철도신호기사 필기 기출문제복원 (2022-04-24)

철도신호기사 2022-04-24 필기 기출문제 해설

이 페이지는 철도신호기사 2022-04-24 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

철도신호기사
(2022-04-24 기출문제)

목록

1과목: 전자공학

1. 다음 회로의 명칭으로 옳은 것은? (단, R = R'이고 다이오드는 이상적이라고 가정한다.)

  1. 발진회로
  2. 클램프회로
  3. 전파정류기
  4. 반파정류기
(정답률: 71%)
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2. 다음 회로에서 스위치 S를 10초 동안 on하고 40초 동안 off한 동작을 지속적으로 반복하면 저항 R의 양단에 발생하는 전압파형의 duty cycle은 얼마인가?

  1. 0.1
  2. 0.2
  3. 0.25
  4. 1
(정답률: 67%)
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3. 정논리에서 그림과 같은 게이트는? (단, A와 B는 입력, C는 출력이다.)

  1. NOR 게이트
  2. OR 게이트
  3. NAND 게이트
  4. AND 게이트
(정답률: 70%)
  • 제시된 회로도는 다이오드 논리 게이트입니다. 다이오드의 방향이 출력단 $C$ 쪽으로 향하고 있으며, 입력 $A$와 $B$가 모두 High($+V_{CC}$)가 되어야만 출력 $C$가 High가 되는 구조입니다.
    따라서 모든 입력이 1일 때만 출력이 1이 되는 AND 게이트입니다.

    오답 노트
    NOR, NAND: 트랜지스터(Inverter)가 포함되어야 함
    OR: 다이오드 방향이 반대여야 함
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4. 어떤 증폭기에서 입력전압이 5mV이고 출력전압이 2V 일 경우 이 증폭기의 전압 증폭도를 dB로 환산하면 약 몇 dB 인가?

  1. 28
  2. 40
  3. 52
  4. 66
(정답률: 66%)
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5. 다음 중 발진회로를 이용하지 않는 것은?

  1. 동기 검파
  2. 다이오드 검파
  3. 링 변조
  4. 헤테로다인 검파
(정답률: 71%)
  • 다이오드 검파는 다이오드의 정류 작용만을 이용하여 신호를 추출하는 단순 검파 방식이므로, 별도의 국부 발진회로가 필요하지 않습니다.

    오답 노트
    동기 검파, 링 변조, 헤테로다인 검파: 신호 처리를 위해 기준 주파수를 생성하는 발진회로가 필수적입니다.
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6. 다음 이상 발진기의 발진주파수는 약 몇 kHz 인가? (단, R = 4kΩ, C = 0.01μF)

  1. 1.624
  2. 2.316
  3. 3.423
  4. 4.278
(정답률: 66%)
  • 제시된 회로와 같이 RC 단수가 $N$개인 이상 발진기의 주파수 공식은 다음과 같습니다. 이미지 에서 RC 단수 $N$은 3입니다.
    ① [기본 공식] $f = \frac{1}{2\pi RC\sqrt{2N}}$
    ② [숫자 대입] $f = \frac{1}{2\pi \times 4000 \times 0.01 \times 10^{-6} \times \sqrt{2 \times 3}}$
    ③ [최종 결과] $f = 1624\text{ Hz} = 1.624\text{ kHz}$
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7. 진폭변조방식과 위상변조방식을 결합한 변조방식은?

  1. ASK
  2. FSK
  3. PSK
  4. QAM
(정답률: 70%)
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8. 전원회로에서 전원전압을 일정하게 유지하기 위하여 사용되는 다이오드는?

  1. 포토 다이오드
  2. 터널 다이오드
  3. 제너 다이오드
  4. 바랙터 다이오드
(정답률: 75%)
  • 제너 다이오드는 항복 전압을 이용하여 전압을 일정하게 유지하는 정전압 특성을 가지고 있어 전원전압 유지에 사용됩니다.

    오답 노트
    포토 다이오드: 빛 감지 및 전기 신호 변환
    터널 다이오드: 부성 저항 특성 이용
    바랙터 다이오드: 전압에 따른 가변 용량 이용
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9. 다음 회로의 명칭으로 옳은 것은?

  1. 이상기
  2. 적분기
  3. 미분기
  4. 가산기
(정답률: 78%)
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10. 연산증폭기의 내부 구성회로 중 Push-Pull 전력 증폭회로에서 크로스오버 일그러짐을 방지하기 위해 사용되는 소자로 가장 적절한 것은?

  1. 저항
  2. 콘덴서
  3. 다이오드
  4. 코일
(정답률: 73%)
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11. 다음 중 보수를 이용한 감산회로에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 감수의 보수를 이용하여 감산기로만 뺄셈을 하는 회로
  2. 피감수의 보수를 이용하여 감산기로만 뺄셈을 하는 회로
  3. 감수의 보수를 이용하여 가산기로만 뺄셈을 하는 회로
  4. 피감수의 보수를 이용하여 가산기로만 뺄셈을 하는 회로
(정답률: 68%)
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12. 다음 중 슈미트 트리거(Schmitt trigger)회로의 응용이 아닌 것은?

  1. 구형파회로
  2. 증폭회로
  3. 쌍안정회로
  4. 전압비교회로
(정답률: 53%)
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13. 다음 중 사인파의 파형률은?

