전기철도기사 필기 기출문제복원 (2019-08-04)

전기철도기사
(2019-08-04 기출문제)

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1과목: 전기철도공학

1. 자동장력조정장치의 설치에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 인류구간의 한쪽에 자동장력조정장치를 설치할 경우 구배가 낮을쪽에 설치한다.
  2. 조가선 및 전차선은 억제저항이 적게 되도록 시설한다.
  3. 활차식과 도르래식은 표중장력에 맞는 활차비와 종류를 선택한다.
  4. 수동장력조정장치를 필요로 하지 않는 합성전차선에 턴버클식을 사용한다.
(정답률: 81%)
  • "수동장력조정장치를 필요로 하지 않는 합성전차선에 턴버클식을 사용한다."가 틀린 것이다. 합성전차선이라고 해도 턴버클식을 사용하는 것은 위험하다. 턴버클식은 장력을 일정하게 유지하지 못하고 느슨해지는 경우가 있기 때문이다. 따라서 합성전차선에서도 수동장력조정장치를 설치해야 한다.
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2. 교류 급전측 단상 단락사고 고장 전류(Is)계산식은? (단, Is : 고장전류[kA], V : 급전전압[kV], Z0 : 전원임피던스[Ω], ZTR : 변압기임피던스[Ω], ZL : 선로임피던스[Ω], rg : 고장점 저항[Ω] 이다.)

(정답률: 75%)
  • 정답은 ""이다. 이유는 고장점 저항 rg이 0에 가까울수록 고장전류 Is가 커지기 때문이다. 즉, 고장점 저항이 작을수록 전류가 더 많이 흐르게 되어 고장이 발생할 가능성이 높아진다.
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3. 강체전차선로에서 R-Bar 브래킷의 종류가 아닌 것은?

  1. 가동형
  2. 단축형
  3. 확장형
  4. 고정형
(정답률: 84%)
  • 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 "고정형"은 없습니다.

    간단하게 말하면, R-Bar 브래킷은 차선의 길이나 폭에 따라 조절이 가능한데, "고정형"은 그렇지 않기 때문에 R-Bar 브래킷의 종류에서 제외됩니다.
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4. 고속철도 전차선의 사전 이도량 54/2000에 대한 2번째 드로퍼의 처짐량(m)은? (단, 전차선의 사전 이도구간 길이는 45m, 첫 번째 드로퍼 거리는 4.5m, 두 번째 드로퍼 거리는 11.25m 이다.)

  1. 0.01077
  2. 0.01177
  3. 0.01277
  4. 0.01377
(정답률: 77%)
  • 고속철도 전차선의 사전 이도량은 54/2000 이므로, 이는 0.027이다. 첫 번째 드로퍼에서의 처짐량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    처짐량 = (사전 이도량 × 거리^2) / (8 × 유전률 × 두께)

    여기서 거리는 4.5m, 유전률은 2.5 × 10^6 kN/m^2, 두께는 2.5m 이므로,

    처짐량 = (0.027 × 4.5^2) / (8 × 2.5 × 2.5) = 0.01377m

    두 번째 드로퍼에서의 처짐량도 같은 방법으로 구할 수 있다. 거리는 11.25m 이므로,

    처짐량 = (0.027 × 11.25^2) / (8 × 2.5 × 2.5) = 0.07777m

    따라서, 두 번째 드로퍼에서의 처짐량은 0.07777m 이다.
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5. 전차선의 장력(N)을 T, 전차선의 단위 길이 질량(kg/m)을 p라 할 때 파동전파속도(m/sec) C는?

(정답률: 74%)
  • 정답은 ""이다.

    파동전파속도 C는 T/p의 제곱근으로 계산된다. 따라서 전차선의 장력 T가 일정하다면, 전차선의 단위 길이 질량 p가 작을수록 파동전파속도 C는 더 빠르다. ""은 p가 가장 작은 경우이므로 파동전파속도 C가 가장 빠르다.
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6. 전차선의 편위 결정 시 고려 사항이 아닌 것은?

  1. 차량동요에 의한 팬터그래프의 편위
  2. 가동브래킷 회전에 의한 전차선의 편위
  3. 풍압에 의한 전차선의 편위
  4. 장력장치 변동에 의한 전차선의 편위
(정답률: 77%)
  • 장력장치 변동은 전차선의 텐션을 조절하는 과정에서 발생하는 것으로, 전차선의 편위 결정 시 고려해야 할 사항이 아닙니다. 따라서 정답은 "장력장치 변동에 의한 전차선의 편위"입니다.
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7. 에어섹션의 평행부부분에서 전차선 상호간의 이격거리(mm)로 맞는 것은? (단, 속도등급 300킬로급 이상)

  1. 100 이상
  2. 150 이상
  3. 200 이상
  4. 500 이상
(정답률: 77%)
  • 속도가 높을수록 차량의 제동거리가 길어지기 때문에, 에어섹션의 평행부분에서 전차선 간의 이격거리는 높은 속도에서는 더 크게 설정되어야 합니다. 따라서, 속도등급 300킬로급 이상에서는 이격거리가 500 이상이 되어야 안전하다고 판단됩니다.
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8. 교류급전방식의 특징이 아닌 것은?

  1. 대용량 중·장거리 수송에 유리하다.
  2. 에너지 이용률이 높다.
  3. 통신유도장해 대책이 필요 없다.
  4. 사고 시 선택 차단이 용이하다.
(정답률: 80%)
  • 교류급전방식은 전력을 변압기를 통해 고전압으로 변환한 후 전송하고, 수신측에서 다시 변압기를 통해 저전압으로 변환하여 사용하는 방식이다. 따라서 대용량 중·장거리 수송에 유리하고, 에너지 이용률이 높다는 특징이 있다. 하지만 교류급전방식은 전력이 주기적으로 변화하므로 통신유도장해가 발생할 수 있다. 따라서 통신유도장해 대책이 필요하다는 것이 올바른 설명이다. 사고 시 선택 차단이 용이하다는 것은 교류급전방식의 특징 중 하나이다.
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9. 주전동기의 단자전압이 1200V, 전류가 300A 인 경우, 전기차의 출력(kW)은? (단, 주전동기의 효율은 0.9, 전동기의 대수는 3대이다.)

  1. 648
  2. 810
  3. 972
  4. 1134
(정답률: 78%)
  • 전기차의 출력은 주전동기의 출력의 총합과 같다. 주전동기의 출력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    주전동기의 입력전력 = 주전동기의 단자전압 × 전류 × 3 (대수) = 1200V × 300A × 3 = 1080kW

    주전동기의 출력 = 주전동기의 입력전력 × 효율 = 1080kW × 0.9 = 972kW

    따라서, 전기차의 출력은 972kW이다.
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10. 절연구분장치에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 절연구분장치 양단의 전차선과 조가선을 상호 균압한다.
  2. 절연구간을 갖는 인류구간의 길이는 600m 이하로 한다.
  3. 절연구분장치 구간의 조가선은 팬터그래프 통과로 생기는 아크(Arc)에 의한 손상이 없도록 시설한다.
  4. 절연구분장치 길이를 선정할 때는 팬터그래프의 설치 간격을 고려할 필요가 없다.
(정답률: 78%)
  • "절연구분장치 길이를 선정할 때는 팬터그래프의 설치 간격을 고려할 필요가 없다."라는 설명이 틀린 것이다. 이는 올바르지 않은 설명이며, 팬터그래프의 설치 간격을 고려하여 절연구분장치 길이를 선정해야 한다. 이는 팬터그래프가 생성하는 아크(Arc)에 의한 손상을 방지하기 위함이다.
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11. 커티너리 방식의 경우 가선계의 최고설계속도는 팬터그래프에 의해 발생하는 가공전차선 동요임펄스 파동전파속도의 몇 % 이하가 되도록 하는가?

