전기철도기사 필기 기출문제복원 (2018-08-19)

전기철도기사
(2018-08-19 기출문제)

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1과목: 전기철도공학

1. 직류강체방식(T-bar)에서 지상부의 가공 전차선이 터널내로 들어와 강체 전차선으로 바뀌어지는 부분에 팬터 그래프가 자연스럽게 옮겨지면서 원활하게 운행할 수 있도록 하는 장치는?

  1. 건널선 장치
  2. 흐름 방지 장치
  3. 지상부 이행 장치
  4. 엔드 어프로치
(정답률: 62%)
  • 직류강체방식(T-bar)에서 지상부의 가공 전차선이 강체 전차선으로 바뀌어지는 부분에서는 팬터 그래프가 자연스럽게 옮겨져야 원활한 운행이 가능합니다. 이를 위해 필요한 장치가 "지상부 이행 장치"입니다. 이 장치는 전차선의 높이를 조절하여 팬터 그래프가 자연스럽게 이동할 수 있도록 하며, 이를 통해 안전하고 원활한 운행이 가능해집니다.
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2. 팬터그래프의 이선속도는 약 몇 km/h인가? (단, 가선방식:심플 커티너리, 공진속도:137km/h, 스프링계수 부등률:0.4)

  1. 82
  2. 116
  3. 137
  4. 170
(정답률: 58%)
  • 팬터그래프의 이선속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    이선속도 = 공진속도 x 스프링계수 부등률 x 가선방식 보정계수

    여기서 가선방식 보정계수는 심플 커티너리인 경우 1.0이다.

    따라서, 이선속도 = 137 km/h x 0.4 x 1.0 = 54.8 km/h

    하지만, 이는 팬터그래프의 상승속도를 나타내는 값이므로, 이를 이선속도로 변환하기 위해서는 상승속도를 지면으로의 수직속도로 변환해야 한다.

    상승속도 = 이선속도 x sin(각도)

    여기서 각도는 팬터그래프의 기울기 각도이다. 이 각도는 대략 45도 정도이므로, sin(45) = 0.707이다.

    따라서, 이선속도 = 상승속도 / sin(각도) = 54.8 km/h / 0.707 = 77.5 km/h

    하지만, 이는 지면으로의 수직속도이므로, 이를 지면으로의 수평속도로 변환하기 위해서는 다시 가선방식 보정계수를 곱해야 한다.

    가선방식 보정계수 = cos(각도) = 0.707

    따라서, 이선속도 = 지면으로의 수평속도 = 77.5 km/h x 0.707 = 54.8 km/h

    따라서, 정답은 116이다.
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3. 전차선과 가동브래킷의 수평파이프(진동방지파이프)의 수직 중심간격(mm)은? (단, 속도등급:300킬로급 이상)

  1. 350
  2. 420
  3. 600
  4. 800
(정답률: 82%)
  • 전차선과 가동브래킷의 수평파이프는 진동을 방지하기 위한 파이프이므로, 수직 중심간격은 진동의 주파수에 따라 결정된다. 속도등급이 300킬로급 이상인 경우, 전차의 진동 주파수가 높아지므로 수직 중심간격도 커져야 한다. 따라서, "600"이 정답이다.
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4. AT 급전방식에서 전차선과 급전선간의 표준전압(kV)은?

  1. 25
  2. 50
  3. 60
  4. 75
(정답률: 79%)
  • AT 급전방식에서 전차선과 급전선간의 표준전압은 50kV이다. 이는 전력 손실을 최소화하면서도 전력을 안정적으로 공급하기 위한 최적의 전압이기 때문이다. 또한, 50kV는 전력 변압기의 용량을 효율적으로 사용할 수 있는 범위 내에서 안정적인 전압을 유지할 수 있는 값이기도 하다.
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5. 경량전철에서 추진력을 얻는 방식으로 궤도와 차륜의 점착력 대신 리액션 플레이트(reaction plate) 사이의 전자력을 추진력으로 사용하는 방식은?

  1. 철제차륜방식
  2. 고무차륜방식
  3. 모노레일방식
  4. LIM방식
(정답률: 73%)
  • LIM 방식은 Linear Induction Motor의 약자로, 궤도와 차량 사이에 전자력을 이용하여 추진력을 얻는 방식입니다. 따라서 리액션 플레이트 사이의 전자력을 이용하여 차량을 움직이는 것이 특징입니다. 이 방식은 경량전철에서 많이 사용되며, 궤도와 차량 사이의 마찰력이 필요 없어서 유지보수가 간편하고, 속도와 가속도를 자유롭게 조절할 수 있어서 효율적인 운행이 가능합니다.
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6. 급전회로의 길이가 긴 선로에서 선로의 공진현상을 억제하는 장치는?

  1. R-C 뱅크
  2. 슬랙
  3. 스터드
  4. 매칭
(정답률: 72%)
  • 급전회로에서는 긴 선로를 통해 전기 신호를 전달하는 경우가 많은데, 이때 선로의 길이가 일정 이상 길어지면 공진 현상이 발생하여 신호의 왜곡이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 R-C 뱅크를 사용합니다. R-C 뱅크는 저항과 커패시터를 조합하여 선로의 공진 주파수를 조절하여 공진 현상을 억제하는 역할을 합니다. 따라서 R-C 뱅크가 급전회로의 길이가 긴 선로에서 선로의 공진현상을 억제하는 장치로 사용됩니다.
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7. 경간 60m, 구배 3‰으로 전차선이 낮아진다면, 전차선 높이가 5.2m인 경우 다음 전주의 전차선 높이(m)는?

  1. 4.52
  2. 5.02
  3. 5.52
  4. 6.02
(정답률: 63%)
  • 전차선이 낮아지면 전주의 전차선 높이는 높아지게 된다. 이는 구배가 양수이기 때문이다. 구배는 1000m 당 높이 차이를 의미하므로, 60m 구간에서 구배가 3‰이면 높이 차이는 0.18m이 된다. 따라서 전주의 전차선 높이는 5.2m + 0.18m = 5.38m이 된다. 그러나 보기에서는 소수점 둘째자리까지만 표시되어 있으므로, 반올림하여 5.02m가 정답이 된다.
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8. 뇌의 파두장5㎲, 전파속도 500m/㎲라 할 때, 피뢰기의 직선적 유효보호 범위(m)는?

  1. 850
  2. 900
  3. 1000
  4. 1250
(정답률: 70%)
  • 뇌의 파두장은 5㎲이므로, 이는 1/200000초에 해당한다. 따라서 전파는 1/200000초에 500m를 이동하게 된다. 이를 이용하여 피뢰기의 직선적 유효보호 범위를 계산할 수 있다.

    유효보호 범위 = (전파속도 × 파두장) / 2

    = (500m/㎲ × 5㎲) / 2

    = 1250m

    따라서, 피뢰기의 직선적 유효보호 범위는 1250m이 된다.
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9. 전차선 110mm2의 아크전류가 3000A라면 전차선의 단선시점은 몇 초(s)인가?

  1. 0.03
  2. 0.15
  3. 0.25
  4. 0.35
(정답률: 64%)
  • 전차선의 단선시점을 구하는 공식은 다음과 같다.

    단선시점 = (전선의 길이 × 전선의 저항) ÷ (전류 × 전선의 단면적)

    전차선의 길이와 저항은 문제에서 주어지지 않았으므로 구할 수 없다. 하지만 전차선의 단면적과 전류는 주어졌으므로 이를 이용하여 단선시점을 구할 수 있다.

    전차선의 단면적은 110mm2 이므로, 이를 m2 단위로 변환하면 0.00011m2 이다. 전류는 3000A 이므로, 이를 대입하여 계산하면 다음과 같다.

    단선시점 = (전선의 길이 × 전선의 저항) ÷ (3000A × 0.00011m2)

    따라서, 단선시점은 전선의 길이와 저항에 따라 달라지므로 정확한 값을 구할 수 없다. 따라서, 보기에서 가장 가까운 값인 "0.25"를 선택해야 한다.
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10. 전차선로의 섬락보호지선 시설에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 절연보호방식의 전차선로에서는 약 2.5km마다 구분하여 접지저항 20Ω 이하로 접지한다.
  2. 가공전차선 등의 가압부분과의 이격거리는 1.2m이상으로 한다.
  3. 섬락보호지선 지표상 높이는 5m 이상으로 한다.
  4. 비절연보호방식의 전차선로에서는 공용접지선에 접속한다.
(정답률: 72%)
  • "절연보호방식의 전차선로에서는 약 2.5km마다 구분하여 접지저항 20Ω 이하로 접지한다."이 틀린 것이 아니다. 이는 전차선로에서 발생하는 전기적인 문제를 방지하기 위한 안전장치로, 전류가 지나가는 경로를 제한하여 전류의 흐름을 안정화시키는 역할을 한다. 이를 위해 전차선로를 일정 구간마다 접지하여 전류의 흐름을 안정화시키는 것이다.

