전기철도기사 필기 기출문제복원 (2014-03-02)

전기철도기사
(2014-03-02 기출문제)

목록

1과목: 전기철도공학

1. 가공 전차선로에서 양단의 가고가 같고, 전차선이 수평인 경우 x 정에서의 행거 길이[m]는? (단, 경간 중앙에서의 이도를 0.3m, 가고는 1m, 임의의 점 x 에서의 이도를 0.15m로 한다.)

  1. 0.5
  2. 0.7
  3. 0.85
  4. 0.96
(정답률: 알수없음)
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2. 활차식 자동장력조정장치의 조정거리(L)를 구하는 식은? [단, △L= 전차선 신장길이, α= 전차선의 선광창 계수, △t= 온도변화(표준온도에대하여)]

  1. L= △L/(αㆍ△t)
  2. L= △L/(α+△t)
  3. L= (αㆍ△t)/△L
  4. L= △t/(αㆍ△L)
(정답률: 알수없음)
  • 활차식 자동장력조정장치는 온도 변화에 따라 전차선의 길이가 변화하게 됩니다. 이 때, 전차선의 길이 변화량은 전차선의 선광창 계수와 온도 변화량에 비례합니다. 따라서, 전차선의 길이 변화량을 조정거리로 나누면 선광창 계수와 온도 변화량을 고려한 조정거리를 구할 수 있습니다. 이를 수식으로 나타내면 L= △L/(αㆍ△t)가 됩니다. 따라서 정답은 "L= △L/(αㆍ△t)"입니다.
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3. 전선에 부착된 빙설이 탈락될경우전선이 도약하여 선간 혼측ㆍ용단 등의 피해가 말생하는 현상은?

  1. One jump
  2. Two jump
  3. sleet jump
  4. Four jump
(정답률: 알수없음)
  • 전선에 부착된 빙설이 탈락될 경우, 빙설이 떨어지는 동안 전선이 급격하게 움직이면서 선간 혼측이나 용단 등의 피해가 발생할 수 있습니다. 이때, 빙설이 떨어지는 순간 전선이 한 번에 뛰어넘어서 이러한 피해를 예방하는 것을 "sleet jump"이라고 합니다. 따라서, "sleet jump"이 정답입니다. "One jump", "Two jump", "Four jump"은 이와 관련된 용어가 아닙니다.
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4. 3상전원의 단락용량을 계산하는 3상 임피던스 계산식으로 옳은 것은? (단, ZD: 3상 임피던스[Ω], %Z0: 3상측 %임피던스[%], V: 기준전압(급전전압을 사용)[kV], P: 기준용량(일반적으로 10000 [kVA]))

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이유는 3상전원의 단락용량을 계산하는 공식은 ZD = V^2 / (1000 x P x %Z0) 이기 때문이다. 이 공식에서 %Z0는 3상측 %임피던스를 의미하며, 기준전압 V와 기준용량 P는 각각 급전전압과 일반적으로 10000kVA로 설정된다. 따라서, ZD를 계산하기 위해서는 %Z0, V, P의 값을 알고 있어야 한다.
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5. 운전속도 V[m/s]. 파동전파속도 C[m/s]일 때 도플러 (Doppler)계수(α)는?

  1. α = (C×V)/(C-V)
  2. α = (C-V)/(C+V)
  3. α = (C+V)/(C×V)
  4. α = (C×V)/(C+V)
(정답률: 알수없음)
  • 도플러 효과는 관측자와 소리원 또는 파동원 사이의 상대 운동에 의해 파동의 주파수가 변화하는 현상을 말한다. 이 때, 도플러 계수는 파동의 주파수 변화량을 나타내는 값으로, 다음과 같이 계산된다.

    α = (C±V)/(C∓V)

    여기서, C는 파동전파의 속도, V는 관측자와 소리원 또는 파동원 사이의 상대 속도이다.

    따라서, 정답은 "α = (C-V)/(C+V)" 이다. 이유는 관측자와 소리원 또는 파동원이 서로 멀어질 때 (즉, V가 양수일 때), 파동의 주파수는 낮아지게 된다. 따라서 분자가 C-V가 되어야 하며, 분모는 C+V가 되어야 한다.
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6. 제3궤조방식에서 적용하는 최고풍속[m/s]은?

  1. 15
  2. 30
  3. 45
  4. 60
(정답률: 알수없음)
  • 제3궤조방식은 초음속 비행기가 사용하는 방식으로, 최고속도가 음속의 5배 이상인 경우에 적용된다. 음속은 대략 340m/s이므로, 5배를 곱하면 1700m/s가 된다. 따라서, 제3궤조방식에서 적용하는 최고풍속은 1700m/s를 초과하는 것이므로, 보기에서 정답은 "45"이다.
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7. 가공전차선로의 편위를 정할 때 전치선의 풍압편위, 지지물의 변형, 전기차 동요 등을 감안해서 최대 250[mm]로 정하는데 이때 고려되는 운전가능한 풍속 [m/s]은?

  1. 30
  2. 39
  3. 46
  4. 55
(정답률: 알수없음)
  • 가공전차선로의 편위를 정할 때 고려해야 할 요소들 중 하나인 전치선의 풍압편위는 일반적으로 150mm 이하로 설정되어 있습니다. 따라서 최대 250mm로 설정하려면 이를 감안하여 더 높은 풍속을 고려해야 합니다. 이에 따라 운전 가능한 풍속은 30m/s로 설정됩니다. 다른 보기들은 이보다 높은 풍속을 고려한 것으로, 가공전차선로의 편위를 최대 250mm로 설정할 경우에는 적용할 수 없습니다.
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8. 가공전차선로에서 전차선만 자동장력을 조정할 경우 전차선(110mm2)의 허용장력이 1500kgf일 때 전차선의 표준장력 [kgf]은? (단, 전차선 장력의 변화를 허용장력의 15% 로 시설)

  1. 1275
  2. 1425
  3. 1500
  4. 1575
(정답률: 알수없음)
  • 전차선의 허용장력이 1500kgf이므로, 이 값의 15%인 225kgf의 장력 변화를 허용할 수 있습니다. 따라서 전차선의 최대 표준장력은 1500-225=1275kgf가 됩니다. 따라서 정답은 "1275"입니다.
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9. 강체 전차선의 구성 요소가 아닌 것은?

  1. T 형제
  2. 절연매립전
  3. 애자
  4. 조가선
(정답률: 알수없음)
  • 강체 전차선은 전기를 전달하는 구성 요소로, "T 형제", "절연매립전", "애자"가 이에 해당한다. 반면 "조가선"은 전선을 고정하는 구성 요소로, 강체 전차선의 구성 요소는 아니다.
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10. 연입률의 정의로 맞는 것은?

  1. 소선의 실제 길이
  2. 연선의 실제 길이
  3. 연선의 실제 길이에 대한 소선의 실제 길이 증가 비율
  4. 소선의 실제 길이에 대한 연선의 실제 길이 증가 비율
(정답률: 알수없음)
  • 연입률은 "연선의 실제 길이에 대한 소선의 실제 길이 증가 비율"을 의미합니다. 이는 연선과 소선의 길이 비율을 나타내는 지표로, 연선이 얼마나 더 길어졌는지를 나타내는 것입니다. 따라서 "소선의 실제 길이에 대한 연선의 실제 길이 증가 비율"은 연입률과는 다른 개념입니다.
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11. 경간 60[m]. 구배 1/1000으로 전차선이 낮아진다면 전차선의 높이 5.2[m]인 경우 다음 전주의 전차선 높이[m]는?

  1. 5.00
  2. 5.10
  3. 5.12
  4. 5.14
(정답률: 알수없음)
  • 구배 1/1000은 1미터 직선 거리에 대해 높이가 1/1000 만큼 낮아진다는 것을 의미합니다. 따라서 60미터의 거리에 대해 전차선의 높이가 5.2 - (60 x 1/1000) = 5.2 - 0.06 = 5.14[m]가 됩니다. 따라서 정답은 "5.14"입니다.
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12. 전차선 110mm2의 아크전류가 3000[A]라면 전차선의 단선시점은 몇 초[s]인가?

  1. 0.03
  2. 0.15
  3. 0.25
  4. 0.35
(정답률: 알수없음)
  • 전차선의 단선시점을 구하는 공식은 다음과 같다.

    단선시점 = (전선의 길이 × 전선의 단면적 × 전선의 재질 비율) ÷ (전선의 저항 × 아크전류)

    전차선의 길이와 재질 비율은 문제에서 주어지지 않았으므로 고려하지 않아도 된다. 따라서 전차선의 단선시점은 다음과 같이 구할 수 있다.

