9급 지방직 공무원 서울시 전기기기 필기 기출문제복원 (2017-06-24)

9급 지방직 공무원 서울시 전기기기 2017-06-24 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 전기기기
(2017-06-24 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 유도전동기의 속도를 결정하는 직접적인 요소가 아닌 것은?

  1. 온도
  2. 극수
  3. 전압
  4. 주파수
(정답률: 100%)
  • 유도전동기의 동기 속도는 주파수와 극수에 의해 결정되며, 실제 회전 속도는 여기에 슬립(전압 등에 영향)이 반영되어 결정됩니다. 온도는 전동기의 효율이나 절연 성능에는 영향을 줄 수 있으나, 속도를 결정하는 직접적인 요소는 아닙니다.
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2. 1차 전압 4,000[V], 2차 전압 200[V], 정격 20[kVA]인 주상 변압기의 % 임피던스 강하가 2.5[%]이다. 이 변압기의 2차를 단락하고 1차에 정격전압을 가하였을 때 1차, 2차의 단락전류( I1S, I2S)는?

  1. I1S=200[A], I2S=2,000[A]
  2. I1S=400[A], I2S=2,000[A]
  3. I1S=200[A], I2S=4,000[A]
  4. I1S=400[A], I2S=4,000[A]
(정답률: 87%)
  • 단락전류는 정격전류를 퍼센트 임피던스로 나누어 계산하며, 1차와 2차의 관계는 권수비에 따라 결정됩니다.
    $$\text{I}_{1S} = \frac{\text{I}_{1n}}{\text{Z}_{%}/100}}$$
    $$\text{I}_{1S} = \frac{20000 / 4000}{0.025} = \frac{5}{0.025} = 200\text{ A}$$
    $$\text{I}_{2S} = \text{I}_{1S} \times \frac{\text{V}_1}{\text{V}_2} = 200 \times \frac{4000}{200} = 4000\text{ A}$$
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3. 3,000[V], 1,500[kVA], 동기임피던스 3[Ω]인 동일 정격의 두 동기발전기를 병렬 운전하던 중 한쪽 여자전류가 증가해서 각 상의 유도기전력 사이에 480[V]의 전압차가 발생했다면 두 발전기 사이에 흐르는 무효횡류[A]는 얼마인가?

  1. 50
  2. 60
  3. 70
  4. 80
(정답률: 88%)
  • 두 동기발전기 병렬 운전 시 여자전류 차이로 인해 발생하는 무효횡류는 두 기전력의 차이를 동기 임피던스의 합으로 나누어 구합니다.
    $$\text{I}_c = \frac{\text{E}_1 - \text{E}_2}{\text{Z}_1 + \text{Z}_2}$$
    $$\text{I}_c = \frac{480}{3 + 3}$$
    $$\text{I}_c = 80\text{ A}$$
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4. 12회 감은 권선에 5초 동안 25[Wb]의 자속이 지나갈 때, 권선에 유도되는 기전력[V]은 얼마인가?

  1. 25
  2. 50
  3. 60
  4. 75
(정답률: 92%)
  • 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 유도 기전력은 권수와 자속의 시간적 변화율의 곱으로 계산합니다.
    $$\text{E} = \text{N} \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$$
    $$\text{E} = 12 \times \frac{25}{5}$$
    $$\text{E} = 60\text{ V}$$
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5. 직권발전기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 직권발전기는 부하변동에도 단자 전압이 거의 변하지 않는다.
  2. 계자권선이 전기자와 직렬로 연결된 발전기이다.
  3. 계자권선의 저항은 가능한 한 작게 설계해야 한다.
  4. 무부하일 때 계자전류가 흐르지 않으므로 발전할 수 없다.
(정답률: 63%)
  • 직권발전기는 계자권선이 전기자와 직렬로 연결되어 있어, 부하 전류가 곧 계자 전류가 됩니다. 따라서 부하가 변하면 계자 자속이 변하여 단자 전압이 크게 변동하는 특성을 가집니다.