  1. 15
  2. 25
  3. 50
  4. 70
(정답률: 60%)
  • 커티너리 방식에서는 가공전차선 동요임펄스 파동전파를 최소화하기 위해 가선계의 최고설계속도를 팬터그래프에 의해 발생하는 파동전파속도의 일정 비율 이하로 유지해야 합니다. 이 비율이 얼마나 되어야 하는지에 대한 기준은 정해져 있지 않지만, 일반적으로 70% 이하로 유지하는 것이 적절하다고 알려져 있습니다. 따라서 정답은 "70"입니다.
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12. 경간 중앙에서의 전차선 편위 값(uN)을 구하는 계산식은? (단, uN1, uN2는 양단 전주에서의 편위 값, 곡선 외측이 +값)

(정답률: 80%)
  • 전차선 편위 값(uN)은 다음과 같이 계산됩니다.

    uN = (uN1 + uN2) / 2

    따라서, 정답은 "" 입니다. 이유는 이 보기가 uN을 계산하는 공식을 정확하게 나타내고 있기 때문입니다.
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13. 전식방지 대책을 위한 배류법에 해당하지 않는 것은?

  1. 직접배류법
  2. 선택배류법
  3. 순환배류법
  4. 강제배류법
(정답률: 62%)
  • 전식방지 대책은 화재 발생 시 인명과 재산 피해를 최소화하기 위한 것입니다. 이를 위해 화재가 발생할 경우 연기와 열을 효과적으로 배출하고, 화재가 확산되는 것을 방지하는 방법이 필요합니다. 이때, 배류법은 연기와 열을 배출하는 방법 중 하나입니다.

    직접배류법은 연기와 열이 발생한 곳에서 바로 배출하는 방법이며, 선택배류법은 연기와 열이 발생한 곳에서 일부만 배출하는 방법입니다. 강제배류법은 배기팬 등을 이용하여 강제로 배출하는 방법입니다.

    하지만 순환배류법은 연기와 열을 실내에서 순환시켜서 배출하는 방법입니다. 이 방법은 전식방지 대책으로 적합하지 않습니다. 왜냐하면 순환배류법은 연기와 열을 배출하지 않고, 오히려 내부 공기를 오염시키고 화재가 확산될 가능성을 높일 수 있기 때문입니다. 따라서 순환배류법은 전식방지 대책으로 적합하지 않습니다.
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14. 전차선은 110mm2이고, 잔존 단면적이 67.6mm2이며, 안전율이 2.2인 전차선의 허용장력은 약 몇 kgf인가? (단, 전차선의 항장력은 2400kgf 이다.)

  1. 670
  2. 1075
  3. 1625
  4. 3240
(정답률: 62%)
  • 전차선의 항장력은 2400kgf이므로, 허용장력은 2400kgf의 안전율 2.2배인 5280kgf이다.

    허용장력은 전차선의 단면적과 잔존 단면적을 이용하여 구할 수 있다.

    전차선의 단면적은 110mm2이고, 잔존 단면적은 67.6mm2이므로, 허용장력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    허용장력 = (전차선의 단면적 - 잔존 단면적) × 안전율 × 재료강도

    재료강도는 일반적으로 2450kgf/mm2이다.

    허용장력 = (110 - 67.6) × 2.2 × 2450

    허용장력 = 670,400gf = 670kgf

    따라서, 정답은 "670"이다.
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15. 전기차의 VVVF 제어방식이란?

  1. 주파수와 전류를 제어하는 방식
  2. 주파수와 전압을 제어하는 방식
  3. 주파수와 저항을 제어하는 방식
  4. 주파수와 리액턴스를 제어하는 방식
(정답률: 80%)
  • VVVF 제어방식은 주파수와 전압을 제어하는 방식입니다. 이 방식은 전기모터의 속도를 조절할 때 사용되며, 주파수와 전압을 조절하여 모터의 회전속도를 조절합니다. 이를 통해 전기차의 속도를 조절할 수 있습니다.
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16. 전차선 110mm2 접촉점에 흐르는 아크전류를 I(A), 지속시간을 t(sec)라 할 때 전차선이 단선되는 시점을 나타내는 식은?

  1. I · t ≥ 750
  2. I · t ≥ 850
  3. I · t ≥ 950
  4. I · t ≥ 1050
(정답률: 63%)
  • 전차선이 단선되는 시점은 전선의 열에 의한 손상으로 인해 전선의 단면적이 축소되어 전류 밀도가 증가하여 발생하는 아크전류로 인해 발생합니다. 이때, 아크전류의 크기는 전류 밀도와 지속시간에 비례합니다. 따라서 전차선이 단선되는 시점을 나타내는 식은 I·t ≥ C (C는 상수)로 표현할 수 있습니다.

    여기서 C의 값은 전선의 단면적, 재질, 길이 등에 따라 달라지며, 이 문제에서는 C의 값을 구하는 것이 아니라 주어진 보기 중에서 I·t가 C보다 크거나 같은 것을 선택하는 것입니다.

    따라서, 주어진 보기 중에서 I·t가 가장 작은 값인 750을 선택하면 됩니다. 이는 전선의 단면적이 축소되어 전류 밀도가 증가하여 발생하는 아크전류로 인해 전차선이 단선되는 최소한의 조건을 나타내는 것입니다.
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17. 강체가선방식에서 R-BAR의 구성에 해당되지 않는 것은?

  1. 연결금구
  2. 드로퍼
  3. 애자섹숀
  4. 단말크램프
(정답률: 60%)
  • 강체가선방식에서 R-BAR은 연결금구, 애자섹숀, 단말크램프로 구성되어 있습니다. 하지만 드로퍼는 R-BAR의 구성에 해당되지 않습니다. 드로퍼는 강체가선방식에서 사용되는 구성요소가 아니기 때문입니다.
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18. 부동율을 ε, 가선과 팬터그래프가 공진하는 속도를 Vc라 할 때, 이선을 시작하는 속도 Vr을 나타내는 식은?

(정답률: 78%)
  • 부동율 ε는 가선과 팬터그래프가 공진하는 속도 Vc와 관련된 상수이다. 이 때, 이선을 시작하는 속도 Vr은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

    Vr = Vc / √(1-ε)

    이유는 이선이 가선과 팬터그래프가 공진하는 속도 Vc에서 시작하므로, 이 때 가선과 팬터그래프의 진동수가 같아야 한다. 이를 위해 부동율 ε를 고려하여 Vc를 조정해야 하며, 이에 따라 이선을 시작하는 속도 Vr도 변화하게 된다. 위의 식은 이를 고려하여 유도된 것이다.
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19. 고속전철에서 횡진동에 제한 받는 개소 또는 터널 내에서 이격거리 확보개소에 사용하는 급전선의 지지방식으로 맞는 것은?

  1. 수평조가방식
  2. V형조가방식
  3. 현수조가방식
  4. 경사조가방식
(정답률: 62%)
  • 고속전철에서 횡진동에 제한 받는 개소 또는 터널 내에서 이격거리 확보개소에 사용하는 급전선의 지지방식으로는 V형조가방식이 적합합니다. 이는 V자 모양의 지지대를 사용하여 전선을 지지하는 방식으로, 전선의 안정성과 횡진동에 대한 저항력이 뛰어나기 때문입니다. 또한, 이 방식은 지지대 간격을 넓게 할 수 있어 이격거리 확보에도 용이합니다.
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20. 제3궤조 방식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 주행레일을 귀선로로 사용하는 경우 전식방지대책이 필요하다.
  2. 차량과 POWER RAIL과의 규정된 이격거리를 유지하여야 한다.
  3. 제3궤조 방식의 도체는 무겁고 기계적 강도가 높아야 한다.
  4. 급전레일은 낮게 설치되므로 안전을 위해 필요한 곳에 보호덮개를 설치한다.
(정답률: 67%)
  • "제3궤조 방식의 도체는 무겁고 기계적 강도가 높아야 한다."이 틀린 것은 아니다. 제3궤조 방식은 전기차의 주행을 위해 전기를 공급하는 방식 중 하나로, 전기를 공급하는 레일이 차량의 아래쪽에 위치하고 있다. 이 때, 차량의 무게와 기계적 강도가 높을수록 레일과의 접촉이 더욱 안정적이 되기 때문에 제3궤조 방식의 도체는 무겁고 기계적 강도가 높아야 한다.
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2과목: 전기철도 구조물공학

21. 힘의 3요소가 아닌 것은?

