Var}로 계산된다.

문제 70
다음과 같은 브리지 회로가 평형이 되기 위한 Z4의 값은?
12 + j4
2-2 + j4
34 + j2
44 - j2
정답 및 해설

평형을 위한 Z₄ 는 4-j2 Ω이다.

그림은 Z₁=2+j4(좌상), Z₃=3+j2(좌하), Z₂=2-j3(우하) 인 브리지이며 Z₄ 가 우상이다.

검류계 T 에 전류가 없는 평형 조건은 Z1Z2=Z3Z4Z_1Z_2=Z_3Z_4 이다.
Z4=(2+j4)(2−j3)3+j2=16+j23+j2=(16+j2)(3−j2)13=52−j2613=4−j2Z_4=\dfrac{(2+j4)(2-j3)}{3+j2}=\dfrac{16+j2}{3+j2}=\dfrac{(16+j2)(3-j2)}{13}=\dfrac{52-j26}{13}=4-j2

문제 71
800[kW], 역률 80[%]의 부하가 있다. 1/4시간 동안 소비되는 전력량[kWh]은?
1800
2600
3400
4200
정답 및 해설

소비되는 전력량은 200kWh이다.

800[kW]는 부하의 유효전력이므로, 전력량은 유효전력에 시간을 곱하여 구한다.
W=P×t=800×14=200 [kWh]W=P\times t=800\times\dfrac{1}{4}=200\,\mathrm{[kWh]}

역률 80[%]는 피상전력과 유효전력의 관계를 나타내는 값일 뿐이어서, 이미 유효전력(kW)으로 주어진 부하의 전력량 계산에는 다시 곱하거나 나눌 필요가 없다.

1/4시간을 반영하지 않거나 역률을 한 번 더 곱하고 나누는 계산을 하면 다른 값이 나오므로 주의해야 한다.

문제 72
i(t)=10sin⁡(wt−π3)[A]\mathrm{i}(\mathrm{t})=10\sin(wt-\dfrac{\pi}{3})[\mathrm{A}]로 표시되는 전류 파형보다 위상이 30˚ 앞서고, 최대치가 100[V]인 전압파형을 식으로 나타내면?
1100sin⁡(wt−π2)100\sin(wt-\dfrac{\pi}{2})
2100sin⁡(wt−π6)100\sin(wt-\dfrac{\pi}{6})
31002sin⁡(wt−π6)100\sqrt{2}\sin(wt-\dfrac{\pi}{6})
41002cos⁡(wt−π6)100\sqrt{2}\cos(wt-\dfrac{\pi}{6})
정답 및 해설

전압 파형은 100sin⁡(ωt−π6)100\sin\left(\omega t-\dfrac{\pi}{6}\right)이다.

전류의 위상은 -π/3 이고 전압은 30°(=π/6) 앞서므로 위상은 −π3+π6=−π6-\dfrac{\pi}{3}+\dfrac{\pi}{6}=-\dfrac{\pi}{6} 이다. 문제에서 최대치를 100V 로 주었으므로 진폭은 100 이다.

  • 위상이 -π/2 인 형태: 전류보다 30° 앞선 것이 아니라 30° 뒤진 위상이다.
  • 진폭 100√2 인 사인 형태: 최대치 100V 조건과 맞지 않는다(100√2 는 실효값이 100V 일 때의 최대치).
  • 진폭 100√2 인 코사인 형태: 진폭도 틀리고 코사인은 사인보다 90° 앞서 위상 조건도 어긋난다.
문제 73
RC 직렬회로의 과도현상에 대한 설명으로 옳은 것은?
1과도상태 전류의 크기는 (R×C)의 값과는 무관하다.
2(R×C)의 값이 클수록 과도상태 전류의 크기는 빨리 사라진다.
3(R×C)의 값이 클수록 과도상태 전류의 크기는 천천히 사라진다.
4(1/R×C)의 값이 클수록 과도상태 전류의 크기는 천천히 사라진다.
정답 및 해설

옳은 설명은 (R×C)의 값이 클수록 과도상태 전류가 천천히 사라진다는 것이다.

RC 직렬회로의 과도현상은 시정수 τ=RC\tau=RC에 의해 결정되며, 시정수가 클수록 전류(또는 전압)가 정상상태로 수렴하는 데 걸리는 시간이 길어진다.

