전기철도기사 필기 기출문제복원 (2015-08-16)

전기철도기사
(2015-08-16 기출문제)

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1과목: 전기철도공학

1. 전차선의 장력을 T, 단위길이당의 질량을 ρ라 할 때, 파동전파속도 C를 나타내는 식은?

(정답률: 90%)
  • 정답은 "" 이다.

    파동전파속도 C는 T와 ρ에 의해 결정된다. 전차선의 장력 T는 파동이 전달되는 물체의 탄성에 의해 결정되며, 단위길이당의 질량 ρ는 물체의 밀도에 의해 결정된다. 따라서 T와 ρ가 클수록 파동전파속도 C는 빠르다. 이를 수식으로 나타내면 C = √(T/ρ)이다.
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2. 커티너리 방식의 경우 가선계의 최고설계속도는 팬터 그래프에 의해 발생하는 가동전차선 동요임펄스 파동전파 속도의 몇 %이하가 되도록 하는가?

  1. 15
  2. 25
  3. 50
  4. 70
(정답률: 62%)
  • 커티너리 방식에서는 가선계의 최고설계속도가 발생하는 가동전차선 동요임펄스 파동전파 속도의 70% 이하가 되도록 설계됩니다. 이는 가동전차선 동요임펄스 파동전파가 발생하는 속도의 70% 이상이면, 파동전파가 가선계 내부에서 반사되어 잡음이 발생하고, 이로 인해 신호의 정확도가 떨어지기 때문입니다. 따라서, 최고설계속도를 70% 이하로 제한함으로써, 신호의 정확도를 유지하고 잡음을 최소화할 수 있습니다.
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3. 급전계통의 분리 기준으로 거리가 먼 것은?

  1. 급전별 분리
  2. 본선간의 분리
  3. 본선과 측선의 분리
  4. 기기와 차량간의 분리
(정답률: 85%)
  • 기기와 차량간의 분리가 거리가 먼 것이다. 이는 기기와 차량은 서로 다른 운행 속도와 운행 방향을 가지고 있기 때문에, 충돌이나 사고 등의 위험이 크기 때문이다. 따라서 기기와 차량은 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 하며, 이를 위해 도로 설계 시 기기 전용 도로나 차량 전용 도로 등을 만들어 분리해야 한다.
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4. 고속전차선로 4경간의 에어섹숀에서 주축전주(2e 및 2i)쌍브래킷 가고의 조합으로 맞는 것은?

  1. 1.8[m]와 1.4[m]
  2. 2.0[m]와 1.3[m]
  3. 2.2[m]와 1.2[m]
  4. 2.4[m]와 1.0[m]
(정답률: 알수없음)
  • 주축전주(2e 및 2i)는 2.0[m]이므로, 이를 쌍브래킷 가고에 대입하여 각 보의 길이를 계산해야 한다.

    1.8[m]와 1.4[m]의 경우, 2.0(m) - 1.8(m) = 0.2(m)이고, 이는 쌍브래킷 가고의 최소 두께보다 작으므로 맞지 않다.

    2.0[m]와 1.3[m]의 경우, 2.0(m) - 1.3(m) = 0.7(m)이고, 이는 쌍브래킷 가고의 최소 두께보다 크므로 맞는 조합이다.

    2.2[m]와 1.2[m]의 경우, 2.0(m) - 2.2(m) = -0.2(m)이고, 이는 쌍브래킷 가고의 최소 두께보다 작으므로 맞지 않다.

    2.4[m]와 1.0[m]의 경우, 2.0(m) - 2.4(m) = -0.4(m)이고, 이는 쌍브래킷 가고의 최소 두께보다 작으므로 맞지 않다.

    따라서, 정답은 "2.0[m]와 1.3[m]"이다.
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5. 제3궤조방식의 구성품으로 틀린 것은?

  1. 더블이어
  2. 급전레일 접합장치
  3. 습동 완화장치
  4. 신축 이음장치
(정답률: 85%)
  • 더블이어는 제3궤조방식의 구성품이 아닙니다. 더블이어는 기차의 바퀴와 레일 사이에 놓이는 두 개의 고무 패드로, 소음과 진동을 줄이는 역할을 합니다.
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6. 한 경간을 기준으로 해당 구간의 설계속도가 아래와 같을 때, 전차선의 기울기는?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 알수없음)
  • 설계속도가 일정하게 유지되는 구간에서는 전차선의 기울기가 0이어야 한다. 따라서 정답은 "0"이다.
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7. 선로가 곡선인 개소에서 차량이 선로외측으로 넘어지는 것을 막고 승차감을 좋게 하기 위하여 외측 레일을 내측 레일보다 높게 부설하는데, 이때의 높이차를 무엇이라 하는가?

  1. 슬랙9slack)
  2. 완화곡선
  3. 켄트(cant)
  4. 구배
(정답률: 알수없음)
  • 선로가 곡선인 개소에서 차량이 선로외측으로 넘어지는 것을 막기 위해 외측 레일을 내측 레일보다 높게 부설하는데, 이 높이차를 켄트(cant)라고 합니다. 켄트는 곡선에서 차량의 중심축과 수직인 외측 레일의 경사각과 내측 레일의 경사각의 차이를 말합니다. 이를 통해 차량이 곡선에서 안정적으로 운행되며, 승차감도 감소시킬 수 있습니다.
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8. 조가선과 전차선의 2조로 구성되고, 조가선으로 전차선을 궤도면에 대하여 평행이 되도록 하는 조가방식은?

  1. 반사조식
  2. 심플커티너리 조가방식
  3. 연사조식
  4. 사조식
(정답률: 90%)
  • 심플커티너리 조가방식은 조가선과 전차선이 직각이 되도록 하여 궤도면에 대해 평행하게 배치하는 방식입니다. 이 방식은 간단하고 구조가 단순하여 제작과 유지보수가 용이하며, 안정적인 운전이 가능합니다. 따라서 심플커티너리 조가방식이 선택되는 경우가 많습니다.
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9. 교류전기철도 지지물, 철구조물 등에 섬락하는 지락고장의 경우에 보호설비 방식이 아닌 것은?

  1. 보호선에 의한 방식
  2. 가공지선에 의한 방식
  3. 매설지선에 의한 방식
  4. 고장점 표정방식
(정답률: 73%)
  • 고장점 표정방식은 지락이 발생한 지점을 표시하여 수리나 교체 작업을 수행하는 방식으로, 보호설비나 지선을 사용하지 않고 지락을 감지하고 처리할 수 있습니다. 따라서 보호설비 방식이 아닌 것입니다.
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10. 가공 전차선로에서 운전속도가 90[m/s]이고, 파동전파 속도가 100[m/s]일 때, 전차선로의 동적작용을 알 수 있는 도플러 계수는?

  1. 0.1
  2. 0.2
  3. 0.3
  4. 0.4
(정답률: 알수없음)
  • 도플러 효과에서 도플러 계수는 다음과 같이 정의됩니다.

    도플러 계수 = (관측된 주파수 - 송신된 주파수) / 송신된 주파수

    여기서, 파동전파가 전차선로에서 반사되어 돌아오는데 걸리는 시간은 전파가 왕복하는 거리를 파동전파 속도로 나눈 값과 같습니다. 따라서, 전차선로에서 반사된 파동전파의 주파수는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    반사된 주파수 = 송신된 주파수 * (전파가 왕복하는 거리 / 파동전파 속도)

    여기서, 전파가 왕복하는 거리는 전차선로의 길이인 L과 같습니다. 따라서, 반사된 주파수는 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

    반사된 주파수 = 송신된 주파수 * (2L / 파동전파 속도)

    이제, 도플러 계수를 계산하기 위해 위의 두 식을 이용하면 다음과 같습니다.

    도플러 계수 = (반사된 주파수 - 송신된 주파수) / 송신된 주파수
    = [(송신된 주파수 * (2L / 파동전파 속도)) - 송신된 주파수] / 송신된 주파수
    = 2L / (파동전파 속도 * 송신된 주파수)

    여기서, 송신된 주파수는 파동의 주파수와 같습니다. 따라서, 도플러 계수는 전차선로의 길이와 파동전파 속도에만 의존하며, 송신된 주파수와는 무관합니다. 따라서, 도플러 계수는 0.1이 됩니다.
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11. 고속철도에서 열차운행 속도가 250[km/h] 초과 일 때, 전차선의 구배 [‰]는?

  1. 3[‰]
  2. 2[‰]
  3. 1[‰]
  4. 0[‰]
(정답률: 알수없음)
  • 고속철도에서 열차운행 속도가 250[km/h] 초과일 때, 전차선의 구배는 0[‰]이다. 이는 고속열차가 안전하게 운행될 수 있는 최대 구배이기 때문이다. 구배가 높을수록 열차의 중심축이 기울어지기 때문에 안전성이 떨어지게 된다. 따라서 고속열차의 운행 속도가 높을수록 구배는 낮아져야 한다.
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12. 지상부의 가공 전차선이 터널내로 들어와 강체전차선으로 변경되는 부분에 설치하는 장치는?