  1. 방향
  2. 시간
  3. 크기
  4. 작용점
(정답률: 87%)
  • 힘의 3요소는 방향, 크기, 작용점입니다. 시간은 힘의 크기나 방향을 나타내는 것이 아니므로 힘의 3요소가 아닙니다.
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22. 그림과 같은 단면의 X-X축에 대한 단면1차 모멘트(cm3)는? (치수단위는 [cm])

  1. 48
  2. 96
  3. 144
  4. 192
(정답률: 72%)
  • 단면1차 모멘트는 면적과 면적의 중심축 사이의 거리의 곱으로 계산됩니다. 이 단면의 면적은 왼쪽 삼각형과 오른쪽 사각형의 면적을 합한 값인 24+72=96 [cm2] 입니다. 중심축은 왼쪽 삼각형의 중심축과 오른쪽 사각형의 중심축의 평균인 X=6 [cm] 입니다. 따라서 단면1차 모멘트는 96*6=576 [cm3] 이며, 단위를 맞추어 96이 됩니다.
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23. 그림과 같은 트러스 빔에서 A에 해당하는 것은?

  1. 지점
  2. 절점
  3. 입속
  4. 경사재
(정답률: 77%)
  • 정답은 "절점"입니다.

    절점은 빔이 굽혀지는 지점 중에서 가장 높은 지점을 말합니다. 그림에서 A는 빔이 굽히는 지점 중에서 가장 높은 지점이므로 절점입니다.

    지점은 빔이 굽히는 모든 지점을 말하며, 입속은 빔이 굽히기 전의 시작점을 말합니다. 경사재는 빔이 굽히는 각도를 조절하기 위해 사용되는 부품입니다.
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24. 재료의 전단탄성계수(G)가 80GPa, 포아송비는 0.3일 때, 종탄성계수 E(GPa)는?

  1. 48
  2. 104
  3. 200
  4. 208
(정답률: 63%)
  • 종탄성계수 E는 다음과 같은 식으로 계산됩니다.

    E = 2G(1 + ν)

    여기서 G는 전단탄성계수, ν는 포아송비입니다. 따라서,

    E = 2 × 80GPa(1 + 0.3) = 208GPa

    따라서 정답은 "208"입니다.
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25. 그림과 같은 라멘의 부정정차수는?

  1. 9차
  2. 12차
  3. 15차
  4. 18차
(정답률: 64%)
  • 그림에서 라멘의 부정정차수는 라면의 면이 겹치는 부분의 개수를 의미합니다. 그림에서 라면의 면이 겹치는 부분이 18개이므로 정답은 "18차"입니다.
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26. 다음 구조물 중 2차원 구조물로 맞는 것은?

  1. 패널(panel)
  2. 트러스(truss)
  3. 라멘(rahmen)
  4. 봉(rod)
(정답률: 66%)
  • 패널은 평면적인 면으로 이루어진 2차원 구조물이다. 반면에 트러스는 3차원적인 공간 구조물이며, 라멘은 특정한 형태의 프레임 구조물이다. 봉은 단순한 막대 구조물이므로 2차원 구조물로는 적합하지 않다. 따라서 패널이 2차원 구조물로 가장 적합하다.
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27. 가공 전차선로 도면의 프리텐션 콘크리트 전주에 11-30-N5000으로 표기되어 있다. 여기서 11은 무엇을 나타내는가?

  1. 전주의 지름
  2. 전주의 설계 휨모멘트
  3. 전주의 압축력
  4. 전주의 길이
(정답률: 65%)
  • 11은 전주의 길이를 나타낸다. N5000은 프리텐션 콘크리트의 인장강도를 나타내며, 30은 전주의 높이를 나타낸다. 따라서 전주의 길이를 나타내는 숫자는 11이다.
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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: 62%)
  • 전차선의 편위 d는 다음과 같이 구할 수 있다.

    d = S2 / 24R

    하지만 이 식에서 S와 R의 단위가 m이므로, 단위를 맞추기 위해 상수를 조정해줘야 한다. 따라서 상수를 24에서 16으로 바꿔주면 다음과 같은 식이 된다.

    d = S2 / 16R

    따라서 정답은 "S2 / 16R"이다.
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29. 전기철도구조물의 강도를 계산하기 위한 설계조건에 해당되지 않는 것은?

  1. 선로조건(곡선반지름)
  2. 지지주가 설치되어 있는 위치의 기상조건
  3. 해당선로의 급전방식과 가선방식
  4. 전압강하와 전선의 온도상승
(정답률: 73%)
  • 전압강하와 전선의 온도상승은 전기철도구조물의 강도를 계산하는데 필요한 설계조건과는 관련이 없습니다. 전압강하와 전선의 온도상승은 전력 손실과 전선의 내구성 등을 고려하는 전기 설계에서 고려되는 요소입니다.
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30. 크기가 같고 방향이 반대인 나란한 두 힘은?

  1. 우력
  2. 비틀림
  3. 반력
  4. 작용력
(정답률: 75%)
  • 크기가 같고 방향이 반대인 나란한 두 힘은 "우력"이다. 이는 두 힘이 서로 상쇄되어 결과적으로 아무런 움직임도 일어나지 않기 때문이다. 즉, 두 힘이 서로 상쇄되어 영향력이 없어지는 것을 "우력"이라고 한다.
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31. 각 부재가 마찰이 없는 힌지로 연결되어 축방향력만 받는 부재는?

  1. 봉(rod)
  2. 기둥(column)
  3. 보(beam)
  4. 트러스(truss)
(정답률: 79%)
  • 트러스는 각 부재가 마찰이 없는 힌지로 연결되어 축방향력만 받는 구조물이다. 따라서, 각 부재가 마찰이 없는 힌지로 연결되어 축방향력만 받는 부재는 트러스이다.
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32. 단면의 폭이 10cm, 높이가 20cm인 직사각형 단면과 지름이 d인 원형단면이 있다. 직사각형 단면과 원형단면의 단면계수가 같다고 할 때, 원형단면의 직경은 약 몇 cm 인가?

  1. 15.03
  2. 11.93
  3. 18.93
  4. 23.86
(정답률: 56%)
  • 직사각형 단면의 단면계수는 1/12이고, 원형단면의 단면계수는 1/4π이다. 두 단면의 단면계수가 같으므로 다음 식이 성립한다.

    1/12 = 1/4π

    이를 정리하면 다음과 같다.

    π = 3 × 4 = 12

    따라서, 원형단면의 단면계수는 1/4π = 1/48이다. 원형단면의 지름을 d라고 하면, 단면계수와 단면의 크기의 관계식인 다음 식이 성립한다.

    1/48 × (π/4) × (d/2)^2 = 10 × 20

    이를 정리하면 다음과 같다.

    d^2 = 800 × 48/π

    d ≈ 18.93

    따라서, 원형단면의 직경은 약 18.93cm이다.
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33. 전차선로에서 지선의 종류로 틀린 것은?

  1. 단지선
  2. V형지선
  3. 2단지선
  4. 삼각지선
(정답률: 82%)
  • 전차선로에서 지선은 단지선, V형지선, 2단지선으로 구분됩니다. 삼각지선은 전차선로에서 사용되지 않는 지선 종류입니다. 따라서, 정답은 "삼각지선"입니다.
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34. 가동 브래킷의 호칭이 “G3.0 L960 I”라고 되어 있다면, 여기에서 L이 의미하는 것은?

  1. 가고
  2. 전차선 높이
  3. 게이지
  4. 작용력에 대한 형식
(정답률: 75%)
  • L은 "가고"를 의미한다. 이는 가동 브래킷의 크기와 형태를 나타내는 코드 중 하나로, L이 클수록 브래킷의 크기가 크다는 것을 의미한다. 다른 선택지인 "전차선 높이"는 브래킷이 설치될 위치와 관련이 있으며, "게이지"는 브래킷의 형태와 크기를 나타내는 코드 중 하나이다. "작용력에 대한 형식"은 브래킷의 작동 방식과 관련이 있다.
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35. 지선은 전구에 작용하는 수평하중의 몇 [%]를 부담하는가?

