[전기철도기사 필기] 15년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

커티너리 방식 가선계의 최고설계속도는 팬터그래프에 의해 발생하는 가동전차선 동요임펄스의 파동전파속도의 70% 이하가 되도록 정한다.
열차 속도가 파동전파속도에 가까워질수록 팬터그래프가 만든 전차선의 동요가 앞쪽으로 충분히 퍼져나가지 못해 접촉력 변동이 급격히 커지고 이선(離線)·아크가 잦아진다. 따라서 설계속도를 파동전파속도보다 충분히 낮은 수준으로 제한하는 것이다.

급전계통의 분리 기준으로 다루는 항목은 급전 구간·선로 간의 전기적 분리에 관한 것이며, 기기와 차량 간의 분리는 이 분류에 해당하지 않는다.
급전별 분리는 서로 다른 급전구간(변전소 담당구역) 사이의 전기적 절연을 다룬다.
본선 간의 분리는 상하행 본선 등 병렬 선로 사이의 급전 구분을 다룬다.
본선과 측선의 분리는 주행선과 대피·유치선 사이의 급전 구분을 다룬다.
이들은 모두 선로·구간 사이의 급전 분리 기준인 반면, 기기와 차량 간의 관계는 급전계통의 구분 기준과는 성격이 다른 항목이다.

제3궤조(third rail)방식의 구성품 중 더블이어는 이 방식에 해당하지 않는다.
더블이어는 조가선과 전차선을 매달아 연결하는 가공 전차선로(커티너리 방식)의 현수 금구인 반면, 제3궤조방식은 급전레일(제3궤조)을 통해 직접 집전하는 구조이므로 조가선·전차선의 현수 부품 자체가 존재하지 않는다.
급전레일 접합장치는 급전레일 구간을 서로 이어주는 실제 구성품이다.
습동 완화장치는 집전슈와 급전레일 사이의 충격·마찰을 줄이는 구성품이다.
신축 이음장치는 온도변화에 따른 급전레일의 신축을 흡수하는 구성품이다.

곡선 구간에서 외측 레일을 내측 레일보다 높여 두는 그 높이차를 켄트(cant)라 한다.
열차가 곡선을 통과할 때 원심력으로 인해 차량이 바깥쪽으로 쏠리는 것을 줄이고 좌우 레일에 걸리는 하중을 균등하게 하여 승차감과 주행 안전성을 높이기 위해 둔다.
슬랙은 곡선에서 차륜이 원활히 통과하도록 궤간을 넓히는 것으로 레일 높이차와는 다른 개념이다.
완화곡선은 직선과 원곡선 사이에 두는 곡률이 점차 변하는 구간을 말한다.
구배는 선로의 오르내림 경사를 뜻하며 좌우 레일의 높이차와는 무관하다.

조가선과 전차선 2조로 구성되어 조가선이 전차선을 궤도면과 평행하게 유지시키는 가장 기본적인 가선방식이 심플커티너리 조가방식이다.
조가선(메신저와이어)에 행거(드로퍼)를 달아 전차선을 매닮으로써 전차선의 처짐을 보상하고 높이를 궤도면에 대해 일정하게 유지하는 구조이며, 이 기본 구조를 바탕으로 헤비심플·더블심플·변Y형 등 변형 방식이 파생된다.

교류전기철도에서 지지물·철구조물 등에 섬락하는 지락고장에 대한 보호설비 중 고장점 표정방식은 사고가 이미 발생한 후 그 위치를 찾아내는 사고점 탐지 수단이지, 지락고장 자체를 막거나 설비를 보호하는 설비가 아니다.
보호선에 의한 방식은 지지물 등에 접지선을 연결해 섬락전류를 안전하게 대지로 흘려보내는 실제 보호 방식이다.
가공지선에 의한 방식은 뇌격이나 섬락 전류를 미리 대지로 유도해 지지물의 전위 상승을 억제한다.
매설지선에 의한 방식은 접지저항을 낮추어 지락전류가 안전하게 대지로 흐르도록 한다.

