1、第3讲电能的远距离传输 目标定位1.了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.3.了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计.4.了解高压直流输电的原理一、为什么要采用高压输电1电功率损失(1)损失的电功率PI2R，即在输电线上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比(2)在输送电功率不变的前提下，要减少电功率损失，只能采取减小导线中电流的方法2电压损失：在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取减小输电电流的方法，或减小输电线电阻的方法3高压输电：由PUI知，在保证P不变的情况下，必须提高输送电压U，
2、才能减小电流I.二、高压交流输电1远距离输电的基本思路如图1所示在发电站内用升压变压器升高电压然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压图12电网通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络3电网送电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益(2)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高三、高压直流输电直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电和用电环节仍是交流；输电过程中只用两根导线整流器和逆变器可以实现交流电和直流电的转换.一、降低输电损耗的两个途径1输电导线上的功率损失(1)损失功率计算：设输电电流为I，输电线电阻为R线，则输电
3、线上的功率损失为PI2R线(2)减小输电线上功率损失的方法：减小输电线的电阻R线：由R线得，要减小R线，在l保持不变的情况下，可以减小，增大S.减小输电电流I：由PUI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施2输电线上的电压损失(1) 输电线路始端电压U跟末端电压U的差值，称为输电线路上的电压损失，UUU，如图2所示，电压损失还可以表示为UIR线R线图2(2)减少输电线上电压损失的方法：减小输电线的电阻提高输送电压例1远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑
4、电抗产生的损失)()A功率损失是原来的 B功率损失是原来的C电压损失是原来的 D电压损失是原来的n倍答案BC解析设输电电压为U，所输送的功率为P，输电线路总电阻为R线，则输电电流I线，线路的功率损失PIR线，可知P，当输电电压U升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的，故选项B正确；线路上的电压损失UI线R线，可知U，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的，故选项C正确针对训练发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R线，通过导线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是()A.B.CI2R线 DI(U1U2)答案BCD解析输电线功率损耗
5、P损I2R线IU线，其中U线U1U2，故B、C、D正确二、远距离输电及基本关系1输电线路的构成由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成2远距离输电的基本关系(如图3所示)图3(1)功率关系P1P2，P3P4，P2PP3能量守恒(2)电压、电流关系，理想变压器U2UU3，I2I3I线串联电路中电压、电流关系(3)输电导线中电流：I线.(4)输电导线上损耗的电功率：PUI线IR线2R线3特别强调(1)升压变压器副线圈的电压U2不等于降压变压器原线圈的电压U3，输电线上的电压损失UI线R线，输电线上的功率损耗PIR线(2)计算输电线的电阻时，应注意输电线长度为距离的两倍(3)处理远距离
6、输电问题首先要画出输电线路示意图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置；其次解题时要抓“两头”电源、用电器要注意“中间两条线”输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为三个独立的回路以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起来，利用能量守恒、变压比、变流比等规律进行分析与计算例2发电机两端电压为220 V，输出功率44 kW，输电导线的总电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率答案
7、见解析解析(1)示意图如图所示(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2U12 200 V据理想变压器P入P出，则升压变压器副线圈的输出电流I2 A20 A，输电线上的功率损失和电压损失分别为P损IR线2020.2 W80 W.U损UI2R线200.2 V4 V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为U3U2U损2 200 V4 V2 196 V，I3I220 A.降压变压器副线圈的输出电压和电流为U4U32 196 V219.6 V，I4I31020 A200 A.用户得到的功率为P4U4I4219.6200 W4.392104 W.(3) 若直接用220 V低压供电，电路如图所示，
8、则输电电流I A200 A输电线路上的电压损失UIR线2000.2 V40 V.所以用户得到的电压U2U1U220 V40 V180 V，用户得到的功率为PU2I180200 W3.6104 W.输电线上损耗的问题1某发电厂原来用电压为U1的交流电输电，后改用变压比为150的升压器将电压升高为U2后输电，输送的电功率保持不变若输电线路的总电阻为R线，则下列说法中正确的是()A由公式I可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的B由公式I可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍C由公式PI2R线可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的D由公式P可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的
9、2 500倍答案AC解析由可知，U250U1，输送功率不变，由公式I可知，输电线中的电流变为原来的，选项A正确；由PI2R线2R线可知，输电线上的功率损耗减为原来的，C选项正确；B、D选项中的U2应为损失的电压，所以选项B、D是错误的2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 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2105 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9108 kWD输电线上损失的功率为P，U为输电电压，R为输电线的电阻答案B解析输电线上输送的
10、电流为I A6103 A，A错；输电线上损失的电压为U损IR61032.5 V1.5104 V15 kV，B项正确；当用5 kV电压输电时，输电线上损失的功率若超过3106 kW，与实际情况相矛盾，故C项错误；当用公式P计算损失的功率时，U为输电线上损失的电压而不是输电电压，D项错误远距离高压输电的应用3某小型水电站的电能输送示意图如图4所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则()图4A.B.C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输
11、入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率答案AD解析由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数的关系，可知要让用电器正常工作，必须有，故A项对，B、C项错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D项也正确4在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失有一个电站，输送的电功率为P500 kW，当使用U5 kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800度求：(1)这时的输电效率和输电线的总电阻R线；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输