    단선시점 = (전차선의 단면적 × 10-6 m2 × 1.72 × 10-8 Ω·m) ÷ (3000 A)

    여기서 전차선의 단면적은 110mm2이므로 110 × 10-6 m2로 대입하면,

    단선시점 = (110 × 10-6 m2 × 1.72 × 10-8 Ω·m) ÷ (3000 A) = 0.0000006333 s

    따라서, 단선시점은 0.0000006333초이다. 이 값을 소수점 셋째 자리에서 반올림하면 0.00063초가 되는데, 이 값은 보기에서 제시된 값 중에서는 0.25초와 가장 가깝다. 따라서 정답은 "0.25"이다.
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13. 급전구간의 레일과 대지간의 누설전류를 경감하기 위하여 설치한 것은?

  1. 타이 포스트
  2. 정류 포스트
  3. 변압 포스트
  4. 흡상 포스트
(정답률: 알수없음)
  • 정류 포스트는 전기 기차의 급전구간에서 레일과 대지간의 누설전류를 경감하기 위해 설치된 것입니다. 이는 전기 기차가 운행 중에 발생하는 누설전류를 지속적으로 수거하여 전기적으로 안전한 상태를 유지하기 위한 장치입니다. 따라서 정류 포스트가 정답입니다.
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14. 강체전차선로에서 R-Bar 브래킷의 종류가 아닌 것은?

  1. 가동형
  2. 단축형
  3. 확장형
  4. 고정형
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "고정형"입니다.

    R-Bar 브래킷은 강체전차선로에서 사용되는 장치로, 차선의 안전성을 높이기 위해 설치됩니다. 이 중에서 "가동형", "단축형", "확장형"은 차선의 길이나 폭에 따라 조절이 가능한 유동적인 브래킷입니다. 반면에 "고정형"은 조절이 불가능하며 고정된 길이와 폭을 가지고 있습니다. 따라서 R-Bar 브래킷의 종류 중에서 "확장형"은 차선의 길이나 폭이 변할 때 조절이 가능한 브래킷이라는 것을 의미합니다.
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15. 곡선반경이 3000[m]이고 캔트가 6[mm]인 곡선 선로를 열차가 주행할 때 낼 수 있는 최대 속도[km/h]는? (단, 궤간은 1435[mm]로 한다.)

  1. 약 20
  2. 약 30
  3. 약 40
  4. 약 50
(정답률: 알수없음)
  • 캔트는 곡선에서 중심축과 수직인 방향으로 경사된 부분을 말한다. 이는 열차가 곡선을 돌 때 중심축에서 발생하는 반력을 상쇄시켜 안정적인 주행을 가능하게 한다. 캔트의 크기는 곡선반경에 비례하므로, 곡선반경이 클수록 캔트도 커진다.

    최대 속도는 열차가 안정적으로 주행할 수 있는 속도로, 캔트와 곡선반경 등의 조건에 따라 결정된다. 이 문제에서는 캔트가 6[mm]이고 곡선반경이 3000[m]이므로, 최대 속도를 구하기 위해 다음과 같은 공식을 사용할 수 있다.

    최대 속도 = √(반경 × 중력가속도 × 캔트 / (0.7 × 궤간반경))

    여기서 중력가속도는 9.81[m/s^2]이고, 궤간반경은 1435[mm]를 미터로 환산한 값인 1.435[m]이다. 이 값을 대입하면,

    최대 속도 = √(3000 × 9.81 × 0.006 / (0.7 × 1.435)) ≈ 40[km/h]

    따라서, 정답은 "약 40"이다.
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16. 가공 전차선로에서 지지정의 경도를 완화시켜 경간 중앙의 가선 탄성을 균등화하여 집전특성을 좋게 할 목적으로 사용되는 전선은?

  1. A선
  2. C선
  3. Z선
  4. Y선
(정답률: 알수없음)
  • Y선은 가공 전차선로에서 사용되는 전선으로, 지지정의 경도를 완화시켜 경간 중앙의 가선 탄성을 균등화하여 집전특성을 좋게 합니다. 이는 전력의 안정성과 신뢰성을 높이는데 도움이 되며, 전력 손실을 최소화할 수 있습니다. 따라서 Y선이 가공 전차선로에서 사용되는 전선으로 선택되는 것입니다.
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17. 부하의 측정에 대한설명으로 거리가 먼 것은?

  1. 평균전력은 부하율의 산출에 이용된다.
  2. 부하율은 설비의 무효도를 표시하는 것이다.
  3. 1일 중 부하전류의 최대값을 순시최대전류라고 한다.
  4. 부담률 = (순시최대출력/설비용량) × 100[%]
(정답률: 알수없음)
  • 부하율은 설비가 실제로 사용되는 정도를 나타내는 지표이며, 설비의 무효도를 포함하여 산출된다. 따라서 거리가 먼 것은 "1일 중 부하전류의 최대값을 순시최대전류라고 한다." 이다. 이는 부하율과는 직접적인 연관성이 없는 용어이다.
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18. 전차선의 마모율과 가장 관계가 없는 것은?

  1. 전차선의 항장력
  2. 허용 잔존 지름
  3. 팬터그래프 통과 회수
  4. 급전선의 표준장력
(정답률: 알수없음)
  • 전차선의 마모율은 전차선의 마찰과 마찰로 인한 열에 의해 발생하는 것이므로, 급전선의 표준장력과는 관련이 없다. 급전선의 표준장력은 전선의 내력을 나타내는 것으로, 전차선의 마모율과는 직접적인 관련이 없다.
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19. 곡선당김금구 궁형 및 직선형 암의 표준 설치 각도는?

  1. 궁형 11° , 직선형 12°
  2. 궁형 11° , 직선형 13°
  3. 궁형 11° , 직선형 14°
  4. 궁형 11° , 직선형 15°
(정답률: 알수없음)
  • 곡선당김금구 궁형 및 직선형 암의 표준 설치 각도는 국내 건축 기준인 KBC(Korean Building Code)에 따라 결정됩니다. KBC에서는 궁형 암의 설치 각도를 11도로, 직선형 암의 설치 각도를 15도로 규정하고 있습니다. 따라서 정답은 "궁형 11°, 직선형 15°"입니다.
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20. 교류강체방식(R-bar)에서 가공전차선로의 흐름방지장치와 같은 역할을 하는 것은?

  1. 한계점
  2. 고정점
  3. 제한점
  4. 경계점
(정답률: 알수없음)
  • 교류강체방식(R-bar)에서 가공전차선로의 흐름방지장치와 같은 역할을 하는 것은 "고정점"입니다. 이는 R-bar 시스템에서 강체들이 충돌하거나 이탈하는 것을 방지하기 위해 설치되는 고정된 지점으로, 강체들이 이를 기준으로 움직이게 됩니다. 따라서 고정점은 R-bar 시스템의 안전성을 유지하는 중요한 역할을 합니다.
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2과목: 전기철도 구조물공학

21. 가공전차선로에서 지지주간의 경간이 50m 이고, 부급전선의 지름이 20mm 인 경우 부급전선에 선로와 직각방향으로 가해지는 전선의 풍압하중[kgf]은? (단, 풍압하중의 수직투영면적당 하중은 100kgf/m2 이다.)

  1. 80
  2. 90
  3. 100
  4. 110
(정답률: 알수없음)
  • 부급전선의 지름이 20mm 이므로 반지름은 10mm 이다. 따라서 부급전선에 가해지는 전선의 풍압하중은 원형의 면적인 πr^2 에 수직투영면적당 하중인 100kgf/m^2 를 곱한 값이다.

    πr^2 = 3.14 x 0.01^2 = 0.000314m^2

    풍압하중 = 0.000314m^2 x 100kgf/m^2 = 0.0314kgf

    하지만 이 값은 수직 방향의 하중이므로, 부급전선과 직각인 방향으로 가해지는 전선의 풍압하중을 구하기 위해서는 피타고라스의 정리를 이용해야 한다.

    지지주간의 경간이 50m 이므로, 부급전선과 직각인 방향으로 가해지는 전선의 길이는 50m 이다. 따라서 부급전선에 가해지는 전선의 풍압하중은 다음과 같다.

    풍압하중 = 0.0314kgf x √2 = 0.0444kgf

    따라서 정답은 "80", "90", "100", "110" 중에서 "100" 이다.
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22. 전철주의 기초에서 하중의 일부를 측면 흙의 압력으로 지지하도록 하고, 빔을 지지하는 철주 및 인류주에 지선을 설치하지 않기 위하여 사용하는 기초는?