  1. 1.111
  2. 1.155
  3. 1.414
  4. 1.571
(정답률: 61%)
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14. FM변조방식에서 주파수의 높은 대역을 강조하여 S/N비가 저하되는 것을 방지하기 위한 회로는?

  1. de-emphasis
  2. AFC
  3. AVC
  4. pre-emphasis
(정답률: 66%)
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15. NPN 트랜지스터가 증폭기로 동작하기 위한 베이스-이미터 접합부(JBE) 및 베이스-컬렉터 접합부(JBC)의 바이어스 전압 방향으로 옳은 것은?

  1. JBE : 순방향, JBC : 역방향
  2. JBE : 순방향, JBC : 순방향
  3. JBE : 역방향, JBC : 순방향
  4. JBE : 역방향, JBC : 역방향
(정답률: 70%)
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16. 다음 중 교류 전력제어에 사용되는 3단자 반도체 소자는?

  1. 제너 다이오드
  2. 터널 다이오드
  3. 트라이액
  4. 포토 트랜지스터
(정답률: 78%)
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17. VC = 30ㆍcos(ωCt) 반송파를 VS = 20ㆍcos(pt)의 신호파로 진폭 변조했을 때 변조도는 약 몇 % 인가?

  1. 5
  2. 15
  3. 46
  4. 67
(정답률: 58%)
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18. 트랜지스터의 증폭기 종류 중 입력과 출력의 위상은 역상이 나며, 전압이득이 큰 증폭회로 방식은?

  1. 이미터 폴로워
  2. 공통 이미터 증폭기
  3. 공통 컬렉터 증폭기
  4. 공통 베이스 증폭기
(정답률: 59%)
  • 공통 이미터 증폭기는 입력과 출력의 위상이 $180^{\circ}$ 역상으로 나타나며, 전압 이득이 매우 큰 특징을 가진 회로입니다.

    오답 노트
    이미터 폴로워 및 공통 컬렉터 증폭기: 입출력 위상이 동상이며 전압 이득이 1에 가까움
    공통 베이스 증폭기: 입출력 위상이 동상임
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19. 다음 중 발진기를 증폭기와 비교하였을 때 가장 큰 차이점은?

  1. 입력신호가 불필요하다.
  2. 이득이 크다.
  3. 항상 출력이 같다.
  4. DC 공급전압이 불필요하다.
(정답률: 59%)
  • 발진기는 외부에서 입력 신호를 주지 않아도 스스로 특정 주파수의 신호를 생성하여 출력하는 회로입니다.
    반면 증폭기는 반드시 외부 입력 신호가 있어야 이를 확대하여 출력할 수 있다는 점에서 결정적인 차이가 있습니다.

    오답 노트
    이득이 크다: 증폭기와 발진기 모두 이득을 가질 수 있어 차이점이 아님
    항상 출력이 같다: 출력 파형이나 진폭은 회로 설계에 따라 다름
    DC 공급전압이 불필요하다: 발진기 작동을 위해서도 전원(DC)은 반드시 필요함
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20. A, B, C 양의 논리입력에서 A＜B 이고, B＞C일 경우에만 출력 Y가 “1”이 되는 논리식은?

(정답률: 69%)
  • 논리 입력 $A < B$이고 $B > C$ 일 때 출력이 1이 되는 조건을 분석합니다.
    논리 변수에서 $A < B$는 $A=0, B=1$인 상태($\overline{A}B$)를 의미하며, $B > C$는 $B=1, C=0$인 상태($B\overline{C}$)를 의미합니다.
    두 조건이 동시에 만족되어야 하므로 AND 연산을 수행하면 $\overline{A}B\overline{C}$가 됩니다.
    따라서 정답은 $\overline{A}B\overline{C}$를 나타내는 입니다.
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2과목: 회로이론 및 제어공학

21. 회로에서 , I3= 5.0(A), Z3 = 1.0Ω 일 때 부하(Z1, Z2, Z3) 전체에 대한 복소 전력은 약 몇 VA 인가?

  1. 55.3 - j7.5
  2. 55.3 + j7.5
  3. 45 - j26
  4. 45 + j26
(정답률: 46%)
  • 전체 복소 전력은 전체 전류와 전압의 곱으로 구할 수 있으며, 병렬 회로이므로 전체 전류는 각 가지 전류의 합과 같습니다.
    먼저 전압 $V$를 구하면 $V = I_3 \times Z_3 = 5 \times 1.0 = 5\text{ V}$ 입니다.
    전체 전류 $I = I_1 + I_2 + I_3 = 2e^{-j\frac{\pi}{6}} + 5e^{j\frac{\pi}{6}} + 5$를 계산하면 $11.06 + j1.5$가 됩니다.
    복소 전력 $S = V \times I^*$ (전류의 공액복소수) 공식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $S = V(I_1 + I_2 + I_3)^*$
    ② [숫자 대입] $S = 5(11.06 - j1.5)$
    ③ [최종 결과] $S = 55.3 - j7.5$
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22. RL 직렬회로에서 시정수가 0.03s, 저항이 14.7Ω일 때 이 회로의 인덕턴스(mH)는?

  1. 441
  2. 362
  3. 17.6
  4. 2.53
(정답률: 69%)
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23. 그림과 같은 T형 4단자 회로의 임피던스 파라미터 Z22는?