가공 전차선로의 도플러 계수는 1에서 (운전속도/파동전파속도)를 뺀 값으로 구한다.
$\eta=1-\dfrac{v}{c}=1-\dfrac{90}{100}=0.1$
도플러 계수는 운전속도가 파동전파속도에 가까워질수록 0에 가까워지며, 값이 작을수록 팬터그래프와 전차선 사이의 동적 상호작용이 심해져 이선(離線)이 발생하기 쉽다.

열차운행 속도가 250km/h를 초과하는 고속 구간에서는 전차선의 구배를 0[‰], 즉 수평으로 유지하는 것을 표준으로 한다.
전차선에 기울기가 있으면 팬터그래프가 접촉압을 일정하게 유지하기 어렵고 속도가 높을수록 그 영향이 커져 이선(離線)·아크 발생 위험이 커진다. 따라서 운행속도가 높아질수록 허용 구배를 더 작게 두며, 250km/h를 넘는 초고속 구간에서는 사실상 구배를 두지 않는다.

가공 전차선이 터널 안에서 강체전차선으로 바뀌는 구간에는 지상부 이행장치를 설치한다.
이 장치는 유연한 가공 전차선(조가선+전차선 구조)과 강체가선을 전기적으로 연속시키면서 구조적으로 매끄럽게 전환시켜, 팬터그래프가 두 구간의 경계를 통과할 때 충격이나 이선이 생기지 않도록 한다.

차량이 안전하게 운행될 수 있도록 궤도 위에 정한 일정한 공간을 건축한계라 한다.
건축한계는 차량의 동요·진동 등을 감안해 실제 차량의 외형(차량한계)보다 여유를 둔 범위로 정하며, 이 공간 안으로는 전주·구조물 등 어떤 시설물도 침범할 수 없도록 규정한다.
차량한계는 차량 자체의 외형 치수 범위를 말하는 것으로 궤도상의 공간 기준과는 다르다.
열차한계·접촉한계는 이러한 의미로 규정된 표준 용어가 아니다.

AT 급전방식은 급전선과 전차선 사이의 전압을 높여 전압강하를 줄이므로 변전소 간격을 길게 할 수 있어 고속 대용량 집전에 적합하다.
AT 급전방식은 전압강하가 작아 오히려 변전소 이격거리를 길게 할 수 있으므로, 전압강하가 크다는 설명은 사실과 반대다.
AT 급전방식은 전차선과 급전선 사이 전압이 50kV로 높으므로, 급전전압이 낮다는 전제 자체가 성립하지 않는다.
부스터섹션에서 전기차 통과 시 아크가 발생하는 문제는 흡상변압기를 쓰는 BT 급전방식의 특징이며, AT 급전방식에는 부스터섹션이 없다.

피뢰기의 직선적 유효보호범위는 전파속도와 파두장을 곱해 2로 나눈 값으로 구한다.
$L=\dfrac{v\times t_f}{2}=\dfrac{500\times5}{2}=1250\,\mathrm{m}$
따라서 이 조건에서 피뢰기의 유효보호범위는 1250m이다.

전기차의 출력은 주전동기 단자전압×전류×효율×대수로 구한다.
$P=1200\,\mathrm{V}\times300\,\mathrm{A}\times0.9\times3=972{,}000\,\mathrm{W}$
따라서 전기차의 출력은 약 972kW이다.

AT 급전방식에서 전차선과 급전선 사이의 표준전압은 50kV이다.
AT 급전방식은 전차선(레일 기준 +25kV)과 급전선(레일 기준 -25kV)이 서로 반대 극성을 갖도록 급전하므로, 두 선 사이의 전위차는 25kV의 두 배인 50kV가 된다. 단권변압기(AT)는 이 전위차를 이용해 레일로 흐르는 귀선전류의 일부를 급전선 쪽으로 끌어올려 통신유도장해를 줄인다.

직류귀선로의 전식방지 대책은 누설전류 자체를 줄이는 방향으로 이루어지므로, 누설전류를 크게 한다는 설명은 대책과 관계가 반대다.
보조귀선을 설치하면 귀선전류가 레일 대신 보조귀선을 통해 흐르는 경로가 늘어나 대지로의 누설이 줄어든다.
귀선저항을 작게 하면 귀선전류가 레일 쪽 경로로 더 많이 흘러 대지 누설전류가 줄어든다.
누설저항(레일과 대지 사이 절연저항)을 크게 하면 대지로 새는 전류가 줄어든다.

