Виробництво, перетворення, розподіл і споживання електричної енергії.

Особливістю процесу виробництва, передачі і споживання електроенергії є його безперервність. Процес виробництва електроенергії співпадає за часом з процесом її споживання, тому електростанції, електричні мережі і електроприймачі споживачів зв'язані спільністю режиму. Спільність режиму викликає необхідність організації енергетичних систем.
Енергетична система (енергосистема) є сукупністю електростанцій, ліній електропередачі, підстанцій і теплових мереж, зв'язаних в одне ціле спільністю режиму і безперервністю процесу виробництва і розподілу електричної і теплової енергії.
Частиною енергетичної системи є електрична система, що складається з генераторів, розподільних пристроїв, електричних мереж і електроприймачів.

Електрична мережа - це сукупність підстанції, кабельних і повітряних ліній електропередачі.

Електроустановки - це спеціальні  електротехнічні пристрої, в яких проводиться, перетворюється, розподіляється і споживається електроенергія і, які діляться залежно від робочої напруги на електроустановки напругою до 1000 В і електроустановки напругою вище 1000 В.

Розподільним пристроєм (РП) є електроустановка, що слугує для прийому і розподілу електроенергії без перетворення і трансформації (на одній напрузі) і містить комутаційні апарати, пристрої захисту, автоматики і телемеханіки, вимірювальні прилади, збірні шини і допоміжне устаткування. Розподільні пристрої поділяються на відкриті (розташовані на відкритому повітрі) і закриті (у будівлі). У міських умовах в більшості випадків застосовуються закриті розподільні пристрої.

Підстанція - це електроустановка, що слугує для перетворення і розподілу електричної енергії і складається з РП, силових трансформаторів або інших перетворювачів електроенергії і допоміжних пристроїв. 

Електричну енергію виробляють на електростанціях машини-генератори змінного і постійного струму. На теплових електростанціях генератори приводяться в дію паровими або газовими турбінами, на гідростанціях - гідротурбінами. Теплові електростанції розташовують поблизу джерел палива (вугілля, торф). Гідравлічні електростанції будують на річках, використовуючи натиск води. У містах розміщують теплоелектроцентралі (ТЕЦ), призначення яких, вироблення електричної енергії і постачання тепловою енергією прилеглих районів міста.

Сучасні атомні електростанції (АЕС) по суті є тепловими, в яких котел замінений ядерним реактором і парогенератором.

До електростанцій невеликої потужності відносяться дизельні електростанції, генератори яких приводяться в дію дизелями. Такі електростанції вмонтовують в невеликих міських селищах, в сільській місцевості, а також виконують пересувними (ПЕС) для потреб будівництва.

На малюнку показані схеми електропостачання. Генератори електростанції виробляють електроенергію напругою 6, 10 або 15 кВ. При такій напрузі передавати електроенергію на велику відстань (більше 4-6 км) недоцільно, оскільки падіння напруги і втрати електроенергії в лініях перевищать допустимі норми. Справа в тому, що, проходячи по лініях електропередачі, струм нагріває їх. Відповідно до закону Джоуля — Ленца, енергія, що витрачається на нагрівання проводів лінії, визначається формулою: Q=I²Rt, де R — опір лінії

Схеми електропостачання

При великій довжині лінії передача енергії може стати взагалі економічно невигідною. Для зменшення втрат можна, звичайно, йти по шляху зменшення опору R лінії за допомогою збільшення площі поперечного перерізу проводів. Але для зменшення R, приміром, у 100 разів потрібно збільшити масу проводу також у 100 разів. Зрозуміло, що не можна допустити такої великої витрати дорогого кольорового металу, не говорячи вже про труднощі закріплення важких проводів на високих щоглах і т.п. Тому втрати енергії в лінії знижують іншим шляхом: зменшенням струму в лінії. Наприклад, зменшення струму в 10 разів зменшує кількість тепла, що виділився в провідниках, у 100 разів, тобто досягається той же ефект, що і від сторазового обваження проводу.

P=A/Δt=IU=I²R=U²/R

Тому що потужність струму пропорційна добутку сили струму на напругу, то для збереження переданої потужності потрібно підвищити напругу в лінії передачі. Причому, чим довша лінія передачі, тим вигідніше використовувати більш високу напругу.

 Тому при електростанціях будують підвищувальні силові трансформатори, які підвищують напругу до розрахункової (35, 110, 150, 220, 330-500, 750 кВ), і при цій напрузі електроенергія передається на великі відстані. На електричних понижувальних підстанціях за межами міста напруга понижується до 110-35 кВ. На електричних понижувальних підстанціях, розташованих в межі міста, напруга знижується до 6-10 кВ. Понижувальна підстанція зазвичай складається з двох частин: відкритої частини напругою 110-35 кВ і закритої частини, в якій є розподільний пристрій напругою 6-10 кВ. Від трансформаторних підстанцій безпосередньо до споживачів відходять повітряні лінії або розподільні кабелі напругою до 1000 В. Ці кабелі прокладені до ввідних розподільних пристроїв (вводів) або розподільних щитів, що знаходяться в будівлях споживачів. Від вводів або розподільних щитів в будинках прокладені магістралі (стояки), від яких у свою чергу відходять відпаювання по квартирах.

Центром живлення (ЦП) є розподільний пристрій генераторної напруги електростанції або розподільний пристрій вторинної напруги понижувальної підстанції енергосистеми, що має пристрій для регулювання напруги, до якої приєднані електричні мережі даного району.

Живлячі кабельні лінії можуть бути прокладені від центру живлення не тільки в розподільний пункт, де немає трансформаторів, але і в головні понижувальні підстанції заводів, де електроенергія розподіляється по розподільних кабельних лініях і перетворюється за допомогою силових трансформаторів в електроенергію напругою до 1000 В. В цьому випадку на головній понижувальній підстанції заводу встановлюють силові трансформатори і розподільний щит напругою до 1000 В від якого електроенергія по кабельних лініях передається безпосередньо в цехи і далі до електроприймачів.

Міська електрична мережа - це електрична мережа, розташована на території даного міста і сукупність живлячих ліній від центрів живлення, розподільних пунктів і трансформаторних підстанцій, розподільних ліній напругою 6-10 кВ і до 1000 В і ввідних пристроїв у споживачів.