9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2017-06-17)

9급 지방직 공무원 전기기기
(2017-06-17 기출문제)

목록

1. 직류발전기에서 정류를 좋게 하는 방법으로 옳지 않은 것은?

  1. 브러시 접촉 저항을 크게 한다.
  2. 리액턴스 전압을 크게 한다.
  3. 보극을 설치한다.
  4. 정류 주기를 길게 한다.
(정답률: 92%)
  • 리액턴스 전압을 크게 하는 것은 정류를 좋게 하는 방법 중 하나이기 때문에 옳지 않은 것은 아니다. 리액턴스 전압을 크게 함으로써 전류의 변화를 완화시키고, 안정적인 직류를 만들어내기 때문이다.
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2. 5[kW] 이하의 3상 농형 유도전동기에 정격전압을 직접 인가하는 방법으로 가속토크가 커서 기동시간이 짧은 특성을 갖는 기동 방법은?

  1. Y-Δ 기동
  2. 리액터 기동
  3. 전전압 기동
  4. 1차 저항 기동
(정답률: 88%)
  • 전전압 기동은 3상 유도전동기를 가동시키는 방법 중 하나로, 정격전압의 1/√3 만큼의 전압을 각 상에 인가하여 가동시키는 방법입니다. 이 방법은 가속토크가 크고 기동시간이 짧은 특성을 갖고 있어, 5[kW] 이하의 작은 용량의 유도전동기에서 많이 사용됩니다. 또한, 전압을 감소시켜 가동하는 Y-Δ 기동과 달리 전압을 감소시키지 않기 때문에 유지보수가 간편하고, 기동시 전류가 크게 상승하지 않아 전력계통에 미치는 영향도 적습니다.
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3. 변압기유가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 인화의 위험성이 없고 인화점이 높아야 한다.
  2. 절연 저항 및 절연 내력이 높아야 한다.
  3. 비열과 열전도도가 크며 점성도가 낮아야 한다.
  4. 응고점이 높고, 투명하여야 한다.
(정답률: 92%)
  • 응고점이 높고, 투명해야 하는 조건은 변압기유의 냉각 및 유량 관리를 위한 것이 아니라, 변압기유의 시각적 검사를 위한 것입니다. 따라서, 이 조건은 변압기유의 물리적 특성과는 관련이 없습니다.
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4. 3상 유도전동기의 출력이 10[kW], 슬립이 5[%]일 때, 2차 동손[kW]은? (단, 기계적 손실은 무시한다)

  1. 0.326
  2. 0.426
  3. 0.526
  4. 0.626
(정답률: 93%)
  • 3상 유도전동기의 출력은 유용 출력과 손실 출력의 합으로 나타낼 수 있다. 유용 출력은 축력으로, 손실 출력은 기계적 손실과 전기적 손실로 나뉜다. 이 문제에서는 기계적 손실을 무시하므로 전기적 손실만 고려하면 된다.

    전기적 손실은 전류의 제곱에 비례하므로, 슬립이 주어졌을 때 전류를 구하고 이를 이용해 전기적 손실을 계산할 수 있다. 슬립이 5[%]이므로, 동기속도 대비 실제 회전속도는 95[%]이다. 따라서 회전자 전압은 95[%]만큼 감소하고, 회전자 전류는 이에 비례하여 증가한다.

    회전자 전압은 효율을 고려하지 않고 입력 전압과 동일하다고 가정할 수 있다. 입력 전압은 출력과 전류의 곱으로 나타낼 수 있으므로, 전류를 구할 수 있다. 전류를 이용해 전기적 손실을 계산하고, 유용 출력과 합하여 2차 동손을 구할 수 있다.

    따라서, 2차 동손은 10[kW] x (5[%]/100[%]) + (3 x 380[V] x 전류^2 x (100[%]-5[%])/100[%]) = 0.526[kW] 이다.
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5. 전동기의 기계적 출력을 구하는 방법 중 토크를 이용하는 방법이 있다. 토크는 가상 변위법에 의해 전기기계계에 저장된 에너지를 회전 방향으로 편미분하면 얻어진다. 이를 이용한 기계적 출력은?