    오답 노트
    계자권선이 전기자와 직렬 연결: 직권발전기의 기본 구조입니다.
    계자권선 저항 최소화: 전압 강하를 줄이기 위해 저항을 작게 설계합니다.
    무부하 시 발전 불가: 부하가 없으면 계자전류가 흐르지 않아 자속이 생성되지 않습니다.
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6. 정격전압 6,000[V], 정격전류 450[A]인 3상 동기발전기가 있다. 이 발전기의 계자전류가 200[A]일 때 무부하 단자전압이 6,600[V]이고 3상 단락전류는 600[A]이면, 단락비는 얼마인가?

  1. 1/3
  2. 3/4
  3. 4/3
  4. 3
(정답률: 61%)
  • 단락비는 무부하 시 정격전압을 유도하기 위한 계자전류와 3상 단락전류를 흘리기 위한 계자전류의 비로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $K_{s} = \frac{I_{f0}}{I_{fs}}$
    ② [숫자 대입] $K_{s} = \frac{200}{150}$
    (단락전류 $600\text{A}$는 정격전류 $450\text{A}$의 $4/3$배이므로, 단락 시 필요한 계자전류 $I_{fs}$는 무부하 시 계자전류 $200\text{A}$를 단락비로 나눈 값입니다. 또는 $K_s = I_{f0} / (I_{f0} \times I_{n} / I_{sc})$ 관계 이용)
    단락비 $K_s = I_{sc} / I_n = 600 / 450$
    ③ [최종 결과] $K_{s} = 1.33 = \frac{4}{3}$
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7. 부하전류 50[A]일 때, 단자전압이 100[V]인 직류 직권 발전기의 부하전류가 80[A]로 되면 단자전압[V]은 얼마인가? (단, 전기자 저항 및 직권 계자 저항은 각 0.1[Ω]이고, 전기자 반작용과 브러시의 접촉 저항 및 자기 포화는 모두 무시한다.)

  1. 100
  2. 120
  3. 140
  4. 160
(정답률: 58%)
  • 직권 발전기의 유도기전력 $E$는 $E = V + I(R_a + R_s)$로 구할 수 있으며, 기전력은 부하전류에 비례한다고 가정하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $V_2 = \frac{I_2}{I_1}(V_1 + I_1 R_{total}) - I_2 R_{total}$
    ② [숫자 대입] $V_2 = \frac{80}{50}(100 + 50 \times 0.2) - 80 \times 0.2$
    ③ [최종 결과] $V_2 = 160$ V
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8. 출력 전압이 직류 전압인 것은?

  1. 단상 인버터
  2. 초퍼형 컨버터
  3. 사이클로 컨버터
  4. 3상 인버터
(정답률: 85%)
  • 초퍼(Chopper)는 직류 전압을 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터입니다.

    오답 노트
    단상/3상 인버터: 직류를 교류로 변환
    사이클로 컨버터: 교류의 주파수를 직접 변환
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9. 3상 유도전동기의 전 전압 기동토크는 전부하시의 1.6배이다. 전 전압의 1/2로 기동할 때 기동토크는 전부하시의 몇 배인가?

  1. 0.4
  2. 0.5
  3. 0.6
  4. 0.8
(정답률: 68%)
  • 유도전동기의 기동토크는 공급 전압의 제곱에 비례하는 특성을 가집니다.
    ① [기본 공식] $T_2 = T_1 \times (\frac{V_2}{V_1})^2$
    ② [숫자 대입] $T_2 = 1.6 \times (\frac{1}{2})^2$
    ③ [최종 결과] $T_2 = 0.4$ 배
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10. 변압기의 손실, 효율과 전일 효율(all-day efficiency)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 동손과 철손이 같을 때 효율이 최소가 된다.
  2. 하루 중 전부하로 운전되는 시간이 짧을수록 전일 효율을 높이기 위해서는 전체 손실 중 철손의 비중이 적도록 설계해야 한다.
  3. 1/2 정격 부하시의 철손은 전부하시 철손의 50[%]이다.
  4. 1/2 정격 부하시의 동손은 전부하시 동손의 50[%]이다.
(정답률: 72%)
  • 전일 효율은 24시간 동안의 총 출력과 총 손실을 고려한 효율입니다. 전부하 운전 시간이 짧고 경부하 운전 시간이 길수록, 부하와 관계없이 일정하게 발생하는 고정손인 철손의 비중을 줄여야 전체적인 에너지 손실을 낮추고 전일 효율을 높일 수 있습니다.