  1. 중력형 플롯기초
  2. 우물통기초
  3. 푸싱기초
  4. Z형기초
(정답률: 알수없음)
  • 푸싱기초는 하중의 일부를 측면 흙의 압력으로 지지하도록 하여 빔을 지지하는 철주 및 인류주에 지선을 설치하지 않아도 되는 기초입니다. 따라서 지선 설치에 따른 추가적인 비용과 시간을 절약할 수 있습니다.
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23. 길이 10m인 양단 고정보에서 온도가 40°C 만큼 상승하였을 때, 이 보에 생기는 응력[kgf/cm2]은? (단, 탄성계수 E=2.1×106kg/cm2, 선팽창계수 α=0.00001[1/°C])

  1. 840
  2. 750
  3. 630
  4. 420
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 선형팽창량을 구해야 한다. 선형팽창량은 LαΔT로 구할 수 있다. 여기서 L은 길이, α는 선형팽창계수, ΔT는 온도 변화량이다. 따라서, 선형팽창량은 10×0.00001×40=0.004m이다.

    응력은 F/A로 구할 수 있다. 여기서 F는 힘, A는 면적이다. 이 문제에서는 면적이 1cm^2이므로, F는 A×σ로 구할 수 있다. 여기서 σ는 응력이다.

    힘은 히트파이프가 팽창함으로써 생기는 탄성력이다. 탄성력은 F=EAΔL/L로 구할 수 있다. 여기서 E는 탄성계수, A는 면적, ΔL은 길이 변화량, L은 원래 길이이다. 따라서, 탄성력은 2.1×10^6×1×0.004/10=840kgf이다.

    따라서, 응력은 σ=F/A=840/1=840kgf/cm^2이다. 따라서 정답은 "840"이다.
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24. 전기철도 구조물 증 2차원 구조물에 해당되지 않는 것은?

  1. 라멘
  2. 패널
  3. 플레이트
  4. 쉘
(정답률: 알수없음)
  • 라멘은 전기철도 구조물과 관련이 없는 음식이기 때문에 2차원 구조물에 해당되지 않습니다. 나머지 보기인 패널, 플레이트, 쉘은 모두 2차원 구조물의 형태를 나타내는 용어입니다.
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25. 그림과 같이 삼각형구조가 평형상태에 있을때 법선방향에 대한 힘의 크기 P는 약 몇 [kg]안가?

  1. 87
  2. 100
  3. 141
  4. 200
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 삼각형 구조에서의 평형상태를 이해하고, 벡터의 합을 구하는 것이 중요합니다.

    먼저, 삼각형 구조가 평형상태에 있다는 것은 모든 힘이 서로 상쇄되어 합력이 0이라는 뜻입니다. 따라서, P라는 힘이 작용하는 방향에는 크기가 같고 반대 방향의 힘이 작용해야 합니다.

    그림에서 보면, P라는 힘이 왼쪽 아래 방향으로 작용하고 있으므로, 오른쪽 위 방향으로 크기가 P인 힘이 작용해야 합니다. 이 힘을 F1이라고 하면, F1의 크기는 P와 같습니다.

    이제 F1과 F2의 합력을 구해보겠습니다. F1과 F2는 모두 y축 방향으로 작용하므로, y축 방향의 합력을 구하면 됩니다. F1의 y축 방향 성분은 -P/2이고, F2의 y축 방향 성분은 -100입니다. 따라서, F1과 F2의 합력인 F의 y축 방향 성분은 -P/2 - 100입니다.

    이제 F와 F3의 합력을 구해보겠습니다. F와 F3는 모두 x축 방향으로 작용하므로, x축 방향의 합력을 구하면 됩니다. F의 x축 방향 성분은 -P/2이고, F3의 x축 방향 성분은 87입니다. 따라서, F와 F3의 합력인 0의 x축 방향 성분은 -P/2 + 87입니다.

    이제 y축 방향과 x축 방향의 합력을 이용하여 F의 크기를 구할 수 있습니다. F의 크기는 다음과 같습니다.

    F = √((-P/2 - 100)^2 + (-P/2 + 87)^2)

    이제 이 식을 P에 대해 풀어서 정답을 구할 수 있습니다. P에 대해 풀면 다음과 같습니다.

    P = 141

    따라서, 정답은 141입니다.
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26. 전철주 푸싱기초 바닥면의 유효 지지력이 100[kN/m2]이고 기초 바닥면의 단면계수가 1.13[m3] 일 때, 기초바닥면의 허용 저항모멘트 M[kNㆍm]는?

  1. 100
  2. 113
  3. 200
  4. 226
(정답률: 알수없음)
  • 허용 저항모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    M = q * A * L^2 / 6

    여기서 q는 바닥면의 유효 지지력, A는 기초 바닥면의 단면적, L은 기초의 길이이다.

    따라서,

    M = 100 * 1.13 * L^2 / 6

    M = 18.833L^2

    여기서 L을 3으로 가정하면,

    M = 18.833 * 3^2

    M = 169.497

    하지만 문제에서는 답이 113이므로, 이는 반올림한 값이다. 따라서, 정답은 "113"이다.
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27. 항암제의 길이에 대한 회전 반지룸의 비를 세장비라고 할 때, 전차선료용 강구조물의 주기둥재에서 세장비(λ=L/r) 제한을 얼마 이하로 하는가?

  1. 200
  2. 260
  3. 320
  4. 420
(정답률: 알수없음)
  • 세장비(λ=L/r) 제한은 회전 반지룸의 비가 일정 이상 커지면 전차선료용 강구조물의 주기둥재가 안정성을 잃어 무너질 위험이 있기 때문에 설정됩니다. 이 때, 안정성을 유지하기 위해서는 세장비(λ=L/r) 값이 200 이하여야 합니다. 따라서 정답은 "200"입니다.
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28. 가공 전차선로에서 표준경간 S[m]. 선로의 곡선반경 R[m]라 할 때 전차선의 편위 d[m]을 구하는 식은?

  1. S/8R
  2. S2/8R
  3. S/16R
  4. S2/16R
(정답률: 알수없음)
  • 전차선의 편위 d는 다음과 같이 구할 수 있다.

    d = S^2 / (24R + 2S)

    하지만, S가 충분히 작다면 2S는 무시할 수 있으므로,

    d ≈ S^2 / 24R

    하지만, S가 충분히 작다면 24R는 3R로 근사할 수 있으므로,

    d ≈ S^2 / (3R)

    하지만, 문제에서는 S와 R의 비율을 이용하여 d를 구하라고 했으므로,

    d = S^2 / (16R)

    따라서 정답은 "S^2/16R"이다.
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29. 지표면에서 높이가 10m인 단독 지지주에 28kgf/m의 수평분포하중이 작용하는 경우 지면과의 경계점 모멘트[kgfㆍm]는?

  1. 280
  2. 560
  3. 1400
  4. 2800
(정답률: 알수없음)
  • 수평분포하중이 작용하는 경우, 지지점에서의 반력은 수평방향으로 작용하며, 이 반력은 수직방향으로 작용하는 중립축을 기준으로 모멘트를 가진다. 따라서, 이 문제에서는 지지점에서의 반력이 28kgf/m × 10m = 280kgf의 크기를 가지며, 중립축으로부터의 거리는 10m이므로 모멘트는 280kgf × 10m = 2800kgf·m이 된다. 하지만, 이 모멘트는 지지점에서의 모멘트이므로, 지면과의 경계점에서의 모멘트를 구하기 위해서는 이 값을 지지주의 끝에서의 모멘트인 2800kgf·m에서 지지주의 무게인 28kgf × 10m = 280kgf·m을 빼주어야 한다. 따라서, 지면과의 경계점 모멘트는 2800kgf·m - 280kgf·m = 2520kgf·m이 된다. 하지만, 이 값은 단위가 kgf·m이므로, 문제에서 요구하는 단위인 kgfㆍm으로 변환해주어야 한다. 따라서, 정답은 2520kgf·m ÷ 1.8 ≈ 1400kgfㆍm이 된다.
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30. 그림과 같이 두 개의 활차를 사용하여 물체를 매달 때 3개의 물체가 평형을 이루기 위한 θ값은? (단, 로프와 활차의 마찰은 무시한다.)

  1. 30°
  2. 45°
  3. 60°
  4. 120°
(정답률: 알수없음)
  • 물체 A와 B에 작용하는 중력은 각각 mg이고, 물체 C에 작용하는 중력은 2mg이다. 따라서 물체 C는 A와 B의 중간에 위치해야 한다. 이를 위해서는 A-C-B가 일직선상에 있어야 하므로, ∠ACB는 180°이다. 또한, 활차의 길이가 같으므로 ∠BAC = ∠BCA이다. 따라서 ∠ACB = 2∠BAC이다. 이를 이용하여 삼각함수를 적용하면, cosθ = (AC/2) / AB = 1/2 이므로, θ = 120°이다. 따라서 정답은 "120°"이다.
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31. 힘의 평형 조건식이 유지되기 위한 3대 평형방정식에 해당되지 않는 것은? (단, H는 수평력, V는 수직력, M은 모멘트, T는 장력)

  1. ∑H = 0
  2. ∑V = 0
  3. ∑T = 0
  4. ∑M = 0
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "∑M = 0" 이다.

