Energiteknik - Power engineering

För tidningen, se Power Engineering (tidskrift) . För liknande term, men med en bred mening, se Energiteknik .
För andra användningsområden, se Rutnät (otydlig) .
En ångturbin som används för att tillhandahålla elkraft.
En del av en serie på
Kraftteknik
Elkonvertering
Elkraftsinfrastruktur
Komponenter för elkraftsystem
Relevanta ämnen på
Elektriska installationer
Kabeldragning efter region eller land
Reglering av elektriska installationer
Kablar och tillbehör
Kopplings- och skyddsanordningar

Kraftteknik , även kallad kraftsystemteknik , är ett delområde inom elektroteknik som handlar om produktion, överföring, distribution och användning av elkraft och den elektriska apparaten som är ansluten till sådana system. Även om en stor del av fältet handlar om problemen med trefas växelström - standarden för storskalig kraftöverföring och distribution över den moderna världen - berör en betydande del av fältet omvandlingen mellan växelström och likström och utveckling av specialiserade kraftsystem som de som används i flygplan eller för elektriska järnvägsnät. Kraftteknik drar huvuddelen av sin teoretiska bas från elektroteknik .

Historia

En skiss av Pearl Street Station, det första ångdrivna elkraftverket i New York City
Huvudartikel: Elektroteknik § Historia

Banbrytande år

Elektricitet blev ett ämne av vetenskapligt intresse i slutet av 1600-talet. Under de kommande två århundradena gjordes ett antal viktiga upptäckter inklusive glödlampan och den voltaiska högen . Förmodligen den största upptäckten när det gäller kraftteknik kom från Michael Faraday som 1831 upptäckte att en förändring i magnetiskt flöde inducerar en elektromotorisk kraft i en trådslinga - en princip som kallas elektromagnetisk induktion som hjälper till att förklara hur generatorer och transformatorer fungerar.

1881 byggde två elektriker världens första kraftverk vid Godalming i England. Stationen använde två vattenhjul för att producera en växelström som användes för att leverera sju Siemens båglampor vid 250 volt och trettiofyra glödlampor vid 40 volt. Tillförseln var emellertid intermittent och 1882 utvecklade Thomas Edison och hans företag, The Edison Electric Light Company, det första ångdrivna elektriska kraftverket på Pearl Street i New York City. Den Pearl Street Station bestod av flera generatorer och startats runt 3.000 lampor för 59 kunder. Kraftverket använde likström och drivs med en enda spänning. Eftersom likströmseffekten inte lätt kunde omvandlas till de högre spänningar som behövs för att minimera strömförlust under överföring, var det möjliga avståndet mellan generatorer och belastning begränsat till cirka 800 meter.

Samma år i London demonstrerade Lucien Gaulard och John Dixon Gibbs den första transformatorn som var lämplig för användning i ett verkligt kraftsystem. Det praktiska värdet av Gaulard och Gibbs transformator demonstrerades 1884 i Turin, där transformatorn användes för att tända fyrtio kilometer järnväg från en enda växelströmsgenerator . Trots systemets framgång gjorde paret några grundläggande misstag. Det kanske allvarligaste var att ansluta transformatorernas primärer i serie så att en lampa slås på eller av skulle påverka andra lampor längre ner på linjen. Efter demonstrationen importerade en amerikansk entreprenör George Westinghouse ett antal transformatorer tillsammans med en Siemens- generator och satte sina ingenjörer att experimentera med dem i hopp om att förbättra dem för användning i ett kommersiellt kraftsystem.

En av Westinghouse ingenjörer, William Stanley , kände igen problemet med att ansluta transformatorer i serie i motsats till parallell och insåg också att göra en transformatorns järnkärna till en helt sluten slinga skulle förbättra spänningsregleringen av sekundärlindningen. Med hjälp av denna kunskap byggde han världens första praktiska transformatorbaserade växelströmssystem i Great Barrington, Massachusetts 1886. 1885 visade den italienska fysikern och elingenjören Galileo Ferraris en induktionsmotor och 1887 och 1888 lämnade den serbisk-amerikanska ingenjören Nikola Tesla in ett antal patent relaterade till kraftsystem inklusive ett för en tvåfasinduktionsmotor som Westinghouse licensierade för sitt växelströmssystem.

1890 hade kraftindustrin blomstrat och kraftföretag byggt tusentals kraftsystem (både likström och växelström) i USA och Europa - dessa nätverk var effektivt dedikerade till att tillhandahålla elektrisk belysning. Under denna tid uppstod en hård rivalitet i USA som kallades " strömmarnas krig " mellan Edison och Westinghouse över vilken form av överföring (likström eller växelström) var överlägsen. 1891 installerade Westinghouse det första stora kraftsystemet som var utformat för att driva en elmotor och inte bara ge elektrisk belysning. Installationen drev en synkronmotor på 100 hästkrafter (75 kW) i Telluride, Colorado, där motorn startades av en Tesla-induktionsmotor. På andra sidan Atlanten byggde Oskar von Miller en 20-kV 176 km trefas överföringsledning från Lauffen am Neckar till Frankfurt am Main för elektroteknikutställningen i Frankfurt. 1895, efter en långvarig beslutsprocess, började Adams nr. 1-produktionsstation vid Niagara Falls överföra trefas växelströmseffekt till Buffalo vid 11 kV. Efter slutförandet av Niagara Falls-projektet valde nya kraftsystem i allt högre grad växelström i motsats till likström för elektrisk transmission.

