Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
О журнале см. Энергетика (журнал) . Для аналогичного термина, но в широком смысле, см. Энергетика .
Для использования в других целях, см Сетка (значения) .
Паровая турбина, используемая для выработки электроэнергии.
Часть серии по
Энергетика
Преобразование электроэнергии
Электроэнергетическая инфраструктура
Компоненты электроэнергетических систем
Актуальные темы на
Электрические установки
Практика электромонтажа по регионам или странам
Регулировка электроустановок
Кабели и аксессуары
Коммутационные и защитные устройства
  • AFCI
  • ELCB
  • Электрическая система сборных шин
  • Автоматические выключатели
  • Разъединитель
  • Предохранитель
  • Устройство защитного отключения
  • Распределительный щит
  • Потребительская единица
  • Электрический выключатель
  • Система заземления
  • v
  • т
  • е

Энергетика , также называемая инженерией энергосистем , - это подраздел электротехники, который занимается производством, передачей, распределением и использованием электроэнергии , а также электрическими устройствами, подключенными к таким системам. Хотя большая часть области связана с проблемами трехфазного переменного тока - стандарта для крупномасштабной передачи и распределения электроэнергии в современном мире - значительная часть области связана с преобразованием между мощностью переменного и постоянного тока и разработка специализированных энергосистем, например, используемых в самолетах или электрических железнодорожных сетях. Энергетика черпает большую часть своей теоретической базы изэлектротехника .

История [ править ]

Эскиз станции Перл-стрит, первой паровой электростанции в Нью-Йорке.
Основная статья: Электротехника § История

Пионерские годы [ править ]

Электричество стало предметом научного интереса в конце 17 века. В течение следующих двух столетий был сделан ряд важных открытий, включая лампу накаливания и гальваническую батарею . [1] [2] Вероятно, величайшее открытие в области энергетики было сделано Майклом Фарадеем, который в 1831 году обнаружил, что изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу в проволочной петле - принцип, известный как электромагнитная индукция, который помогает объяснить, как генераторы и трансформаторы работают. [3]

В 1881 году два электрика построили первую в мире электростанцию ​​в Годалминге в Англии. На станции использовались два водяных колеса для выработки переменного тока, который использовался для питания семи дуговых ламп Siemens на 250 вольт и тридцати четырех ламп накаливания на 40 вольт. [4] Однако поставки были прерывистыми, и в 1882 году Томас Эдисон и его компания Edison Electric Light Company разработали первую паровую электростанцию ​​на Перл-стрит в Нью-Йорке. Станция на Перл-стрит состояла из нескольких генераторов и первоначально питала около 3000 ламп для 59 потребителей. [5] [6] Электростанция использовала постоянный ток.и работал при одном напряжении. Поскольку мощность постоянного тока не могла быть легко преобразована в более высокие напряжения, необходимые для минимизации потерь мощности во время передачи, возможное расстояние между генераторами и нагрузкой было ограничено примерно полмили (800 м). [7]

В том же году в Лондоне Люсьен Голард и Джон Диксон Гиббс продемонстрировали первый трансформатор, пригодный для использования в реальной энергосистеме. Практическая ценность трансформатора Голлара и Гиббса была продемонстрирована в 1884 году в Турине, где трансформатор использовался для освещения сорока километров (25 миль) железной дороги от одного генератора переменного тока . [8] Несмотря на успех системы, пара допустила несколько фундаментальных ошибок. Возможно, самым серьезным было соединение первичных обмоток трансформаторов последовательно, чтобы включение или выключение одной лампы повлияло на другие лампы, расположенные дальше по линии. После демонстрации Джордж Вестингауз, американский предприниматель, импортировал ряд трансформаторов вместе с генератором Siemens и поручил своим инженерам экспериментировать с ними в надежде улучшить их для использования в коммерческой энергосистеме.

Один из инженеров Westinghouse, Уильям Стэнли , осознал проблему последовательного, а не параллельного соединения трансформаторов, а также понял, что превращение железного сердечника трансформатора в полностью замкнутый контур улучшит регулирование напряжения вторичной обмотки. Используя эти знания, он построил первую в мире систему переменного тока на основе трансформатора в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс, в 1886 году. [9] [10] В 1885 году итальянский физик и инженер-электрик Галилео Феррарис продемонстрировал асинхронный двигатель, а в 1887 и 1888 годах сербский -Американский инженер Никола Теслаподал ряд патентов, связанных с системами питания, в том числе один на практический двухфазный асинхронный двигатель [11] [12], который Westinghouse лицензировал для своей системы переменного тока.