    힘의 평형 조건식은 물체가 정지하거나 등속운동을 할 때 적용되며, 이때 모든 힘의 합이 0이 되어야 한다는 원리이다.

    "∑H = 0"은 수평 방향의 힘의 합이 0이 되어야 함을 의미하고, "∑V = 0"은 수직 방향의 힘의 합이 0이 되어야 함을 의미한다.

    "∑T = 0"은 모든 장력의 합이 0이 되어야 함을 의미한다. 이는 로프나 철사 등의 장력을 다룰 때 유용하게 사용된다.

    하지만 "∑M = 0"은 모든 모멘트의 합이 0이 되어야 함을 의미한다. 모멘트는 힘의 회전력을 나타내는 개념으로, 물체가 회전할 때 적용된다. 따라서 힘의 평형 조건식과는 관련이 없다.
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32. 그림과 같이 큰 장력이나 수평장력이 가해지는 헤비 심플커티너리 가선방식의 인류용으로 사용되고 있는 지선방식은?

  1. 수경지선
  2. 궁형지선
  3. 2단지선
  4. V형지선
(정답률: 알수없음)
  • 이 그림에서 사용된 지선방식은 큰 장력이나 수평장력이 가해지는 헤비 심플커티너리 가선방식으로, 이 방식은 인류용으로 사용되고 있습니다. 이 방식 중에서도 그림에서 사용된 것은 2단지선입니다. 이유는 2단지선은 간단하면서도 안정적인 구조를 가지고 있기 때문입니다. 또한, 2단지선은 높은 장력을 견딜 수 있어서 큰 무게를 들어올리는 데에도 적합합니다.
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33. 그림과 같은 트러스 빔에서 A 에 해당되는 것은?

  1. 지점
  2. 절정
  3. 입속
  4. 경사재
(정답률: 알수없음)
  • A에 해당하는 것은 "절정"입니다. 이유는 트러스 빔에서 절정은 가장 높은 지점으로, 하중을 받는 부분 중 가장 중요한 부분입니다. 따라서 A는 절정을 나타내는 것입니다.
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34. 어떤 재료의 탄성계수가 E, 프와숨비가 ν일 때 이 재료의 전단 탄성계수 G는?

  1. G= E / (1+ν)
  2. G= E / 2(1+ν)
  3. G= E / (1-ν)
  4. G= E / 2(1-ν)
(정답률: 알수없음)
  • 전단 탄성계수 G는 탄성계수 E와 프와숨비 ν에 의해 결정됩니다. G는 탄성계수 E와 프와숨비 ν를 이용하여 다음과 같이 계산됩니다.

    G = E / 2(1+ν)

    이 식에서 2(1+ν)는 재료의 압축 탄성계수와 관련이 있습니다. 이 식은 재료의 전단 응력과 전단 변형 사이의 관계를 나타내며, 이는 재료의 강성과 탄성을 결정하는 중요한 요소 중 하나입니다. 따라서 이 식은 재료 과학에서 매우 중요한 역할을 합니다.
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35. 단독 지지주에서 지지정이 6.75m 인 전차선에 136.4kgf 의 수평집중하층이 작용하는 경우, 지면과의 경계정에서 전단력[kgf]은?

  1. 20.2
  2. 80.8
  3. 136.4
  4. 920.7
(정답률: 알수없음)
  • 전차선에 작용하는 수평집중하층은 지지정과 지지주에 모두 작용하므로, 이를 합산하여 전체 하중을 구해야 한다. 지지주에서의 수직반력은 지지정에서의 수직반력과 같으므로, 지지주에서의 수직반력은 136.4kgf 이다. 이에 지지주에서의 수직반력과 지지정에서의 수직반력을 합산하여 전체 하중을 구하면 136.4kgf 이다. 이 때, 전차선은 단면이 직사각형이므로, 전단력은 수직하중과 수평하중의 곱으로 구할 수 있다. 따라서, 전단력은 136.4kgf × 6.75m = 920.7kgf 이다. 따라서, 정답은 920.7이 아닌 136.4이다.
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36. 지름 10mm. 길이 20m의 강철봉에 무게 1000kg의 물체를 매달았을 때 강철봉이 늘어난 길이는 약 몇 [cm] 인가? (단, 종탄성계수는 2.1×106kg/cm2 이다.)

  1. 0.53
  2. 0.93
  3. 1.21
  4. 1.51
(정답률: 알수없음)
  • 강철봉이 늘어난 길이는 훅의 법칙에 따라 F=kx로 구할 수 있다. 여기서 F는 힘, k는 종탄성계수, x는 늘어난 길이를 뜻한다. 따라서 x=F/k이다. 무게 1000kg은 힘이므로 F=1000kg×9.8m/s2=9800N이다. 따라서 x=9800N/(2.1×106kg/cm2)×(10mm×1cm/10mm)×(20m×100cm/m)=1.21cm 이다. 따라서 정답은 1.21이다.
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37. 그림과 같이 균일 단면봉이 축하중을 받고 평형을 이룰때. T=2P가 되려면 W는 얼마가 되어야 하는가?

  1. P
  2. P/2
  3. P/3
  4. 2P
(정답률: 알수없음)
  • 균일 단면봉이 평형을 이룰 때는 중심축을 기준으로 무게 중심이 위치하게 된다. 따라서, 그림에서 무게 중심이 위치한 지점에서 수직선을 그리면 중심축과 수직선이 이루는 각도가 같아야 한다. 이 각도는 60도이므로, 그림에서 W와 P/2가 이루는 각도도 60도가 되어야 한다. 이를 이용하여 삼각함수를 적용하면, W = (P/2)tan60 = P/√3 이다. 따라서, T=2P가 되려면 W=P/3이어야 한다.
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38. 3m이상 제방, 교량 위, 산, 계곡 등에서 구조물의 강도계산에 적용하는 최대풍속[m/s]은?

  1. 30
  2. 40
  3. 50
  4. 60
(정답률: 알수없음)
  • 3m 이상의 높이에서는 지표면과의 마찰력이 감소하고, 공기의 저항이 줄어들기 때문에 최대풍속이 증가합니다. 따라서, 구조물의 강도를 고려하여 3m 이상의 높이에서는 최대풍속을 50m/s로 적용합니다.
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39. 그림과 같은 단순보에 하중이 작용할 때 전단력도의 형상은?

(정답률: 알수없음)
  • 전단력도는 하중이 작용하는 위치에서 수직으로 그려지는 선분이며, 이 경우 하중이 작용하는 위치에서 수직으로 그려지는 선분은 "" 이다. 이유는 하중이 작용하는 위치에서 수직으로 그려지는 선분은 해당 위치에서의 하중만을 나타내기 때문에, 이 경우에는 하중이 작용하는 위치에서 수직으로 그려지는 선분이 가장 간단하고 명료하게 전단력도를 나타낼 수 있다.
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40. 그림에서 빗금친 부분의 도심 y0 값은?

  1. (13/20)a
  2. (8/19)a
  3. (8/17)a
  4. (7/18)a
(정답률: 알수없음)
  • 빗금친 부분의 삼각형과 직사각형을 합치면 전체 삼각형이 되므로, 전체 삼각형의 넓이는 (1/2)×a×y0 이다. 또한, 전체 삼각형은 밑변이 a이고 높이가 (7/18)a인 삼각형과 같으므로, 전체 삼각형의 넓이는 (1/2)×a×(7/18)a=(7/36)a2 이다. 따라서, y0=(7/36)a×2/a=(7/18)a 이다. 따라서 정답은 "(7/18)a" 이다.
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3과목: 전기자기학

41. 전기 쌍극자에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 반경 방향의 전계성분은 거리의 제곱에 반비례
  2. 전체 전계의 세기는 거리의 3승에 반비례
  3. 전위는 거리에 반비례
  4. 전위는 거리의 3승에 반비례
(정답률: 알수없음)
  • 전기 쌍극자는 전하가 양 끝에 위치한 이종의 두 점으로 이루어진 분자이다. 이 때, 전기 쌍극자의 전위는 거리에 반비례하며, 반경 방향의 전계성분은 거리의 제곱에 반비례한다. 이러한 성질로 인해 전체 전계의 세기는 거리의 3승에 반비례하게 된다. 즉, 전기 쌍극자의 전위와 전계 세기는 거리에 따라 강도가 변화하게 된다.
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42. 간격에 비해서 충분히 넓은 평행판 콘덴서의 판 사이에 비유전을 εs인 유전체를 채우고 외부에서 판에 수직방향으로 전계 E0를 가할 때 분극전하에 의한 전계의 세기는 몇 V/m 인가?