  1. 흐름방지 장치
  2. 건널선 장치
  3. 익스팬션 죠인트
  4. 지상부 이행장치
(정답률: 60%)
  • 지상부 이행장치는 가공 전차선이 터널내로 들어와 강체전차선으로 변경되는 부분에서 지상부와 지하부의 높이 차이를 보완하여 차량의 안정성을 유지하고, 안전한 이행을 도와주는 장치입니다. 따라서 이 장치가 해당 위치에 설치되어야 합니다. 다른 보기들은 해당 위치에 설치되는 장치가 아닙니다.
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13. 차량이 안전하게 운행될 수 있도록 궤도상에 설정한 일정 공간은?

  1. 차량한계
  2. 건축한계
  3. 열차한계
  4. 접촉한계
(정답률: 80%)
  • 정답은 "건축한계"입니다. 궤도상에 설정한 일정 공간은 건축물과의 충돌을 방지하고, 건축물의 안전을 보장하기 위해 설정되는 것이기 때문입니다. 따라서 이를 건축한계라고 합니다. 차량한계는 도로상에서 차량이 운행할 수 있는 한계를 의미하며, 열차한계는 철도상에서 열차가 운행할 수 있는 한계를 의미합니다. 접촉한계는 전기기기 등에서 발생하는 전자기파가 인체에 미치는 영향을 제한하기 위해 설정되는 것을 말합니다.
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14. AT 급전방식에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 전압강하가 크므로 변전소 이격거리가 짧다.
  2. 급전전압이 낮으므로 고장전류가 적어 보호가 어렵다.
  3. 고속 대용량 집전에 적합하다.
  4. 부스터 섹션에서 전기차 통과시 아크가 발생한다.
(정답률: 77%)
  • AT 급전은 전압강하가 크기 때문에 변전소 이격거리가 짧아 고속 대용량 집전에 적합하다는 것이 옳은 설명이다. 다른 보기들은 옳지 않은 설명이다.
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15. 건넘선장치의 설계시 고려사항으로 거리가 먼 것은?

  1. 건넘선 구간의 조가선 상호간 및 전차선 상호간, 조가선과 전차선을 일괄 균압한다.
  2. 건넘선 구간에서 팬터그래프의 본선 통과 시 측선 전차선 또는 금구류와 접촉하지 않도록 한다.
  3. 선로가 분기하는 개소에 적용하는 건넘선 장치는 설계속도, 선로조건, 전주위치, 경간, 가도, 편위, 선간 이격거리등을 고려하여 설계한다.
  4. 건넘선장치 교차점에서 본선측 궤도중심과 교측선측 전차선간의 간격 600[mm]내에 크램프를 설치한다.
(정답률: 67%)
  • 건넘선장치 설계시 고려사항으로 거리가 먼 것은 "건넘선 구간에서 팬터그래프의 본선 통과 시 측선 전차선 또는 금구류와 접촉하지 않도록 한다." 이다. 이유는 건넘선 구간에서 팬터그래프의 본선 통과 시 측선 전차선 또는 금구류와 접촉하면 안전사고가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 건넘선장치 교차점에서 본선측 궤도중심과 교측선측 전차선간의 간격 600[mm]내에 크램프를 설치하여 이를 방지한다.
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16. 뢰의 파두장 5[㎲], 전파속도 500[m/㎲]라 할 때, 피뢰기의 직선적 유효보호범위[m]는?

  1. 850
  2. 900
  3. 1000
  4. 1250
(정답률: 80%)
  • 피뢰기의 직선적 유효보호범위는 뢰의 파두장과 전파속도에 비례한다. 따라서, 유효보호범위 = 뢰의 파두장 x 전파속도 = 5[㎲] x 500[m/㎲] = 2500[m] 이다. 하지만, 이 값은 피뢰기의 반경이므로, 유효보호범위를 반으로 나누어야 한다. 따라서, 피뢰기의 직선적 유효보호범위는 1250[m]이 된다.
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17. 주전동기의 단자전압이 1200V, 전류가 300A인 경우, 전기차의 출력은 몇 [kW]인가? (단, 주전동기의 효율은 0.9, 전동기의 대수는 3대이다.)

  1. 648
  2. 810
  3. 972
  4. 1134
(정답률: 77%)
  • 전기차의 출력은 주전동기의 출력과 같다. 주전동기의 출력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    주전동기의 입력 전력 = 주전동기의 단자전압 × 전류 × 3 (전동기의 대수)

    주전동기의 출력 = 주전동기의 입력 전력 × 효율

    따라서, 주전동기의 출력은 다음과 같다.

    주전동기의 출력 = 1200V × 300A × 3 × 0.9 = 972,000 [W] = 972 [kW]

    따라서, 정답은 "972"이다.
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18. AT 급전방식에서 전차선과 급전선간의 표준전압(kV)은?

  1. 25
  2. 50
  3. 60
  4. 75
(정답률: 80%)
  • AT 급전방식에서 전차선과 급전선간의 표준전압은 50kV이다. 이는 전력 손실을 최소화하면서도 전력을 안정적으로 공급하기 위한 최적의 전압이기 때문이다. 또한, 50kV는 전력 변압기의 크기와 비용을 최소화할 수 있는 적절한 전압이기도 하다.
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19. 직류귀선로의 전식방지 대책이 아닌 것은?

  1. 보조귀선을 설치
  2. 귀선저항을 작게
  3. 누설저항을 크게
  4. 누설전류를 크게
(정답률: 알수없음)
  • 누설전류를 크게 하는 것은 전식방지 대책이 아니라 오히려 전기적 안전에 위험을 초래할 수 있습니다. 누설전류가 크면 전기적으로 접촉한 사람의 심장에 영향을 주어 위험한 상황을 초래할 수 있기 때문입니다. 따라서 전류 차단기나 절연재 등을 이용하여 누설전류를 최소화하는 것이 전식방지 대책입니다.
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20. 일반 전차선로구간에서 전차선의 처짐 또는 과장력이 걸리는 것을 방지하기 위한 인류구간의 길이는 몇 [m]이하를 표준으로 하는가? (단, 직선구간을 기준으로)

  1. 1600
  2. 1800
  3. 2000
  4. 2200
(정답률: 37%)
  • 일반 전차선로구간에서 전차선의 처짐 또는 과장력이 걸리는 것을 방지하기 위한 인류구간의 길이는 1600m 이하를 표준으로 한다.

    전차선은 차량이 지나가면서 발생하는 충격과 무게에 의해 처짐이 발생할 수 있다. 이 때, 인류구간은 전차선과 인도 사이의 구간으로, 보행자가 안전하게 이동할 수 있는 공간을 의미한다. 인류구간의 길이는 전차선의 처짐이나 과장력이 걸리는 것을 방지하기 위해 충분한 길이가 필요하다.

    국토교통부는 일반 전차선로구간에서 인류구간의 길이를 1600m 이하로 규정하고 있다. 이는 전차선의 처짐이나 과장력이 발생할 가능성이 높은 구간에서도 보행자의 안전을 보장하기 위한 것이다. 따라서, 일반 전차선로구간에서는 인류구간의 길이를 1600m 이하로 유지해야 한다.
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2과목: 전기철도 구조물공학

21. 단면의 폭이 10cm, 높이가 20cm인 직사각형 단면과 지름이 d인 원형단면이 있다. 직사각형 단면과 원형단면의 단면계수가 같다고 할 때, 원형단면의 직경 [cm]은?

  1. 15.03
  2. 11.93
  3. 18.93
  4. 23.86
(정답률: 91%)
  • 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, 단면계수의 공식을 이용하여 다음과 같이 표현할 수 있다.

    1/48 = (πd^2)/4 / (10 × 20)

    이를 정리하면 다음과 같다.

    d^2 = 4800/π

    d = √(4800/π) = √(4800/3 × 4) = √(400) = 20

    따라서, 원형단면의 직경은 20cm이다. 하지만 보기에서는 직경이 아니라 반지름이 주어졌으므로, 반지름에 10을 곱한 200을 지름으로 나누어주면 된다.

    200/20 = 10

    따라서, 원형단면의 직경은 10 × 2 = 20cm이다. 하지만 보기에서는 이 값이 없으므로, 계산 결과를 반올림하여 가장 가까운 값인 18.93이 정답이 된다.
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22. 길이 10m인 강재에 온도가 10℃에서 50℃로 변할 때, 온도에 의한 변형율은? (단, 강재의 탄성계수는 200GPa, 열팽창계수 α=1.0×10-5/℃이다.)

  1. 0.0002
  2. 0.0003
  3. 0.0004
  4. 0.0005
(정답률: 55%)
  • 변형율은 ΔL/L0 으로 계산할 수 있다. 여기서 ΔL은 길이 변화량, L0은 원래 길이이다.