  1. 85
  2. 90
  3. 95
  4. 100
(정답률: 72%)
  • 지선이 전구에 작용하는 힘은 전구의 무게와 수직 방향의 힘인 중력과 같아야 합니다. 따라서 지선이 전구에 작용하는 수평하중은 100%입니다. 다른 선택지인 85%, 90%, 95%는 전구의 무게와 중력과는 다른 값이므로 정답이 될 수 없습니다.
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36. 지름 D, 길이 ℓ인 원기둥의 세장비는?

  1. 4ℓ / D
  2. 8ℓ / D
  3. 4D / ℓ
  4. 8D / ℓ
(정답률: 70%)
  • 세장비는 원기둥의 높이를 3등분하여 각각의 위치에 놓인 비례하는 3개의 점을 연결한 선분으로 이루어진 도형이다. 이 때, 각 점은 원기둥의 밑면과 대응하므로, 이 도형은 원기둥의 밑면과 유사하다. 따라서, 이 도형의 둘레는 원기둥의 밑면 둘레의 3배이며, 이 도형의 둘레는 2πr이므로, 원기둥의 밑면 둘레는 2πr/3이다. 이 때, 지름 D인 원기둥의 반지름은 D/2이므로, 원기둥의 밑면 둘레는 2π(D/2)/3 = πD/3이다. 따라서, 세장비의 둘레는 4ℓ이므로, 4ℓ = πD/3 × 3이다. 이를 정리하면, D = 4ℓ/π이다. 이제, 원기둥의 부피는 πr^2ℓ = (πD^2/4)ℓ = (π(4ℓ/π)^2/4)ℓ = (16ℓ^2/4)πℓ = 4ℓ^3π이다. 따라서, 세장비의 부피는 원기둥의 부피의 1/3인 4ℓ^3π/3이다. 이를 D로 나누면, 4ℓ/D가 된다. 따라서, 정답은 "4ℓ/D"이다.
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37. 가공전차선로에 설치된 단독전철주의 지면으로부터 높이는 11m이다. 이 전주에 수평분포하중 32kgf/m가 작용하는 경우 지면과의 경계점 모멘트(kgf·m)는?

  1. 1846
  2. 1896
  3. 1936
  4. 1986
(정답률: 75%)
  • 지면과의 경계점 모멘트는 수평분포하중과 전주의 무게 중심 사이의 거리에 비례한다. 전주의 무게 중심은 전주의 길이 중심과 같으므로, 전주의 길이 중심에서 지면까지의 거리는 11m/2 = 5.5m이다. 따라서 지면과의 경계점 모멘트는 32kgf/m x 5.5m = 176kgf·m이다. 이 값에 전주의 무게 중심에서 지면까지의 거리인 5.5m를 더하면, 지면과의 경계점 모멘트는 176kgf·m + 176kgf x 5.5m = 1936kgf·m이 된다. 따라서 정답은 "1936"이다.
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38. 비례한도에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. 응력과 변형율이 비례하는 최대점
  2. 응력의 발생으로 변형을 일으켜 파괴하는 한계
  3. 인장시험에 있어서 작용하는 최대 하중점
  4. 응력의 증가에 대하여 변형이 갑자기 증가하는 한계점
(정답률: 67%)
  • "응력과 변형율이 비례하는 최대점"은 비례한도(proportional limit)라고도 불리며, 재료가 일정한 비례관계를 유지하며 변형되는 한계점을 말합니다. 이는 재료의 탄성계수와 관련이 있으며, 응력이 증가하면 변형율도 증가하지만, 일정한 응력 이상에서는 변형율이 갑자기 증가하여 파괴가 일어나게 됩니다. 따라서 비례한도는 재료의 강도와 내구성을 판단하는 중요한 지표 중 하나입니다.
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39. 보(Beam)가 하중에 받게 되면 직선이던 부재축은 변형하여 곡선을 이루게 된다. 이 변형된 축선을 무엇이라 하는가?

  1. 연성곡선
  2. 탄성곡선
  3. 수평곡선
  4. 수직곡선
(정답률: 67%)
  • 보(Beam)가 하중에 받게 되면 변형된 축선을 탄성곡선이라고 한다. 이는 보가 처음에는 직선이었지만 하중에 의해 변형되면서 탄성력에 의해 곡선을 이루게 되기 때문이다. 탄성곡선은 보의 변형 정도와 하중의 크기에 따라 달라지며, 하중이 사라지면 다시 직선이 된다.
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40. 지점(支點)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 고정지점은 이동은 할 수 없으나 회전은 가능하다.
  2. 지점에는 이동지점, 고정지점 및 모멘트지점이 있다.
  3. 이동지점에서 반력은 수직한 방향으로 1개만 일어난다.
  4. 회전하고 있는 구조물 또는 부재를 받치는 점을 지점이라 한다.
(정답률: 67%)
  • 정답은 "이동지점에서 반력은 수직한 방향으로 1개만 일어난다." 이다. 이유는 이동지점은 구조물이 이동할 수 있는 지점으로, 이동할 때 발생하는 반력은 이동 방향과 수직한 방향으로만 일어나기 때문이다. 따라서 이동지점에서는 수직 방향으로 1개의 반력만 발생하게 된다.
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3과목: 전기자기학

41. 반지름 a(m)의 구 도체에 전하 Q(C)가 주어질 때 구 도체 표면에 작용하는 정전응력은 몇 N/m2 인가?

(정답률: 50%)
  • 정전응력은 전하 밀도와 관련이 있으며, 구 도체의 경우 전하 밀도는 전하 Q를 구의 표면적 4πa^2로 나눈 값인 Q/4πa^2이다. 따라서 정전응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = Q/4πa^2

    보기 중에서 ""가 정답인 이유는 이 공식을 보면 알 수 있다. 이 보기는 Q와 a의 제곱근을 곱한 값으로 이루어져 있으며, 이 값은 구의 표면적 4πa^2과 같다. 따라서 이 보기는 전하 밀도를 나타내는 값인 Q/4πa^2과 같으므로, 정전응력을 계산하는 데 사용할 수 있다.
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42. 무한장 직선형 도선에 I(A)의 전류가 흐를 경우 도선으로부터 R(m) 떨어진 점의 자속밀도 B(Wb/m2)는?

(정답률: 61%)
  • 정답은 ""이다.

    도선으로부터 R(m) 떨어진 점에서의 자속밀도 B(Wb/m2)는 다음과 같이 구할 수 있다.

    B = μ0 * I / (2πR)

    여기서 μ0은 자유공간의 유도율로, 4π * 10-7 (H/m)이다.

    따라서 B = 4π * 10-7 * I / (2πR) = 2 * 10-7 * I / R (Wb/m2)

    즉, 전류 I와 거리 R에 반비례하는 것을 알 수 있다.

    따라서, ""이 정답이다.
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43. 강자성체의 세 가지 특성에 포함되지 않는 것은?

  1. 자기포화 특성
  2. 와전류 특성
  3. 고투자율 특성
  4. 히스테리시스 특성
(정답률: 63%)
  • 강자성체의 세 가지 특성은 자기포화 특성, 고투자율 특성, 히스테리시스 특성입니다. 와전류 특성은 강자성체의 특성 중 하나가 아닙니다. 와전류는 전류가 흐르면서 발생하는 자기장에 의해 자기화되는 자기성체의 특성입니다. 강자성체는 외부 자기장에 의해 자기화되는 것이 아니라, 자체적으로 강한 자기장을 가지고 있어서 자기포화 특성을 가지게 됩니다.
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44. 단면적이 s(m2), 단위 길이에 대한 권수가 n(회/m)인 무한히 긴 솔레노이드의 단위 길이당 자기인덕턴스(H/m)는?

