1、第1页55 电能的输送 第2页学习重点考查热度知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程知道降低输电损耗的两个途径了解电网供电的优点和意义通过实例，分析掌握远距离输电的计算方法第3页基 础 梳 理 第4页一、远距离输电远距离输电基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压二、输电损耗1电能损耗的原因：如图所示，由于输电线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生热量 Q，损失一部分电能第5页2电压损失输电线始端电压 U 与输电线末端电压 U 用的差值，UUU 用Ir，其中 I 为输电导线中的电流，r 为输电导线的电阻因此要减小输电线上的电压损
2、失就要想法减小输电电流和输电线的电阻分析电压损失时，注意 U 和 U 的区别，U 是输电电压，U 是输电线上损失的电压第6页3功率损失(1)功率损失：远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失(2)电功率损失的计算：PI2r 或 PI U【概念拓展】交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看做纯电阻电路，UIr、PI2r（U）2r UI 等公式都成立第7页三、降低输电损耗的两个途径 同时输电线上有电压降，故又损失一部分电压要减少输电线路上的功率损失，由公式 P 损I2R 线知，必须减小输电线电阻或减小输电电流第8页1减小电阻从 R
3、lS看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用电阻率较小的导体我国农村电网低压改造已基本结束，由于低压改造我国广大农民获得了实惠农村电网改造之前，某些村庄经常会出现以下现象(离变压器较远的用户)电灯不亮(达不到额定功率)；日光灯不能启动；洗衣机转速低等，尤其过节时现象更明显，为什么？第9页答：低压输电线较细，电阻较大，另外当输电功率一定时，由于电压低，故输电电流 IP/U 较大因此输电线上的电压损失 UIR 线较大，致使末端用户得到的电压远低于额定电压(有时才 160 V)，到了过节的时候，各家用电器增多，线路电流
4、又会增大，导线上分压更多，用户电压更低，这些现象更加明显经过低压改造后，以上现象不明显了第10页2提高输电电压从公式 PIU 来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压问：是不是输电电压越高越好？答：电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关当输电线路电压较高、导线截面积较大时，感抗和容抗造成的电压损失比电阻造成的还要大前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法第11页规 律 方 法 第12页规律鸟瞰考点热度规律一：远距离输电问题的基本计算规律规律二：对电能输送中几种功率和几种电压的理解及计算规律方
5、法规律三：高压输电的综合问题的分析与求解第13页规律一 远距离输电问题的基本计算规律1远距离输电的基本规律方程远距离送电电网结构如图所示：输电导线上损失的电功率的计算，按如图所示供电网络，共涉及如下计算公式：输送总功率：P 送U1I1，P 送U2I 线；第14页升压变压器：U1U2n1n2，I1I线n2n1；输电线路：P损I线2R线，P损P送U22R线，P损U损I线，U2U损U3，PP损P用；降压变压器：U3U4n3n4，I4I线n3n4；用户得到的功率：P用U4I4.第15页2解决远距离输电问题的一般步骤(1)首先画出输电的电路图：如图所示(2)以变压器铁心为界，分出各个回路，各回路可独立运
6、用欧姆定律分析第16页(3)分析三个回路：在每个回路中变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源(4)各回路间通过线圈匝数比与电压比和电流比的关系，总功率不变等联系(5)综合运用下面三个方面的关系求解能量关系，PU1I1U2I2P 用户 P，PI22R，P 用户U3I3U4I4电路关系，U2 UU3，UI2R变压器关系，U1U2I2I1n1n2，U3U4I4I3n3n4.第17页(多选)如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是()A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗C在输送电压一定时，输
7、送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好第18页【分析】根据 PUI 知，输送电功率一定，输电电压越大，输电电流越小，根据 P 损I2R 可判断输电线上电能的损失在高压输电中，不是电压越高越好，要综合考虑各种因素，比如感抗、容抗等【解析】增加输电导线的横截面积能减小电阻，根据 P 损I2R，减小电阻，有利于减少输电过程中的电能损失，故 A 项正确；根据 PUI 知，高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗，故 B 项正确；输送的电功率越大，则输电线上流过 第19页的电流越大，输电过程中的电能损失越大，故 C 项错误；高压输电必须综合考虑