    강재의 길이 변화량 ΔL은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔL = L0 * α * ΔT

    여기서 α는 열팽창계수, ΔT는 온도 변화량이다.

    따라서,

    ΔL = 10m * 1.0×10^-5/℃ * (50℃ - 10℃) = 0.004m

    변형율은 ΔL/L0 이므로,

    변형율 = ΔL/L0 = 0.004m/10m = 0.0004

    따라서, 정답은 "0.0004"이다.
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23. 전차선이 지표면상 6.78m에 설치되어 전차선의 횡장력에 의한 수평집중하중이 83.4kgf이고, 가동브래킷의 상부 밴드와 하부 밴드의 간격이 1m일 때 지면과 경계면에서 전차선의 횡장력 벤딩모멘트는 몇 [kgf⋅m]인가?

  1. 83.4
  2. 482.1
  3. 565.4
  4. 648.8
(정답률: 54%)
  • 전차선의 횡장력에 의한 수평집중하중은 83.4kgf이므로, 이를 가동브래킷의 상부 밴드와 하부 밴드의 간격인 1m으로 나누어 전차선의 횡장력에 의한 단위길이당 수평집중하중을 구할 수 있다. 이 값은 83.4kgf/m이다.

    전차선의 횡장력에 의한 벤딩모멘트는 전차선의 횡장력에 의한 단위길이당 수평집중하중과 전차선의 높이를 곱한 값이다. 전차선의 높이는 전차선이 설치된 지표면상의 높이인 6.78m이다.

    따라서 벤딩모멘트는 83.4kgf/m × 6.78m = 565.4kgf⋅m이다. 따라서 정답은 "565.4"이다.
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24. 단면적이 100mm2인 재료에 8kN의 전단력을 가했더니, 전단변형율이 0.001rad 발생하였을 때, 전단탄성계수 (횡탄성계수) G[GPa]는?

  1. 0.8
  2. 8
  3. 80
  4. 800
(정답률: 70%)
  • 전단탄성계수 (횡탄성계수) G는 다음과 같은 식으로 구할 수 있습니다.

    G = (전단력 / 단면적) / (전단변형율)

    여기에 문제에서 주어진 값을 대입하면,

    G = (8kN / 100mm^2) / 0.001rad
    G = 80GPa

    따라서 정답은 "80"입니다.
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25. 전기철도구조물로 이용되는 단독 지지주의 강도 계산을 위한 설계 조건으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 급전방식과 가선방식
  2. 사용 전선의 종류와 굵기
  3. 전선에 가해지는 장력
  4. 통신선로의 유도장해
(정답률: 84%)
  • 전기철도구조물로 이용되는 단독 지지주의 강도 계산을 위한 설계 조건 중에서 가장 거리가 먼 것은 "통신선로의 유도장해"입니다. 이는 전기철도구조물과 통신선로가 서로 근접해 있을 때, 통신선로에서 발생하는 전자기장이 전기철도구조물에 유도되어 강도를 감소시키는 현상을 의미합니다. 따라서 이를 고려하여 설계를 해야 합니다.
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26. 탄성한도 내에서 봉에 축방향으로 단면에 균일한 인장력이 작용할 때, 봉의 체적 변형율 ?v은? (단, ?은 봉의 종변형율, v는 포아송 비이다.)

  1. ?(1-v)
  2. ?(1-2v)
  3. ?(1+v)
  4. ?(1+2v)
(정답률: 알수없음)
  • 탄성한도 내에서 인장력이 작용하면 봉은 일정한 변형률을 가지게 된다. 이 변형률은 봉의 종변형율과 포아송 비에 의해 결정된다.

    봉의 체적 변형율은 봉의 길이, 너비, 높이의 변화량을 나타내는데, 이 중에서 높이 방향으로의 변화량은 봉의 축방향으로의 변화량과 같다. 따라서 봉의 체적 변형율은 봉의 축방향으로의 변화량에 의해 결정된다.

    봉의 축방향으로의 변화량은 봉의 길이에 대한 변화량과 같다. 이 변화량은 봉의 길이와 인장력, 그리고 봉의 단면적과 탄성계수에 의해 결정된다.

    봉의 체적 변형율은 봉의 길이 변화량을 봉의 체적으로 나눈 값이므로,

    체적 변형율 ?v = (길이 변화량 / 봉의 체적)

    길이 변화량은 인장력이 작용한 길이 L에 대해 L?이므로,

    길이 변화량 = L?

    봉의 체적은 봉의 단면적 A에 봉의 길이 L을 곱한 값이므로,

    봉의 체적 = AL

    따라서 체적 변형율은

    ?v = (L? / AL) = ?/A

    여기서 봉의 단면적 A는 일정하므로, 체적 변형율은 종변형율 ?와 포아송 비 v에 의해 결정된다.

    종변형율은 봉의 길이 변화량을 봉의 길이 L로 나눈 값이므로,

    ? = L? / L = ?

    따라서 체적 변형율은

    ?v = ?/A = (L? / AL) / A = ?/AL = ?/L

    포아송 비는 봉의 축방향으로의 변화량과 봉의 단면적의 비율에 의해 결정된다.

    봉의 단면적이 A이고, 높이 방향으로의 변화량이 ?L일 때, 봉의 너비 방향으로의 변화량은 -v?L이다. 따라서 봉의 체적 변형율은

    ?v = ?/L = (?L / AL) / L = ?/AL = ?/(A(1-v))

    따라서 정답은 "?(1-v)"이다.
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27. 전철구조물 설계하중에서 응력계산시 가동브래킷의 이동 수평하중에 적용되는 하중은?

  1. 수평 분포하중
  2. 수직 편심하중
  3. 수평 집중하중
  4. 수직 양심하중
(정답률: 70%)
  • 가동브래킷은 수평 방향으로 이동하는 기능을 가지므로, 이동 시 발생하는 수평 집중하중이 적용된다. 따라서 정답은 "수평 집중하중"이다.
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28. 지표상 8m 지점에 수평인장력이 660kg인데, 지선을 6m 떨어져 지지하려고 한다. 이 때 지선에 걸리는 장력은 몇 [kg]인가?

  1. 980
  2. 1100
  3. 1260
  4. 1500
(정답률: 알수없음)
  • 지표상 8m 지점에 수평인장력이 660kg이므로, 이는 지점에서 수직방향으로 작용하는 중력과 평형을 이루고 있다. 따라서 지점에서의 중력은 660kg이다.

    지선이 지점에서 6m 떨어져 지지하려면, 지선에는 지점에서의 중력과 같은 크기의 장력이 작용해야 한다. 그렇지 않으면 지선이 끊어질 수 있다.

    따라서 지선에 걸리는 장력은 660kg이다. 하지만 보기에서는 정답이 "1100"으로 주어졌는데, 이는 잘못된 값이다. 따라서 정답은 "660"이다.
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29. 단면 모멘트 및 도심에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 단면 1차모멘트는 좌표축에 따라 (+), (-)의 부호를 갖는다.
  2. 도심을 지나는 축에 대한 단면 1차모멘트는 0이다.
  3. 단면 2차모멘트의 최솟값은 도심에 대한 것이며, 0은 아니다.
  4. 도형의 도심은 질량이나 중력에 따라 다르다.
(정답률: 50%)
  • "도형의 도심은 질량이나 중력에 따라 다르다."는 틀린 설명입니다. 도형의 도심은 형상에 따라 일정한 위치에 있으며, 도형의 질량이나 중력과는 무관합니다. 도심은 도형 내부의 모든 면적을 고려하여 계산됩니다.
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30. 그림과 같은 강재(L-65×65×6)의 단면에 20t의 인장력이 작용할 때, 이 강재의 늘음량[mm]은? (단, 영계수 E=2.1×106kg/cm2, A=7.64cm2)

  1. 7.25
  2. 7.57
  3. 9.25
  4. 9.97
(정답률: 알수없음)
  • 강재의 늘어난 길이는 L = F × L0 / EA 이다. 여기서 F는 인장력, L0은 원래 길이, A는 단면적, E는 영계수이다. 따라서, L = 20 × 1000 / (2.1 × 106 × 7.64) = 0.0025m = 2.5mm 이다. 따라서, 정답은 "7.25", "7.57", "9.25"가 아닌 "9.97"이다.
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31. 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: 알수없음)
  • "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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32. 풍속이 30m/s이고, 바람을 받는 콘크리트 전주의 수직 투영면적이 3m2일 때, 콘트리트 전주에 가해지는 풍압은 약 몇 [kgf]인가? (단, 풍력계수는 1.3이다.)

  1. 55
  2. 109
  3. 219
  4. 439
(정답률: 39%)
  • 풍압은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    풍압 = 0.5 x 밀도 x 바람속도2 x 투영면적 x 풍력계수

    여기서 밀도는 대기 밀도인 1.2 kg/m3을 사용한다.

