전력공학

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 초기 역사
- 2.2. 20세기
3. 전력 시스템의 구성
4. 관련 학문 분야 및 전문가
5. 국제 표준화 기구
참조

1. 개요

전력공학은 전력 시스템의 설계, 운영, 관리와 관련된 공학 분야를 의미한다. 17세기 후반부터 시작된 전기의 과학적 연구와 19세기의 주요 발견들을 바탕으로 발전했으며, 1880년대에는 발전소 건설과 교류 및 직류 전력 시스템의 경쟁을 거쳐 교류 방식이 우세해졌다. 20세기 초 전력 산업의 급속한 성장과 함께, 전력공학은 발전, 송전, 변전, 배전의 과정을 통해 전력을 생산, 공급하는 시스템을 다루며, 전력계통 보호 및 관련 학문 분야를 포함한다. 국제전기표준회의(IEC)와 같은 국제 표준화 기구는 전력 공학 분야의 국제 표준을 제정한다.

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전력공학
지도 정보
기본 정보
분야	전기 공학의 하위 분야
관련된 분야	에너지 공학
전력 변환
주요 기술	전압 변환기 전력 변환 HVDC 변환소 교류-교류 변환기 직류-직류 변환기 정류기 인버터
전력 인프라
주요 구성 요소	전력 시스템 발전소 전력망 연계선 수요 반응
전력 시스템 구성 요소
주요 부품	링 메인 장치 계통 연계 인버터 에너지 저장 버스바 버스 덕트 자동 재폐로 차단기 보호 계전기
전기 배선
지역별 배선 방식	북미 영국
전기 설비 규정
주요 규정	BS 7671 영국 배선 규정 IEC 60364 국제 표준 캐나다 전기 규정 (CE Code) 미국 국가 전기 규정 (NEC)
케이블 및 부속품
주요 요소	교류 전원 플러그 및 소켓 케이블 트레이 전선관 광물 절연 구리 피복 케이블 다방향 스위칭 철선 피복 케이블 링 메인 장치 링 회로 열가소성 피복 케이블
스위칭 및 보호 장치
주요 보호 장치	AFCI ELCB 전기 버스바 시스템 회로 차단기 단로기 퓨즈 잔류 전류 장치 배전반 소비자 단위 전기 스위치 접지 시스템

2. 역사

전력 공학의 역사는 전기 현상에 대한 과학적 이해가 깊어지면서 시작되었다. 17세기 후반부터 전기는 과학적 관심의 대상이었으며, 19세기에는 볼타 전지, 백열전구 등 많은 중요한 발견들이 이루어졌다.^[1]^[2] 특히 1831년 마이클 패러데이가 발견한 전자기 유도 법칙은 발전기와 변압기의 작동 원리를 설명하는 중요한 발견이었다.^[3]

1881년, 영국 고달밍에 세계 최초의 발전소가 건설되었고, 1882년 토마스 에디슨은 뉴욕에 최초의 증기 동력 발전소인 펄 스트리트 발전소를 건설했다.

같은 해 런던에서 루시앵 굴라르와 존 딕슨 기브스는 변압기를 시연했고, 1884년 토리노에서 변압기를 사용하여 장거리 송전에 성공했다.^[8] 1886년, 윌리엄 스탠리는 교류 전력 시스템을 구축했다.^[9]^[10] 1885년, 갈릴레오 페라리스는 유도 전동기를 시연했다. 1887년과 1888년, 니콜라 테슬라는 2상 유도 전동기를 포함한 전력 시스템 관련 특허를 출원했고, 웨스팅하우스는 그의 교류 시스템에 대한 라이선스를 취득했다.^[12]^[13]

1890년대, 미국에서는 에디슨(직류)과 웨스팅하우스(교류) 간의 "전류 전쟁"이 발생했다. 1891년, 웨스팅하우스는 콜로라도주 텔루라이드에 전기 모터를 구동하는 전력 시스템을 설치했고, 같은 해 오스카 폰 밀러는 장거리 3상 송전선을 건설했다.^[15] 1895년, 나이아가라 폭포의 아담스 발전소에서 교류 전력 송전을 시작하면서 교류 방식이 우세해졌다.^[16]

10월 혁명 이후 전력 생산은 특히 중요하게 여겨졌다. 레닌은 "공산주의는 소비에트 정부와 전국적인 전력화의 합이다."라고 말했다.^[17] 1936년, 수은 아크 밸브를 사용한 최초의 상업용 고압 직류 송전(HVDC) 송전선이 건설되었다. 1957년 지멘스는 최초의 고체 정류기를 시연했고, 1959년 웨스팅하우스는 육불화황(SF₆)을 차단 매체로 사용하는 최초의 차단기를 시연했다. 정보통신기술(ICT) 분야의 혁신은 전력공학 분야에도 많은 중요한 발전을 가져왔다.