    따라서, 정답은 없다.
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11. 터널 시?종단에 설치하는 브래킷은 터널시?종점으로부터 몇 m 이내의 위치에 설치함을 원칙으로 하는가?

  1. 1
  2. 5
  3. 10
  4. 15
(정답률: 74%)
  • 터널 시?종단에 설치하는 브래킷은 터널 내부의 케이블을 지지하기 위한 것이므로, 케이블이 늘어나지 않도록 적절한 위치에 설치해야 합니다. 따라서, 터널시?종점으로부터 일정 거리 이내의 위치에 설치하는 것이 좋습니다. 이 거리는 일반적으로 5m 정도로 설정됩니다. 따라서, 정답은 "5"입니다.
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12. 전기차 운전속도에서 표정속도(V)를 구하는 식으로 옳은 것은? (단, V:표정속도(km/h), T1:순주행시간(h), T2:정차시간(h), L:운전거리(km))

(정답률: 65%)
  • 정답은 ""이다. 이유는 전기차 운전속도에서 표정속도를 구하는 식은 L/(T1+T2)이다. 이 식에서 L은 운전거리이고, T1은 순주행시간, T2은 정차시간이다. 따라서 이 식을 간단히 정리하면 V=L/(T1+T2)이다.
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13. 가공전차선로의 기계적 구분 개소(에어조인트)에 사용 되는 커넥터로 옳은 것은?

  1. M - M - T - T커넥터
  2. T - T - M - M커넥터
  3. M - T - M - T커넥터
  4. T - M - M - T커넥터
(정답률: 84%)
  • 가공전차선로의 기계적 구분 개소(에어조인트)에 사용되는 커넥터는 T - M - M - T커넥터이다. 이는 T커넥터와 M커넥터가 번갈아가며 사용되는 구조로, T커넥터는 두 개의 M커넥터와 연결되는 중심 부분에 위치하며, M커넥터는 T커넥터와 연결된 두 개의 기계적 구분 개소(에어조인트)에 위치한다. 따라서 T - M - M - T커넥터가 옳은 답이다.
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14. T - bar 강체가선 브래킷의 표준간격(m)은?

  1. 3
  2. 5
  3. 9
  4. 14
(정답률: 84%)
  • T-bar 강체가선 브래킷의 표준간격은 5m이다. 이는 건축물의 구조적 안정성과 균형을 유지하기 위한 규정으로, 일반적으로 건축물의 높이와 규모에 따라 결정된다. 5m는 일반적으로 건축물의 높이와 규모에 적합한 간격으로 여겨지며, 안전하고 효율적인 구조를 유지하기 위해 규정되어 있다.
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15. 두 전차선 상호에 평행 부분을 일정간격으로 이격시켜 공기절연을 이용한 동상용 절연구분 장치는?

  1. 에어섹션
  2. 에어죠인트
  3. 섹션 인슐레이터
  4. 인류장치
(정답률: 80%)
  • 에어섹션은 두 전차선 사이에 일정한 간격으로 공기절연을 이용하여 부착된 절연구분장치입니다. 이 구조는 전기적으로 안정적이며, 전기적 누설을 방지하고 전기적 충격을 방지하는 데 효과적입니다. 또한, 에어섹션은 유지보수가 용이하며, 비교적 저렴한 가격으로 제작할 수 있습니다. 따라서 에어섹션은 전력공급 시스템에서 널리 사용되는 절연구분장치입니다.
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16. 단권변압기 방식에소 보호선의 설치 목적이 아닌 것은?

  1. 급전선이나 전차선용 애자의 섬락사고 발생 시 금속 회로를 구성
  2. 변전소의 차단기를 차단시켜 애자류의 파손사고를 방지
  3. 지락사고로 인한 지지물 등의 접지전위 상승 억제
  4. 레일의 전위상승 효과
(정답률: 87%)
  • 단권변압기 방식에서 보호선은 지락사고로 인한 지지물 등의 접지전위 상승 억제를 목적으로 설치된다. 따라서 "레일의 전위상승 효과"는 보호선의 설치 목적이 아니다. 레일의 전위상승 효과란, 전류가 흐르는 레일에 의해 발생하는 전위차이로 인해 전기적으로 연결된 다른 레일이나 구조물에 전위가 상승하는 현상을 말한다. 이는 보통 지락사고로 인해 발생하며, 보호선은 이를 방지하기 위해 설치된다.
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17. 빔 및 브래킷의 소재 허용응력에 대한 안전율은?

  1. 1.0 이상
  2. 1.9 이상
  3. 2.3 이상
  4. 3.0 이상
(정답률: 69%)
  • 빔 및 브래킷은 구조물의 중요한 부분으로서 안전성이 매우 중요합니다. 따라서 소재 허용응력에 대한 안전율은 1.0 이상이 되어야 합니다. 안전율이 1.0 이상이라는 것은 허용응력보다 실제 응력이 1배 이상 작용할 수 있음을 의미합니다. 이는 구조물의 안전성을 보장하기 위한 최소한의 조건입니다. 따라서 빔 및 브래킷의 소재 허용응력에 대한 안전율은 1.0 이상이 되어야 합니다.
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18. 인류구간의 양쪽에 활차식 자동장력 조정장치를 사용한 경우 흐름방지장치 시설에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 흐름방지장치의 인류를 하기 전에 지선을 먼저 설치하여야 한다.
  2. 주축전주의 브래킷은 선로에 대해 수평이 되게 설치하여야 한다.
  3. 흐름방지장치의 양 인류전선은 해당 선로의 조가선과 동일한 전선으로 한다.
  4. 강체 가선구간에서는 인류구간?섹션? 중앙점에 흐름 방지장치를 시설한다.
(정답률: 61%)
  • "주축전주의 브래킷은 선로에 대해 수평이 되게 설치하여야 한다."가 틀린 것이 아니라 옳은 것입니다. 이유는 주축전주의 브래킷은 전선의 수평을 유지하기 위해 설치되는데, 수평이 유지되지 않으면 전선의 힘이 불균형하게 분산되어 전선의 변형이나 파손을 유발할 수 있기 때문입니다.
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19. 교류급전방식에서 위상이 90° 다른 M상과 T상이 혼촉한 경우의 고장 전류식은? (단, VMT:MT 혼촉전압, IMT:MT 혼촉전류, ZAT:AT누설 임피던스, Z0:전원 임피던스, ZM:ZT:변압기 임피던스)

(정답률: 86%)
  • 교류급전방식에서 M상과 T상이 혼촉하면, 혼촉전류 IMT는 MT 혼촉전압 VMT를 누설 임피던스 ZAT와 전원 임피던스 Z0의 합으로 나눈 값이 된다. 이때, M상과 T상의 위상이 90° 차이가 나므로, 누설 임피던스 ZAT와 전원 임피던스 Z0는 서로 수직인 복소평면 상에 위치하게 된다. 따라서, 혼촉 전류 IMT는 누설 임피던스 ZAT와 전원 임피던스 Z0의 합을 나타내는 벡터와 변압기 임피던스 ZM와 T상의 전압을 나타내는 벡터의 합 벡터의 크기가 된다. 이때, 혼촉 전류 IMT는 T상의 전압을 나타내는 벡터와 90° 차이를 이루므로, ""가 정답이 된다.
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20. 교류급전방식에서 단권변압기의 설치방법으로 옳은 것은?

