Электр энергетикасы – электр қуатын өндіру, тарату, пайдалану және жүйелерді зерттейтін электротехника саласы. AC/DC түрлендіру, көлік жүйелері қарастырылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электр техникасының ішкі саласы
Subfield of electrical engineering
Электр энергетикасы, сондай-ақ электр жүйелері инженериясы деп те аталады, электр қуатын өндіру, беру, тарату және қолдану, сондай-ақ мұндай жүйелерге қосылған электр аппаратурасымен айналысатын электр техникасының ішкі саласы болып табылады. Бұл саланың көп бөлігі үш фазалы айнымалы ток қуатының мәселелеріне қатысты болғанымен – қазіргі әлемде кең ауқымды қуат беру және тарату стандарты – маңызды бөлігі айнымалы және тұрақты ток арасындағы түрлендірумен және ұшақтарда немесе электр теміржол желілерінде қолданылатын арнайы электр жүйелерін әзірлеумен айналысады. Электр энергетикасының теориялық негізінің көп бөлігі электр және механикалық инженериядан алынған.
Power engineering, also called power systems engineering, is a subfield of electrical engineering that deals with the generation, transmission, distribution, and utilization of electric power, and the electrical apparatus connected to such systems. Although much of the field is concerned with the problems of three phase AC power – the standard for large scale power transmission and distribution across the modern world – a significant fraction of the field is concerned with the conversion between AC and DC power and the development of specialized power systems such as those used in aircraft or for electric railway networks. Power engineering draws the majority of its theoretical base from electrical engineering and mechanical engineering.
Ізашарлық жылдарым
Электр энергиясы 17 ғасырдың соңында ғылыми қызығушылық нысанына айналды. Келесі екі ғасырдың ішінде көптеген маңызды жаңалықтар ашылды, оның ішінде қыздыру шамдары мен вольтикалық батырмалар бар. Электр энергетикасы саласындағы ең маңызды жаңалықтардың бірі – Майкл Фарадейдің 1831 жылы магнит ағынының өзгеруі сымдағы электр қозғаушы күшін тудыратынын ашқандығы. Бұл принцип электромагниттік индукция деп аталады және генераторлар мен трансформаторлардың жұмыс істеу қағидасын түсіндіруге көмектеседі. 1881 жылы Англиядағы Годлминг қаласында екі электрик әлемдегі алғашқы электр стансасын салды. Станция екі су дөңгелегін пайдаланып, Siemens компаниясының 250 вольттық жеті доғалы шамдарын және 40 вольттық отыз төрт қыздыру шамдарын қуатпен қамтамасыз ету үшін ауыспалы ток өндірді. Бірақ қуат беру үздіріліспен болды. 1882 жылы Томас Эдисон және оның компаниясы, «Эдисон электрлік жарық компаниясы» Нью-Йорктегі Перл-стритте алғашқы бумен жұмыс істейтін электр стансасын құрды. Перл-стрит станциясы бірнеше генераторлардан тұрды және бастапқыда 59 тұтынушыға 3000 шамға қуат берді. Электр станциясы тұрақты токпен жұмыс істеді. Тұрақты ток қуатын беру кезіндегі қуат жоғалтуын азайту үшін қажетті жоғары кернеуге оңай түрлендіруге болмағандықтан, генераторлар мен тұтынушы арасындағы қашықтық шамамен жарты мильге (800 м) дейін шектелді. Сол жылы Лондонда Люсьен Гаулард пен Джон Диксон Гиббс нақты қуат жүйесінде пайдалануға жарамды алғашқы трансформаторды көрсетті. Гаулард пен Гиббстің трансформаторының практикалық құндылығы 1884 жылы Туринде көрсетілді, онда трансформатор бір ауыспалы ток генераторынан қырық шақырымдық (25 миль) теміржол учаскесін жарықтандыру үшін пайдаланылды. Жүйенің табысқа ие болғанына қарамастан, олар бірнеше маңызды қателіктер жіберді. Ең ірісі – трансформаторлардың біріншілік орамдарын тізбектей қосу, соның салдарынан бір шамды қосу немесе сөндіру желідегі басқа шамдарға әсер ететін. Демонстрациядан кейін америкалық кәсіпкер Джордж Вестингхаус Siemens генераторымен бірге бірнеше трансформаторларды импорттап, оларды коммерциялық қуат жүйесінде пайдалану үшін жақсарту мақсатымен өз инженерлеріне тәжірибе жасауға жіберді. Вестингхаус инженерлерінің бірі Уильям Стэнли трансформаторларды тізбектей емес, параллель қосудың мәнін түсінді және трансформатордың темір өзекін толық жабық контурға айналдыру екіншілік орамның кернеуін реттеуді жақсартатынын анықтады. Осы білімді пайдаланып, ол 1886 жылы Массачусетс штатының Грейт-Баррингтон қаласында әлемдегі алғашқы практикалық трансформаторлық ауыспалы ток жүйесіне негізделген электр стансасын салды. 1885 жылы итальяндық физик және электр инженері Галилео Феррарис индукциялық қозғалтқышты көрсетті, ал 1887 және 1888 жылдары серб-американдық инженер Никола Тесла қуат жүйелеріне қатысты бірқатар патенттерді тіркеді, оның ішінде практикалық екі фазалы индукциялық қозғалтқышқа арналған патентті де Вестингхаус өзінің ауыспалы ток жүйесі үшін лицензиялады. 1890 жылға қарай электр энергетикасы гүлденді және электр компаниялары АҚШ пен Еуропада мыңдаған қуат жүйелерін (тұрақты және ауыспалы ток) салды – бұл желілер негізінен электр жарығын беруге арналған. Осы кезеңде АҚШ-та «тоқтар соғысы» деп аталатын Эдисон мен Вестингхаус арасындағы қызу бәсекелестік туды, олардың арасында таратудың қай түрі (тұрақты немесе ауыспалы ток) артық екені туралы талас болды. 