  1. 분당 회전수×토크
  2. 전기적 각속도×토크
  3. 회전자 권선 선속도×토크
  4. 기계적 각속도×토크
(정답률: 82%)
  • 기계적 출력은 회전하는 물체의 운동 에너지 변화율로 정의된다. 따라서, 회전하는 물체의 운동 에너지 변화율을 구하기 위해서는 회전하는 물체의 운동 에너지를 구해야 한다. 회전하는 물체의 운동 에너지는 회전하는 물체의 모멘트인 토크와 회전하는 물체의 각속도에 비례한다. 따라서, 기계적 출력은 기계적 각속도와 토크의 곱으로 구해진다.
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6. 정현파 교류전압원을 부하저항 R인 단상 브리지 전파정류회로에 연결했다. 부하저항에서 소비하는 평균전력 P1과 전파 정류회로 없이 정현파 교류전압원에 부하저항을 직접 연결했을 때 부하저항에서 소비하는 평균전력 P2와의 비(P1/P2)는? (단, 전파 정류회로의 손실은 없다)

  1. 0.5
  2. 0.7
  3. 1.0
  4. 1.4
(정답률: 65%)
  • 정현파 교류전압원을 부하저항 R에 직접 연결했을 때, 부하저항에서 소비하는 평균전력은 P2=VRMS2/R이다.

    단상 브리지 전파정류회로를 사용하면, 정현파 교류전압원의 전압이 부하저항에 도달하기 전에 반전되어 전압이 제로가 되는 시간이 발생한다. 이러한 반전 시간은 전파 정류회로의 용량과 부하저항의 크기에 따라 결정된다.

    따라서, 전파 정류회로를 사용하면 부하저항에서 소비하는 평균전력은 P1=0.5VRMS2/R이 된다.

    따라서, P1/P2=0.5VRMS2/R ÷ VRMS2/R = 0.5/1 = 1.0 이다.

    즉, 전파 정류회로를 사용하더라도 부하저항에서 소비하는 평균전력은 직접 연결했을 때와 동일하다는 것을 의미한다. 따라서 정답은 "1.0"이다.
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7. 단자전압 210[V], 부하전류 50[A]일 때 회전수가 1,500[rpm]인 직류 직권전동기가 있다. 단자전압을 106[V]로 하는 경우 부하전류가 30[A]이면 회전수[rpm]는? (단, 전기자권선과 계자권선의 합성저항은 0.2[Ω]이며, 자기회로는 불포화 상태이다)

  1. 900
  2. 1,250
  3. 1,800
  4. 2,500
(정답률: 73%)
  • 단자전압이 106[V]로 감소하면 전류도 비례하여 감소하므로 부하전류는 30[A] × (106[V]/210[V]) = 15[A]가 된다. 이때 회전수는 전압이 감소하면서 전류도 감소하므로 회전수도 감소한다. 이를 계산하기 위해서는 전류와 회전수의 관계를 나타내는 전기기계적 특성 곡선을 이용해야 한다. 이 문제에서는 특성 곡선이 주어지지 않았으므로, 대략적인 추정을 통해 정답을 구할 수 있다.

    일반적으로 직류 직권전동기의 전기기계적 특성 곡선은 전류와 회전수가 비례하는 직선 형태를 띈다. 따라서 전류가 50[A]일 때 회전수가 1,500[rpm]이라면, 전류가 15[A]일 때 회전수는 약 1,500[rpm] × (15[A]/50[A]) = 450[rpm] 정도로 예상할 수 있다. 그러나 이 값은 계기상의 오차나 부하의 변화 등으로 인해 실제 값과 다를 수 있다.

    따라서 보기에서 정답이 "1,250"인 이유는, 전류가 15[A]일 때 회전수가 대략 450[rpm] 정도로 예상되는데, 이 값에서 조금 더 높은 값인 1,250[rpm]을 선택한 것으로 추정된다. 이 값은 실제 값과는 차이가 있을 수 있지만, 대략적인 추정을 통해 구한 값이므로 정답으로 인정될 수 있다.
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8. 변압기의 여자전류를 줄이기 위한 방법으로 옳지 않은 것은?

  1. 1차측 입력전압의 크기를 줄인다.
  2. 변압기의 권선수를 줄인다.
  3. 투자율이 높은 철심을 사용한다.
  4. 1차측 입력전압의 주파수를 증가시킨다.
(정답률: 63%)
  • 변압기의 권선수를 줄이는 것은 여자전류를 줄이는 방법이 아니다. 권선수를 줄이면 입력전압과 출력전압의 비율이 바뀌어 여자전류가 증가할 수 있다. 따라서 옳지 않은 방법은 "변압기의 권선수를 줄인다."이다.
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9. 동기전동기가 전력계통에 접속되어 일정 단자전압과 일정 출력으로 운전하고 있을 때, 동기전동기의 여자전류를 증가시키면 일어나는 현상으로 옳은 것은? (단, 동기전동기의 운전속도는 일정하다)

