Электрическая энергия обладает уникальным преимуществом — её можно передавать на значительные расстояния с относительно небольшими потерями. Однако потери всё же возникают из-за омического сопротивления проводов, которое приводит к их нагреву при прохождении тока.
Повышение напряжения для эффективной передачи
Для экономически выгодной передачи электроэнергии необходимо минимизировать потери на нагрев. Это достигается за счёт использования высокого напряжения. При повышении напряжения ту же мощность можно передавать с меньшей силой тока, что существенно снижает нагрев проводов и, как следствие, энергопотери. На практике применяются напряжения 110, 220, 330, 500, 750 и даже 1150 кВ. Чем протяжённее линия электропередачи (ЛЭП), тем выше требуется напряжение.
Роль трансформаторов и подстанций
Генераторы переменного тока обычно вырабатывают напряжение в несколько киловольт. Проектирование генераторов на более высокие напряжения было бы сложным и дорогим из-за необходимости особой изоляции. Поэтому для передачи энергии на большие расстояния напряжение повышают с помощью трансформаторов, установленных на специальных повышающих подстанциях.
Высокое напряжение передаётся по ЛЭП к районам потребления, где его необходимо понизить до безопасного и пригодного для использования уровня. Эту задачу выполняют понижающие подстанции.
Иерархия понижающих подстанций
Понижающие подстанции образуют многоуровневую систему:
- Районные подстанции: принимают электроэнергию напрямую от высоковольтных ЛЭП и производят первичное понижение напряжения.
- Главные понижающие подстанции: получают энергию от районных и понижают напряжение до 6, 10 или 35 кВ.
- Местные (распределительные) подстанции: завершают цепочку, понижая напряжение до конечных значений — 220, 380 или 500 В — для подачи на промышленные предприятия и в жилые дома.
Преобразовательные подстанции
В некоторых случаях в энергосистеме используются преобразовательные подстанции. Они могут располагаться после повышающих и служат для преобразования переменного тока в постоянный. Это делается потому, что постоянный ток иногда эффективнее для передачи на очень большие расстояния. В конце такой линии другая преобразовательная подстанция превращает постоянный ток обратно в переменный для дальнейшего распределения. Отдельный тип — тяговые подстанции, которые питают постоянным током электрифицированный транспорт (метро, трамваи, электрички) и некоторые промышленные установки. Они обычно строятся рядом с главными или местными подстанциями.