전기산업기사 필기 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

2023년 1회 기출복원 모의고사

총 100문항 · 객관식 · A4 약 1장

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전기산업기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

2023년 1회 기출복원 모의고사

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

환상 철심에 감은 코일에 5[A]의 전류를 흘리면 2000[AT]의 기자력이 생긴다면 코일의 권수는 얼마로 하여야 하는가?

110000

25000

3400

4250

정답 및 해설

코일의 권수는 400회 이다.

공식: $F=NI$

$N=\dfrac{F}{I}=\dfrac{2000}{5}=400$

문제 2

플레밍(Fleming)의 왼손법칙을 나타내는 F - B - I 에서 F 는 무엇인가?

1전동기 회전자의 도체의 운동방향을 나타낸다.

2발전기 정류자의 도체의 운동방향을 나타낸다.

3전동기 자극의 운동방향을 나타낸다.

4발전기 전기자의 도체 운동방향을 나타낸다.

정답 및 해설

F 는 전동기 회전자 도체의 운동 방향(힘의 방향)이다.

플레밍의 왼손 법칙은 전동기의 원리이며 엄지(F)=힘, 검지(B)=자속밀도, 중지(I)=전류의 방향이다.

발전기 정류자·전기자의 도체 운동 방향 — 발전기는 오른손 법칙(유도기전력)을 쓴다.
전동기 자극의 운동 방향 — 자극은 고정되어 있고 움직이는 것은 도체이다.

문제 3

액체 유전체를 넣은 콘덴서의 용량이 30[㎌]이다. 여기에 500[V]의 전압을 가했을 때 누설전류는 약 얼마 [mA]인가? (단, 고유저항 ρ는 10¹¹[Ω·m], 비유전율 ℇ_s는 2.2이다.)

15.1

27.7

310.2

415.4

정답 및 해설

누설전류는 약 7.7mA 이다.

절연저항과 정전용량 사이에는 $RC=\rho\varepsilon_0\varepsilon_s$ 의 관계가 있다.

$R=\dfrac{\rho\varepsilon_0\varepsilon_s}{C}=\dfrac{10^{11}\times8.855\times10^{-12}\times2.2}{30\times10^{-6}}\approx6.5\times10^{4}\,\Omega$

$I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{500}{6.5\times10^{4}}\approx7.7\times10^{-3}\,\mathrm{A}$

문제 4

권수가 200회이고, 자기 인덕턴스가 20[mH]인 코일에 2[A]의 전류를 흘릴 때, 자속은 몇 [Wb]인가? (단, 누설 자속은 없는 것으로 한다.)

12×10^-²

24×10^-²

32×10^-⁴

44×10^-⁴

정답 및 해설

자속은 2×10^-4 Wb 이다.

공식: $N\phi=LI$ 이므로 $\phi=\dfrac{LI}{N}$

대입: $\phi=\dfrac{20\times10^{-3}\times2}{200}=2\times10^{-4}\,\mathrm{Wb}$

문제 5

전압 V로 충전된 용량 C의 콘덴서에 용량 2C의 콘덴서를 병렬 연결한 후의 단자전압은?

22V

3V/2

4V/3

정답 및 해설

병렬 연결 후 단자전압은 V/3 이다.

처음 전하는 $Q=CV$ 이고, 병렬 연결해도 전하의 총량은 보존된다.

합성 용량 $C+2C=3C$ 이므로 $V_{2}=\dfrac{CV}{3C}=\dfrac{V}{3}$

문제 6

비투자율이 50인 환상 철심을 이용하여 100cm 길이의 자기회로를 구성할 때 자기저항을 2.0×10⁷AT/Wb 이하로 하기 위해서는 철심의 단면적을 약 몇 m²이상으로 하여야 하는가?

13.6×10^-4

26.4×10^-4

38.0×10^-4

49.2×10^-4

정답 및 해설

철심의 단면적은 약 8.0×10^-4 m² 이상이어야 한다.

자기저항은 전기회로의 저항 $R=\dfrac{l}{\sigma A}$ 에 대응하여
$R_m=\dfrac{l}{\mu A}=\dfrac{l}{\mu_0\mu_sA}$ 이다.

단면적에 대해 정리하면
$A=\dfrac{l}{\mu_0\mu_sR_m}=\dfrac{1.0}{4\pi\times 10^{-7}\times 50\times 2.0\times 10^{7}}=\dfrac{1.0}{4\pi\times 10^{2}}=7.96\times 10^{-4}$ [m²]

단면적이 클수록 자기저항이 작아지므로, 자기저항을 $2.0\times 10^{7}$ AT/Wb 이하로 하려면 약 $8.0\times 10^{-4}$ m² 이상이어야 한다.

문제 7

두 종류의 금속으로 된 폐회로에 전류를 흘리면 양 금속에서 한쪽은 온도가 올라가고 다른 쪽은 온도가 내려가는 현상은?

1볼타 효과

2펠티에 효과

3톰슨 효과

4지벡 효과

정답 및 해설

설명하는 현상은 펠티에 효과이다.

서로 다른 두 금속의 접합부에 전류를 흘리면 한쪽 접합부는 발열, 다른 쪽은 흡열한다.

볼타 효과 — 서로 다른 금속의 접촉 전위차에 관한 현상이다.
톰슨 효과 — 하나의 금속에서 온도 구배가 있을 때 전류에 의해 발열·흡열이 생기는 현상이다.
제벡(지벡) 효과 — 접합부의 온도 차로 기전력이 생기는 현상으로, 펠티에 효과의 역이다.

문제 8

지름 10[cm]인 원형 코일 중심에서 자계가 1000[A/m]이다. 원형 코일이 100회 감겨 있을 때, 전류는 몇[A]인가?

정답 및 해설

전류는 1A 이다.

원형 코일 중심의 자계: $H=\dfrac{NI}{2a}$ (반지름 a=0.05m)

$I=\dfrac{2aH}{N}=\dfrac{2\times0.05\times1000}{100}=1\,\mathrm{A}$

문제 9

다음 (가), (나)에 대한 법칙을 알맞은 것은?
전자유도에 의하여 회로에 발생되는 기전력은 쇄교 자속수의 시간에 대한 감소비율에 비례한다는 ( 가 )에 따르고 특히, 유도된 기전력의 방향은 ( 나 )에 따른다.

1(가) 패러데이의 법칙 (나) 렌츠의 법칙

2(가) 렌츠의 법칙 (나) 패러데이의 법칙

3(가) 플레밍의 왼손법칙 (나) 패러데이의 법칙

4(가) 패러데이의 법칙 (나) 플레밍의 왼손법칙

정답 및 해설

(가)는 패러데이의 법칙, (나)는 렌츠의 법칙이다.

기전력이 쇄교 자속수의 시간 변화율에 비례한다는 크기 관계, 즉 $e=-N\frac{d\phi}{dt}$ 의 크기 부분은 패러데이의 법칙이다.

음부호가 뜻하듯 유도기전력이 자속의 변화를 방해하는 쪽으로 생긴다는 방향 규정은 렌츠의 법칙이다.

문제 10

반지름 r=1[m]인 도체구의 표면 전하밀도가

\dfrac{10^{-8}}{9\pi}\,[\mathrm{C/m^2}]

이 되도록 하는 도체구의 전위는 몇 [V]인가?

110

220

340

480

정답 및 해설

표면 전하밀도가 σ = 10^-8/(9π) [C/m²], 반지름이 r = 1[m] 이므로 도체구의 총 전하는 Q = σ·4πr² = (10^-8/9π)×4π×1² = (4/9)×10^-8[C] 이다.

도체구 외부(표면 포함)의 전위는 전하가 중심에 모인 점전하와 같으므로 V = Q/(4πε₀r) = 9×10⁹·Q/r 이다. 여기에 대입하면 V = 9×10⁹ × (4/9)×10^-8 ÷ 1 = 4×10¹ = 40[V] 이다.

같은 결과를 전계로도 확인할 수 있다. 도체 표면의 전계는 E = σ/ε₀ = (10^-8/9π)/(8.855×10^-12) ≒ 40[V/m] 이고, 구의 전위는 V = E·r = 40×1 = 40[V] 로 일치한다.

문제 11

유전체내의 전계 E와 분극의 세기 P의 관계식은?

1P = ε_o(ε_s - 1 ) E

2P = ε_s(ε_o - 1 ) E

3P = ε_o(ε_s + 1 ) E

4P = ε_s(ε_o + 1 ) E

정답 및 해설

분극의 세기는 P=ε₀(ε_s-1)E 이다.

$D=\varepsilon_0E+P=\varepsilon_0\varepsilon_sE$ 에서 $P=\varepsilon_0(\varepsilon_s-1)E$

ε_s(ε₀-1)E — ε₀ 와 ε_s 의 역할이 바뀐 식이다.
ε₀(ε_s+1)E — 부호가 틀렸다. 진공(ε_s=1)에서 P 가 0 이 되지 않는다.
ε_s(ε₀+1)E — 역할이 바뀌고 부호도 틀렸다.

문제 12

대지면에서 높이 h[m]로 가선된 대단히 긴 평행도선의 선전하(선전하 밀도 λ[C/m])가 지면으로부터 받는 힘[N/m]은?

1h에 비례

2h²에 비례

3h에 반비례

4h²에 반비례

정답 및 해설

지면(도체)에서 받는 힘은 h 에 반비례한다.

영상법: 거리 2h 에 있는 영상전하 -λ 와의 흡인력 $F=\lambda\cdot\dfrac{\lambda}{2\pi\varepsilon_0(2h)}=\dfrac{\lambda^{2}}{4\pi\varepsilon_0h}\,[\mathrm{N/m}]$

h 에 비례 또는 h² 에 비례 — 멀어질수록 힘은 약해지므로 불가능하다.
h² 에 반비례 — 점전하의 경우이다. 무한히 긴 선전하는 거리에 1차 반비례한다.

문제 13

어느 철심에 도선을 250회 감고 여기에 2[A]의 전류를 흘릴 때 발생하는 자속이 0.02[Wb]이었다. 이 코일의 자기 인덕턴스는 몇 [H]인가?

11.05

21.25

32.5

4√2π

정답 및 해설

자기 인덕턴스는 2.5H 이다.

공식: $L=\dfrac{N\phi}{I}$

대입: $L=\dfrac{250\times0.02}{2}=2.5\,\mathrm{H}$

문제 14

비유전율 81이고, 비투자율 1인 물속에 전자파의 파동 임피던스는 약 몇 [Ω]인가?

227

333

442

정답 및 해설

파동(고유) 임피던스는 약 42Ω 이다.

공식: $\eta=377\sqrt{\dfrac{\mu_s}{\varepsilon_s}}$

대입: $\eta=377\times\sqrt{\dfrac{1}{81}}=\dfrac{377}{9}\approx42\,\Omega$

문제 15

직류 500[V] 절연저항계로 절연저항을 측정하니 2[MΩ]이 되었다면 누설전류는?

125[㎂]

2250[㎂]

31000[㎂]

41250[㎂]

정답 및 해설

누설전류는 250μA 이다.

옴의 법칙: $I=\dfrac{V}{R}$

대입: $I=\dfrac{500}{2\times10^{6}}=2.5\times10^{-4}\,\mathrm{A}=250\,\mu\mathrm{A}$

문제 16

자기인덕턴스가 각각 L₁, L₂인 두 코일을 서로 간섭이 없도록 병렬로 연결했을 때 그 합성 인덕턴스는?

1L₁L₂

\dfrac{L_1+L_2}{L_1L_2}

3L₁+L₂

\dfrac{L_1L_2}{L_1+L_2}

정답 및 해설

'서로 간섭이 없도록' 연결했다는 것은 상호인덕턴스 M=0 이라는 뜻이므로, 두 코일은 단순히 인덕턴스 두 개를 병렬로 이은 것과 같다.

인덕턴스의 병렬 합성은 저항과 같은 형태로 1/L = 1/L₁ + 1/L₂ 이므로 L=L₁L₂/(L₁+L₂) [H] 이다.

간섭이 없는 직렬 접속에서 L₁+L₂ 가 되는 것과 짝지어 기억하면 되고, 결합이 있으면 직렬은 L₁+L₂±2M 으로 달라진다.

문제 17

권수 1회의 코일에 5Wb의 자속이 쇄교하고 있었다. 10^-1초 사이에 이 자속이 0 으로 변하였다면 코일에 유도되는 기전력은 몇 [V] 가 되는가?

225

350

4100

정답 및 해설

유도 기전력은 50V 이다.

패러데이 법칙: $e=N\dfrac{\Delta\phi}{\Delta t}$

대입: $e=1\times\dfrac{5}{10^{-1}}=50\,\mathrm{V}$

문제 18

그림 (a)의 인덕턴스에 전류가 그림 (b)와 같이 흐를 때, 2초에서 6초 사이의 인덕턴스 전압 V_L[V]은?

310

420

정답 및 해설

그림 (b) 에서 2초~6초 구간은 전류가 20 A 로 일정하므로 전류 변화율이 0 이다.

인덕턴스 전압은 $v_L=L\dfrac{di}{dt}$ 이고 구간에서 $\dfrac{di}{dt}=0$ 이므로 인덕턴스 값과 관계없이 $v_L=0\ \mathrm{V}$ 이다.

5 V 는 전류가 변하는 구간에서나 나올 수 있는 값이다. 0~2초 구간은 10 A/s 로 상승하므로 이 구간의 전압은 인덕턴스에 10 A/s 를 곱한 값이다.
10 V 도 마찬가지로 전류가 시간에 따라 변해야 나오는 값이어서, 전류가 평탄한 구간에는 해당하지 않는다.
20 V 는 전류의 크기(20 A)를 전압으로 착각한 값이다. 인덕턴스 전압은 전류 크기가 아니라 변화율에 비례한다.

문제 19

Q=0.15[C]으로 대전하고 있는 큰 구에 그의 반경이 1/2이 되는 작은 구를 접촉했다가 떼면 큰 구와 작은 구 간에 작용하는 반발력은 몇 [N]인가? (단, 양 구를 접촉시켰을 때 전위는 동일 전위이며 양구는 서로 1[m] 떨어져 놓여 있다.)

14.5×10⁵

24.5×10⁶

34.5×10⁷

44.5×10⁸

정답 및 해설

반발력은 4.5×10⁷ N 이다.

접촉하면 두 구는 같은 전위가 되고, 전위 $V=\dfrac{Q}{4\pi\varepsilon_0r}$ 이므로 전하는 반지름에 비례해 나뉜다.

반지름비 2:1 이므로 큰 구 $Q_1=0.15\times\dfrac{2}{3}=0.1\,\mathrm{C}$ , 작은 구 $Q_2=0.05\,\mathrm{C}$

$F=9\times10^{9}\times\dfrac{0.1\times0.05}{1^{2}}=4.5\times10^{7}\,\mathrm{N}$

문제 20

진공 중에서 10^-6[C]과 10^-7[C]의 두 개의 점전하가 50[cm]의 거리에 있을 때 작용하는 힘은 몇 [N] 인가?

13.6×10^-3

21.8×10^-3

34×10¹³

40.25×10¹³

정답 및 해설

작용하는 힘은 3.6×10^-3 N 이다.

쿨롱의 법칙: $F=9\times10^{9}\dfrac{Q_1Q_2}{r^{2}}$

대입: $F=9\times10^{9}\times\dfrac{10^{-6}\times10^{-7}}{0.5^{2}}=3.6\times10^{-3}\,\mathrm{N}$

문제 21

다음 중 배전선로의 부하율이 F일 때 손실계수 H와의 관계로 옳은 것은?

1H=F

H=\dfrac{1}{F}

3H=F³

40≤F²≤H≤F≤1

정답 및 해설

부하율 F 는 평균전력을 최대전력으로 나눈 값이고, 손실계수 H 는 평균전력손실을 최대전력손실로 나눈 값이다. 손실은 전류의 제곱에 비례하므로 두 값은 서로 같지 않다.

실측적으로 H = αF + (1 − α)F² (0 ≤ α ≤ 1) 의 관계가 성립하며, 배전선로에서는 대개 α = 0.2 ~ 0.3 을 적용한다. α 를 1 과 0 의 양 극단으로 놓아 보면 H 의 상한은 F, 하한은 F² 이 된다.

따라서 0 ≤ F² ≤ H ≤ F ≤ 1 의 부등식이 성립한다. 부하 변동이 심할수록 손실계수는 F² 에 가까워지고, 부하가 평탄할수록 F 에 가까워진다.

문제 22

뇌해 방지와 관계가 없는 것은?

1매설지선

2가공지선

3소호각

4댐퍼

정답 및 해설

피뢰(뇌해방지)와 관련된 설비는 낙뢰 전류를 대지로 방류하거나 이상전압을 억제하는 역할을 한다. 매설지선은 철탑의 접지저항을 낮춰 역섬락을 방지하고, 가공지선은 직격뢰로부터 전선을 차폐하며, 소호각(아킹혼)은 섬락 시 아크가 애자를 따라 흐르지 않도록 유도해 애자를 보호한다.

댐퍼는 바람에 의한 전선의 미소진동을 흡수해 전선의 피로 파단을 막는 기계적 보호장치로, 낙뢰 방지와는 직접적인 관련이 없다.

문제 23

저항 10[Ω] 리액턴스 15[Ω]인 3상 송전선이 있다. 수전단 전압 60[kV], 부하역률 0.8(늦음), 전류 100[A]라 한다. 이때 송전단 전압은 약 몇 [kV]인가?

136

263

3109

4120

정답 및 해설

송전단 전압은 약 63 kV이다.

$V_s=V_r+\sqrt3I(R\cos\theta+X\sin\theta)$ 이다.
$60000+\sqrt3\times100\times(10\times0.8+15\times0.6)\approx62944\ \mathrm{V}$ 이다.

문제 24

배전선의 전압조정 방법이 아닌 것은?

1승압기 사용

2유도전압조정기 사용

3병렬콘덴서 사용

4주상변압기 탭 전환

정답 및 해설

배전선의 전압조정 방법이 아닌 것은 병렬콘덴서 사용이다.

병렬(전력용) 콘덴서는 부하의 지상 무효전력을 보상하는 역률 개선 설비로 분류되며, 배전선의 전압조정 수단으로는 승압기·유도전압조정기·변압기 탭 전환을 쓴다.

승압기 사용 — 긴 배전선 도중에 설치해 낮아진 전압을 올린다.
유도전압조정기 사용 — 부하 변동에 따라 연속적으로 전압을 조정한다.
주상변압기 탭 전환 — 변압비를 바꿔 2차 전압을 조정한다.