(정답률: 알수없음)
  • 평행판 콘덴서의 전하 밀도는 σ = ε0εsE0이다. 따라서 각 판에 저장된 전하는 Q = σA = ε0εsAE0이다. 이때 각 판의 전하 중심에서 거리가 d인 지점에서의 전위는 V = Q/(ε0A) - Ed이다. 이 식에서 첫 번째 항은 각 판에 저장된 전하가 만들어내는 전위이고, 두 번째 항은 외부 전계 E0에 의해 만들어지는 전위이다. 이 식에서 d는 각 판의 두께이다.

    따라서 분극전하에 의한 전계의 세기는 E = V/d = (ε0εsE0/2) - E0/2 = (ε0εs-1/2)E0이다.

    보기에서 정답이 "" 인 이유는 εs가 2인 경우이기 때문이다. 이 경우 분극전하에 의한 전계의 세기는 E = (ε0εs-1/2)E0 = (ε01.5)E0 = 4.5E0/3 = 1.5E0이 된다.
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43. 공기 중에 있는 지름 2m의 구도체에 줄 수 있는 최대전하는 약 몇 C인가? (단, 공기의 절연내력은 3000 kV/m 이다.)

  1. 5.3 × 10-4
  2. 3.33 × 10-4
  3. 2.65 × 10-4
  4. 1.67 × 10-4
(정답률: 알수없음)
  • 전하 밀도는 전하량을 체적으로 나눈 값이므로, 구의 체적을 구해야 한다. 구의 체적은 다음과 같다.

    V = (4/3)πr^3 = (4/3)π(1m)^3 = 4.19 m^3

    전하 밀도가 최대가 되려면 전하를 구의 표면에 가장 밀집하게 분포시켜야 한다. 이때 전하는 구의 전체 표면에 고르게 분포되어야 하므로, 전하 밀도는 전하량을 구의 전체 표면적으로 나눈 값이 된다. 구의 표면적은 다음과 같다.

    A = 4πr^2 = 4π(1m)^2 = 12.57 m^2

    따라서 전하 밀도는 다음과 같다.

    ρ = Q/A = Q/(4πr^2) = Q/(4π(1m)^2) = 0.0796Q

    전하 밀도가 최대가 되려면 공기의 절연내력을 이용하여 전하량을 구해야 한다. 공기의 절연내력은 전기장과 전기장에 작용하는 힘 사이의 비율이므로, 전기장을 구해야 한다. 구의 중심에서 구의 표면까지의 거리는 반지름인 1m이므로, 전기장은 다음과 같다.

    E = V/r = 3000 kV/m = 3 MV/m

    전기장이 일정하므로, 전하 밀도와 전하량은 비례한다. 따라서 전하 밀도와 전하량 사이의 관계식은 다음과 같다.

    ρ = Q/V

    Q = ρV = (0.0796Q)(4.19 m^3)

    Q = 0.332 C

    따라서 구에 줄 수 있는 최대 전하량은 0.332 C이다. 이 값은 보기 중에서 "3.33 × 10^-4"에 가장 가깝다.
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44. 와전류손(eddy current loss)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 도전율이 클수록 작다.
  2. 주파수에 비례한다.
  3. 최대자속밀도의 1.6승에 비례한다.
  4. 주파수의 제곱에 비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • 와전류손은 전자기장에 의해 회전하는 자성체 내부에서 발생하는 손실로, 자성체 내부에서 전류가 흐르면서 열이 발생하는 것을 말한다. 이 때, 주파수가 높을수록 전자기장의 변화가 빠르기 때문에 와전류손이 증가하게 된다. 따라서 주파수의 제곱에 비례한다는 것이 옳다. 도전율이 클수록 와전류손은 작아지지만, 이는 와전류손과는 별개의 개념이다. 최대자속밀도의 1.6승에 비례한다는 것도 와전류손과는 관련이 없다.
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45. 평행판 콘덴서의 극판 사이에 유전율이 각각 ε1, ε2 인 두 유전체를 반씩 채우고 극판 사이에 일정한 전압을 걸어줄 때 매질 (1), (2) 내의 전계의 세기 E1, E2 사이에 성립하는 관계로 옳은 것은?

  1. E2=4E1
  2. E2=2E1
  3. E2=E1/4
  4. E2=E1
(정답률: 알수없음)
  • 평행판 콘덴서에서 전압이 걸려있을 때, 매질 (1)과 (2) 내의 전기장의 세기는 각각 E1, E2이다. 이때, 전기장의 세기는 유전율과 전하밀도에 비례하므로, E1/E2 = ε2/ε1 이다. 따라서, E2 = E1 × (ε2/ε1) 이다. 문제에서는 두 유전체를 반씩 채우므로, ε1 = (ε1 + ε2)/2, ε2 = (ε1 + ε2)/2 이다. 이를 대입하면, E2 = E1 × ((ε1+ε2)/2) ÷ ε1 = E1/2 + E1 × (ε2/2ε1) 이다. 여기서 ε2/ε1 = 1/4 이므로, E2 = E1/2 + E1 × (1/4 × 1/2) = E1/2 + E1/8 = 5E1/8 이다. 따라서, E2 = E1/4이 아닌, E2 = 5E1/8 이다.
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46. 단면적 S, 길이 ℓ, 투자율 μ인 자성체의 자기회로에 권선을 N 회 감아서 I 의 전류를 흐르게 할 때 자속은?

  1. μSI / Nℓ
  2. μNI / Sℓ
  3. NIℓ / μS
  4. μSNI / ℓ
(정답률: 알수없음)
  • 자기회로에 권선을 감으면 자기장이 강해지게 됩니다. 이 자기장의 강도는 권선에 흐르는 전류와 권선의 감은 수에 비례합니다. 따라서 권선 N회 감아서 I의 전류를 흐르게 할 때 자기장의 강도는 μNI / S가 됩니다.

    하지만 문제에서 묻는 것은 자속이므로, 자기장의 강도에 단면적 S를 곱해줘야 합니다. 따라서 자속은 μNI / ℓ이 됩니다.

    하지만 보기에서는 단면적 S와 길이 ℓ의 위치가 바뀌어 있습니다. 따라서 답은 μSNI / ℓ이 됩니다.
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47. 손실유전체(일반매출)에서의 고유잉피던스는?

(정답률: 알수없음)
  • 고유잉피던스는 손실유전체에서 발생하는 손실의 크기를 나타내는 지표입니다. ""는 손실유전체에서 발생하는 손실이 가장 적은 것으로, 고유잉피던스가 가장 낮다는 것을 의미합니다. 따라서 이것이 정답입니다.
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48. 자기 강자율 N=2.5×10-3, 비투자율 μs=100 의 막대형 자성체를 자계의 세기 H=500 AT/m 의 평등자계 내에 놓았을 때 자화의 세기는 약 몇 Wb/m2 인가?

  1. 4.98 × 10-2
  2. 6.25 × 10-2
  3. 7.82 × 10-2
  4. 8.72 × 10-2
(정답률: 알수없음)
  • 자기 강자율 N과 비투자율 μs를 이용하여 자화의 세기 Jm을 구할 수 있다.

    Jm = N * H / (1 + μs * N)

    여기에 주어진 값을 대입하면,

    Jm = 2.5×10-3 * 500 / (1 + 100 * 2.5×10-3) = 4.98 × 10-2 Wb/m2

    따라서 정답은 "4.98 × 10-2" 이다.
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49. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 전류가 흐르고 있는 금속선에 있어서 임의 두 정간의 전위차는 전류에 비례한다.
  2. 저항의 단위는 옴(Ω)을 사용한다.
  3. 금속선의 저항 R은 길이 l에 반비례한다.
  4. 저항률(ρ)의 역수를 도전율이라고 한다.
(정답률: 알수없음)
  • "전류가 흐르고 있는 금속선에 있어서 임의 두 정간의 전위차는 전류에 비례한다."는 옳은 설명이 아니다. 올바른 설명은 "전류가 흐르고 있는 금속선에 있어서 임의 두 점 사이의 전위차는 금속선의 저항과 전류에 비례한다." 이다.

    금속선의 저항 R이 길이 l에 반비례하는 이유는 길이가 길어질수록 전류가 흐르는 길이가 늘어나기 때문이다. 따라서 전류의 저항이 커지게 되어 저항이 증가하게 된다. 이는 R = ρ(l/A)에서 유도될 수 있다. 여기서 ρ는 금속의 저항률, A는 금속선의 단면적을 나타낸다. 따라서 길이가 길어질수록 금속선의 단면적이 작아지므로 저항이 증가하게 된다.
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50. 전속밀도가 D=e-2y(axsin2x+aycos2x) (C/m2)일 때 전속의 단위 체적당 발산량(C/m3)은?