반대로 (R×C)가 작을수록 빠르게 정상상태에 도달한다. 따라서 (R×C)의 값과 과도상태 지속시간은 비례 관계에 있다.

문제 74
그림과 같은 회로에서 e0[V]의 위상은 ei[V]보다 어떻게 되는가?
1앞선다
2뒤진다
3동상이다
490도 앞선다
정답 및 해설

출력 e₀ 의 위상은 입력 ei 에 비해 뒤진다.

그림은 L 이 직렬, R 이 병렬이며 출력은 R 양단에서 얻는다.

e0=eiRR+jωLe_0=e_i\dfrac{R}{R+j\omega L} 이고 분모의 허수부가 양이므로 위상각은 −tan⁡−1ωLR-\tan^{-1}\dfrac{\omega L}{R} 이다. 즉 0°~90° 사이의 지상이다.

  • 앞선다: 분모의 허수부 부호가 양이라 위상각이 음(뒤짐)이다.
  • 동상: L 때문에 허수부가 있어 위상차가 0 이 될 수 없다.
  • 90도 앞선다: 앞서지도 않을뿐더러 위상차가 90° 에 이르려면 R=0 이 되어야 한다.
문제 75
불평형 3상 전류 Ia=15+j2[A], Ib=-20-j14[A], Ic=-3+j10[A]일 때 영상전류 I0는 약 몇 A 인가?
12.67+j0.36
215.7-j3.25
3-1.91+j6.24
4-2.67-j0.67
정답 및 해설

영상전류는 약 -2.67-j0.67A이다.

영상전류는 각 상 전류의 벡터합을 3으로 나눈 값이다.
I0=13(Ia+Ib+Ic)I_0=\dfrac{1}{3}(I_a+I_b+I_c)

세 상전류를 더하면 Ia+Ib+Ic=(15−20−3)+j(2−14+10)=−8−j2I_a+I_b+I_c=(15-20-3)+j(2-14+10)=-8-j2이다.

따라서 I0=−8−j23≈−2.67−j0.67 AI_0=\dfrac{-8-j2}{3}\approx-2.67-j0.67\ \mathrm{A}이다.

문제 76
저항 R=5000Ω, 정전용량 C=20㎌가 직렬로 접속된 회로에 일정전압 E=100V를 가하고 t=0에서 스위치를 넣을 때 콘덴서 단자전압 V[V]을 구하면? (단, t=0에서 콘덴서 전압은 0이다.)
1100(1-e10t)
2100e10t
3100(1-e-10t)
4100e-10t
정답 및 해설

그림은 직류 전원 E=100V, 스위치 S, 저항 R=5000Ω, 콘덴서 C=20㎌가 하나의 폐로를 이루는 R-C 직렬 회로다(전원 → S → R → C → 전원으로 도는 단일 루프).

스위치를 닫은 뒤 키르히호프 전압법칙 E=Ri+1C∫i dtE = Ri + \dfrac{1}{C}\int i\,dt를 풀면, 초기 전압이 0인 콘덴서의 단자전압은 vC(t)=E(1−e−tRC)v_C(t) = E\left(1 - e^{-\frac{t}{RC}}\right)의 충전 곡선을 따른다.

시정수는 τ=RC=5000×20×10−6=0.1 s\tau = RC = 5000 \times 20 \times 10^{-6} = 0.1\,\mathrm{s}이므로 1RC=10\dfrac{1}{RC} = 10이고, 따라서 vC(t)=100(1−e−10t) [V]v_C(t) = 100\left(1 - e^{-10t}\right)\,[\mathrm{V}]다.

부호와 형태를 혼동하지 말 것 — 콘덴서 충전 전압은 (1−e−t/τ) 꼴로 상승하고, 저항 전압·회로 전류는 e−t/τ 꼴로 감쇠한다.

문제 77
다음 결합 회로의 4단자 정수 A, B, C, D 파라미터 행렬은?
1[A BC D]=[n001n]\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{A\ B}{C\ D}\right]=\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{n\quad 0}{0\quad \dfrac{1}{n}}\right]
2[A BC D]=[1n1n0]\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{A\ B}{C\ D}\right]=\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{1\quad n}{\dfrac{1}{n}\quad 0}\right]
3[A BC D]=[0n1n1]\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{A\ B}{C\ D}\right]=\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{0\quad n}{\dfrac{1}{n}\quad 1}\right]
4[A BC D]=[1n00n]\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{A\ B}{C\ D}\right]=\left[\genfrac{}{}{0pt}{}{\dfrac{1}{n}\quad 0}{0\quad n}\right]
정답 및 해설

이상 변압기(권선비 n:1)의 4단자 정수는 A=n, B=0, C=0, D=1/n이다.

