Мы рассмотрим только один вид энергии — электрическую. Из курса школьной физики можно вспомнить что её носителем являются заряженные частицы — электроны. Электрон (элементарная частица) способен переносить энергию в виде заряда или передавать её другим электронам в определённых условиях (средах), называемых проводниками. В зависимости от того, сколько зарядов (электронов) пришло по проводнику выполнить работу, будет зависеть объём выполненной работы. Из этого следует — для того, чтобы выполнить требуемую работу, нам необходимо выработать (преобразовать) необходимое количество энергии и доставить её до места выполнения работы. Следует помнить о том, что при транспортировке часть энергии тратится на доставку. Таким образом, энергия — фундаментальная способность совершать работу, которая существует в разных формах и постоянно переходит из одной в другую, но всегда сохраняется в общей сумме.

Рассматривая систему электроснабжения, можно выделить три основных подсистемы:
— источник (подсистема, откуда энергия берётся);
— сеть распределения (подсистема, отвечающая за распределение и доставку энергии);
— потребители (подсистема, отвечающая за потребление энергии).

Источником электрической энергии считаются объекты генерации (электростанции). Электростанции — это «установки» по преобразованию различных видов энергии в электрическую. Тепловые станции (ТЭС) — преобразуют тепло сгораемого топлива в механическую энергию вращающейся турбины, которая вращает ротор генератора. Гидроэлектростанция (ГЭС) — преобразует энергию воды в механическую энергию турбины, вращающей ротор генератора. Солнечная электростанция (СЭС) — преобразует энергию солнечного излучения в электрическую. Ветряная электростанция (ВЭС) — преобразуют механическую энергию ветра во вращение вентилятора, соединенного с ротором генератора. Так же есть различные преобразования энергии морских волн, энергии химических реакций, энергии излучения атома (АЭС) и т.п.

Полученная энергия на источнике подготавливается (преобразуется) до некоторых стандартных, удобных для транспортировки величин и направляется к потребителям по сетям распределения, состоящим из линий электропередач (ЛЭП) различных классов напряжения, пунктов переключения и подстанций (повышающих либо понижающих). Сети должны соответствовать определённым параметрам для обеспечения достаточной пропускной способности и надёжности. Это многоступенчатая система, состоящая из множества разветвлённых сетей с элементами перекрёстного резервирования и промежуточного преобразования. Сети могут объединять несколько источников генерации электроэнергии для обеспечения резервирования источников. Схемы сетей распределения энергии выбирают из соображения экономичности и надёжности. Схемы распределения бывают:
— радиальными, когда электроэнергия передаётся от источника к нескольким потребителям по одной линии без обратной связи;
— кольцевыми, когда линии электроснабжения образуют замкнутое кольцо, что позволяет повысить надёжность электроснабжения на случай повреждения одной из линий;
— смешанными, когда они сочетают в себе элементы радиальной и кольцевой схем, обеспечивая оптимальное соотношение надёжности и экономичности.

Тип схемы сети электроснабжения выбирается исходя из критериев, описывающих свойства потребителя электрической энергии. Важными свойствами потребителя следует считать:
— удалённость от источника энергии;
— класс напряжения, которое необходимо потребителю;
— необходимое количество энергии (мощность);
— категорию надёжности электроснабжения потребителя.

От удалённости потребителя от источника электроэнергии будет зависеть протяженность ЛЭП и необходимое количество преобразований для доставки энергии с минимальными потерями при транспортировке. Иногда, из соображения экономической целесообразности, строить длинные ЛЭП не рентабельно. Тогда источник энергии стараются разместить прямо у потребителя. Например, нефтяная платформа в океане или отдалённое месторождение полезных ископаемых. Чаще всего источники электроэнергии размещают в центрах нагрузки и стараются объединить рядом расположенные источники в единую сеть для обеспечения резервирования на случай отказов и аварийных отключений.

От класса напряжения будут зависеть габаритные размеры ЛЭП и преобразующих подстанций. Для транспортировки большого количества энергии на значительные расстояния стараются использовать напряжения высокого класса (110, 220, 330, 500 кВ). Это позволяет с наименьшими накладными расходами (потерями) доставить большее количество энергии до центра нагрузок. Далее высокое напряжение понижается до необходимых значений и доставляется до конечного потребителя. Например, для железной дороги необходимо 3 кВ при постоянном токе или 25 кВ при переменном токе. Для бытовых нужд в квартирах используется напряжение 230 В. Металлургическому сталеплавильному предприятию нужно много энергии для плавления металла, а элеватору нужен небольшой объем энергии. Поэтому к металлургическому заводу тянут иногда несколько линий ЛЭП для передачи большого количества энергии, а для элеватора хватает одной линии с невысоким классом напряжения. При проектировании схем ЛЭП также обязательно учитывают категории надёжности электроснабжения.

Применение энергии в виде электричества глубоко проникло в нашу повседневную жизнь. Без электроэнергии мы не представляем себе работу заводов, транспорта или приборов в нашем жилище. Потребители порой даже не задумываются о сложных процессах, которые обеспечивают им наличие напряжения в розетках. Так как в процессе транспортировки и преобразования электроэнергии до потребителя случаются аварийные ситуации или вынужденные ограничения пропускной способности сетей, для обеспечения рентабельности и надёжности электроснабжения всех потребителей пришлось разделить на категории. В Российских стандартах описано три категории надёжности потребителей (ПУЭ п.1.2.18).

Электроприемники первой категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.
— Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
— Электроприемники второй категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
— Электроприемники третьей категории — все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

Такое деление обусловлено тем, что при спасении жизни человека на операционном столе, ни в коем случае, ни на секунду не может отключиться аппарат искусственной вентиляции лёгких, или на АЭС аппаратура слежения за процессами в реакторе. Однако, человек, застрявший в лифте, может без последствий просидеть там десятки минут, а в квартире без включенного кондиционера или кофемашины и несколько часов.

Для обеспечения надёжного и рационального (с наименьшими затратами) электроснабжения деятельности человека на всех этапах системы электроснабжения применяются мероприятия, направленные на увеличение надёжности и снижение затрат.

Впрочем, об этом мы уже неоднократно писали на страницах нашего портала...