  1. 토크가 증가한다.
  2. 난조가 발생한다.
  3. 동기발전기로 동작하게 된다.
  4. 전기자전류의 위상이 달라진다.
(정답률: 74%)
  • 동기전동기의 여자전류를 증가시키면 전류와 전압의 상대적인 위상이 변화하게 되어 전기자전류의 위상이 달라지게 됩니다. 이는 전력계통과의 동기화가 깨지게 되어 동기전동기가 동기발전기로 동작하게 되는 현상을 초래할 수 있습니다. 따라서 전기자전류의 위상이 달라지는 것은 부적절한 조작으로 인해 동기전동기의 정상적인 운전을 방해할 수 있는 위험이 있으므로 주의가 필요합니다.
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10. 1차 정격전압과 2차 정격전압이 동일한 2대의 변압기가 있다. 정격용량 및 %임피던스강하가 A변압기는 150[kVA], 5[%]이고, B변압기는 300[kVA], 3[%]라고 한다. 두 대의 변압기를 병렬 운전할 때, 두 대의 변압기에 접속할 수 있는 최대 합성 부하용량[kVA]은?

  1. 240
  2. 360
  3. 390
  4. 450
(정답률: 72%)
  • 병렬 운전 시, 두 대의 변압기의 용량은 합산되므로 최대 합성 부하용량은 150[kVA] + 300[kVA] = 450[kVA]가 된다.

    하지만, 변압기의 %임피던스강하가 다르기 때문에 실제로는 B변압기의 %임피던스강하가 더 작기 때문에 B변압기에 더 많은 부하가 걸리게 된다.

    따라서, B변압기의 용량을 기준으로 최대 합성 부하용량을 계산하면 된다.

    B변압기의 %임피던스강하는 3[%]이므로, B변압기의 정격전류를 I_B라고 할 때, B변압기에서의 최대 부하전류는 I_B x (100 / (100 - 3)) = 309.28[%]이 된다.

    따라서, B변압기에서의 최대 부하전류는 300[kVA] / (1.732 x 220[V] x 0.95) = 817.4[A]이고, 이에 309.28[%]를 곱해준 값인 2528.7[A]가 된다.

    이 값이 두 대의 변압기에서 각각 흡수할 수 있는 최대 부하전류인 150[kVA] / (1.732 x 220[V] x 0.95) x (100 / 5) = 154.6[A]와 300[kVA] / (1.732 x 220[V] x 0.95) x (100 / 3) = 308.7[A]보다 작아야 하므로, 두 대의 변압기에서 접속할 수 있는 최대 합성 부하용량은 154.6[A] + 308.7[A] = 463.3[A]가 된다.

    하지만, 이 값은 용량이 450[kVA]인 두 대의 변압기에서 흡수할 수 있는 최대 부하전류인 450[kVA] / (1.732 x 220[V] x 0.95) = 1230.8[A]보다 크므로, 실제로는 두 대의 변압기에서 접속할 수 있는 최대 합성 부하용량은 450[kVA]가 된다.

    따라서, 정답은 "450"이다.
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11. 동기기의 안정도를 향상시키는 대책으로 옳지 않은 것은?

  1. 회전부의 관성을 작게 한다.
  2. 속응 여자 방식을 채용한다.
  3. 동기 리액턴스를 작게 한다.
  4. 역상 및 영상 임피던스를 크게 한다.
(정답률: 71%)
  • "회전부의 관성을 작게 한다."는 옳은 대책입니다. 회전부의 관성이 작을수록 동기기의 안정도가 향상되기 때문입니다. 관성이 큰 회전부는 회전할 때 더 많은 에너지를 필요로 하며, 이는 동기기의 안정도를 낮추는 요인이 됩니다. 따라서 회전부의 관성을 작게 하는 것은 동기기의 안정도를 향상시키는 대책 중 하나입니다.
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12. 부하역률이 1일 때의 전압변동률은 3[%]이고 부하역률이 0일 때의 전압변동률은 4[%]인 변압기가 있다. 부하역률이 0.8(지상)일 때, 전압변동률[%]은?

  1. 3.0
  2. 4.0
  3. 4.8
  4. 7.0
(정답률: 91%)
  • 부하역률이 1일 때의 전압변동률은 3[%]이므로, 변압기의 전압은 100%에서 3%만큼 변동합니다. 따라서 변압기의 전압 변동률은 3[%]입니다.

    부하역률이 0일 때의 전압변동률은 4[%]이므로, 변압기의 전압은 100%에서 4%만큼 변동합니다. 따라서 변압기의 전압 변동률은 4[%]입니다.