1891 жылы Вестингхаус электр жарығын ғана емес, электр қозғалтқышын іске қосуға арналған алғашқы ірі қуат жүйесін орнатты. Орнату Колорадо штатының Теллурайд қаласында синхронды қозғалтқышты қосты, ал қозғалтқышты Тесла индукциялық қозғалтқышы іске қосты. Атлантиканың екінші жағында Оскар фон Миллер Франкфурттағы электр техникасы көрмесі үшін Лауфен-ам-Неккардан Франкфурт-на-Майнға дейін 20 кВ 176 км үш фазалы тарату желісін салды. 1895 жылы ұзаққа созылған шешім қабылдау процесінен кейін Адамс No. 1 электр стансасы Ниагара шарлауында 11 кВ кернеумен Буффалоға үш фазалы ауыспалы ток қуатын беруді бастады. Ниагара шарлауы жобасы аяқталғаннан кейін жаңа қуат жүйелері электр беру үшін тұрақты токқа қарағанда ауыспалы токты көбірек таңдады.
Electricity became a subject of scientific interest in the late 17th century. Over the next two centuries a number of important discoveries were made including the incandescent light bulb and the voltaic pile. Probably the greatest discovery with respect to power engineering came from Michael Faraday who in 1831 discovered that a change in magnetic flux induces an electromotive force in a loop of wire—a principle known as electromagnetic induction that helps explain how generators and transformers work. In 1881 two electricians built the world's first power station at Godalming in England. The station employed two waterwheels to produce an alternating current that was used to supply seven Siemens arc lamps at 250 volts and thirty four incandescent lamps at 40 volts. However supply was intermittent and in 1882 Thomas Edison and his company, The Edison Electric Light Company, developed the first steam powered electric power station on Pearl Street in New York City. The Pearl Street Station consisted of several generators and initially powered around 3,000 lamps for 59 customers. The power station used direct current and operated at a single voltage. Since the direct current power could not be easily transformed to the higher voltages necessary to minimise power loss during transmission, the possible distance between the generators and load was limited to around half a mile (800 m). That same year in London Lucien Gaulard and John Dixon Gibbs demonstrated the first transformer suitable for use in a real power system. The practical value of Gaulard and Gibbs' transformer was demonstrated in 1884 at Turin where the transformer was used to light up forty kilometres (25 miles) of railway from a single alternating current generator. Despite the success of the system, the pair made some fundamental mistakes. Perhaps the most serious was connecting the primaries of the transformers in series so that switching one lamp on or off would affect other lamps further down the line. Following the demonstration George Westinghouse, an American entrepreneur, imported a number of the transformers along with a Siemens generator and set his engineers to experimenting with them in the hopes of improving them for use in a commercial power system. One of Westinghouse's engineers, William Stanley, recognised the problem with connecting transformers in series as opposed to parallel and also realised that making the iron core of a transformer a fully enclosed loop would improve the voltage regulation of the secondary winding. Using this knowledge he built the world's first practical transformer based alternating current power system at Great Barrington, Massachusetts in 1886. In 1885 the Italian physicist and electrical engineer Galileo Ferraris demonstrated an induction motor and in 1887 and 1888 the Serbian American engineer Nikola Tesla filed a range of patents related to power systems including one for a practical two phase induction motor which Westinghouse licensed for his AC system. By 1890 the power industry had flourished and power companies had built thousands of power systems (both direct and alternating current) in the United States and Europe – these networks were effectively dedicated to providing electric lighting. During this time a fierce rivalry in the US known as the "war of the currents" emerged between Edison and Westinghouse over which form of transmission (direct or alternating current) was superior. In 1891, Westinghouse installed the first major power system that was designed to drive an electric motor and not just provide electric lighting. The installation powered a synchronous motor at Telluride, Colorado with the motor being started by a Tesla induction motor. On the other side of the Atlantic, Oskar von Miller built a 20 kV 176 km three phase transmission line from Lauffen am Neckar to Frankfurt am Main for the Electrical Engineering Exhibition in Frankfurt. In 1895, after a protracted decision making process, the Adams No. 1 generating station at Niagara Falls began transmitting three phase alternating current power to Buffalo at 11 kV. Following completion of the Niagara Falls project, new power systems increasingly chose alternating current as opposed to direct current for electrical transmission.