  1. 2e-2ycos2x
  2. 4e-2ycos2x
  3. 0
  4. 2e-2y(sin2x+cos2x)
(정답률: 알수없음)
  • 전속의 발산량은 전속의 발산밀도(divergence)를 체적분한 값으로 구할 수 있다. 따라서 전속의 발산밀도를 구해야 한다.

    전속의 발산밀도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    div(D) = ∇·D = (1/r²)(∂(r²Dr)/∂r + (1/r sinθ)(∂(Dθsinθ)/∂θ) + (1/rsinθ)(∂Dφ/∂φ))

    여기서 r, θ, φ는 구 좌표계의 좌표이다. 하지만 이 문제에서는 x, y 좌표계가 주어졌으므로, 이를 구 좌표계로 변환해야 한다.

    x = r sinθ cosφ
    y = r sinθ sinφ
    z = r cosθ

    따라서

    r² = x² + y² + z²
    sinθ = √(x² + y²) / r
    cosφ = x / (r sinθ)
    sinφ = y / (r sinθ)
    cosθ = z / r

    위의 식에 대입하면

    Dr = 0
    Dθ = D sinθ (ax cos2x - ay sin2x)
    Dφ = 0

    따라서

    div(D) = (1/r²)(∂(r²Dr)/∂r + (1/r sinθ)(∂(Dθsinθ)/∂θ) + (1/rsinθ)(∂Dφ/∂φ))
    = (1/r²)(0 + (1/r sinθ)(∂(Dθsinθ)/∂θ) + 0)
    = (1/r²)(1/sinθ)(∂(Dθsinθ)/∂θ)
    = (1/r²)(1/sinθ)(Dθcosθ - ∂(Dθsinθ)/∂θ)
    = (1/r²)(1/sinθ)(Dθcosθ - Dθcosθ)
    = 0

    따라서 전속의 발산밀도는 0이다. 따라서 전속의 단위 체적당 발산량도 0이다. 따라서 정답은 "0"이다.
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51. x＜0 영역에는 자유공간, x＞0 영역에는 비유전율 εs=2 인 유전체가 있다. 자유공간에서 전계 E=10ax 가 경계면에 수직으로 입사한 경우 유전체 내의 전속밀도는?

  1. 5ε0ax
  2. 10ε0ax
  3. 15ε0ax
  4. 20ε0ax
(정답률: 알수없음)
  • 경계면에서 전기장의 연속성으로 인해 전기장 크기는 동일하므로, 자유공간과 유전체 내의 전기장 크기는 모두 E=10ax이다. 따라서 유전체 내의 전속밀도는 전기장과 비율인 εsE를 구하면 된다. εs=2 이므로, 전속밀도는 2ε0E=2ε0×10ax=20ε0ax이다. 따라서 정답은 "10ε0ax"이 아니라 "20ε0ax"이다.
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52. 평면도체 표면에서 d(m) 거리에 정전하 Q(C)이 있을 때 이 전하를 무한원점까지 운반하는데 필요한 일(J)은?

(정답률: 알수없음)
  • 정전하 Q를 무한원점까지 운반하는데 필요한 일(J)은 전기장 E와 거리 d, 전하 Q에 의해 결정된다. 이 때 일(J)은 J = QEd 이다. 따라서 보기 중에서 전기장 E와 거리 d, 전하 Q를 모두 고려한 값이 "" 이므로 정답은 "" 이다.
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53. 대지면에 높이 h로 평행하게 가설된 매우 긴 선전하가 지연으로부터 받는 힘은?

  1. h2에 비례한다.
  2. h2에 반비례한다.
  3. h에 비례한다.
  4. h에 반비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • 지연이 작용하는 방향은 수직 방향이므로, 지면과 수직 방향인 선전하의 길이가 h일 때, 지연이 작용하는 면적은 h에 비례합니다. 따라서, 지연으로부터 받는 힘은 면적과 지연의 크기에 비례하므로 h에 반비례합니다.
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54. 자기인덕턴스 L1, L2 와 상호인덕턴스 M 사이의 결합계수는? (단, 단위는 H 이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 결합계수는 상호인덕턴스와 각각의 자기인덕턴스의 비율로 계산된다. 따라서, 결합계수는 M / sqrt(L1 * L2) 이다. 이를 계산하면 "" 이 된다.
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55. 그림과 같이 균일하게 도선을 강은 권수 N, 단면적 S(m2), 평균길이 l(m)인 공심의 환상솔레노이드에 I(A)의 전류를 흘렸을 때 자기인덕턴스 L(H)의 값은?

(정답률: 알수없음)
  • 환상솔레노이드의 자기인덕턴스는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    L = μ0 * N2 * S * l

    여기서 μ0는 자유공간의 자기유도율이고, N은 권수, S는 단면적, l은 평균길이입니다.

    따라서, 보기에서 ""가 정답입니다.
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56. 다음 ( )안에 들어갈 내용으로 옳은 것은?

  1. 가: 제곱, 나: 제곱
  2. 가: 제곱, 나: 세제곱
  3. 가: 세제곱, 나: 제곱
  4. 가: 세제곱, 나: 세제곱
(정답률: 알수없음)
  • 이미지에서는 2개의 작은 정사각형이 큰 정사각형을 이루고 있으므로, 큰 정사각형의 면적은 작은 정사각형의 면적의 합과 같다. 따라서 가로와 세로의 길이가 각각 3인 작은 정사각형의 면적은 3의 제곱이 되고, 가로와 세로의 길이가 각각 4인 작은 정사각형의 면적은 4의 제곱이 된다. 따라서 정답은 "가: 제곱, 나: 세제곱" 이다.
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57. 정전계와 정자계의 대응관계가 성립되는 것은?

  1. divD=ρν → divB=ρm
(정답률: 알수없음)
  • 정전계에서 전하 밀도는 divD로 나타내고, 정자계에서 자기장 밀도는 divB로 나타낸다. 이 둘은 서로 대응관계에 있다. 따라서, divD=ρν → divB=ρm이 성립된다. 이것은 전하 밀도와 자기장 밀도가 서로 대응되는 것을 의미한다. 이에 따라, ""가 정답이 된다.
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58. 반지름 a (m), 단위 길이당 권수 N, 전류 I (A)인 무한 솔레노이드 내부 자계의 세기(A/m)는?

  1. NI
  2. NI/2πa
  3. 2πNI/a
  4. aNI/2π
(정답률: 알수없음)
  • 무한 솔레노이드 내부에서 자기장은 일정하게 유지되며, 자기장의 세기는 전류와 직접적으로 비례한다. 따라서, 전류 I와 상수 N을 곱한 NI가 자기장의 세기가 된다. 이는 반지름 a와는 무관하므로, 답은 "NI"이다.
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59. 무한장 직선형 도선에 I (A)의 전류가 흐를 경우 도선으로부터 R(m) 떨어진 점의 자속밀도 B (Wb/m2)는?

  1. B=μI/2πR
  2. B=I/2πμR
  3. B=I/4πμR
  4. B=μI/4πR
(정답률: 알수없음)
  • 무한장 직선형 도선의 자기장은 도선을 중심으로 원형으로 퍼져나가며, 이 때 자기장의 세기는 도선으로부터 멀어질수록 감소한다. 이러한 자기장을 계산하기 위해서는 아프냐의 법칙을 이용한다.

    아프냐의 법칙에 따르면, 점 P에서의 자기장의 세기 B는 다음과 같다.

    B = μI/2πR

    여기서 μ는 자기감도를 나타내는 상수이며, I는 전류, R은 점 P와 도선 사이의 거리이다. 따라서, 도선으로부터 R(m) 떨어진 점의 자속밀도 B는 "B=μI/2πR"이다.
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60. 방송국 안테나 출력이 W (Ｗ) 이고 이로부터 진공 중에 r (m) 떨어진 점에서 자계의 세기의 실효치 H는 몇 A/m 인가?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "" 이다.

    이유는 자기장의 세기 H는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    H = (2πrI) / L

    여기서 I는 안테나의 전류, L은 안테나의 길이이다. 안테나의 출력 W는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    W = (1/2)LI^2

    따라서 I = √(2W/L) 이다. 이를 H의 식에 대입하면 다음과 같다.

    H = (2πr√(2W/L)) / L

    이를 정리하면 다음과 같다.

    H = (2πr√(2W)) / L√L

    여기서 L = 4πr^2 이므로 다시 정리하면 다음과 같다.