  1. Z3
  2. Z1 + Z2
  3. Z1 + Z3
  4. Z2 + Z3
(정답률: 68%)
  • T형 4단자 회로에서 임피던스 파라미터 $Z_{22}$는 2번 포트가 단락되었을 때 2번 포트로 유입되는 전류에 대한 전압의 비를 의미합니다.
    회로 구조상 $Z_{22}$는 2번 라인의 직렬 임피던스와 공통 임피던스의 합으로 결정됩니다.
    T형 회로의 파라미터 정의에 따라 $Z_{22} = Z_2 + Z_3$가 됩니다.
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24. 그림 (a)의 Y결선 회로를 그림 (b)의 △결선회로로 등가 변환했을 때 Rab, Rbc, Rca는 각각 몇 Ω 인가? (단, Ra = 2Ω, Rb = 3Ω, Rc = 4Ω)

(정답률: 65%)
  • Y결선 저항을 $\Delta$결선 저항으로 변환할 때는 각 단자에 연결된 저항의 합을 해당 단자의 마주보는 저항으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$R_{ab} = \frac{R_a R_b + R_b R_c + R_c R_a}{R_c}$$
    $$R_{bc} = \frac{R_a R_b + R_b R_c + R_c R_a}{R_a}$$
    $$R_{ca} = \frac{R_a R_b + R_b R_c + R_c R_a}{R_b}$$
    ② [숫자 대입]
    분자 공통값: $2 \times 3 + 3 \times 4 + 4 \times 2 = 6 + 12 + 8 = 26$
    $$R_{ab} = \frac{26}{4}, R_{bc} = \frac{26}{2}, R_{ca} = \frac{26}{3}$$
    ③ [최종 결과]
    $$R_{ab} = \frac{13}{2}, R_{bc} = 13, R_{ca} = \frac{26}{3}$$
  • Rab=(RaRb+RbRc+RaRc)/Rc=(2x3+3X4+2x4)/4=13/2
    Rbc=(RaRb+RbRc+RaRc)/Ra=(2x3+3X4+2x4)/2=13
    Rac=(RaRb+RbRc+RaRc)/Rb=(2x3+3X4+2x4)/3=26/3
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25. 상의 순서가 a-b-c인 불평형 3상 교류회로에서 각 상의 전류가 Ia = 7.28∠15.95°(A), Ib = 12.81∠-128.66°(A), Ic = 7.21∠123.69°(A) 일 때 역상분 전류는 약 몇 A 인가?

  1. 8.95∠-1.14°
  2. 8.95∠1.14°
  3. 2.51∠-96.55°
  4. 2.51∠96.55°
(정답률: 36%)
  • 불평형 3상 회로에서 역상분 전류 $I_{a2}$를 구하는 공식과 페이저 계산을 적용합니다.
    역상분 전류는 각 상의 전류에 역상 연산자 $a^2 = 1\angle 240^\circ$와 $a = 1\angle 120^\circ$를 곱하여 합산한 후 $3$으로 나눕니다.
    ① [기본 공식] $I_{a2} = \frac{1}{3}(I_a + a^2 I_b + a I_c)$
    ② [숫자 대입] $I_{a2} = \frac{1}{3}(7.28\angle 15.95^\circ + 1\angle 240^\circ \cdot 12.81\angle -128.66^\circ + 1\angle 120^\circ \cdot 7.21\angle 123.69^\circ)$
    ③ [최종 결과] $I_{a2} = 2.51\angle 96.55^\circ$
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26. 회로에서 6Ω에 호르는 전류(A)는?

  1. 2.5
  2. 5
  3. 7.5
  4. 10
(정답률: 59%)
  • 병렬 회로의 합성 저항과 전류 분배 법칙을 이용하여 $6\Omega$ 저항에 흐르는 전류를 구합니다.
    먼저 $12\Omega$과 $4\Omega$ 저항이 병렬로 연결되어 있으므로 합성 저항은 $3\Omega$이 됩니다. 이때 전체 전류원은 $8\text{A} + 7\text{A} = 15\text{A}$로 볼 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $I = I_{total} \times \frac{R_{parallel}}{R_{target} + R_{parallel}}$
    ② [숫자 대입] $I = 15 \times \frac{3}{6 + 3}$
    ③ [최종 결과] $I = 5$
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27. 는?

  1. δ(t)+e-t(cos2t-sin2t)
  2. δ(t)+e-t(cos2t+2sin2t)
  3. δ(t)+e-t(cos2t-2sin2t)
  4. δ(t)+e-t(cos2t+sin2t)
(정답률: 51%)
  • 주어진 $s$-영역 함수 $f(s) = \frac{s^2 + 3s + 2}{s^2 + 2s + 5}$를 역라플라스 변환하는 문제입니다.
    분자를 분모의 형태로 변형하면 $f(s) = 1 + \frac{s - 3}{s^2 + 2s + 5} = 1 + \frac{(s+1) - 4}{(s+1)^2 + 2^2}$가 됩니다.
    이를 역변환하면 $1$은 $\delta(t)$가 되고, 나머지 항은 지수함수와 삼각함수의 곱으로 변환됩니다.
    $$f(t) = \delta(t) + e^{-t}(\cos 2t - \frac{4}{2}\sin 2t) = \delta(t) + e^{-t}(\cos 2t - 2\sin 2t)$$
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28. 그림과 같은 부하에 선간전압이 Vab = 100∠30°(V)인 평형 3상 전압을 가했을 때 선전류 Ia(A)는?

