Elektroenergetika

Elektrotehnika

Elektricitet • Magnetizam Elektroenergetika Elektrana • Električna žarulja • Električni generator • Elektroenergetski sustav • Solarna fotonaponska energija • Trofazna struja • Vjetroelektrana • Zaštita od strujnog udara Elektronika Dinamički električni otpor • Dioda • Električni signal • Elektronska cijev • Operacijsko pojačalo • Pojačalo • Pojačanje • Strujni aktivni električni izvor • Tranzistor Elektroakustika Digitalizacija • Linearna izobličenja • Mikrofon • Niskofrekventno pojačalo snage • Niskofrekventno pretpojačalo • Snimanje zvuka • Zvučnik Električne mreže i četveropoli Električne mreže • Električni filtri • Metoda superpozicije • Nortonov poučak • Théveninov poučak Radiokomunikacije Amplitudna modulacija • Antena • Efektivna izračena snaga • Fazna modulacija • Frekvencijska modulacija • Radio-valovi Telekomunikacije  •  •  • Naučnici i izumitelji Ampère • Coulomb • Faraday • Gauss • Heaviside • Henry • Hertz • Lorentz • Maxwell • Tesla • Volta • Weber • Ørsted

Elektroenergetika je podoblast elektrotehnike koja se bavi proizvodnjom, prenosom i distribucijom električne energije, kao i električnim uređajima priključenim na takve sisteme kao što su generatori, elektromotori, transformatori i uređaji energetske elektronike. Iako je veći deo ove oblasti usresređen na trofazne naizmenične sisteme, koji su standard za prenos i distribuciju, značajan deo oblasti bavi se konverzijom između jednosmerne i naizmenične struje, kao i razvojem specijalizovanih sistema koji se koriste u avionima i za električnu železnicu.

Elektricitet je postao predmet interesovanja naučnika krajem 17. veka uz radove Vilema Džilberta. Tokom naredna dva veka načinjena su važna otkrića, poput sijalice sa užarenim vlaknom i Voltinog stuba. Najveće otkriće u elektroenergetici bilo je otkriće Majkla Faradeja iz 1831. koji je dokazao da promena magnetnog fluksa indukuje elektromotornu silu u namotaju žice, princip poznat po imenu elektromagnetna indukcija koji objašnjava rad generatora/elektromotora i transformatora.

Godine 1882. Tomas Edison i njegova kompanija su izgradili prvu elektranu na svetu u ulici Perl u Njujorku. U toj elektrani je ranilo nekoliko generatora koje su pokretale parne turbine i koji su u početku opsluživali oko 3.000 sijalica za 59 potrošača.^[1][2] Elektrana je proizvodila jednosmernu struju, a kako u to vreme jednosmerna struja nije mogla biti transformisana na viši naponski nivo kako bi se smanjili gubici tokom prenosa, najveća udaljenost od generatora do prijemnika je bila oko 800 metara.^[3]

U Londonu su iste godine Lusijen Golar i Džon Dikson Gibs predstavili prvi transformator koji se mogao koristiti u mreži. Praktična vrednost Golarovog i Gibsovog transformatora je bila prikazana 1884. u Torinu, gde je taj transformator korišćen da osvetli oko 40 kilometara pruge energijom iz jednog generatora naizmenične struje.^[4] Uprkos uspehu ovakvog sistema, njih dvojica su napravili nekoliko grešaka, od kojih je najveća to što je primare transformatora vezao na red, tako da je uključenje ili isključenje jedne lampe uticalo na ostale lampe u liniji, jer transformatori nisu bili jednako opterećeni. Nakon demonstracije, američki preduzetnik Džordž Vestinghaus je kupio nekoliko transformatora i Simensov generator i naložio je svojim inženjerima da eksperimentišu u nadi da će ih poboljšati za upotrebu u komercijalnim energetskim sistemima.

