مهندسی برق قدرت (Power engineering)

مهندسی برق قدرت (Power engineering) یکی از زیر شاخههای اصلی مهندسی برق است که با سیستمهای قدرت به ویژه تولید, انتقال, توزیع توان الکتریکی, تبدیل انرژی الکتریکی به شکلهای دیگر انرژی و تجهیزات الکترومکانیکی سروکار دارد. این رشته همچنین شامل راهاندازی و تعمیر و نگهداری سیستمهای حرارتی برودتی و تجهیزات تولید توان الکتریکی مانند ژنراتورها و دیگر تجهیزات الکتریکی مورد استفاده در صنایع و یا ساختمانها بزرگ نیز میشود. شناسایی دیگر منابع جدید انرژی الکتریکی نیز از زیر شاخههای این رشته است.

همانطور که در بالا اشاره شد عمده مباحث در مهندسی برق قدرت بر تولید, انتقال و توزیع انرژی الکتریکی و برخی تجهیزات مصرف کننده انرژی الکتریکی استوار است, که این خود شامل ترانسفورماتورها, ژنراتورها, موتورهای الکتریکی و تجهیزات الکترونیک قدرت است.در بسیاری از کشورهای جهان, دولت شبکهای الکتریکی را به منظور اتصال کلیه مولدها و مصرف کنندههای الکتریکی راهاندازی میکند. این شبکه در اصطلاح "power grid" نامیده میشود. به وسیله این شبکه مصرف کنندههای الکتریکی میتوانند بدون متحمل شدن سختیها و هزینههای مربوط به تولید برق به صورت جداگانه, برق را از شبکه خریداری نمایند. در این میان یکی از وظایف مهندسین برق قدرت, طراحی و نگهداری شبکههای الکتریکی و مصرف کنندههای متصل شده به شبکه است. تجهیزات متصل شده به شبکه الکتریکی دراصطلاح "on-grid" نامیده میشوند. این تجهیزات میتوانند به شبکه, توان الکتریکی تزریق کرده یا برعکس از آن توان دریافت کنند یا حتی, هر دو کار را با هم انجام دهند.مهندسین قدرت, فعالیتهایی را در زمینهی تجهیزات جدای از شبکه یا تجهیزات "off-grid" نیز انجام میدهند. دلیل استفاده نکردن از شبکه دراین نوع مصرف کنندهها عموماً ثابت نبودن این مصرف کنندههاست به صورتی که هزینه اتصال برای آنها در هر جابهجایی, امکان وصل به شبکه را برای آنها غیر ممکن میکند.امروزه بیشتر شبکههای الکتریکی از توان الکتریکی به صورت سه فاز متناوب استفاده میکنند که دلیل اصلی این انتخاب سهولت در تولید, انتقال و توزیع انرژی الکتریکی بدین صورت است. البته معمولاً در مصرف کنندههای کوچک توزیع به صورت تک فاز صورت میگیرد که این به دلیل ضروری نبودن وجود سه فاز و همچنین ایمنی بیشتر برای این مصرف کنندههاست. با این وجود در صنایع و مصرف کنندههای توان بالا برای بالا بردن بهره بری و استفاده از موتورهای سه فاز, انرژی الکتریکی به صورت سه فاز توزیع میشود.نقش ترانسفورماتور در سیستمهای انتقال بسیار حساس است چراکه ترانسفورماتور بهترین راه ممکن برای رسیدن به ولتاژهای بالاتر, قبل از خطوط انتقال است. افزایش ولتاژ به وسیله ترانسفورماتور به کاهش جریان میانجامد و طبق قانون توان الکتریکی (توان برابر مجزور جریان در مقاومت الکتریکی) با کاهش جریان تا حد امکان میتوان تلفات را تا حد قابل ملاحظهای کاهش داد, بنابراین افزایش حداکثری ولتاژ در خطوط انتقال به کاهش تلفات و درنتیجه افزایش بهره وری خطوط انتقال میانجامد.بنا به دلایل گفته شده در بالا, پستهای تغییر ولتاژ در سراسر شبکههای الکتریکی وجود دارند. این پستها ولتاژ را در نزدیکی مولدها افزایش داده و سپس با نزدیک شدن به مناطق مسکونی و یا مصرف کنندهها برای ایمنی مصرف کننده دوباره ولتاژ را در چند مرحله کاهش میدهند.

مهندسی برق قدرت معمولا به سه زیر شاخه زیر تقسیم می شود :

تولید :تولید انرژی الکتریکی در واقع تبدیل شکل دیگری از انرژی به انرژی الکتریکی است. منابع این انرژی میتوانند سوختهای فسیلی مانند ذغال سنگ, نفت یا گاز طبیعی, انرژی هستهای, هیدروالکتریک, انرژی باد, انرژی خورشیدی, انرژی زمین گرمایی و ... باشند که با وجود راههای متفاوت برای تامین این انرژی, جستجو برای یافتن منابع جدید و قابل استفاده انرژی ادامه دارد.

انتقال :شاخه انتقال شامل جابجایی توان در طول مسیرهای معمولاطولانی میشود. این مسیر طولانی, فاصله محل تولید تا نزدیکی محل مصرف است. انتقال معمولاً طوری صورت میپذیرد که ولتاژ در طول خطوط انتقال از ولتاژ محل مصرف کننده یا تولید کننده بیشتر باشد. شاخه انتقال همچنین شامل اتصال شبکههای برقرسانی مختلف با سیستمهای متفاوت, بین چند شرکت تولیدکننده برق, چند استان یا ایالت و یا چند کشور میشود.

توزیع :توزیع انرژی الکتریکی در واقع دریافت برق از شبکه انتقال و رساندن آن به مصرف کنندههاست. تبدیل ولتاژ وارد شده به سیستم توزیع به ولتاژ مورد نیاز مصرف کنندهها نیز در حوزه توزیع برق قرار میگیرد.