(정답률: 57%)
  • Y결선 부하와 $\Delta$결선 부하가 병렬로 연결된 회로입니다. 선전류 $I_a$는 Y결선으로 흐르는 전류와 $\Delta$결선으로 흐르는 전류의 합으로 구합니다.
    Y결선 상전류는 상전압($V_{ab}/\sqrt{3}$)을 저항 $R$로 나눈 값이며, $\Delta$결선 선전류는 상전류($V_{ab}/(1/j\omega C)$)의 $\sqrt{3}$배입니다.
    ① [기본 공식] $I_a = \frac{V_{ab}}{\sqrt{3}R} + \sqrt{3}j\omega C V_{ab}$
    ② [숫자 대입] $I_a = \frac{100}{\sqrt{3}R} + \sqrt{3}j\omega C(100)$
    ③ [최종 결과] $I_a = \frac{100}{\sqrt{3}}(\frac{1}{R} + j3\omega C)$
    따라서 정답은 입니다.
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29. 분포정수로 표현된 선로의 단위 길이당 저항이 0.5Ω/km, 인덕턴스가 1μH/km, 커패시스턴스가 6μF/km일 때 일그러짐이 없는 조건(무왜형 조건)을 만족하기 위한 단위 길이당 컨덕턴스(℧/m)는?(문제 오류로 가답안 발표시 3번이 답안으로 발표되었으나, 확정답안 발표시 전항 정답 처리 되었습니다. 여기서는 가답안인 3번을 누르면 정답 처리 됩니다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 75%)
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30. 다음과 같은 비정현파 교류 전압 v(t)와 전류 i(t)에 의한 평균전력은 약 몇 W 인가?

  1. 6.414
  2. 8.586
  3. 12.828
  4. 24.212
(정답률: 50%)
  • 비정현파 교류의 평균전력은 각 고조파 성분별 평균전력의 합으로 계산합니다. 전압과 전류의 기본파 및 고조파 성분의 실효값과 위상차를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$P = \sum V_n I_n \cos\theta_n = \frac{1}{2} \sum V_{m,n} I_{m,n} \cos\theta_n$$
    ② [숫자 대입]
    $$P = \frac{1}{2} ( 200 \times \frac{1}{5} \times \cos(-60^{\circ}) + 80 \times \frac{1}{10} \times \cos(-90^{\circ} + 45^{\circ}) )$$
    ③ [최종 결과]
    $$P = 12.828 \text{ W}$$
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31. 그림의 신호흐름도를 미분방정식으로 표현한 것으로 옳은 것은? (단, 모든 초기 값은 0이다.)

(정답률: 51%)
  • 신호흐름도를 미분방정식으로 변환하기 위해 각 노드의 관계식을 세워 전달함수를 구한 뒤 시간 영역으로 변환합니다.
    전달함수 $G(s) = \frac{C(s)}{R(s)}$를 구하면 다음과 같습니다.
    $$G(s) = \frac{1}{s^2 + 3s + 2}$$
    이를 교차 곱하여 정리하면 $s^2C(s) + 3sC(s) + 2C(s) = R(s)$가 되며, 라플라스 역변환을 통해 미분방정식으로 나타내면 가 됩니다.
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32. 전달함수가 과 같은 제어시스템에서 ω = 0.1 rad/s 일 때의 이득(dB)과 위상각(°)은 약 얼마인가?

  1. 40dB, -90°
  2. -40dB, 90°
  3. 40dB, -180°
  4. -40dB, -180
(정답률: 45%)
  • 전달함수 $G(s)$에서 $s = j\omega$를 대입하여 이득과 위상각을 구하는 문제입니다. $\omega = 0.1$ rad/s를 대입하면 $0.01s = 0.01 \times j0.1 = j0.001$이 되어 $1$에 비해 매우 작으므로 무시할 수 있습니다.
    따라서 전달함수는 $G(j0.1) \approx \frac{1}{0.1 \times j0.1} = \frac{1}{j0.01} = -j100$이 됩니다.
    이득은 $20\log_{10}|-j100| = 20\log_{10}100 = 40$ dB이며, 위상각은 $-j$ 성분에 의해 $-90^{\circ}$가 됩니다.
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33. 의 역 z 변환은?

  1. t·e-at
  2. at·e-at
  3. 1+e-at
  4. 1-e-at
(정답률: 49%)
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34. 다음의 개루프 전달함수에 대한 근궤적이 실수축에서 이탈하게 되는 분리점은 약 얼마인가?