К 1890 году энергетическая промышленность процветала, и энергетические компании построили тысячи энергосистем (как постоянного, так и переменного тока) в Соединенных Штатах и ​​Европе - эти сети были эффективно предназначены для обеспечения электрического освещения. В это время между Эдисоном и Вестингаузом возникло ожесточенное соперничество в США, известное как « война токов », по поводу того, какая форма передачи (постоянный или переменный ток) лучше. В 1891 году Westinghouse установила первую крупную энергосистему, которая была разработана для привода электродвигателя, а не только для электрического освещения. Установка приводила в действие синхронный двигатель мощностью 100 лошадиных сил (75 кВт) в Теллуриде, штат Колорадо, причем двигатель запускался асинхронным двигателем Tesla. [13]На другой стороне Атлантики Оскар фон Миллер построил трехфазную линию электропередачи на 176 км от Лауффен-на-Неккаре до Франкфурта-на-Майне для выставки электротехники во Франкфурте. [14] В 1895 году, после длительного процесса принятия решений, генерирующая станция Адамс № 1 в Ниагарском водопаде начала передавать трехфазную мощность переменного тока в Буффало с напряжением 11 кВ. После завершения проекта Ниагарского водопада новые энергосистемы все чаще выбирают переменный ток вместо постоянного для передачи электроэнергии. [15]

Двадцатый век [ править ]

Энергетика и большевизм [ править ]

Плакат 1929 года Густава Клуциса

Производство электроэнергии стало особенно важным после захвата власти большевиками . Ленин заявил: «Коммунизм - это Советская власть плюс электрификация всей страны». [16] Впоследствии он был изображен на многих советских плакатах, марках и т. Д., Отражающих эту точку зрения. План ГОЭЛРО был инициирован в 1920 году как первый большевистский эксперимент в области промышленного планирования, в котором Ленин принял личное участие. Глеб Кржижановский был еще одной ключевой фигурой, участвовавшей в строительстве электростанции в Москве в 1910 году. Он также был знаком с Лениным с 1897 года, когда они оба были в петербургском капитуле Московской городской федерации.Союз борьбы за освобождение рабочего класса .

Энергетика США [ править ]

В 1936 году между Скенектади и Механиквиллем, штат Нью-Йорк, была построена первая коммерческая линия постоянного тока высокого напряжения (HVDC) с использованием ртутно-дуговых вентилей . Ранее HVDC обеспечивался последовательной установкой генераторов постоянного тока (система, известная как система Thury ), хотя при этом возникали серьезные проблемы с надежностью. [17] В 1957 году компания Siemens продемонстрировала первый твердотельный выпрямитель (твердотельные выпрямители сейчас являются стандартом для систем HVDC), однако только в начале 1970-х годов эта технология использовалась в коммерческих энергосистемах. [18] В 1959 году Westinghouse продемонстрировал первый автоматический выключатель.который использовал SF 6 в качестве прерывающей среды. [19] SF 6 является диэлектриком, намного превосходящим воздух, и в последнее время его использование было расширено для производства гораздо более компактного коммутационного оборудования (известного как распределительное устройство ) и трансформаторов . [20] [21] Многие важные события также произошли в результате распространения инноваций в области ИКТ на область энергетики. Например, разработка компьютеров означала исследования потока нагрузки.может работать более эффективно, что позволяет гораздо лучше планировать энергосистемы. Достижения в области информационных технологий и телекоммуникаций также позволили значительно улучшить дистанционное управление распределительным устройством и генераторами энергосистемы.

Мощность [ править ]

Линии передачи передают мощность по сети .

Энергетика занимается производством , передачей , распределением и использованием электроэнергии, а также проектированием ряда связанных устройств. К ним относятся трансформаторы , электрические генераторы , электродвигатели и силовая электроника .

Энергетики также могут работать с системами, которые не подключены к сети. Эти системы называются автономными энергосистемами и могут использоваться вместо сетевых систем по ряду причин. Например, в удаленных местах для шахты может быть дешевле производить собственную электроэнергию, чем платить за подключение к сети, а в большинстве мобильных приложений подключение к сети просто нецелесообразно.

Поля [ править ]

Производство электроэнергии включает выбор, проектирование и строительство объектов, преобразующих энергию из первичных форм в электрическую.

Передача электроэнергии требует проектирования линий передачи высокого напряжения и объектов подстанции для взаимодействия с системами генерации и распределения. Системы постоянного тока высокого напряжения являются одним из элементов электрической сети.

Техника распределения электроэнергии охватывает эти элементы энергосистемы от подстанции до конечного потребителя.

Защита энергосистемы - это исследование способов, по которым система электроснабжения может выйти из строя, а также методов обнаружения и устранения таких отказов.

В большинстве проектов энергетик должен координировать свои действия со многими другими специалистами, такими как инженеры-строители и инженеры-механики, эксперты по окружающей среде, а также юридические и финансовые специалисты. Для крупных проектов энергосистем, таких как крупная генерирующая станция, помимо инженеров энергосистем может потребоваться множество профессионалов-проектировщиков. На большинстве уровней профессиональной практики в области проектирования энергосистем инженеру потребуются не только административные и организационные навыки, но и знания в области электротехники.

