2023년 3회 전기철도기사 실기(필답형) 기출

2023년 3회 전기철도기사 실기(필답형) 기출

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1[다답형]

전차선의 이선 저감 대책 3가지를 작성하시오.

힌트이선축소 (경구탄) 

정답

• 전차선 접속부 및 지지점의 경점 최소화
• 레일면에 대한 전차선 구배 및 구배 변화차 축소
• 가선 장력 증대 및 탄성·질량·높이의 균일화 

해설❏ 전차선의 이선 장애 대책

• 이선(경점·구배차) 축소
• 아크방전 발생 및 피해 축소

❏ 이선(Contact Loss) 장애 대책 (3단계 체계)

1. 이선 자체를 저감 대책 (발생 억제)
• 전차선 접속부 및 지지점의 경점(Hard spot) 최소화
• 레일면에 대한 전차선 구배 및 구배 변화차 축소
• 가선 장력 증대 및 탄성·질량·높이의 균일화
2. 아크 방전의 발생을 작게 하는 대책 (원인 억제)
• 2대의 팬터그래프를 모선(Bus Line)으로 상호 연결
3. 아크 발생 시 장애를 작게 하는 대책 (피해 완화)
• 내아크성이 우수한 재료 사용

💡 암기 포인트

• 1단계: 이선 자체 축소 (경점 축소, 구배차 축소)
• 2단계: 아크 방전 축소 (2대 팬터그래프 모선 연결)
• 3단계: 아크 피해 축소 (내아크성 재료 사용)

#이선장애 #이선장해

2[단답형]

일반 전차선로구간에서 전차선의 처짐 또는 과장력이 걸리는 것을 방지하기 위한 인류구간의 길이는 몇 [m]이하를 표준으로 하는가? (단, 직선구간을 기준으로)

힌트처짐·과장력 방지 → 인류구간 1600m 이하

정답1600[m]

해설❏ 전차선 인류구간 표준 최대 길이:

• 가공전차선로 최대 인류길이(직선구간)는 1,600[m]이며, 장력조정장치의 동작범위 및 표준장력 거리[m]에 따라 인류길이를 적용하여야 한다.
  ➜ 처짐 또는 과장력 방지 1,600[m]
• 인류구간이 길면: 온도변화 시 신축량↑, 장력 변동 큼

• 전차선 조가선 최대 인류구간: 1500[m]
• 특수 조건(터널 내 등)에서 1600[m] 적용
• 급전선 및 비절연보호선 인류구간 길이 : 1000[m]
• 흐름방지장치 인류구간 길이 : 800[m]
• 절연구분장치의 인류구간 길이 : 600[m]

⦗핵심⦘
인류구간 최대 1600m (처짐/과장력 방지 기준)

3[다답형]

가공전차선로에 요구되는 성능 5가지.

힌트등ㄱ, 등ㅇ, 등ㅈㄹ+ ㅇㅈ,ㄱㅈㅅ

정답등고, 등요, 등장력

해설❏ 커티너리 조가방식 전차선이 구비해야 할 3요소  + α
    = 이선율을 낮추기 위해 고려하는 3요소

• 등고: 높이 일정
• 등요: 탄성 균일
• 등장력: 장력 항상 일정
  
  
• 유지보수용이
• 경제성 
• 시설물 신뢰도가 높다. 

4[다답형]

다음 빈칸에 알맞은 용어를 넣으시오. 

• 흡상선은 2본 ( ㉠ )로 시설한다.
• 지표상 ( ㉡ )m의 높이까지 절연관(절연보호관) 등으로 보호한다.
• 지중에 매설하는 경우는 트로프 또는 관로에 수용하고 궤도 밑을 횡단할 때는 노반면에서 ( ㉢ )㎜이상의 깊이에 매설한다.
• 복궤조식은 임피던스 본드 ( ​㉣ )에 부급전선을 접속하고, 단궤조식은 귀선 ( ㉤ )측에 부급전선을 접속한다.