  1. -0.93
  2. -5.74
  3. -6.0
  4. -1.33
(정답률: 38%)
  • 근궤적이 실수축에서 이탈하는 분리점은 특성방정식의 $K$에 대한 미분값이 $0$이 되는 지점입니다.
    개루프 전달함수 $G(s)H(s) = \frac{K}{s(s+3)(s+8)}$에서 특성방정식 $s(s+3)(s+8) + K = 0$을 $K$에 대해 정리한 후 $s$로 미분합니다.
    ① [기본 공식] $K = -s^{3} - 11s^{2} - 24s \rightarrow \frac{dK}{ds} = -3s^{2} - 22s - 24 = 0$
    ② [숫자 대입] $s = \frac{22 \pm \sqrt{22^{2} - 4 \times (-3) \times (-24)}}{2 \times (-3)}$
    ③ [최종 결과] $s = -1.33, -6$
    실수축 상의 근궤적 구간인 $0$ ~ $-3$ 사이에 존재하는 값은 $-1.33$입니다.
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35. 제어시스템의 특성방정식이 s4+s3-3s2-s+2=0 와 같을 때, 이 특성방정식에서 s 평면의 오른쪽에 위치하는 근은 몇 개인가?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 59%)
  • 루스-허위츠(Routh-Hurwitz) 판별법을 통해 s 평면 우반평면에 존재하는 근의 개수를 찾습니다.
    루스표 작성 시 $s^{1}$ 행의 모든 요소가 $0$이 되는 특수 상황이 발생하여 보조방정식 $F(s) = -2s^{2} + 2$를 사용합니다. 이를 미분한 $F'(s) = -4s$를 $s^{1}$ 행에 대입하여 표를 완성하면, 첫 번째 열의 부호가 $+1 \rightarrow +1 \rightarrow -2 \rightarrow -4 \rightarrow +2$ 순으로 총 2번 바뀝니다.
    따라서 s 평면 오른쪽에 위치하는 근은 2개입니다.
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36. 다음 블록선도의 전달함수 는?

  1. 10/9
  2. 10/13
  3. 12/9
  4. 12/13
(정답률: 56%)
  • 메이슨의 이득 공식(Mason's Gain Formula)을 사용하여 전체 전달함수를 구합니다.
    전방 경로 이득의 합 $A$는 $1 \times 2 \times 3 = 6$과 $1 \times 2 \times 2 = 4$의 합인 $10$이며, 루프 이득의 합 $B$는 $1 \times 2 \times (-1) = -2$, $1 \times 2 \times 3 \times (-1) = -6$, $1 \times 2 \times 2 \times (-1) = -4$의 합인 $-12$입니다.
    ① [기본 공식] $T = \frac{A}{1 - B}$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{10}{1 - (-12)}$
    ③ [최종 결과] $T = \frac{10}{13}$
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37. 제어시스템의 전달함수가 과 같이 표현될 때 이 시스템의 고유주파수(ωn(rad/s))와 감쇠율(ζ)은?

  1. ωn=0.25, ζ=1.0
  2. ωn=0.5, ζ=0.25
  3. ωn=0.5, ζ=0.5
  4. ωn=1.0, ζ=0.5
(정답률: 56%)
  • 표준 2차 시스템의 전달함수 형태와 주어진 식을 비교하여 고유주파수와 감쇠율을 구합니다.
    주어진 전달함수 $T(s) = \frac{1}{4s^{2}+s+1}$를 표준형인 $$T(s) = \frac{1}{\frac{1}{\omega_{n}^{2}}s^{2} + \frac{2\zeta}{\omega_{n}}s + 1}$$ 꼴로 맞추기 위해 분모의 $s^{2}$ 계수를 확인합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{\omega_{n}^{2}} = 4, \quad \frac{2\zeta}{\omega_{n}} = 1$
    ② [숫자 대입] $\omega_{n} = \frac{1}{\sqrt{4}}, \quad \zeta = \frac{1 \times 0.5}{2}$
    ③ [최종 결과] $\omega_{n} = 0.5, \quad \zeta = 0.25$
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38. 다음의 상태방정식으로 표현되는 시스템의 상태천이행렬은?

(정답률: 48%)
  • 상태천이행렬=역라플라스{(sI-A)의 역행렬}

    I=(1 0//0 1), A=(0 1//-3 -4)
    sI-A=s(1 0//0 1)-(0 1//-3 -4)=(s -1//3 s+4)
    (sI-A)의 역행렬=1/{(s+1)(s+3)}(s+4 1//-3 s)=( (s+4)/{(s+1)(s+3)} 1/{(s+1)(s+3)}//-3/{(s+1)(s+3)} s/{(s+1)(s+3)})

    1행1열: (s+4)/{(s+1)(s+3)}=1.5/(s+1)-0.5/(s+3)
    역라플라스하면 1.5e^-t -0.5e^-3t
    1행2열: 1/{(s+1)(s+3)}=0.5/(s+1)-0.5/(s+3)
    역라플라스하면 0.5e^-t -0.5e^-3t
    2행1열: -3/{(s+1)(s+3)}=-1.5/(s+1)+1.5/(s+3)
    역라플라스하면 -1.5e^-t +1.5e^-3t
    2행2열: s/{(s+1)(s+3)}=-0.5/(s+1)+1.5/(s+3)
    역라플라스하면 -0.5e^-t +1.5e^-3t
  • 상태천이행렬 $\Phi(t)$는 $\mathcal{L}^{-1}\{(sI-A)^{-1}\}$로 구할 수 있습니다.
    주어진 상태방정식 $\begin{bmatrix} \frac{d}{dt}X_1 \\ \frac{d}{dt}X_2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & 1 \\ -3 & -4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} X_1 \\ X_2 \end{bmatrix}$에서 시스템 행렬 $A = \begin{bmatrix} 0 & 1 \\ -3 & -4 \end{bmatrix}$입니다.
    1. $(sI-A)$ 계산: $$sI-A = \begin{bmatrix} s & 0 \\ 0 & s \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 0 & 1 \\ -3 & -4 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} s & -1 \\ 3 & s+4 \end{bmatrix}$$
    2. 역행렬 $(sI-A)^{-1}$ 계산: $$(sI-A)^{-1} = \frac{1}{(s+1)(s+3)} \begin{bmatrix} s+4 & 1 \\ -3 & s \end{bmatrix}$$
    3. 각 성분의 역라플라스 변환을 통해 상태천이행렬을 도출하면 가 됩니다.
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39. 기본 제어요소인 비례요소의 전달함수는? (단, K는 상수이다.)