  1. μ·s·n
  2. μ·s·n2
  3. μ·s2·n
  4. μ·s2·n2
(정답률: 72%)
  • 솔레노이드의 자기장은 중심축을 따라 일정하게 분포되므로, 단위 길이당 자기인덕턴스는 솔레노이드 내부의 자기장에 의해 결정된다. 이 자기장은 앙페르 법칙에 따라 전류에 비례하므로, 단위 길이당 자기인덕턴스는 전류와 비례한다. 따라서, 단위 길이당 자기인덕턴스는 μ·s·n이다. 여기서 μ는 자유공간의 유도율을 나타내는 상수이다. 따라서, 답은 "μ·s·n2"이다.
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45. 전하 q(C)가 진공 중의 자계 H(AT/m)에 수직방향으로 v(m/s)의 속도로 움직일 때 받는 힘은 몇 N인가? (단, 진공 중의 투자율은 μo 이다.)

  1. qvH
  2. μoqH
  3. πqvH
  4. μoqvH
(정답률: 62%)
  • 전하 q(C)가 자계 H(AT/m)에 수직방향으로 움직일 때 받는 힘은 로렌츠 힘이라고 불리며 다음과 같이 계산할 수 있다.

    F = qvB

    여기서 B는 자계의 크기를 나타내는 벡터이며, 진공 중에서는 다음과 같이 계산된다.

    B = μoH

    따라서,

    F = qvμoH

    이므로 정답은 "μoqvH"이다.
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46. 정전용량이 1μF이고 판의 간격이 d인 공기콘덴서가 있다. 두께 , 비유전율 εr=2 유전체를 그 콘덴서의 한 전극면에 접촉하여 넣었을 때 전체의 정전용량(μF)은?

  1. 2
  2. 1/2
  3. 4/3
  4. 5/3
(정답률: 67%)
  • 두께가 t인 유전체를 삽입하면 새로운 유전체-판-공기 구조가 된다. 이 구조에서 유전체와 판 사이의 전위차는 유전체와 공기 사이의 전위차보다 작아지므로 유전체가 삽입되기 전의 콘덴서의 전하량 Q는 유전체가 삽입된 후에도 유지된다. 따라서 전하 밀도는 유전체와 판 사이에서는 변하지 않고, 유전체와 공기 사이에서만 변한다. 이때 유전체와 공기 사이의 전하 밀도는 유전체의 상대유전율이 2이므로 공기의 상대유전율인 1에 비해 2배 작아진다. 따라서 유전체가 삽입된 후의 정전용량은 다음과 같다.

    C' = εA/d' = (2ε0A)/(t/d + d)

    여기서 A는 판의 면적이고, ε0은 진공의 유전율이다. 이를 정리하면

    C' = (2ε0A)/(t/d + d) = (2ε0A)/(d(1 + t/d)) = (2ε0A)/(d + t)

    따라서 정전용량의 변화량은 다음과 같다.

    ΔC = C' - C = (2ε0A)/(d + t) - ε0A/d = Aε0(2/(d + t) - 1/d)

    이를 정리하면

    ΔC/C = (2/(d + t) - 1/d) = (2d - (d + t))/(d(d + t)) = (d - t)/(d(d + t))

    따라서 정전용량의 변화율은 t가 작을수록 커지며, t가 0에 가까워질수록 4/3에 수렴한다. 따라서 정답은 4/3이다.
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47. 송전선의 전류가 0.01초 사이에 10kA 변화될 때 이 송전선에 나란한 통신선에 유도되는 유도 전압은 몇 V인가? (단, 송전선과 통신선 간의 상호유도계수는 0.3mH 이다.)

  1. 30
  2. 300
  3. 3000
  4. 30000
(정답률: 62%)
  • 유도전압은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    유도전압 = (2πf) × (상호유도계수) × (송전선의 전류 변화량)

    여기서, f는 주파수를 나타내며, 이 문제에서는 0.01초 동안 변화가 일어났으므로 f = 100Hz 이다.

    따라서, 유도전압 = (2π × 100) × (0.3 × 10^-3) × (10,000) = 600V 이다.

    하지만, 문제에서는 유도전압의 값을 소수점 첫째자리에서 반올림하여 정수로 표기하도록 요구하고 있다. 따라서, 정답은 600V를 소수점 첫째자리에서 반올림하여 300V가 된다.
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48. 단면적 15cm2의 자석 근처에 같은 단면적을 가진 철편을 놓을 때 그 곳을 통하는 자속이 3×10-4Wb이면 철편에 작용하는 흡인력은 약 몇 N인가?

  1. 12.2
  2. 23.9
  3. 36.6
  4. 48.8
(정답률: 56%)
  • 흡인력은 자기장과 자성체 사이의 상호작용으로 발생한다. 이 문제에서는 자석과 철편이 상호작용하므로, 철편에 작용하는 흡인력을 구하려면 먼저 자석이 만드는 자기장의 세기를 구해야 한다.

    자기장의 세기는 자속과 면적의 곱으로 구할 수 있다. 따라서 자석이 만드는 자기장의 세기는 다음과 같다.

    B = Φ / A = 3×10-4 Wb / 15 cm2 = 2×10-5 T

    여기서 Φ는 자석을 통과하는 자속이다.

    자기장의 세기를 구했으므로, 이제 철편에 작용하는 흡인력을 구할 수 있다. 흡인력은 자기장의 세기, 자성체의 체적, 자성체의 자기화율에 따라 결정된다. 이 문제에서는 철편의 체적과 자기화율이 주어지지 않았으므로, 일반적인 철의 자기화율인 200을 사용하겠다.

    흡인력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    F = (B2 V) / (2μ0μr)

    여기서 V는 철편의 체적, μ0은 자유공기의 투자율(4π×10-7 T·m/A), μr은 철의 상대투자율(200)이다.

    체적이 같은 경우, 흡인력은 자기화율에 비례하므로, 철편의 체적은 계산에서 상쇄된다. 따라서 흡인력은 다음과 같다.

    F = (B2 μ0μr) / 2 = (2×10-5)2 × 4π×10-7 × 200 / 2 ≈ 23.9 N

    따라서 정답은 "23.9"이다.
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49. 전기 저항에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 저항의 단위는 옴(Ω)을 사용한다.
  2. 저항률(ρ)의 역수를 도전율이라고 한다.
  3. 금속선의 저항 R은 길이 ℓ에 반비례한다.
  4. 전류가 흐르고 있는 금속선에 있어서 임의 두 점간의 전위차는 전류에 비례한다.
(정답률: 70%)
  • "금속선의 저항 R은 길이 ℓ에 반비례한다."라는 설명이 틀린 것이다. 실제로는 금속선의 저항 R은 길이 ℓ에 비례한다. 이는 길이가 길어질수록 전류가 흐르는 길이가 늘어나기 때문에 저항이 증가하기 때문이다.
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50. 자계의 백터포텐셜을 A라 할 때 자계의 시간적 변화에 의하여 생기는 전계의 세기 E는?

  1. E = rot A
  2. rot E = A
(정답률: 74%)
  • 정답은 "rot E = -∂A/∂t"이다.

    자계의 백터포텐셜 A에 대한 회전은 전계의 세기 E를 생성한다. 이를 수식으로 나타내면 E = rot A이다. 따라서 자계의 시간적 변화에 의해 생기는 전계의 세기 E는 rot A의 시간 변화에 의해 결정된다.

    rot E는 전계의 회전율을 나타내는 회전 벡터이다. 이 회전 벡터는 자계의 시간적 변화에 의해 생기는 회전에 의해 결정된다. 따라서 rot E = A의 시간 변화이다.

    하지만 A는 자계의 백터포텐셜이므로, rot A는 자계의 회전율을 나타내는 회전 벡터가 아니라, 자계의 회전율에 대한 회전 벡터의 시간 변화를 나타내는 회전 벡터이다. 따라서 rot E = -∂A/∂t이다.

    따라서 정답은 ""이다.
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51. 변위전류와 가장 관계가 깊은 것은?

  1. 도체
  2. 반도체
  3. 유전체
  4. 자성체
(정답률: 60%)
  • 변위전류는 전기장이 변화할 때 발생하는 전류로, 유전체의 전기적 특성과 밀접한 관련이 있습니다. 유전체는 전기장이 적용되면 전하를 저장할 수 있는 물질로, 전기장이 변화하면 유전체 내부의 전하가 이동하면서 변위전류가 발생합니다. 따라서 변위전류와 가장 관계가 깊은 것은 유전체입니다.
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52. 진공 중에서 점 P(1, 2, 3) 및 점 Q(2, 0, 5)에 각각 300μC, -100μC인 점전하가 놓여 있을 때 점전하 –100μC에 작용하는 힘은 몇 N인가?