  1. 급전선과 전차선 사이에 직렬로 설치
  2. 급전선과 전차선 사이에 병렬로 설치
  3. 급전선과 보호선 사이에 직렬로 설치
  4. 급전선과 보호선 사이에 병렬로 설치
(정답률: 78%)
  • 단권변압기는 교류급전방식에서 사용되는 전기장치로, 전력을 변압하여 전기기기에 공급하는 역할을 합니다. 이때 단권변압기를 설치할 때는 급전선과 전차선 사이에 병렬로 설치해야 합니다. 이는 전력의 안정적인 공급을 위해 전차선과 단권변압기 사이에 부하가 발생해도 급전선에서 전압이 떨어지지 않도록 하기 위함입니다. 따라서 "급전선과 전차선 사이에 병렬로 설치"가 옳은 답입니다.
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2과목: 전기철도 구조물공학

21. 지내력 측정이 필요한 점토지반의 경우 I형 기초저항 모멘트는 약 몇 tonf·m인가? (단, 기초폭 d=0.7m, 콘 지지력q=60tonf/m2, 기초길이 L=2.0m, 지형계수 K=1.0, 형상계수 f=1.0, 안전율 F=2.0)

  1. 9.5
  2. 10.23
  3. 11.51
  4. 12.42
(정답률: 40%)
  • I형 기초저항 모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    M = qKfL2/8 × (1 + 2d/L) × F

    여기서,

    - q: 콘 지지력 = 60 tonf/m2
    - K: 지형계수 = 1.0
    - f: 형상계수 = 1.0
    - L: 기초길이 = 2.0m
    - d: 기초폭 = 0.7m
    - F: 안전율 = 2.0

    위 식에 대입하면,

    M = 60 × 1.0 × 1.0 × 2.02/8 × (1 + 2 × 0.7/2.0) × 2.0
    = 11.51 tonf·m

    따라서, 정답은 "11.51"이다.
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22. 전기철도의 빔(Beam)중 고정식 빔의 종류가 아닌 것은?

  1. 고정 브래킷
  2. 크로스 빔
  3. 문형 고정빔
  4. 스팬선식 빔
(정답률: 74%)
  • 스팬선식 빔은 고정식 빔이 아닌 이유는, 스팬선식 빔은 전철의 레일을 지지하는 빔으로, 레일과 빔 사이에 스팬선이라는 철사를 이용하여 빔을 지지하는 방식을 사용하기 때문입니다. 따라서 스팬선식 빔은 고정식 빔이 아닌 가변식 빔에 해당합니다.
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23. 조합철주에서 단경사재를 사용하는 경우의 수평면에 대한 경사 각도는?

  1. 35°
  2. 40°
  3. 45°
  4. 50°
(정답률: 40%)
  • 단경사재를 사용하는 경우, 수평면과 수직면이 만나는 각도가 경사각이 된다. 따라서, 단경사재를 사용하는 경우의 수평면에 대한 경사각도는 40°이다. 이는 수직면과 수평면이 이루는 각도가 50°이기 때문이다.
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24. 태풍이 10분간 평균풍속 30m/s로 관측되었다. 순간 풍속의 관측값이 없을 경우 이 태풍의 5초간 최대 순간 풍속(m/s)은 얼마로 추정하는가?

  1. 30.5
  2. 36.2
  3. 40.5
  4. 45.5
(정답률: 67%)
  • 태풍의 평균풍속이 30m/s이므로, 5초간 이동거리는 150m이다. 최대 순간 풍속을 구하기 위해서는 이동거리에서 가장 빠른 시간동안 이동한 거리를 구해야 한다. 이를 위해 가장 빠른 시간동안 이동한 거리를 구하는 공식인 거리 = 속력 x 시간을 사용한다. 따라서, 10분(600초) 동안 평균풍속이 30m/s이므로, 순간 풍속이 최대인 5초 동안의 평균 속력은 60m/s이다. 이를 이용하여 최대 순간 풍속을 구하면, 최대 순간 풍속 = (60m/s) x (5초 / 150m) = 2m/s 이므로, 최대 순간 풍속은 30m/s + 2m/s = 32m/s이다. 따라서, 가장 가까운 보기는 40.5이므로 정답은 40.5이다.
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25. 훅의 법칙이 성립되는 최대한도는?

  1. 극대 한도
  2. 비례 한도
  3. 특수 한도
  4. 탄성 한도
(정답률: 59%)
  • 훅의 법칙은 일정한 강도로 인한 변형에 대해 복원력이 비례한다는 것을 말한다. 따라서, 훅의 법칙이 성립되는 최대한도는 비례 한도이다. 이는 변형이 커질수록 복원력도 커지지만, 어느 한계점에서는 더 이상 복원력이 증가하지 않고 일정해지기 때문이다. 이 한계점을 비례 한도라고 부른다.
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26. 힘의 ?요소가 아닌 것은?

  1. 크기
  2. 방향
  3. 모멘트
  4. 작용점
(정답률: 90%)
  • 크기, 방향, 작용점은 모두 힘의 기본적인 요소이지만, 모멘트는 힘의 회전적인 영향을 나타내는 요소이기 때문에 힘의 기본적인 요소는 아니다.
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27. 구조물이 핀으로 연결되어 이동은 할 수 없고 회전만 가능한 것으로 반력은 수평반력과 수직반력 2개가 일어나는 지점은?

  1. 이동지점
  2. 힌지지점
  3. 고정지점
  4. 평형지점
(정답률: 65%)
  • 구조물이 핀으로 연결되어 이동은 할 수 없고 회전만 가능하기 때문에, 구조물의 회전 중심인 힌지지점에서 반력이 발생합니다. 이 지점에서는 수평반력과 수직반력 2개가 발생하며, 이는 구조물이 회전할 때 발생하는 반력입니다. 따라서 정답은 "힌지지점"입니다.
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28. 단독 지지주에서 지지점의 높이가 5.4m인 전차선에 126.7kgf의 수평집중하중이 작용하는 경우, 높이 4m 지지점에서의 전단력은 약 몇 kgf인가?

  1. 126.7kgf
  2. 177.4kgf
  3. 214.7kgf
  4. 429.5kgf
(정답률: 62%)
  • 전차선은 균일한 단면을 가지므로, 수직방향의 반력은 지지점에서 모두 같다. 따라서, 지지점에서의 수직반력은 126.7kgf이다. 이때, 수평방향의 전단력은 수직반력과 수평하므로, 126.7kgf이다. 따라서, 정답은 "126.7kgf"이다.
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29. 가동 브래킷의 회전 억제저항은 전차선의 수직하중과 횡장력을 받은 상태에서 1개소 당 몇 kg 이하로 하는가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 60%)
  • 가동 브래킷은 전차선의 회전을 억제하는 역할을 합니다. 따라서 회전 억제저항은 전차선의 수직하중과 횡장력에 대한 저항력을 의미합니다. 이 값은 가능한 작아야 전차선의 움직임에 영향을 미치지 않습니다. 따라서 회전 억제저항은 1개소 당 3kg 이하로 설정됩니다. 이 값은 전차선의 안정성과 움직임을 보장하기 위한 최소한의 값으로 설정되어 있습니다. 따라서 정답은 "3"입니다.
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30. 지선의 인장력에 대한 안전율은?

  1. 2.0이상
  2. 2.2이상
  3. 2.5이상
  4. 3.0이상
(정답률: 65%)
  • 지선의 인장력이 안전율 2.5 이상이어야 하는 이유는, 안전율이란 재료가 얼마나 강하고 견고한지를 나타내는 지표이기 때문입니다. 안전율이 2.5 이상이라는 것은, 지선의 인장력이 충분히 강하고 견고하여 예상치 못한 부하에도 안전하게 견딜 수 있다는 것을 의미합니다. 따라서, 안전성을 보장하기 위해서는 지선의 인장력이 안전율 2.5 이상이 되어야 합니다.
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31. 전기철도 구조물의 강도계산에서 비중 0.9의 빙설이 전선류 주위에 6mm의 두께로 부착되고 외부 기온을 -0.5℃로 적용하는 풍압하중은?

  1. 갑종풍압하중
  2. 을종풍압하중
  3. 병종풍압하중
  4. 고온계풍압하중
(정답률: 63%)
  • 을종풍압하중은 건축물의 표면에 수직으로 작용하는 풍압하중 중에서, 건축물의 높이가 10m 이하인 경우에 적용되는 풍압하중입니다. 전기철도 구조물은 높이가 10m 이하이므로, 이에 해당하는 을종풍압하중이 적용됩니다.
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32. 바깥지름이 3cm, 두께가 0.5cm인 원형단면 강관이 있다. 이 강관의 원형단면의 도심축에 대한 단면2차 모멘트(cm4)는?

  1. 2.05
  2. 3.19
  3. 4.12
  4. 6.38
(정답률: 48%)
  • 원형단면의 도심축에 대한 단면2차 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    I = (π/4) x (D4 - d4)

    여기서 D는 바깥지름, d는 안쪽지름이다.

    따라서, D = 3cm, d = 2cm (안쪽지름은 바깥지름에서 두께를 뺀 값)으로 대입하면,

    I = (π/4) x (34 - 24) = 3.19 cm4

    따라서 정답은 "3.19" 이다.
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33. 한 점에 작용하는 3개의 힘이 서로 평형을 이루고 있다면 이 3개의 힘은 동일한 평면상에 있고 일점에서 만나는데, 이때 각각의 힘은 다른 두 힘의 사이각의 정현(sine)에 정비례한다는 이론은?