    풍압 = 0.5 x 1.2 x 302 x 3 x 1.3 = 7026 [N]

    이를 kgf로 변환하면 7026/9.81 = 715.6 [kgf] 이다. 따라서 가장 가까운 정답은 "219"이다.
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33. 두 힘의 합력은 약 몇 [t]인가?

  1. 12.2
  2. 13.2
  3. 14.5
  4. 15.5
(정답률: 80%)
  • 주어진 그림에서 왼쪽 힘의 크기는 8[t]이고 오른쪽 힘의 크기는 5[t]이다. 이 두 힘은 서로 반대 방향으로 작용하므로, 합력은 두 힘의 차이인 8[t] - 5[t] = 3[t]이다. 그러나 문제에서 단위를 [t]로 주어졌으므로, 답인 합력도 [t] 단위로 표시해야 한다. 따라서 합력은 3[t] = 13.2[t]가 된다.
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34. 전차선은 온도와 장력의 변화에 따라서 이동하지만 온도에 따른 이동만 고려하면 이동량 [mm]은? (단, 전차선팽창계수=1.7×10-5/℃, 최고온도 40℃, 전차선장력 조정 길이 750m)

  1. 288
  2. 383
  3. 458
  4. 553
(정답률: 알수없음)
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35. 지점(支點, support)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: 82%)
  • 정답은 "회전하고 있는 구조물 또는 부재를 받치는 점을 지점이라 한다."입니다.

    이동지점에서 반력은 수직한 방향으로 1개만 일어나는 이유는 이동지점이 자유롭게 움직일 수 있기 때문입니다. 만약 이동지점에서 반력이 수평 방향으로 일어난다면 이동지점이 움직이면서 구조물 전체가 불안정해질 수 있습니다. 따라서 이동지점에서는 수직 방향으로만 반력이 일어나도록 설계됩니다.
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36. 직경 20[mm], 길이 2[m]인 봉에 20[t]의 인장력을 작용시켰더니 길이가 2.08[m], 직경이 19.8[mm]로 되었다면 포아송 비(Poisson’s ratio)는?

  1. 0.25
  2. 0.5
  3. 2
  4. 4
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 포아송 비(Poisson’s ratio)는 재료의 늘어난 세로 길이와 줄어든 가로 길이의 비율을 의미합니다. 이 문제에서는 길이가 2[m]인 봉에 인장력을 작용시켰을 때, 세로 길이가 2.08[m]로 늘어나고 가로 길이가 19.8[mm]로 줄어들었습니다.

    세로 길이의 변화량은 2.08[m] - 2[m] = 0.08[m] 이고, 가로 길이의 변화량은 20[mm] - 19.8[mm] = 0.2[mm] 입니다.

    따라서, 포아송 비(Poisson’s ratio)는 (0.2[mm] / 20[mm]) / (0.08[m] / 2[m]) = 0.25 가 됩니다.

    즉, 가로 길이의 변화량이 세로 길이의 변화량의 0.25배 만큼 일어났다는 것을 의미합니다.
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37. 그림과 같은 단면의 X - X 축에 대한 단면차모멘트[cm3]는? (단, 치수 단위는 [cm])

  1. 48
  2. 96
  3. 144
  4. 192
(정답률: 알수없음)
  • 단면차모멘트는 단면의 면적과 중심축 사이의 거리의 제곱을 곱한 값의 적분으로 구할 수 있습니다. 이 단면의 경우, 면적은 12x8=96cm^2이고, 중심축은 가로축의 중심선이므로 6cm입니다. 따라서, 단면차모멘트는 96 x 6^2 = 3,456 cm^3입니다. 하지만 문제에서는 X - X 축에 대한 단면차모멘트를 구하라고 했으므로, 이 값을 전체 면적인 96cm^2로 나누어주면 3,456 / 96 = 36cm가 됩니다. 따라서, 정답은 36의 2배인 96입니다.
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38. 그림과 같은 보의 단부 A점에서의 휨모멘트는?

  1. wL2/6
  2. wL2/12
  3. wL2/24
  4. wL2/48
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 단순 지지점에서의 정적 균형을 이용하여 해결할 수 있습니다. A점에서의 힘의 균형을 생각해보면, A점에서의 수직방향 힘의 합은 0이어야 합니다. 따라서, A점에서의 수직방향 반력은 wL이어야 합니다.

    이제 A점에서의 모멘트를 구해보겠습니다. A점에서의 모멘트는 A점에서의 수직방향 반력과 보의 무게 중심인 중간 지점에서의 무게 중심까지의 거리인 L/2을 이용하여 계산할 수 있습니다. 따라서, A점에서의 모멘트는 (wL) x (L/2) = wL2/2 입니다.

    하지만 이 문제에서는 보의 양 끝단이 단순 지지점으로 고정되어 있기 때문에, 보의 양 끝단에서의 모멘트도 0이어야 합니다. 따라서, A점에서의 모멘트는 보의 중간 지점에서의 모멘트의 반값인 wL2/2 x 1/2 = wL2/4 입니다.

    마지막으로, 이 문제에서는 보가 균일하게 분포하고 있다고 가정하였기 때문에, 보의 중간 지점에서의 모멘트는 보의 길이 L과 보의 중간 지점에서의 하중 wL/2를 이용하여 계산할 수 있습니다. 따라서, 보의 중간 지점에서의 모멘트는 wL x L/2 x 1/2 = wL2/4 입니다.

    따라서, A점에서의 모멘트는 보의 중간 지점에서의 모멘트의 두 배인 wL2/4 x 2 = wL2/2 입니다.

    하지만 이 문제에서는 보의 양 끝단에서의 모멘트도 0이어야 하므로, A점에서의 모멘트는 wL2/2 - wL2/4 = wL2/4 입니다.

    따라서, 보기 중에서 정답은 "wL2/12" 입니다. 이는 보의 중간 지점에서의 모멘트를 2등분하여 계산한 값입니다.
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39. 전기철도 구조물에서 고정지점의 반력수는?

  1. 1개
  2. 2개
  3. 3개
  4. 4개
(정답률: 91%)
  • 전기철도 구조물에서 고정지점은 일반적으로 3개의 지점으로 구성되어 있습니다. 이는 구조물의 안정성과 강도를 보장하기 위한 것으로, 3개의 고정지점이 있을 경우 구조물이 평형을 유지할 수 있습니다. 따라서 고정지점의 반력수도 3개가 됩니다.
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40. 구조물 판별에서 트러스의 부정정 차수가 m＞2k-3이면? (단, m:부재수, k :절점수)

  1. 불안정
  2. 정적
  3. 내적 부정정
  4. 외적 부정정
(정답률: 알수없음)
  • 트러스 구조물에서 부정정 차수란 각 노드에서 연결된 부재들의 회전 가능한 자유도의 수를 의미합니다. 이때, 부정정 차수가 m＞2k-3이면 내적 부정정이 발생합니다. 내적 부정정은 구조물이 불안정해지는 원인 중 하나로, 부재들이 서로 충돌하거나 교착 상태에 빠지는 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서, 구조물 판별에서 내적 부정정이 나타나면 해당 구조물은 불안정하다고 판단할 수 있습니다.
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3과목: 전기자기학

41. 패러데이의 법칙에 대한 설명으로 가장 적합한 것은?

  1. 정전유도에 의해 회로에 발생하는 기자력은 자속의 변화 방향으로 유도된다.
  2. 정전유도에 의해 회로에 발생되는 기자력은 자속 쇄교수의 시간에 대한 증가율에 비례한다.
  3. 전자유도에 의해 회로에 발생되는 기전력은 자속의 변화를 방해하는 반대 방향으로 기전력이 유도된다.
  4. 전자유도에 의해 회로에 발생하는 기전력은 자속 쇄교수의 시간에 대한 변화율에 비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • 패러데이의 법칙은 전자유도에 의해 회로에 발생하는 기전력은 자속 쇄교수의 시간에 대한 변화율에 비례한다는 것입니다. 이는 자기장의 변화에 따라 전기적인 에너지가 발생한다는 것을 의미합니다. 따라서, "전자유도에 의해 회로에 발생하는 기전력은 자속 쇄교수의 시간에 대한 변화율에 비례한다."가 가장 적합한 설명입니다.
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42. 유도 기전력의 크기는 폐회로에 쇄교하는 자속의 시간적 변화율에 비례하는 정량적인 법칙은?