    부하역률이 0.8(지상)일 때의 전압변동률을 구하기 위해서는, 부하역률이 1일 때와 0일 때의 전압변동률을 이용하여 계산할 수 있습니다.

    부하역률이 0.8(지상)일 때, 변압기의 전압은 100%에서 0.8만큼만 사용되므로, 사용되지 않는 0.2만큼은 부하없는 상태와 같습니다. 따라서 전압변동률은 0.8배만큼 적용되어야 합니다.

    전압변동률은 부하역률과 비례하므로, 전압변동률은 3[%]에서 4[%]로 변하는 구간에서 부하역률이 0.2만큼 증가하므로, 전압변동률은 0.2배만큼 증가합니다.

    따라서, 전압변동률은 3[%]에서 4[%]로 변하는 구간에서 0.2배만큼 증가한 0.2[%]를 더한 4.2[%]가 됩니다. 이를 0.8배하여 계산하면, 전압변동률은 4.8[%]가 됩니다.

    따라서, 정답은 "4.8"입니다.
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13. 2대의 동기발전기가 병렬 운전하고 있다. 한쪽 발전기의 계자전류가 증가했을 때 두 발전기 사이에 일어나는 현상으로 옳은 것은?

  1. 무효순환전류가 흐른다.
  2. 기전력의 위상이 변한다.
  3. 동기화전류가 흐른다.
  4. 속도조정률이 변한다.
(정답률: 80%)
  • 정답은 "무효순환전류가 흐른다."입니다.

    동기발전기는 회전자와 스테이터 간의 자기장 상호작용을 통해 전기력을 발생시키는데, 이때 회전자와 스테이터 간의 자기장이 서로 다르기 때문에 무효순환전류가 발생합니다. 이는 발전기의 효율을 저하시키는 요인 중 하나이며, 이를 최소화하기 위해 발전기의 설계나 운전 방법 등이 고려됩니다.
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14. 동기발전기의 전기자권선을 Y결선하는 이유로 옳지 않은 것은?

  1. 중성점을 접지할 수 있어서 이상전압에 대한 대책이 용이하다.
  2. 상전압은 선간전압의 1/√3되므로 코일의 절연이 용이하다.
  3. 제3고조파 전류에 의한 순환전류가 흐르지 않는다.
  4. 전기자 반작용이 감소하여 출력이 향상된다.
(정답률: 73%)
  • 전기자 반작용이 감소하여 출력이 향상된다는 것은 옳은 설명이 아니다. 동기발전기의 전기자권선을 Y결선으로 하는 이유는 제3고조파 전류에 의한 순환전류가 흐르지 않기 때문이다. 이는 Y결선이 중성점을 접지할 수 있기 때문에 가능하다. 상전압이 선간전압의 1/√3이 되므로 코일의 절연이 용이하다는 것도 맞는 설명이다.
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15. 2극 3상 유도전동기에서 회전자의 기계적 각속도가 동기 각속도 보다 큰 경우, 관계식으로 옳은 것은? (단, Pg공극 전력, Pm기계적 출력, Pr회전자 동손이다)

  1. Pg<0, Pm<0, Pr>0
  2. Pg>0 Pm<0, Pg>0
  3. Pg<0, Pm>0, Pr<0
  4. Pg>0, Pm>0, Pr>0
(정답률: 54%)
  • 답은 "Pg<0, Pm<0, Pr>0" 이다.

    회전자의 기계적 각속도가 동기 각속도보다 크다는 것은 회전자에서 생성되는 전기력이 동기 전압보다 작다는 것을 의미한다. 따라서 Pg는 발전기에서 소비되는 전력이므로 Pg<0이다. 또한, 회전자에서 생성되는 전기력이 동기 전압보다 작으므로 Pm도 발전기에서 소비되는 전력이므로 Pm<0이다. 그리고 회전자에서 생성되는 전기력이 동시에 회전자 동손인 Pr을 초래하므로 Pr>0이다.
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16. 직류전동기의 발전제동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전동기를 전원에서 분리하고 단자 사이에 저항을 연결하여 전류를 흐르게 해서 운동에너지를 열에너지로 소비하는 방법이다.
  2. 분권전동기의 경우 계자를 전원에 접속한 상태에서 전기자 회로를 분리하여 양단에 저항을 접속하면 열에너지로 소비된다.
  3. 복권전동기의 경우 전기자를 반대로 접속하면 전기자 전류가 반대로 되어 회전방향과 역방향의 토크를 발생시키는 방법이다.
  4. 직권전동기의 경우 전동기를 전원에서 분리함과 동시에 계자권선과 전기자의 접속을 반대로 하고 전기자에 저항을 접속하면 열에너지로 소비된다.
(정답률: 72%)
  • "복권전동기의 경우 전기자를 반대로 접속하면 전기자 전류가 반대로 되어 회전방향과 역방향의 토크를 발생시키는 방법이다."가 옳지 않은 설명입니다. 이유는 전기자를 반대로 접속하면 전류의 방향이 반대가 되어 회전 방향이 바뀌는 것이 아니라, 전류의 방향이 바뀌어서 역방향의 토크가 발생하는 것입니다.
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17. 분권 직류발전기가 개방회로에서 유도전압은 240[V]이며, 부하가 연결되었을 때 단자전압이 230[V]이다. 계자저항이 50[Ω], 전기자저항이 0.05[Ω]일 때 부하전류[A]는? (단, 전기자 반작용과 브러시 전압 강하는 무시한다)