Профессиональные общества и международные организации по стандартизации [ править ]

И в Великобритании, и в США издавна существовали профессиональные общества инженеров-строителей и инженеров-механиков. IEE была основана в Великобритании в 1871 году, и AIEE в Соединенных Штатах в 1884 году этих обществ способствовал обмену электрических знаний и развитию электротехнического образования. На международном уровне Международная электротехническая комиссия , основанная в 1906 году, разрабатывает стандарты для энергетики. 20 000 экспертов в области электротехники из 172 стран разрабатывают глобальные спецификации на основе консенсуса.

См. Также [ править ]

  • Экономика энергетики
  • Силовая электроника
  • Моделирование энергосистемы

Ссылки [ править ]

  1. ^ "История лампочки" . Net Guides Publishing, Inc. 2004 . Проверено 2 мая 2007 .
  2. ^ Greenslade, Томас. «Вольтовская куча» . Кеньон-колледж . Проверено 31 марта 2008 .
  3. ^ "Фарадей Пейдж" . Королевский институт. Архивировано из оригинала на 2008-03-29 . Проверено 31 марта 2008 .
  4. ^ "Годалминг Электростанция" . Инженерные сроки . Проверено 3 мая 2009 .
  5. ^ Уильямс, Жасмин (30 ноября 2007 г.). «Эдисон освещает город» . New York Post . Проверено 31 марта 2008 .
  6. ^ Грант, Кейси. «Рождение NFPA» . Национальная ассоциация противопожарной защиты . Архивировано из оригинала на 2007-12-28 . Проверено 31 марта 2008 .
  7. ^ «Начало работы в основных электрических сетях» (PDF) (пресс-релиз). Нью-Йоркский независимый системный оператор. Архивировано из оригинального (PDF) 26 февраля 2009 года . Проверено 25 мая 2008 .
  8. ^ Кац, Евгений (2007-04-08). «Люсьен Голар» . Архивировано из оригинала на 2008-04-22 . Проверено 25 мая 2008 .
  9. ↑ Great Barrington 1886 - Вдохновляющая промышленность к производству электроэнергии переменного тока
  10. ^ Блэлок, Томас (2004-10-02). «Электрификация переменного тока, 1886» . IEEE . Проверено 25 мая 2008 .
  11. ^ Froehlich, Fritz E .; Кент, Аллен (декабрь 1998 г.). Фриц Э. Фрёлих, Аллен Кент, Энциклопедия телекоммуникаций Фрёлиха / Кента: том 17, стр. 36 . ISBN 9780824729158. Проверено 10 сентября 2012 .
  12. ^ Петар Miljanic, Трехфазный Система Тесла и асинхронный двигатель, сербский журнал электротехники, стр. 121-130, т. 3, No. 2, ноябрь 2006 г.
  13. ^ Форан, Джек. «День, когда они начали падать» . Архивировано из оригинала на 2008-05-11 . Проверено 25 мая 2008 .
  14. ↑ Voith Siemens (компания) (01.02.2007). HyPower (PDF) . п. 7. Архивировано из оригинального (PDF) 25 июля 2012 года . Проверено 25 мая 2008 .
  15. ^ "Адамс Гидроэлектростанция, 1895" . IEEE . Проверено 25 мая 2008 .
  16. ↑ Владимир, Ленин (1920). Наша внешняя и внутренняя позиция и партийные задачи . Москва. Коммунизм - это Советская власть плюс электрификация всей страны, потому что промышленность не может развиваться без электрификации.
  17. ^ «Новая, но недолговечная система распределения энергии» . IEEE. 2005-05-01. Архивировано из оригинала на 2011-05-24 . Проверено 25 мая 2008 .
  18. ^ Джин Вольф (2000-12-01). «Электричество сквозь века» . Мир передачи и распределения .
  19. ^ Джон Тайнер, Рик Буш и Майк Эби (1999-11-01). «Пятидесятилетняя ретроспектива» . Мир передачи и распределения .
  20. ^ "Распределительное устройство с элегазовой изоляцией" . ABB . Проверено 25 мая 2008 .
  21. ^ Амин, Сайед. «Трансформатор SF6» . Архивировано из оригинала на 2008-06-16 . Проверено 25 мая 2008 .

Внешние ссылки [ править ]

  • IEEE Энергетическое общество
  • Джадавпурский университет, факультет энергетики
  • Статьи международного журнала "Энергетика"
  • Статьи журнала "Энергетика"
  • Американское общество инженеров-энергетиков, Inc.
  • Национальный институт единого лицензирования Power Engineer Inc.
  • Вустерский политехнический институт Энергетические системы