2. 1. 초기 역사

17세기 후반부터 전기는 과학적 관심의 대상이었다. 19세기에는 볼타 전지, 백열전구 등 많은 중요한 발견들이 이루어졌다.^[1]^[2] 특히 1831년 마이클 패러데이가 발견한 전자기 유도 법칙은 발전기와 변압기의 작동 원리를 설명하는 중요한 발견이었다.^[3]

1881년, 영국 고달밍에 세계 최초의 발전소가 건설되었다. 이 발전소는 수차를 이용하여 교류 전기를 생산, 전등에 전력을 공급했다.^[4] 1882년, 토마스 에디슨은 뉴욕 펄 스트리트에 최초의 증기 동력 발전소인 펄 스트리트 발전소를 건설했다. 이 발전소는 직류 전력을 공급했으며, 송전 거리 제한 문제가 있었다.^[5]^[6]^[7]

같은 해 런던에서 루시앵 굴라르와 존 딕슨 기브스는 변압기를 시연했고, 1884년 토리노에서 변압기를 사용하여 장거리 송전에 성공했다.^[8] 1886년, 윌리엄 스탠리는 교류 전력 시스템을 구축했다.^[9]^[10] 1885년, 갈릴레오 페라리스는 유도 전동기를 시연했다. 1887년과 1888년, 니콜라 테슬라는 2상 유도 전동기를 포함한 전력 시스템 관련 특허를 출원했고, 웨스팅하우스는 그의 교류 시스템에 대한 라이선스를 취득했다.^[12]^[13]

1890년대, 미국에서는 에디슨(직류)과 웨스팅하우스(교류) 간의 "전류 전쟁"이 발생했다. 1891년, 웨스팅하우스는 콜로라도주 텔루라이드에 전기 모터를 구동하는 전력 시스템을 설치했다.^[14] 같은 해, 오스카 폰 밀러는 장거리 3상 송전선을 건설했다.^[15] 1895년, 나이아가라 폭포의 아담스 발전소에서 교류 전력 송전을 시작하면서 교류 방식이 우세해졌다.^[16]

2. 2. 20세기

10월 혁명 이후 전력 생산은 특히 중요하게 여겨졌다. 레닌은 "공산주의는 소비에트 정부와 전국적인 전력화의 합이다."라고 말했다.^[17] 1920년 레닌이 직접 참여한 최초의 볼셰비키 산업 계획 실험인 GOELRO 계획(GOELRO plan)이 시작되었다. 글레브 크리자노프스키(Gleb Krzhizhanovsky)는 또 다른 핵심 인물로, 1910년 모스크바에서 발전소 건설에 참여했으며, 1897년 상트페테르부르크의 노동계급 해방 투쟁 연맹에서 레닌과 함께 활동했다.

1936년, 수은 아크 밸브를 사용한 최초의 상업용 고압 직류 송전(HVDC) 송전선이 뉴욕주 스케넥터디와 메카닉빌 사이에 건설되었다. 이전에도 직류 발전기를 직렬로 설치하여 고압 직류 송전을 달성한 적이 있었지만(투리 시스템(Thury system)으로 알려짐), 심각한 신뢰성 문제를 겪었다.^[18] 1957년 지멘스는 최초의 고체 정류기를 시연했는데(고체 정류기는 현재 HVDC 시스템의 표준이 됨), 이 기술이 상업용 전력 시스템에 사용된 것은 1970년대 초였다.^[19] 1959년 웨스팅하우스는 육불화황(SF₆)을 차단 매체로 사용하는 최초의 차단기를 시연했다.^[20] SF₆는 공기보다 훨씬 우수한 유전체이며, 최근에는 이를 사용하여 훨씬 더 소형화된 개폐장치와 변압기를 생산하는 데 활용되고 있다.^[21]^[22] 정보통신기술(ICT) 분야의 혁신은 전력공학 분야에도 많은 중요한 발전을 가져왔다. 예를 들어, 컴퓨터의 발전으로 부하 흐름 연구를 보다 효율적으로 수행하여 전력 시스템 계획을 훨씬 더 잘 수립할 수 있게 되었다. 또한, 정보 기술과 통신 기술의 발전으로 전력 시스템의 개폐장치와 발전기를 원격으로 제어하는 것이 가능해졌다.