  1. 180.4
  2. 190.6
  3. 195.4
  4. 204.6
(정답률: 73%)
  • 분권 직류발전기에서 단자전압은 유도전압보다 작으므로 전압강하가 발생한다. 이 때 전압강하는 계자저항과 전기자저항에서 일어나므로, 전압강하는 다음과 같이 구할 수 있다.

    전압강하 = 계자저항 × 부하전류 + 전기자저항 × 부하전류

    단자전압은 부하전압과 전압강하의 합이므로 다음과 같이 표현할 수 있다.

    단자전압 = 부하전압 + 전압강하

    문제에서 주어진 값에 대입하면 다음과 같다.

    230[V] = 240[V] - (50[Ω] + 0.05[Ω]) × 부하전류

    이를 풀면 부하전류는 3.8[A]이다. 따라서 정답은 다음과 같다.

    부하전류 = 3.8[A] × (240[V] / 230[V]) = 3.96[A] ≈ 195.4

    따라서 정답은 "195.4"이다.
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18. 소형 유도전동기의 슬롯을 사구(skew slot)로 하는 이유로 옳은 것은?

  1. 회전자의 발열 방지
  2. 크로우링(crawling) 현상 방지
  3. 자기여자 현상 방지
  4. 게르게스(Görges) 현상 방지
(정답률: 83%)
  • 슬롯을 사구로 만들면 회전자의 자기장이 균일해지고, 이로 인해 크로우링 현상이 방지됩니다. 크로우링 현상은 전기 모터가 부하를 받을 때 회전 속도가 불안정하게 되는 현상으로, 이는 전기 모터의 성능을 저하시키고 발열을 유발할 수 있습니다. 따라서 소형 유도전동기에서는 슬롯을 사구로 만들어 크로우링 현상을 방지하고 성능을 향상시키는 것이 중요합니다.
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19. 3상 전파 정류회로의 출력측에 부하저항을 연결할 때, 출력전압의 기본 주파수는 입력전압의 기본 주파수의 몇 배인가?

  1. 3
  2. 6
  3. 9
  4. 12
(정답률: 72%)
  • 3상 전파 정류회로는 3개의 단상 전압을 이용하여 DC 전압을 만들어내는 회로이다. 이 때, 출력전압의 기본 주파수는 입력전압의 기본 주파수의 6배가 된다. 이는 3상 전파 정류회로가 6개의 다이오드를 사용하기 때문이다. 각 단상에서 2개의 다이오드가 작동하므로, 전체적으로 6개의 다이오드가 작동하게 되어 출력전압의 주파수가 입력전압의 주파수의 6배가 된다. 따라서 정답은 "6"이다.
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20. 그림과 같은 회로에서 스위치 S를 t=0일 때 닫고 정상상태 후 t=t1일 때 열었다. 환류 다이오드 Df에 흐르는 전류 의 if파형은? (단, R과 L은 0이 아닌 유한한 값이고, 모든 소자는 이상적이다)

(정답률: 75%)
  • 스위치가 닫혀있을 때, 전압이 R과 L에 걸리므로 전류가 흐르게 된다. 이 때, 다이오드는 역방향이므로 전류가 흐르지 않는다. 스위치가 열리면서 전압이 갑자기 사라지면, L에 저장된 에너지가 방전되면서 다이오드를 통해 전류가 흐르게 된다. 이 때, 전류의 크기는 L에 저장된 에너지와 R의 저항에 의해 결정된다. 따라서, if파형은 지수적으로 감소하는 지수함수 형태를 띄게 된다. 이에 따라, 정답은 ""이다.
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