직선구간을 기준으로 일반 전차선로구간에서 인류구간의 길이는 1600m 이하를 표준으로 한다.
인류구간이 너무 길어지면 온도변화에 따른 전차선의 신축량이 커져 장력 변화가 과도해지고 처짐(이완)이나 과장력이 발생하기 쉬우므로, 이를 방지하기 위해 직선구간에서의 표준 인류구간 길이를 제한한다.

직사각형 단면과 원형단면의 단면계수가 같다는 조건으로 원의 직경을 구한다.
$Z_{rect}=\dfrac{bh^2}{6}=\dfrac{10\times20^2}{6}\approx666.7\,\mathrm{cm^3}$
$Z_{circ}=\dfrac{\pi d^3}{32}=666.7 \Rightarrow d=\sqrt[3]{\dfrac{666.7\times32}{\pi}}\approx18.93\,\mathrm{cm}$
따라서 원형단면의 직경은 약 18.93cm이다.

온도변화에 의한 변형율은 열팽창계수와 온도변화량의 곱으로 구하며, 강재의 길이나 탄성계수는 이 값에 영향을 주지 않는다.
$\varepsilon=\alpha\times\Delta T=1.0\times10^{-5}\times(50-10)=4\times10^{-4}=0.0004$
탄성계수(200GPa)는 온도변화에 의한 응력을 구할 때 필요한 값으로, 변형율 자체를 구하는 이 계산에는 쓰이지 않는 조건이다.

지면과의 경계면에서 전차선의 횡장력에 의한 벤딩모멘트는 수평집중하중과 전차선 설치높이의 곱으로 구한다.
$M=F\times h=83.4\,\mathrm{kgf}\times6.78\,\mathrm{m}\approx565.4\,\mathrm{kgf\cdot m}$
가동브래킷의 상·하부 밴드 간격 1m는 브래킷 자체의 구조 치수로, 지면 경계면에서의 모멘트 계산에는 관여하지 않는다.

전단탄성계수는 G = 전단응력 ÷ 전단변형율로 구한다. 먼저 전단응력을 계산하면, σ = F/A = 8,000 N ÷ 100 mm² = 8,000 N ÷ (100 × 10⁻⁶ m²) = 80 × 10⁶ Pa = 80 MPa이다. 따라서 G = 80 MPa ÷ 0.001 = 80,000 MPa = 80 GPa이다.

단독 지지주의 강도 계산을 위한 설계 조건은 지지주에 실제로 걸리는 하중과 관련된 요소들이며, 통신선로의 유도장해는 강도 계산과는 무관한 전자기적 문제이다.
급전방식과 가선방식은 지지주에 걸리는 전선의 배치·장력 조건을 결정한다.
사용 전선의 종류와 굵기는 전선 자체의 자중·풍압하중을 결정하는 요소다.
전선에 가해지는 장력은 지지주가 받는 수평하중을 직접 결정한다.

탄성한도 내에서 봉에 축방향 인장력이 작용할 때 체적변형율은 종변형율에 (1-2v)를 곱한 값이다.
축방향으로 늘어나는 종변형률 ε에 대해 가로방향으로는 포아송비 v만큼 수축(횡변형률 -vε)이 동시에 일어나므로, 세 방향 변형률의 합인 체적변형률은 $\varepsilon_v=\varepsilon-2v\varepsilon=\varepsilon(1-2v)$로 계산된다.

가동브래킷의 이동 수평하중은 전주(지지물)의 한 지점에 작용하는 힘으로 다루므로 수평 집중하중으로 적용한다.
가동브래킷은 전차선의 횡방향 장력을 브래킷 고정점 한 곳에서 전달받는 구조이므로, 분포하중이 아닌 집중하중으로 응력을 계산한다.