  1. 노이만의 법칙
  2. 가우스의 법칙
  3. 암페어의 주회적분 법칙
  4. 플레밍의 오른손 법칙
(정답률: 알수없음)
  • 노이만의 법칙은 유도 기전력의 크기가 자속의 시간적 변화율에 비례한다는 법칙이다. 이는 자기장이 변화할 때 유도 전류가 발생하는데, 이 전류의 크기는 자기장의 변화율에 비례하게 된다. 따라서 자속이 빠르게 변화할수록 유도 전류의 크기도 커지게 된다. 이러한 관계를 수식으로 나타내면 유도 기전력 E = -dΦ/dt (E: 유도 기전력, Φ: 자속, t: 시간)로 표현할 수 있다.
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43. 전기력선의 성질에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 전기력선은 도체 표면과 직교한다.
  2. 전기력선은 전위가 낮은 점에서 높은 점으로 향한다.
  3. 전기력선은 도체 내부에 존재할 수 있다.
  4. 전기력선은 등전위면과 평행하다.
(정답률: 47%)
  • 전기력선은 전기장의 방향을 나타내는 선으로, 전기장은 항상 수직 방향으로 작용하기 때문에 전기력선은 도체 표면과 직교하게 된다. 이는 전기장이 도체 내부에서도 작용할 수 있기 때문에 전기력선이 도체 내부에 존재할 수 있다는 것과는 다른 개념이다. 또한, 전기력선은 전위가 낮은 점에서 높은 점으로 향하게 되는데, 이는 전기장이 일정한 방향으로 작용하기 때문이다. 따라서 등전위면과는 평행하지 않다.
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44. 한 변의 저항이 Ro인 그림과 같은 무한히 긴 회로에서 AB 간의 합성저항은 어떻게 되는가?

(정답률: 59%)
  • AB 간의 합성저항은 무한길이의 회로이므로, 회로의 양 끝을 무한대로 가정하여 계산할 수 있다. 이때, 무한대에서 볼 때, 회로는 반복되는 패턴을 가지고 있으며, 이 패턴은 Ro과 직렬로 연결된 무한히 많은 저항으로 이루어져 있다. 따라서, 이 패턴을 하나의 저항으로 치환하면, AB 간의 합성저항은 Req = Ro / 2가 된다. 따라서, 정답은 ""이다.
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45. 반지름 a, b(b＞a)(m)의 동심 구도체 사이에 유전율 ?(F/m)의 유전체가 채워졌을 때의 정전 용량은 몇 F인가?

(정답률: 60%)
  • 정전 용량은 C = εA/d 인데, 동심 구도체 사이의 거리 d는 b-a이고, 면적 A는 4πa^2이다. 따라서 C = ε(4πa^2)/(b-a).

    보기 중에서 ""는 ε가 (b-a)/ln(b/a)로 주어졌을 때의 C값이다. 이는 동심 구도체 사이의 거리가 로그함수로 주어졌을 때의 정전 용량 공식을 사용한 것이다. 이 공식은 일반적으로 사용되는 공식이며, b/a가 크면 큰 값으로 수렴하므로 b가 매우 큰 경우에는 ""가 가장 정확한 값이 된다.
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46. 맥스웰의 전자방정식 중 패러데이 법칙에서 유도된 식은? (단, D:전속밀도, ρv:공간 전하밀도, B:자속밀도, E:전계의 세기, J:전류밀도, H:자계의 세기이다.)

  1. divD=ρv
  2. divB=0
(정답률: 알수없음)
  • 패러데이 법칙에서 유도된 식은 이다. 이는 전자기장의 회전에 대한 법칙으로, 전자기장의 회전은 자기장의 변화에 의해 유발된다는 것을 나타낸다. 이 식은 전자기장의 회전과 자기장의 변화 사이의 관계를 나타내며, 이를 통해 전자기장의 동작을 이해할 수 있다.
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47. 높은 전압이나, 낙뢰를 맞는 자동차 안에는 승객이 안전한 이유가 아닌 것은?

  1. 도전성 용기 내부의 장은 외부 전하나 자장이 정지 상태에서 영(ZERO)이다.
  2. 도전성 내부 벽에는 음(-)전하가 이동하여 외부에 같은 크기의 양(+)전하를 준다.
  3. 도전성인 용기라도 속빈 경우에 그 내부에는 전기장이 존재하지 않는다.
  4. 표면의 도전성 코팅이나 프레임 사이에 도체의 연결이 필요 없기 때문이다.
(정답률: 알수없음)
  • 높은 전압이나 낙뢰를 맞는 자동차 안에는 승객이 안전하지 않은 이유는 전기장이 발생하기 때문입니다. 하지만, 표면의 도전성 코팅이나 프레임 사이에 도체의 연결이 필요 없는 경우에는 전기장이 발생하지 않아 승객이 안전하게 지낼 수 있습니다.
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48. 지름 2mm, 길이 25m인 동선의 내부 인턱턴스는 몇 μH인가?

  1. 1.25
  2. 2.5
  3. 5.0
  4. 25
(정답률: 39%)
  • 내부 인덕턴스는 동선의 길이와 반비례하므로, 길이가 25m인 동선의 내부 인덕턴스는 짧은 동선에 비해 크다. 반면, 지름이 작을수록 내부 인덕턴스는 커진다. 따라서, 지름 2mm, 길이 25m인 동선의 내부 인덕턴스는 상대적으로 크지만, 보기에서 주어진 값 중에서 가장 작은 값인 1.25μH가 가장 적절하다.
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49. Q(C)의 전하를 가진 반지름 a(m)의 도체구를 유전율 ?(F/m)의 기름 탱크로부터 공기 중으로 빼내는데 요하는 에너지는 몇 J인가?

(정답률: 알수없음)
  • 도체구의 전하를 가진 반지름 a(m)의 구를 유전율 ?(F/m)의 기름 탱크로부터 공기 중으로 빼내는데 요하는 에너지는 다음과 같이 구할 수 있다.

    먼저, 도체구의 전하 Q(C)는 전하 밀도 p(C/m^3)와 부피 V(m^3)를 이용하여 Q = pV로 구할 수 있다. 도체구의 부피는 V = (4/3)πa^3이므로, 전하는 Q = p(4/3)πa^3이다.

    기름 탱크와 공기 사이의 전위차는 V(V)이며, 전위차에 따른 전하 이동을 위한 일은 W = QV이다. 따라서, 도체구의 전하를 가진 반지름 a(m)의 구를 유전율 ?(F/m)의 기름 탱크로부터 공기 중으로 빼내는데 요하는 에너지는 다음과 같다.

    W = QV = p(4/3)πa^3V = p(4/3)πa^3Ed

    여기서, E는 전기장이며, E = V/d이다. d는 기름 탱크와 공기 사이의 거리이다.

    따라서, 에너지는 W = p(4/3)πa^3(V^2/d)이다.

    보기 중에서 ""이 정답인 이유는, 전하 밀도 p와 전위차 V는 고정되어 있으므로, 에너지는 반지름 a와 거리 d에만 의존한다. 따라서, a와 d가 모두 2배가 되면, 에너지는 8배가 된다. 이를 고려하면, ""이 정답이 된다.
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50. 특성임피던스가 각각 η1, η2인 두 매질의 경계면에 전자파가 수직으로 입사할 때, 전계가 무반사로 되기 위한 가장 알맞은 조건은?

  1. η2=0
  2. η1=0
  3. η1=η2
  4. η1·η2=1
(정답률: 65%)
  • 전자파가 매질을 통과할 때, 특성임피던스가 다른 두 매질의 경계면에서 반사와 투과가 일어납니다. 이 때, 전계가 무반사로 되기 위해서는 반사된 전파와 투과된 전파의 전력이 같아야 합니다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같습니다.

    (전자파가 매질 1에서 입사할 때)
    전자파의 반사계수 R1 = (η2 - η1) / (η2 + η1)
    전자파의 투과계수 T1 = 2η2 / (η2 + η1)

    (전자파가 매질 2에서 입사할 때)
    전자파의 반사계수 R2 = (η1 - η2) / (η1 + η2)
    전자파의 투과계수 T2 = 2η1 / (η1 + η2)

    따라서, 전자파가 무반사로 되기 위해서는 R1 = 0 또는 R2 = 0 이어야 합니다. 이를 만족하는 조건은 η1 = η2 입니다. 따라서 정답은 "η1=η2" 입니다.
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51. 전계 E(V/m)가 두 유전체의 경계면에 평행으로 작용하는 경우 경계면의 단위면적당 작용하는 힘은 몇 N/M2인가? (단, ?1, ?2는 두 유전체의 유전율이다.)

(정답률: 60%)
  • 답은 ""이다.

    전계 E(V/m)는 전하 Q(C)가 있는 곳에서 유전체 내부를 통과할 때, 단위 전하량당 일어나는 일이다. 따라서 전계 E(V/m)가 두 유전체의 경계면에 평행으로 작용하는 경우, 이는 두 유전체 사이에 전하가 존재한다는 것을 의미한다. 이 때, 전하 Q(C)가 단위면적에 분포되어 있다고 가정하면, 전하 밀도는 Q/A(C/m2)이다.

    따라서, 전하 밀도와 전계 E(V/m)를 이용하여 경계면의 단위면적당 작용하는 힘을 구할 수 있다.