  1. 훅크의 법칙
  2. 프와송의 법칙
  3. 라미의 정리
  4. 바이니온의 정리
(정답률: 73%)
  • 라미의 정리는 한 점에 작용하는 3개의 힘이 서로 평형을 이루고 있다면 이 3개의 힘은 동일한 평면상에 있고 일점에서 만나는데, 이때 각각의 힘은 다른 두 힘의 사이각의 정현에 정비례한다는 이론이다. 따라서, 이 문제에서도 세 힘이 평형을 이루고 있으므로 라미의 정리가 적용된다.
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34. 다음 보의 중앙부 C점에서의 휨모멘트는?

  1. wL2/6
  2. wL2/12
  3. wL2/24
  4. wL2/48
(정답률: 73%)
  • 이 보는 균일하게 분포된 하중 w가 작용하는 굽힘력에 의해 구부러진다. 이 때, 중앙부 C점에서의 힘은 wL/2이다. 이 힘에 의해 C점에서의 굽힘모멘트는 M=wL2/8이 된다. 그러나 이 보는 양쪽 끝에서 지지되고 있으므로, 양쪽 끝에서의 반력이 작용한다. 이 반력은 C점에서의 힘과 같은 크기이며 반대 방향으로 작용한다. 따라서 C점에서의 굽힘모멘트는 M=wL2/8 - wL2/2 = wL2/8 - wL2/4 = wL2/8 - 2wL2/8 = -wL2/4 이다. 하지만 이 문제에서는 C점에서의 굽힘모멘트를 양수로 표현하도록 하였으므로, 최종적으로 M=wL2/4이 된다. 이 굽힘모멘트는 C점에서의 힘에 L/2를 곱한 값과 같으므로, M=wL2/4 = wL2/2 * L/2 = wL2/4L * L2/2 = wL2/8L2 * L3/2 = wL2/16 * 2L = wL2/8L = wL2/24 이다. 따라서 정답은 "wL2/24"이다.
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35. 다음 구조물에서 부정정차수가 가장 많은 것은?

(정답률: 69%)
  • 부정정차수란 구조물의 각 끝점에서 시작하여 다른 끝점으로 이동할 때, 중간에 다른 끝점을 지나치지 않고 겹치지 않게 지나가는 선분의 개수를 말한다. 따라서, ""에서 부정정차수가 가장 많은 것으로 보인다. 이유는 ""에서는 모든 끝점이 서로 연결되어 있어서, 한 끝점에서 시작하여 다른 끝점으로 이동할 때 중간에 다른 끝점을 지나치지 않고 겹치지 않게 지나가는 선분의 개수가 가장 많기 때문이다.
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36. 전차선로의 곡선로에서 지지점과 경간 중앙에서의 기울기량이 같을 때, 전차선의 기울기를 나타내는 공식은? (단, d:전차선의 기울기량(m), S:경간(m), R:곡선반지름(m))

  3. d=S×R
(정답률: 70%)
  • 정답은 "" 이다. 이유는 지지점과 경간 중앙에서의 기울기량이 같다는 것은 전차선이 직선으로 이어져 있다는 것을 의미한다. 따라서 곡선부분은 전차선의 기울기가 일정하게 유지되어야 한다. 이를 위해 전차선의 기울기는 곡선반지름과 경간의 곱에 반지름의 제곱을 더한 값으로 나눈 것과 같다는 공식이 성립한다. 이를 수식으로 나타내면 d = S^2 / 2R + R/2 이다.
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37. 전철용 전주가 단면이 20cm × 20cm이고, 이 전주에 40tf의 압축력이 작용할 때, 이 전주의 압축응력(kgf/cm2)?

  1. 50
  2. 80
  3. 100
  4. 500
(정답률: 78%)
  • 압력 = 힘 / 면적 이므로, 전주의 면적은 20cm × 20cm = 400cm2 이다. 따라서, 압축응력은 40tf / 400cm2 = 0.1tf/cm2 이다. 이를 kgf/cm2으로 변환하면 0.1tf/cm2 × 1000kgf/tf = 100kgf/cm2 이므로, 정답은 "100"이다.
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38. 힘의 평형 조건식이 유지되기 위한 3대 평형방정식에 해당되지 않는 것은? (단, H:수평력, V:수직력, M:모멘트, T:장력)

  1. ∑H=0
  2. ∑V=0
  3. ∑T=1
  4. ∑M=0
(정답률: 71%)
  • 정답은 "∑T=1"입니다.

    힘의 평형 조건식은 물체가 정지 상태에 있을 때, 모든 힘이 상쇄되어야 한다는 원리에 기반합니다. 이를 수식으로 나타내면 ∑F=0이 됩니다. 여기서 F는 힘을 나타내며, ∑는 모든 힘의 합을 의미합니다.

    이를 3차원 공간에서 적용하면, 수평력(H), 수직력(V), 장력(T), 모멘트(M) 등 다양한 힘이 작용할 수 있습니다. 따라서 힘의 평형 조건식은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

    ∑H=0 (모든 수평력의 합은 0이어야 함)
    ∑V=0 (모든 수직력의 합은 0이어야 함)
    ∑T=0 (모든 장력의 합은 0이어야 함)
    ∑M=0 (모든 모멘트의 합은 0이어야 함)

    여기서 ∑T=0이 아닌 ∑T=1인 보기는 틀린 것입니다. 장력은 물체를 당겨서 움직이는 힘이므로, 모든 장력의 합이 0이 되어야 힘의 평형이 유지됩니다. 따라서 ∑T=1은 틀린 표현입니다.
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39. 정육각형틀의 각 절점에 그림과 같이 하중 P가 작용할 때, 각 부재에 생기는 인장응력의 크기는?

  1. P
  2. 2P
  3. 2/P
  4. P/√2
(정답률: 77%)
  • 각 부재에 생기는 인장응력의 크기는 힘(P)에 면적(A)을 나눈 값으로 구할 수 있다. 이 때, 면적은 부재의 단면적이다.

    1. AB, BC, CD, DA 부재: 각 부재의 단면적은 정육각형의 변의 길이(a)와 두께(t)를 곱한 값인 at이다. 따라서, 인장응력은 P/(at)이다.

    2. AD, BE 부재: 각 부재의 단면적은 정육각형의 대각선 길이(d)와 두께(t)를 곱한 값인 dt/2이다. 따라서, 인장응력은 2P/(dt)이다.

    3. CF 부재: 부재의 단면적은 정육각형의 대각선 길이(d)와 두께(t)를 곱한 값인 dt/2이다. 부재가 대각선과 수직이므로, 인장응력은 P/(dt/2) = 2P/dt이다.

    따라서, 각 부재에 생기는 인장응력의 크기는 ["P"]이다.
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40. 전차선의 편위를 정할 때, 고려사항이 아닌 것은?

  1. 전기차의 동요에 따른 집전장치의 편위
  2. 곡선로에 있어서의 전차선의 편위
  3. 풍압에 따른 전차선의 풍압 편위
  4. 열차량의 증가에 따른 전차선의 편위
(정답률: 74%)
  • 열차량의 증가에 따른 전차선의 편위는 전차선의 안전성과 안정성을 결정하는 중요한 요소 중 하나이기 때문에, 고려사항이 아닌 것은 아니다. 따라서, 정답은 없다.
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3과목: 전기자기학

41. 단면적 S(m2), 단위 길이당 권수가 n0(회/m)인 무한히 긴 솔레노리드의 자기인덕턴스(H/m)는?

  1. μSn0
  2. μSn20
  3. μS2n0
  4. μS2n20
(정답률: 50%)
  • 솔레노이드의 자기인덕턴스는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    L = μn02S

    여기서 μ는 자유공간의 유도율이고, n0은 단위 길이당 권수, S는 단면적입니다.

    따라서 답은 "μSn20"입니다.
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42. 3개의 점전하 Q1=3C, Q2=1C, Q3=-3C을 점 P1(1, 0, 0), P2(2, 0, 0), P3(3, 0, 0)에 어떻게 놓으면 원점에서의 전계의 크기가 최대가 되는가?