지선에 걸리는 장력은 수평인장력에 지선의 경사거리와 수평거리의 비를 곱해 구한다.
전주 높이 8m와 지선이 떨어진 수평거리 6m로 만들어지는 직각삼각형에서 지선의 길이(빗변)는 $\sqrt{8^2+6^2}=10\,\mathrm{m}$이다.
지선의 수평성분이 전주에 걸린 수평인장력 660kg과 평형을 이루어야 하므로 $T\times\dfrac{6}{10}=660 \Rightarrow T=1100\,\mathrm{kg}$이다.

도형의 도심은 형상만으로 정해지는 순수한 기하학적 위치이며, 질량이나 중력의 영향을 받지 않는다는 점에서 이 설명은 틀렸다.
질량 분포나 중력에 따라 달라지는 것은 무게중심의 개념이며, 균질한 단면의 도심은 밀도나 중력가속도와 무관하게 형상의 좌표만으로 결정된다.
단면 1차모멘트는 기준축의 위치에 따라 양수 또는 음수가 될 수 있다는 설명은 맞는 내용이다.
도심을 지나는 축에 대한 단면 1차모멘트가 0이 된다는 것도 정의상 맞는 내용이다.
단면 2차모멘트가 도심축에서 최솟값을 갖되 0은 아니라는 것도 맞는 내용이다.

비례한도는 응력과 변형률이 비례관계를 유지하는 최대 응력점을 말한다.
이 점까지는 후크의 법칙이 성립해 응력과 변형률이 직선 관계를 이루지만, 이 점을 넘어서면 그 비례관계가 깨지기 시작한다.
변형으로 파괴에 이르는 한계는 파단점에 대한 설명으로 비례한도와는 다른 개념이다.
인장시험에서 작용하는 최대 하중점은 극한강도(인장강도)에 대한 설명이다.
변형이 갑자기 증가하는 한계점은 항복점에 대한 설명이다.

콘크리트 전주에 가해지는 풍압은 기준 풍압에 풍력계수와 수직투영면적을 곱해 구한다.
$P=\dfrac{V^2}{16}\times C\times A=\dfrac{30^2}{16}\times1.3\times3\approx219\,\mathrm{kgf}$
따라서 이 조건에서 전주에 가해지는 풍압은 약 219kgf이다.

전차선의 온도에 의한 이동량은 팽창계수×온도변화량×장력조정 길이로 구한다. 전차선로의 표준온도 10℃를 기준으로 최고온도 40℃까지이므로 온도변화량은 30℃이다.
$\Delta L=\alpha\,\Delta T\,L=1.7\times10^{-5}\times30\times750{,}000\,\mathrm{mm}\approx383\,\mathrm{mm}$
장력조정 길이가 길수록, 온도 변화 폭이 클수록 이동량이 커지므로 장력조정장치와 신축 이음이 이 이동량을 흡수할 수 있도록 설계해야 한다.

결론부터: 이동지점(롤러지점)은 이동을 구속하는 방향, 즉 수직한 방향으로 반력이 1개만 생긴다.
지점은 구속하는 자유도에 따라 이동지점·회전지점(힌지)·고정지점으로 나뉘며, 이동지점은 수평이동과 회전은 자유롭고 지지면에 수직한 이동만 구속되므로 반력도 그 방향으로 하나뿐이다.
고정지점은 이동과 회전을 모두 구속하여 반력이 3개(수직·수평·모멘트) 생기므로, 회전이 가능하다는 설명은 옳지 않다.
지점의 종류는 이동지점·회전지점(힌지)·고정지점으로 구분하며, '모멘트지점'이라는 용어는 쓰이지 않는다.
지점은 정지해 있는 구조물이나 부재를 받치는 점이므로 '회전하고 있는' 구조물을 받치는 점이라는 설명은 지점의 정의와 맞지 않는다.

계산 결과 포아송 비는 0.25이다.
길이방향 변형률은 $\varepsilon_l=\dfrac{2.08-2}{2}=0.04$이고, 직경방향 변형률(수축이므로 음수)은 $\varepsilon_d=\dfrac{19.8-20}{20}=-0.01$이다.
포아송 비는 $\nu=-\dfrac{\varepsilon_d}{\varepsilon_l}=\dfrac{0.01}{0.04}=0.25$로 구해진다.