Vilem Stenli, jedan od Vestinghausovih inženjera, je uočio da je problem u vezivanju na red i takođe je došao do zaključka da će gvozdeno jezgro oko koga bi se namotali primarni i sekundarni namotaji smanjiti gubitke usled rasipanja fluksa. Sa ovim idejama, Stenli je konstruisao mnogo napredniji transformator za naizmenične mreže u Grejt Baringtonu 1886.^[5] Nikola Tesla je tokom 1887. i 1888. patentirao niz pronalazaka, uključujući i patent za dvofazni asinhroni motor. Iako se Tesli ne mogu pripisati zasluge za izgradnju prvog asinhronog motora, njegov dizajn motora je, za razliku od drugih, bio praktičan za industrijsku upotrebu.^[6]

Do 1890ih proizvodnja električne energije je uzela maha, a kompanije su izgradile na hiljade električnih mreža (i za jednosmernu i z a naizmeničnu struju) u Sjedinjenim Državama i Evropi, koji su uglavnom bile posvećene obezbeđivanju električne energije za osvetljenje. Tokom ovog vremena je izbio oštar sukob između Edisona sa jedne strane i Vestinghausa i Tesle sa druge, poznat kao Rat struja, oko toga koji je način prenosa (jednosmernom ili naizmeničnom strujom) bolji. Godine 1891. Vestinghauz je izgradio prvu mrežu koja je bila projektovana i da pogoni i elektromotore, a ne da samo obezbeđuje električno osvetljenje. Ta mreža je napajala sinhroni motor u Teluridu, dok je motor startovao Teslin asinhroni motor.^[7] Sa druge strane Atlantskog okeana, Oskar fon Miler je sagradio trofaznu električnu mrežu naponskog nivoa 20 kV dugu 176 km od Laufen am Nekara do Frankfurta na Majni.^[8] Godine 1895. nakon dugotrajnog procesa donošenja odluke, odlučeno je da se od hidroelektrane na Nijagarinim vodopadima prenosi električna energija do preko trofazne mreže naizmenične struje naponskog nivoa do 11 kV do grada Bafala. Nakon završetka ove hidroelektrane, za nove električne mreže su se sve češće uzimala naizmenična struja.

Iako su zadnje dve decenije 19. veka bile ključne decenije u razvoju elektroenergetike, njen razvoj se nastavio i u 20. i 21. veku. Godine 1936. puštena je prva HVDC linija koja je koristila diode na bazi živinog luka, a povezivala je Šenektejdi i Mekanikvil. HVDC je prethodno bio postizan vezivanjem generatora jednosmerne struje na red, mada je ovaj sistem trpeo zbog male pouzdanosti.^[9] Godine 1957. Simens je predstavio prvi ispravljač na bazi poluprovodnika (koji su danas standard u HVDC sistemima), međutim, sve do početka 1970ih ta tehnologija nije bila korišćena u komercijalnim električnim mrežama.^[10] Godine 1959. kompanija Vestinghauz je predstavila prvi prekidač koji je koristio gas SF₆ kao medijum u kome se odvija prekidanje i gašenje električnog luka.^[11] SF₆ je daleko bolji dielektrik od vazduha, a njegova upotreba je znatno smanjila dimenzije prekidača i transformatora.^[12][13] Mnoga važna unapređenja su došla iz polja informacionih tehnologija i telekomunikacija. Na primer, razvoj računara je omogućio da se proračun tokova snaga vrši brže što je omogućilo mnogo bolje planiranje električnih mreža. Napredak u informacionim tehnologijama i telekomunikacijama je takođe omogućio daljinsku kontrolu nad generatorima i prekidačima u mreži.

Elektroenergetika se bavi proizvodnjom, prenosom i distribucijom električne energije, kao i projektovanjem širokog spektra srodnih uređaja. Tu spadaju transformatori, generatori, elektromotori i uređaji energetske elektronike.

U mnogim država na svetu, država je vlasnik električne mreže koja povezuje brojne generatore sa prijemnicima. Korisnici kupuju električnu energiju iz električne mreže kako bi izbegli velike troškove proizvodnje sopstvene električne energije. Inženjeri elektroenergetike takođe rade na projektovanju i održavanju električne mreže, kao i sistema koji su povezani na njih. Takvi sistemi mogu da predaju mreži dodatnu električnu energiju, uzimaju električnu energiju iz mreže ili rade i jedno i drugo. Inženjeri elektroenergetike mogu takođe i da rade na sistemima koji se ne povezuju na električnu mrežu i koriste se tamo gde povezivanje na mrežu nije poželjno, kao na primer u udaljenim rudnicima, gde može biti jevtinije da rudnik sam proizvodi električnu energiju za svoje potrebe nego da plaća energiju iz mreže.