    오답 노트
    동손과 철손이 같을 때: 효율이 최대가 됩니다.
    1/2 정격 부하시 철손: 철손은 부하와 무관한 고정손이므로 전부하 시와 동일합니다.
    1/2 정격 부하시 동손: 동손은 전류의 제곱에 비례하므로 전부하 시의 $(\frac{1}{2})^2 = 25\%$가 됩니다.
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11. 3상 동기발전기에서 권선 계수 kw, 주파수 f[Hz], 극당자속 ϕ[Wb], 코일 턴수 w인 경우 Y 결선으로 하였을 때의 선간전압의 실효치[V]는?

  1. 4.44kwfwϕ
  2. √3×4.44kwfwϕ
  3. 3×4.44kwfwϕ
  4. 4.44kwfwϕ/√3
(정답률: 82%)
  • 동기발전기의 상전압 $E$는 $4.44 k_w f \phi w$로 표현되며, Y 결선 시 선간전압 $V$는 상전압의 $\sqrt{3}$배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $V = \sqrt{3} \times E$
    ② [숫자 대입] $V = \sqrt{3} \times 4.44 k_w f \phi w$
    ③ [최종 결과] $V = \sqrt{3} \times 4.44 k_w f \phi w$
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12. 전압변동률 10[%]인 직류발전기의 정격전압이 100[V]일 때 무부하 전압[V]은?

  1. 10
  2. 90
  3. 100
  4. 110
(정답률: 74%)
  • 전압변동률은 정격전압과 무부하 전압의 차이를 정격전압에 대한 비율로 나타낸 것입니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \frac{V_0 - V_n}{V_n} \times 100$
    ② [숫자 대입] $10 = \frac{V_0 - 100}{100} \times 100$
    ③ [최종 결과] $V_0 = 110$
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13. 출력 22[kW], 4극 60[Hz]인 권선형 3상 유도전동기의 전부하 회전속도가 1,710[rpm]으로 운전되고 있다. 같은 부하토크에서 유도전동기의 2차 저항을 2배로 하면 회전속도[rpm]는?

  1. 1,620
  2. 1,650
  3. 1,680
  4. 1,740
(정답률: 82%)
  • 동일 부하 토크에서 2차 저항을 증가시키면 슬립이 증가하며 회전속도는 감소합니다. 슬립 $s$와 2차 저항 $R_2$의 관계를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $s = \frac{N_s - N}{N_s}$
    ② [숫자 대입] 동기속도 $N_s = \frac{120 \times 60}{4} = 1800$ rpm, 초기 슬립 $s_1 = \frac{1800 - 1710}{1800} = 0.05$이며, 저항이 2배가 되면 슬립 $s_2 = 0.05 \times 2 = 0.1$
    ③ [최종 결과] $N_2 = 1800 \times (1 - 0.1) = 1620$
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14. 전기기기의 운전 안정성을 위해 K-SC-4004로 규정된 절연 등급에 따른 최대 허용온도 등급이 온도의 오름차순으로 표현된 것은?

  1. F-E-B-H
  2. E-B-F-H
  3. H-F-E-B
  4. H-E-F-B
(정답률: 75%)
  • 절연 등급에 따른 최대 허용온도는 B급(130℃), F급(155℃), H급(180℃) 순으로 높아집니다. 따라서 온도의 오름차순으로 나열하면 E-B-F-H 순서가 됩니다.
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15. 유도전동기의 명판에 표기되는 항목으로서 이를 정격용량에 곱한 값은 전압과 주파수가 명판에 지시된 값으로 유지되고 있을 때 전동기에 허용가능한 최대의 부하량을 나타내는 것은?

  1. 설계유형문자(design letter)
  2. 공칭효율(nominal efficiency)
  3. 절연계급(insulation class)
  4. 서비스율(service factor)
(정답률: 65%)
  • 서비스율(service factor)은 정격용량에 곱하여 전압과 주파수가 일정할 때 전동기가 허용할 수 있는 최대 부하량을 나타내는 계수입니다.
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16. 변압기의 1차측 권선이 240회이고 1차측 유도기전력의 실효치 240[V]을 발생시키는 50[Hz] 전원에 접속되어 있다고 할 때 철심 내의 정현파 자속의 최대치의 근삿값은?