고정지점의 반력수는 3개이다.
고정지점은 수평·수직 이동과 회전을 모두 구속하는 지점이므로 수평반력·수직반력·모멘트반력이 각각 하나씩, 총 세 개가 발생한다.

결론: $m>2k-3$인 트러스는 내적 부정정 구조이다.
평면트러스가 정정이 되려면 부재수와 반력수의 합이 절점수의 2배와 같아야 한다($m+r=2k$). 안정한 트러스가 갖출 수 있는 최소 반력수를 $r=3$으로 두면 정정 조건은 $m=2k-3$이 된다.
이 상태에서 필요한 반력(지점 구속)은 최소한만 있고 부재수만 그보다 많아 $m>2k-3$이 되면, 여분이 외부 지점이 아니라 내부 부재에 있는 것이므로 내적으로 부정정인 구조가 된다.

패러데이 법칙을 가장 적합하게 나타낸 것은 전자유도에 의해 발생하는 기전력이 자속 쇄교수의 시간에 대한 변화율에 비례한다는 설명이다.
전자유도는 회로와 쇄교하는 자속이 시간에 따라 변할 때 기전력이 유도되는 현상이며, 그 크기는 자속 쇄교수의 시간 변화율에 비례한다.
기전력을 유도하는 원인은 정전유도가 아니라 전자유도이므로, 정전유도에 의한다고 서술한 설명들은 옳지 않다.
자속의 변화를 방해하는 반대 방향으로 유도된다는 설명은 기전력의 '방향'에 관한 렌츠의 법칙 내용이며, 패러데이 법칙이 말하는 크기의 비례관계에 대한 설명은 아니다.

유도기전력의 크기가 자속의 시간적 변화율에 비례한다는 정량적 법칙은 노이만의 법칙이다.
노이만의 법칙은 패러데이의 전자유도 현상을 수식으로 정리한 것으로, 자속 쇄교수의 시간에 대한 변화율에 비례해 기전력이 발생함을 나타낸다.
가우스의 법칙은 폐곡면을 지나는 전속(또는 자속)과 그 내부 전하의 관계를 다루는 법칙이라 유도기전력과는 무관하다.
암페어의 주회적분 법칙은 전류와 자계의 관계를 다루는 법칙이다.
플레밍의 오른손 법칙은 도체 운동에 의한 유도기전력의 방향을 정하는 법칙으로, 크기의 비례관계를 나타내지는 않는다.

전기력선은 도체 표면과 직교한다.
도체 표면은 등전위면이므로 전기력선은 등전위면에 수직으로 출입하며, 그 결과 도체 표면과도 직교하게 된다.
전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향하므로, 낮은 점에서 높은 점으로 향한다는 설명은 방향이 반대다.
도체 내부의 전계는 0이므로 전기력선은 도체 내부에 존재할 수 없다.
전기력선은 등전위면과 직교하는 것이지 평행한 것이 아니다.

정답 지문은 '표면의 도전성 코팅이나 프레임 사이에 도체의 연결이 필요 없다'는 설명인데, 이는 사실과 반대이므로 승객이 안전한 이유가 될 수 없다.
도전성 차체가 패러데이 케이지처럼 작동해 낙뢰나 고전압으로부터 승객을 보호하려면, 표면 코팅·프레임 등 도전성 부분들이 서로 전기적으로 연결되어 하나의 등전위 껍질을 이루어야 한다. 연결이 끊기면 전하가 자유롭게 재분포하지 못해 차폐 효과가 성립하지 않는다.
외부 전하·자장이 정지 상태일 때 도전성 용기 내부의 장이 영(0)이 된다는 것, 속이 빈 도전성 용기 내부에는 전기장이 존재하지 않는다는 것, 외부 전계에 의해 내벽과 외벽에 크기가 같고 부호가 반대인 전하가 유도되어 재분포한다는 것은 모두 차폐가 성립하는 이유를 올바르게 나타낸 설명이다.

계산 결과 내부 인덕턴스는 약 1.25μH이다.
직선 도체의 내부 인덕턴스는 $L_i=\dfrac{\mu_0}{8\pi}l$로 표현되며, 도체의 굵기(반지름)와는 무관하고 길이에만 비례한다.
$L_i=\dfrac{4\pi\times10^{-7}}{8\pi}\times25=1.25\times10^{-6}\ \mathrm{H}=1.25\ \mu\mathrm{H}$로 계산된다.