문제 25

전력용 퓨즈는 주로 어떤 전류의 차단을 목적으로 사용 하는가?

1충전 전류

2부하 전류

3단락 전류

4지락 전류

정답 및 해설

전력용 퓨즈는 주로 단락 전류를 차단한다.

퓨즈는 과대한 단락 전류에 용단되도록 한 보호 장치이다.

충전 전류는 정상 상태 전류이다.
부하 전류는 정상 전류라 차단 대상이 아니다.
지락 전류 차단은 별도의 지락 보호 장치가 맡는다.

문제 26

직류 2선식 배전선로에서 급전점 F의 전압은 200[V]이다. F에서 분기점 A까지 1선당 저항은 0.05[Ω], A에서 B까지와 A에서 C까지의 1선당 저항은 각각 0.1[Ω]이다. A점에 40[A], B점에 20[A], C점에 10[A]의 부하가 걸려 있을 때 B점의 전압은 몇 [V]인가?

1179

2189

3191

4194.5

정답 및 해설

B점의 전압은 189V이다.

직류 2선식은 왕복 2선이므로 전압강하 $e=2IR$ (R: 1선 저항)이다.
F→A 구간 전류 $40+20+10=70\,[\mathrm{A}]$ : $e_{FA}=2\times70\times0.05=7\,[\mathrm{V}]$ → $V_A=193\,[\mathrm{V}]$

A→B 구간 전류 20A: $e_{AB}=2\times20\times0.1=4\,[\mathrm{V}]$ → $V_B=189\,[\mathrm{V}]$
참고로 $V_C=193-2\times10\times0.1=191\,[\mathrm{V}]$ 이다.

194.5V는 왕복 2선을 고려하지 않은 값이다.

문제 27

다음 중 페란티 현상의 방지대책으로 적합하지 않은 것은?

1선로전류를 지상이 되도록 한다.

2수전단에 분로리액터를 설치한다.

3동기조상기를 부족여자로 운전한다.

4부하를 차단하여 무부하가 되도록 한다.

정답 및 해설

방지대책으로 적합하지 않은 것은 부하를 차단하여 무부하가 되도록 한다는 것이다.

페란티 현상은 경부하·무부하 시 선로의 충전전류(진상전류)가 지배적이 되어 수전단 전압이 송전단보다 높아지는 현상이다.

무부하로 만들면 충전전류의 영향이 극대화되어 오히려 악화된다.

선로전류를 지상이 되도록 한다 : 진상 충전전류를 상쇄하므로 방지대책이다.
수전단에 분로리액터를 설치한다 : 진상 무효전력을 흡수하므로 방지대책이다.
동기조상기를 부족여자로 운전한다 : 진상 무효전력을 흡수하므로 방지대책이다.

문제 28

보호 계전기의 반한시·정한시 특성은?

1동작전류가 커질수록 동작시간이 짧게 되는 특성

2최소 동작전류 이상의 전류가 흐르면 즉시 동작하는 특성

3동작전류의 크기에 관계없이 일정한 시간에 동작하는 특성

4동작전류가 적은 동안에는 동작 전류가 커질수록 동작시간이 짧아지고, 어떤 전류 이상이 되면 동작전류의 크기에 관계 없이 일정한 시간에서 동작하는 특성

정답 및 해설

반한시·정한시 특성은 동작전류가 적은 동안에는 전류가 커질수록 동작시간이 짧아지고, 어떤 전류 이상에서는 일정한 시간에 동작하는 특성이다.

반한시와 정한시 두 특성이 결합된 형태이다.

동작전류가 커질수록 동작시간이 짧아지는 특성 : 반한시 특성만을 나타낸다.
최소 동작전류 이상에서 즉시 동작하는 특성 : 순시 특성이다.
전류와 무관하게 일정 시간에 동작하는 특성 : 정한시 특성만을 나타낸다.

문제 29

다음 중 플리커 경감을 위한 전력 공급측의 방안이 아닌 것은?

1단락 용량이 큰 계통에서 공급한다.

2공급전압을 낮춘다.

3전용 변압기로 공급한다.

4단독 공급 계통을 구성한다.

정답 및 해설

공급전압을 낮추는 것은 플리커 경감 방안이 아니다.

플리커는 전압 변동이 원인이므로 공급 쪽에서는 단락 용량을 키우는 것이 대책이다.

단락 용량이 큰 계통에서 공급하면 전압변동이 줄어든다.
전용 변압기로 공급하면 다른 부하의 영향이 줄어든다.
단독 공급 계통을 구성해도 영향이 줄어든다.

문제 30

한류리액터를 사용하는 가장 큰 목적은?

1충전전류의 제한

2접지전류의 제한

3누설전류의 제한

4단락전류의 제한

정답 및 해설

한류리액터를 사용하는 가장 큰 목적은 단락전류의 제한이다.

선로나 모선에 직렬로 삽입하여 리액턴스를 크게 함으로써 단락전류를 제한하고, 차단기의 차단용량과 기기의 단락강도 부담을 줄인다.

충전전류의 제한 : 계통에 병렬로 넣는 분로리액터의 역할이다.
접지전류의 제한 : 지락전류 억제는 중성점 접지방식(소호리액터·저항접지)이 담당한다.
누설전류의 제한 : 한류리액터의 목적과 다르다.

문제 31

공통중성선 다중접지 3상 4선식 배전선로에서 고압측(1차측) 중성선과 저압측(2차측) 중성선을 전기적으로 연결하는 목적은?

1저압측의 단락사고를 검출하기 위함

2저압측의 접지사고를 검출하기 위함

3주상변압기의 중성선측 부싱(bushing)을 생략하기 위함

4고저압 혼촉시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위함

정답 및 해설

중성선을 전기적으로 연결하는 목적은 고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위함이다.

고압선과 저압선이 혼촉되었을 때 저압측의 이상전압을 대지로 신속히 방류하여 수용가 설비에 침입하는 상승전압을 억제한다.

저압측의 단락사고 검출 : 이 연결의 목적과 관계가 없다.
저압측의 접지사고 검출 : 이 연결의 목적과 관계가 없다.
주상변압기 중성선측 부싱 생략 : 이 연결의 목적과 관계가 없다.

문제 32

동일 전력을 동일 선간전압, 동일 역률로 동일 거리에 보낼 때, 사용하는 전선의 총중량이 같으면, 단상 2선식과 3상 3선식의 전력 손실비(3상 3선식/단상 2선식)는?

11/3

21/2

33/4

정답 및 해설

총중량이 같을 때 3상 3선식의 전력손실은 단상 2선식의 3/4이다.

단상 2선식은 전선 2가닥( $2A_1$ ), 3상 3선식은 3가닥( $3A_3$ )이고 총중량이 같다는 조건에서 $A_3 = \dfrac{2}{3}A_1$ 이 된다.

동일 전력·동일 선간전압·동일 역률이므로 선전류는 $I_1 = \dfrac{P}{V\cos\theta}$ , $I_3 = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta} = \dfrac{I_1}{\sqrt{3}}$ 이다.

단면적 $A_1$ 기준으로 저항을 $R = \rho l / A$ 로 두고 각 방식의 손실을 구하면

$P_{L1} = 2I_1^2\dfrac{\rho l}{A_1},\qquad P_{L3} = 3\left(\dfrac{I_1}{\sqrt{3}}\right)^2\dfrac{\rho l}{\frac{2}{3}A_1} = \dfrac{3}{2}I_1^2\dfrac{\rho l}{A_1}$

따라서 손실비는 $\dfrac{P_{L3}}{P_{L1}} = \dfrac{3/2}{2} = \dfrac{3}{4}$ 이다.

문제 33

송전선에 복도체를 사용할 경우, 같은 단면적의 단도체를 사용하였을 경우와 비교할 때 옳지 않은 것은?

1전선의 인덕턴스는 감소되고 정전용량은 증가된다.

2고유 송전용량이 증대되고 정태안정도가 증대된다.

3전선 표면의 전위경도가 증가한다.

4전선의 코로나 개시전압이 높아진다.

정답 및 해설

복도체를 사용하면 전선 표면의 전위경도는 오히려 감소하므로, 전위경도가 증가한다는 설명은 옳지 않다.

등가 반지름이 커지는 효과로 인덕턴스는 감소하고 정전용량은 증가하며, 전위경도가 낮아지는 만큼 코로나 개시전압은 높아진다.

고유 송전용량과 정태안정도가 증대되는 것도 복도체의 실제 장점에 해당한다.

문제 34

유효낙차 50m, 최대사용수량 20m³/s, 수차효율 87%, 발전기 효율 97%인 수력발전소의 최대 출력은 몇 kW인가?

17570

28070

38270

48570

정답 및 해설

최대 출력은 약 8270kW이다.

수력발전소의 출력은 P = 9.8QHη이며, 수차효율과 발전기효율을 모두 곱해 전기적 출력을 구한다.

유효낙차 50m, 사용수량 20㎥/s, 수차효율 87%, 발전기효율 97%를 대입하면

$P = 9.8 \times 20 \times 50 \times 0.87 \times 0.97 \approx 8270\ \mathrm{kW}$

문제 35

저수지의 이용 수심이 클 때 사용하면 유리한 조압수조는?

1차동조압수조

2단동조압수조

3수실조압수조

4제수공조압수조

정답 및 해설

이용 수심이 클 때 유리한 것은 수실조압수조이다.

수조의 상부와 하부에 수실을 두어 수위 변동이 큰 경우에 적합하다.

차동조압수조는 단동과 제수공의 특성을 결합한 형식이다.
단동조압수조는 단순한 구조이다.
제수공조압수조는 오리피스로 수위 변동을 억제하는 형식이다.

문제 36

1상의 대지 정전용량이 0.5[㎌]이고, 주파수 60[Hz]의 3상 송전선 소호 리액터의 인덕턴스는 몇[H]인가?

12.69

23.69

34.69

45.69

정답 및 해설

소호 리액터의 인덕턴스는 4.69 H이다.

공진 조건에서 $L=\dfrac{1}{3\omega^{2}C}$ 이다.
$L=\dfrac{1}{3\times(2\pi\times60)^{2}\times0.5\times10^{-6}}\approx4.69\ \mathrm{H}$ 이다.

3을 곱하지 않거나 ω 계산이 어긋나면 2.69·3.69·5.69 같은 값이 나온다.

문제 37

정전압 송전방식의 전력원선도를 작성할 때 반드시 필요한 요소가 아닌 것은?

1송전단 전압

2수전단 전압

3선로의 일반회로정수 A, B, C, D

4수전단 부하의 역률

정답 및 해설

전력원선도를 그리는 데 필요한 요소가 아닌 것은 수전단 부하의 역률이다.

전력원선도는 송·수전단 전압의 크기와 선로의 일반회로정수(4단자 정수)만으로 그려지며, 반지름은 $\dfrac{E_s E_r}{B}$ 이다.

부하 역률은 원선도 위에 부하점을 찍어 조상용량 등을 읽어낼 때 쓰는 것으로, 원선도 자체를 그리는 데 필요한 요소는 아니다.

문제 38

피뢰기의 구비조건으로 옳지 않은 것은?

1충격방전 개시 전압이 낮을 것

2상용 주파 방전 개시 전압이 높을 것

3방전 내량이 작으면서 제한 전압이 높을 것

4속류 차단 능력이 충분할 것

정답 및 해설

방전 내량이 작으면서 제한 전압이 높을 것은 구비조건이 아니다.

피뢰기는 방전 내량이 크고 제한 전압이 낮아야 한다.

충격방전 개시 전압이 낮아야 서지를 빨리 방전한다.
상용 주파 방전 개시 전압이 높아야 정상 전압에서 동작하지 않는다.
속류 차단 능력이 충분해야 한다.

문제 39

피뢰기의 정격전압이란?

1상용주파수의 방전 개시전압

2속류를 차단할 수 있는 최고의 교류 전압

3방전을 개시할 때 단자전압의 순시값

4충격방전전류를 통하고 있을 때 단자전압

정답 및 해설

피뢰기의 정격전압은 속류를 차단할 수 있는 최고의 교류 전압이다.

방전 후 계통 전압에 의한 속류를 차단할 수 있는 한계 전압이다.

상용주파 방전개시전압은 정격전압과 다른 특성값이다.
방전 개시 때의 순시값은 충격 방전개시전압에 가깝다.
충격방전전류가 흐를 때 단자전압은 제한전압이다.

문제 40

뒤진 역률 80[%], 1000[KW]의 3상 부하가 있다. 여기에 콘덴서를 설치하여 역률을 95[%]로 개선하려면 콘덴서의 용량[KVA]은?

1328[KVA]

2421[KVA]

3765[KVA]

4951[KVA]

정답 및 해설

콘덴서 용량은 421 kVA이다.

$Q_c=P(\tan\theta_1-\tan\theta_2)$ 이다.
역률 0.8은 tanθ=0.75, 역률 0.95는 tanθ≈0.329이므로 $1000\times(0.75-0.329)\approx421\ \mathrm{kVA}$ 이다.

328 kVA와 765 kVA는 tan 값 계산이 어긋난 값이다.
951 kVA는 유효전력에 역률을 곱한 값이다.

문제 41

백분율 저항강하 2[%], 백분율 리액턴스 강하 3[%]인 변압기가 있다. 역률(지역률) 80[%]인 경우의 전압 변동률은?

11.4

23.4

34.4

45.4

정답 및 해설

전압 변동률은 3.4 %이다.

변동률은 백분율 저항강하와 리액턴스 강하에 역률과 무효율을 각각 곱해 더한다. 역률 0.8이면 무효율은 0.6이다.

$\varepsilon=p\cos\theta+q\sin\theta=2\times0.8+3\times0.6=3.4\ \%$

문제 42

동기발전기의 전기자 권선을 단절권으로 하는 가장 큰 이유는?

1과열을 방지

2기전력 증가

3기본파를 제거

4고조파를 제거해서 기전력 파형 개선

정답 및 해설

단절권으로 하는 가장 큰 이유는 고조파를 제거해서 기전력 파형을 개선하기 위해서이다.

전절권 대신 단절권으로 감으면 코일의 두 변 사이 간격이 극간격보다 짧아져, 두 변에서 유도되는 기전력 사이에 위상차가 생긴다.

이 위상차 때문에 단절 비율에 대응하는 특정 차수의 고조파 기전력이 서로 상쇄된다.

코일 길이가 짧아져 동량이 절감되는 부수적 효과도 있으나, 기본파 기전력 자체는 단절권계수만큼 전절권보다 약간 작아진다.

문제 43

화학공장에서 선로의 역률은 앞선 역률 0.7이었다. 이 선로에 동기 조상기를 병렬로 결선해서 과여자로 하면 선로의 역률은 어떻게 되는가?

1뒤진 역률이며 역률은 더욱 나빠진다.

2뒤진 역률이며 역률은 더욱 좋아진다.

3앞선 역률이며 역률은 더욱 좋아진다.

4앞선 역률이며 역률은 더욱 나빠진다.

정답 및 해설

화학공장 선로가 앞선(진상) 역률 0.7로 운전되는 상태에서 동기 조상기를 병렬로 연결하고 과여자로 운전하면, 동기 조상기는 콘덴서처럼 작용하여 진상 무효전력을 추가로 계통에 공급한다.

이는 이미 진상 상태인 계통을 더욱 진상 쪽으로 밀어내는 방향이므로, 선로는 계속 앞선 역률을 유지하면서 오히려 역률이 더 나빠진다.

문제 44

비돌극형 동기 발전기의 단자 전압(1상)을 V, 유도 기전력(1상)을 E, 동기 리액턴스(1상)를 Xs, 부하각을 δ라 하면 1상의 출력[W]은 약 얼마인가?

\dfrac{EV}{Xs}\cos\delta

\dfrac{EV}{Xs}\sin\delta

\dfrac{E^{2}V}{Xs}\cos\delta

\dfrac{EV^{2}}{Xs}\cos\delta

정답 및 해설

비돌극형 동기발전기의 1상 출력은 EV/Xs 에 sinδ를 곱한 값이다.

전기자 저항을 무시하면 출력은 아래 식으로 나타낸다. 부하각이 90도일 때 최대이다.

$P=\dfrac{EV}{X_s}\sin\delta$

코사인을 곱한 식은 δ=0일 때 최대가 되어 출력 특성과 맞지 않는다.
E의 제곱이 들어간 식은 차원이 맞지 않는다.
V의 제곱이 들어간 식도 차원이 맞지 않는다.

문제 45

유도 발전기에 대한 설명으로 틀린 것은?

1공극이 크고 역률이 동기기에 비해 좋다.

2병렬로 접속된 동기기에서 여자전류를 공급받아야 한다.

3농형 회전자를 사용할 수 있으므로 구조가 간단하고 가격이 싸다.

4선로에 단락이 생기면 여자가 없어지므로 동기기에 비해 단락전류가 작다.

정답 및 해설

틀린 설명은 공극이 크고 역률이 동기기에 비해 좋다는 것이다.

유도발전기는 운전 중 항상 무효전력을 소비하므로 역률이 동기발전기에 비해 나쁜 편이다. 또한 자화전류를 줄이기 위해 공극을 동기기에 비해 작게 만든다.

스스로 여자할 수 없어 계통 또는 병렬로 접속된 동기기로부터 여자전류(무효전력)를 공급받아야 한다.
농형 회전자를 사용해 구조가 간단하고 저렴하다.
선로 단락 시 여자가 사라져 단락전류가 동기기에 비해 작다.

문제 46

변압기유의 요구 특성이 아닌 것은?

1인화점이 높을 것

2응고점이 낮을 것

3점도가 클 것

4절연 내력이 클 것

정답 및 해설

변압기유의 요구 특성이 아닌 것은 점도가 클 것이다.

점도가 크면 순환이 나빠 냉각 효과가 떨어지므로 점도는 작아야 한다.

인화점이 높아야 화재 위험이 작다.
응고점이 낮아야 추운 곳에서도 유동성이 유지된다.
절연 내력이 커야 절연 매체로 쓸 수 있다.

문제 47

단상 정류자 전동기에 보상권선을 사용하는 이유는?

1정류개선

2기동토크 조절

3속도제어

4역률개선

정답 및 해설

단상 정류자전동기는 교류로 운전되기 때문에 전기자 반작용에 의한 리액턴스분이 커져 역률이 나빠지는 문제가 있다. 이를 상쇄하기 위해 보상권선을 전기자와 직렬로 연결해 전기자 반작용 자속을 상쇄시킨다.