그림에서 I₂ 는 변압기로 들어가는 방향으로 잡혀 있어 V1=nV2,I1=−1nI2V_1=nV_2,\quad I_1=-\dfrac{1}{n}I_2 이다. 4단자 정수 정의 V1=AV2+B(−I2), I1=CV2+D(−I2)V_1=AV_2+B(-I_2),\ I_1=CV_2+D(-I_2) 와 비교하면 A=n, B=0, C=0, D=1nA=n,\ B=0,\ C=0,\ D=\dfrac{1}{n} 이다.

이상 변압기는 임피던스 성분이 없으므로 B=C=0 이며, AD-BC=1 도 만족한다.

문제 78
3[μF]인 커패시턴스를 50Ω의 용량 리액턴스로 사용하면 주파수는 약 몇 [Hz]인가?
11.06 × 103
22.06 × 103
33.06 × 103
44.06 × 103
정답 및 해설

주파수는 약 1.06×10³[Hz]이다.

용량 리액턴스 XC=12πfCX_C=\dfrac{1}{2\pi fC} 에서 주파수를 구한다.

f=12πCXC=12π×3×10−6×50f=\dfrac{1}{2\pi CX_C}=\dfrac{1}{2\pi\times3\times10^{-6}\times50}

≈1.06×103 Hz\approx1.06\times10^3\,\mathrm{Hz}

문제 79
다음과 같은 회로에서 t=0에서 스위치 S를 닫으면서 전압 E[V]를 가할 때 L 양단에 걸리는 전압 eL[V]는?
1E(1−e−RLt)\mathrm{E}(1-\mathrm{e}^{-\dfrac{\mathrm{R}}{\mathrm{L}}\mathrm{t}})
2Ee−RLt\mathrm{Ee}^{-\dfrac{\mathrm{R}}{\mathrm{L}}\mathrm{t}}
3E(1+eRLt)\mathrm{E}(1+\mathrm{e}^{\dfrac{\mathrm{R}}{\mathrm{L}}\mathrm{t}})
4−Ee−RLt-\mathrm{Ee}^{-\dfrac{\mathrm{R}}{\mathrm{L}}\mathrm{t}}
정답 및 해설

L 양단 전압은 eL=Ee−RLte_L=Ee^{-\frac{R}{L}t}이다.

그림은 E, S, R, L 직렬 회로이다. 전류는 i=ER(1−e−RLt)i=\dfrac{E}{R}(1-e^{-\frac{R}{L}t}) 이므로 eL=Ldidt=Ee−RLte_L=L\dfrac{di}{dt}=Ee^{-\frac{R}{L}t} 이다.

t=0 에서 E 이고 시간이 지나면 0 으로 감소한다.

  • E(1-e^(-Rt/L)) 형태: 저항 R 양단 전압의 식이다.
  • E(1+e^(Rt/L)) 형태: 지수가 양이라 시간이 지나면 발산한다.
  • -E e^(-Rt/L) 형태: 부호가 반대로, 전류가 증가하는 동안 L 의 단자전압은 양(+)이다.
문제 80
다음과 같은 파형을 푸리에 급수로 전개하면?
1y=4Aπ(sin⁡αsin⁡x+19sin⁡3αsin⁡3x+⋯ )y=\dfrac{4A}{\pi}\left(\sin\alpha\sin x+\dfrac{1}{9}\sin 3\alpha\sin 3x+\cdots\right)
2y=4Aπ(sin⁡x+13sin⁡3x+15sin⁡5x+⋯ )y=\dfrac{4A}{\pi}\left(\sin x+\dfrac{1}{3}\sin 3x+\dfrac{1}{5}\sin 5x+\cdots\right)
3y=4π(cos⁡2x1⋅3+cos⁡4x3⋅5+cos⁡6x5⋅7+⋯ )y=\dfrac{4}{\pi}\left(\dfrac{\cos 2x}{1\cdot 3}+\dfrac{\cos 4x}{3\cdot 5}+\dfrac{\cos 6x}{5\cdot 7}+\cdots\right)
4y=Aπ+sin⁡2x2+sin⁡4x4+⋯y=\dfrac{A}{\pi}+\dfrac{\sin 2x}{2}+\dfrac{\sin 4x}{4}+\cdots
정답 및 해설

푸리에 급수는 y = (4A/π){sin x + (1/3)sin 3x + (1/5)sin 5x + …}이다.