두 매질 경계면에서 전자파가 무반사로 되기 위한 조건은 두 매질의 특성임피던스가 같은 것이다.
수직 입사 시 반사계수는 $\Gamma=\dfrac{\eta_2-\eta_1}{\eta_2+\eta_1}$로 주어지므로, 이 값이 0이 되려면 $\eta_1=\eta_2$이어야 한다.

계산 결과 자화의 세기는 약 0.12Wb/m²이다.
자화의 세기는 $J=\mu_0(\mu_r-1)H$로 구한다.
$J=4\pi\times10^{-7}\times(350-1)\times280\approx0.123\ \mathrm{Wb/m^2}$로, 약 0.12에 해당한다.

계산 결과 점전하에 작용하는 힘은 $14a_x+18a_y+4a_z$ [N]이다.
로렌츠 힘은 $F=q(E+v\times B)$로 구한다. 주어진 값으로 $v\times B=(5,\,8,\,6)$이 계산되고, 여기에 전계 성분 $(2,\,1,\,-4)$를 더하면 $E+v\times B=(7,\,9,\,2)$가 된다.
전하 $q=2\,\mathrm{C}$를 곱하면 $F=2\times(7,\,9,\,2)=(14,\,18,\,4)$, 즉 $14a_x+18a_y+4a_z$ [N]이 된다.

옳은 설명은 벡터포텐셜이 거리에 반비례하고 전류의 방향과 같다는 것이다.
전류에 의한 벡터포텐셜은 $A=\dfrac{\mu I}{4\pi r}$ 형태로 거리에 반비례해 감소하며, 방향은 전류가 흐르는 방향과 같다.
벡터포텐셜을 폐로 선적분하여 얻어지는 양은 자속(Φ)인데, 이를 '자속밀도'라고 잘못 지칭한 설명이 있다.
벡터포텐셜의 curl로 구해지는 것은 자속밀도(B)이지, 자속(Φ) 자체가 curl로 구해지는 것은 아니다.
벡터포텐셜은 전류가 흐르는 정자계에서 정의되는 개념인데, 반대로 정전계에서만 정의된다고 서술한 설명은 옳지 않다.

계산 결과 도체가 받는 힘은 약 2.6N이다.
자계 속 직선도체가 받는 힘은 $F=BIl\sin\theta$로 구한다.
$F=0.3\times5\times2\times\sin60^\circ\approx0.3\times5\times2\times0.866\approx2.6\ \mathrm{N}$로 계산된다.

계산 결과 콘덴서에 축적되는 에너지는 9J이다.
콘덴서에 저장되는 에너지는 $W=\dfrac{1}{2}CV^2$로 구한다.
$W=\dfrac{1}{2}\times5000\times10^{-6}\times60^2=9\ \mathrm{J}$로 계산된다.

갈수량은 1년 중 355일은 이보다 내려가지 않는 수위(유량)를 말한다.
하천 유량을 크기 순으로 정리했을 때 275일 기준은 저수량, 185일 기준은 평수량, 95일 기준은 풍수량이라 부르며, 갈수량은 그중 가장 적은 유량 쪽에 해당하는 355일 기준이다.

22.9kV Y결선 수전설비에 쓰이는 계기용변압기의 2차측 정격전압은 110V이다.
계기용변압기(PT)는 고전압을 계측·보호기기가 받을 수 있는 낮은 전압으로 변성하는 기기로, 배전반의 전압계·전력계·계전기가 모두 110V 입력에 맞추어 제작되므로 2차측 정격전압을 110V로 표준화해 사용한다. 1차측 전압이 22.9kV이든 다른 값이든 2차 정격은 110V로 같다.