8、各种因素，不一定是电压越高越好，故 D 项正确【答案】ABD【点评】增加输电导线的横截面积能减小电阻，因此，有利于减少输电过程中的电能损失，高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗，输送的电功率越大，则输电线上流过的电流越大，输电过程中的电能损失越大，高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好第20页如图所示，某发电机输出功率是 100 kW，输出电压是250 V，从发电机到用户间的输电线总电阻为 8 ，要使输电线上的功率损失为 5%，而用户得到的电压正好为 220 V，求升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是()A161 19011 B116 11190C116 1901
9、1 D161 11190第21页【分析】发电机输出功率是 100 kW，输出电压是 250 V，根据 PUI 可计算出升压变压器原线圈的输入电流 I1，再根据输电线上的功率损失为 5%，可计算出升压变压器副线圈的电流 I2，根据n1n2I2I1即可求出升压变压器的匝数比；由题意可计算出用户得到的功率，根据 PUI 又可计算出降压变压器原线圈两端的电压，根据U3U4n3n4即可求出降压变压器的匝数比 第22页【解析】输电线损失功率 P 损1001035%W5103W，所以，输电线电流 I2P损R损25 A，升压变压器原线圈电流 I1P总U1400 A，故升压变压器原、副线圈匝数比n1n2I2I1
10、 116.升压变压器副线圈端电压 U2n2n1U14 000 V，输电线损失电压 U 损I2R 线200 V，第23页降压变压器原线圈电压 U3U2U 损3 800 V，故降压变压器原、副线圈匝数比为n3n4U3U419011，故 C 项正确，A、B、D 项错误【答案】C【点评】解决本题的关键知道原副线圈的匝数比等于原副线圈的电压比，以及掌握输电线上损失的功率 P 损I2R.输电线上损失的功率往往是突破口第24页有一台内阻为 1 的发电机，供给一个学校照明用电，如下图，升压变压器匝数比为 14，降压变压器匝数比 41，输电线总电阻 R4 .全校共 22 个班，每班有“220 V，40 W”灯
11、6盏，若保证全部电灯正常发光，则：(1)发电机输出功率多大？(2)发电机电动势多大？(3)输电的效率是多少？(4)若使用灯数减半并正常发光，发电机输出功率是否减半？第25页【解析】发电机的电动势 E，一部分降在电源内阻上，即I1r，另一部分为发电机的路端电压 U1，升压变压器副线圈电压U2 的另一部分降在输电线上，即 I2R，其余的就是降压变压器原线圈 U2；而 U3应为灯的额定电压 U 额，具体计算由用户向前递推即可(1)对降压变压器：U2I2U3I3nP 灯22640 W5 280 W 而 U241U3880 V，I2 nP灯U25 280880 A6 A 第26页对升压变压器：U1I1U
12、2I2I22RU2I2624 W5 280 W5 424 W P 出5 424 W(2)U2U2I2R880 V64 V904 V U114U214904 V226 V 又 U1I1U2I2 I1U2I2U1 4I224 A EU1I1r(226241)V250 V 第27页(3)P有用P出 100%5 2805 424100%97%(4)电灯减少一半时，nP 灯2 640 W I2nP灯U2 2 640880 A3 A P出nP 灯I22R2 640 W324 W2 676 W 发电机的输出功率减少一半还要多，因输电线上的电流减少一半，输电线上电功率损失减少到原来的14.【答案】(1)5 4
13、24 W(2)250 V(3)97%(4)见解析第28页规律二 对电能输送中几种功率和几种电压的理解及计算规律方法1输送电功率P 送UI，由发电厂发出的电功率，其大小由输电电压 U 及输电电流 I 决定和计算2用户功率用户得到的电功率 P 用，比 P 送要小(因为损失)3损失功率输电导线上电阻所损失的热功率 PI2r(I 为输电电流)第29页4三种功率的关系P送P用 P；P送由P用决定，并不是P送决定P用5输电电压由发电厂决定，与用户无关(当然要满足用户要求)，一般为定值6损失电压导线电阻产生的电压，UIr.第30页7用户电压用户用电器两端得到的电压 U 用，小于 U 送8三种电压的关系U 送
14、U 用 U.(线路电阻与用户为串联关系)第31页在远距离输电时，输送的电功率为 P，输电电压为 U，所用导线电阻率为，横截面积为 S，输电导线的长度之和为 L，若导线上消耗的电功率为 P1，用户得到的电功率为 P2，则下列关系式中正确的是()AP1U2S L BP1LP2U2SCP2PU2S LDP2P1LP2U2S第32页【分析】由远距离输电中输电线的损耗功率I2RPP用，先根据输电功率和电压求输电电流【解析】输电线电阻 RLS，输出电流 IPU，故输电线上损失的电功率为 P1I2RLP2U2S；用户得到的电功率为：P2PP1PLP2U2S，故 B 项正确、A、C、D 项错误【答案】B【点评