보상권선은 결과적으로 회로의 리액턴스분을 줄여 역률을 개선하는 역할을 하며, 정류 개선은 주로 보극과 저항도선이 담당하고 기동토크 조절이나 속도제어가 주목적은 아니다.

문제 48

직류기의 전기자 반작용의 영향이 아닌 것은?

1주자속이 증가한다.

2전기적 중성축이 이동한다.

3정류작용에 악영향을 준다.

4정류자 편간전압이 상승한다.

정답 및 해설

전기자 반작용의 영향이 아닌 것은 주자속이 증가한다는 것이다.

전기자 반작용은 감자작용에 의해 주자속을 감소시키는 것이 일반적이다.

전기적 중성축이 이동한다.
정류작용에 악영향을 준다.
정류자 편간전압이 국부적으로 상승한다.

문제 49

1차측 권수가 1500인 변압기의 2차측에 접속한 저항 16Ω을 1차측으로 환산했을 때 8kΩ으로 되어 있다면 2차측 권수는 약 얼마인가?

175

270

367

464

정답 및 해설

2차측 권수는 약 67이다.

1차 환산 저항과 실제 2차 저항의 비로부터 권수비를 구한 뒤, 1차 권수와의 관계로 2차 권수를 구한다.

$a = \sqrt{\dfrac{8000}{16}} = \sqrt{500} \approx 22.36$
$N_2 = \dfrac{N_1}{a} = \dfrac{1500}{22.36} \approx 67$

문제 50

3상 유도전동기에 불평형 3상 전압을 가한 경우 다음 전동기 특성 중 옳은 것은?

1영상분전압은 존재하지 않는다.

2영상전압을 고려하여야 한다.

3정상전압과 역상 전압에 의한 회전자계 방향은 같다.

4정상운전 상태에서 역상분은 제동 작용을 하지 않는다.

정답 및 해설

불평형 3상 전압을 가할 때 옳은 것은 영상분 전압이 존재하지 않는다는 설명이다.

3상 3선식 전동기에 가해지는 선간전압은 불평형이어도 그 합이 항상 0이므로 영상분이 없고, 중성점이 접지되지 않아 영상전류도 흐를 길이가 없다. 따라서 전동기에는 정상분과 역상분만 작용한다.

영상전압을 고려해야 한다는 설명은 3선식 전동기에서는 맞지 않다.
정상전압과 역상전압의 회전자계 방향이 같다는 설명은 틀리다. 역상분은 반대 방향 회전자계를 만든다.
역상분이 제동 작용을 하지 않는다는 설명은 틀리다. 역상분은 반대 토크로 제동 작용을 한다.

문제 51

변압기에서 부하에 관계없이 자속만을 만드는 전류는?

1철손전류

2자화전류

3여자전류

4교차전류

정답 및 해설

부하에 관계없이 자속만을 만드는 전류는 자화전류이다.

자화전류는 부하전류와 관계없이 철심의 자속만을 만드는 데 쓰이며, 인가전압(자속)에 의해 결정되므로 부하의 유무나 크기와 무관하다.

여자전류는 자화전류에 철손을 공급하는 철손전류를 더한 값으로 두 성분을 모두 포함하므로, 자속만을 만드는 성분은 자화전류가 더 정확하다.

문제 52

3상 60Hz 전원에 의해 여자되는 6극 권선형 유도전동기가 있다. 이 전동기가 1150rpm으로 회전할 때 회전자 전류의 주파수는 몇 Hz인가?

21.5

42.5

정답 및 해설

회전자 전류의 주파수는 약 2.5Hz이다.

동기속도는
$N_s = \dfrac{120f}{P} = \dfrac{120\times60}{6}=1200\ \mathrm{rpm}$ 이다.

슬립은
$s = \dfrac{N_s-N}{N_s} = \dfrac{1200-1150}{1200} \approx 0.0417$ 이다.

회전자(2차측) 전류의 주파수는
$f_2 = sf_1 = 0.0417 \times 60 \approx 2.5\ \mathrm{Hz}$ 이다.

문제 53

1000V의 단상 교류를 전파 정류해서 150A의 직류를 얻는 정류기의 교류측 전류는 약 몇 A 인가?

1106

2116

3125

4166

정답 및 해설

교류측 전류는 약 166 A이다.

단상 전파 정류에서 저항 부하일 때 직류 평균 전류는 교류 실효 전류의 0.9배이다. 따라서 교류측 전류는 직류 전류를 0.9로 나누어 구한다.

$I_d=\dfrac{2\sqrt{2}}{\pi}I\approx0.9I\ \Rightarrow\ I=\dfrac{I_d}{0.9}=\dfrac{150}{0.9}\approx166.7\ \mathrm{A}$

교류 전압 1000 V는 직류 전압 $E_d\approx0.9\times1000=900\ \mathrm{V}$ 를 정할 뿐 전류 계산에는 쓰이지 않는다.

문제 54

권선형 유도전동기의 저항제어법의 장점은?

1부하에 대한 속도변동이 크다.

2역률이 좋고, 운전효율이 양호하다.

3구조가 간단하며, 제어조작이 용이하다.

4전부하로 장시간 운전하여도 온도 상승이 적다.

정답 및 해설

권선형 유도전동기의 2차 저항제어법은 회전자(2차) 회로에 외부 저항을 접속하여 슬립을 변화시켜 속도를 제어하는 방식으로, 별도의 전력변환장치 없이 저항값 조절만으로 속도를 바꿀 수 있어 구조가 간단하고 제어 조작이 용이하다는 장점이 있다.

다만 저항에서 소비되는 손실(2차 동손) 때문에 운전효율과 역률이 떨어지고, 부하 변화에 따른 속도변동도 커지며, 장시간 운전 시 저항 발열로 인한 온도 상승도 커지는 단점이 있다.

문제 55

유도전동기에서 부하를 증가시킬 때 일어나는 현상에 관한 설명 중 틀린 것은? (단, n_s:회전자계의 속도, n:회전자의 속도이다.)

1상대속도 (n_s-n) 증가

22차 전류 증가

3토크 증가

4속도 증가

정답 및 해설

틀린 설명은 속도 증가이다.

유도전동기에 부하가 늘면 회전자 속도는 감소하고 슬립이 커진다.

상대속도 (ns-n)가 증가하는 것은 옳다. 속도가 줄기 때문이다.
2차 전류가 증가하는 것은 옳다. 슬립이 커져 2차 유기 기전력이 늘기 때문이다.
토크가 증가하는 것은 옳다. 부하 토크와 평형을 이루기 위해서다.

문제 56

전기자 저항이 0.05[Ω]인 직류 분권 발전기가 있다. 회전수가 1000[rpm]이고 단자전압이 220[V]일 때 전기자 전류가 100[A]이다. 분권 발전기를 전동기로 사용하여 그 단자전압 및 전기자 전류가 위의 값과 똑같을 경우 그 회전수 [rpm]는 약 얼마인가? (단, 전기자 반작용은 무시한다.)

1약 1046.5

2약 977.8

3약 977.3

4약 955.6

정답 및 해설

전동기로 쓸 때 회전수는 약 955.6 rpm이다.

발전기와 전동기에서 기전력은 같은 방향으로 전기자 전압강하가 반대로 더해진다.

$E_g=V+I_aR_a=220+100\times0.05=225\ \mathrm{V}$

$E_m=V-I_aR_a=220-5=215\ \mathrm{V}$

기전력은 자속이 같으면 회전수에 비례하므로 다음과 같다.

$N'=1000\times\dfrac{215}{225}\approx955.6\ \mathrm{rpm}$

문제 57

직류 분권전동기의 계자저항을 운전 중에 증가시키면?

1전류는 일정

2속도는 감소

3속도는 일정

4속도는 증가

정답 및 해설

계자저항을 증가시키면 속도는 증가한다.

분권전동기의 속도는 $N=\dfrac{V-I_aR_a}{k\phi}$ 로 나타낼 수 있다.

계자저항을 증가시키면 계자전류가 줄어 자속 $\phi$ 가 감소한다.

자속이 분모에 있으므로 자속 감소는 회전속도의 증가로 이어지며, 이것이 계자저항 조정을 통한 속도제어 원리이다.

문제 58

출력이 20[kW]인 직류발전기의 효율이 80[%]이면 손실[kW]은 얼마인가?

정답 및 해설

손실은 5 kW이다.

효율이 출력 대비 입력의 비이므로 입력을 먼저 구하고 입력에서 출력을 뺀다.

$P_{in}=\dfrac{20}{0.8}=25\ \mathrm{kW}$

$P_{loss}=25-20=5\ \mathrm{kW}$

문제 59

정격전압 6000[V], 용량 5000[KVA]의 Y 결선 3상 동기 발전기가 있다. 여자전류 200[A]에서의 무부하 단자전압이 6000[V], 단락전류 600[A]일 때, 이 발전기의 단락비는 약 얼마인가?

10.25

31.25

41.5

정답 및 해설

단락비는 약 1.25이다.

단락비는 단락전류를 정격전류로 나눈 값이다. 먼저 정격전류를 구한다.

$I_n=\dfrac{5000\times10^3}{\sqrt{3}\times6000}\approx481\ \mathrm{A}$

$K_s=\dfrac{I_s}{I_n}=\dfrac{600}{481}\approx1.25$

문제 60

용량 1[kVA], 3000/200[V]의 단상 변압기를 단권 변압기로 결선하여 3000/3200[V]의 승압기로 사용할 때 그 부하용량[kVA]은?

116

215

31.5

40.6

정답 및 해설

부하용량은 16 kVA이다.

단권변압기 승압의 부하용량은 자기용량에 (고압측 전압 / 승압 전압)을 곱한 값이다. 3000 V를 3200 V로 올리므로 승압분은 200 V이다.

$\dfrac{P}{P_s}=\dfrac{V_h}{V_h-V_l}$

$P=1\times\dfrac{3200}{3200-3000}=16\ \mathrm{kVA}$

문제 61

상순이 abc인 3상 회로에 있어서 대칭분 전압이 V₀=-8+j3[V], V₁=6-j8[V], V₂=8+j12[V]일 때, a상의 전압 V_a[V]는?

16+j7

28+j12

36+j14

416+j4

정답 및 해설

a상 전압은 6 + j7[V]이다.

대칭좌표법에서 a상 전압은 영상분·정상분·역상분의 합이다.

$\dot V_a=\dot V_0+\dot V_1+\dot V_2$

$=(-8+j3)+(6-j8)+(8+j12)=6+j7\,\mathrm{V}$

문제 62

어떤 회로 소자에 e = 125sin377t[V]를 가했을 때, i = 25sin377t[A]가 흐른다면, 이 소자는?

1다이오드

2순저항

3유도 리액턴스

4용량 리액턴스

정답 및 해설

이 소자는 순저항이다.

전압과 전류가 같은 위상이므로 리액턴스 성분이 없는 저항이다.

$R=\dfrac{125}{25}=5\,\Omega$

유도 리액턴스이면 전류가 전압보다 90° 늦다.
용량 리액턴스이면 전류가 전압보다 90° 앞선다.
다이오드는 비선형 소자로 정현파 전압에 정현파 전류가 흐르지 않는다.

문제 63

푸리에 급수에서 직류항은?

1우함수이다

2기함수이다.

3우함수+기함수이다.

4우함수×기함수이다.

정답 및 해설

푸리에 급수의 직류항은 우함수이다.

직류항(상수)은 $f(-t)=f(t)$ 를 만족하는 우함수이다. 기함수는 원점 대칭이라 평균이 0이어서 직류분이 없다.

기함수는 직류항을 가질 수 없다.
우함수와 기함수의 합·곱은 직류항의 성질을 나타내지 않는다.

문제 64

전원이 Y결선, 부하가 Δ결선된 3상 대칭회로가 있다. 전원의 상전압이 220V이고 전원의 상전류가 10A일 경우, 부하한 상의 임피던스[Ω]는?

122√3

222

\dfrac{22}{\sqrt{3}}

466

정답 및 해설

전원이 Y결선이므로 선간전압은 상전압의 √3배인 220√3 V 이고, Y결선에서는 선전류가 상전류와 같으므로 선전류는 10A 이다.

부하가 Δ결선이면 부하 한 상에 걸리는 전압은 선간전압 그대로 220√3 V 이고, 부하 한 상의 전류는 선전류의 1/√3 인 10/√3 A 이다.

따라서 부하 한 상의 임피던스는 Z=(220√3)÷(10/√3)=220×3/10=66Ω 이다. 같은 결과를 Y-Δ 등가변환(Δ 임피던스는 Y의 3배)으로도 확인할 수 있다.

문제 65

다음과 같은 회로가 정저항 회로가 되기 위한 R[Ω]의 값은 얼마인가?

1200

32 × 10^-2

42 × 10^-4

정답 및 해설

그림은 R–4 mH 직렬 가지와 R–0.1 μF 직렬 가지가 병렬인 회로이다. 두 가지의 저항이 같고 R²=L/C 이면 모든 주파수에서 임피던스가 R 로 일정한 정저항 회로가 된다.

$R=\sqrt{\dfrac{L}{C}}=\sqrt{\dfrac{4\times10^{-3}}{0.1\times10^{-6}}}=\sqrt{4\times10^{4}}=200\ \Omega$

2 Ω 는 R²=4 가 되어 L/C=4×10⁴ 에 훨씬 못 미친다.
2×10^-2 Ω 와 2×10^-4 Ω 도 R² 이 L/C 에 비해 지나치게 작아 정저항 조건을 만족하지 못한다.

문제 66

어느 회로에 V=120+j90(V)의 전압을 인가하면 I=3+j4(A)의 전류가 흐른다. 이 회로의 역률은?

10.92

20.94

30.96

40.98

정답 및 해설

역률은 $\cos\theta = \frac{P}{S} = \frac{\text{Re}(VI^*)}{\left|V\right|\left|I\right|}$ 로 구한다.

먼저 $V = 120 + j90$ , $I = 3 + j4$ 이므로 $I^* = 3 - j4$ 이다.
$VI^* = (120+j90)(3-j4) = 360 - j480 + j270 + 360 = 720 - j210$ 이므로 실부(유효전력)는 $P = 720\text{ W}$ 이다.

다음으로 $\left|V\right| = \sqrt{120^2 + 90^2} = \sqrt{14400 + 8100} = \sqrt{22500} = 150\text{ V}$ , $\left|I\right| = \sqrt{3^2 + 4^2} = \sqrt{9+16} = 5\text{ A}$ 이다.
따라서 겉보기전력은 $S = 150 \times 5 = 750\text{ VA}$ 이고, 역률은 $\cos\theta = \frac{720}{750} = \frac{24}{25} = 0.96$ 이다.

문제 67

그림과 같은 R-L 직렬회로에 t=0에서 스위치 S를 닫아 직류전압 100[V]를 회로 양단에 급히 가한 후 L/R[sec] 일때의 전류값 [A]은? (단, R = 10[Ω], L = 0.1[H]이다.)

10.632

26.32

336.8

463.2

정답 및 해설

R–L 직렬회로에 직류 전압을 가하면 전류는 시정수 L/R 로 최종값을 향해 상승하며, t=L/R 에서 최종값의 63.2 % 에 도달한다.

최종 전류 $I_0=\dfrac{100}{10}=10\ \mathrm{A}$

$i\left(\dfrac{L}{R}\right)=I_0\left(1-e^{-1}\right)=10\times0.632=6.32\ \mathrm{A}$

0.632 A 는 최종값 10 A 를 곱하지 않고 비율만 쓴 값이다.
36.8 A 는 전압 100 V 에 e^-1 을 곱한 값으로 전류가 아니며, 감쇠 비율 쪽 값이다.
63.2 A 는 최종 전류(10 A) 대신 전압 100 V 에 0.632 를 곱한 값이다.

문제 68

전압 200[V], 전류 30[A]로서 4.3[kW]의 전력을 소비하는 회로의 리액턴스는 약 몇[Ω]인가?

13.35

24.65

35.35

46.65

정답 및 해설

리액턴스는 약 4.65[Ω]이다.

전력은 저항에서만 소비되므로 $P=I^2R$ 로 R을 구한 뒤 임피던스와 비교한다.

$R=\dfrac{4300}{30^2}\approx4.78\,\Omega,\ Z=\dfrac{200}{30}\approx6.67\,\Omega$

$X=\sqrt{Z^2-R^2}=\sqrt{44.4-22.8}\approx4.65\,\Omega$

문제 69

다음의 4단자 회로에서 단자 a-b에서 본 구동점 임피던스 Z₁₁은?

12+j4

22-j4

33+j4

43-j4

정답 및 해설

그림은 입력측 직렬 3Ω, 중앙 병렬 j4Ω(유도성 리액턴스), 출력측 직렬 2Ω으로 구성된 T형 4단자 회로다. 구동점 임피던스 Z₁₁은 출력단을 개방(I₂ = 0)했을 때 a-b에서 본 임피던스, 즉 Z₁₁ = V₁/I₁ 이다.

출력단 a′-b′를 개방하면 오른쪽 2Ω에는 전류가 흐를 수 없어 회로 계산에서 빠지고, 입력에서 보면 직렬 3Ω과 중앙의 j4Ω만 직렬로 남는다.

따라서 Z₁₁ = 3 + j4 [Ω] 이다. 같은 방법으로 입력단을 개방하고 보면 Z₂₂ = 2 + j4, 상호 임피던스는 공통 소자인 Z₁₂ = Z₂₁ = j4 가 된다.

문제 70

어떤 회로의 전압과 전류가 다음과 같을 때 이 회로의 유효전력[W]은?
$v=100\sqrt{2}\sin\omega t+50\sqrt{2}\sin(3\omega t+30^\circ)[\mathrm{V}]$
$i=10\sqrt{2}\sin(\omega t-60^\circ)+4\sqrt{2}\sin(3\omega t-30^\circ)[\mathrm{A}]$

1500

2600

31000

41200

정답 및 해설

이 회로의 유효전력은 600W이다.

유효전력은 같은 차수의 전압·전류 성분끼리만 발생한다.
기본파: $100\times 10\times\cos 60^\circ=500\,[\mathrm{W}]$
제3고조파: 위상차 $30^\circ-(-30^\circ)=60^\circ$ 이므로 $50\times 4\times\cos 60^\circ=100\,[\mathrm{W}]$

$P=500+100=600\,[\mathrm{W}]$

문제 71

e=E_m\cos\left(100\pi t-\dfrac{\pi}{3}\right)\,[\mathrm{V}]

와

i=I_m\sin\left(100\pi t+\dfrac{\pi}{4}\right)

[A]의 위상차를 시간으로 나타내면 약 몇 초인가?