  1. G(s) = K
  2. G(s) = Ks
(정답률: 59%)
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40. 다음의 논리식과 등가인 것은?

  1. Y = A
  2. Y = B
(정답률: 72%)
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3과목: 신호기기

41. 장대형 전동 차단기의 기동전류(A)는 얼마 이하가 되도록 하여야 하는가?

  1. 40
  2. 50
  3. 60
  4. 70
(정답률: 59%)
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42. 전동 차단기의 동작 전원이 정전되었을 때에는 차단기가 열린 위치에서 중력에 의해 약 몇 초 이내에 수평 위치까지 닫혀야 되는가?

  1. 5초
  2. 8초
  3. 10초
  4. 12초
(정답률: 68%)
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43. 철도신호제어회로 중 시소 계전기가 사용되는 회로는?

  1. 신호 제어 회로
  2. 선별 계전기 회로
  3. 조사 계전기 회로
  4. 보류 및 접근 회로
(정답률: 72%)
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44. 직류기에서 전기자 반작용을 방지하는 방법이 아닌 것은?

  1. 보상권선을 설치한다.
  2. 전기자전류를 증가시킨다.
  3. 보극을 설치한다.
  4. 계자기자력을 증가시킨다.
(정답률: 62%)
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45. 60Hz, 슬립 3%, 회전수 1164rpm인 유도 전동기의 극수는?

  1. 2극
  2. 4극
  3. 6극
  4. 8극
(정답률: 70%)
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46. 직류 분권전동기를 무부하로 운전하고 있을 때, 계자회로에 단선이 생긴 경우 발생하는 현상으로 옳은 것은?

  1. 역전한다.
  2. 즉시 정지한다.
  3. 무부하이므로 서서히 정지한다.
  4. 과속도로 되어 위험하다.
(정답률: 70%)
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47. 자극수 4, 슬롯 수 40, 슬롯 내부 코일변수 4인 단중 중권 직류기의 정류자 편수는?

  1. 10
  2. 20
  3. 40
  4. 80
(정답률: 58%)
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48. 3상유도 전동기의 특성 중 비례추이를 할 수 없는 것은?

  1. 토크
  2. 출력
  3. 1차 입력
  4. 2차 전류
(정답률: 61%)
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49. 변압기의 부하가 증가할 때의 현상으로 틀린 것은?

  1. 동손이 증가한다.
  2. 철손이 증가한다.
  3. 온도가 상승한다.
  4. 여자 전류는 변함이 없다.
(정답률: 67%)
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50. ATS 지상자 제어계전기의 접점저항은 몇 mΩ 이하이어야 하는가?

  1. 60
  2. 80
  3. 100
  4. 120
(정답률: 69%)
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51. 건널목 고장감시장치에서 검지할 수 없는 것은?

  1. 건널목 경보종의 계속 경보
  2. 전동차단기 동작상태
  3. 건널목 전원회로의 저전압
  4. 건널목의 방향 표시등 상태
(정답률: 68%)
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52. 3상 유도 전동기에서 2차 측 저항을 2배로 하면 최대 토크는 어떻게 변하는가?

  1. 2배 증가
  2. 1/2로 감소
  3. √2배 증가
  4. 변하지 않음
(정답률: 56%)
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53. 다음 중 쌍방향성 3단자 사이리스터는?

  1. SCR
  2. TRIAC
  3. SSS
  4. SCS
(정답률: 66%)
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54. 건널목 경보기에서 경보종의 타종수는 기당 매분 몇 회인가?

  1. 10~50회
  2. 60~90회
  3. 70~100회
  4. 100~110회
(정답률: 73%)
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55. 전부하에서 동손이 80W, 철손이 40W인 변압기가 있다. 부하의 약 몇 % 일 때 최대 효율이 되는가?

  1. 50
  2. 60
  3. 70
  4. 80
(정답률: 56%)
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56. 4극, 60Hz, 22KW인 3상 유도전동기가 있다. 전부하 슬립 4%로 운전할 때 토크(kg·m)는 약 얼마인가?

  1. 9.65
  2. 10.72
  3. 11.86
  4. 12.41
(정답률: 44%)
  • 유도전동기의 토크는 출력과 회전속도의 관계로 구할 수 있습니다. 먼저 동기속도를 구한 뒤, 슬립을 고려한 실제 회전속도를 적용하여 토크를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $T = 9.75 \frac{P}{N}$
    ② [숫자 대입] $T = 9.75 \frac{22 \times 1000}{1800 \times (1 - 0.04)}$
    ③ [최종 결과] $T = 12.41$
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57. 전력용 반도체 소자 중 사이리스터에 속하지 않는 것은?

  1. SCR
  2. GTO
  3. Diode
  4. SSS
(정답률: 72%)
  • 사이리스터는 게이트 단자를 통해 전류의 흐름을 제어할 수 있는 스위칭 소자입니다. Diode는 게이트 단자가 없으며 단순히 한 방향으로만 전류를 흐르게 하는 정류 작용만 수행하므로 사이리스터에 속하지 않습니다.

