개념 한 쪽
코일에 쌓이는 자계에너지는 W = ½LI² = ½NφI다. 나머지 문항은 송전선이 옆의 통신선에 끼치는 전자유도장해 — 원인은 영상전류(지락 전류), 매개는 상호인덕턴스, 대책은 연가·역상 배치다. 정전유도장해(영상전압·상호정전용량)와의 짝 구분까지가 출제 범위다.
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출제기준 단원 「자계에너지와 전자유도 등」의 공개 문제 11개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 장해 원인(영상전류) | 5 | 전자유도의 주된 원인 고르기 |
| 상호인덕턴스 장해 | 2 | 전자유도장해의 명칭 판정 |
| 장해 설명·대책 | 1 | 연가·유도 전압의 길이 비례 등 틀린 것 |
| 자계에너지 식 | 2 | ½LI² 수치 산출·½NφI 꼴 고르기 |
| 응용 아닌 것 | 1 | 전자석이 응용 아님 판정 |
가장 자주 묻는 것은 장해 원인(영상전류)입니다.
자기인덕턴스 L인 코일에 전류 I가 흐를 때 축적되는 자계에너지는 W = ½LI²다. L = 10 [H]에 3 [A]면 W = ½×10×9 = 45 [J]다. 정의식 L = Nφ/I를 대입하면 W = ½NφI로도 쓴다 — 보기에는 ½Nφ²I·½N²φI·½NφI²처럼 지수를 하나씩 틀리게 놓는다.
전자유도장해의 주된 원인은 전력선의 영상전류다. 3상이 평형일 때는 영상분이 0이라 장해가 거의 없지만, 1선 지락 같은 비대칭 사고가 나면 영상전류(3I₀)가 흘러 그 자속이 인접 통신선에 기전력을 유도한다. 매개는 두 선 사이의 상호인덕턴스 M이며, 유도되는 전압은 병행 구간 길이에 비례한다. 보기로 파는 정상전류·부하전류·역상전압·상호정전용량은 전부 오답 — 상호정전용량과 영상전압은 정전유도장해 쪽 원인이다.
두 장해를 잇대어 정리한다. 정전유도장해는 전력선의 영상전압(대지전압)과 상호정전용량으로, 전자유도장해는 영상전류와 상호인덕턴스로 생긴다. 억제 대책으로 송전선에 충분한 연가(도체 배열 바꾸기)를 하고, 특별고압 2회선에서는 역상 배치를 원칙으로 한다. 전자유도의 응용 기기는 발전기·변압기(자속 변화로 기전력 유도)이며, 전자석은 코일 전류로 자속을 만드는 장치라 전자유도의 응용이 아니다.
학습목표: 특별고압 가공송전선로에서는 정전유도·전자유도를 고려한 전계·자계 기준과 2회선 가선시 역상 배치 원칙을 설명할 수 있다.
2회선 가선시에는 역상 배치함을 원칙으로 한다.
NCS 학습모듈 1901030102 가공송전선로 설계 · 3-3. 송전선로 지상고 확보 검토
① 에너지: W = ½LI² = 45 [J](10 [H]·3 [A]). 다른 꼴은 ½NφI. ② 전자유도장해 원인: 영상전류 + 상호인덕턴스. ③ 정전유도장해 원인: 영상전압 + 상호정전용량. ④ 대책: 연가·역상 배치. 응용은 발전기·변압기(전자석은 아님).
다음 중 전력선에 의한 통신선의 전자유도장해의 주된 원인?
정답 ③ · 정답 근거: 통신선의 전자유도장해는 전력선과 통신선 사이의 상호 인덕턴스(M)를 매개로, 전력선의 1선 지락사고 시 흐르는 영상전류()가 만드는 자속이 통신선에 기전력을 유도하여 발생한다. 따라서 지락사고 등에 의한 영상전류가 주된 원인이다.
전자유도장해는 상호인덕턴스 M을 통해 흐르는 영상전류(3I0)가 주된 원인이다.
권선수가 N회인 코일에 전류 I(A)를 흘릴 경우, 코일에 ø(Wb)의 자속이 지나간다면 이 코일에 저장된 자계에너지(J)는?
정답 ② · 코일에 저장되는 자계 에너지는 이며, 인덕턴스는 로 정의된다. 이를 대입하면 가 된다.
코일의 자계에너지는 W = ½LI²에 L = Nφ/I를 대입한 W = ½NφI(J)이다.
다음 중 전자유도 현상의 응용이 아닌 것은?
정답 ③ · 전자유도(電磁誘導) 현상은 자속의 시간적 변화로 기전력이 유도되는 현상(패러데이 법칙)으로, 발전기·변압기는 이 원리를 직접 응용한 대표적 기기이다. 전동기는 전자유도가 아니라 전류가 흐르는 도체가 자계 내에서 받는 힘(전자력, 플레밍의 왼손법칙)을 이용하는 기기이며, 전자석 역시 단순히 코일에 전류를 흘려 자속을 만드는 것으로 전자유도 현상과 무관하다.
전자유도 응용은 발전기·변압기이고, 전자석은 전류로 자계를 만드는 것이라 유도와 무관하다.
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