13.33 × 10^-4

24.33 × 10^-4

36.33 × 10^-4

48.33 × 10^-4

정답 및 해설

두 파형은 $e=E_m\cos\left(100\pi t-\dfrac{\pi}{3}\right)[\mathrm{V}]$ 와 $i=I_m\sin\left(100\pi t+\dfrac{\pi}{4}\right)[\mathrm{A}]$ 이다. 위상을 비교하려면 먼저 같은 삼각함수로 통일해야 한다.

$\cos\theta=\sin\left(\theta+\dfrac{\pi}{2}\right)$ 이므로 $e=E_m\sin\left(100\pi t-\dfrac{\pi}{3}+\dfrac{\pi}{2}\right)=E_m\sin\left(100\pi t+\dfrac{\pi}{6}\right)$ 가 되고, 두 파형의 위상차는 $\theta=\dfrac{\pi}{6}-\dfrac{\pi}{4}=-\dfrac{\pi}{12}$ , 크기로는 $\dfrac{\pi}{12}\,\mathrm{rad}\,(=15^\circ)$ 이다.

각주파수가 $\omega=100\pi\,\mathrm{rad/s}$ 이므로 위상차를 시간으로 환산하면 $t=\dfrac{\theta}{\omega}=\dfrac{\pi/12}{100\pi}=\dfrac{1}{1200}\simeq8.33\times10^{-4}\,\mathrm{s}$ 이다.

검산하면 주파수는 $f=\dfrac{100\pi}{2\pi}=50\,\mathrm{Hz}$ , 주기는 0.02s이고 $0.02\times\dfrac{15}{360}=8.33\times10^{-4}\,\mathrm{s}$ 로 같은 값을 얻는다.

문제 72

3상 불평형 회로의 전압에서 불평형률[%]은?

\dfrac{\text{영상전압}}{\text{정상전압}}\times 100[\%]

\dfrac{\text{정상전압}}{\text{역상전압}}\times 100[\%]

\dfrac{\text{정상전압}}{\text{영상전압}}\times 100[\%]

\dfrac{\text{역상전압}}{\text{정상전압}}\times 100[\%]

정답 및 해설

전압 불평형률은 역상전압 ÷ 정상전압 × 100[%]이다.

불평형률은 역상분과 정상분의 비로 정의한다. 평형이면 역상분이 0이므로 불평형률도 0이 된다.

영상전압 ÷ 정상전압은 불평형률의 정의가 아니다.
정상전압을 분자에 둔 식은 분자·분모가 뒤바뀌어 평형일수록 값이 커지므로 불평형 정도를 나타내지 못한다.

문제 73

3상 불평형 전압에서 역상 전압이 50[V] 이고, 정상 전압이 200[V], 영상 전압이 10[V] 라고 할 때 전압의 불평형률[%] 은?

325

450

정답 및 해설

전압 불평형률은 25[%]이다.

불평형률은 역상분 ÷ 정상분이다.

$\dfrac{V_2}{V_1}\times100=\dfrac{50}{200}\times100=25\,\%$

문제 74

f(t)=\sin t \cdot \cos t

를 라플라스 변환하면?

\dfrac{1}{s^2+1^2}

\dfrac{1}{s^2+2^2}

\dfrac{1}{(s+2)^2}

\dfrac{1}{(s+4^2)}

정답 및 해설

곱의 형태로는 라플라스 변환표를 바로 쓸 수 없으므로 2배각 공식 sin2t = 2sin t cos t 를 이용해 sin t·cos t = ½ sin 2t 로 고쳐 쓴다.

기본 변환쌍 L{sin ωt} = ω/(s²+ω²) 에 ω = 2를 넣으면 L{sin 2t} = 2/(s²+2²) 이므로, 구하는 값은 ½ × 2/(s²+2²) = 1/(s²+2²) = 1/(s²+4) 이다.

각주파수를 그대로 1로 두고 1/(s²+1²)로 쓰면 2배각을 놓친 것이고, 분모가 (s+2)² 형태이면 지수감쇠 t·e^−2t 의 변환이어서 진동 성분과는 전혀 다른 함수가 된다.

문제 75

파고율이 2가 되는 파형은?

1정현파

2톱니파

3사각파

4정류파(정현반파)

정답 및 해설

파고율이 2인 파형은 정류파(정현 반파)이다.

파고율은 최대값 ÷ 실효값이다. 정현 반파는 실효값이 $V_m/2$ 이므로 파고율이 2이다.

정현파의 파고율은 약 1.414이다.
톱니파의 파고율은 약 1.732이다.
사각파의 파고율은 1이다.

문제 76

다음 회로에서 10[Ω]의 저항에 흐르는 전류[A]는?

120

215

310

정답 및 해설

그림은 전류원 세 개와 10 Ω 저항이 모두 병렬로 연결된 회로이고, 세 전류원이 모두 같은 방향으로 저항 쪽에 전류를 공급한다.

2 A 전류원 가지의 10 V 전압원은 전류원과 직렬이어서 이 가지의 전류를 바꾸지 못한다. 따라서 저항에는 $I=10+2+3=15\ \mathrm{A}$ 가 흐른다.

20 A 는 세 전류원 전류의 합(15 A)보다 커서 나올 수 없다.
10 A 는 10 A 전류원 하나만 본 값으로, 나머지 2 A 와 3 A 가 빠졌다.
8 A 는 전류원 일부의 방향을 반대로 본 값으로, 세 전류원이 모두 같은 방향인 이 회로의 합과 다르다.

문제 77

다음과 같은 브리지 회로가 평형이 되기 위한 Z₄의 값은?

12 + j4

2-2 + j4

34 + j2

44 - j2

정답 및 해설

그림의 브리지는 Z₁=2+j4, Z₃=3+j2, Z₂=2−j3 이고, 검류계 T 가 0 이 되는 평형 조건은 마주 보는 변의 곱이 같다는 것이다.

$Z_1Z_2=Z_3Z_4$ 이므로 $Z_4=\dfrac{(2+j4)(2-j3)}{3+j2}=\dfrac{16+j2}{3+j2}=\dfrac{(16+j2)(3-j2)}{13}=\dfrac{52-j26}{13}$

따라서 $Z_4=4-j2\ \Omega$ 이다.

4+j2 는 계산 결과와 허수부 부호가 반대인 켤레 값이다.
2+j4 를 넣으면 $Z_3Z_4=(3+j2)(2+j4)=-2+j16$ 으로 $16+j2$ 와 다르다.
−2+j4 를 넣으면 $Z_3Z_4=(3+j2)(-2+j4)=-14+j8$ 로 역시 평형이 되지 않는다.

문제 78

그림에서 전류 i₅의 크기는?

13A

25A

38A

412A

정답 및 해설

그림은 한 절점(node)에 다섯 개의 분기가 모인 것이다. 화살표 방향을 보면 i₁=5A, i₂=3A, i₄=2A는 절점으로 들어오고, i₃=2A와 i₅는 절점에서 나간다.

절점에는 전하가 축적되지 않으므로 키르히호프의 전류법칙(KCL) — 유입 전류의 합 = 유출 전류의 합 — 이 성립한다. $i_1+i_2+i_4 = i_3+i_5$

수치를 대입하면 $5+3+2 = 2+i_5$ 이므로 $i_5 = 10-2 = 8\,\mathrm{A}$ 이다. 화살표 방향(유입/유출)을 잘못 읽으면 부호가 어긋나므로 각 가지의 화살머리가 절점을 향하는지 먼저 확인하는 것이 요령이다.

문제 79

동일한 용량 2대의 단상 변압기를 V결선하여 3상으로 운전하고 있다. 단상 변압기 2대의 용량에 대한 3상 V결선시 변압기 용량의 비인 변압기 이용률 약 몇 %인가?

157.7

270.7

380.1

486.6

정답 및 해설

변압기 이용률은 약 86.6[%]이다.

V결선 출력은 $\sqrt3P_1$ , 변압기 2대의 용량은 $2P_1$ 이므로 그 비가 이용률이다.

$\dfrac{\sqrt3P_1}{2P_1}=\dfrac{\sqrt3}{2}\approx0.866$

57.7[%]는 V결선과 △결선의 출력비로, 이용률이 아니다.
70.7[%]는 이용률 계산과 무관한 값이다.

문제 80

i=100+50\sqrt{2}\sin\omega t+20\sqrt{2}\sin\left(3\omega t+\dfrac{\pi}{6}\right)

로 표시되는 비정현파 전류의 실효값은 약 얼마인가?

120

250

3114

4150

정답 및 해설

실효값은 약 114[A]이다.

비정현파의 실효값은 직류분과 각 고조파 실효값의 제곱합의 제곱근이다. 각 교류 성분의 진폭이 $\sqrt2\times$ (실효값) 꼴이므로 실효값은 직류 100, 기본파 50, 제3고조파 20[A]이다.

$I=\sqrt{100^2+50^2+20^2}=\sqrt{12900}\approx114\,\mathrm{A}$

문제 81

저압 가공인입선의 시설에 대한 설명으로 틀린 것은?

1전선은 절연전선 또는 케이블일 것

2전선은 지름 1.6mm의 경동선 또는 이와 동등 이상의 세기 및 굵기일 것

3전선의 높이는 철도 및 궤도를 횡단하는 경우에는 레일 면상 6.5[m] 이상일 것

4전선의 높이는 횡단보도교의 위에 시설하는 경우에는 노면상 3[m] 이상일 것

정답 및 해설

전선을 지름 1.6 mm의 경동선으로 한다는 설명이 틀리다. 저압 가공인입선은 인입용 비닐절연전선이면 지름 2.6 mm 이상이다.

KEC 221.1.1은 저압 가공인입선의 굵기를 정한다. 케이블이 아니면 인장강도 2.30 kN 이상 또는 지름 2.6 mm 이상의 인입용 비닐절연전선이며, 지지물 간 거리가 15 m 이하이면 더 가는 전선도 허용한다.

전선을 절연전선 또는 케이블로 한다는 설명은 규정과 같다.
철도 및 궤도를 횡단하는 경우 레일면상 6.5 m 이상이라는 설명은 규정과 같다.
횡단보도교 위에 시설하는 경우 노면상 3 m 이상이라는 설명은 규정과 같다.

문제 82

전기부식 방지대책에서 매설금속체측의 누설전류에 의한 전기부식의 피해가 예상되는 곳에 고려하여야 하는 방법으로 틀린 것은?

1절연코팅

2배류장치 설치

3변전소 간 간격 축소

4저준위 금속체를 접속

정답 및 해설

변전소 간 간격 축소는 전기철도 측의 전기부식 방지 대책이므로 매설금속체 측 대책으로는 틀리다.

KEC 461.4는 대책을 두 편으로 나눈다. 전기철도 측은 변전소 간 간격 축소, 레일본드 양호 시공, 장대레일, 절연층 설치 등이고, 매설금속체 측은 배류장치·절연코팅·접속부 절연·저준위 금속체 접속 등이다.

절연코팅은 매설금속체 측 대책에 해당한다.
배류장치 설치는 매설금속체 측 대책에 해당한다.
저준위 금속체를 접속하는 것은 매설금속체 측 대책에 해당한다.

문제 83

발전소의 개폐기 또는 차단기에 사용하는 압축공기장치의 주 공기탱크에 시설하는 압력계의 최고 눈금의 범위로 옳은 것은?

1사용압력의 1배 이상 2배 이하

2사용압력의 1.15배 이상 2배 이하

3사용압력의 1.5배 이상 3배 이하

4사용압력의 2배 이상 3배 이하

정답 및 해설

압력계의 최고 눈금 범위는 사용압력의 1.5배 이상 3배 이하이다.

압축공기장치의 주 공기탱크에 설치하는 압력계는 정상적인 사용압력 범위를 벗어난 이상압력까지 확인할 수 있도록 눈금범위를 넉넉하게 정하고 있다.

그 기준이 사용압력의 1.5배 이상 3배 이하로 정해져 있다.

문제 84

저압 이웃 연결 인입선은 인입선에서 분기하는 점으로부터 몇 [m]를 초과하는 지역에 미치지 아니하도록 시설하여야 하는가?

110

220

3100

4200

정답 및 해설

저압 이웃 연결 인입선은 인입선에서 분기하는 점으로부터 100 m를 초과하는 지역에 미치지 않도록 시설해야 한다.

KEC 221.1.2는 저압 이웃 연결 인입선에 거리 한도, 도로 횡단 폭 제한, 옥내 통과 금지를 둔다. 100 m를 초과하는 지역에 미치지 않아야 한다.

10 m는 한도보다 짧게 잡은 값이어서 규정 수치가 아니다.
20 m는 한도보다 짧게 잡은 값이어서 규정 수치가 아니다.
200 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.

문제 85

특고압 가공전선이 저고압 가공전선과 제 1차 접근 상태로 시설하는 경우, 66[kV] 특고압 가공전선과 저고압 가공전선 사이의 간격은 몇[m] 이상이어야 하는가?

12.0

22.12

32.2

42.5

정답 및 해설

사용전압 66 kV 특고압 가공전선과 저·고압 가공전선의 제1차 접근 간격은 2.12 m 이상이다.

KEC 333.26은 60 kV 초과이면 2 m에 60 kV를 초과하는 10 kV 또는 그 단수당 0.12 m를 더한다.
$\dfrac{66-60}{10}=0.6\rightarrow 1$
$2+1\times0.12=2.12\,\mathrm{m}$

2.0 m는 60 kV 이하 구간의 값으로 단수 가산을 빠뜨린 값이다.
2.2 m는 가산 항을 과다하게 잡은 값이다.
2.5 m는 가산 항을 과다하게 잡은 값이다.

문제 86

전기온상의 발열선의 온도는 몇 [°C]를 넘지 아니하도록 시설하여야 하는가?

170

280

390

4100

정답 및 해설

전기온상의 발열선은 그 온도가 80 ℃를 넘지 않도록 시설해야 한다.

KEC 241.5.2는 전기온상 발열선에 전기온상선 사용, 손상 우려 시 방호장치, 접지공사 등을 요구하며 온도 상한을 정한다.

70 ℃는 한도보다 낮게 잡은 값이어서 규정 수치가 아니다.
90 ℃는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
100 ℃는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.

문제 87

주택 등 저압수용장소의 계통접지가 TN-C-S 방식인 경우, 고정 전기설비에 사용하는 중성선 겸용 보호도체(PEN)를 구리로 할 때 그 단면적은 몇 mm² 이상이어야 하는가?

310

416

정답 및 해설

TN-C-S 방식 고정 전기설비의 PEN 도체는 구리일 때 단면적 10mm² 이상이어야 한다.

PEN 도체는 고정 전기설비에만 사용할 수 있다.
단면적은 구리 10mm² 이상, 알루미늄 16mm² 이상이다.

계통의 최고전압에 대하여 절연되어야 한다.

문제 88

직류 전기철도 시스템이 매설 배관 또는 케이블과 인접하는 경우, 누설전류를 피하기 위하여 최대한 이격시켜야 하며 주행레일과 최소 몇 m 이상의 거리를 유지하여야 하는가?

10.5

31.5

정답 및 해설

직류 전기철도가 매설 배관·케이블과 인접할 때 주행레일과 최소 1m 이상 거리를 유지해야 한다.

KEC 461.5(누설전류 간섭에 대한 방지)에 따르면 누설전류를 피하기 위해 최대한 이격시킨다.

그 이격 거리의 최소 기준이 주행레일과 1m이다.

문제 89

사용전압이 22.9kV인 특고압 가공전선과 그 지지물·완금류·지지기둥 또는 지지선 사이의 간격은 몇 cm 이상이어야 하는가?

115

220

325

430

정답 및 해설

사용전압 22.9 kV 특고압 가공전선과 그 지지물·완금류·지지기둥·지지선 사이의 간격은 20 cm 이상이다.

KEC 333.5는 사용전압 구간별로 간격을 정한다. 15 kV 이상 25 kV 미만은 0.2 m이며, 구간이 오를수록 간격이 커진다.

15 cm는 15 kV 미만 구간에 적용하는 간격이다.
25 cm는 25 kV 이상 35 kV 미만 구간에 적용하는 간격이다.
30 cm는 35 kV 이상 50 kV 미만 구간에 적용하는 간격이다.

문제 90

고압 가공전선로의 지지물 간 거리는 B종 철근 콘크리트주로 시설하는 경우 몇 m 이하로 하여야 하는가?

1100

2150

3200

4250

정답 및 해설

B종 철근 콘크리트주를 지지물로 사용하는 고압 가공전선로의 지지물 간 거리는 250 m 이하이다.

KEC 332.9는 고압 가공전선로의 지지물 간 거리를 지지물 종류별로 정한다. 목주·A종은 150 m, B종은 250 m, 철탑은 600 m 이하이다.

100 m는 규정 한도와 다른 수치다.
150 m는 목주·A종 지지물에 적용하는 한도다.
200 m는 규정 한도와 다른 수치다.

문제 91

가공전선로의 지지물에 취급자가 오르고 내리는데 사용하는 발판 볼트 등은 지표상 몇 m 미만에 시설하여서는 아니되는가?

11.2

21.8

32.2

42.5

정답 및 해설

발판 볼트 등은 지표상 1.8m 미만에 시설해서는 안 된다.

가공전선로의 지지물에 취급자가 오르내리는 데 쓰는 발판 볼트 등은 취급자가 아닌 제3자, 특히 어린이가 쉽게 기어올라 감전되는 것을 막기 위해 이렇게 규정한다.

다만 발판 볼트를 지지물 내부에 넣는 구조이거나, 사다리를 떼어낼 수 있는 등 취급자 외에는 오르내릴 수 없는 구조인 경우에는 예외로 한다.

문제 92

특고압 지중전선이 가연성이나 유독성의 유체(流體)를 내포하는 관과 접근하기 때문에 상호간에 견고한 내화성의 격벽을 시설하였다. 상호 간의 간격이 몇 [m] 이하인 경우인가?

10.4

20.6

30.8

41.0

정답 및 해설

특고압 지중전선이 가연성·유독성 유체를 내포하는 관과 접근할 때 상호 간격이 1 m 이하이면 견고한 내화성 격벽을 시설하거나 불연성·난연성 관에 넣어 직접 접촉을 막는다.

KEC 334.6은 특고압 지중전선과 가연성·유독성 유체관이 접근·교차하는 경우의 격벽 적용 간격을 1 m 이하로 정한다. 저·고압 지중전선과 약전류전선 사이 기준(0.3 m)과 구분해야 한다.