    오답 노트
    SCR, GTO, SSS: 모두 게이트 제어가 가능한 사이리스터 소자임
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58. 단상 변압기의 1차 전압이 2200V, 1차 무부하 전류는 0.088A, 무부하 철손이 110W 라고 하면, 자화전류(A)는 약 얼마인가?

  1. 0.0624
  2. 0.0724
  3. 0.0824
  4. 0.0924
(정답률: 50%)
  • 무부하 전류는 철손 전류와 자화 전류의 벡터 합으로 이루어집니다. 먼저 철손 전력을 통해 철손 전류를 구한 뒤, 피타고라스 정리를 이용하여 자화 전류를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $I_0 = \sqrt{I_i^2 + I_\phi^2} \implies I_\phi = \sqrt{I_0^2 - I_i^2}$
    ② [숫자 대입] $I_\phi = \sqrt{0.088^2 - (\frac{110}{2200})^2}$
    ③ [최종 결과] $I_\phi = 0.0724\text{ A}$
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59. 60Hz의 변압기에 50Hz의 동일 전압을 가했을 때의 자속밀도는 60Hz일 때보다 어떻게 되는가?

  1. 5/6로 된다.
  2. 6/5로 된다.
  3. 로 된다.
  4. 로 된다.
(정답률: 67%)
  • 변압기의 유기 기전력 공식 $V = 4.44 f N \Phi$에서 전압 $V$가 일정할 때, 자속 $\Phi$는 주파수 $f$에 반비례합니다. 따라서 주파수가 $60\text{ Hz}$에서 $50\text{ Hz}$로 감소하면 자속밀도는 그 역수인 $60/50$배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $\Phi \propto \frac{1}{f}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\Phi_{50}}{\Phi_{60}} = \frac{60}{50}$
    ③ [최종 결과] $\frac{\Phi_{50}}{\Phi_{60}} = \frac{6}{5}$
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60. 120V, 전기자 전류 100A, 전기자 저항 0.2Ω인 분권전동기의 발생 동력(kW)은?

  1. 8
  2. 9
  3. 10
  4. 12
(정답률: 61%)
  • 분권전동기의 발생 동력은 유기 기전력과 전기자 전류의 곱으로 구할 수 있습니다. 먼저 단자 전압에서 전기자 저항에 의한 전압 강하를 빼서 유기 기전력을 구한 뒤 동력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = (V - I_a R_a) \times I_a$
    ② [숫자 대입] $P = (120 - 100 \times 0.2) \times 100$
    ③ [최종 결과] $P = 10000\text{ W} = 10\text{ kW}$
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4과목: 신호공학

61. 신호의 현시방법으로 3위식 3현시에 속하지 않는 것은?

  1. 진행
  2. 주의
  3. 감속
  4. 정지
(정답률: 74%)
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62. 다음 중 고속철도 전용선에 사용되는 선로전환기의 종류는?

  1. NS형
  2. NS-AM형
  3. 기계식
  4. MJ-81형
(정답률: 77%)
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63. 열차자동정지장치(ATS)의 지상자 설치에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 점제어식 지상자 설치거리는 해당신호기의 절연위치에서 바깥쪽으로 열차 제동거리의 1.5배 범위로 한다.
  2. 출발경보용은 해당신호기의 절연위치에서 바깥쪽으로 12m 이상으로 한다.
  3. 속도조사식 지상자는 해당신호기의 절연위치에서 바깥쪽으로 15m 이상으로 한다.
  4. 가드레일과의 간격 600mm 이상으로 한다.
(정답률: 49%)
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64. 진로쇄정과 비교하여 진로구분쇄정의 이점으로 옳은 것은?

  1. 보안도를 향상시킨다.
  2. 역구내 운전 정리 작업의 효율을 증대시킨다.
  3. 시설비를 크게 절감할 수 있다.
  4. 열차의 안전운행을 도모할 수 있다.
(정답률: 75%)
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65. 3현시 구간에서 폐색구간의 거리가 1200m, 열차의 길이가 100m, 신호 현시에 필요한 최소거리가 200m, 신호기가 주의신호에서 진행신호를 현시할 때까지의 시간이 1초라면 최소운전시격은 몇 초인가? (단, 열차의 속도는 90km/h 이다.)

  1. 100
  2. 109
  3. 113
  4. 119
(정답률: 72%)
  • 3현시 구간의 최소운전시격을 구하는 문제입니다. 폐색구간 거리, 열차 길이, 신호 현시 거리 및 신호 전환 시간을 고려하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $T = 3.6 \times (2B + L + \frac{C}{V}) + t$
    ② [숫자 대입] $T = 3.6 \times (2 \times 1200 + 100 + \frac{200}{90}) + 1$
    ③ [최종 결과] $T = 109$
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66. 다음 중 신호기의 정위현시가 다른 것은?

  1. 유도신호기
  2. 입환신호기
  3. 엄호신호기
  4. 출발신호기
(정답률: 69%)
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67. 다음 빈칸에 들어갈 알맞은 내용은?

  1. ⓐ 장내신호기, ⓑ 출발신호기
  2. ⓐ 장내신호기, ⓑ 유도신호기
  3. ⓐ 유도신호기, ⓑ 원방신호기
  4. ⓐ 출발신호기, ⓑ 원방신호기
(정답률: 70%)
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68. 전기연동장치의 전철제어회로에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 전철제어계전기는 전철쇄정계전기의 무여자로 쇄정한다.
  2. 전철제어계전기는 전철쇄정계전기의 여자로 동작한다.
  3. 전철제어계전기는 전철쇄정계전기의 여자로 쇄정한다.
  4. 전철제어계전기는 유극이며 전철쇄정계전기는 무극이다.
(정답률: 69%)
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69. 점제어식 열차자동정지장치(ATS)의 지상자에서 비상정지위치까지의 거리 계산식으로 옳은 것은? (단, 열차종별은 전동차이며 여유거리를 고려하지 않은 경우이다.)