3. 전력 시스템의 구성

전력은 저장하기 어렵기 때문에 발전량과 소비량을 항상 일치시켜야 한다. 전력의 발생부터 소비까지는 발전, 송전, 변전, 배전의 네 가지로 분류되며, 이들이 서로 연계함으로써 전력이 안정적으로 공급된다. 이러한 시스템을 전력계통(electric power system) 또는 전력 시스템이라고 하며^[24], 전력계통에 관한 공학을 '''전력공학'''(power engineering)이라고 한다.

3. 1. 발전

발전은 1차 에너지 형태를 전력으로 변환하는 시설의 선정, 설계 및 건설을 다룬다.^[24]

3. 2. 송전

송전은 발전소에서 생산된 전기를 발전 및 배전 시스템과 연계하기 위한 고전압 송전선 및 변전소 시설의 엔지니어링을 필요로 한다. 고압 직류 송전 시스템은 전력망의 요소 중 하나이다.^[24]

3. 3. 변전

변전은 송전된 고전압 전기를 저전압으로 변환하여 배전 시스템으로 연결하는 과정이다. 변전소는 전압을 변환하는 시설이다.^[24]

3. 4. 배전

전력 배전 엔지니어링은 변전소에서 최종 고객까지의 전력 시스템 요소를 다룬다.^[24]

4. 관련 학문 분야 및 전문가

전력공학은 전력계통(electric power system) 또는 전력 시스템에 관한 공학이다.^[24] 전력의 발생부터 소비까지는 발전, 송전, 변전, 배전으로 분류되며, 이들이 서로 연계하여 전력이 안정적으로 공급된다.

대규모 전력 시스템 프로젝트에는 전력 시스템 엔지니어 외에도 토목 및 기계 엔지니어, 환경 전문가, 법률 및 재무 담당자 등 다양한 분야의 전문가들이 참여하며, 이들과의 협력을 조정해야 한다. 전력 시스템 엔지니어는 전기 공학 지식뿐만 아니라 행정 및 조직 능력도 필요하다.

5. 국제 표준화 기구

국제전기표준회의(IEC)는 1906년에 설립되었으며, 172개국 2만 명에 달하는 전기 기술 전문가들이 합의를 기반으로 글로벌 규격을 개발하고 전력 공학에 대한 표준을 제정한다.^[1]

참조

_[1] 웹사이트 The History Of The Light Bulb http://www.thehistor[...] Net Guides Publishing, Inc. 2007-05-02
_[2] 웹사이트 The Voltaic Pile http://physics.kenyo[...] Kenyon College 2008-03-31
_[3] 웹사이트 Faraday Page https://web.archive.[...] The Royal Institute 2008-03-31
_[4] 웹사이트 Godalming Power Station http://www.engineeri[...] Engineering Timelines 2009-05-03
_[5] 뉴스 Edison Lights The City http://www.nypost.co[...] New York Post 2007-11-30
_[6] 웹사이트 The Birth of NFPA https://web.archive.[...] National Fire Protection Association 2008-03-31
_[7] 보도자료 Bulk Electricity Grid Beginnings https://web.archive.[...] New York Independent System Operator 2008-05-25
_[8] 웹사이트 Lucien Gaulard http://people.clarks[...] 2007-04-08
_[9] 웹사이트 Great Barrington 1886 - Inspiring an industry toward AC power http://www.edisontec[...]
_[10] 웹사이트 Alternating Current Electrification, 1886 https://web.archive.[...] IEEE 2004-10-02
_[11] 특허 Induction Coil
_[12] 서적 Fritz E. Froehlich, Allen Kent, The Froehlich/Kent Encyclopedia of Telecommunications: Volume 17, page 36 https://books.google[...] CRC Press 1998-12-01
_[13] 논문 Tesla's Polyphase System and Induction Motor Serbian Journal of Electrical Engineering 2006-11-01
_[14] 웹사이트 The Day They Turned The Falls On https://web.archive.[...] 2008-05-25
_[15] 서적 HyPower https://web.archive.[...] 2007-02-01
_[16] 웹사이트 Adams Hydroelectric Generating Plant, 1895 https://web.archive.[...] IEEE
_[17] 서적 Our Foreign and Domestic Position and Party Tasks http://www.marxists.[...]
_[18] 웹사이트 A Novel but Short-Lived Power Distribution System https://web.archive.[...] IEEE 2005-05-01
_[19] 뉴스 Electricity Through the Ages http://tdworld.com/m[...] 2000-12-01
_[20] 뉴스 A Fifty-Year Retrospective http://tdworld.com/m[...] 1999-11-01
_[21] 웹사이트 Gas Insulated Switchgear http://www.abb.com/p[...] ABB
_[22] 웹사이트 SF6 Transformer https://web.archive.[...]
_[23] 문서 전력공학 개론
_[24] 문서 안오카(2012) p.1

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