0.4 m는 적용 범위의 한도보다 작은 값이어서 규정 수치가 아니다.
0.6 m도 적용 범위의 한도보다 작은 값이어서 규정 수치가 아니다.
0.8 m도 적용 범위의 한도보다 작은 값이어서 규정 수치가 아니다.

문제 93

금속관 공사에 의한 저압 옥내배선의 방법으로 틀린 것은?

1전선으로 연선을 사용하였다.

2옥외용 비닐절연전선을 사용하였다.

3콘크리트에 매설하는 관은 두께 1.2mm 이상을 사용하였다.

4사용전압 400V 이상이고 사람의 접촉 우려가 없어 접지공사를 하였다.

정답 및 해설

옥외용 비닐절연전선을 사용하는 것은 금속관공사에서 허용되지 않으므로 틀린 방법이다.

KEC 232.12는 금속관공사의 전선으로 절연전선(옥외용 비닐절연전선 제외)을 요구한다. 전선은 연선이 원칙이고 관 안에서는 접속점을 두지 않는다.

전선으로 연선을 사용한 것은 규정에 맞는 방법이다.
콘크리트에 매입하는 관의 두께를 1.2 mm 이상으로 한 것은 규정에 맞는 방법이다.
사용전압 400 V 이상인 배선의 관에 접지공사를 한 것은 규정에 맞는 방법이다.

문제 94

합성수지 몰드 공사에 의한 저압 옥내배선의 시설방법으로 옳은 것은?

1전선으로는 단선만을 사용하고 연선을 사용하여서는 안된다.

2전선은 옥외용 비닐절연전선을 사용한다.

3합성수지 몰드 안에 전선의 접속점을 두기 위하여 합성수지제의 조인트 박스를 사용한다.

4합성수지 몰드 안에는 전선의 접속점을 최소 2개소 두어야 한다.

정답 및 해설

합성수지몰드 안에 접속점을 두려면 합성수지제 조인트박스를 사용해야 한다.

몰드 안에서의 전선 접속은 원칙적으로 피해야 하며, 예외적으로 조인트박스를 사용하는 경우에 한해 허용된다.

"전선으로는 단선만을 사용하고 연선을 사용하여서는 안된다."는 연선 사용을 배제할 근거가 없어 옳지 않다.
"전선은 옥외용 비닐절연전선을 사용한다."는 이 공사에 적합한 전선이 아니다.
"합성수지 몰드 안에는 전선의 접속점을 최소 2개소 두어야 한다."는 접속점 개수를 강제하는 규정이 아니라 오히려 접속을 피해야 하는 대상이라는 점과 맞지 않는다.

문제 95

다음 중 가연성 먼지에 전기설비가 발화원이 되어 폭발할 우려가 있는 곳에 시공할 수 있는 저압 옥내 배선 공사는?

1버스 덕트 공사

2라이팅 덕트 공사

3가요 전선관 공사

4금속관 공사

정답 및 해설

가연성 먼지에 전기설비가 발화원이 되어 폭발할 우려가 있는 곳에 시공할 수 있는 저압 옥내배선은 금속관공사이다.

KEC 242.2.2는 가연성 먼지 장소의 배선을 합성수지관공사(두께 기준 충족), 금속관공사, 케이블공사로 한정한다.

버스덕트 공사는 허용 공사 방법에 들지 않는다.
라이팅 덕트 공사는 허용 공사 방법에 들지 않는다.
가요 전선관 공사는 허용 공사 방법에 들지 않는다(전동기 접속부의 분진방폭형 가요성 부속 사용은 별개).

문제 96

애자사용 공사에 의한 고압 옥내배선을 할 때 전선을 조영재의 면을 따라 붙이는 경우, 전선의 지지점간의 거리는 몇 [m] 이하이어야 하는가?

정답 및 해설

애자사용 공사에 의한 고압 옥내배선에서 전선을 조영재의 면을 따라 붙일 때 지지점 간 거리는 2 m 이하이다.

KEC 342.1은 고압 옥내배선 지지점 간 거리를 6 m 이하로 하되, 조영재의 면을 따라 붙이는 경우는 2 m 이하로 줄인다. 이때 전선은 사람이 접촉할 우려가 없도록 시설한다.

3 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
4 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
5 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.

문제 97

154[kV] 변전소의 울타리, 담 등의 높이와 울타리, 담 등으로부터 충전부분까지의 거리의 합계는 몇 [m] 이상이어야 하는가?

14.5

46.2

정답 및 해설

154 kV 변전소의 울타리·담 등의 높이와 울타리·담 등으로부터 충전부분까지 거리의 합계는 6 m 이상이다.

KEC 351.1은 사용전압별로 거리 합계를 정한다. 35 kV 초과 160 kV 이하는 6 m이며 154 kV는 이 구간에 속한다.

4.5 m는 규정값보다 작아 거리 합계가 부족하다.
5 m는 35 kV 이하 설비에 적용하는 합계 값이다.
6.2 m는 규정에 없는 수치다.

문제 98

공칭전압 25,000 V 단상 교류 전기철도에서 전차선과 차량 간에 확보해야 하는 최소 절연간격 중 동적 절연간격은 몇 mm인가?

1100

2150

3170

4270

정답 및 해설

공칭전압 25,000V 단상 교류 전기철도의 동적 절연간격은 170mm이다.

KEC 431.3 표 431.3-1에서 단상교류 25,000V는 동적 170mm, 정적 270mm이다.
직류 750V는 동적 25mm·정적 25mm, 직류 1,500V는 동적 100mm·정적 150mm이다.

동적 절연이격은 팬터그래프 통과 시 전선의 일시적 움직임을 고려한 값이다.

문제 99

일반적으로 저압 가공전선로와 기설 가공약전류 전선로가 병행하는 경우에는 유도작용에 의한 통신상의 장해가 생기지 않도록 전선과 기설 약전류 전선간의 간격은 몇 [m] 이상으로 하여야 하는가? (단, 저압 가공전선은 케이블이 아니다)

정답 및 해설

저압(또는 고압) 가공전선로가 기설 가공약전류전선로와 병행할 때 유도작용에 의한 통신 장해를 막기 위한 전선과 약전류전선 사이의 간격은 2 m 이상이다.

KEC 332.1은 병행 시 유도작용에 의한 통신상 장해를 막기 위해 2 m 이상 간격을 두도록 한다. 전선이 케이블이거나 가공약전류전선로 관리자의 승낙을 받은 경우에는 적용하지 않는다.

3 m는 규정에 없는 수치다.
4 m는 규정에 없는 수치다.
5 m는 규정에 없는 수치다.

문제 100

사용전압 220V인 경우에 애자사용 공사에 의한 옥측 전선로를 시설할 때 전선과 조영재와의 간격은 몇 cm이상 이어야 하는가?

12.5

24.5

정답 및 해설

사용전압이 400 V 이하인 애자사용 공사에 의한 옥측전선로에서 전선과 조영재 사이의 간격은 2.5 cm 이상이다.

KEC 221.2는 애자사용 옥측전선로의 간격을 사용전압과 장소별로 정한다. 400 V 이하는 비·이슬에 젖는 곳이든 아니든 전선과 조영재 사이 2.5 cm 이상이면 된다.

4.5 cm는 400 V 초과이고 비·이슬에 젖는 장소에 적용하는 값이다.
6 cm는 전선 상호 간의 간격 수준의 값으로 전선과 조영재 사이 기준이 아니다.
8 cm는 규정에 없는 수치다.

전기산업기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

2023년 1회 기출복원 모의고사

총 100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

환상 철심에 감은 코일에 5[A]의 전류를 흘리면 2000[AT]의 기자력이 생긴다면 코일의 권수는 얼마로 하여야 하는가?

110000

25000

3400

4250

정답 및 해설

코일의 권수는 400회 이다.

공식: $F=NI$

$N=\dfrac{F}{I}=\dfrac{2000}{5}=400$

문제 2

플레밍(Fleming)의 왼손법칙을 나타내는 F - B - I 에서 F 는 무엇인가?

1전동기 회전자의 도체의 운동방향을 나타낸다.

2발전기 정류자의 도체의 운동방향을 나타낸다.

3전동기 자극의 운동방향을 나타낸다.

4발전기 전기자의 도체 운동방향을 나타낸다.

정답 및 해설

F 는 전동기 회전자 도체의 운동 방향(힘의 방향)이다.

플레밍의 왼손 법칙은 전동기의 원리이며 엄지(F)=힘, 검지(B)=자속밀도, 중지(I)=전류의 방향이다.

발전기 정류자·전기자의 도체 운동 방향 — 발전기는 오른손 법칙(유도기전력)을 쓴다.
전동기 자극의 운동 방향 — 자극은 고정되어 있고 움직이는 것은 도체이다.

문제 3

15.1

27.7

310.2

415.4

정답 및 해설

누설전류는 약 7.7mA 이다.

절연저항과 정전용량 사이에는 $RC=\rho\varepsilon_0\varepsilon_s$ 의 관계가 있다.

$R=\dfrac{\rho\varepsilon_0\varepsilon_s}{C}=\dfrac{10^{11}\times8.855\times10^{-12}\times2.2}{30\times10^{-6}}\approx6.5\times10^{4}\,\Omega$

$I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{500}{6.5\times10^{4}}\approx7.7\times10^{-3}\,\mathrm{A}$

문제 4

권수가 200회이고, 자기 인덕턴스가 20[mH]인 코일에 2[A]의 전류를 흘릴 때, 자속은 몇 [Wb]인가? (단, 누설 자속은 없는 것으로 한다.)

12×10^-²

24×10^-²

32×10^-⁴

44×10^-⁴

정답 및 해설

자속은 2×10^-4 Wb 이다.

공식: $N\phi=LI$ 이므로 $\phi=\dfrac{LI}{N}$

대입: $\phi=\dfrac{20\times10^{-3}\times2}{200}=2\times10^{-4}\,\mathrm{Wb}$

문제 5

전압 V로 충전된 용량 C의 콘덴서에 용량 2C의 콘덴서를 병렬 연결한 후의 단자전압은?

22V

3V/2

4V/3

정답 및 해설

병렬 연결 후 단자전압은 V/3 이다.

처음 전하는 $Q=CV$ 이고, 병렬 연결해도 전하의 총량은 보존된다.

합성 용량 $C+2C=3C$ 이므로 $V_{2}=\dfrac{CV}{3C}=\dfrac{V}{3}$

문제 6

13.6×10^-4

26.4×10^-4

38.0×10^-4

49.2×10^-4

정답 및 해설

철심의 단면적은 약 8.0×10^-4 m² 이상이어야 한다.

자기저항은 전기회로의 저항 $R=\dfrac{l}{\sigma A}$ 에 대응하여
$R_m=\dfrac{l}{\mu A}=\dfrac{l}{\mu_0\mu_sA}$ 이다.

단면적에 대해 정리하면
$A=\dfrac{l}{\mu_0\mu_sR_m}=\dfrac{1.0}{4\pi\times 10^{-7}\times 50\times 2.0\times 10^{7}}=\dfrac{1.0}{4\pi\times 10^{2}}=7.96\times 10^{-4}$ [m²]

단면적이 클수록 자기저항이 작아지므로, 자기저항을 $2.0\times 10^{7}$ AT/Wb 이하로 하려면 약 $8.0\times 10^{-4}$ m² 이상이어야 한다.

문제 7

두 종류의 금속으로 된 폐회로에 전류를 흘리면 양 금속에서 한쪽은 온도가 올라가고 다른 쪽은 온도가 내려가는 현상은?

1볼타 효과

2펠티에 효과

3톰슨 효과

4지벡 효과

정답 및 해설

설명하는 현상은 펠티에 효과이다.

서로 다른 두 금속의 접합부에 전류를 흘리면 한쪽 접합부는 발열, 다른 쪽은 흡열한다.

볼타 효과 — 서로 다른 금속의 접촉 전위차에 관한 현상이다.
톰슨 효과 — 하나의 금속에서 온도 구배가 있을 때 전류에 의해 발열·흡열이 생기는 현상이다.
제벡(지벡) 효과 — 접합부의 온도 차로 기전력이 생기는 현상으로, 펠티에 효과의 역이다.

문제 8

지름 10[cm]인 원형 코일 중심에서 자계가 1000[A/m]이다. 원형 코일이 100회 감겨 있을 때, 전류는 몇[A]인가?

정답 및 해설

전류는 1A 이다.

원형 코일 중심의 자계: $H=\dfrac{NI}{2a}$ (반지름 a=0.05m)

$I=\dfrac{2aH}{N}=\dfrac{2\times0.05\times1000}{100}=1\,\mathrm{A}$

문제 9

1(가) 패러데이의 법칙 (나) 렌츠의 법칙

2(가) 렌츠의 법칙 (나) 패러데이의 법칙

3(가) 플레밍의 왼손법칙 (나) 패러데이의 법칙

4(가) 패러데이의 법칙 (나) 플레밍의 왼손법칙

정답 및 해설

(가)는 패러데이의 법칙, (나)는 렌츠의 법칙이다.

기전력이 쇄교 자속수의 시간 변화율에 비례한다는 크기 관계, 즉 $e=-N\frac{d\phi}{dt}$ 의 크기 부분은 패러데이의 법칙이다.

음부호가 뜻하듯 유도기전력이 자속의 변화를 방해하는 쪽으로 생긴다는 방향 규정은 렌츠의 법칙이다.

문제 10

반지름 r=1[m]인 도체구의 표면 전하밀도가

\dfrac{10^{-8}}{9\pi}\,[\mathrm{C/m^2}]

이 되도록 하는 도체구의 전위는 몇 [V]인가?

110

220

340

480

정답 및 해설

표면 전하밀도가 σ = 10^-8/(9π) [C/m²], 반지름이 r = 1[m] 이므로 도체구의 총 전하는 Q = σ·4πr² = (10^-8/9π)×4π×1² = (4/9)×10^-8[C] 이다.

같은 결과를 전계로도 확인할 수 있다. 도체 표면의 전계는 E = σ/ε₀ = (10^-8/9π)/(8.855×10^-12) ≒ 40[V/m] 이고, 구의 전위는 V = E·r = 40×1 = 40[V] 로 일치한다.

문제 11

유전체내의 전계 E와 분극의 세기 P의 관계식은?

1P = ε_o(ε_s - 1 ) E

2P = ε_s(ε_o - 1 ) E

3P = ε_o(ε_s + 1 ) E

4P = ε_s(ε_o + 1 ) E

정답 및 해설

분극의 세기는 P=ε₀(ε_s-1)E 이다.

$D=\varepsilon_0E+P=\varepsilon_0\varepsilon_sE$ 에서 $P=\varepsilon_0(\varepsilon_s-1)E$

ε_s(ε₀-1)E — ε₀ 와 ε_s 의 역할이 바뀐 식이다.
ε₀(ε_s+1)E — 부호가 틀렸다. 진공(ε_s=1)에서 P 가 0 이 되지 않는다.
ε_s(ε₀+1)E — 역할이 바뀌고 부호도 틀렸다.

문제 12

대지면에서 높이 h[m]로 가선된 대단히 긴 평행도선의 선전하(선전하 밀도 λ[C/m])가 지면으로부터 받는 힘[N/m]은?

1h에 비례

2h²에 비례

3h에 반비례

4h²에 반비례

정답 및 해설

지면(도체)에서 받는 힘은 h 에 반비례한다.

영상법: 거리 2h 에 있는 영상전하 -λ 와의 흡인력 $F=\lambda\cdot\dfrac{\lambda}{2\pi\varepsilon_0(2h)}=\dfrac{\lambda^{2}}{4\pi\varepsilon_0h}\,[\mathrm{N/m}]$

h 에 비례 또는 h² 에 비례 — 멀어질수록 힘은 약해지므로 불가능하다.
h² 에 반비례 — 점전하의 경우이다. 무한히 긴 선전하는 거리에 1차 반비례한다.

문제 13

어느 철심에 도선을 250회 감고 여기에 2[A]의 전류를 흘릴 때 발생하는 자속이 0.02[Wb]이었다. 이 코일의 자기 인덕턴스는 몇 [H]인가?

11.05

21.25

32.5

4√2π

정답 및 해설

자기 인덕턴스는 2.5H 이다.

공식: $L=\dfrac{N\phi}{I}$

대입: $L=\dfrac{250\times0.02}{2}=2.5\,\mathrm{H}$

문제 14

비유전율 81이고, 비투자율 1인 물속에 전자파의 파동 임피던스는 약 몇 [Ω]인가?

227

333

442

정답 및 해설

파동(고유) 임피던스는 약 42Ω 이다.

공식: $\eta=377\sqrt{\dfrac{\mu_s}{\varepsilon_s}}$

대입: $\eta=377\times\sqrt{\dfrac{1}{81}}=\dfrac{377}{9}\approx42\,\Omega$

문제 15

직류 500[V] 절연저항계로 절연저항을 측정하니 2[MΩ]이 되었다면 누설전류는?

125[㎂]

2250[㎂]

31000[㎂]

41250[㎂]

정답 및 해설

누설전류는 250μA 이다.

옴의 법칙: $I=\dfrac{V}{R}$

대입: $I=\dfrac{500}{2\times10^{6}}=2.5\times10^{-4}\,\mathrm{A}=250\,\mu\mathrm{A}$

문제 16

자기인덕턴스가 각각 L₁, L₂인 두 코일을 서로 간섭이 없도록 병렬로 연결했을 때 그 합성 인덕턴스는?

1L₁L₂

\dfrac{L_1+L_2}{L_1L_2}

3L₁+L₂

\dfrac{L_1L_2}{L_1+L_2}

정답 및 해설

'서로 간섭이 없도록' 연결했다는 것은 상호인덕턴스 M=0 이라는 뜻이므로, 두 코일은 단순히 인덕턴스 두 개를 병렬로 이은 것과 같다.

인덕턴스의 병렬 합성은 저항과 같은 형태로 1/L = 1/L₁ + 1/L₂ 이므로 L=L₁L₂/(L₁+L₂) [H] 이다.

간섭이 없는 직렬 접속에서 L₁+L₂ 가 되는 것과 짝지어 기억하면 되고, 결합이 있으면 직렬은 L₁+L₂±2M 으로 달라진다.

문제 17

권수 1회의 코일에 5Wb의 자속이 쇄교하고 있었다. 10^-1초 사이에 이 자속이 0 으로 변하였다면 코일에 유도되는 기전력은 몇 [V] 가 되는가?

225

350

4100

정답 및 해설

유도 기전력은 50V 이다.