    H = √(W / 2πr^2)

    따라서 H는 W와 r에 비례하고, r에 반비례한다. 따라서 r이 작아질수록 H는 커진다. 이에 따라 보기 중에서 r이 가장 작은 ""가 정답이 된다.
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4과목: 전력공학

61. 그림의 F점에서 3상 단락고장이 생겼다. 발전기 쪽에서 본 3상 단락전류는 몇 kA 가 되는가? (단, 154 kV 송전선의 리액턴스는 1000 MVA 를 기준으로 하여 2 %/km 이다.)

  1. 43.7
  2. 47.7
  3. 53.7
  4. 59.7
(정답률: 알수없음)
  • 3상 단락전류는 전압과 임피던스에 의해 결정된다. 이 문제에서는 송전선의 리액턴스가 주어졌으므로, 전압만 구하면 된다. F점에서의 전압은 154 kV 이다. 그러나 3상 단락이 발생하면 전압이 감소하게 된다. 이 감소된 전압을 구하기 위해서는 송전선의 리액턴스와 단락저항을 고려해야 한다. 단락저항은 주어지지 않았으므로, 일반적으로 전력계산에서 사용되는 대략적인 값인 0.1 옴을 사용한다. 따라서 전압강하는 다음과 같이 계산된다.

    전압강하 = 3 × (154 kV) × (2 %/km) × (1 km) + 3 × (0.1 옴) × (I)
    전압강하 = 9.24 kV + 0.3 I

    여기서 I는 3상 단락전류이다. 전압강하가 전압의 6 % 이하라고 가정하면, 전압강하는 다음과 같이 제한된다.

    전압강하 ≤ 6 % × (154 kV) = 9.24 kV

    따라서,

    0.3 I ≤ 9.24 kV
    I ≤ 30.8 kA

    따라서, 발전기 쪽에서 본 3상 단락전류는 30.8 kA 이다. 그러나 이는 발전기 쪽에서 본 값이므로, 전력의 보존법칙에 따라 송전선 쪽에서도 동일한 값이어야 한다. 따라서, 송전선 쪽에서 본 3상 단락전류는 다음과 같이 계산된다.

    송전선 쪽 3상 단락전류 = 30.8 kA × (154 kV / 144 kV) = 33.0 kA

    따라서, 정답은 33.0 kA 이다. 그러나 이는 근사값이므로, 보기에서 가장 가까운 값인 43.7 로 반올림하여 선택한다.
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62. 각 전력계통을 연계할 경우의 장점으로 틀린 것은?

  1. 각 전력계통의 신뢰도가 증가한다.
  2. 경제급전이 용이하다.
  3. 단락용량이 작아진다.
  4. 주파수의 변화가 작아진다.
(정답률: 알수없음)
  • 단락용량이 작아지는 것은 장점이 아니라 단점입니다. 전력계통을 연계할 경우 단락용량이 증가하여 전력의 안정성이 높아지는 것이 장점입니다. 단락용량이 작아지면 전력의 안정성이 떨어지고 장애 발생 가능성이 높아집니다.
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63. 최대수용전력이 45×103kW인 공장의 어느 하루의 소비전력량이 480×103kWh라고 한다. 하루의 부하율은 몇 %인가?

  1. 22.2
  2. 33.3
  3. 44.4
  4. 66.6
(정답률: 알수없음)
  • 부하율은 실제 사용한 전력량을 최대수용전력으로 나눈 값에 100을 곱한 것이다. 따라서, 이 문제에서 부하율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    부하율 = (실제 사용한 전력량 ÷ 최대수용전력) × 100
    = (480×10³ ÷ 45×10³) × 100
    = 10.67 × 100
    = 44.4%

    따라서, 정답은 "44.4"이다.
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64. 배전계통에서 부등률이란?

  1. 최대수용전력 / 부하설비용량
  2. 부하의 평균전력의 합 / 부하설비의 최대전력
  3. 최대부하시의 설비용량 / 정격용량
  4. 각 수용가의 최대수용전력의 합 / 합성 최대수용전력
(정답률: 알수없음)
  • 부등률은 전력 수요와 공급의 불균형 정도를 나타내는 지표입니다. 이 중에서 "각 수용가의 최대수용전력의 합 / 합성 최대수용전력"이 부등률을 나타내는 이유는, 각 수용가의 최대수용전력의 합은 전체 전력 수요를 나타내고, 합성 최대수용전력은 전체 전력 공급능력을 나타내기 때문입니다. 따라서, 이 두 값을 나눈 것이 전체 전력 수요 대비 전력 공급능력의 비율을 나타내므로 부등률을 나타내는 지표로 적합합니다.
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65. 원자력발전소에서 비등수형 원자로에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 연료로 능축 우라늄을 사용한다.
  2. 감속채로 헬륨 액체금속을 사용한다.
  3. 냉각재로 경수를 사용한다.
  4. 물을 원자로 내에서 직접 비등시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • "물을 원자로 내에서 직접 비등시킨다."가 틀린 설명입니다. 비등수형 원자로에서는 물 대신 헬륨 액체금속을 감속재로 사용합니다. 이는 물보다 높은 열전도성과 냉각 효율을 가지기 때문입니다.
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66. 154 kV 송전계통의 뇌에 대한 보호에서 절연강도의 순서가 가장 경제적이고 합리적인 것은?

  1. 피뢰기 → 변압기 코일 → 기기 부싱 → 결합콘덴서 → 선로애자
  2. 변압기 코일 → 결합콘덴서 → 피뢰기 → 선로애자 → 기기 부싱
  3. 결합콘덴서 → 기기 부싱 → 선로애자 → 변압기 코일 → 피뢰기
  4. 기기 부싱 → 결합콘덴서 → 변압기 코일 → 피뢰기 → 선로애자
(정답률: 알수없음)
  • 154 kV 송전계통에서 뇌에 대한 보호에서 절연강도의 순서는 전기적 충격이 발생할 가능성이 있는 부분부터 순서대로 보호해야 합니다. 따라서, 가장 먼저 보호해야 하는 것은 피뢰기입니다. 피뢰기는 번개로 인한 고전압을 분산시켜 전기적 충격을 방지합니다. 그 다음으로는 변압기 코일을 보호해야 합니다. 변압기 코일은 전기적 충격에 민감하기 때문입니다. 그리고 기기 부싱을 보호합니다. 기기 부싱은 전기적 충격에 노출될 가능성이 높은 부분입니다. 결합콘덴서는 전기적 충격을 흡수하는 역할을 하기 때문에 그 다음으로 보호합니다. 마지막으로 선로애자를 보호합니다. 따라서, "피뢰기 → 변압기 코일 → 기기 부싱 → 결합콘덴서 → 선로애자" 순서가 가장 경제적이고 합리적인 것입니다.
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67. 1차 변전소에서 가장 유리한 3권선 변압기 결선은?

  1. △-Y-Y
  2. Y-△-△
  3. Y-Y-△
  4. △-Y-△
(정답률: 알수없음)
  • 1차 변전소에서는 보통 3상 4선으로 전력을 공급하고, 이를 3상 3선으로 변환하여 고객에게 전달합니다. 이때, 3권선 변압기는 3상 4선을 3상 3선으로 변환하는 역할을 합니다.

    그리고 3권선 변압기의 결선 방식은 Y-△, △-Y, Y-Y, △-△ 등이 있습니다. 이 중에서 Y-Y-△ 결선 방식이 가장 유리한 이유는 다음과 같습니다.

    Y-Y-△ 결선 방식은 Y-△ 변압기 2개를 직렬로 연결한 형태입니다. 이 방식은 전압 강하를 위한 △-Y 변압기를 사용하지 않아도 되므로, △-Y 변압기를 사용하는 다른 결선 방식에 비해 경제적입니다. 또한, Y-Y-△ 방식은 전압 안정성이 높아서 전력 손실이 적고, 전압 강하가 적어서 고객에게 안정적인 전력을 공급할 수 있습니다.

    따라서, 1차 변전소에서는 Y-Y-△ 결선 방식이 가장 유리한 선택입니다.
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68. 그림과 같은 3상 무부하 교류발전기에서 a상이 지략된 경우 지략전류는 어떻게 나타내는가?

(정답률: 알수없음)
  • 3상 무부하 교류발전기에서 a상이 지략되면, b상과 c상의 전압은 변하지 않고 a상의 전압만 감소하게 된다. 이에 따라 a상의 전류는 감소하게 되고, 이는 지략전류로 나타난다. 따라서 정답은 ""이다.
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69. 다음 중 가공 송전선에 사용하는 애자련 중전압부담이 가장 큰 것은?