Энергетика және большевизм
Большевиктер билікті басып алғаннан кейін электр энергиясын өндіру ерекше маңызды деп есептелді. Ленин: «Коммунизм – бұл Кеңес билігі және бүкіл елдің электрлендірілуі» деген мәлімдеме жасады. Осы көзқарасты көрсететін көптеген совет плакаттарында, маркаларда және басқа да материалдарда ол бейнеленді. 1920 жылы ГОЭЛРО жоспары индустриялық жоспарлаудағы алғашқы большевиктік тәжірибе ретінде басталып, Ленин жеке өзі қатысты. Глеб Кржановский де маңызды тұлға болды, ол 1910 жылы Мәскеуде электр станциясының құрылысына қатысқан. Ол 1897 жылдан бері Ленинді білген, олар екеуі Санкт-Петербургтегі Жұмысшы табының азаттығы үшін күрес одағының бөлімінде бірге болған.
The generation of electricity was regarded as particularly important following the Bolshevik seizure of power. Lenin stated "Communism is Soviet power plus the electrification of the whole country." He was subsequently featured on many Soviet posters, stamps etc. presenting this view. The GOELRO plan was initiated in 1920 as the first Bolshevik experiment in industrial planning and in which Lenin became personally involved. Gleb Krzhizhanovsky was another key figure involved, having been involved in the construction of a power station in Moscow in 1910. He had also known Lenin since 1897 when they were both in the St. Petersburg chapter of the Union of Struggle for the Liberation of the Working Class.
АҚШ-тағы энергетикалық техника
1936 жылы алғашқы коммерциялық жоғары кернеулі тұрақты ток (ЖЖҚЖ) желісі сынап аркалық клапандарды пайдалана отырып, Нью-Йорк штатының Шенеқтади және Механиквилл қалалары арасында салынды. Бұрын ЖЖҚЖ бірқатар тұрақты ток генераторларын тізбектей орнату арқылы қол жеткізілген (бұл жүйе Thury жүйесі деп аталады), бірақ ол сенімділік мәселелеріне тап болды. 1957 жылы Siemens алғашқы қатты күйдегі түзеткішті көрсетті (қазіргі таңда қатты күйдегі түзеткіштер ЖЖҚЖ жүйелері үшін стандарт болып табылады), алайда бұл технология 1970-ші жылдардың басына дейін коммерциялық электр жүйелерінде қолданылмады. 1959 жылы Westinghouse SF6-ны тоқ өшіргіш орта ретінде пайдаланған алғашқы тоқ өшіргішті көрсетті. SF6 ауадан әлдеқайда жақсы диэлектрик қасиеттеріне ие, және соңғы уақыттарда оның қолданылуы ықшам коммутациялық жабдықтар (коммутациялық жабдық) және трансформаторларды жасауға кеңейтілді. Көптеген маңызды жаңалықтар ақпараттық-коммуникациялық технологиялар (АҚТ) саласындағы инновацияларды энергетика саласына енгізу нәтижесінде туындады. Мысалы, компьютерлердің дамуы жүктеме ағынының есептелуін тиімдірек жүргізуге мүмкіндік берді, соның арқасында электр жүйелерін жақсы жоспарлауға болады. Ақпараттық технология және телекоммуникация саласындағы жетістіктер электр жүйесінің коммутациялық жабдықтары мен генераторларын қашықтан тиімді басқаруға мүмкіндік берді.
In 1936 the first commercial high voltage direct current (HVDC) line using mercury arc valves was built between Schenectady and Mechanicville, New York. HVDC had previously been achieved by installing direct current generators in series (a system known as the Thury system) although this suffered from serious reliability issues. In 1957 Siemens demonstrated the first solid state rectifier (solid state rectifiers are now the standard for HVDC systems) however it was not until the early 1970s that this technology was used in commercial power systems. In 1959 Westinghouse demonstrated the first circuit breaker that used SF6 as the interrupting medium. SF6 is a far superior dielectric to air and, in recent times, its use has been extended to produce far more compact switching equipment (known as switchgear) and transformers. Many important developments also came from extending innovations in the ICT field to the power engineering field. For example, the development of computers meant load flow studies could be run more efficiently allowing for much better planning of power systems. Advances in information technology and telecommunication also allowed for much better remote control of the power system's switchgear and generators.
