В настоящее время электроэнергия является наиболее распространённым видом энергии. Распространению электрической энергии способствовала возможность преобразования её в другие виды энергии с высоким коэффициентом полезного действия устройств, в которых эти превращения происходят. Тепло, свет, движение - всем этим мы обязаны электрической энергии. Электрическая энергия легко делится между потребителями и передаётся на расстояния, исчисляемые тысячами километров.
Основную долю электрической энергии получают на тепловых и гидравлических электростанциях. Тепловые электростанции работают на твердом (уголь, торф), жидком (нефть, мазут), газовом и атомном топливе. Гидроэлектростанции преобразуют механическую энергию водных потоков в электрическую. Тепловые электростанции, чтобы удешевить перевозки топлива, строят там, где оно добывается. Гидроэлектростанции сооружают на крупных равнинных и горных реках.
Выработанная электроэнергия передаётся по проводам, а потребители энергии могут находится на очень больших расстояниях от места её получения. На всём протяжении линии электропередачи, когда течёт ток, провода нагреваются и часть электроэнергии теряется, превращаясь в бесполезную теплоту ("отапливают" воздух). Энергия, затрачиваемая на нагревание проводов, представляет собой потери. Свести потери энергии к нулю невозможно, но ограничить их величину необходимо.
Потери мощности тока в подводящих проводах прямо пропорциональны их сопротивлению и квадрату силы тока, проходящему по проводникам. Снизить потери можно уменьшая сопротивление подводящих проводов . При заданных длине линии и материале проводников, это может быть достигнуто увеличением площади поперечного сечения проводов (см. статью 2), что, из-за значительных расстояний между электростанциями и потребителями электрической энергии, нецелесообразно. Это связано с ростом массы металла, с конструктивными трудностями сооружения опор и элементов линий электропередач и может быть осуществлено лишь на участках небольшой длины.
Наиболее эффективным методом уменьшения потерь в линиях электропередач является повышение напряжения между проводами. При неизменной величине передаваемой мощности Р, ток I в подводящих проводах в этом случае будет уменьшаться, так как сила электрического тока в обратно пропорциональна напряжению U: I = P/U.
Рассмотрим рисунок.
Пусть напряжение U1 = 240 В, а U2 = 12 В. К вторичной обмотке трансформатора подключим сопротивление R = 0,6 Ом.
Тогда сила тока I2 = U2/R = 12/0,6 = 20 A. Мощность P2 = I2 x U2 = 20 x 12 = 240 Вт. Если не учитывать потери в трансформаторе (идеальный трансформатор), то мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны: P1 = P2 . Р1 = I1 x U1, отсюда I1 = Р1/ U1= 240/240 = 1 А.
Ток в первичной обмотке трансформатора (высокое напряжение) в 20 раз меньше, чем во вторичной (низкое напряжение). Площадь поперечного сечение проводов обмоток трансформатора с высоковольтной стороны всегда меньше, чем с низковольтной. С повышением напряжения уменьшается ток в линии, значительно снижаются потери энергии в проводах и расход металла на провода.
Для передачи электрической энергии на большие расстояния необходимо повысить её напряжение. Поэтому современная электрическая система обязательно включает повысительные подстанции, на которых при помощи трансформаторов повышают напряжение электрической энергии. В местах потребления размещают понизительные подстанции, снижающие напряжения до такого значения, чтобы электроэнергией могли пользоваться потребители.
Электрическую энергию, прежде чем она достигнет потребителя, несколько раз трансформируют на многочисленных трансформаторных подстанциях. Чем больше расстояние от места производства электроэнергии к месту её потребления и передаваемая мощность, тем бо*льшим должно быть напряжение питающей сети. На длинных линиях электропередач, используют очень высокие напряжения при относительно небольших токах. Так, передача электроэнергии от Волгоградской ГЭС в Москву производится по линиям электропередач с напряжением 500 кВ (500000 В).
Только использование электрической энергии позволило передавать практически неограниченные количества энергии на большие расстояния с незначительными потерями.