계산 결과 전압변동률은 약 6.67%이다.
전압변동률은 무부하 시 수전단전압과 부하 시 수전단전압의 차이를 부하 시 전압으로 나누어 구한다: $\varepsilon=\dfrac{V_0-V_n}{V_n}\times100$.
무부하 시 수전단전압이 3.2kV, 부하 시 수전단전압이 3kV이므로 $\varepsilon=\dfrac{3.2-3}{3}\times100\approx6.67\%$로 계산된다. 송전단전압 3.4kV는 전압강하 계산에 쓰이는 값일 뿐 전압변동률 식에는 들어가지 않는다.

변압기에서 발생하는 제3고조파를 제거하는 가장 적당한 방법은 변압기를 Δ결선하는 것이다.
제3고조파 성분은 3상이 서로 동상이어서 Δ결선 내부에서 순환전류로 흘러 폐회로 안에 갇히므로 외부 계통으로 나가지 않게 된다.
직렬 리액터는 제5고조파 억제용이고, 전력용 콘덴서와 동기조상기는 무효전력을 조정하는 조상설비여서 제3고조파 제거와는 직접 관계가 없다.

전력용 콘덴서는 동기조상기와 달리 전압 조정을 계단적으로만 할 수 있다는 것이 옳은 비교이다.
콘덴서는 투입·개방(온·오프)으로만 용량을 바꾸므로 단계적 조정만 가능한 반면, 동기조상기는 계자전류를 연속적으로 조정할 수 있다.
전력손실은 회전기인 동기조상기 쪽이 크고, 콘덴서 쪽이 오히려 작다.
콘덴서는 진상 무효전력만 공급할 수 있고 지상 무효전력은 공급하지 못한다.
무부하로 운전하며 선로를 충전하는 시송전 기능은 동기조상기가 가진 능력이며 콘덴서에는 없다.

제5고조파 전류 억제를 위해 전력용 콘덴서에 직렬로 넣는 리액터의 용량은 콘덴서 용량의 약 6% 정도가 적당하다.
이론상으로는 콘덴서 용량의 4% 이상이면 제5고조파에 대해 회로가 유도성이 되어 억제가 가능하지만, 주파수 변동이나 리액터 용량의 오차 등을 고려한 여유를 두어 실무에서는 약 6%를 표준으로 적용한다.

송전계통의 절연협조에서 절연레벨을 가장 낮게 잡는 기기는 피뢰기이다.
피뢰기는 이상전압이 유입되면 가장 먼저 방전해 다른 기기를 보호해야 하므로, 절연협조상 기준이 되는 기기들 중 절연레벨을 최저로 설계한다. 변압기·차단기·단로기 등은 그보다 높은 절연레벨을 갖도록 배분한다.

송전계통 절연협조의 기본이 되는 것은 피뢰기의 제한전압이다.
다른 모든 기기의 절연강도는 피뢰기가 방전할 때 나타나는 제한전압보다 높게 설계되며, 이 제한전압을 기준으로 각 기기의 절연레벨을 단계적으로 배분한다.

한류리액터를 사용하는 가장 큰 목적은 단락전류를 제한하는 것이다.
계통 임피던스에 리액턴스를 추가로 삽입해 사고 시 흐르는 단락전류의 크기를 억제함으로써 차단기 용량을 줄이고 기기를 보호한다.

반한시·정한시 특성이란 동작전류가 작을 때는 전류가 커질수록 동작시간이 짧아지다가, 일정 전류 이상에서는 전류 크기와 관계없이 일정한 시간에 동작하는 특성을 말한다.
즉 저전류 구간에서는 반한시(전류가 커질수록 시간이 짧아짐) 특성을, 일정 전류 이상에서는 정한시 특성을 보이는 복합적인 계전기 특성이다.
전류가 커질수록 시간이 짧아지기만 하는 것은 반한시 특성, 크기와 무관하게 일정 시간에 동작하는 것은 정한시 특성, 최소 동작전류를 넘으면 즉시 동작하는 것은 순한시 특성으로 각각 따로 구분한다.

송전선로 코로나 방지에 가장 효과적인 방법은 복도체를 사용하는 것이다.
복도체는 여러 가닥의 소도체를 사용해 등가 반지름을 크게 만들어 도체 표면의 전위경도를 낮추므로, 코로나 임계전압을 높여 코로나 발생을 억제한다.
코로나는 임계전압이 높을수록 잘 생기지 않으므로 임계전압을 낮추는 것은 오히려 역효과이며, 전선 높이를 낮추거나 선로 절연을 강화하는 것도 도체 표면의 전위경도를 낮추는 것과는 관계가 없다.