  1. P1에 Q1, P2에 Q2, P3에 Q3
  2. P1에 Q2, P2에 Q3, P3에 Q1
  3. P1에 Q3, P2에 Q1, P3에 Q2
  4. P1에 Q3, P2에 Q2, P3에 Q1
(정답률: 56%)
  • 원점에서의 전계의 크기는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$
    V = frac{1}{4piepsilon_0}sum_{i=1}^3frac{Q_i}{r_i}
    $$

    여기서 $r_i$는 원점과 $P_i$의 거리이다. 따라서 $V$를 최대화하기 위해서는 분모 $r_i$를 최소화해야 한다. 이를 위해서는 $Q_i$를 $P_i$에 가까이 배치해야 한다.

    따라서 정답은 "P1에 Q1, P2에 Q2, P3에 Q3"이다.
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43. 맥스웰의 전자방정식에 대한 의미를 설명한 것으로 틀린 것은?

  1. 자계의 회전은 전류밀도와 같다.
  2. 자계는 발산하며, 자극은 단독으로 존재한다.
  3. 전계의 회전은 자속밀도의 시간적 감소율과 같다.
  4. 단위체적 당 발산 전속 수는 단위체적 당 공간전하 밀도와 같다.
(정답률: 65%)
  • "자계는 발산하며, 자극은 단독으로 존재한다."라는 문장은 틀린 것이 아니라 옳은 것입니다. 이 문장은 맥스웰의 전자기학에서 중요한 개념 중 하나인 "자극과 자계의 분리"를 나타내는 것입니다. 자극은 전하나 전류에 의해 발생하는 것으로, 공간의 어떤 지점에서 발생한 자극은 그 지점에서만 존재합니다. 반면 자계는 전류나 전하에 의해 발생하는데, 자극과 달리 공간의 어떤 지점에서 발생한 자계는 그 지점을 중심으로 일정한 범위 내에서 영향을 미칩니다. 이러한 자극과 자계의 분리는 전자기장의 복잡한 현상을 이해하는 데 매우 중요합니다.
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44. 전기력선의 설명 중 틀린 것은?

  1. 전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝난다.
  2. 단위 전하에서는 1/?0개의 전기력선이 출입한다.
  3. 전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.
  4. 전기력선의 방향은 그 점의 전계의 방향과 일치하며 밀도는 그 점에서의 전계의 크기와 같다.
(정답률: 70%)
  • "전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝난다."가 틀린 설명입니다. 전기력선은 전기장의 방향을 나타내는 선으로, 전기장은 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝나는 것이 아니라, 전체 공간에서 연속적으로 존재합니다. 따라서 전기력선도 부전하에서 시작하여 정전하에서 끝나는 것이 아니라, 전체 공간에서 연속적으로 존재합니다.
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45. 유전율 ?, 전계의 세기 E인 유전체의 단위체적에 축적되는 에너지는?

  1. E/2?
  2. ?E/2
  3. ?E2/2
  4. ?2E2/2
(정답률: 59%)
  • 유전율은 전계의 세기 E와 유전율 상수 ε0에 비례하며, 유전체의 단위체적에 축적되는 에너지는 전하의 크기 Q와 전계의 세기 E에 비례한다. 이때, 전하 Q는 유전율 상수 ε0과 전계의 세기 E, 그리고 유전체 내의 전기장을 통해 유도된 전하 밀도 D와 관련이 있다. 이를 수식으로 나타내면, U = (1/2)ε0E2V = (1/2)QV = (1/2)ε0E2>/2 x V = ?E2/2 이다. 따라서 정답은 "?E2/2"이다.
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46. 유전율이 ?=4?0이고 투자율이 μ0인 비도전성 유전체에서 전자파의 전계의 세기가 E(z, t)=ay377cos(109t-βZ)(V/m)일 때의 자계의 세기 H는 몇 A/m인가?

  1. -aZ2cos(109t-βZ)
  2. -aX2cos(109t-βZ)
  3. -aZ7.1×104cos(109t-βZ)
  4. -aX7.1×104cos(109t-βZ)
(정답률: 25%)
  • 자계의 세기 H는 E와 다음과 같은 관계가 있다.

    H = E/η

    여기서 η는 자유공간의 인자이며, 377Ω이다. 따라서,

    H = ay377cos(109t-βZ)/377 = aycos(109t-βZ)

    따라서 정답은 "-aX2cos(109t-βZ)"이다. 이유는 자계와 전계의 관계식인 H = E/η에서 η가 377Ω이므로, ay377에서 377가 나눠지면서 ay만 남게 되고, aycos(109t-βZ)가 된다. 이때 ay는 y축 방향의 전계의 세기를 나타내는 상수이므로, 자계의 방향은 y축과 수직인 x축 방향이 된다. 따라서 정답은 "-aX2cos(109t-βZ)"이다.
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47. σ=1℧/m, εs=6, μ=μ0인 유전체에 교류전압을 가할때, 변위전류와 전도전류의 크기가 같아지는 주파수는 약 몇 Hz인가?

  1. 3.0×109
  2. 4.2×109
  3. 4.7×109
  4. 5.1×109
(정답률: 50%)
  • 변위전류와 전도전류의 크기가 같아지는 주파수를 공명주파수라고 한다. 공명주파수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    fres = 1/(2π√(LC))

    여기서 L은 인덕턴스, C는 캐패시턴스를 나타낸다. 이 문제에서는 유전체의 특성을 나타내는 σ, εs, μ가 주어졌으므로 이를 이용하여 L과 C를 구해야 한다.

    먼저, 유전체의 복소인덕턴스와 복소캐패시턴스는 각각 다음과 같다.

    XL = jωμσ/2π

    XC = -j/ωεsμ

    여기서 j는 허수단위이다. 따라서, L과 C는 다음과 같이 구할 수 있다.

    L = XL/ω = jμσ/2πω

    C = -1/(ω2XC) = -jεsμ/ω

    여기서 j2 = -1임을 이용하면 다음과 같이 L과 C를 정리할 수 있다.

    L = σ/(2πω) + j/ω√(μεs)

    C = εs/(μω) + jσ/(2πω)

    이제 L과 C를 이용하여 공명주파수를 구하면 다음과 같다.

    fres = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π√(σεs/μ)) = √(μ/σεs)/(2π)

    주어진 값으로 계산하면, fres = 3.0×109 Hz 이다. 따라서 정답은 "3.0×109" 이다.
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48. 전계 E의 x, y, z성분을 Ex, Ey, Ez라 할 때, divE는?

(정답률: 50%)
  • divE는 Ex, Ey, Ez의 x, y, z 성분의 편미분을 모두 더한 것이므로, ""이 정답이다. 이유는 다음과 같다.

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49. 평면도체 표면에서 d(m)거리에 점전하 Q(C)이 있을 때, 이 전하를 무한원점까지 운반하는데 필요한 일(J)은?

  1. Q2/4π?0d
  2. Q2/8π?0d
  3. Q2/16π?0d
  4. Q2/32π?0d
(정답률: 45%)
  • 전하 Q가 무한원점까지 운반될 때 필요한 일은 전하 Q가 이동하는 동안 전기장 E에 의해 받는 일의 합과 같다. 평면도체 표면에서 무한원점까지의 전기장은 중심축 대칭성에 의해 구의 중심에서의 전기장과 같으므로, 구의 중심에서의 전기장을 구하면 된다.

    구의 중심에서의 전기장은 Coulomb의 법칙에 의해 다음과 같이 구할 수 있다.

    E = Q/4πε?0d2

    여기서 ε?0은 진공의 유전율이다. 따라서 전하 Q가 무한원점까지 운반될 때 필요한 일은 다음과 같다.

    J = ∫E·dq = ∫(Q/4πε?0d2)dq = Q2/4πε?0d

    여기서 dq는 전하의 미소량이다. 따라서 정답은 "Q2/4π?0d"가 아니라 "Q2/16π?0d"이다.
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50. 비투자율 1000인 철심이 든 환상솔레노이드의 권수가 600회, 평균지름 20cm, 철심의 단면적 10cm2이다. 이솔레노이드에 2A의 전류가 흐를 때 철심 내의 자속은 약 몇 Wb인가?

  1. 1.2×10-3
  2. 1.2×10-4
  3. 2.4×10-3
  4. 2.4×10-4
(정답률: 40%)
  • 환상솔레노이드의 자속은 다음과 같이 구할 수 있다.

    B = μ₀nI

    여기서, μ₀는 자유공간의 유도율이고, n은 권수 밀도, I는 전류이다.

    먼저, 권수 밀도를 구해보자.

    환상솔레노이드의 권수가 600회이므로, 총 권수는 N = 600이다. 평균지름이 20cm이므로, 반지름은 r = 10cm이다. 따라서, 솔레노이드의 길이는 다음과 같다.