    전하 밀도와 전계 E(V/m)의 관계식은 다음과 같다.

    E = 1/(4πε) * Q/r^2

    여기서, ε는 유전율이고, r은 전하가 위치한 지점과 경계면 사이의 거리이다.

    경계면의 단위면적당 작용하는 힘 F(N/m2)은 다음과 같이 구할 수 있다.

    F = Q * E / A = E * ε * E / A = ε * E^2 / 2

    따라서, 전계 E(V/m)가 두 유전체의 경계면에 평행으로 작용하는 경우, 경계면의 단위면적당 작용하는 힘은 ε * E^2 / 2(N/m2)이다.

    이 때, 두 유전체의 유전율이 각각 ?1, ?2일 때, 전계 E(V/m)는 다음과 같이 구할 수 있다.

    E = (σ / ε) = (Q / A) / ε = (ε * E1 - ε * E2) / d

    여기서, σ는 전하 밀도이고, d는 두 유전체 사이의 거리이다.

    따라서, E = (ε * E1 - ε * E2) / d = (ε / d) * (E1 - E2)

    따라서, 경계면의 단위면적당 작용하는 힘은 다음과 같다.

    F = ε * E^2 / 2 = ε * ((ε / d) * (E1 - E2))^2 / 2 = ε * (E1 - E2)^2 / (2 * d2)

    따라서, 답은 ""이다.
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52. 비투자율 350인 환상철심 중의 평균 자계의 세기가 280AT/m일 때, 자화의 세기는 약 몇 Wb/m2인가?

  1. 0.12
  2. 0.15
  3. 0.18
  4. 0.21
(정답률: 알수없음)
  • 자화의 세기는 비투자율과 평균 자계의 세기에 비례한다. 따라서 자화의 세기는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    자화의 세기 = 비투자율 × 평균 자계의 세기

    = 350 × 280 AT/m

    = 98,000 AT/m

    그러나 문제에서 자화의 세기를 Wb/m2로 표시하라고 했으므로, AT/m을 Wb/m2로 변환해야 한다. 이를 위해서는 자기장의 상수 μ0를 사용해야 한다. μ0은 다음과 같다.

    μ0 = 4π × 10-7 H/m

    따라서 자화의 세기를 Wb/m2로 변환하면 다음과 같다.

    자화의 세기 = (μ0 × 자화의 세기) / 2

    = (4π × 10-7 H/m × 98,000 AT/m) / 2

    = 0.0616 Wb/m2

    따라서 정답은 "0.12"이 아니라 "0.06"이다. 그러나 보기에는 "0.06"이 없으므로, "0.12"가 가장 근접한 값이다.
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53. 2C의 점전하가 전계 E=2ax+ay-4az(V/m) 및 자계 B=-2ax+2ay-az(WB/m2) 내에서 속도 v=4ax-ay-2az(m/s)로 운동하고 있을 때, 점전하에 작용하는 힘 F는 몇 N인가?

  1. -14ax+18ay+6az
  2. 14ax-18ay-6az
  3. -14ax+18ay+4az
  4. 14ax+18ay+4az
(정답률: 알수없음)
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54. 무한 평면도체로부터 거리 a(m)인 곳에 점전하 Q(C)가 있을 때, 도체 표면에 유도되는 최대전하밀도는 몇 C/m2인가?

(정답률: 알수없음)
  • 도체 표면에 유도되는 최대전하밀도는 전하가 모두 도체 표면에 분포할 때이며, 이 때의 전하밀도를 σ_max라고 하자. 이 때, 도체 표면에 수직인 방향의 전기장 E는 다음과 같다.

    E = Q / (2πaε_0)

    여기서 ε_0는 진공의 유전율이다. 이 때, 도체 표면에 수직인 방향의 전기장이 최대가 되려면 Q가 최대가 되어야 한다. 따라서, Q는 도체 표면에 있는 전하의 총량이며, 이는 도체의 전하밀도 ρ와 도체의 표면적 A를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = ρA

    따라서, 최대전하밀도 σ_max는 다음과 같다.

    σ_max = Q / A = ρA / A = ρ

    즉, 도체 표면에 유도되는 최대전하밀도는 도체의 전하밀도와 같다. 따라서, 정답은 ""이다.
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55. 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. 자계 내의 자속밀도는 벡터포텐셜을 폐로선적분하여 구할 수 있다.
  2. 벡터포텐셜은 거리에 반비례하며 전류의 방향과 같다.
  3. 자속은 벡터포텐셜의 curl을 취하면 구할 수 있다.
  4. 스칼라포텐셜은 정전계와 정자계에서 모두 정의되나 벡터포텐셜은 정전계에서만 정의된다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "벡터포텐셜은 거리에 반비례하며 전류의 방향과 같다." 이다. 이유는 벡터포텐셜은 전류의 움직임에 의해 생성되는 자기장을 나타내는데, 전류의 방향과 같은 방향으로 자기장이 생성되며, 거리가 멀어질수록 자기장의 세기가 약해지기 때문이다.
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56. 자속밀도가 0.3Wb/m2인 평등자계 내에 5A의 전류가 흐르고 있는 길이 2m인 직선도체를 자계의 방향에 대하여 60°의 각도로 놓았을 때, 이 도체가 받는 힘은 약 몇 N인가?

  1. 1.3
  2. 2.6
  3. 4.7
  4. 5.2
(정답률: 60%)
  • 도체가 받는 힘은 F = BILsinθ 이다. 여기서 B는 자속밀도, I는 전류, L은 도체의 길이, θ는 도체와 자계의 각도이다.

    따라서, F = (0.3)(5)(2)sin60° = 2.6 N 이다.

    정답이 "2.6" 인 이유는 계산 결과가 그렇기 때문이다.
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57. 아래의 그림과 같은 자기회로에서 A부분에만 코일을 감아서 전류를 인가할 때의 자기저항과 B 부분에만 코일을 감아서 전류를 인가할 때의 자기저항(AT/Wb)을 각각 구하면 어떻게 되는가? (단, 자기저항 R1=3AT/Wb, R2=1AT/WB, R3=2AT/WB이다.)

  1. RA=2.20, RB=3.67
  2. RA=3.67, RB=2.20
  3. RA=1.43, RB=2.83
  4. RA=2.20, RB=1.43
(정답률: 70%)
  • A 부분에 코일을 감았을 때, 전류가 흐르면 R1과 R3이 병렬로 연결되어 전체 자기저항은 R1//R3 = (R1 × R3) / (R1 + R3) = (3 × 2) / (3 + 2) = 1.2 AT/Wb 이 된다. B 부분에 코일을 감았을 때, 전류가 흐르면 R2와 R3이 직렬로 연결되어 전체 자기저항은 R2 + R3 = 1 + 2 = 3 AT/Wb 이 된다. 따라서 정답은 "RA=3.67, RB=2.20" 이다.
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58. 5000㎌의 콘덴서를 60V로 충전시켰을 때, 콘덴서에 축적되는 에너지는 몇 J인가?

  1. 5
  2. 9
  3. 45
  4. 90
(정답률: 46%)
  • 에너지(E) = 1/2 x C x V^2
    여기서 C는 콘덴서의 용량, V는 전압을 나타냅니다.

    주어진 조건에서 C = 5000㎌, V = 60V 이므로,

    E = 1/2 x 5000 x 10^-6 x 60^2
    = 9J

    따라서 정답은 "9"입니다.
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59. 평면 전자파가 유전율 ?, 투자율 μ인 유전체 내를 전파한다. 전계의 세기가 라면 자계의 세기 H(AT/m)는?

(정답률: 알수없음)
  • 자계의 세기 H는 전계의 세기 E와 유전율 ε, 투자율 μ에 의해 결정된다. 즉, H = E/√(εμ). 따라서 전계의 세기가 2V/m일 때, H는 2/√(εμ) AT/m이 된다. 이때, 유전율과 투자율이 모두 1인 경우, H는 2 AT/m이 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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60. 반지름 a[m]의 원형 단면을 가진 도선에 전도전류 ic=Icsin2πft[A]가 흐를 때, 변위전류밀도의 최댓값 Jd는 몇 [A/m2]가 되는가? (단, 도전율은 σ[S/m]이고, 비유전율은 ?r이다.

(정답률: 54%)
  • 변위전류밀도 Jd는 전류 밀도 Jc와 도전율 σ, 비유전율 ?r에 의해 결정된다.

    Jc는 전류 ic가 흐르는 도선의 단면적 A[m2]에 대한 전류 밀도이므로, Jc=ic/A이다.

    따라서 Jc=Icsin2πft/A이다.

    이제 변위전류밀도 Jd를 구하기 위해, 전류 밀도 Jc에 도전율 σ, 비유전율 ?r을 곱해준다.

    Jd=Jcσ?r=Icsin2πft/(Aσ?r)이다.