패러데이 법칙: $e=N\dfrac{\Delta\phi}{\Delta t}$

대입: $e=1\times\dfrac{5}{10^{-1}}=50\,\mathrm{V}$

문제 18

그림 (a)의 인덕턴스에 전류가 그림 (b)와 같이 흐를 때, 2초에서 6초 사이의 인덕턴스 전압 V_L[V]은?

310

420

정답 및 해설

그림 (b) 에서 2초~6초 구간은 전류가 20 A 로 일정하므로 전류 변화율이 0 이다.

인덕턴스 전압은 $v_L=L\dfrac{di}{dt}$ 이고 구간에서 $\dfrac{di}{dt}=0$ 이므로 인덕턴스 값과 관계없이 $v_L=0\ \mathrm{V}$ 이다.

5 V 는 전류가 변하는 구간에서나 나올 수 있는 값이다. 0~2초 구간은 10 A/s 로 상승하므로 이 구간의 전압은 인덕턴스에 10 A/s 를 곱한 값이다.
10 V 도 마찬가지로 전류가 시간에 따라 변해야 나오는 값이어서, 전류가 평탄한 구간에는 해당하지 않는다.
20 V 는 전류의 크기(20 A)를 전압으로 착각한 값이다. 인덕턴스 전압은 전류 크기가 아니라 변화율에 비례한다.

문제 19

14.5×10⁵

24.5×10⁶

34.5×10⁷

44.5×10⁸

정답 및 해설

반발력은 4.5×10⁷ N 이다.

접촉하면 두 구는 같은 전위가 되고, 전위 $V=\dfrac{Q}{4\pi\varepsilon_0r}$ 이므로 전하는 반지름에 비례해 나뉜다.

반지름비 2:1 이므로 큰 구 $Q_1=0.15\times\dfrac{2}{3}=0.1\,\mathrm{C}$ , 작은 구 $Q_2=0.05\,\mathrm{C}$

$F=9\times10^{9}\times\dfrac{0.1\times0.05}{1^{2}}=4.5\times10^{7}\,\mathrm{N}$

문제 20

진공 중에서 10^-6[C]과 10^-7[C]의 두 개의 점전하가 50[cm]의 거리에 있을 때 작용하는 힘은 몇 [N] 인가?

13.6×10^-3

21.8×10^-3

34×10¹³

40.25×10¹³

정답 및 해설

작용하는 힘은 3.6×10^-3 N 이다.

쿨롱의 법칙: $F=9\times10^{9}\dfrac{Q_1Q_2}{r^{2}}$

대입: $F=9\times10^{9}\times\dfrac{10^{-6}\times10^{-7}}{0.5^{2}}=3.6\times10^{-3}\,\mathrm{N}$

문제 21

다음 중 배전선로의 부하율이 F일 때 손실계수 H와의 관계로 옳은 것은?

1H=F

H=\dfrac{1}{F}

3H=F³

40≤F²≤H≤F≤1

정답 및 해설

따라서 0 ≤ F² ≤ H ≤ F ≤ 1 의 부등식이 성립한다. 부하 변동이 심할수록 손실계수는 F² 에 가까워지고, 부하가 평탄할수록 F 에 가까워진다.

문제 22

뇌해 방지와 관계가 없는 것은?

1매설지선

2가공지선

3소호각

4댐퍼

정답 및 해설

댐퍼는 바람에 의한 전선의 미소진동을 흡수해 전선의 피로 파단을 막는 기계적 보호장치로, 낙뢰 방지와는 직접적인 관련이 없다.

문제 23

저항 10[Ω] 리액턴스 15[Ω]인 3상 송전선이 있다. 수전단 전압 60[kV], 부하역률 0.8(늦음), 전류 100[A]라 한다. 이때 송전단 전압은 약 몇 [kV]인가?

136

263

3109

4120

정답 및 해설

송전단 전압은 약 63 kV이다.

$V_s=V_r+\sqrt3I(R\cos\theta+X\sin\theta)$ 이다.
$60000+\sqrt3\times100\times(10\times0.8+15\times0.6)\approx62944\ \mathrm{V}$ 이다.

문제 24

배전선의 전압조정 방법이 아닌 것은?

1승압기 사용

2유도전압조정기 사용

3병렬콘덴서 사용

4주상변압기 탭 전환

정답 및 해설

배전선의 전압조정 방법이 아닌 것은 병렬콘덴서 사용이다.

승압기 사용 — 긴 배전선 도중에 설치해 낮아진 전압을 올린다.
유도전압조정기 사용 — 부하 변동에 따라 연속적으로 전압을 조정한다.
주상변압기 탭 전환 — 변압비를 바꿔 2차 전압을 조정한다.

문제 25

전력용 퓨즈는 주로 어떤 전류의 차단을 목적으로 사용 하는가?

1충전 전류

2부하 전류

3단락 전류

4지락 전류

정답 및 해설

전력용 퓨즈는 주로 단락 전류를 차단한다.

퓨즈는 과대한 단락 전류에 용단되도록 한 보호 장치이다.

충전 전류는 정상 상태 전류이다.
부하 전류는 정상 전류라 차단 대상이 아니다.
지락 전류 차단은 별도의 지락 보호 장치가 맡는다.

문제 26

1179

2189

3191

4194.5

정답 및 해설

B점의 전압은 189V이다.

A→B 구간 전류 20A: $e_{AB}=2\times20\times0.1=4\,[\mathrm{V}]$ → $V_B=189\,[\mathrm{V}]$
참고로 $V_C=193-2\times10\times0.1=191\,[\mathrm{V}]$ 이다.

194.5V는 왕복 2선을 고려하지 않은 값이다.

문제 27

다음 중 페란티 현상의 방지대책으로 적합하지 않은 것은?

1선로전류를 지상이 되도록 한다.

2수전단에 분로리액터를 설치한다.

3동기조상기를 부족여자로 운전한다.

4부하를 차단하여 무부하가 되도록 한다.

정답 및 해설

방지대책으로 적합하지 않은 것은 부하를 차단하여 무부하가 되도록 한다는 것이다.

페란티 현상은 경부하·무부하 시 선로의 충전전류(진상전류)가 지배적이 되어 수전단 전압이 송전단보다 높아지는 현상이다.

무부하로 만들면 충전전류의 영향이 극대화되어 오히려 악화된다.

선로전류를 지상이 되도록 한다 : 진상 충전전류를 상쇄하므로 방지대책이다.
수전단에 분로리액터를 설치한다 : 진상 무효전력을 흡수하므로 방지대책이다.
동기조상기를 부족여자로 운전한다 : 진상 무효전력을 흡수하므로 방지대책이다.

문제 28

보호 계전기의 반한시·정한시 특성은?

1동작전류가 커질수록 동작시간이 짧게 되는 특성

2최소 동작전류 이상의 전류가 흐르면 즉시 동작하는 특성

3동작전류의 크기에 관계없이 일정한 시간에 동작하는 특성

정답 및 해설

반한시·정한시 특성은 동작전류가 적은 동안에는 전류가 커질수록 동작시간이 짧아지고, 어떤 전류 이상에서는 일정한 시간에 동작하는 특성이다.

반한시와 정한시 두 특성이 결합된 형태이다.

동작전류가 커질수록 동작시간이 짧아지는 특성 : 반한시 특성만을 나타낸다.
최소 동작전류 이상에서 즉시 동작하는 특성 : 순시 특성이다.
전류와 무관하게 일정 시간에 동작하는 특성 : 정한시 특성만을 나타낸다.

문제 29

다음 중 플리커 경감을 위한 전력 공급측의 방안이 아닌 것은?

1단락 용량이 큰 계통에서 공급한다.

2공급전압을 낮춘다.

3전용 변압기로 공급한다.

4단독 공급 계통을 구성한다.

정답 및 해설

공급전압을 낮추는 것은 플리커 경감 방안이 아니다.

플리커는 전압 변동이 원인이므로 공급 쪽에서는 단락 용량을 키우는 것이 대책이다.

단락 용량이 큰 계통에서 공급하면 전압변동이 줄어든다.
전용 변압기로 공급하면 다른 부하의 영향이 줄어든다.
단독 공급 계통을 구성해도 영향이 줄어든다.

문제 30

한류리액터를 사용하는 가장 큰 목적은?

1충전전류의 제한

2접지전류의 제한

3누설전류의 제한

4단락전류의 제한

정답 및 해설

한류리액터를 사용하는 가장 큰 목적은 단락전류의 제한이다.

선로나 모선에 직렬로 삽입하여 리액턴스를 크게 함으로써 단락전류를 제한하고, 차단기의 차단용량과 기기의 단락강도 부담을 줄인다.

충전전류의 제한 : 계통에 병렬로 넣는 분로리액터의 역할이다.
접지전류의 제한 : 지락전류 억제는 중성점 접지방식(소호리액터·저항접지)이 담당한다.
누설전류의 제한 : 한류리액터의 목적과 다르다.

문제 31

공통중성선 다중접지 3상 4선식 배전선로에서 고압측(1차측) 중성선과 저압측(2차측) 중성선을 전기적으로 연결하는 목적은?

1저압측의 단락사고를 검출하기 위함

2저압측의 접지사고를 검출하기 위함

3주상변압기의 중성선측 부싱(bushing)을 생략하기 위함

4고저압 혼촉시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위함

정답 및 해설

중성선을 전기적으로 연결하는 목적은 고저압 혼촉 시 수용가에 침입하는 상승전압을 억제하기 위함이다.

고압선과 저압선이 혼촉되었을 때 저압측의 이상전압을 대지로 신속히 방류하여 수용가 설비에 침입하는 상승전압을 억제한다.

저압측의 단락사고 검출 : 이 연결의 목적과 관계가 없다.
저압측의 접지사고 검출 : 이 연결의 목적과 관계가 없다.
주상변압기 중성선측 부싱 생략 : 이 연결의 목적과 관계가 없다.

문제 32

11/3

21/2

33/4

정답 및 해설

총중량이 같을 때 3상 3선식의 전력손실은 단상 2선식의 3/4이다.

단상 2선식은 전선 2가닥( $2A_1$ ), 3상 3선식은 3가닥( $3A_3$ )이고 총중량이 같다는 조건에서 $A_3 = \dfrac{2}{3}A_1$ 이 된다.

동일 전력·동일 선간전압·동일 역률이므로 선전류는 $I_1 = \dfrac{P}{V\cos\theta}$ , $I_3 = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta} = \dfrac{I_1}{\sqrt{3}}$ 이다.

단면적 $A_1$ 기준으로 저항을 $R = \rho l / A$ 로 두고 각 방식의 손실을 구하면

$P_{L1} = 2I_1^2\dfrac{\rho l}{A_1},\qquad P_{L3} = 3\left(\dfrac{I_1}{\sqrt{3}}\right)^2\dfrac{\rho l}{\frac{2}{3}A_1} = \dfrac{3}{2}I_1^2\dfrac{\rho l}{A_1}$

따라서 손실비는 $\dfrac{P_{L3}}{P_{L1}} = \dfrac{3/2}{2} = \dfrac{3}{4}$ 이다.

문제 33

송전선에 복도체를 사용할 경우, 같은 단면적의 단도체를 사용하였을 경우와 비교할 때 옳지 않은 것은?

1전선의 인덕턴스는 감소되고 정전용량은 증가된다.

2고유 송전용량이 증대되고 정태안정도가 증대된다.

3전선 표면의 전위경도가 증가한다.

4전선의 코로나 개시전압이 높아진다.

정답 및 해설

복도체를 사용하면 전선 표면의 전위경도는 오히려 감소하므로, 전위경도가 증가한다는 설명은 옳지 않다.

등가 반지름이 커지는 효과로 인덕턴스는 감소하고 정전용량은 증가하며, 전위경도가 낮아지는 만큼 코로나 개시전압은 높아진다.

고유 송전용량과 정태안정도가 증대되는 것도 복도체의 실제 장점에 해당한다.

문제 34

유효낙차 50m, 최대사용수량 20m³/s, 수차효율 87%, 발전기 효율 97%인 수력발전소의 최대 출력은 몇 kW인가?

17570

28070

38270

48570

정답 및 해설

최대 출력은 약 8270kW이다.

수력발전소의 출력은 P = 9.8QHη이며, 수차효율과 발전기효율을 모두 곱해 전기적 출력을 구한다.

유효낙차 50m, 사용수량 20㎥/s, 수차효율 87%, 발전기효율 97%를 대입하면

$P = 9.8 \times 20 \times 50 \times 0.87 \times 0.97 \approx 8270\ \mathrm{kW}$

문제 35

저수지의 이용 수심이 클 때 사용하면 유리한 조압수조는?

1차동조압수조

2단동조압수조

3수실조압수조

4제수공조압수조

정답 및 해설

이용 수심이 클 때 유리한 것은 수실조압수조이다.

수조의 상부와 하부에 수실을 두어 수위 변동이 큰 경우에 적합하다.

차동조압수조는 단동과 제수공의 특성을 결합한 형식이다.
단동조압수조는 단순한 구조이다.
제수공조압수조는 오리피스로 수위 변동을 억제하는 형식이다.

문제 36

1상의 대지 정전용량이 0.5[㎌]이고, 주파수 60[Hz]의 3상 송전선 소호 리액터의 인덕턴스는 몇[H]인가?

12.69

23.69

34.69

45.69

정답 및 해설

소호 리액터의 인덕턴스는 4.69 H이다.

공진 조건에서 $L=\dfrac{1}{3\omega^{2}C}$ 이다.
$L=\dfrac{1}{3\times(2\pi\times60)^{2}\times0.5\times10^{-6}}\approx4.69\ \mathrm{H}$ 이다.

3을 곱하지 않거나 ω 계산이 어긋나면 2.69·3.69·5.69 같은 값이 나온다.

문제 37

정전압 송전방식의 전력원선도를 작성할 때 반드시 필요한 요소가 아닌 것은?

1송전단 전압

2수전단 전압

3선로의 일반회로정수 A, B, C, D

4수전단 부하의 역률

정답 및 해설

전력원선도를 그리는 데 필요한 요소가 아닌 것은 수전단 부하의 역률이다.

전력원선도는 송·수전단 전압의 크기와 선로의 일반회로정수(4단자 정수)만으로 그려지며, 반지름은 $\dfrac{E_s E_r}{B}$ 이다.

부하 역률은 원선도 위에 부하점을 찍어 조상용량 등을 읽어낼 때 쓰는 것으로, 원선도 자체를 그리는 데 필요한 요소는 아니다.

문제 38

피뢰기의 구비조건으로 옳지 않은 것은?

1충격방전 개시 전압이 낮을 것

2상용 주파 방전 개시 전압이 높을 것

3방전 내량이 작으면서 제한 전압이 높을 것

4속류 차단 능력이 충분할 것

정답 및 해설

방전 내량이 작으면서 제한 전압이 높을 것은 구비조건이 아니다.

피뢰기는 방전 내량이 크고 제한 전압이 낮아야 한다.

충격방전 개시 전압이 낮아야 서지를 빨리 방전한다.
상용 주파 방전 개시 전압이 높아야 정상 전압에서 동작하지 않는다.
속류 차단 능력이 충분해야 한다.

문제 39

피뢰기의 정격전압이란?

1상용주파수의 방전 개시전압

2속류를 차단할 수 있는 최고의 교류 전압

3방전을 개시할 때 단자전압의 순시값

4충격방전전류를 통하고 있을 때 단자전압

정답 및 해설

피뢰기의 정격전압은 속류를 차단할 수 있는 최고의 교류 전압이다.

방전 후 계통 전압에 의한 속류를 차단할 수 있는 한계 전압이다.

상용주파 방전개시전압은 정격전압과 다른 특성값이다.
방전 개시 때의 순시값은 충격 방전개시전압에 가깝다.
충격방전전류가 흐를 때 단자전압은 제한전압이다.

문제 40

뒤진 역률 80[%], 1000[KW]의 3상 부하가 있다. 여기에 콘덴서를 설치하여 역률을 95[%]로 개선하려면 콘덴서의 용량[KVA]은?

1328[KVA]

2421[KVA]

3765[KVA]

4951[KVA]

정답 및 해설

콘덴서 용량은 421 kVA이다.

$Q_c=P(\tan\theta_1-\tan\theta_2)$ 이다.
역률 0.8은 tanθ=0.75, 역률 0.95는 tanθ≈0.329이므로 $1000\times(0.75-0.329)\approx421\ \mathrm{kVA}$ 이다.

328 kVA와 765 kVA는 tan 값 계산이 어긋난 값이다.
951 kVA는 유효전력에 역률을 곱한 값이다.

문제 41

백분율 저항강하 2[%], 백분율 리액턴스 강하 3[%]인 변압기가 있다. 역률(지역률) 80[%]인 경우의 전압 변동률은?

11.4

23.4

34.4

45.4

정답 및 해설

전압 변동률은 3.4 %이다.

변동률은 백분율 저항강하와 리액턴스 강하에 역률과 무효율을 각각 곱해 더한다. 역률 0.8이면 무효율은 0.6이다.

$\varepsilon=p\cos\theta+q\sin\theta=2\times0.8+3\times0.6=3.4\ \%$

문제 42

동기발전기의 전기자 권선을 단절권으로 하는 가장 큰 이유는?

1과열을 방지

2기전력 증가

3기본파를 제거

4고조파를 제거해서 기전력 파형 개선

정답 및 해설

단절권으로 하는 가장 큰 이유는 고조파를 제거해서 기전력 파형을 개선하기 위해서이다.

전절권 대신 단절권으로 감으면 코일의 두 변 사이 간격이 극간격보다 짧아져, 두 변에서 유도되는 기전력 사이에 위상차가 생긴다.

이 위상차 때문에 단절 비율에 대응하는 특정 차수의 고조파 기전력이 서로 상쇄된다.

코일 길이가 짧아져 동량이 절감되는 부수적 효과도 있으나, 기본파 기전력 자체는 단절권계수만큼 전절권보다 약간 작아진다.

문제 43

화학공장에서 선로의 역률은 앞선 역률 0.7이었다. 이 선로에 동기 조상기를 병렬로 결선해서 과여자로 하면 선로의 역률은 어떻게 되는가?

1뒤진 역률이며 역률은 더욱 나빠진다.

2뒤진 역률이며 역률은 더욱 좋아진다.

3앞선 역률이며 역률은 더욱 좋아진다.

4앞선 역률이며 역률은 더욱 나빠진다.

정답 및 해설

이는 이미 진상 상태인 계통을 더욱 진상 쪽으로 밀어내는 방향이므로, 선로는 계속 앞선 역률을 유지하면서 오히려 역률이 더 나빠진다.