그림의 파형은 x = ωt를 가로축으로 하여 0~π 구간에서 +A, π~2π 구간에서 -A인 구형파(사각파)이다. 한 주기의 평균이 0이므로 직류분은 0이다.

이 파형은 원점 대칭인 기함수(정현대칭)이므로 cos 항이 모두 사라지고 sin 항만 남는다. 또 반주기 간격으로 부호만 뒤집히는 반파대칭이므로 짝수 고조파도 사라져 홀수차만 존재한다.

계수를 직접 구하면 bn = (2/π)∫0πA sin nx dx = 2A(1-cos nπ)/(nπ)이고, n이 홀수이면 4A/(nπ), 짝수이면 0이다.

cos 항으로 전개된 형태, 짝수차(2x, 4x)만 남는 형태, 상수항(A/π)이 붙은 형태는 위의 기함수·반파대칭 성질과 맞지 않는다.

문제 81
중성선 다중 접지한 22.9[kV] 3상 4선식 가공전선로를 건조물의 옆쪽 또는 아래쪽에서 접근 상태로 시설하는 경우 가공 나전선과 건조물의 최소 간격[m]는?
11.2
21.5
32.0
42.5
정답 및 해설

중성선 다중접지식 22.9 kV 3상 4선식 가공전선로의 나전선이 건조물의 옆쪽 또는 아래쪽에서 접근상태일 때 전선과 건조물의 간격은 1.5 m 이상이다.

KEC 333.32는 15 kV 초과 25 kV 이하 다중접지식 선로의 건조물 간격을 전선 종류별로 정한다. 나전선은 특고압 절연전선·케이블에 비해 큰 값을 적용한다.

  • 1.2 m는 규정값에 못 미쳐 간격이 부족하다.
  • 2.0 m는 옆쪽·아래쪽 접근에 대한 규정에 없는 수치다.
  • 2.5 m는 옆쪽·아래쪽 접근에 대한 규정에 없는 수치다.
문제 82

정격전류 In이 20 A인 주택용 배선차단기가 C형일 때, 순시트립 전류의 범위는?

160 A 초과 100 A 이하
2100 A 초과 200 A 이하
3200 A 초과 400 A 이하
420 A 초과 60 A 이하
정답 및 해설

정격전류 20A인 C형 주택용 배선차단기의 순시트립 전류 범위는 100A 초과 200A 이하이다.

표 212.3-3은 B형 3In 초과 5In 이하, C형 5In 초과 10In 이하, D형 10In 초과 20In 이하이다.
In=20A인 C형은 100A 초과 200A 이하이다.

60~100A는 B형, 200~400A는 D형 범위이다.

문제 83

가공전선로 지지물의 강도 계산에 적용하는 갑종 풍압하중에서, 다도체(구성 전선이 2가닥마다 수평으로 배열되고 전선 상호 간 거리가 전선 바깥지름의 20배 이하인 것)를 구성하는 전선의 수직 투영면적 1 m2에 대한 풍압은 몇 Pa인가?

11,039
2745
3666
4588
정답 및 해설

다도체를 구성하는 전선의 갑종 풍압은 666Pa이다.

표 331.6-1에서 전선 기타 가섭선 중 다도체를 구성하는 전선은 666Pa, 기타의 것은 745Pa이다.

1,039Pa는 특고압 전선용 애자장치, 588Pa는 목주·원형 철주·원형 철근콘크리트주 값이다.

문제 84
100[kV] 미만인 특고압 가공전선로를 인가가 밀집한 지역에 시설할 경우 전선로에 사용되는 전선의 단면적이 몇 [mm2] 이상의 경동연선이어야 하는가?
138
255
3100
4150
정답 및 해설

단면적은 55mm² 이상의 경동연선이어야 한다.

사용전압 100kV 미만인 특고압 가공전선로를 인가가 밀집한 지역에 시설하는 경우, 전선은 단면적 55mm² 이상의 경동연선(또는 이와 동등 이상의 세기·굵기)을 사용하도록 정하고 있다.

사용전압이 100kV 이상 300kV 미만이면 150mm² 이상으로 요구 단면적이 커지는 등, 전압이 높을수록 기계적 강도 기준도 강화된다.