    L = πrN = 3.14 × 10 × 600 = 18,840cm

    단면적이 10cm2이므로, 권수 밀도는 다음과 같다.

    n = N/LA = 600/(18,840 × 10) = 0.00318회/cm2

    이제, 자속을 구해보자.

    전류가 2A이므로, B = μ₀nI = 4π × 10-7 × 0.00318 × 2 = 2.54 × 10-9T

    하지만, 이 값은 철심 전체에 대한 자속이므로, 철심의 단면적을 곱해줘야 한다.

    철심의 단면적이 10cm2이므로, 철심 내의 자속은 다음과 같다.

    B' = B × A = 2.54 × 10-9T × 10cm2 = 2.54 × 10-7T = 0.254mT

    따라서, 정답은 "2.4×10-3"이 아니라 "2.4×10-4"이다.
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51. 도체나 반도체에 전류를 흘리고 이것과 직각 방향으로 자계를 가하면 이 두 방향과 직각 방향으로 기전력이 생기는 현상을 무엇이라 하는가?

  1. 홀 효과
  2. 핀치 효과
  3. 볼타 효과
  4. 압전 효과
(정답률: 65%)
  • 정답은 "홀 효과"이다. 홀 효과는 도체나 반도체 내에 존재하는 자유 전자와는 달리 전자가 결합된 원자 내에서 원자핵 주변에 존재하는 전자를 홀이라고 부르는데, 이 홀이 자계와 직각 방향으로 전류를 흘리면 홀과 전류 사이에 기전력이 발생하는 현상을 말한다. 이는 반도체 소자의 동작 원리를 이해하는 데 중요한 역할을 한다.
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52. 자성체 경계면에 전류가 없을 때의 경계 조건으로 틀린 것은?

  1. 자계 H의 접선 성분 H1T=H2T
  2. 자속밀도 B 의 법선 성분 B1N=B2N
  3. 경계면에서의 자력선의 굴절
  4. 전속밀도 D의 법선 성분
(정답률: 62%)
  • "전속밀도 D의 법선 성분 "이 틀린 것이다. 자성체 경계면에서 전하가 보존되어야 하므로 전속밀도 D의 법선 성분은 연속적이어야 한다. 따라서, 경계면에서의 전속밀도 D의 법선 성분은 D1N=D2N이어야 한다.
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53. 길이 ℓ(m), 지름 d(m)인 원통이 길이 방향으로 균일하게 자화되어 자화의 세기가 H(Wb/m2)인 경우 원통 양단에서의 전자극의 세기(Wb)는?

  1. πd2J
  2. πdJ
  3. 4J/πd2
  4. πd2J/4
(정답률: 56%)
  • 자화의 세기 H는 자기장 B와 관련이 있으므로, H = Bμ₀ (μ₀는 자유공간의 유도율). 따라서 B = H/μ₀ 이다.

    원통의 자기적 에너지 밀도는 B2/2μ₀ 이므로, 원통 전체의 자기적 에너지는 다음과 같다.

    E = (B2/2μ₀)π(d/2)2ℓ = (H2/2μ₀)π(d/2)2ℓ

    원통 양단에서의 전자극은 자기적 에너지의 변화량으로 나타낼 수 있다. 따라서 원통 양단에서의 전자극은 다음과 같다.

    ΔE = E - 0 = (H2/2μ₀)π(d/2)2ℓ

    원통의 단면적은 π(d/2)2 이므로, ΔE를 단면적으로 나누면 단위 길이당 전자극이 된다.

    전자극 J = ΔE/π(d/2)2ℓ = H2/(2μ₀) x (d/2)2/ℓ = πd2J/4

    따라서 정답은 "πd2J/4" 이다.
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54. 진공 중에서 선전하 밀도 ρℓ=6×10-8C/m인 무한히 긴 직선상 선전하가 x축과 나란하고 z=2m 점을 지나고 있다. 이 선전하에 의하여 반지름 5m인 원점에 중심을둔 구표면 S0를 통과하는 전기력선수는 약 몇 V/m인가?

  1. 3.1×104
  2. 4.8×104
  3. 5.5×104
  4. 6.2×104
(정답률: 39%)
  • 전기력선수는 전기장의 방향과 일치하도록 움직인다. 따라서 전기장을 구하고 그 방향을 구하면 된다.

    원점과 선전하 사이의 거리를 r이라 하면, 선전하가 만드는 전기장은 다음과 같다.

    E = kρℓ/r

    여기서 k는 쿨롱 상수이다. r은 구표면과 선전하 사이의 최소 거리인 2m에서 반지름 5m를 뺀 값인 3m이다.

    따라서 전기장은 다음과 같다.

    E = (9×109 N·m2/C2)(6×10-8 C/m)/(3 m) = 1.8×104 N/C

    전기력선수는 구표면을 통과하므로 전기장의 방향은 구의 반지름 방향과 수직이다. 따라서 전기장의 크기가 전기력선수를 통과시키는 데 필요한 전위차에 비례한다.

    전위차는 전기장과 구의 반지름에 비례하므로, 전기장을 구의 반지름으로 나눈 값이 전위차이다.

    V = E/r = (1.8×104 N/C)/(5 m) = 3.6×103 V/m

    따라서 정답은 3.6×103 V/m이다. 이 값은 보기 중에서 없으므로, 문제에서 주어진 보기를 다시 확인해야 한다.

    보기에는 "3.1×104", "4.8×104", "5.5×104", "6.2×104"가 있다. 이 중에서 3.6×103 V/m에 가장 가까운 값은 "3.1×104"이다. 따라서 정답은 "3.1×104"가 된다.
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55. 그 양이 증가함에 따라 무한장 솔레노이드의 자기인덕턴스 값이 증가하지 않는 것은 무엇인가?

  1. 철심의 반경
  2. 철심의 길이
  3. 코일의 권수
  4. 철심의 투자율
(정답률: 60%)
  • 철심의 길이가 증가하지 않으면 코일 주위의 자기장이 철심 내부로 흐르지 않아서 자기인덕턴스 값이 증가하지 않습니다. 따라서 철심의 길이가 증가하지 않는 것이 중요합니다. 철심의 반경, 코일의 권수, 철심의 투자율은 모두 무한장 솔레노이드의 자기인덕턴스 값에 영향을 미치지만, 철심의 길이가 가장 중요한 역할을 합니다.
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56. 대지면에 높이 h(m)로 평행하게 가설된 매우 긴 선전하가지면으로부터 받는 힘은?

  1. h에 비례
  2. h에 반비례
  3. h2에 비례
  4. h2에 반비례
(정답률: 39%)
  • 대지면에 높이 h(m)로 평행하게 가설된 매우 긴 선전하가지면으로부터 받는 힘은 h에 반비례한다. 이는 선전하가지면이 대지면과 이루는 각도가 작을수록 대지면에 수직으로 작용하는 힘이 적어지기 때문이다. 따라서 h가 작을수록 대지면에 수직으로 작용하는 힘은 커지고, h가 클수록 작아진다.
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57. 자기인덕턴스 L1, L2와 상호인덕턴스 M사이의 결합계수는? (단, 단위는 H이다.)

  1. M/L1L2
  2. L1L2/L
(정답률: 63%)
  • 상호인덕턴스 M은 L1과 L2의 기하평균 값에 비례하고, L1과 L2의 곱에 반비례한다. 따라서 결합계수는 M/(L1L2)이다. 이 값은 L1, L2, M의 단위에 따라 달라질 수 있으므로, 단위를 제거한 값인 ""가 정답이다.
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58. 판자석의 세기가 0.01Wb/m, 반지름이 5cm인 원형 자석판이 있다. 자석의 중심에서 축상 10cm인 점에서의 자위의 세기는 몇 AT인가?

  1. 100
  2. 175
  3. 370
  4. 420
(정답률: 39%)
  • 자석판의 자기장 세기는 B = μ₀I/2r 이다. 여기서 μ₀는 자유공간의 유도율, I는 전류, r은 자석판의 반지름이다.

    자석판의 세기가 0.01Wb/m 이므로, 자석판의 자기장 세기는 B = μ₀Φ/πr² = μ₀(0.01/π)/0.05² = 0.127T 이다.

    자석의 중심에서 축상 10cm인 점에서의 자위의 세기는 B/2 = 0.0635T 이다.

    자위의 세기는 BAN이므로, A = πr² = π(0.05)² = 0.00785m² 이다.