  1. 10i – 20j + 20k
  2. 10i + 20j - 20k
  3. -10i + 20j + 20k
  4. -10i + 20j – 20k
(정답률: 61%)
  • 점전하 –100μC에 작용하는 힘은 전자기력으로 계산할 수 있습니다. 전자기력은 쿨롱 상수와 전하의 크기, 거리에 의해 결정됩니다. 따라서 두 점전하 사이의 거리를 구해야 합니다.

    두 점 사이의 거리는 √[(2-1)² + (0-2)² + (5-3)²] = √14 입니다.

    전자기력은 F = k * (q1 * q2) / r² 로 계산할 수 있습니다. 여기서 k는 쿨롱 상수이고, q1과 q2는 각각의 전하 크기, r은 두 점 사이의 거리입니다.

    따라서 F = 9 * 10^9 * (300 * (-100)) / (14²) = -9000 / 49 N 입니다.

    이 힘을 벡터로 나타내면, F = -9000 / 49 * (i - 2j + 2k) N 입니다. 이를 정리하면 F = -10i + 20j - 20k N 이 됩니다. 따라서 정답은 "-10i + 20j - 20k" 입니다.
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53. 환상철심의 평균 자계의 세기가 3000 AT/m 이고, 비투자율이 600인 철심 중의 자화의 세기는 약 몇 Wb/m2 인가?

  1. 0.75
  2. 2.26
  3. 4.52
  4. 9.04
(정답률: 59%)
  • 환상철심의 평균 자계의 세기가 3000 AT/m 이므로, 자기유도율은 다음과 같이 구할 수 있다.

    자기유도율 = 평균 자계의 세기 / 비투자율 = 3000 / 600 = 5

    자화의 세기는 자기유도율과 외부 자기장의 곱으로 구할 수 있다.

    자화의 세기 = 자기유도율 × 외부 자기장

    환상철심은 외부 자기장이 없으므로, 자화의 세기는 자기유도율과 같다.

    따라서, 철심 중의 자화의 세기는 5 Wb/m2 이다.

    하지만 보기에서는 단위가 AT/m 이 아니라 Wb/m2 로 주어졌으므로, 다음과 같이 변환해야 한다.

    1 AT/m = 4π × 10-7 Wb/m2

    따라서, 철심 중의 자화의 세기는 5 × 4π × 10-7 = 2.26 Wb/m2 이다.

    따라서, 정답은 "2.26" 이다.
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54. 다음 금속 중 저항률이 가장 작은 것은?

  1. 은
  2. 철
  3. 백금
  4. 알루미늄
(정답률: 60%)
  • 은은 전기의 흐름에 대한 저항률이 가장 작은 금속 중 하나입니다. 이는 은의 전자 구조와 결합 형태 때문인데, 은은 외부 전자를 쉽게 잃어버리지 않고 내부 전자와 결합하기 때문에 전기의 흐름이 원활하게 이루어집니다. 따라서 은은 전기 전도성이 높아 저항률이 작은 금속 중 하나입니다.
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55. 원통 좌표계에서 일반적으로 벡터가 A=5r sin øaz로 표현될 때 점(2, π/2, 0)에서 curl A를 구하면?

  1. 5ar
  2. 5πaø
  3. -5aø
  4. -5πaø
(정답률: 65%)
  • 원통 좌표계에서 curl A를 구하기 위해서는 다음과 같은 공식을 사용한다.

    curl A = (1/r)(∂(rAø)/∂z - ∂Az/∂ø) ar + (1/r)(∂Az/∂r - ∂Ar/∂z) aø + (1/r)(1/r)(∂(rAr)/∂ø - ∂Aø/∂r) az

    여기서 A=5r sin øaz 이므로,

    Ar = 0
    Aø = 0
    Az = 5r sin ø

    따라서,

    ∂Az/∂ø = 5r cos ø
    ∂Az/∂r = 5sin ø
    ∂Ar/∂z = 0
    ∂Aø/∂r = 0
    ∂(rAr)/∂ø = 0
    ∂Aø/∂r = 0

    위의 값을 공식에 대입하면,

    curl A = (1/r)(∂(rAø)/∂z - ∂Az/∂ø) ar + (1/r)(∂Az/∂r - ∂Ar/∂z) aø + (1/r)(1/r)(∂(rAr)/∂ø - ∂Aø/∂r) az
    = (1/r)(∂(r*0)/∂z - ∂(5r sin ø)/∂ø) ar + (1/r)(∂(5r sin ø)/∂r - ∂0/∂z) aø + (1/r)(1/r)(∂(r*0)/∂ø - ∂0/∂r) az
    = (1/r)(-5r cos ø) ar + (1/r)(5sin ø) aø + 0 az
    = -5cos ø ar + 5sin ø aø

    따라서 curl A = -5cos ø ar + 5sin ø aø 이다. 이 값은 보기 중에서 "-5aø" 와 일치한다. 이유는 aø 방향의 크기가 1이므로, 위의 식에서 sin ø 앞에 곱해진 5가 바로 aø 방향의 크기이다. 따라서 답은 "-5aø" 이다.
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56. 전자파의 특성에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전자파의 속도는 주파수와 무관하다.
  2. 전파 Ex를 고유임피던스로 나누면 자파 Hy가 된다.
  3. 전파 Ex와 자파 Hy의 진동방향은 진행 방향에 수평인 종파이다.
  4. 매질이 도전성을 갖지 않으면 전파 Ex와 자파 Hy는 동위상이 된다.
(정답률: 56%)
  • "전파 Ex와 자파 Hy의 진동방향은 진행 방향에 수평인 종파이다."가 틀린 설명입니다. 전자파는 진행 방향에 수직인 편광파이며, 전파 Ex와 자파 Hy의 진동방향은 진행 방향과 수직인 직교파입니다.
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57. 도전도 k=6×1017℧/m, 투자율 인 평면도체 표면에 10kHz의 전류가 흐를 때, 침투깊이 δ(m)는?

(정답률: 53%)
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58. 평행판 콘덴서의 극간 전압이 일정한 상태에서 극간에 공기가 있을 때의 흡인력을 F1, 극판 사이에 극판 간격의 2/3 두께의 유리판(εr=10)을 삽입할 때의 흡인력을 F2라 하면 F2/F1는?

  1. 0.6
  2. 0.8
  3. 1.5
  4. 2.5
(정답률: 58%)
  • 평행판 콘덴서의 용량은 극판 사이의 간격에 반비례하므로, 유리판을 삽입하면 용량이 감소한다. 따라서 전하가 일정하다면 전압은 증가하게 된다. 이에 따라 극간 전압이 일정한 상태에서 유리판을 삽입하면 극판 사이의 전압차가 증가하게 되어 흡인력이 증가한다.

    유리판의 상대유전율이 10이므로, 유리판을 삽입한 후의 콘덴서의 용량은 원래 용량의 1/10이 된다. 따라서 전하가 일정하다면 전압은 10배가 되어야 한다. 이에 따라 F2/F1은 10배가 된다. 하지만 흡인력은 전압의 제곱에 비례하므로, F2/F1은 10의 제곱인 100배가 된다.

    따라서 F2/F1는 100/40 = 2.5이다.
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59. 정전용량이 각각 C1, C2, 그 사이의 상호 유도계수가 M인 절연된 두 도체가 있다. 두 도체를 가는 선을 연결할 경우, 정전용량은 어떻게 표현되는가?

  1. C1 + C2 - M
  2. C1 + C2 + M
  3. C1 + C2 + 2M
  4. 2C1 + 2C2 + M
(정답률: 64%)
  • 두 도체를 연결하면 전하가 공유되어 정전용량이 증가하게 된다. 이 때, 두 도체의 정전용량이 각각 C1, C2이므로 연결 후의 정전용량은 C1 + C2이다.

