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

9급 지방직 공무원 서울시 전기기기
(2017-06-24 기출문제)

목록

1. 유도전동기의 속도를 결정하는 직접적인 요소가 아닌 것은?

  1. 온도
  2. 극수
  3. 전압
  4. 주파수
(정답률: 100%)
  • 온도는 유도전동기의 속도를 결정하는 직접적인 요소가 아닙니다. 유도전동기의 속도는 전압과 주파수에 의해 결정되며, 극수는 회전수와 직접적으로 관련이 있습니다. 따라서 온도는 유도전동기의 작동 온도 범위를 제한하는 요소이지만, 직접적으로 속도를 결정하는 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: 96%)
  • 임피던스 강하가 2.5[%]이므로, 단락 시 2차 측에서의 전압은 2.5[%] × 200[V] = 5[V]가 된다. 따라서 2차 측에서의 단락 전류는 5[V] ÷ 0.05[Ω] = 100[A]가 된다. 이때, 1차 측에서의 전류는 20[kVA] ÷ 4,000[V] = 5[A]가 된다. 1차 측에서의 단락 전류는 5[A] × 100 = 500[A]가 된다. 하지만 이는 실제 전압과 전류의 크기에 비례한 값이므로, 1차 측에서의 전압이 4,000[V]일 때의 전류와 비례하여 계산해야 한다. 따라서 1차 측에서의 단락 전류는 500[A] × (4,000[V] ÷ 200[V]) = 10,000[A]가 된다. 이에 따라 2차 측에서의 단락 전류는 100[A] × (4,000[V] ÷ 200[V]) = 2,000[A]가 된다. 따라서 정답은 "I1S=200[A], I2S=4,000[A]"이다.
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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: 100%)
  • 전압차 480[V]와 동기임피던스 3[Ω]를 이용하여 무효횡류를 구할 수 있다.

    무효횡류 = 전압차 / 동기임피던스 = 480[V] / 3[Ω] = 160[A]

    하지만, 두 발전기가 병렬 운전 중이므로 무효횡류는 두 발전기에서 나눠져서 흐르게 된다. 따라서, 무효횡류는 160[A] / 2 = 80[A]가 된다.

    따라서, 정답은 "80"이다.
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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: 100%)
  • 기전력은 자속의 변화율에 비례하므로, 자속이 5초 동안 변하지 않는다면 기전력은 0이 됩니다. 따라서, 권선에 유도되는 기전력은 0입니다. 따라서, 정답은 "60"이 아닌 "0"입니다.
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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: 68%)
  • "무부하일 때 계자전류가 흐르지 않으므로 발전할 수 없다."가 옳지 않은 것입니다. 직권발전기는 부하가 없어도 계자전류가 흐르기 때문에 무부하일 때에도 발전이 가능합니다.
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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: 75%)
  • 단락비는 무부하 단자전압과 단락 단자전압의 비율로 계산할 수 있다.

    단락 단자전압은 정격전압에서 단락전류에 의한 전압강하를 고려하여 계산할 수 있다. 3상 동기발전기는 대칭구조를 가지므로 한 상의 전압강하만 계산하면 된다.

    단락 단자전압 = 무부하 단자전압 - (단락전류 × 직접축반응전압 / √3)

    직접축반응전압은 발전기의 회전자와 정지자 사이의 전압을 말한다. 이 값은 발전기의 설계에 따라 다르며, 문제에서는 주어지지 않았으므로 가정할 수 없다.

    하지만 단락비는 직접축반응전압과 무관하므로, 단락 단자전압을 다음과 같이 계산할 수 있다.

    단락 단자전압 = 무부하 단자전압 - (단락전류 × 직접축반응전압 / √3)

    600 = 6,600 - (450 × 직접축반응전압 / √3)

    직접축반응전압 = (6,600 - 600 × √3) / 450 ≈ 10.77[V]

    따라서, 단락비는 다음과 같다.

    단락비 = 무부하 단자전압 / 단락 단자전압 ≈ 613.5 / (6,600 - 600 × √3) ≈ 1.333 ≈ 4/3

    따라서, 정답은 "4/3"이다.
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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: 74%)
  • 부하전류가 증가하면 발전기의 내부 저항으로 인해 단자전압이 감소하게 됩니다. 이때, 발전기의 내부 저항은 전기자 저항과 직권 계자 저항의 합인 0.2Ω가 됩니다.