힌트부급전선-레일 접속=흡상선

정답㉠  병렬 ㉡ 2 ㉢  750 ㉣ 중성점 ㉤ 레일​

해설❏ 흡상선

• 교류전차선로의 통신 유도장해를 경감하기 위해 변전소 근처 및 인접흡상기의 중간지점 부근에서 부급전선과 레일전선을 접속하는 선
• 흡상선은 2본 병렬로 시설한다.
• ​지표상 2m​의 높이까지 절연관(절연보호관) 등으로 보호한다.

❏ 흡상선 시설기준

• 흡상선은 2본 병렬로 시설
• 흡상변압기 설치간격의 중앙에서 복궤조식은 임피던스 본드의 중성점에, 단궤조식은 귀선 레일 측에 부급전선을 접속
• 흡상선에는 600[V] CV 100[㎟] 또는 이와 동등 이상의 전선 사용
• 지중에 매설하는 경우는 트러프 또는 관로에 수용하고 궤도 밑을 횡단 시는 노반면에서 750[㎜] 이상의 깊이에 매설
• 지표상 2[m]의 높이까지 절연관 등으로 보호

5[다답형]

자동식 장력조정장치 종류 5가지를 쓰시오

힌트활도스레유

정답

• 활차식(WTB),
• 도르래식,
• 스프링식(STB),
• 레버식(LTB),
• 유압식(OTB).

해설

❏ 장력조정장치의 종류와 적용: (요약)

• 자동 장력조정장치:
  활차식(WTB) · 도르래식 · 스프링식(STB) · 레버식(LTB) · 유압식(OTB)
• 수동 장력조정장치:
  와이어 턴버클식 · 조정스트랩

 ① 자동장력조정장치 (활 도 스)

• 활차식(WTB):
• 활차(도르래)의 원리 응용, 소활차에 전차선 인류, 대활차에 중추
• 활차비: 산업선 3:1, 일반선 4:1, 고속선 5:1
• 본선에 주로 사용
• 인류구간 : 한쪽 800m 이하
• 도르래식 : 
• 효율이 좋아 고속선(경부고속철도)에 적용
• 인류구간 : 한쪽 750[m]이하

• 스프링식 (STB : Spring Tension Balancer): 
• 역구내 상·하 건널선 및 측선에 사용
• 인류구간 :  한쪽 300[m] 이하, 양쪽 300~600[m]
• 레버식 (LTB : Lever Tension Balancer)
  • 지렛대의 원리를 이용
  • 전차선 장력 변화에 따라 레버가 작동하고 중추가 움직여 장력을 조정
• 유압식 (OTB : Oil Tension Balancer)
• 밀봉된 유체의 열팽창·수축에 따른 체적 변화를 이용
• 피스톤 운동으로 변환하여 전차선 장력을 조정

 ② 수동장력조정장치 :  

• 와이어턴버클식 = 나사의 원리로 턴버클 회전
• 조정스트랩 = 구멍·핀에 의한 단계적 조정 
  (단거리·소규모 구간)

6[다답형]

고정식 빔 종류 3가지를 쓰시오

힌트고(고크문)·가·스

정답고정브래킷·크로스빔·문형고정빔

해설

❏ 빔 종류 (큰 분류): 

• 고정식(고정브래킷·크로스빔·문형고정빔), 
• 가동식(가동브래킷 I,O,F), 
• 스팬선식

7[계산형]

전차선 Cu 110[㎟]의 순시허용전류는 얼마인가?
(단, t : 보호장치 동작시간은 2sec)

힌트경동선 152×굵기÷√(동작시간)

정답11.83[㎄]

해설❏ 순시허용전류(순시전류용량) : 계수×굵기÷√(동작시간)
I = 152.1 × S / √t
  = 152.1 × 110 ÷ √2 = 11830[A] = 11.83[㎄]

※ 경동 152.1 , 경알루미늄 93.26, 아연도강연선 49

8[계산형]

전차선의 선팽창계수를 1.7×10⁻⁵, 최고와 최저의 온도차를 30[℃ ], 신축허용 범위를 548[㎜]라 할 때 전차선 길이 L은 얼마로 하는 것이 좋은가?