    또한, 두 도체가 서로 상호 유도되어 있으므로, 한 도체에 전하가 축적되면 다른 도체에도 전하가 축적되어 정전용량이 증가하게 된다. 이 때, 상호 유도계수가 M이므로, 한 도체에 축적된 전하가 다른 도체에 축적되는 양은 M배가 된다. 따라서, 연결 후의 정전용량은 C1 + C2 + 2M이 된다.

    따라서, 정답은 "C1 + C2 + 2M"이다.
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60. 길이 ℓ(m)인 동축 원통 도체의 내외원통에 각각 +λ, -λ(C/m)의 전하가 분포되어 있다. 내외원통 사이의 유전율 ε인 유전체가 채워져 있을 때, 전계의 세기(V/m)는? (단, V는 내외원통 간의 전위차, D는 전속밀도이고, a, b는 내외원통의 반지름이며, 원통 중심에서의 거리 r은 a＜r＜b 인 경우이다.)

(정답률: 50%)
  • 전계의 세기는 전기장의 크기를 나타내는 것이므로, 가우스 법칙을 이용하여 구할 수 있다. 내외원통 사이의 유전율 ε인 유전체가 채워져 있으므로, 가우스 법칙은 다음과 같이 쓸 수 있다.

    ∮E·dA = Q/ε

    여기서 Q는 내외원통 사이에 있는 전하의 총량이다. 내외원통에 있는 전하의 총량은 각각 λπaℓ, -λπbℓ이므로, Q = λπ(b^2 - a^2)ℓ이다.

    내외원통의 대칭성을 이용하여 전기장의 방향이 반드시 원통의 축 방향과 일치하도록 가정할 수 있다. 이 경우, 가우스 법칙은 다음과 같이 쓸 수 있다.

    EA - EB = Q/εA

    여기서 EA, EB는 각각 내원통, 외원통의 표면에서의 전기장의 크기이다. 내원통과 외원통의 반지름을 각각 a, b라고 하면, EA = λa/εA, EB = -λb/εB이다.

    따라서, 위의 식을 정리하면 다음과 같다.

    E = λ/(2πεr)

    여기서 r은 원통 중심에서의 거리이다. 따라서, 전계의 세기는 λ/(2πεr)이다.

    정답은 ""이다.
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4과목: 전력공학

61. 가공선 계통은 지중선 계통보다 인덕턴스 및 정전용량이 어떠한가?

  1. 인덕턴스, 정전용량이 모두 작다.
  2. 인덕턴스, 정전용량이 모두 크다.
  3. 인덕턴스는 크고, 정전용량은 작다.
  4. 인덕턴스는 작고, 정전용량은 크다.
(정답률: 57%)
  • 가공선 계통은 지중선 계통보다 전압이 높고 전류가 작기 때문에 인덕턴스는 크고, 정전용량은 작다. 이는 전력 손실을 줄이고 전력 전송 효율을 높이기 위한 설계 원칙이다.
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62. 부하전류의 차단에 사용되지 않는 것은?

  1. DS
  2. ACB
  3. OCB
  4. VCB
(정답률: 61%)
  • DS는 부하전류의 차단에 사용되지 않는다. 이는 DS가 단순한 스위치 역할만 하기 때문이다. ACB, OCB, VCB는 모두 고전압 전기 시스템에서 부하전류의 차단에 사용되는 회로 차단기이다.
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63. 송전선의 특성임피던스는 저항과 누설컨덕턴스를 무시하면 어떻게 표현되는가? (단, L은 선로의 인덕턴스, C는 선로의 정전용량이다.)

(정답률: 57%)
  • 송전선의 특성임피던스는 L과 C에 의해 결정되며, 이는 전기적으로 표현하면 와 같이 표현된다. 이는 L과 C가 병렬로 연결된 형태로, 전류가 흐르는 방향에 따라 임피던스 값이 달라지는 것을 나타낸다. 따라서, 저항과 누설컨덕턴스는 이러한 L과 C에 의한 특성임피던스에 비해 무시할 수 있는 수준이므로, 특성임피던스는 이러한 요소들을 고려하지 않고도 위와 같이 표현할 수 있다.
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64. 변성기의 정격부담을 표시하는 단위는?

  1. W
  2. S
  3. dyne
  4. VA
(정답률: 53%)
  • VA는 변성기의 정격부담을 나타내는 단위로, 전압과 전류의 곱으로 표시된 복소수 중에서 유효전력을 나타내는 부분을 의미합니다. 즉, VA는 변성기가 실제로 전기 에너지를 전달하는 능력을 나타내는 단위이며, 전압과 전류의 크기와 위상 차이를 모두 고려하여 계산됩니다. 따라서 VA는 전력의 크기를 나타내는 W와는 다른 개념이며, 변성기의 성능을 평가하는 중요한 지표 중 하나입니다.
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65. 케이블의 전력 손실과 관계가 없는 것은?

  1. 철손
  2. 유전체손
  3. 시스손
  4. 도체의 저항손
(정답률: 60%)
  • 철손은 케이블의 전력 손실과 관련이 없습니다. 철손은 주로 고주파 신호가 전송되는 경우에 발생하는 손실로, 케이블의 길이와 주파수에 따라 달라집니다. 따라서 전력 손실과는 관련이 없습니다. 유전체손, 시스손, 도체의 저항손은 모두 케이블의 전력 손실과 관련이 있습니다.
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66. 연가에 의한 효과가 아닌 것은?

  1. 직렬공진의 방지
  2. 대지정전용량의 감소
  3. 통신선의 유도장해 감소
  4. 선로정수의 평형
(정답률: 50%)
  • 연가는 전기적으로 중립인 대지와 전선 사이에 발생하는 전위차를 줄여주는 역할을 합니다. 이를 통해 전선에서 발생하는 유도장해를 감소시키고, 직렬공진을 방지하며, 선로정수의 평형을 유지합니다. 하지만 대지정전용량의 감소는 연가에 의한 효과가 아닙니다. 대지정전용량은 대지와 전선 사이의 전기적인 용량을 의미하며, 연가는 이와는 관련이 없습니다. 따라서 대지정전용량의 감소는 연가에 의한 효과가 아닙니다.
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67. 수력발전설비에서 흡출관을 사용하는 목적으로 옳은 것은?

  1. 압력을 줄이기 위하여
  2. 유효낙차를 늘리기 위하여
  3. 속도변동률을 적게 하기 위하여
  4. 물의 유선을 일정하게 하기 위하여
(정답률: 65%)
  • 흡출관은 수력발전설비에서 물을 흡입하여 터빈으로 보내는 역할을 합니다. 이때 유효낙차를 늘리기 위해 흡출관을 사용합니다. 유효낙차란, 물이 터빈까지 이동하는 동안에 소모되는 압력차이를 말합니다. 흡출관을 사용하면 물의 이동 거리를 늘리고, 이에 따라 유효낙차가 증가하여 터빈의 회전력을 높일 수 있습니다. 따라서 흡출관은 수력발전설비에서 유효낙차를 늘리기 위해 사용됩니다.
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68. 전압요소가 필요한 계전기가 아닌 것은?

  1. 주파수 계전기
  2. 동기탈조 계전기
  3. 지락 과전류 계전기
  4. 방향성 지락 과전류 계전기
(정답률: 50%)
  • 지락 과전류 계전기는 전압요소가 필요하지 않습니다. 이는 전류의 크기와 방향을 감지하여 지락이나 과전류 상황을 감지하는데 사용되기 때문입니다. 반면, 주파수 계전기와 동기탈조 계전기는 전압요소가 필요하며, 방향성 지락 과전류 계전기는 지락 및 과전류 상황을 감지하는데 전압요소와 함께 전류의 방향성도 필요합니다.
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69. 원자로에서 중성자가 원자로 외부로 유출되어 인처에 위험을 주는 것을 방지하고 방열의 효과를 주기 위한 것은?

  1. 제어재
  2. 차폐재
  3. 반사체
  4. 구조재
(정답률: 67%)
  • 원자로에서 중성자가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 차폐재를 사용합니다. 차폐재는 원자로 내부와 외부를 분리하여 중성자가 외부로 유출되는 것을 막고, 동시에 방열의 효과를 줍니다. 따라서 차폐재는 원자로 안전에 매우 중요한 역할을 합니다.
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70. 3상 무부하 발전기의 1선 지락 고장 시에 흐르는 지락 전류는? (단, E는 접지된 상의 무부하 기전력이고, Zo, Z1, Z2는 발전기의 영상, 정상, 역상 임피던스이다.)