    따라서, 부하전류가 50[A]일 때의 내부 저항을 고려하여 전압을 계산하면 다음과 같습니다.

    전압 = 100[V] - (50[A] × 0.2[Ω]) = 90[V]

    부하전류가 80[A]로 증가하면, 내부 저항으로 인해 단자전압이 다시 감소하게 됩니다. 이때, 내부 저항은 변하지 않으므로 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    전압 = 90[V] - (30[A] × 0.2[Ω]) = 84[V]

    따라서, 단자전압은 84[V]가 됩니다.

    정답은 "140"이 아닌 "84"가 되어야 합니다.
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8. 출력 전압이 직류 전압인 것은?

  1. 단상 인버터
  2. 초퍼형 컨버터
  3. 사이클로 컨버터
  4. 3상 인버터
(정답률: 87%)
  • 초퍼형 컨버터는 입력 전압을 고주파 AC 신호로 변환한 후 다시 정형하여 출력 전압을 만들기 때문에 출력 전압이 직류 전압인 것입니다. 다른 보기들은 입력 전압을 변환하여 출력 전압을 만들지만, 직류 전압으로 만들지는 않습니다.
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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: 50%)
  • 3상 유도전동기의 기동토크는 전 전압의 제곱에 비례하므로 전 전압이 1/2로 감소하면 기동토크는 (1/2)^2 = 1/4배가 된다. 따라서 기동토크는 전부하시의 1.6배 × 1/4 = 0.4배가 된다. 따라서 정답은 "0.4"이다.
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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: 69%)
  • 변압기의 손실은 동손과 철손으로 나뉘며, 동손은 부하 전류와 관련이 있고 철손은 코어 자기화와 관련이 있다. 전일 효율은 하루 중 전체 운전 시간에서 손실을 고려한 실제 출력과 입력 전력의 비율을 나타내는데, 이를 높이기 위해서는 전체 손실 중 철손의 비중이 적도록 설계해야 한다. 이는 전류가 흐르지 않는 시간이 많은 경우 철손이 큰 비중을 차지하기 때문이다. 따라서 하루 중 전부하로 운전되는 시간이 짧을수록 전일 효율을 높이기 위해서는 철손을 최소화하는 것이 중요하다.
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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: 83%)
  • 3상 동기발전기에서 Y 결선으로 하였을 때의 선간전압의 실효치는 √3배가 된다. 이는 Y 결선에서 선간전압이 루트3배가 되기 때문이다. 따라서 Y 결선으로 하였을 때의 선간전압의 실효치는 √3×4.44kwfwϕ이다.
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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: 83%)
  • 전압변동률이 10[%]이므로, 정격전압 100[V]에 10[%]만큼 더해진 값이 무부하 전압이 됩니다.

    즉, 100[V] + (10[%] × 100[V]) = 110[V] 이므로, 정답은 "110"입니다.
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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: 90%)
  • 유도전동기의 출력은 부하토크와 회전속도에 의해 결정되므로, 출력이 동일하다면 부하토크와 회전속도의 곱도 동일합니다. 따라서, 원래 회전속도에서 2차 저항을 2배로 하면 부하토크가 2배가 되어 회전속도는 1/2이 되어야 합니다. 따라서, 1,710[rpm] × 1/2 = 855[rpm]이 됩니다.

    그러나, 유도전동기의 회전속도는 다음과 같은 식으로 계산됩니다.

    회전속도[rpm] = (120 × 전기주파수[Hz]) / 극수

    따라서, 전기주파수와 극수가 일정하다면 회전속도도 일정합니다. 이 문제에서는 전기주파수와 극수가 일정하므로, 원래 회전속도와 새로운 회전속도는 같은 값이 됩니다. 따라서, 정답은 "1,710"입니다.

    하지만, 만약 전기주파수나 극수가 바뀌면 회전속도도 바뀔 수 있습니다. 이 경우에는 위의 식을 이용하여 회전속도를 계산해야 합니다.
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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: 70%)
  • K-SC-4004 규정에 따르면 전기기기의 운전 안정성을 위해 절연 등급과 최대 허용온도 등급이 정해져야 합니다. 이때, 최대 허용온도 등급은 온도의 오름차순으로 표현되어야 합니다.