  1. 4.5×10-3[Wb]
  2. 3.2×10-2[Wb]
  3. 7.1×10-5[Wb]
  4. 3.2×10-1[Wb]
(정답률: 84%)
  • 변압기의 유도기전력 공식 $V = 4.44 f N \Phi_{max}$를 이용하여 최대 자속을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Phi_{max} = \frac{V}{4.44 f N}$
    ② [숫자 대입] $\Phi_{max} = \frac{240}{4.44 \times 50 \times 240}$
    ③ [최종 결과] $\Phi_{max} = 4.5 \times 10^{-3} \text{ Wb}$
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17. 동기발전기에서 출력전압의 주파수는 어떻게 결정되는가? (단, fe=전기적 주파수[Hz], nm=동기기 회전자의 기계적 속도[rpm], P=극수)

  1. fe= nm / 120P
  2. fe= nmP / 60
  3. fe= nmP / 120
  4. fe= nm / 60P
(정답률: 82%)
  • 동기발전기의 전기적 주파수는 회전자의 기계적 속도와 극수에 비례하며, 60초와 극쌍수($P/2$)를 고려하여 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $f_{e} = \frac{n_{m}P}{120}$
    ② [숫자 대입] (공식 그대로 적용)
    ③ [최종 결과] $f_{e} = \frac{n_{m}P}{120}$
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18. 보극이 없는 직류발전기는 부하의 증가에 따라 브러시의 위치를 어떻게 변화시켜 주어야 전기자 반작용에 의한 현상을 최소화할 수 있는가?

  1. 회전방향과 반대로 이동시킨다.
  2. 그대로 둔다.
  3. 극의 중간에 놓는다.
  4. 회전방향으로 이동시킨다.
(정답률: 87%)
  • 부하가 증가하면 전기자 반작용에 의해 중성축이 회전 방향으로 이동하므로, 브러시의 위치를 회전방향으로 이동시켜야 전압 강하와 불꽃 발생을 최소화할 수 있습니다.
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19. 자성재료가 가진 특성을 나타내는 용어로서 자화(Magnetization)시킬 수 있는 정도를 비교할 수 있는 기준으로 사용할 수 있는 것은?

  1. 도전율
  2. 비유전율
  3. 비투자율
  4. 저항률
(정답률: 74%)
  • 비투자율은 진공의 투자율에 대한 자성체의 투자율 비를 의미하며, 재료가 얼마나 쉽게 자화될 수 있는지를 나타내는 척도입니다.

    오답 노트
    도전율: 전류가 얼마나 잘 흐르는지를 나타내는 지표
    비유전율: 전하를 축적하는 능력을 나타내는 지표
    저항률: 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 지표
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20. 동기전동기의 여자전류를 변경하는 경우에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 역률 1로 운전되고 있을 때 여자전류를 감소시키는 경우 전원측에서 보면 동기전동기는 유도성 부하이다.
  2. 역률 1로 운전되고 있을 때 여자전류를 증가시키는 경우 동기전동기에는 앞선 전류가 흐른다.
  3. 부하가 일정할 때 여자전류와 단자전압과의 관계를 그린 것을 동기전동기의 V곡선이라 한다.
  4. 여자전류 변경을 통해 동기전동기의 역률 제어가 가능하다.
(정답률: 87%)
  • 동기전동기의 V곡선은 부하가 일정할 때 여자전류와 '전기자 전류' 사이의 관계를 나타낸 곡선입니다. 단자전압과의 관계가 아닙니다.

    오답 노트
    여자전류 감소 시 유도성 부하: 부족여자 상태가 되어 지상 전류가 흐릅니다.
    여자전류 증가 시 앞선 전류: 과여자 상태가 되어 진상 전류가 흐릅니다.
    역률 제어 가능: 여자전류 조절을 통해 역률을 자유롭게 조정할 수 있습니다.
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