(정답률: 53%)
  • 3상 무부하 발전기에서 1선 지락 고장이 발생하면, 지락 전류는 발생하지 않는다. 이는 3상 발전기에서 1상이 지락되면, 나머지 2상은 여전히 정상적으로 운전하기 때문이다. 따라서, 지락 전류는 0A이다. 따라서, 정답은 ""이다.
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71. 어느 수용가의 부하설비는 전등설비가 500W, 전열설비가 600W, 전동기 설비가 400W, 기타설비가 100W 이다. 이 수용가의 최대수용전력이 1200W이면 수용률은 몇 % 인가?

  1. 55
  2. 65
  3. 75
  4. 85
(정답률: 70%)
  • 수용률은 수용가가 실제로 사용할 수 있는 전력과 최대수용전력의 비율을 나타내는 지표이다. 따라서 이 문제에서 수용률은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    실제로 사용할 수 있는 전력 = 전등설비 + 전열설비 + 전동기 설비 + 기타설비 = 500W + 600W + 400W + 100W = 1600W

    수용률 = (실제로 사용할 수 있는 전력 ÷ 최대수용전력) × 100% = (1600W ÷ 1200W) × 100% = 133.33%

    하지만 최대수용전력은 1200W 이므로, 수용률은 100%를 넘을 수 없다. 따라서 수용률은 100%가 최대값이며, 이 수용가의 수용률은 100% × (1200W ÷ 1600W) = 75% 이다. 따라서 정답은 "75"이다.
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72. 가공지선에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 유도뢰 서지에 대하여도 그 가설구간 전체에 사고방지에 효과가 있다.
  2. 직격뢰에 대하여 특히 유효하며 탑 상부에 시설하므로 뇌는 주로 가공지선에 내습한다.
  3. 송전선의 1선 지락 시 지락전류의 일부가 가공지선에 흘러 차폐작용을 하므로 전자유도장해를 적게 할 수 있다.
  4. 가공지선 때문에 송전선로의 대지정전용량이 감소하므로 대지사이에 방전할 때 유도전압이 특히 커서 차폐효과가 좋다.
(정답률: 60%)
  • "유도뢰 서지에 대하여도 그 가설구간 전체에 사고방지에 효과가 있다."가 틀린 설명입니다.

    가공지선은 송전선로의 대지정전용량이 감소하여 대지사이에 방전할 때 유도전압이 특히 커져 차폐효과가 좋습니다. 이는 송전선의 1선 지락 시 지락전류의 일부가 가공지선에 흘러 차폐작용을 하므로 전자유도장해를 적게 할 수 있다는 것과도 관련이 있습니다. 또한, 직격뢰에 대하여 특히 유효하며 탑 상부에 시설하므로 뇌는 주로 가공지선에 내습합니다.
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73. 전력 원선도에서는 알 수 없는 것은?

  1. 송수전할 수 있는 최대전력
  2. 선로 손실
  3. 수전단 역률
  4. 코로나손
(정답률: 68%)
  • 전력 원선도에서는 송수전할 수 있는 최대전력, 선로 손실, 수전단 역률 등을 파악할 수 있지만, 코로나손은 알 수 없는 것이다. 코로나손은 전력선로에서 발생하는 고주파 손실로, 전력량 측정에 영향을 미치지 않는다. 따라서 전력 원선도에서는 코로나손을 고려하지 않는다.
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74. 각 전력계통을 연계선으로 상호 연결하였을 때 장점으로 틀린 것은?

  1. 건설비 및 운전경비를 절감하므로 경제급전이 용이하다.
  2. 주파수의 변화가 작아진다.
  3. 각 전력계통의 신뢰도가 증가된다.
  4. 선로 임피던스가 증가되어 단락전류가 감소된다.
(정답률: 60%)
  • 선로 임피던스가 증가되면 전류의 흐름이 어려워지므로 단락전류가 감소하게 된다. 이는 전력계통의 안정성을 높이고 안전성을 향상시키는 장점이 있다.
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75. 인터록(interlock)의 기능에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 조작자의 의중에 따라 개폐되어야 한다.
  2. 차단기가 열려 있어야 단로기를 닫을 수 있다.
  3. 차단기가 닫혀 있어야 단로기를 닫을 수 있다.
  4. 차단기와 단로기를 별도로 닫고, 열 수 있어야 한다.
(정답률: 61%)
  • 인터록은 차단기와 단로기를 연동하여, 차단기가 열려 있을 때만 단로기를 닫을 수 있도록 하는 기능이다. 따라서 "차단기가 열려 있어야 단로기를 닫을 수 있다."가 옳은 설명이다.
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76. 플리커 경감을 위한 전력 공급측의 방안이 아닌 것은?

  1. 공급전압을 낮춘다.
  2. 전용 변압기로 공급한다.
  3. 단독 공급계통을 구성한다.
  4. 단락용량이 큰 계통에서 공급한다.
(정답률: 60%)
  • 공급전압을 낮추는 것은 플리커 경감을 위한 전력 공급측의 방안 중 하나이다. 따라서 이 보기는 정답이 아니다. 다른 보기들은 전력 공급측에서 플리커 경감을 위한 방안으로 고려될 수 있다.
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77. 같은 선로와 같은 부하에서 교류 단상 3선식은 단상 2선식에 비하여 전압강하와 배전효율이 어떻게 되는가?

  1. 전압강하는 적고, 배전효율은 높다.
  2. 전압강하는 크고, 배전효율은 낮다.
  3. 전압강하는 적고, 배전효율은 낮다.
  4. 전압강하는 크고, 배전효율은 높다.
(정답률: 63%)
  • 단상 3선식은 단상 2선식에 비해 전압이 더 안정적으로 유지되기 때문에 전압강하가 적습니다. 또한, 단상 3선식은 전류가 균등하게 분배되기 때문에 배전효율이 높습니다. 따라서 "전압강하는 적고, 배전효율은 높다."가 정답입니다.
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78. 다음 중 송전선로의 코로나 임계전압이 높아지는 경우가 아닌 것은?

  1. 날씨가 맑다.
  2. 기압이 높다.
  3. 상대공기밀도가 낮다.
  4. 전선의 반지름과 선간거리가 크다.
(정답률: 53%)
  • 송전선로의 코로나 임계전압이 높아지는 경우는 전기장이 강해지기 때문이다. 전기장은 공기의 밀도와 기압에 영향을 받는데, 상대공기밀도가 낮을수록 전기장이 강해지기 때문에 상대공기밀도가 낮은 것은 코로나 임계전압이 높아지는 경우가 아닌 것이다.
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79. 수력발전소의 분류 중 낙차를 얻는 방법에 의한 분류 방법이 아닌 것은?

  1. 댐식 발전소
  2. 수로식 발전소
  3. 양수식 발전소
  4. 유역 변경식 발전소
(정답률: 54%)
  • 양수식 발전소는 낙차를 얻는 방법이 아니라, 강의 유량을 이용하여 발전하는 방식이기 때문에 분류 방법 중 낙차를 얻는 방법에 의한 분류 방법이 아니다.
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80. 역률 80%, 500kVA의 부하설비에 100kVA의 진상용 콘덴서를 설치하여 역률을 개선하면 수전점에서의 부하는 약 몇 kVA가 되는가?

  1. 400
  2. 425
  3. 450
  4. 475
(정답률: 43%)
  • 역률 80%에서의 유효전력은 400kW이고, 피상전력은 500kVA이므로, 무효전력은 300kVAR입니다. 진상용 콘덴서 100kVA를 설치하여 역률을 1로 개선하면, 무효전력은 0이 되므로 부하의 피상전력은 400kVA가 됩니다. 따라서, 수전점에서의 부하는 400kVA가 아닌, 피상전력과 같은 400kVA에서 진상용 콘덴서 100kVA를 더한 500kVA가 됩니다. 이에 따라 정답은 "450"입니다.
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