Danas većina mreža koristi trofaznu sistem naizmenične struje. Ovakav izbor se delimično pripisuje lakoći kojom se ovak tip električne energije može proizvoditi, transformisati i koristiti. Ponekad se (a naročito u SAD) mreža iz ekonomskih razloga podeli pre nego što stigne do stanova čiji se mali zahtevi za snagom mogu zadovoljiti monofaznom mrežom. Međutim, industrija prednost daje trofaznim mrežama jer ona može da pogoni efikasne i jevtine motore kao što su trofazni asinhroni motori.

Transformatori imaju važnu ulogu u prenosu električne energije, jer omogućavaju transformaciju električne energije, tako što spuštaju/dižu vrednost napona, a podižu/spuštaju jačinu električne struje. Ovo je vrlo važno jer su na višim naponima ista snaga prenosi uz manji protok struje što povlači manje gubitke tokom prenosa. Ti gubici su jednaki proizvodu kvadrata vrednosti električne struje i vrednosti električne otpornosti.

Iz tih razloga, duž prenosne mreže postoje razvodna postrojenja u kom se napon podiže pre prenosa, a spušta se na vrednosti pogodne za upotrebu nakon prenosa.

Proizvodnja električne energije je proces kojim se druge vrste energije transformišu u električnu. Postoje nekoliko različitih procesa transformacije, kao što su hemijski, fotonaponski i elektromehanički. Elektromehanička konverzija energije se koristi za dobijanje električne energije iz uglja, nafte, prirodnog gasa, uranijuma, vode i vetra. Svi ovi procesi elektromehaničke konverzije, osim konverzije energije vetra, koriste sinhrone generatore koje pokreću parne, gasne ili vodene turbine, koje pretvaraju energiju vodene pare, prirodnog gasa i vode u rotacionu energiju, a rotacionu energiju dalje u električnu pretvaraju generatori. Ovaj proces je najekonomičniji i stoga se najčešće sreće u elektroenergetici.

Kako će svetske rezerve uglja, nafte i prirodnog gasa biti iscrpljene u budućosti i zbog ekoloških problema oko nuklearnih elektrana, u svetu je akcenat na proizvodnji čiste energije iz obnovljivih izvora, kao što su energije vetra i Sunca.

Električna energija se od elektrana do potrošača prenosi prenosnom mrežom. Prenosna mreža je složena veza sa petljastom topološkom strukturom, koja omogućava posrednu ili neposrednu vezu svake elektrane sa svakim potrošačem, čak i u slučaju ispada bilo kog elementa prenosne mreže. Prenosni sistem je visoko automatizovan sistem, u pogledu razvodnih postrojenja i vodova.

Prenosne mreže se mogu graditi kao podzemne ili nadzemne. Podzemne kablovske mreže se koriste u urbanim sredinama, gde je primena nadzemnih vodova previše skupa ili neizvodljiva. Takođe se koriste za prenos energije ispod reka, jezera ili zaliva. Nadzemne prenosne mreže se koriste na ostalim mestima, jer su za isti naponski nivo, one jevtinije od kablova.

Unutar razvodnog postrojenja nalazi se oprema kao što su transformatori, releji i prekidači. Transformatori prenose električnu energiju iz prenosne mreže jednog naponskog nivoa u prenosnu mrežu drugog naponskog nivoa. Releji se koriste kao zaštitna oprema, koji signalizuju prekidačima akcije kada ulazni napon pređe ili padne ispod određenog nivoa. Prekidači osim zaštitne uloge služe i za normalno isključivanje prenosne mreže kada se vrše radovi na njoj.

Distributivni sistem prenosi električnu energiju od prenosne mreže do neposrednih prijemnika. Distributivni sistemi obično imaju radijalnu topologiju, jer su sistemi sa upetljanom topologijom mnogo skuplji i kompleksniji. Ipak, delovi distributivne mreže se prave sa upetljanom tehnologijom radi obezbeđivanja sigurnosti u napajanju potrošača iz više izvora ukoliko dođe do ispada dela mreže usled kvara. Distributivna trgovina električnom energijom se može shvatiti kao maloprodaja energije i odvija se na nižim naponima dok se prenosna mreža može shvatiti kao veletrgovina (između proizvođača i distribucija) i odvija se na znatno višim naponima (obično 110 kV i više).

• Energetska elektronika
• Električne mašine

Elektroenergetika na Wikimedijinoj ostavi