힌트신축량 = 선팽창계수 × 전차선 길이 × 온도차
전차선 길이 = 신축량 ÷ (선팽창계수 × 온도차)

정답1074.51[m]

해설❏ 전차선 신장길이와 조정거리  :
    \(ΔL = \alpha·L·Δt \)  ➜  \(L = \frac{ΔL}{\alpha·Δt}\) 

• \(ΔL\) (또는 X) : 신축량(전차선 늘어난 길이),   
• \(α\) (또는 C) : 전차선의 선팽창계수(1.7×10⁻⁵) 
• \(L\) :  전차선 길이, WTB의 조정거리(허용범위)
• \(Δt\) : 온도변화(표준온도와 차이)

⦗풀이⦘
 \(L = \frac{ΔL}{\alpha·Δt}\)= 0.548÷(1.7×10⁻⁵ ×30) = 1074.51m

9[계산형]

전차선 170[㎟]의 허용장력을 14[kN]로 할 때 잔존단면적은 약 몇 [㎟]인가? (단, 안전율은 2.2, 전차선의 파괴강도를 0.45[kN/㎟] 로 한다.)

힌트잔류 허용장력[kgf] = 파괴강도 × 잔존단면적 ÷ 안전율

정답68.4[㎜²]

해설❏ 전차선 허용장력(잔류 허용장력) 계산:
    전차선 허용장력 = (파괴강도 × 잔존단면적) / 안전율

• 주어진 조건 :
  · 파괴강도 = 0.45[kN/㎟]
  · 잔존 단면적 = ■ [㎜²]
  · 안전율 = 2.2
  · 허용장력 = 14[kN]

• 계산:
  14 = (0.45 × 잔존 단면적) / 2.2
  ➜14 ×2.2 ÷ 0.45 = 68.4[㎜²]

“파괴강도(kgf/㎟)”가 주어지면 잔존면적을 바로 곱하고,
“하중(kgf)”이 공칭면적 기준 = 항장력으로 주어지면 잔존/공칭 비를 곱함.

⦗핵심⦘
허용장력 = 파괴강도 × 잔존단면적 ÷ 안전율

10[완성형]

전기철도에서 사용하는 스코트결선 변압기 1,2차측 결선도를 간단히 그리시오.
                                        

힌트

정답

해설

❏ 스코트 변압기 결선도 

• 1차 : 3상 // 2차 단상 
• 양쪽 모두 위에서 2번째 단자에서 한칸 띄어서 연결 

11[단답형]

교류전기철도 전차선로에서 급전계통이 서로 다른 급전선의 가압부분 상호간 이격거리는 몇[㎜] 이상이어야 하는가?

힌트급전선간 이격=1200㎜

정답1200[㎜]

해설

❏ 급전선 상호간 이격거리 규정 (KRACS 47 30 30)

• 교류(AC) 급전선 상호 이격거리: 급전계통이 다른 급전선의 가압부분 상호간은 1,200 ㎜ 이상 이격.
• 설치 목적: 상이한 급전계통 간의 혼촉, 단락 사고 예방 및 절연 안전성 확보.

• 급전 방식별 비교:
  • 교류 25kV 방식: 1,200 ㎜ 이상
  • 직류 1,500V 방식(도시철도): 600 ㎜ 이상

💡 암기 포인트

• "교류 이종 급전계통 급전선 간 이격거리 ➔ 1,200 ㎜ 이상" (직류 600㎜의 2배!)

12[계산형]

경간 S 45[m], 스프링계수 평균치 2100[N/m], 부등률 0.38, 등가질량 80[kg] 일 때, 팬터그래프의 공진속도[m/s]를 구하시오.

힌트

정답35.34[m/s]

해설❏ 심플 커티너리 가선방식에서 팬터그래프 공진속도

• 공진속도
  \(\small \displaystyle V_c = \frac{S}{2π}\sqrt{\frac{k'}{m}\left(1-\frac{ε^2}{2} \right) }\) [m/s]
• 경간 S : 45m,
• 스프링계수 k' : 2100N/m,
• 부등률 ε : 0.38,
• 등가질량 m : 80kg,

• \(\small \displaystyle \frac{45}{2π}\sqrt{\frac{2100}{80}\left(1-\frac{0.38^2}{2} \right) } = 35.34\) [m/s]

13[단답형]

AT 급전방식에서 사용되고 있는 가공전선으로 각 지지물에 설치되어 있는 각종 애자의 섬락을 보호하기 위하여 급전선과 병행하여 설치되는 전선은?