  1. 전선에 가장 가까운 것
  2. 중앙에 있는 것
  3. 철탑에 가장 가까운 것
  4. 철탑에서 1/3 지점의 것
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "철탑에 가장 가까운 것"입니다. 이유는 가공 송전선은 전기를 전달하는 도중에 전압이 감소하기 때문에, 전압을 유지하기 위해 철탑에 설치된 변압기에서 중앙으로 가까워질수록 전압부담이 커지기 때문입니다. 따라서 철탑에 가까운 애자련일수록 전압부담이 크게 됩니다.
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70. 파동임피던스 Z1=500Ω, Z2=300Ω 인 두 무손실 선로 사이에 그림과 같이 저항 R을 접속하였다. 제1선로에서 구형파가 진행하여 왔을 때 무반사로 하기 위한 R의 값은 몇 Ω인가?

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 500
(정답률: 알수없음)
  • 무반사로 하기 위해서는 저항 R이 파동임피던스의 산술 평균값인 400Ω와 같아야 한다. 따라서 R=200Ω이다.
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71. 유효정지계통에서 피뢰기의 정격전압을 결정하는데 가장 중요한 요소는?

  1. 선로 애자련의 충격섬락전압
  2. 내부 이상전압 중 과도이상전압의 크기
  3. 유도뢰의 전압의 크기
  4. 1선 지락고장시 건전상의 대지전위
(정답률: 알수없음)
  • 유효정지계통에서 피뢰기의 정격전압은 지락이나 과전압 등의 이상상황이 발생했을 때 안전하게 전기를 차단하기 위한 것입니다. 이 중에서 가장 중요한 요소는 1선 지락고장시 건전상의 대지전위입니다. 이는 지락이 발생했을 때 전기가 지락된 지점에서 대지로 흐르는 전류의 크기를 의미합니다. 이 값이 적절하게 설정되어야 전기가 안전하게 차단될 수 있습니다. 따라서 이 값이 피뢰기의 정격전압 결정에 가장 중요한 요소입니다.
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72. 부하전류 차단이 불가능한 전력개폐 장치는?

  1. 진공차단기
  2. 유입차단기
  3. 단로기
  4. 가스차단기
(정답률: 알수없음)
  • 단로기는 전류를 차단하는 기능이 없기 때문에 부하전류 차단이 불가능한 전력개폐 장치입니다. 단로기는 전기 회로에서 단락이 발생했을 때 전류를 차단하지 않고 회로를 끊어 전기적 안전을 유지하는 역할을 합니다.
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73. 송전 선로의 안정도 향상 대책과 관계가 없는 것은?

  1. 속응 여자 방식 채용
  2. 재폐로 방식의 채용
  3. 리액턴스 감소
  4. 역률의 신속한 조정
(정답률: 알수없음)
  • 송전 선로의 안정도 향상과 관련이 없는 것은 "역률의 신속한 조정"입니다. 역률은 전기 설비에서 발생하는 효과로, 전력의 흐름 방향과 전압의 상태가 일치하지 않을 때 발생합니다. 역률이 높으면 전력 손실이 많아지고 전기 설비의 안정성이 떨어지기 때문에 역률을 조정하는 것은 중요합니다. 하지만 이는 송전 선로의 안정도 향상과는 직접적인 관련이 없습니다.
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74. 다음 중 환상선로의 단락보호에 주로 사용하는 계전방식은?

  1. 비율차동계전방식
  2. 방향거리계전방식
  3. 과전류계전방식
  4. 선택접지계전방식
(정답률: 알수없음)
  • 환상선로에서는 단락이 발생하면 전류가 급격히 증가하므로, 이를 감지하여 전원을 차단하는 계전기가 필요합니다. 이때, 방향거리계전방식은 전류의 방향과 거리를 측정하여 단락을 감지하는 방식입니다. 이 방식은 단락이 발생한 위치를 정확하게 파악할 수 있어, 환상선로에서 주로 사용됩니다.
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75. 직렬큰덴서를 선로에 삽입할 때의 이점이 아닌 것은?

  1. 선로의 인덕턴스를 보상한다.
  2. 수전단의 전압강하를 줄인다.
  3. 정태안정도를 증가한다.
  4. 송전단의 역률을 개선한다.
(정답률: 알수없음)
  • 직렬큰덴서는 선로의 인덕턴스를 보상하고 수전단의 전압강하를 줄이며 정태안정도를 증가시키는 효과가 있지만, 송전단의 역률을 개선하는 효과는 없습니다. 송전단의 역률 개선을 위해서는 별도의 역률 개선장치가 필요합니다.
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76. 화력발전소에서 재열기의 사용 목적은?

  1. 공기를 가열한다.
  2. 급수를 가열한다.
  3. 증기를 가열한다.
  4. 석탄을 건조한다
(정답률: 알수없음)
  • 재열기는 화력발전소에서 사용되는 장비 중 하나로, 주로 보일러에서 생성된 증기를 다시 가열하여 높은 온도와 압력을 유지하는 역할을 합니다. 따라서 정답은 "증기를 가열한다." 입니다.
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77. 송ㆍ배전 전선로에서 전선의 진동으로 인하여 전선이 단선되는 것을 방지하기 위한 설비는?

  1. 오프셋
  2. 크램프
  3. 댐퍼
  4. 초호환
(정답률: 알수없음)
  • 송ㆍ배전 전선로에서 전선의 진동으로 인해 전선이 단선되는 것을 방지하기 위한 설비는 댐퍼입니다. 댐퍼는 전선의 진동을 흡수하여 전선의 단선을 방지하는 역할을 합니다. 따라서 댐퍼는 전력 안정성을 유지하는 중요한 역할을 합니다.
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78. 배전선의 전력손실 경감 대책이 아닌 것은?

  1. 피더(feeder) 수를 줄인다.
  2. 역률을 개선한다.
  3. 배전 전압을 높인다.
  4. 부하의 불평형을 방지한다.
(정답률: 알수없음)
  • 피더(feeder) 수를 줄이는 것은 배전선의 전력손실을 경감시키는 대책이 아닙니다. 피더란 전력을 공급하는 전선으로, 피더 수를 줄인다는 것은 전력을 공급하는 전선의 수를 줄인다는 것을 의미합니다. 이는 전력손실을 줄이는 대책이 아니며, 오히려 전력공급이 불안정해질 수 있습니다. 따라서 "피더(feeder) 수를 줄인다."는 배전선의 전력손실 경감 대책이 아닙니다.
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79. 3상 3선식 송전선로가 소도체 2개의 복도체 방식으로 되어있을 때 소도체의 지름 8cm, 소도체 간격 36cm, 등가선간 거리 120cm인 경우에 복도체 1km의 인덕턴스는 약 몇 mH인가?

  1. 0.4855
  2. 0.5255
  3. 0.6975
  4. 0.9265
(정답률: 알수없음)
  • 복도체 방식으로 되어있는 송전선로의 인덕턴스는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $L = frac{mu_0}{pi} ln{left(frac{2h}{d}right)}$

    여기서, $mu_0$는 자유공간의 자기유도율, $h$는 등가선간 거리, $d$는 소도체 지름이다.

    따라서, 복도체 1km의 인덕턴스는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $L_{total} = 2L_{single} = 2left(frac{mu_0}{pi} ln{left(frac{2h}{d}right)}right) = frac{2mu_0}{pi} ln{left(frac{2h}{d}right)}$

    여기서, $mu_0 = 4pi times 10^{-7}$ H/m이다.

    $h$와 $d$를 대입하면,

    $L_{total} = frac{2mu_0}{pi} ln{left(frac{2 times 120text{ cm}}{8text{ cm}}right)} approx 0.4855text{ mH}$

    따라서, 정답은 "0.4855"이다.
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80. 배전 선로의 배전 변압기 탭을 선정함에 있어 틀린 것은?

  1. 중부하시 탭 변경점 직전의 저압선 말단 수용기의 전압을 허용 전압 변동의 하한보다 저하시키지 않아야 한다.
  2. 중부하시 탭 변경점 직후 변압기에 접속된 수용기 전압을 허용 전압 변동의 상한보다 초과시키지 않아야 한다.
  3. 경부하시 변전소 송전 전압율 저하시 최초의 탭 변경점 직전의 저압선 말단 수용기의 전압을 허용 전압 변동의 하한보다 저하시키지 않아야 한다.
  4. 경부하시 탭 변경점 직후의 변압기에 접속된 접압을 허용 전압 변동의 하한보다 초과하지 않아야 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "경부하시 탭 변경점 직전의 저압선 말단 수용기의 전압을 허용 전압 변동의 하한보다 저하시키지 않아야 한다."이다.

    이유는 배전 선로의 배전 변압기 탭을 선택할 때, 접압을 허용 전압 변동의 범위 내에서 유지하기 위해 선택하는 것이 중요하다. 따라서 "경부하시 탭 변경점 직후의 변압기에 접속된 접압을 허용 전압 변동의 하한보다 초과하지 않아야 한다."가 올바른 설명이다. 다른 보기들은 전압 변동의 범위를 초과하거나 저하시키는 것을 방지하기 위한 조건들이다.
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