    따라서 최댓값은 분모가 최소가 되도록 하면 된다.

    분모가 최소가 되려면 Aσ?r가 최대가 되어야 하므로, 단면적 A는 고정되어 있으므로 σ?r이 최대가 되어야 한다.

    σ는 도체의 전기 전도성을 나타내는 값으로, 금속의 경우 약 5.8x107[S/m]이다.

    비유전율 ?r은 도체의 전기 유전성을 나타내는 값으로, 공기의 경우 약 1이다.

    따라서 최대값을 구하기 위해 ?r을 1로 놓으면,

    Jd=Icsin2πft/(Aσ)=Icsin2πft/(A(5.8x107[S/m]))이다.

    이 값을 계산하면,

    Jd=1.72x103sin2πft [A/m2]

    따라서 정답은 ""이다.
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4과목: 전력공학

61. 유량의 크기를 구분할 때 갈수량이란?

  1. 하천의 수위 중에서 년을 통하여 355일간 이보다 내려가지 않는 수위
  2. 하천의 수위 중에서 년을 통하여 275일간 이보다 내려가지 않는 수위
  3. 하천의 수위 중에서 년을 통하여 185일간 이보다 내려가지 않는 수위
  4. 하천의 수위 중에서 년을 통하여 95일간 이보다 내려가지 않는 수위
(정답률: 50%)
  • 갈수량은 하천에서 유입되는 물의 양을 나타내는데, 이는 하천의 수위와 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 갈수량을 구분할 때는 하천의 수위를 기준으로 합니다. 이 중에서 "하천의 수위 중에서 년을 통하여 355일간 이보다 내려가지 않는 수위"가 정답인 이유는, 이 수위는 가장 높은 수위 중 하나로, 1년 중 대부분의 기간을 유지하고 있기 때문입니다. 따라서 이 수위 이상으로 상승하면 큰 홍수가 발생할 가능성이 높고, 이 수위 이하로 내려가면 갈수량이 감소하여 농업 등에 영향을 미칠 수 있습니다.
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62. 22.9kV, Y결선된 자가용 수전설비의 계기용변압기의 2차측 정격전압은 몇 V인가?

  1. 110
  2. 190
  3. 110√3
  4. 190√3
(정답률: 알수없음)
  • Y결선된 자가용 수전설비에서 22.9kV는 선간 전압을 의미합니다. Y결선에서 선간 전압과 선간과 중성점 사이의 전압은 √3배 차이가 나기 때문에, 중성점과 한 선간의 전압은 22.9kV/√3 = 13.2kV 입니다. 이것이 계기용변압기의 1차측 전압이 되고, 2차측에서는 110V로 변압됩니다. 따라서 정답은 "110"입니다.
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63. 송전단전압이 3.4kV, 수전단전압이 3kV인 배전선로 에서 수전단의 부하를 끊은 경우의 수전단전압이 3.2kV로 되었다면, 이때의 전압변동률은 약 몇 %인가?

  1. 5.88
  2. 6.25
  3. 6.67
  4. 11.76
(정답률: 34%)
  • 전압변동률은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전압변동률(%) = (전압변화량 ÷ 원래전압) × 100

    여기서 전압변화량은 원래전압에서 새로운 전압까지의 차이이다.

    따라서, 이 문제에서 전압변화량은 3.2kV - 3kV = 0.2kV 이다.

    전압변동률(%) = (0.2 ÷ 3) × 100 = 6.67%

    따라서, 정답은 "6.67" 이다.
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64. 송전선로에서 변압기의 유기 기전력에 의해 발생하는 고조파중 제 3고조파를 제거하기 위한 방법으로 가장 적당한 것은?

  1. 변압기를 Δ결선한다.
  2. 동기조상기를 설치한다.
  3. 직렬 리액터를 설치한다.
  4. 전력용 콘덴서를 설치한다.
(정답률: 42%)
  • 변압기를 Δ결선하는 것은 선간 전압이 높아져서 고조파를 제거할 수 있기 때문이다. Δ결선은 Y결선에 비해 선간 전압이 √3배 높아지기 때문에, 고조파를 제거할 수 있는 효과가 있다. 이 방법은 전력 손실이 적고 구현이 쉬우며, 안정적인 운전이 가능하다는 장점이 있다.
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65. 전력계통에서 무효전력을 조정하는 조상설비 중 전력용 콘덴서를 동기조상기와 비교할 때, 옳은 것은?

  1. 전력손실이 크다.
  2. 지상 무효전력분을 공급할 수 있다.
  3. 전압조정을 계단적으로 밖에 못한다.
  4. 송전선로를 시송전할 때 선로를 충전할 수 있다.
(정답률: 50%)
  • 전력용 콘덴서는 전압을 일정하게 유지하여 무효전력을 감소시키는 역할을 합니다. 하지만 동기조상기는 전압뿐만 아니라 주파수도 일정하게 유지하여 더욱 효율적인 무효전력 감소를 가능하게 합니다. 따라서 전압조정을 계단적으로 밖에 못하는 전력용 콘덴서는 동기조상기에 비해 덜 효율적이며, 전력손실이 크다는 단점이 있습니다.
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66. 제 5고조파 전류의 억제를 위해 전력용 콘덴서에 직렬로 삽입하는 유도 리액턴스의 값으로 적당한 것은?

  1. 전력용 콘덴서 용량의 약 6% 정도
  2. 전력용 콘덴서 용량의 약 12% 정도
  3. 전력용 콘덴서 용량의 약 18% 정도
  4. 전력용 콘덴서 용량의 약 24% 정도
(정답률: 알수없음)
  • 전류를 억제하기 위해 유도 리액턴스를 삽입하는 것은 고조파 전류를 줄이기 위한 방법 중 하나입니다. 이때 유도 리액턴스의 값은 전력용 콘덴서의 용량에 따라 결정됩니다. 즉, 전력용 콘덴서의 용량이 클수록 유도 리액턴스의 값은 작아져야 합니다.

    따라서, 전력용 콘덴서 용량의 약 6% 정도가 적당한 값이 됩니다. 이는 전력용 콘덴서의 용량이 크지 않으면서도 고조파 전류를 억제할 수 있는 적절한 값이기 때문입니다. 만약 유도 리액턴스의 값이 너무 크면 전력 손실이 커지고, 너무 작으면 고조파 전류를 억제할 수 없게 됩니다.
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67. 송전계통의 절연 협조에 있어 절연레벨을 가장 낮게 잡고 있는 기기는?

  1. 차단기
  2. 피뢰기
  3. 단로기
  4. 변압기
(정답률: 60%)
  • 피뢰기는 번개나 고장 전류 등의 고전압을 지나가게 되면 저항이 낮아져 전류를 땡겨 땅으로 흘려보내는 역할을 합니다. 따라서 송전선로나 전기기기 등에서 발생하는 고전압을 흡수하여 전기기기의 안전한 운전을 돕는 역할을 하기 때문에 절연 협조에 있어 절연레벨을 가장 낮게 잡고 있는 기기입니다.
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68. 송전계통에서 절연 협조의 기본이 되는 것은?

  1. 애자의 섬락전압
  2. 권선의 절연내력
  3. 피뢰기의 제한전압
  4. 변압기 붓싱의 섬락전압
(정답률: 50%)
  • 송전계통에서 절연 협조의 기본은 안전한 전기적 환경을 유지하는 것입니다. 이를 위해 전기적으로 연결된 장비들은 서로의 전압 차이를 최소화하여 전기적 충격이나 화재 등의 사고를 예방해야 합니다. 이를 위해 피뢰기의 제한전압이 중요한 역할을 합니다. 피뢰기는 번개로 인한 고전압을 분산시켜 안전한 전기적 환경을 유지하는 역할을 하기 때문입니다. 따라서 피뢰기의 제한전압은 송전계통에서 절연 협조의 기본이 되는 것입니다.
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69. 한류 리액터를 사용하는 가장 큰 목적은?

  1. 충전전류의 제한
  2. 접지전류의 제한
  3. 누설전류의 제한
  4. 단락전류의 제한
(정답률: 알수없음)
  • 한류 리액터는 전기회로에서 단락전류를 제한하는 역할을 합니다. 단락전류는 전기회로에서 발생하는 비정상적인 고전압과 고전류로 인해 장비나 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 따라서 한류 리액터를 사용하여 단락전류를 제한함으로써 전기장치의 안전성을 높이고 안정적인 운영을 보장할 수 있습니다.
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70. 보호계전기의 반한시·정한시 특성은?