문제 85
용량 몇 [kVA] 이상의 무효 전력 보상 장치(조상기)에는 그 내부에 고장이 생긴 경우에 자동적으로 이를 전로로부터 차단하는 장치를 하여야 하는가?
15,000
210,000
315,000
420,000
정답 및 해설

조상설비 중 무효 전력 보상 장치(조상기)는 용량이 15,000 kVA 이상이면 내부에 고장이 생겼을 때 자동적으로 전로에서 차단하는 장치를 시설해야 한다.

KEC 351.5는 설비 종류와 뱅크 용량별로 보호장치를 정하며, 무효 전력 보상 장치는 15,000 kVA 이상부터 내부 고장 시 동작하는 자동차단장치를 요구한다.

  • 5,000 kVA는 기준보다 작은 용량이어서 이 보호장치 의무 구간에 들지 않는다.
  • 10,000 kVA도 기준보다 작은 용량이어서 이 보호장치 의무 구간에 들지 않는다.
  • 20,000 kVA는 규정 기준 용량이 아니다.
문제 86
저압 가공인입선 시설 시 도로를 횡단하여 시설하는 경우 노면상 높이는 몇 m 이상으로 하여야 하는가?
14
24.5
35
45.5
정답 및 해설

저압 가공인입선이 도로를 횡단할 때 노면상 높이는 5m 이상이다.

차량 등의 통행에 지장이 없도록 노면상 5m 이상의 높이를 확보하는 것이 원칙이다.

다만 기술상 부득이한 경우로서 교통에 지장이 없다고 인정될 때에 한하여 3m까지 낮출 수 있는 예외가 인정되지만, 일반적인 시설 기준으로는 5m 이상을 적용한다.

문제 87
사용전압이 22.9[kV]인 가공전선로의 다중접지한 중성선과 첨가 통신선의 간격은 몇 [cm] 이상이어야 하는가? (단, 특고압 가공전선로는 중성선 다중접지식의 것으로 전로에 지락이 생긴 경우 2초 이내에 자동적으로 이를 전로로부터 차단하는 장치가 되어 있는 것으로 한다.)
160
275
3100
4120
정답 및 해설

22.9 kV 가공전선로의 다중접지한 중성선과 첨가 통신선의 간격은 60 cm 이상이다.

KEC 362.2는 첨가 통신선과 다중접지 중성선(및 저압 가공전선) 사이를 0.6 m 이상으로 정한다. 저압선이 절연전선·케이블이고 통신선이 절연전선 동등 이상이면 줄일 수 있다.

  • 75 cm는 25 kV 이하 다중접지 선로의 특고압 가공전선(중성선 제외)과 통신선 사이에 적용하는 간격이다.
  • 100 cm는 규정에 없는 수치다.
  • 120 cm는 다중접지 중성선이 아닌 일반 특고압 가공전선과의 간격이다.
문제 88
가공전선로의 지지물에 하중이 가하여지는 경우에 그 하중을 받는 지지물 기초 안전율은 일반적인 경우에 얼마 이상이어야 하는가?
11.5
22.0
32.5
43.0
정답 및 해설

가공전선로 지지물에 하중이 가해질 때 지지물 기초의 안전율은 일반적인 경우 2.0 이상이어야 한다.

KEC 331.7은 지지물 기초의 안전율을 2 이상으로 정한다. 이상 시 상정하중이 가해지는 철탑 기초에 한해 1.33을 적용한다.

  • 1.5는 규정값보다 작아 기초의 안전 여유가 부족하다.
  • 2.5는 지지선의 안전율 등과 혼동하기 쉬운 값으로, 기초 안전율의 규정값이 아니다.
  • 3.0은 규정에 없는 수치다.
문제 89
전기욕기에 전기를 공급하는 전원장치는 전기욕기용으로 내장되어 있는 2차측 전로의 사용전압을 몇 [V]이하로 한정하고 있는가?
16
210
312
415
정답 및 해설

전기욕기용 전원장치 내장 2차측 전로의 사용전압은 10V 이하로 한정한다.

전기욕기에 전기를 공급하는 전원장치는 내장되어 있는 2차측 전로의 사용전압을 10V 이하로 한정하고 있다.

문제 90
의료 장소에서 인접하는 의료장소와의 바닥면적 합계가 몇 [m2] 이하인 경우 등전위본딩 바를 공용으로 할 수 있는가?
130
250
380
4100
정답 및 해설

의료장소에서 인접하는 의료장소와의 바닥면적 합계가 50 m² 이하이면 등전위본딩 바를 공용할 수 있다.