Қуат
Энергетикалық инженерия электр энергиясын өндіру, тарату, бөлу және қолданумен, сондай-ақ осымен байланысты құрылғыларды жобалаумен айналысады. Оларға трансформаторлар, электр генераторлары, электр моторлары және қуат электроникасы жатады. Энергетиктер желіге қосылмаған жүйелерде де жұмыс істей алады. Бұл жүйелер желіден тыс қуат жүйелері деп аталады және түрлі себептерге байланысты желілік жүйелерге қарағанда тиімдірек болуы мүмкін. Мысалы, қашық жерлерде кен үшін желіге қосылуға төлеуден гөрі өз қуатын өндіру арзан болуы мүмкін, ал көптеген мобильдік қолданыстарда желіге қосылу мүлдем мүмкін емес.
Power Engineering deals with the generation, transmission, distribution and utilization of electricity as well as the design of a range of related devices. These include transformers, electric generators, electric motors and power electronics. Power engineers may also work on systems that do not connect to the grid. These systems are called off grid power systems and may be used in preference to on grid systems for a variety of reasons. For example, in remote locations it may be cheaper for a mine to generate its own power rather than pay for connection to the grid and in most mobile applications connection to the grid is simply not practical.
Өрістер
Электр энергиясын өндіру – энергияны бастапқы формалардан электр қуатына түрлендіретін құрылыстарды таңдау, жобалау және салуды қамтиды. Электр қуатын тарату үшін жоғары кернеулі беру желілері мен подстанцияларын жобалау және оларды электр энергиясын өндіру және тарату жүйелерімен байланыстыру қажет. Жоғары кернеулі тұрақты ток жүйелері – электр қуат желісінің құрауышыларының бірі. Электр қуатын тарату инженерлігі – электр қуат жүйесінің подстанциядан соңғы тұтынушыға дейінгі элементтерін қамтиды. Электр қуат жүйесін қорғау – электр қуат жүйесінің қалай бұзылуы мүмкін екенін және мұндай бұзылуларды анықтау және жою әдістерін зерттеу. Көптеген жобаларда энергетикалық инженер азаматтық және механикалық инженерлер, экологиялық сарапшылар, заңгерлер және қаржы мамандары сияқты көптеген басқа да мамандықтармен келісіп жұмыс істеуі керек. Ірі электр станциясы сияқты жобалар үшін электр қуат жүйесі инженерлерінен өзге, көптеген жобалаушы мамандар қажет болуы мүмкін. Кәсіби электр қуат жүйесі инженерлік практикасының көптеген деңгейлерінде инженерге электр инженерлік білімімен қатар әкімшілік және ұйымдастыру дағдылары да қажет.
Electricity generation covers the selection, design and construction of facilities that convert energy from primary forms to electric power. Electric power transmission requires the engineering of high voltage transmission lines and substation facilities to interface to generation and distribution systems. High voltage direct current systems are one of the elements of an electric power grid. Electric power distribution engineering covers those elements of a power system from a substation to the end customer. Power system protection is the study of the ways an electrical power system can fail, and the methods to detect and mitigate for such failures. In most projects, a power engineer must coordinate with many other disciplines such as civil and mechanical engineers, environmental experts, and legal and financial personnel. Major power system projects such as a large generating station may require scores of design professionals in addition to the power system engineers. At most levels of professional power system engineering practice, the engineer will require as much in the way of administrative and organizational skills as electrical engineering knowledge.
Кәсіби қоғамдар мен халықаралық стандарттау ұйымдары
Ұлыбритания мен АҚШ-та азаматтық және механикалық инженерлер үшін кәсіби қоғамдар бұрыннан-ақ бар болды. Электр инженерлері институты (IEE) 1871 жылы Ұлыбританияда, ал Америка Құрама Штаттарында AIEE 1884 жылы құрылды. Бұл қоғамдар электр білімін алмасуға және электр инженериясы білімін дамытуға үлес қосты. Халықаралық деңгейде 1906 жылы құрылған Халықаралық электротехникалық комиссия (IEC) энергетика саласы үшін стандарттарды әзірлейді, онда 172 елден келген 20 000 электротехникалық сарапшы консенсус негізінде жаһандық талаптарды анықтайды.
In both the UK and the US, professional societies had long existed for civil and mechanical engineers. The Institution of Electrical Engineers (IEE) was founded in the UK in 1871, and the AIEE in the United States in 1884. These societies contributed to the exchange of electrical knowledge and the development of electrical engineering education. On an international level, the International Electrotechnical Commission (IEC), which was founded in 1906, prepares standards for power engineering, with 20,000 electrotechnical experts from 172 countries developing global specifications based on consensus.