15、】做输电题目要会画出输电线路图，明白各物理量的意义，知道输电功率转化成哪些能量；注意导线上损失的电功率不可以根据 PU2R(其中 U 为副线圈两端电压)来计算第33页(多选)发电厂发电机的输出电压为 U1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为 R，通过输电导线的电流为 I，输电线末端的电压为 U2，下面选项表示输电导线上损耗的功率的是()A.U12RB.（U1U2）2RCI2R DI(U1U2)第34页【解析】输电导线损失功率是由于导线有电阻，从而产生焦耳热而造成的可根据 P 损I2R 计算，也可以从 P 损U22R 计算，但应注意的是：U 是电阻 R 两端的电压，即损失电压，而不能认为等于输电电
16、压，A 项错误；B 项中，U1U2U 即为电阻两端电压，亦即损失电压U，B、C 两项正确；D 项中 I(U1U2)IU1IU2，即输送电功率与用户得到的电功率之差，由能量守恒知，这个差值即为导线损失的电功率，D 项正确【答案】BCD第35页规律三 高压输电的综合问题的分析与求解有条河流，流量为 Q2 m3/s，落差 h5 m，现在用其发电，若发电机总效率为 50%，输出电压为 240 V，输电线总电阻 R30 ，允许损失功率为发电机输出功率的6%，g10 m/s2.(1)为满足用电的要求，使用户获得 220 V 电压，则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少？(2)能使多少盏“
17、220 V、100 W”的电灯正常发光？第36页【解析】为便于分析，应先画出如图所示的输电线路简图，弄清楚电路的结构后再着手求解，而变压器 B1 的输出电流和输电线上的电压损失、功率损失是联系两个变压器的纽带，解题时要抓住这个“纲”，使思路清晰透彻 解：由下图知，电源端的输出功率：第37页P 总Qgh21.01031050.5 W5104 W.输电线上的功率损失 P 损I2R，所以输电线中电流为 IP损R P总6%R51040.0630 A10 A，则升压变压器 B1的原线圈电压 U1U 出240 V，副线圈送电电压为：U2P总I 510410 V5103 V，所以升压变压器的变压比为 n1n
18、2U1U2 24051036125，输电线上电压的损耗U 损IR1030 V300 V，第38页则降压变压器 B2的原线圈的电压 U1U2U 损5103V300 V4 700 V，据题意知，U2220 V，所以降压变压器的匝数比为 n1n2U1U24 700220 23511，因为理想变压器没有能量损失，所以可正常发光的电灯盏数为 NP总P损P灯510451040.06100470.【答案】(1)升压变压器原、副线圈的匝数比为 6125 降压变压器原、副线圈匝数比为 23511(2)470 盏第39页某水电站，用总电阻为 2.5 的输电线输电给 500 km外的用户，其输出电功率是 3106
19、kW.现用 500 kV 电压输电，则下列说法正确的是()A输电线上损失的功率为 PU2r，U 为输电电压，r 为输电线的电阻B输电线上输送的电流大小为 2.0105 AC输电线上由电阻造成的损失电压为 15 kVD若改用 5 kV 电压输电，则输电线上损失的功率为 9108kW第40页【分析】输电线上损失的功率为 PU2r，U 应为线路上损失的电压，r 为输电线的电阻；知道输出的电功率和电压，根据 PUI 求出输电线上的电流，根据欧姆定律求出输电线上由电阻造成的损失电压；根据 PUI 求出改用 5 kV 电压输电时线路中的电流，根据 PI2R 求出输电线上损失的功率，然后与输出的电功率判断是
20、否可能 第41页【解析】输电电路可以视为导线与变压器串联，所以输电线上损失的功率为 PU2r，U 应为线路上损失的电压，r 为输电线的电阻，故 A 项错误；由 PUI 可得，用 500 kV 电压输电时输电线上的电流：IPU 3109500103 A6 000 A，故 B 项错误；由 IUR可得，输电线上由电阻造成的损失电压：UIR6 000 A2.5 15 000 V15 kV，故 C 项正确；第42页改用 5 kV 电压输电时，线路中的电流：I PU310951036105 A，输电线上损失的功率：P(I)2R(6105 A)22.5 91011 W9108 kW，损失的功率不可能大于输送
21、的电功率，故 D 项错误【答案】C【点评】本题考查远距离输电中的能量损失及功率公式的应用，关键知道输送功率、输送电压、电流的关系，知道输电线上损失的功率 P 损I2R.第43页2008 年 1 月 10 日开始的低温雨雪冰冻造成我国部分地区严重灾害，其中高压输电线因结冰而损毁严重此次灾害牵动亿万人的心为清除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰若在正常供电时，高压线上送电电压为 U，电流为 I，热损耗功率为 P；除冰时，输电线上的热耗功率需变为 9 P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)()A输电电流为19I B输电电流为 9IC输电电压为 3U D输电电压为