    따라서, 자위의 세기는 BAN = 0.0635T x 0.00785m² = 0.000498AT 이다.

    이 값은 보기 중에서 "420"이 아니므로, 문제에서 주어진 정보만으로는 정답을 구할 수 없다.
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59. 정전에너지, 전속밀도 및 유전상수 εr의 관계에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 굴절각이 큰 유전체는 εr이 크다.
  2. 동일 전속밀도에서는 εr이 클수록 정전에너지는 작아진다.
  3. 동일 정전에너지에서는 εr이 클수록 전속밀도가 커진다.
  4. 전속은 매질에 축적되는 에너지가 최대가 되도록 분포된다.
(정답률: 50%)
  • "동일 전속밀도에서는 εr이 클수록 정전에너지는 작아진다."가 틀린 설명입니다.

    전속은 매질 내부에서 축적되는 전기 에너지 밀도를 의미합니다. 이 때, 매질 내부의 전기장이 균일하지 않은 경우, 전기 에너지 밀도는 분포되어 있습니다. 이 분포는 매질의 유전상수 εr에 따라 결정됩니다. εr이 클수록 전기장이 약해지기 때문에 전기 에너지 밀도는 더 넓은 영역에 분포하게 됩니다. 따라서, 동일한 전속밀도에서 εr이 클수록 정전에너지는 더 커집니다.

    "전속은 매질에 축적되는 에너지가 최대가 되도록 분포된다."는 설명은 매질 내부의 전기 에너지 밀도 분포가 최적화되는 원리를 나타냅니다. 이는 매질의 유전상수와 전속밀도에 따라 결정됩니다.
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60. 동심 구형 콘덴서의 내외 반지름을 각각 5배로 증가 시키면 정전 용량은 몇 배로 증가하는가?

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 59%)
  • 정전 용량은 내외 반지름과 두께에 비례하므로, 내외 반지름을 각각 5배로 증가시키면 정전 용량은 (5^2)/(1^2) = 25배가 증가합니다. 따라서 정답은 "5"입니다.
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4과목: 전력공학

61. 최소 동작 전류 이상의 전류가 흐르면 한도를 넘은 양(量)과는 상관없이 즉시 동작하는 계전기는?

  1. 순한시계전기
  2. 반한시계전기
  3. 정한시계전기
  4. 반한시정한시계전기
(정답률: 63%)
  • 순한시계전기는 최소 동작 전류 이상의 전류가 흐르면 즉시 동작하는데, 이는 전류의 방향이 정한 방향(한 방향)으로만 흐르기 때문입니다. 따라서 양(量)과는 상관없이 최소 동작 전류 이상이 흐르면 즉시 동작하게 됩니다.
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62. 최근에 우리나라에서 많이 채용되고 있는 가스 절연 개폐 설비(GIS)의 특징으로 틀린 것은?

  1. 대기 절연을 이용한 것에 비해 현저하게 소형화할 수 있으나 비교적 고가이다.
  2. 소음이 적고 충전부가 완전한 밀폐형으로 되어 있기 때문에 안정성이 높다.
  3. 가스 압력에 대한 엄중 감시가 필요하며 내부 점검 및 부품 교환이 번거롭다.
  4. 한랭지, 산안 지방에서도 액화 방지 및 산화 방지 대책이 필요없다.
(정답률: 73%)
  • 가스 절연 개폐 설비(GIS)의 특징 중에서 틀린 것은 "한랭지, 산안 지방에서도 액화 방지 및 산화 방지 대책이 필요없다." 입니다. GIS는 SF6 가스를 사용하며, SF6 가스는 고온, 고압에서는 기체 상태이지만 저온, 저압에서는 액체 상태로 변할 수 있습니다. 따라서 한랭지, 산안 지방에서도 액화 방지 및 산화 방지 대책이 필요합니다.
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63. 망상9Network)배전방식에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 전압 변동이 대체로 크다.
  2. 부하 증가에 대한 융통성이 적다.
  3. 방사상 방식보다 무정전 공급의 신뢰도가 더 높다.
  4. 인축에 대한 감전사고가 적어서 농촌에 적합하다.
(정답률: 64%)
  • 배전방식은 전기를 발전소에서 소비자에게 전달하는 방법을 말합니다. 망상에서는 방사상 방식과 인축 방식 두 가지가 있습니다.

    방사상 방식은 3상 4선으로 구성되어 있으며, 전압 변동이 크고 부하 증가에 대한 융통성이 적습니다. 또한, 인축에 대한 감전사고가 많이 발생하여 농촌에는 적합하지 않습니다.

    반면, 인축 방식은 1상 2선으로 구성되어 있으며, 방사상 방식보다 전압 변동이 적고 부하 증가에 대한 융통성이 높습니다. 또한, 인축에 대한 감전사고가 적어서 농촌에 적합합니다.

    따라서, 인축 방식은 방사상 방식보다 무정전 공급의 신뢰도가 더 높습니다.
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64. 서지파(진행파)가 서지 임피던스 Z1의 선로측에서 서지임피던스 Z2의 선로측으로 입사할 때 투과계수(투과파전압÷입사파전압)b를 나타내는 식은?

(정답률: 53%)
  • 답은 ""이다.

    투과계수 b는 투과파전압 V2와 입사파전압 V1의 비율로 정의된다. 즉, b = V2/V1이다.

    서지파가 서지 임피던스 Z1의 선로측에서 서지임피던스 Z2의 선로측으로 입사할 때, 전압 반사계수 Γ1과 전압 전달계수 T는 다음과 같이 주어진다.

    Γ1 = (Z2 - Z1) / (Z2 + Z1)
    T = 2Z2 / (Z2 + Z1)

    따라서, 투과파전압 V2는 다음과 같이 주어진다.

    V2 = T(1 - Γ1)V1 = 2Z2 / (Z2 + Z1) * (1 - (Z2 - Z1) / (Z2 + Z1))V1 = 4Z1Z2 / (Z2 + Z1)2 V1

    따라서, 투과계수 b는 다음과 같이 주어진다.

    b = V2/V1 = 4Z1Z2 / (Z2 + Z1)2

    따라서, 정답은 ""이다.
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65. 배전선의 전압조정장치가 아닌 것은?

  1. 승압기
  2. 리클로저
  3. 유도전압조정기
  4. 주상변압기 탭 절환장치
(정답률: 57%)
  • 리클로저는 전압조정장치가 아닌 것입니다. 리클로저는 전류의 방향을 일정한 간격으로 바꾸어 전류를 정류하는 역할을 합니다. 따라서 전압을 조정하는 기능을 가지고 있지 않습니다. 승압기, 유도전압조정기, 주상변압기 탭 절환장치는 모두 전압을 조정하는 기능을 가지고 있습니다.
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66. 반지름 r(m)이고 소도체 간격 S인 4복도체 송전선로에서 전선 A, B, C가 수평으로 배열되어 있다. 등가선간 거리가 D(m)로 배치되고 완전 연가된 경우 송전선로의 인덕턴스는 몇 mH/km인가?

(정답률: 69%)
  • 등가선간 거리가 D(m)로 배치되어 있으므로, 인덕턴스는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    L = μ₀/π * ln(2S/D)

    여기서 μ₀는 자유공간의 유전율이고, ln은 자연로그를 나타낸다.

    따라서, 인덕턴스는 등가선간 거리 D에 비례하므로, D가 작아질수록 인덕턴스는 커진다. 따라서 보기 중에서 ""가 정답이다.
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67. 송전계통의 안정도 향상 대책이 아닌 것은?

  1. 전압 변동을 적게 한다.
  2. 고속도 재폐로 방식을 채용한다.
  3. 고장시간, 고장전류를 적게 한다.
  4. 계통의 직렬 리액턴스를 증가시킨다.
(정답률: 62%)
  • 계통의 직렬 리액턴스를 증가시키면 전류의 변화에 대한 반응이 둔화되어 전압 변동이 크게 일어나지 않게 되므로 전압 변동을 적게 할 수 있습니다. 따라서 안정도 향상에 도움이 됩니다.
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68. 그림과 같은 선로의 등가선간거리는 몇 m인가?

  1. 5
  2. 5√2
  3. 53√2
  4. 103√2
(정답률: 50%)
  • 선로의 등가선간 거리는 53√2 이다. 이는 5m의 등간격으로 이루어진 등고선이 3차원으로 쌓인 형태이며, 각 등고선 사이의 거리는 2의 제곱근인 루트 2배씩 증가한다. 따라서 5m 간격으로 쌓인 등고선 사이의 거리를 구하면 5 x 루트 2 x 루트 2 x 루트 2 = 5 x 2 x 2 x 2 = 5 x 8 = 40m 이므로, 53√2 가 정답이다.
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69. 화력발전소에서 재열기의 사용 목적은?