힌트보호선(PW) = AT방식 애자 섬락보호 / 급전선과 병행

정답보호선(PW)

해설❏ 보호선(PW: Protective Wire):
   

• 목적: 애자의 섬락 보호
• AT 급전방식 커티너리 가선방식에서 사용.
  
• 지지물에 설치된 애자의 섬락 보호를 위해 급전선과 병행 시설
  
• 대지에 대해 절연, 귀선 레일에 접속
• 섬락 시 전류를 레일에 접속하여 안전하게 우회하도록하여 보호
  
• 낙뢰나 이상전압 발생 시 보호선을 통해 전류를 안전하게 유도
  
• 애자의 양측을 보호선으로 연접 
  
• AT 급전방식 전용 설비

  ※ 가공지선(GW): AT 급전방식 애자 섬락보호 설비가 아님

⦗핵심⦘
AT 방식 애자 섬락 보호 = 보호선(PW)

14[계산형]

부재의 종변형율이 1.14×10⁻³, 횡변형율이 3.42×10⁻⁴ 일 경우 푸아송비를 구하시오. 

힌트푸아송비 ν = 횡변형률/종변형률. 

정답0.3

해설

❏ 푸아송비 ν = 횡변형률 ÷ 종변형률. 

• 포아송비 ν = 횡변형률 ÷ 종변형률
• 횡변형률 = 3.42×10⁻⁴
• 종변형률 = 1.14×10⁻³ 
• 3.42×10⁻⁴ ÷ 1.14×10⁻³  =0.2991

❏ 푸아송수 m : 푸아송비의 역수.

15[계산형]

장력 T가 1000 kgf, 합성 전차선의 단위 중량이 1.785 kgf/m, 경간이 50m 일 때, 표준가고 H(mm) 구하시오. (단, 행거최소길이 0.15m 이다.) 

힌트• 가고 H = wL² / (8T) + 행거 최소길이(150)  ※ 이도 D = wL² / (8T) 
• 단위중량 w =  조가선 + 전차선 + 드로퍼 환산중량 

정답707.8[㎜]

해설❏ 전차선 가고(H) 계산 :

• 가고 H = 이도 D + 행거 최소길이
• 이도 D = w×L²/(8T)
  w: 단위중량[kgf/m], L: 경간[m], T: 표준장력[kgf]

※ 단위중량 w =  조가선 + 전차선 + 드로퍼 환산중량 

⦗계산⦘

• 단위중량 w = 1.785kg/m
• L=50m, T=1000kgf, 행거(드로퍼) 최소=0.15m w=1.795kg/m
• D = 1.785×50²/(8×1000) = 0.557m = 557㎜
• H = D + 행거최소 = 557 + 150 = 707.8㎜ 

⦗핵심⦘

• 가고 H = 이도 D + 행거 최소길이 
• 이도 D = wL² / (8T) 
• 단위중량 w =  조가선 + 전차선 + 드로퍼 환산중량 

16[다답형]

170kV GIS 표준동작책무 시간 및 차단 사이클은? 

정격전압 [kV]	표준동작책무	차단시간 [CYCLE]
170	O-( ㉠ )-CO-( ㉡ )-CO	㉢

 

힌트고감도 누전차단기 3종 → 고·시·반

정답㉠ 0.3초  ㉡ 3분  ㉢ 3[CYCLE/s]

해설❏ 정격 차단시간 
트립코일 여자 순간부터 아크가 완전히 소호될 때까지의 시간 = 개극시간 + 아크시간 (계전기 동작시간은 포함하지 않음)

정격전압 [kV]	표준동작책무	차단시간 [CYCLE]
25.8	O-0.3s-CO-15s-CO	5
72.5	O-0.3s-CO-3m-CO	5
170	O-0.3s-CO-3m-CO	3

❏ 차단기 동작책무 : 

차단기에 부과된 1회 또는 2회이상의 투입(C), 차단(O)동작을 일정시간 간격을 두고, 이어서 하는 일련의  동작

예) O - 0.3s - CO - 3min - CO

    → 차단, 0.3초 후 재투입·차단, 3분 후 다시 투입·차단

❏ BIL : 기준충격절연강도
 뇌임펄스 내전압 시험값으로서 절연 레벨의 기준을 정하는데 적용.