1900-talet

Kraftteknik och bolsjevism

1929 affisch av Gustav Klutsis

Elproduktionen ansågs vara särskilt viktig efter det bolsjevikiska maktövertagandet . Lenin uttalade "Kommunismen är sovjetmakt plus elektrifiering av hela landet." Han presenterades därefter på många sovjetiska affischer, frimärken etc. som presenterade denna uppfattning. Den GOELRO Planen inleddes 1920 som den första bolsjevikiska experiment i industriell planering och där Lenin blev personligen inblandad. Gleb Krzhizhanovsky var en annan nyckelfigur involverad, efter att ha varit inblandad i byggandet av ett kraftverk i Moskva 1910. Han hade också känt Lenin sedan 1897 när de båda var i S: t Petersburgs kapitel i Unionen av kampen för befrielsen av Arbetsklass .

Kraftteknik i USA

År 1936 byggdes den första kommersiella högspänningslinjen (HVDC) med kvicksilverbågsventiler mellan Schenectady och Mechanicville, New York . HVDC hade tidigare uppnåtts genom att installera likströmsgeneratorer i serie (ett system som kallas Thury-systemet ) även om detta led av allvarliga problem med tillförlitligheten. 1957 demonstrerade Siemens den första solid state-likriktaren (solid state-likriktare är nu standarden för HVDC-system) men det var inte förrän i början av 1970-talet som denna teknik användes i kommersiella kraftsystem. 1959 demonstrerade Westinghouse den första strömbrytaren som använde SF 6 som avbrottsmedium. SF 6 är en mycket överlägsen dielektrikum jämfört med luft och under senare tid har dess användning utökats för att producera mycket mer kompakt växlingsutrustning (känd som ställverk ) och transformatorer . Många viktiga utvecklingar kom också från att utöka innovationer inom IKT- området till kraftteknikområdet. Till exempel innebar utvecklingen av datorer att belastningsflödesstudier kunde köras mer effektivt vilket möjliggjorde mycket bättre planering av kraftsystem. Framstegen inom informationsteknik och telekommunikation möjliggjorde också mycket bättre fjärrkontroll av elsystemets ställverk och generatorer.

Kraft

Överföringsledningar överför kraft över nätet .

Power Engineering handlar om produktion , överföring , distribution och användning av elektricitet samt design av en rad relaterade enheter. Dessa inkluderar transformatorer , elgeneratorer , elmotorer och kraftelektronik .

Krafttekniker kan också arbeta på system som inte ansluter till nätet. Dessa system kallas off-grid-kraftsystem och kan användas i stället för on-grid-system av olika skäl. På avlägsna platser kan det till exempel vara billigare för en gruva att generera sin egen kraft snarare än att betala för anslutning till nätet och i de flesta mobila applikationer är anslutning till nätet helt enkelt inte praktiskt.

Fält

Elproduktion täcker urval, design och konstruktion av anläggningar som omvandlar energi från primära former till elkraft.

Elkraftöverföring kräver konstruktion av högspänningsöverföringsledningar och transformatoranläggningar för gränssnitt till produktions- och distributionssystem. Högspännings likströmssystem är ett av elementen i ett elnät.

Elektrisk distributionsteknik täcker de elementen i ett kraftsystem från en transformatorstation till slutkunden.

Kraftsystemskydd är studien av hur ett elkraftsystem kan misslyckas, och metoderna för att upptäcka och mildra sådana fel.

I de flesta projekt måste en krafttekniker samordna med många andra discipliner som civilingenjörer, miljöexperter och juridisk och ekonomisk personal. Stora kraftsystemprojekt som en stor elstation kan kräva många designproffs förutom kraftsystemteknikerna. På de flesta nivåer av professionell kraftsystemteknik kommer ingenjören att kräva så mycket administrativa och organisatoriska färdigheter som elektroteknik.

Professionella föreningar och internationella standardiseringsorganisationer

Både i Storbritannien och USA hade professionella samhällen länge funnits för civilingenjörer. Den IEE grundades i Storbritannien 1871, och AIEE i USA 1884. Dessa samhällen har bidragit till utbyte av elektriska kunskap och utveckling av elektriska ingenjörsutbildning. På internationell nivå förbereder International Electrotechnical Commission , som grundades 1906, standarder för kraftteknik, med 20 000 elektrotekniska experter från 172 länder som utvecklar globala specifikationer baserade på konsensus.

Se även

Referenser

externa länkar