12、电？答案(1)60%20 (2)22.4 kV解析(1)由于输送功率为P500 kW，一昼夜输送电能EPt12 000度，终点得到的电能E7 200度，因此效率60%.输电线上的电流可由I计算，为I100 A，而输电线损耗功率可由P损I2R线计算，其中P损 kW200 kW，因此可求得R线20 .(2)输电线上损耗功率P损2R线，原来P损2 200 kW，现在要求P损10 kW，计算可得输电电压应调节为U22.4 kV.(时间：60分钟)题组一输电线路中的损耗问题1远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比330 kV高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是()A可节省输电线的材料B可根据
13、需要调节交流电的频率C可减小输电线上的能量损失D可加快输电的速度答案AC2下列关于高压直流输电的说法，正确的是()A高压直流电可以经过变压器提升电压后进行输送B在输送过程中直流输电不考虑输电线的电感对电流的影响C在输送过程中直流输电不考虑输电线的电阻对电流的影响D直流输电，用户可以直接得到直流电答案B解析现代的直流输电，只有输电这个环节使用高压直流，发电、用电及升、降电压仍然是交流，选项D错误；变压器只能对交流起作用，对直流不起作用，选项A错误；在输电功率大、输电导线横截面积大的情况下，对交流来说，感抗会超过电阻，但电感对直流就不会有影响，当然电阻对直流和交流是同样有影响的，选项B正确，选项C
14、错误3超导材料电阻降为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家制成了临界温度为90 K的高温超导材料，利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 ，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A1 kW B1.6103 kWC1.6 kW D10 kW答案A42014年2月初，低温雨雪冰冻造成我国东部部分地区停电，为消除高压输电线上的冰凌，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，输电线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为P；除
15、冰时，输电线上的热耗功率需变为9P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)()A输电电流为3I B输电电流为9IC输电电压为3U D输电电压为U答案AD解析输电线上的热耗功率PI2R线，若热耗功率变为9P，则9PI2R线，由两式得I3I，A对；输送功率不变，即PUIUI，得UU，所以D对5在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线的电阻率为，横截面积为S，总长度为l，输电线损失的功率为P，用户得到的功率为P，则下列关系式正确的是()AP BPCPP DPP答案BD解析输电线电阻为R线，输电电流为I，故输电线上损失的电功率为PI2R线2，用户得到的电功率为PPPP.6照明供电线路
16、的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为此时()A总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小B总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小C总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大D干路电流一定，支路比深夜时多，分去了一部分电压答案C解析此时用电器多，电阻小(因为用电器都是并联的)而变压器输出电压U不变，由I可知，干路电流大，输电线上损失电压大，电灯两端电压小，故比深夜暗，故C正确7如图1所示，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()图1A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
17、高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C在输送电压一定时，输送的电功率越大，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答案ABD解析导线横截面积越大，导线的电阻越小，电能损失就越小，A对；在输送功率一定的前提下，提高输送电压U，由I知，电流I减小，发热损耗减小，B对；若输送电压一定，由I知，输送的电功率P越大，I越大，发热损耗就越多，C错；高压输电要综合考虑材料成本，技术、经济性等各种因素不是电压越高越好，D对题组二远距离输电问题8如图2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()图2A用户用电器上交流电的频率是100
18、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答案D解析由ut图象可知，交流电的周期T0.02 s，故频率f50 Hz，选项A错误；发动机输出交流电的电压最大值Um500 V，故有效值U250 V，选项B错误；输电线上的电流由降压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原、副线圈的匝数比共同决定，选项C错误；当用户用电器的总电阻增大时，副线圈上的电流减小，根据，原线圈(输电线)上的电流减小，根据PIR得，输电线损失的功率减小，选项D正确9在如图3所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想
19、变压器，发电厂的输出电压和输电线的总电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有()图3A升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大C输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大答案CD解析升压变压器原线圈电压不变，变压比不变，故副线圈电压不变，A错误；I，U损IR线，U3U2U损，因P变大，I变大，所以U损变大，所以降压变压器原线圈电压U3变小，故降压变压器的输出电压减小，B错误；P损2R线，因P变大，所以P损变大，C正确；，因P变大，所以比值变大，D正确10如图4所示为远距离交流输电的简化电路图发电厂的输出电压为U，用等效总电阻为r的两条输电线输电，输电
20、线路中的电流为I1，其末端间的电压为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()图4A用户端的电压为B输电线上的电压降为UC理想变压器的输入功率为IrD输电线路上损失的电功率为I1U答案A解析根据理想变压器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用户端的电压U2，选项A正确；输电线上的电压降UI1rUU1，选项B错误；变压器的输入功率P1I1UIrI1U1，选项C错误；输电线路上损失的功率PIrI1(UU1)，选项D错误11某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线路总电阻是6 .(1)若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率；(2)若改用5 000 V高压输电，用户
21、利用n1n2221的变压器降压，求用户得到的电压答案(1)16.62 kW(2)226.18 V解析(1)输电线上的电流为I A52.63 A输电线路损耗的功率为P线I2R52.6326 W16 620 W16.62 kW(2)改用高压输电后，输电线上的电流变为I A4 A用户在变压器降压前获得的电压U1UIR(5 00046)V4 976 V根据，用户得到的电压为U2U14 976 V226.18 V.12如图5所示，某发电站通过燃烧煤来发电发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明组成的用户，发电机输出功率是120 kW，输出电压是240 V，升压器原、副线圈的匝数之比为125，输电线的总电阻为10 ，用户需要的电压为220 V则：图5(1)输电线上损失的电功率为多少？(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？答案(1)4 000 W(2)解析(1)根据理想变压器的变压规律得输电电压U2U1240 V6 000 V输电电流：I2 A20 A输电线上损失的功率PIr20210 W4 000 W.(2)输电线上损失的电压UI2r2010 V200 V降压变压器原线圈两端的电压U3U2U6 000 V200 V5 800 V根据理想变压器的变压规律得：.