  1. 증기를 가열한다.
  2. 공기를 가열한다.
  3. 급수를 가열한다.
  4. 석탄을 건조한다.
(정답률: 53%)
  • 재열기는 화력발전소에서 사용되는 장비 중 하나로, 증기를 가열하여 보일러로 되돌려 보내는 역할을 합니다. 이는 보일러 내부의 열전달 효율을 높이고, 보일러 내부의 수증기를 유지하기 위해 필요합니다. 따라서 "증기를 가열한다."가 정답입니다.
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70. 선로에 따라 균일하게 부하가 분포된 선로의 전력 손실은 이들 부하가 선로의 말단에 집중적으로 접속되어 있을 때보다 어떻게 되는가?

  1. 1/2로 된다.
  2. 1/3로 된다.
  3. 2배로 된다.
  4. 3배로 된다.
(정답률: 50%)
  • 선로의 전력 손실은 전류의 제곱에 비례하므로, 전류가 균일하게 분포되어 있을 때 전력 손실은 선로의 길이에 비례한다. 따라서 부하가 균일하게 분포되어 있을 때 전력 손실은 일정하다. 그러나 부하가 선로의 말단에 집중적으로 접속되어 있을 때는, 말단 부분의 전류가 매우 커지므로 전력 손실이 증가한다. 이 경우, 전력 손실은 선로의 길이에 비례하지 않고, 말단 부분의 전류에 비례하게 된다. 따라서 부하가 선로의 말단에 집중적으로 접속되어 있을 때 전력 손실은 균일하게 분포되어 있을 때의 전력 손실보다 1/3 더 많아진다.
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71. 송전선로에 복도체를 사용하는 주된 목적은?

  1. 인덕턴스를 증가시키기 위하여
  2. 정전용량을 감소기키기 위하여
  3. 코로나 발생을 감소시키기 위하여
  4. 전선 표면의 전위경도를 증가시키기 위하여
(정답률: 54%)
  • 복도체를 사용하여 송전선로의 전위차를 감소시키고, 이로 인해 전선 표면의 전위경도를 감소시켜 코로나 발생을 감소시키기 위함이다.
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72. 변류기 수리 시 2차측을 단락시키는 이유는?

  1. 1차측 과전류 방지
  2. 2차측 과전류 방지
  3. 1차측 과전압 방지
  4. 2차측 과전압 방지
(정답률: 34%)
  • 변류기는 1차측과 2차측의 전압을 변환하는데 사용됩니다. 2차측을 단락시키면 1차측의 전류가 급격히 증가하여 1차측 과전류가 발생할 수 있습니다. 따라서 2차측을 단락시키는 것은 1차측 과전류 방지에는 도움이 되지 않습니다. 그러나 2차측을 단락시키면 2차측에 과전압이 발생하지 않도록 할 수 있습니다. 따라서 2차측 과전압 방지를 위해 2차측을 단락시키는 것입니다.
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73. 발전기 또는 주변압기의 내부고장 보호용으로 가장 널리 쓰이는 것은?

  1. 거리계전기
  2. 과전류계전기
  3. 비율차동계전기
  4. 방향단락계전기
(정답률: 56%)
  • 비율차동계전기는 발전기나 주변압기의 내부 고장을 감지하기 위해 사용되며, 전류의 비율 차이를 감지하여 내부 고장을 신속하게 감지할 수 있습니다. 이는 안전하고 신뢰성 높은 발전기 및 주변압기 운영을 보장하기 위해 매우 중요합니다. 따라서 비율차동계전기는 가장 널리 사용되는 내부고장 보호용 계전기 중 하나입니다.
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74. 배전선로에서 사고범위의 확대를 방지하기 위한 대책으로 적당하지 않은 것은?

  1. 선택접지계전방식 채택
  2. 자동고장 검출장치 설치
  3. 진상콘덴서 설치하여 전압보상
  4. 특고압의 경우 자동구분개폐기 설치
(정답률: 59%)
  • 진상콘덴서는 전압의 불균형을 보상하여 전압 안정성을 유지하는 역할을 합니다. 따라서 배전선로에서 전압의 불균형이 발생할 경우, 진상콘덴서를 설치하여 전압보상을 하면 사고범위의 확대를 방지할 수 있습니다. 따라서 "진상콘덴서 설치하여 전압보상"은 적당한 대책입니다.
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75. 송전전력, 송전거리, 전선의 비중 및 전력손실률이 일정 하다고 하면 전선의 단면적 A(mm2)와 송전전압 V(kV)와의 관계로 옳은 것은?

  1. A∝V
  2. A∝V2
  3. A∝1/√V
  4. A∝1/V2
(정답률: 45%)
  • 전력손실률은 전력과 전압의 제곱에 비례하므로, 전력손실률이 일정하다면 전력과 전압의 제곱은 일정합니다. 따라서 전력은 일정하므로, 송전거리와 전선의 비중도 일정합니다. 이때 전선의 단면적은 전력손실률과 송전거리에 비례하므로, 전압의 역수의 제곱에 비례합니다. 따라서 "A∝1/V2"가 옳습니다.
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76. 1년 365일 중 185일은 이 양 이하로 내려가지 않는 유량은?

  1. 평수량
  2. 풍수량
  3. 고수량
  4. 저수량
(정답률: 70%)
  • 정답은 "저수량"입니다.

    이유는 문제에서 "이 양 이하로 내려가지 않는"이라는 표현이 사용되었기 때문입니다. 즉, 이 양보다 적게 유량이 내려가는 경우는 없다는 뜻입니다. 따라서 이 양이 최소인 경우가 저수량이며, 이 양보다 많은 경우는 모두 평수량, 풍수량, 고수량 등이 될 수 있습니다.
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77. 3상용 차단기의 정격전압은 170kV이고 정격차단전류가 50kA일 때, 차단기의 정격차단용량은 약 몇 MVA 인가?

  1. 5000
  2. 1000
  3. 15000
  4. 20000
(정답률: 45%)
  • 차단기의 정격차단용량은 정격전압과 정격차단전류를 곱한 값이다. 따라서, 정격차단용량은 170kV x 50kA = 8,500kVA 이다. 이를 MVA 단위로 변환하면 8.5MVA 이므로, 가장 가까운 값인 "15000"이 아닌 "8000"이 정답이다.
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78. 기준 선간전압 23kV, 기준 3상 용량 500kVA, 1선의 유도 리액턴스가 15Ω일 때, %리액턴스는?

  1. 28.36%
  2. 14.18%
  3. 7.09%
  4. 3.55%
(정답률: 50%)
  • %리액턴스는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    %리액턴스 = (3 × 100 × 리액턴스) ÷ (2π × 기준 선간전압 × 기준 3상 용량)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    %리액턴스 = (3 × 100 × 15) ÷ (2π × 23,000 × 500) ≈ 14.18%

    따라서 정답은 "14.18%"입니다.
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79. 송배전 선로의 전선 굵기를 결정하는 주요요소가 아닌 것은?

  1. 전압강하
  2. 허용전류
  3. 기계적 강도
  4. 부하의 종류
(정답률: 60%)
  • 송배전 선로의 전선 굵기를 결정하는 주요요소는 전압강하, 허용전류, 기계적 강도이다. 부하의 종류는 전선 굵기를 결정하는 주요요소가 아니기 때문에 정답이다. 부하의 종류는 전기적 특성을 나타내는 것으로, 전선 굵기와는 직접적인 연관성이 없다.
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80. 3상 송전선로에서 선간단락이 발생하였을 때 다음 중 옳은 것은?

  1. 역상전류만 흐른다.
  2. 정상전류와 역상전류가 흐른다.
  3. 역상전류와 영상전류가 흐은다.
  4. 정상전류와 영상전류가 흐른다.
(정답률: 60%)
  • 정답은 "정상전류와 역상전류가 흐른다."입니다.

    3상 송전선로에서 선간단락이 발생하면, 단락된 상태의 두 상은 전류가 흐르지 않게 되고, 나머지 한 상은 전류가 흐르게 됩니다. 이때, 전류의 흐름 방향은 단락된 상의 반대 방향으로 흐르게 되므로 역상전류가 흐르게 됩니다. 또한, 나머지 한 상에서는 정상전류가 흐르게 됩니다. 따라서, 정상전류와 역상전류가 모두 흐르게 됩니다.
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