문제 44

비돌극형 동기 발전기의 단자 전압(1상)을 V, 유도 기전력(1상)을 E, 동기 리액턴스(1상)를 Xs, 부하각을 δ라 하면 1상의 출력[W]은 약 얼마인가?

\dfrac{EV}{Xs}\cos\delta

\dfrac{EV}{Xs}\sin\delta

\dfrac{E^{2}V}{Xs}\cos\delta

\dfrac{EV^{2}}{Xs}\cos\delta

정답 및 해설

비돌극형 동기발전기의 1상 출력은 EV/Xs 에 sinδ를 곱한 값이다.

전기자 저항을 무시하면 출력은 아래 식으로 나타낸다. 부하각이 90도일 때 최대이다.

$P=\dfrac{EV}{X_s}\sin\delta$

코사인을 곱한 식은 δ=0일 때 최대가 되어 출력 특성과 맞지 않는다.
E의 제곱이 들어간 식은 차원이 맞지 않는다.
V의 제곱이 들어간 식도 차원이 맞지 않는다.

문제 45

유도 발전기에 대한 설명으로 틀린 것은?

1공극이 크고 역률이 동기기에 비해 좋다.

2병렬로 접속된 동기기에서 여자전류를 공급받아야 한다.

3농형 회전자를 사용할 수 있으므로 구조가 간단하고 가격이 싸다.

4선로에 단락이 생기면 여자가 없어지므로 동기기에 비해 단락전류가 작다.

정답 및 해설

틀린 설명은 공극이 크고 역률이 동기기에 비해 좋다는 것이다.

스스로 여자할 수 없어 계통 또는 병렬로 접속된 동기기로부터 여자전류(무효전력)를 공급받아야 한다.
농형 회전자를 사용해 구조가 간단하고 저렴하다.
선로 단락 시 여자가 사라져 단락전류가 동기기에 비해 작다.

문제 46

변압기유의 요구 특성이 아닌 것은?

1인화점이 높을 것

2응고점이 낮을 것

3점도가 클 것

4절연 내력이 클 것

정답 및 해설

변압기유의 요구 특성이 아닌 것은 점도가 클 것이다.

점도가 크면 순환이 나빠 냉각 효과가 떨어지므로 점도는 작아야 한다.

인화점이 높아야 화재 위험이 작다.
응고점이 낮아야 추운 곳에서도 유동성이 유지된다.
절연 내력이 커야 절연 매체로 쓸 수 있다.

문제 47

단상 정류자 전동기에 보상권선을 사용하는 이유는?

1정류개선

2기동토크 조절

3속도제어

4역률개선

정답 및 해설

문제 48

직류기의 전기자 반작용의 영향이 아닌 것은?

1주자속이 증가한다.

2전기적 중성축이 이동한다.

3정류작용에 악영향을 준다.

4정류자 편간전압이 상승한다.

정답 및 해설

전기자 반작용의 영향이 아닌 것은 주자속이 증가한다는 것이다.

전기자 반작용은 감자작용에 의해 주자속을 감소시키는 것이 일반적이다.

전기적 중성축이 이동한다.
정류작용에 악영향을 준다.
정류자 편간전압이 국부적으로 상승한다.

문제 49

1차측 권수가 1500인 변압기의 2차측에 접속한 저항 16Ω을 1차측으로 환산했을 때 8kΩ으로 되어 있다면 2차측 권수는 약 얼마인가?

175

270

367

464

정답 및 해설

2차측 권수는 약 67이다.

1차 환산 저항과 실제 2차 저항의 비로부터 권수비를 구한 뒤, 1차 권수와의 관계로 2차 권수를 구한다.

$a = \sqrt{\dfrac{8000}{16}} = \sqrt{500} \approx 22.36$
$N_2 = \dfrac{N_1}{a} = \dfrac{1500}{22.36} \approx 67$

문제 50

3상 유도전동기에 불평형 3상 전압을 가한 경우 다음 전동기 특성 중 옳은 것은?

1영상분전압은 존재하지 않는다.

2영상전압을 고려하여야 한다.

3정상전압과 역상 전압에 의한 회전자계 방향은 같다.

4정상운전 상태에서 역상분은 제동 작용을 하지 않는다.

정답 및 해설

불평형 3상 전압을 가할 때 옳은 것은 영상분 전압이 존재하지 않는다는 설명이다.

영상전압을 고려해야 한다는 설명은 3선식 전동기에서는 맞지 않다.
정상전압과 역상전압의 회전자계 방향이 같다는 설명은 틀리다. 역상분은 반대 방향 회전자계를 만든다.
역상분이 제동 작용을 하지 않는다는 설명은 틀리다. 역상분은 반대 토크로 제동 작용을 한다.

문제 51

변압기에서 부하에 관계없이 자속만을 만드는 전류는?

1철손전류

2자화전류

3여자전류

4교차전류

정답 및 해설

부하에 관계없이 자속만을 만드는 전류는 자화전류이다.

자화전류는 부하전류와 관계없이 철심의 자속만을 만드는 데 쓰이며, 인가전압(자속)에 의해 결정되므로 부하의 유무나 크기와 무관하다.

여자전류는 자화전류에 철손을 공급하는 철손전류를 더한 값으로 두 성분을 모두 포함하므로, 자속만을 만드는 성분은 자화전류가 더 정확하다.

문제 52

3상 60Hz 전원에 의해 여자되는 6극 권선형 유도전동기가 있다. 이 전동기가 1150rpm으로 회전할 때 회전자 전류의 주파수는 몇 Hz인가?

21.5

42.5

정답 및 해설

회전자 전류의 주파수는 약 2.5Hz이다.

동기속도는
$N_s = \dfrac{120f}{P} = \dfrac{120\times60}{6}=1200\ \mathrm{rpm}$ 이다.

슬립은
$s = \dfrac{N_s-N}{N_s} = \dfrac{1200-1150}{1200} \approx 0.0417$ 이다.

회전자(2차측) 전류의 주파수는
$f_2 = sf_1 = 0.0417 \times 60 \approx 2.5\ \mathrm{Hz}$ 이다.

문제 53

1000V의 단상 교류를 전파 정류해서 150A의 직류를 얻는 정류기의 교류측 전류는 약 몇 A 인가?

1106

2116

3125

4166

정답 및 해설

교류측 전류는 약 166 A이다.

단상 전파 정류에서 저항 부하일 때 직류 평균 전류는 교류 실효 전류의 0.9배이다. 따라서 교류측 전류는 직류 전류를 0.9로 나누어 구한다.

$I_d=\dfrac{2\sqrt{2}}{\pi}I\approx0.9I\ \Rightarrow\ I=\dfrac{I_d}{0.9}=\dfrac{150}{0.9}\approx166.7\ \mathrm{A}$

교류 전압 1000 V는 직류 전압 $E_d\approx0.9\times1000=900\ \mathrm{V}$ 를 정할 뿐 전류 계산에는 쓰이지 않는다.

문제 54

권선형 유도전동기의 저항제어법의 장점은?

1부하에 대한 속도변동이 크다.

2역률이 좋고, 운전효율이 양호하다.

3구조가 간단하며, 제어조작이 용이하다.

4전부하로 장시간 운전하여도 온도 상승이 적다.

정답 및 해설

문제 55

유도전동기에서 부하를 증가시킬 때 일어나는 현상에 관한 설명 중 틀린 것은? (단, n_s:회전자계의 속도, n:회전자의 속도이다.)

1상대속도 (n_s-n) 증가

22차 전류 증가

3토크 증가

4속도 증가

정답 및 해설

틀린 설명은 속도 증가이다.

유도전동기에 부하가 늘면 회전자 속도는 감소하고 슬립이 커진다.

상대속도 (ns-n)가 증가하는 것은 옳다. 속도가 줄기 때문이다.
2차 전류가 증가하는 것은 옳다. 슬립이 커져 2차 유기 기전력이 늘기 때문이다.
토크가 증가하는 것은 옳다. 부하 토크와 평형을 이루기 위해서다.

문제 56

1약 1046.5

2약 977.8

3약 977.3

4약 955.6

정답 및 해설

전동기로 쓸 때 회전수는 약 955.6 rpm이다.

발전기와 전동기에서 기전력은 같은 방향으로 전기자 전압강하가 반대로 더해진다.

$E_g=V+I_aR_a=220+100\times0.05=225\ \mathrm{V}$

$E_m=V-I_aR_a=220-5=215\ \mathrm{V}$

기전력은 자속이 같으면 회전수에 비례하므로 다음과 같다.

$N'=1000\times\dfrac{215}{225}\approx955.6\ \mathrm{rpm}$

문제 57

직류 분권전동기의 계자저항을 운전 중에 증가시키면?

1전류는 일정

2속도는 감소

3속도는 일정

4속도는 증가

정답 및 해설

계자저항을 증가시키면 속도는 증가한다.

분권전동기의 속도는 $N=\dfrac{V-I_aR_a}{k\phi}$ 로 나타낼 수 있다.

계자저항을 증가시키면 계자전류가 줄어 자속 $\phi$ 가 감소한다.

자속이 분모에 있으므로 자속 감소는 회전속도의 증가로 이어지며, 이것이 계자저항 조정을 통한 속도제어 원리이다.

문제 58

출력이 20[kW]인 직류발전기의 효율이 80[%]이면 손실[kW]은 얼마인가?

정답 및 해설

손실은 5 kW이다.

효율이 출력 대비 입력의 비이므로 입력을 먼저 구하고 입력에서 출력을 뺀다.

$P_{in}=\dfrac{20}{0.8}=25\ \mathrm{kW}$

$P_{loss}=25-20=5\ \mathrm{kW}$

문제 59

10.25

31.25

41.5

정답 및 해설

단락비는 약 1.25이다.

단락비는 단락전류를 정격전류로 나눈 값이다. 먼저 정격전류를 구한다.

$I_n=\dfrac{5000\times10^3}{\sqrt{3}\times6000}\approx481\ \mathrm{A}$

$K_s=\dfrac{I_s}{I_n}=\dfrac{600}{481}\approx1.25$

문제 60

용량 1[kVA], 3000/200[V]의 단상 변압기를 단권 변압기로 결선하여 3000/3200[V]의 승압기로 사용할 때 그 부하용량[kVA]은?

116

215

31.5

40.6

정답 및 해설

부하용량은 16 kVA이다.

단권변압기 승압의 부하용량은 자기용량에 (고압측 전압 / 승압 전압)을 곱한 값이다. 3000 V를 3200 V로 올리므로 승압분은 200 V이다.

$\dfrac{P}{P_s}=\dfrac{V_h}{V_h-V_l}$

$P=1\times\dfrac{3200}{3200-3000}=16\ \mathrm{kVA}$

문제 61

상순이 abc인 3상 회로에 있어서 대칭분 전압이 V₀=-8+j3[V], V₁=6-j8[V], V₂=8+j12[V]일 때, a상의 전압 V_a[V]는?

16+j7

28+j12

36+j14

416+j4

정답 및 해설

a상 전압은 6 + j7[V]이다.

대칭좌표법에서 a상 전압은 영상분·정상분·역상분의 합이다.

$\dot V_a=\dot V_0+\dot V_1+\dot V_2$

$=(-8+j3)+(6-j8)+(8+j12)=6+j7\,\mathrm{V}$

문제 62

어떤 회로 소자에 e = 125sin377t[V]를 가했을 때, i = 25sin377t[A]가 흐른다면, 이 소자는?

1다이오드

2순저항

3유도 리액턴스

4용량 리액턴스

정답 및 해설

이 소자는 순저항이다.

전압과 전류가 같은 위상이므로 리액턴스 성분이 없는 저항이다.

$R=\dfrac{125}{25}=5\,\Omega$

유도 리액턴스이면 전류가 전압보다 90° 늦다.
용량 리액턴스이면 전류가 전압보다 90° 앞선다.
다이오드는 비선형 소자로 정현파 전압에 정현파 전류가 흐르지 않는다.

문제 63

푸리에 급수에서 직류항은?

1우함수이다

2기함수이다.

3우함수+기함수이다.

4우함수×기함수이다.

정답 및 해설

푸리에 급수의 직류항은 우함수이다.

직류항(상수)은 $f(-t)=f(t)$ 를 만족하는 우함수이다. 기함수는 원점 대칭이라 평균이 0이어서 직류분이 없다.

기함수는 직류항을 가질 수 없다.
우함수와 기함수의 합·곱은 직류항의 성질을 나타내지 않는다.

문제 64

전원이 Y결선, 부하가 Δ결선된 3상 대칭회로가 있다. 전원의 상전압이 220V이고 전원의 상전류가 10A일 경우, 부하한 상의 임피던스[Ω]는?

122√3

222

\dfrac{22}{\sqrt{3}}

466

정답 및 해설

전원이 Y결선이므로 선간전압은 상전압의 √3배인 220√3 V 이고, Y결선에서는 선전류가 상전류와 같으므로 선전류는 10A 이다.

부하가 Δ결선이면 부하 한 상에 걸리는 전압은 선간전압 그대로 220√3 V 이고, 부하 한 상의 전류는 선전류의 1/√3 인 10/√3 A 이다.

따라서 부하 한 상의 임피던스는 Z=(220√3)÷(10/√3)=220×3/10=66Ω 이다. 같은 결과를 Y-Δ 등가변환(Δ 임피던스는 Y의 3배)으로도 확인할 수 있다.

문제 65

다음과 같은 회로가 정저항 회로가 되기 위한 R[Ω]의 값은 얼마인가?

1200

32 × 10^-2

42 × 10^-4

정답 및 해설

$R=\sqrt{\dfrac{L}{C}}=\sqrt{\dfrac{4\times10^{-3}}{0.1\times10^{-6}}}=\sqrt{4\times10^{4}}=200\ \Omega$

2 Ω 는 R²=4 가 되어 L/C=4×10⁴ 에 훨씬 못 미친다.
2×10^-2 Ω 와 2×10^-4 Ω 도 R² 이 L/C 에 비해 지나치게 작아 정저항 조건을 만족하지 못한다.

문제 66

어느 회로에 V=120+j90(V)의 전압을 인가하면 I=3+j4(A)의 전류가 흐른다. 이 회로의 역률은?

10.92

20.94

30.96

40.98

정답 및 해설

역률은 $\cos\theta = \frac{P}{S} = \frac{\text{Re}(VI^*)}{\left|V\right|\left|I\right|}$ 로 구한다.

먼저 $V = 120 + j90$ , $I = 3 + j4$ 이므로 $I^* = 3 - j4$ 이다.
$VI^* = (120+j90)(3-j4) = 360 - j480 + j270 + 360 = 720 - j210$ 이므로 실부(유효전력)는 $P = 720\text{ W}$ 이다.

문제 67

그림과 같은 R-L 직렬회로에 t=0에서 스위치 S를 닫아 직류전압 100[V]를 회로 양단에 급히 가한 후 L/R[sec] 일때의 전류값 [A]은? (단, R = 10[Ω], L = 0.1[H]이다.)

10.632

26.32

336.8

463.2

정답 및 해설

R–L 직렬회로에 직류 전압을 가하면 전류는 시정수 L/R 로 최종값을 향해 상승하며, t=L/R 에서 최종값의 63.2 % 에 도달한다.

최종 전류 $I_0=\dfrac{100}{10}=10\ \mathrm{A}$

$i\left(\dfrac{L}{R}\right)=I_0\left(1-e^{-1}\right)=10\times0.632=6.32\ \mathrm{A}$

0.632 A 는 최종값 10 A 를 곱하지 않고 비율만 쓴 값이다.
36.8 A 는 전압 100 V 에 e^-1 을 곱한 값으로 전류가 아니며, 감쇠 비율 쪽 값이다.
63.2 A 는 최종 전류(10 A) 대신 전압 100 V 에 0.632 를 곱한 값이다.

문제 68

전압 200[V], 전류 30[A]로서 4.3[kW]의 전력을 소비하는 회로의 리액턴스는 약 몇[Ω]인가?

13.35

24.65

35.35

46.65

정답 및 해설

리액턴스는 약 4.65[Ω]이다.

전력은 저항에서만 소비되므로 $P=I^2R$ 로 R을 구한 뒤 임피던스와 비교한다.

$R=\dfrac{4300}{30^2}\approx4.78\,\Omega,\ Z=\dfrac{200}{30}\approx6.67\,\Omega$

$X=\sqrt{Z^2-R^2}=\sqrt{44.4-22.8}\approx4.65\,\Omega$

문제 69

다음의 4단자 회로에서 단자 a-b에서 본 구동점 임피던스 Z₁₁은?

12+j4

22-j4

33+j4

43-j4

정답 및 해설

출력단 a′-b′를 개방하면 오른쪽 2Ω에는 전류가 흐를 수 없어 회로 계산에서 빠지고, 입력에서 보면 직렬 3Ω과 중앙의 j4Ω만 직렬로 남는다.

따라서 Z₁₁ = 3 + j4 [Ω] 이다. 같은 방법으로 입력단을 개방하고 보면 Z₂₂ = 2 + j4, 상호 임피던스는 공통 소자인 Z₁₂ = Z₂₁ = j4 가 된다.

문제 70

1500

2600

31000

41200

정답 및 해설

이 회로의 유효전력은 600W이다.

$P=500+100=600\,[\mathrm{W}]$

문제 71

e=E_m\cos\left(100\pi t-\dfrac{\pi}{3}\right)\,[\mathrm{V}]

와

i=I_m\sin\left(100\pi t+\dfrac{\pi}{4}\right)

[A]의 위상차를 시간으로 나타내면 약 몇 초인가?

13.33 × 10^-4

24.33 × 10^-4

36.33 × 10^-4

48.33 × 10^-4

정답 및 해설

검산하면 주파수는 $f=\dfrac{100\pi}{2\pi}=50\,\mathrm{Hz}$ , 주기는 0.02s이고 $0.02\times\dfrac{15}{360}=8.33\times10^{-4}\,\mathrm{s}$ 로 같은 값을 얻는다.

문제 72

3상 불평형 회로의 전압에서 불평형률[%]은?

\dfrac{\text{영상전압}}{\text{정상전압}}\times 100[\%]

\dfrac{\text{정상전압}}{\text{역상전압}}\times 100[\%]

\dfrac{\text{정상전압}}{\text{영상전압}}\times 100[\%]

\dfrac{\text{역상전압}}{\text{정상전압}}\times 100[\%]

정답 및 해설

전압 불평형률은 역상전압 ÷ 정상전압 × 100[%]이다.

불평형률은 역상분과 정상분의 비로 정의한다. 평형이면 역상분이 0이므로 불평형률도 0이 된다.