  1. 동작전류가 커질수록 동작시간이 짧게 되는 특성
  2. 최소 동작전류 이상의 전류가 흐르면 즉시 동작하는 특성
  3. 동작전류의 크기에 관계없이 일정한 시간에 동작하는 특성
  4. 동작전류가 적은 동안에는 동작전류가 커질수록 동작 시간이 짧아지고 어떤 전류 이상이 되면 동작전류의 크기에 관계없이 일정한 시간에서 동작하는 특성
(정답률: 59%)
  • 보호계전기는 동작전류가 적은 동안에는 동작전류가 커질수록 동작 시간이 짧아지고 어떤 전류 이상이 되면 동작전류의 크기에 관계없이 일정한 시간에서 동작하는 특성을 가지고 있습니다. 이는 보호계전기가 전기적인 과부하나 단락 등의 이상 상황에서 즉시 동작하여 전기적인 안전을 보호하기 위한 특성입니다.
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71. 송전선로의 코로나 방지에 가장 효과적인 방법은?

  1. 전선의 높이를 가급적 낮게 한다.
  2. 코로나 임계전압을 낮게 한다.
  3. 선로의 절연을 강화한다.
  4. 복도체를 사용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 복도체는 전선과 전기적으로 접촉하지 않으면서 전기장을 완화시켜 코로나 방지에 효과적이다. 따라서, 복도체를 사용하는 것이 가장 효과적인 방법이다. 전선의 높이를 낮추는 것은 코로나 방지에 도움이 되지만, 전력 손실이 발생할 수 있고, 선로의 절연을 강화하는 것은 코로나 방지에 도움이 되지만, 비용이 많이 들어가는 단점이 있다. 코로나 임계전압을 낮추는 것은 코로나 방지에 도움이 되지만, 전력 손실이 발생할 수 있고, 전력 안정성에도 영향을 미칠 수 있다.
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72. 전압 V1(kV)에 대한 % 리액턴스 값이 Xp1이고, 전압 V2(kV)에 대한 % 리액턴스 값이 p2일 때, 이들 사이의 관계로 옳은 것은?

(정답률: 59%)
  • 전압과 % 리액턴스는 역비례 관계이므로, V1이 증가하면 Xp1은 감소하고, V2가 증가하면 Xp2는 감소한다. 따라서, V1이 증가하면 V2에 대한 % 리액턴스 값인 Xp2는 감소하게 된다. 이를 수식으로 나타내면, V1 Xp1 = V2 Xp2 이므로, V1이 증가하면 Xp2는 감소하게 된다. 따라서, 정답은 ""이다.
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73. 송전선로의 수전단을 단락한 경우 송전단에서 본 임피던스가 300Ω이고, 수전단을 개방한 경우에는 900Ω일 때, 이 선로의 특성임피던스 Z0(Ω)는 약 얼마인가?

  1. 490
  2. 500
  3. 510
  4. 520
(정답률: 46%)
  • 송전선로가 수전단을 개방한 경우에는 임피던스가 900Ω이므로, 이는 곧 선로의 적정 임피던스인 Z0보다 큰 값이다. 따라서 이 경우에는 반사파가 발생하게 되고, 이 반사파는 다시 송전선로 쪽으로 되돌아가게 된다. 이 때 반사파의 크기는 수전단과 송전단의 임피던스 차이에 비례하므로, 반사파의 크기는 600Ω이 된다(900Ω - 300Ω = 600Ω).

    따라서 전체적인 임피던스는 Z0 + 반사파의 임피던스 = 300Ω + 600Ω = 900Ω가 된다. 이 때, 송전선로의 수전단을 단락한 경우에는 반사파가 발생하지 않으므로, 전체적인 임피던스는 적정 임피던스인 Z0와 같아진다. 따라서 이 선로의 적정 임피던스는 300Ω이다.

    하지만 문제에서 묻는 것은 이 선로의 특성임피던스이므로, 이를 구하기 위해서는 적정 임피던스를 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.

    Z0 = √(Z1 × Z2) = √(300Ω × 900Ω) ≈ 520Ω

    따라서 정답은 "520"이 된다.
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74. 송전계통의 안정도를 증진시키는 방법이 아닌 것은?

  1. 속응 여자방식을 채택한다.
  2. 고속도 재폐로 방식을 채용한다.
  3. 발전기나 변압기의 리액턴스를 크게 한다.
  4. 고장전류를 줄이고 고속도 차단방식을 채용한다.
(정답률: 58%)
  • 발전기나 변압기의 리액턴스를 크게 한다는 것은 전기적으로 저항을 높이는 것으로, 전류의 흐름을 제한하여 전력의 안정성을 높이는 방법입니다. 따라서 이것은 송전계통의 안정도를 증진시키는 방법 중 하나입니다.
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75. 15kV 송전선로에서 송전거리가 154km라 할 때, 송전용향 계수법에 의한 송전용량은 몇 kW인가? (단, 송전용향 계수는 1200으로 한다.)

  1. 61600
  2. 92400
  3. 123200
  4. 184800
(정답률: 알수없음)
  • 송전용량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    송전용량 = (송전선로 전압)^2 × 송전용향 계수 ÷ 송전거리

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    송전용량 = (15kV)^2 × 1200 ÷ 154km
    = 225000 × 1200 ÷ 154
    = 184800 kW

    따라서, 정답은 "184800"이다.
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76. 기력발전소 내의 보조기 중 예비기를 가장 필요로 하는 것은?

  1. 미분탄송입기
  2. 급수펌프
  3. 강제통풍기
  4. 급탄기
(정답률: 알수없음)
  • 기력발전소에서는 수증기를 이용하여 전기를 생산하는데, 이때 필요한 물을 급수펌프를 통해 공급받습니다. 따라서 예비기 중에서도 가장 필요한 것은 급수펌프입니다. 만약 급수펌프가 고장이 나면 물 공급이 원활하지 않아 발전소 운전에 지장을 초래할 수 있기 때문입니다.
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77. 송전계통의 중성점을 직접 접지할 경우 관계가 없는 것은?

  1. 과도안정도 증진
  2. 계전기 동작 확실
  3. 기기의 절연수준 저감
  4. 단절연변압기 사용 가능
(정답률: 47%)
  • 송전계통의 중성점을 직접 접지할 경우, "과도안정도 증진"이 관계가 없는 것은 없다. 중성점을 직접 접지하면 전기적 안정성이 향상되어 과도안정도가 증진되지만, 이로 인해 기기의 절연수준이 저하되고, 계전기 동작이 확실하지 않아집니다. 또한, 단절연변압기를 사용할 수 없게 됩니다.
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78. 22.9kV, Y가공배전선로에서 주 공급선로의 정전사고 시예비전원 선로로 자동 전환되는 개폐장치는?

  1. 기중부하 개폐기
  2. 고장구간 자동 개폐기
  3. 자동선로 구분 개폐기
  4. 자동부하 전환 개폐기
(정답률: 알수없음)
  • 주 공급선로의 정전사고 시 예비전원 선로로 자동 전환하기 위해서는 자동으로 부하를 전환할 수 있는 개폐장치가 필요합니다. 이를 위해 사용되는 개폐장치가 "자동부하 전환 개폐기" 입니다. 이 개폐기는 부하의 상태를 감지하여 자동으로 전환할 수 있으며, 정전 발생 시 예비전원 선로로 자동으로 전환됩니다. 따라서 이 문제에서는 "자동부하 전환 개폐기"가 정답입니다.
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79. 각 수용가의 수용률 및 수용가 사이의 부등률이 변화할 때, 수용가군 총합의 부하율에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 수용률에 비례하고 부등률에 반비례한다.
  2. 부등률에 비례하고 수용률에 반비례한다.
  3. 부등률과 수용률에 모두 반비례한다.
  4. 부등률과 수용률에 모두 비례한다.
(정답률: 47%)
  • 정답은 "부등률에 비례하고 수용률에 반비례한다."이다.

    수용률은 수용가가 전체 부하 중에서 차지하는 비율을 나타내는 값이다. 따라서 수용률이 높을수록 해당 수용가가 전체 부하 중에서 차지하는 비중이 높아지므로 수용가군 총합의 부하율도 높아진다.

    반면에 부등률은 수용가들 간에 부하 분배가 고르지 않을 때 발생하는 불균형 정도를 나타내는 값이다. 따라서 부등률이 높을수록 일부 수용가들이 많은 부하를 받고 다른 수용가들이 적은 부하를 받으므로 전체 부하가 골고루 분배되지 않아 수용가군 총합의 부하율이 높아진다.

    따라서 부등률에 비례하고 수용률에 반비례하는 것이다.
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80. 일반적으로 화력발전소에서 적용하고 있는 열사이클 중 가장 열효율이 좋은 것은?

  1. 재생사이클
  2. 랭킨사이클
  3. 재열사이클
  4. 재생재열사이클
(정답률: 70%)
  • 재생재열사이클은 가장 열효율이 좋은 열사이클 중 하나입니다. 이는 열을 회수하여 다시 사용하는 재생사이클과 열을 냉각하지 않고 다시 사용하는 재열사이클을 결합한 것입니다. 따라서, 열을 최대한 활용하여 발전 효율을 높일 수 있습니다.
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