(정답률: 60%)
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70. 열차자동방호장치(ATP)에서 선로변제어유니트와 발리스간 케이블 연결에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 선로변제어유니트와 발리스는 전송케이블을 통하여 통신한다.
  2. 단심케이블은 케이블 선로를 경유하여 제어유니트에 연결된다.
  3. 발리스 케이블은 케이블 헷드를 경유하여 선로변제어유니트에 연결된다.
  4. 인필발리스를 설치하는 경우 신호계전기실내의 선로변제어유니트와 발리스 케이블 헷드간의 케이블 설치는 선로변제어유니트에서 가까운 발리스(메인, 인필) 케이블 헷드간에는 케이블 4회선을 설치하고 케이블 헷드간은 케이블 2회선을 설치한다.
(정답률: 55%)
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71. 열차집중제어장치의 주요기능으로 거리가 먼 것은?

  1. 열차운행계획관리
  2. 수송수요예측관리
  3. 열차의 진로 자동제어
  4. 신호설비의 감시제어
(정답률: 73%)
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72. 다음 중 궤도회로의 불평형률은? (UB : 불평형률(%), I1, I2 : 각 레일의 전류)

(정답률: 75%)
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73. NS형 전기선로전환기의 제어 계전기에 사용되는 계전기는?

  1. 완동 계전기
  2. 완방 계전기
  3. 무극선조 계전기
  4. 자기유지 계전기
(정답률: 59%)
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74. 단선구간에서 사용하는 대용폐색방식으로 복선구간의 통신식에 대한 수속을 하고 신중을 기하기 위하여 지도표를 발행하여 운행 열차의 기관사에게 휴대하도록 하는 방식은?

  1. 통신식
  2. 지도통신식
  3. 지도식
  4. 연동폐색식
(정답률: 75%)
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75. 열차집중제어장치(CTC)의 운전모드에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. CTC의 운전모드는 로칼(Local) 모드와 관제모드로 구분된다.
  2. 시스템내의 감시가 가능한 모든 현장표시정보는 관제모드에서만 현장역의 LDTS를 통하여 실시간으로 관제실 통신서버로 접속된다.
  3. 시스템내의 어떤 역에 대한 제어 형식은 AUTO, CCM 및 로컬(Local) 제어 모드 중 하나의 모드가 선택되며, 이러한 운전모드는 역별로 각각 설정된다.
  4. 관제모드란 제어권한이 관제실에 있어 LDTS장치를 이용하여 현장역의 신호설비들을 중앙에서 원격제어하는 것을 말한다.
(정답률: 68%)
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76. 선로전환기의 정·반위 결정법 중 옳은 것은?

  1. 본선과 측선의 경우 본선 방향이 반위
  2. 탈선 선로전환기는 탈선하는 방향이 반위
  3. 본선과 안전 측선의 경우 본선 방향이 정위
  4. 본선과 본선의 경우 주요한 방향이 정위
(정답률: 62%)
  • 선로전환기의 정위와 반위는 운행의 중요도와 안전성에 따라 결정됩니다. 본선과 본선이 만나는 경우 더 주요한 방향을 정위로 설정하는 것이 원칙입니다.

    오답 노트
    본선과 측선: 본선 방향이 정위
    탈선 선로전환기: 탈선하는 방향이 정위
    본선과 안전 측선: 본선 방향이 정위
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77. 임펄스 및 AF 궤도회로(무절연 AF궤도회로 제외)의 경우 궤도단락감도는 그 궤도회로를 통과하는 열차에 대하여 맑은 날 몇 Ω 이상이어야 하는가?

  1. 0.06
  2. 0.16
  3. 0.01
  4. 0.1
(정답률: 69%)
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78. 전기연동장치에서 전기적 쇄정의 목적이 아닌 계전기는?

  1. TPR
  2. TLSR
  3. WLR
  4. NKR
(정답률: 58%)
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79. 여자한 궤도 계전기가 230mV에서 낙하하였다. 궤도 계전기의 저항(Ω)은 약 얼마인가?(단, 여자 전류는 38mA, 낙하전압은 여자전압의 68% 이다.)

  1. 9
  2. 11
  3. 13
  4. 15
(정답률: 52%)
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80. 신호설비에 안정된 전원을 공급하기 위한 신호용 배전반에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 신호계전기실에서 현장까지 연결되는 케이블의 접지저항이 20kΩ 이하일 경우에는 자동으로 접지표시가 된다.
  2. 배전반 공급전원이 정전될 경우와 50% 이하일 경우에는 경보가 발생되어야 한다.
  3. 배전반의 상용전원이 정전되거나 93V 이하가 되면 0.1초 이내에 비상전원으로 자동으로 전환되고 상용전원이 회복되어 93% 이상전압이 상승되면 40초 후에 다시 상용전원으로 자동절환 된다.
  4. 배전반에서 신호기에 공급되는 신호기 등압용 전원은 주, 야간에 따라 등압을 조정할 수 있다.
(정답률: 56%)
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