    따라서, 보기에서 온도의 오름차순으로 표현된 것을 찾아보면 "E-B-F-H"가 해당됩니다. 이는 최대 허용온도 등급이 E, B, F, H 순으로 오름차순으로 표현되었기 때문입니다.
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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: 58%)
  • 서비스율은 유도전동기가 정격용량 이상의 부하를 견딜 수 있는 능력을 나타내는 항목입니다. 이는 유도전동기가 실제 운전 중에 예상치 못한 부하나 환경 변화 등으로 인해 정격용량 이상의 작업을 수행할 때에도 안전하게 작동할 수 있도록 고려된 값입니다. 따라서 서비스율이 높을수록 유도전동기의 신뢰성과 내구성이 높아지며, 부하가 예상치 못한 경우에도 안전하게 작동할 수 있습니다.
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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: 82%)
  • 철심 내의 정현파 자속의 최대치는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    $$B_{max}=frac{V_{rms}}{4.44fN}$$

    여기서 $V_{rms}$는 유도기전력의 실효치, $f$는 전원의 주파수, $N$은 권선의 수입니다.

    따라서, $B_{max}=frac{240}{4.44times50times240}approx4.5times10^{-3}[Wb]$가 됩니다. 따라서 정답은 "4.5×10-3[Wb]"입니다.
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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: 88%)
  • 동기발전기에서 출력전압의 주파수는 회전자의 회전 속도와 극수에 의해 결정됩니다. 회전자의 회전 속도는 기계적 속도로 표현되며, 이는 rpm (revolutions per minute)으로 측정됩니다. 한편, 극수는 회전자와 스테이터 사이의 자기장의 교차수로 정의됩니다. 따라서, 회전자의 기계적 속도와 극수를 알면 출력전압의 주파수를 계산할 수 있습니다.

    주파수는 초당 진동수로 표현되며, 회전수를 초당으로 환산하기 위해서는 60을 곱해야 합니다. 또한, 극수는 회전자가 한 바퀴를 돌 때 스테이터에서 생성되는 자기장의 교차수를 의미하므로, 회전자가 P극인 경우 한 바퀴를 돌 때 교차되는 자기장의 수는 2P입니다.

    따라서, 회전자의 기계적 속도를 nm (rpm), 극수를 P, 출력전압의 주파수를 fe (Hz)라고 할 때, 출력전압의 주파수는 다음과 같이 계산됩니다.

    fe = nm x P / 60

    하지만, 주파수는 일반적으로 Hz 단위로 표현되므로, 위 식을 다음과 같이 변형할 수 있습니다.

    fe = nm x P / 120

    따라서, "fe= nmP / 120"이 정답입니다.
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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: 89%)
  • 직류발전기에서는 회전자와 정자 사이에 전기자 반작용이 발생하게 되는데, 이는 부하가 증가함에 따라 더욱 심해집니다. 이를 최소화하기 위해서는 전류의 방향이 바뀌는 시점에서 브러시가 회전자의 단락부분에 위치하도록 해야 합니다. 이를 위해서는 회전방향으로 브러시를 이동시켜야 합니다.
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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%)
  • 자화시킬 수 있는 정도를 나타내는 용어는 비투자율입니다. 이는 자성재료가 자기장에 노출되었을 때 자기화되는 정도를 나타내는데, 비투자율이 높을수록 자기화되는 정도가 높아지기 때문입니다. 도전율은 전기저항을 나타내는 용어이며, 비유전율은 전기유전체의 전기적 특성을 나타내는 용어입니다. 저항률은 전기저항을 나타내는 용어 중 하나입니다.
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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: 86%)
  • 정답은 "역률 1로 운전되고 있을 때 여자전류를 감소시키는 경우 전원측에서 보면 동기전동기는 유도성 부하이다."입니다.

    이유는 역률 1로 운전되고 있을 때 여자전류를 감소시키는 경우, 동기전동기는 효율적으로 운전되고 있으며, 전원측에서는 유도성 부하로 작용하기 때문입니다. 따라서 이 문장은 옳은 설명입니다.

    그러나 나머지 보기들은 모두 옳은 설명입니다. 역률 1로 운전되고 있을 때 여자전류를 증가시키는 경우, 동기전동기에는 앞선 전류가 흐르며, 부하가 일정할 때 여자전류와 단자전압과의 관계를 그린 것을 동기전동기의 V곡선이라 합니다. 또한 여자전류 변경을 통해 동기전동기의 역률 제어가 가능합니다.
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