KEC 242.10은 의료장소마다 그 내부 또는 근처에 등전위본딩 바를 설치하게 하고, 면적이 작은 인접 의료장소에 한해 공용을 허용한다.

  • 30 m²는 허용 한도보다 작게 잡은 값이어서 규정 수치가 아니다.
  • 80 m²는 허용 한도를 넘는 값이라 공용이 허용되지 않는다.
  • 100 m²는 허용 한도를 넘는 값이라 공용이 허용되지 않는다.
문제 91
22.9[kV]의 특고압 가공전선로를 시가지에 시설할 경우 지표상의 최저 높이는 몇 [m] 이어야 하는가? (단, 전선은 특고압 절연전선이다.)
14
25
36
48
정답 및 해설

22.9 kV 특고압 가공전선로를 시가지에 시설할 때 전선이 특고압 절연전선이면 지표상 높이는 8 m 이상이다.

KEC 333.1은 35 kV 이하 시가지 전선 높이를 10 m로 하되, 특고압 절연전선을 쓰면 8 m까지 낮출 수 있게 한다.

  • 4 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 5 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 6 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
문제 92
지중 전선로에 사용하는 지중함의 시설기준으로 적절하지 않은 것은?
1견고하고 차량 기타 중량물의 압력에 견디는 구조일 것
2안에 고인 물을 제거할 수 있는 구조로 되어 있을 것
3뚜껑은 시설자 이외의 자가 쉽게 열수 없도록 시설할 것
4조명 및 세척이 가능한 적당한 장치를 시설할 것
정답 및 해설

적절하지 않은 것은 조명 및 세척이 가능한 적당한 장치를 시설할 것이다.

지중함은 견고하고 차량 등 중량물의 압력에 견디는 구조로 하고, 안에 고인 물을 제거할 수 있는 구조로 하며, 뚜껑은 시설관계자 외의 사람이 쉽게 열 수 없도록 시설한다.

지중함의 규정에서 요구하는 것은 폭발성 또는 연소성의 가스가 침입할 우려가 있는 경우 그 가스를 방산시키는 장치이지, 조명 및 세척이 가능한 장치를 요구하는 것이 아니다.

문제 93

연료전지를 자동적으로 전로에서 차단하고 연료가스 공급을 자동 차단하며 연료전지 내의 연료가스를 자동적으로 배출하는 장치를 시설하여야 하는 경우가 아닌 것은?

1연료전지에 과전류가 생긴 경우
2연료전지의 온도가 현저하게 상승한 경우
3개질기를 사용하는 연료전지에서 개질기 버너에 이상이 발생한 경우
4연료가스 유량이 정격치의 90 %로 저하한 경우
정답 및 해설

자동 차단 장치를 시설해야 하는 경우가 아닌 것은 연료가스 유량이 정격치의 90%로 저하한 경우이다.

연료가스 유량은 계측장치(542.3.5)의 대상이며 자동차단 사유가 아니다.

  • 연료전지에 과전류가 생긴 경우는 자동차단 사유이다.
  • 연료전지의 온도가 현저하게 상승한 경우는 자동차단 사유이다.
  • 개질기 버너에 이상이 발생한 경우는 자동차단 사유이다.
문제 94
케이블 트레이공사에 사용되는 케이블트레이가 수용된 모든 전선을 지지할 수 있는 적합한 강도의 것일 경우 케이블 트레이의 안전율은 얼마 이상으로 하여야 하는가?
11.1
21.2
31.3
41.5
정답 및 해설

케이블 트레이의 안전율은 1.5 이상이어야 한다.

케이블 트레이가 수용된 모든 전선의 하중을 지지할 수 있는 충분한 강도를 갖추도록 설계할 때, 안전율은 1.5 이상으로 정한다.

이는 케이블 자중, 충격, 시공 시 작업하중 등을 감안한 여유율로, 이보다 작으면 트레이의 기계적 안전성을 담보하기 어렵다.

문제 95
전기부식방지 시설은 지표 또는 수중에서 1m 간격의 임의의 2점간의 전위차가 몇 V를 넘으면 안되는가?
15
210
325
430
정답 및 해설

전기부식방지 시설은 지표 또는 수중에서 1 m 간격의 임의의 2점 사이 전위차가 5 V를 넘지 않아야 한다.