계산 결과 이 선로의 특성임피던스는 약 520Ω이다.
특성임피던스는 단락임피던스와 개방임피던스의 기하평균으로 구한다: $Z_0=\sqrt{Z_{sc}\times Z_{oc}}$.
$Z_0=\sqrt{300\times900}=\sqrt{270000}\approx520\ \Omega$로 계산된다.

송전계통의 안정도를 증진하는 방법이 아닌 것은 발전기나 변압기의 리액턴스를 크게 하는 것이다.
리액턴스가 커지면 오히려 전달할 수 있는 최대 전력이 줄고 계통 결합이 약해져 안정도가 저하되므로, 안정도 향상을 위해서는 반대로 리액턴스를 작게 설계해야 한다.
속응여자방식 채택, 고속도 재폐로 방식, 고장전류를 줄이고 고속도로 차단하는 방식은 모두 사고 시 계통을 빠르게 정상 상태로 회복시켜 안정도를 높이는 방법들이다.

계산 결과 송전용량은 184,800kW이다.
송전용량계수법에 의한 송전용량은 $P=K\times\dfrac{V^2}{l}$로 구하며, K는 송전용량계수, V는 송전전압[kV], l은 송전거리[km]이다.
이 문제에서는 송전거리(154km)와 전압(154kV)의 숫자값이 같으므로 $P=1200\times\dfrac{154^2}{154}=1200\times154=184{,}800\ \mathrm{kW}$로 계산된다.

기력발전소 보조기 중 예비기를 가장 필요로 하는 것은 급수펌프이다.
급수펌프가 정지하면 보일러로 공급되는 급수가 즉시 끊겨 보일러 손상이나 운전 정지로 직결되는 중대한 사고로 이어지므로, 설비 신뢰도를 위해 예비기를 반드시 갖춘다.

중성점을 직접접지할 때 나타나는 특성과 관계가 없는 것은 과도안정도 증진이다.
직접접지는 지락사고 시 큰 지락전류가 흘러 계전기 동작을 확실하게 하고, 건전상의 전위상승(이상전압)을 억제해 기기의 절연수준을 낮추고 단절연 변압기를 쓸 수 있게 한다. 다만 고장전류가 커서 계통에 주는 충격이 크므로 과도안정도는 오히려 낮아지는 경향이 있다.

주 공급선로 정전 시 예비전원 선로로 자동 전환되는 개폐장치는 자동부하 전환 개폐기이다.
자동부하 전환 개폐기(ALTS)는 상시 전원 계통의 정전을 감지하면 부하를 예비 전원 계통으로 자동으로 전환해 정전 시간을 최소화하는 설비이다.
기중부하 개폐기는 부하전류를 개폐하는 기본 개폐기, 고장구간 자동 개폐기(ASS)는 수용가 구내 고장을 자동으로 분리하는 개폐기, 자동선로 구분 개폐기(ASBS)는 배전선로를 구간별로 나누어 고장 구간만 분리하는 개폐기로, 예비전원 전환 기능과는 다르다.

수용가군 총합의 부하율은 부등률에 비례하고 수용률에 반비례한다.
부하율은 평균전력을 합성 최대수요전력으로 나눈 값이고, 합성 최대수요전력은 '설비용량×수용률'의 합을 부등률로 나눈 값이다. 따라서 부등률이 커질수록 합성 최대수요전력이 작아져 부하율은 커지고, 수용률이 커질수록 최대수요전력이 커져 부하율은 작아진다.

화력발전소 열사이클 중 열효율이 가장 좋은 것은 재생재열사이클이다.
재생재열사이클은 급수를 예열하는 재생 방식과 팽창 도중 증기를 재가열하는 재열 방식을 함께 적용한 것으로, 두 방식의 효율 향상 효과가 더해져 단독 재생사이클이나 재열사이클보다 열효율이 높다. 랭킨사이클은 이들 개선을 적용하기 전의 기본 사이클이어서 효율이 가장 낮다.