22、13U第44页【分析】根据 IPU可以求出输电线上的电流；根据 PI2R可以求出输电线上损失的电功率【解析】高压线上的热耗功率PI2R 线 若热耗功率变为 9P，则 9PI2R 线 由得 I3I，所以 A、B 两项均错误；又输送功率不变，由 PUIUI得 U13U，所以 C 项错误，D 项正确故选 D 项【答案】D【点评】本题考查远距离输电中的能量损失及功率公式的应用，要注意功率公式 PUI 中的电压 U 应为输电电压第45页分析求解高压输电综合问题的一般步骤(1)认真审题，并根据题意画出高压输电模型图，在图上标出相应物理量；(2)根据能量转化与守恒定律，求出转化为电能的机械能大小，确定发电机
23、的输出功率；(3)理清各回路物理量之间的关系，对各个回路独立运用欧姆定律及其他直流电路规律分析求解问题第46页聚 焦 高 考 第47页(1)基本考查点为：输电过程中电能损失的分析、远距离输电(2)常考点：远距离输电过程分析(3)易错点：输电线上的电压损失和功率损失的计算(4)常考题型：以选择题为主，难度中等第48页1(2014四川)如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则()A用户用电器上交流电的频率是 100 HzB发电机输出交流电的电压有效值是 500 VC输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小
24、第49页【解析】发电机的输出电压随时间变化的关系，由图可知，T0.02 s，故 f1T 10.02 Hz50 Hz，故 A 项错误；由图象可知交流的最大值为 Um500 V，因此其有效值为 U5002 V，故B 项错误；输电线的电流由输送的功率与电压决定的，与降压变压器原副线圈的匝数比无关，故 C 项错误；当用户用电器的总电阻增大时，用户的功率减小，降压变压器的输出功率减小，则输入的功率减小，输入的电流减小，输电线上损失的功率减小，故D 项正确【答案】D第50页2(2014浙江)如图为远距离的简化电路图发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是 r 的两条输电线输电，输电线路中的电流是 I1，其末端
25、间的电压为 U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为 I2.则()A用户端的电压为I1U1I2B输电线上的电压降为 UC理想变压器的输入功率为 I12rD输电线路上损失的电功率 I1U第51页【解析】由于输电线与用户间连有一理想变压器，设用户端的电压是 U2，则 U1I1U2I2，得：U2I1U1I2，故 A 项正确；发电厂的输出电压是 U，所以输电线上的电压降不可能是 U，故 B项错误；原线圈两端电压 U1，输电线路中的电流是 I1，所以理想变压器的输入功率为 I1U1，故 C 项错误；发电厂的输出电压是 U，末端间的电压为 U1，输电线路上损失的电功率是：I1(UU1)，
26、故 D 项错误【答案】A第52页3(2010福建)中国已投产运行的 1 000 kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程假设甲、乙两地原采用 500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为 P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用 1 000 kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为()A.P4 B.P2C2P D4P第53页【解析】当以不同电压输送时，有 PU1I1U2I2，而在线路上损失的功率为PI2RP2RU2 可知，损失的功率与电压的平方成反比，即P1P241 所以输电线上损失的功率为P4.【答案】P4第54页4(2010浙江)某水电
27、站，用总电阻为 2.5 的输电线输电给 500 km 外的用户，其输出电功率是 3106 kW.现用 500 kV 电压输电，则下列说法正确的是()A输电线上输送的电流大小为 2.0105 AB输电线上由电阻造成的损失电压为 15 kVC若改用 5 kV 电压输电，则输电线上损失的功率为 9108kWD输电线上损失的功率为 PU2r，U 为输电电压，r 为输电线的电阻第55页【解析】由 P IU 得输电线上输送的电流 I PU3106103500103 A6103 A，由UIr 得输电线路上的电压损失U61032.5 V15103 V，故 A 项错误，B 项正确；若改用 5 kV 电压输电，输电线上损失的功率PI2rP2U2r3106522.5 W91011W，故 C 项错误；输电线上损失的功率为P 计算时，U 为输电线上的电压降，而不是输电电压，故 D 项错误【答案】B请做：课时作业（十一）