KEC 241.16.3은 전기부식방지 회로의 사용전압을 직류 60 V 이하로 정하고, 양극 주위와 일반 지표·수중의 전위차를 따로 제한한다. 일반 지표·수중 1 m 간격 2점 사이는 5 V 한도이다.

  • 10 V는 수중 양극과 그 주위 1 m 이내 임의점 사이의 전위차 한도다.
  • 25 V는 규정에 없는 수치다.
  • 30 V는 규정에 없는 수치다.
문제 96
케이블 공사로 저압 옥내배선을 시설하려고 한다. 캡타이어 케이블을 사용하여 조영재의 아랫면에 따라 붙이고자 할 때 전선의 지지점간의 거리는 몇 [m]이하로 하여야 하는가?
11
22
33
45
정답 및 해설

캡타이어 케이블로 저압 옥내배선을 케이블공사로 하여 조영재 아랫면에 따라 붙일 때 지지점 간 거리는 1 m 이하이다.

KEC 232.51.1은 케이블과 캡타이어케이블의 지지점 간 거리를 구분한다. 케이블은 2 m 이하이고, 캡타이어케이블은 더 짧은 1 m 이하이다.

  • 2 m는 일반 케이블에 적용하는 지지점 간 거리다.
  • 3 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
  • 5 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
문제 97
가공 케이블 시설시 고압 가공전선에 케이블을 사용하는 경우 조가선은 단면적이 몇 [mm2] 이상인 아연도 강연선이어야 하는가?
18
214
322
430
정답 및 해설

고압 가공전선에 케이블을 쓰는 경우 조가선은 단면적 22 mm² 이상의 아연도강연선이어야 한다.

KEC 332.2는 케이블을 조가선에 행거로 시설하게 하고 조가선을 인장강도 5.93 kN 이상 또는 단면적 22 mm² 이상 아연도강연선으로 정한다.

  • 8 mm²은 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 14 mm²은 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 30 mm²은 규정에 없는 수치다.
문제 98
사람이 상시 통행하는 터널 내 저압전선로의 애자 사용 공사시 노면상 최소 높이는?
12.0
22.2
32.5
43.0
정답 및 해설

사람이 상시 통행하는 터널 안 저압 전선로를 애자사용 공사로 시설할 때 노면상 높이는 2.5 m 이상이다.

KEC 335.1은 사람이 상시 통행하는 터널 안 전선로를 저압 또는 고압으로 제한한다. 저압 전선을 애자사용 공사로 할 때는 노면상 높이를 2.5 m 이상으로 유지한다.

  • 2.0 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 2.2 m는 규정값보다 작아 요구하는 기준에 못 미친다.
  • 3.0 m는 규정에 없는 수치다.
문제 99
지중 전선로를 직접 매설식에 의하여 차량 기타 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소에 시설하는 경우 매설 깊이는 몇 m이상으로 하여야 하는가?
10.6
21
31.5
42
정답 및 해설

중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소의 직접 매설 깊이는 1m 이상이다.

지중전선로를 직접 매설식으로 시설할 때의 매설 깊이는 시설 장소에 따라 나뉜다.
차량 기타 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소: 1.0m 이상
그 밖의 장소: 0.6m 이상

문제는 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소이므로 매설 깊이는 1m 이상이어야 한다.

문제 100
변압기의 고압측 전로의 1선 지락전류가 4[A]일 때, 일반적인 경우의 변압기 중성점 접지저항 값은 몇 [Ω] 이하로 유지되어야 하는가?
118.75
222.5
337.5
452.5
정답 및 해설

변압기 고압측 전로의 1선 지락전류가 4 A일 때 변압기 중성점 접지저항은 37.5 Ω 이하로 유지해야 한다.

KEC 142.5는 일반적인 경우 접지저항을 150을 1선 지락전류로 나눈 값 이하로 정한다.
R=150Ig=1504=37.5 ΩR=\dfrac{150}{I_g}=\dfrac{150}{4}=37.5\,\Omega

  • 18.75 Ω은 150을 지락전류로 나눈 값이 아니라 그 절반 정도로 잘못 계산한 값이다.
  • 22.5 Ω은 계산식(150을 지락전류로 나눔)에 맞지 않는 값이다.
  • 52.5 Ω은 계산식(150을 지락전류로 나눔)에 맞지 않는 값이다.