영상전압 ÷ 정상전압은 불평형률의 정의가 아니다.
정상전압을 분자에 둔 식은 분자·분모가 뒤바뀌어 평형일수록 값이 커지므로 불평형 정도를 나타내지 못한다.

문제 73

3상 불평형 전압에서 역상 전압이 50[V] 이고, 정상 전압이 200[V], 영상 전압이 10[V] 라고 할 때 전압의 불평형률[%] 은?

325

450

정답 및 해설

전압 불평형률은 25[%]이다.

불평형률은 역상분 ÷ 정상분이다.

$\dfrac{V_2}{V_1}\times100=\dfrac{50}{200}\times100=25\,\%$

문제 74

f(t)=\sin t \cdot \cos t

를 라플라스 변환하면?

\dfrac{1}{s^2+1^2}

\dfrac{1}{s^2+2^2}

\dfrac{1}{(s+2)^2}

\dfrac{1}{(s+4^2)}

정답 및 해설

곱의 형태로는 라플라스 변환표를 바로 쓸 수 없으므로 2배각 공식 sin2t = 2sin t cos t 를 이용해 sin t·cos t = ½ sin 2t 로 고쳐 쓴다.

기본 변환쌍 L{sin ωt} = ω/(s²+ω²) 에 ω = 2를 넣으면 L{sin 2t} = 2/(s²+2²) 이므로, 구하는 값은 ½ × 2/(s²+2²) = 1/(s²+2²) = 1/(s²+4) 이다.

문제 75

파고율이 2가 되는 파형은?

1정현파

2톱니파

3사각파

4정류파(정현반파)

정답 및 해설

파고율이 2인 파형은 정류파(정현 반파)이다.

파고율은 최대값 ÷ 실효값이다. 정현 반파는 실효값이 $V_m/2$ 이므로 파고율이 2이다.

정현파의 파고율은 약 1.414이다.
톱니파의 파고율은 약 1.732이다.
사각파의 파고율은 1이다.

문제 76

다음 회로에서 10[Ω]의 저항에 흐르는 전류[A]는?

120

215

310

정답 및 해설

그림은 전류원 세 개와 10 Ω 저항이 모두 병렬로 연결된 회로이고, 세 전류원이 모두 같은 방향으로 저항 쪽에 전류를 공급한다.

2 A 전류원 가지의 10 V 전압원은 전류원과 직렬이어서 이 가지의 전류를 바꾸지 못한다. 따라서 저항에는 $I=10+2+3=15\ \mathrm{A}$ 가 흐른다.

20 A 는 세 전류원 전류의 합(15 A)보다 커서 나올 수 없다.
10 A 는 10 A 전류원 하나만 본 값으로, 나머지 2 A 와 3 A 가 빠졌다.
8 A 는 전류원 일부의 방향을 반대로 본 값으로, 세 전류원이 모두 같은 방향인 이 회로의 합과 다르다.

문제 77

다음과 같은 브리지 회로가 평형이 되기 위한 Z₄의 값은?

12 + j4

2-2 + j4

34 + j2

44 - j2

정답 및 해설

그림의 브리지는 Z₁=2+j4, Z₃=3+j2, Z₂=2−j3 이고, 검류계 T 가 0 이 되는 평형 조건은 마주 보는 변의 곱이 같다는 것이다.

$Z_1Z_2=Z_3Z_4$ 이므로 $Z_4=\dfrac{(2+j4)(2-j3)}{3+j2}=\dfrac{16+j2}{3+j2}=\dfrac{(16+j2)(3-j2)}{13}=\dfrac{52-j26}{13}$

따라서 $Z_4=4-j2\ \Omega$ 이다.

4+j2 는 계산 결과와 허수부 부호가 반대인 켤레 값이다.
2+j4 를 넣으면 $Z_3Z_4=(3+j2)(2+j4)=-2+j16$ 으로 $16+j2$ 와 다르다.
−2+j4 를 넣으면 $Z_3Z_4=(3+j2)(-2+j4)=-14+j8$ 로 역시 평형이 되지 않는다.

문제 78

그림에서 전류 i₅의 크기는?

13A

25A

38A

412A

정답 및 해설

절점에는 전하가 축적되지 않으므로 키르히호프의 전류법칙(KCL) — 유입 전류의 합 = 유출 전류의 합 — 이 성립한다. $i_1+i_2+i_4 = i_3+i_5$

문제 79

157.7

270.7

380.1

486.6

정답 및 해설

변압기 이용률은 약 86.6[%]이다.

V결선 출력은 $\sqrt3P_1$ , 변압기 2대의 용량은 $2P_1$ 이므로 그 비가 이용률이다.

$\dfrac{\sqrt3P_1}{2P_1}=\dfrac{\sqrt3}{2}\approx0.866$

57.7[%]는 V결선과 △결선의 출력비로, 이용률이 아니다.
70.7[%]는 이용률 계산과 무관한 값이다.

문제 80

i=100+50\sqrt{2}\sin\omega t+20\sqrt{2}\sin\left(3\omega t+\dfrac{\pi}{6}\right)

로 표시되는 비정현파 전류의 실효값은 약 얼마인가?

120

250

3114

4150

정답 및 해설

실효값은 약 114[A]이다.

$I=\sqrt{100^2+50^2+20^2}=\sqrt{12900}\approx114\,\mathrm{A}$

문제 81

저압 가공인입선의 시설에 대한 설명으로 틀린 것은?

1전선은 절연전선 또는 케이블일 것

2전선은 지름 1.6mm의 경동선 또는 이와 동등 이상의 세기 및 굵기일 것

3전선의 높이는 철도 및 궤도를 횡단하는 경우에는 레일 면상 6.5[m] 이상일 것

4전선의 높이는 횡단보도교의 위에 시설하는 경우에는 노면상 3[m] 이상일 것

정답 및 해설

전선을 지름 1.6 mm의 경동선으로 한다는 설명이 틀리다. 저압 가공인입선은 인입용 비닐절연전선이면 지름 2.6 mm 이상이다.

전선을 절연전선 또는 케이블로 한다는 설명은 규정과 같다.
철도 및 궤도를 횡단하는 경우 레일면상 6.5 m 이상이라는 설명은 규정과 같다.
횡단보도교 위에 시설하는 경우 노면상 3 m 이상이라는 설명은 규정과 같다.

문제 82

전기부식 방지대책에서 매설금속체측의 누설전류에 의한 전기부식의 피해가 예상되는 곳에 고려하여야 하는 방법으로 틀린 것은?

1절연코팅

2배류장치 설치

3변전소 간 간격 축소

4저준위 금속체를 접속

정답 및 해설

변전소 간 간격 축소는 전기철도 측의 전기부식 방지 대책이므로 매설금속체 측 대책으로는 틀리다.

절연코팅은 매설금속체 측 대책에 해당한다.
배류장치 설치는 매설금속체 측 대책에 해당한다.
저준위 금속체를 접속하는 것은 매설금속체 측 대책에 해당한다.

문제 83

발전소의 개폐기 또는 차단기에 사용하는 압축공기장치의 주 공기탱크에 시설하는 압력계의 최고 눈금의 범위로 옳은 것은?

1사용압력의 1배 이상 2배 이하

2사용압력의 1.15배 이상 2배 이하

3사용압력의 1.5배 이상 3배 이하

4사용압력의 2배 이상 3배 이하

정답 및 해설

압력계의 최고 눈금 범위는 사용압력의 1.5배 이상 3배 이하이다.

그 기준이 사용압력의 1.5배 이상 3배 이하로 정해져 있다.

문제 84

저압 이웃 연결 인입선은 인입선에서 분기하는 점으로부터 몇 [m]를 초과하는 지역에 미치지 아니하도록 시설하여야 하는가?

110

220

3100

4200

정답 및 해설

저압 이웃 연결 인입선은 인입선에서 분기하는 점으로부터 100 m를 초과하는 지역에 미치지 않도록 시설해야 한다.

KEC 221.1.2는 저압 이웃 연결 인입선에 거리 한도, 도로 횡단 폭 제한, 옥내 통과 금지를 둔다. 100 m를 초과하는 지역에 미치지 않아야 한다.

10 m는 한도보다 짧게 잡은 값이어서 규정 수치가 아니다.
20 m는 한도보다 짧게 잡은 값이어서 규정 수치가 아니다.
200 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.

문제 85

12.0

22.12

32.2

42.5

정답 및 해설

사용전압 66 kV 특고압 가공전선과 저·고압 가공전선의 제1차 접근 간격은 2.12 m 이상이다.

KEC 333.26은 60 kV 초과이면 2 m에 60 kV를 초과하는 10 kV 또는 그 단수당 0.12 m를 더한다.
$\dfrac{66-60}{10}=0.6\rightarrow 1$
$2+1\times0.12=2.12\,\mathrm{m}$

2.0 m는 60 kV 이하 구간의 값으로 단수 가산을 빠뜨린 값이다.
2.2 m는 가산 항을 과다하게 잡은 값이다.
2.5 m는 가산 항을 과다하게 잡은 값이다.

문제 86

전기온상의 발열선의 온도는 몇 [°C]를 넘지 아니하도록 시설하여야 하는가?

170

280

390

4100

정답 및 해설

전기온상의 발열선은 그 온도가 80 ℃를 넘지 않도록 시설해야 한다.

KEC 241.5.2는 전기온상 발열선에 전기온상선 사용, 손상 우려 시 방호장치, 접지공사 등을 요구하며 온도 상한을 정한다.

70 ℃는 한도보다 낮게 잡은 값이어서 규정 수치가 아니다.
90 ℃는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
100 ℃는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.

문제 87

310

416

정답 및 해설

TN-C-S 방식 고정 전기설비의 PEN 도체는 구리일 때 단면적 10mm² 이상이어야 한다.

PEN 도체는 고정 전기설비에만 사용할 수 있다.
단면적은 구리 10mm² 이상, 알루미늄 16mm² 이상이다.

계통의 최고전압에 대하여 절연되어야 한다.

문제 88

10.5

31.5

정답 및 해설

직류 전기철도가 매설 배관·케이블과 인접할 때 주행레일과 최소 1m 이상 거리를 유지해야 한다.

KEC 461.5(누설전류 간섭에 대한 방지)에 따르면 누설전류를 피하기 위해 최대한 이격시킨다.

그 이격 거리의 최소 기준이 주행레일과 1m이다.

문제 89

사용전압이 22.9kV인 특고압 가공전선과 그 지지물·완금류·지지기둥 또는 지지선 사이의 간격은 몇 cm 이상이어야 하는가?

115

220

325

430

정답 및 해설

사용전압 22.9 kV 특고압 가공전선과 그 지지물·완금류·지지기둥·지지선 사이의 간격은 20 cm 이상이다.

KEC 333.5는 사용전압 구간별로 간격을 정한다. 15 kV 이상 25 kV 미만은 0.2 m이며, 구간이 오를수록 간격이 커진다.

15 cm는 15 kV 미만 구간에 적용하는 간격이다.
25 cm는 25 kV 이상 35 kV 미만 구간에 적용하는 간격이다.
30 cm는 35 kV 이상 50 kV 미만 구간에 적용하는 간격이다.

문제 90

고압 가공전선로의 지지물 간 거리는 B종 철근 콘크리트주로 시설하는 경우 몇 m 이하로 하여야 하는가?

1100

2150

3200

4250

정답 및 해설

B종 철근 콘크리트주를 지지물로 사용하는 고압 가공전선로의 지지물 간 거리는 250 m 이하이다.

KEC 332.9는 고압 가공전선로의 지지물 간 거리를 지지물 종류별로 정한다. 목주·A종은 150 m, B종은 250 m, 철탑은 600 m 이하이다.

100 m는 규정 한도와 다른 수치다.
150 m는 목주·A종 지지물에 적용하는 한도다.
200 m는 규정 한도와 다른 수치다.

문제 91

가공전선로의 지지물에 취급자가 오르고 내리는데 사용하는 발판 볼트 등은 지표상 몇 m 미만에 시설하여서는 아니되는가?

11.2

21.8

32.2

42.5

정답 및 해설

발판 볼트 등은 지표상 1.8m 미만에 시설해서는 안 된다.

다만 발판 볼트를 지지물 내부에 넣는 구조이거나, 사다리를 떼어낼 수 있는 등 취급자 외에는 오르내릴 수 없는 구조인 경우에는 예외로 한다.

문제 92

10.4

20.6

30.8

41.0

정답 및 해설

0.4 m는 적용 범위의 한도보다 작은 값이어서 규정 수치가 아니다.
0.6 m도 적용 범위의 한도보다 작은 값이어서 규정 수치가 아니다.
0.8 m도 적용 범위의 한도보다 작은 값이어서 규정 수치가 아니다.

문제 93

금속관 공사에 의한 저압 옥내배선의 방법으로 틀린 것은?

1전선으로 연선을 사용하였다.

2옥외용 비닐절연전선을 사용하였다.

3콘크리트에 매설하는 관은 두께 1.2mm 이상을 사용하였다.

4사용전압 400V 이상이고 사람의 접촉 우려가 없어 접지공사를 하였다.

정답 및 해설

옥외용 비닐절연전선을 사용하는 것은 금속관공사에서 허용되지 않으므로 틀린 방법이다.

KEC 232.12는 금속관공사의 전선으로 절연전선(옥외용 비닐절연전선 제외)을 요구한다. 전선은 연선이 원칙이고 관 안에서는 접속점을 두지 않는다.

전선으로 연선을 사용한 것은 규정에 맞는 방법이다.
콘크리트에 매입하는 관의 두께를 1.2 mm 이상으로 한 것은 규정에 맞는 방법이다.
사용전압 400 V 이상인 배선의 관에 접지공사를 한 것은 규정에 맞는 방법이다.

문제 94

합성수지 몰드 공사에 의한 저압 옥내배선의 시설방법으로 옳은 것은?

1전선으로는 단선만을 사용하고 연선을 사용하여서는 안된다.

2전선은 옥외용 비닐절연전선을 사용한다.

3합성수지 몰드 안에 전선의 접속점을 두기 위하여 합성수지제의 조인트 박스를 사용한다.

4합성수지 몰드 안에는 전선의 접속점을 최소 2개소 두어야 한다.

정답 및 해설

합성수지몰드 안에 접속점을 두려면 합성수지제 조인트박스를 사용해야 한다.

몰드 안에서의 전선 접속은 원칙적으로 피해야 하며, 예외적으로 조인트박스를 사용하는 경우에 한해 허용된다.

"전선으로는 단선만을 사용하고 연선을 사용하여서는 안된다."는 연선 사용을 배제할 근거가 없어 옳지 않다.
"전선은 옥외용 비닐절연전선을 사용한다."는 이 공사에 적합한 전선이 아니다.
"합성수지 몰드 안에는 전선의 접속점을 최소 2개소 두어야 한다."는 접속점 개수를 강제하는 규정이 아니라 오히려 접속을 피해야 하는 대상이라는 점과 맞지 않는다.

문제 95

다음 중 가연성 먼지에 전기설비가 발화원이 되어 폭발할 우려가 있는 곳에 시공할 수 있는 저압 옥내 배선 공사는?

1버스 덕트 공사

2라이팅 덕트 공사

3가요 전선관 공사

4금속관 공사

정답 및 해설

가연성 먼지에 전기설비가 발화원이 되어 폭발할 우려가 있는 곳에 시공할 수 있는 저압 옥내배선은 금속관공사이다.

KEC 242.2.2는 가연성 먼지 장소의 배선을 합성수지관공사(두께 기준 충족), 금속관공사, 케이블공사로 한정한다.

버스덕트 공사는 허용 공사 방법에 들지 않는다.
라이팅 덕트 공사는 허용 공사 방법에 들지 않는다.
가요 전선관 공사는 허용 공사 방법에 들지 않는다(전동기 접속부의 분진방폭형 가요성 부속 사용은 별개).

문제 96

애자사용 공사에 의한 고압 옥내배선을 할 때 전선을 조영재의 면을 따라 붙이는 경우, 전선의 지지점간의 거리는 몇 [m] 이하이어야 하는가?

정답 및 해설

애자사용 공사에 의한 고압 옥내배선에서 전선을 조영재의 면을 따라 붙일 때 지지점 간 거리는 2 m 이하이다.

3 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
4 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.
5 m는 규정 한도를 넘는 값이라 허용되지 않는다.

문제 97

154[kV] 변전소의 울타리, 담 등의 높이와 울타리, 담 등으로부터 충전부분까지의 거리의 합계는 몇 [m] 이상이어야 하는가?

14.5

46.2

정답 및 해설

154 kV 변전소의 울타리·담 등의 높이와 울타리·담 등으로부터 충전부분까지 거리의 합계는 6 m 이상이다.

KEC 351.1은 사용전압별로 거리 합계를 정한다. 35 kV 초과 160 kV 이하는 6 m이며 154 kV는 이 구간에 속한다.

4.5 m는 규정값보다 작아 거리 합계가 부족하다.
5 m는 35 kV 이하 설비에 적용하는 합계 값이다.
6.2 m는 규정에 없는 수치다.

문제 98

공칭전압 25,000 V 단상 교류 전기철도에서 전차선과 차량 간에 확보해야 하는 최소 절연간격 중 동적 절연간격은 몇 mm인가?

1100

2150

3170

4270

정답 및 해설

공칭전압 25,000V 단상 교류 전기철도의 동적 절연간격은 170mm이다.

KEC 431.3 표 431.3-1에서 단상교류 25,000V는 동적 170mm, 정적 270mm이다.
직류 750V는 동적 25mm·정적 25mm, 직류 1,500V는 동적 100mm·정적 150mm이다.

동적 절연이격은 팬터그래프 통과 시 전선의 일시적 움직임을 고려한 값이다.

문제 99

정답 및 해설

3 m는 규정에 없는 수치다.
4 m는 규정에 없는 수치다.
5 m는 규정에 없는 수치다.

문제 100

사용전압 220V인 경우에 애자사용 공사에 의한 옥측 전선로를 시설할 때 전선과 조영재와의 간격은 몇 cm이상 이어야 하는가?

12.5

24.5

정답 및 해설

사용전압이 400 V 이하인 애자사용 공사에 의한 옥측전선로에서 전선과 조영재 사이의 간격은 2.5 cm 이상이다.

4.5 cm는 400 V 초과이고 비·이슬에 젖는 장소에 적용하는 값이다.
6 cm는 전선 상호 간의 간격 수준의 값으로 전선과 조영재 사이 기준이 아니다.
8 cm는 규정에 없는 수치다.