17[계산형]

전철용 정류기 용량이 3,000[kW]​이고 직류 출력전압이 1,500 [V]​일 때, 3상 전파 정류기용 변압기의 용량 [kVA]을 구하시오.

(단, 정류기용 변압기 2차측 선간전압은 이상적인 3상 전파 정류방식에 의하여 결정한다.)

힌트3상 전파정류: DC = 1.35 × AC (선간전압)

정답계산 2830[kVA], 선정 3000[kVA]

해설❏ 3상 전파정류방식 직류변전소 무부하 DC 전압:

• 변압기 2차측 정격전류
  \(\displaystyle V_2= \frac{1500}{1.35}=1111[V]\)
• 정류기 출력 전류 (Id)\(\displaystyle I_d = \frac{3000×10^3}{1500} = 2000[A]\) 
• 변압기 2차측 출력전류 (정류기 인입전류)
  \(\displaystyle I_2 = I_d \sqrt {\frac{2}{3}}\) 
• 따라서
  \( \displaystyle S= \sqrt3×V_2× I_2\) 
       \(\displaystyle = \sqrt3×1111 ×2000\sqrt{\frac{2}{3}} \) = 2,828[kVA]
• ​정류기용 변압기 3000kVA 선정 

18[다답형]

가공전차선로에서 사용하는 애자 3가지를 쓰시오.

힌트현·장·지

정답현수애자, 장간애자, 지지애자

해설❏ 전차선로에 사용하는 애자의 종별과 사용구분

• 현수애자 : 전선의 지지․인류 (오손구간) (180㎜,250㎜)
• 장간애자 : 가동브래킷 등 (항압용, 인장용)
• 지지애자 : 과선교 하부등 특수한 개소와 기기의 지지
  (NSP 40, NSP 50, SP60 등의 기호로 사용)

※ 현수애자는 인장만, 장간애자는 압축·인장 모두 적용 가능.

애자의 사용구분 KR E-03120

19[계산형]

레일의 곡선반경이 600[m]인 가공전차선로에서 전차선 편위를 150[㎜]로 유지하고자 할 경우 전철주의 경간[m] 은 약 얼마인가?

힌트곡선반경, 편위, 경간 ➜ d = S² ÷ 16R 

정답37.95[m] 

해설

❏ 곡선로 전차선 편위(중앙) : d = S²/(16R) 단, d = d₀ = d_s

 R = 600m, d = 150㎜ ➜ 0.15m

d = S²/(16R) ➜ S² = 16R·d = 16 ×600 × 0.15 = 1440

 → S = 37.947m

⦗핵심⦘

 d₀ = S²/(8R) - d_s 

 d = S²/(16R) : d = d₀ = d_s (지지점과 경간 중앙의 편위가 같을 때)

20[계산형]

지내력 측정이 필요한 점토지반의 경우 I형 기초저항 모멘트는 약 몇 [tonf·m]인가?
(단, 기초폭 d=0.7[m], 콘크리트 지지력 q=60[tonf/㎡], 기초길이 L=2.0[m], 지형계수 K=1.0, 형상계수 f=1.0, 안전율 F=2.0)
   

힌트지반 지지력 모멘트 :
M=C×q×L²×K×d ÷ F [C: 보통 0.067, 점토 0.137]

정답11.51 [tonf·m]

해설

❏ 점토지반 지지력 (0.137)  :

 페니트로미터의 측정값을 이용

 M = 0.137 × q × L² × K × d ÷ F 

• q (지반의 허용지지력) : 60 [tonf/㎡]
• d (수평하중에 직각한 방향의 기초 폭) : 0.7[m]
• L (기초에 근입한 길이) : 2 [m]
• K × f (계수) : 1×1 = 1
• F (안전율) : 2
• 0.067, 0.137 : 지반 종류에 따른 경험계수(C)

주어진 값 대입 → 11.51 tonf·m

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