1、4电能的输送课前自主学习一、降低输电损耗的两个途径 任务驱动：发电厂与生活区往往有较远的距离，电能输送过程中线路的损耗不可避免，我们应采用哪些有效的方法来减小线路的损耗？提示：保证用户用电的情况下减小输电电流，即增大输送电压。(1)输送电能的基本要求：(2)输电线上的功率损失：PI2r，I为输电电流，r为输电线的电阻。下列哪些办法能减小输电电阻_a选用导电性能好的材料，减小电阻率b减小输电线的长度c增大导线的横截面积结合实际，下列减小输电电流的办法中可行的是ba减小输送功率b增大输送电压c减小输送电压a、b、c二、电网供电 任务驱动：为了减小一次能源的运输成本，合理调度电力采取了什么办法？提示
2、：组建全国性或地区性的输电网络。(1)远距离输电的基本原理：在发电站内用_变压器_，然后进行远距离输电，在用电区域通过_变压器降到所需的电压。(2)电网：通过网状的输电线、_，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_。(3)下列哪些是电网输电的优点_降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。减小断电的风险，调节不同地区电力供求的平衡，保障供电的质量。合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。升压升压降压变电站网络课堂合作探究主题一 输电线上的电压和电能损失【实验情境】如图所示为输电示意图，假设两条输电线的总电阻为 R，输送的功率为 P，发电厂输出的电压为 U，输电电流为 I
3、。【问题探究】(1)结合实际，下列减小输电线上损失的途径可行的是_减小导线的电阻R减小输电电流I减小输电功率 (2)减小输电线上的功率损失为什么不是靠减小电阻，而是提高输电电压？提示：电阻 RlS 告诉我们，在输电距离 l 一定、选用电阻率 较小的铜或铝作导线后，必须增大导线的横截面积。但这样会耗费大量的金属材料，输电线太重给架设带来困难。在线路和输送功率 P 不变时，PUI 告诉我们提高输电电压可大大减少功率损失。(3)什么是输电线路上的电压损失？怎样减少电压损失？提示：输电线路始端电压 U 与末端电压 U的差值 UUU，称为输电线路上的电压损失，也就是输电线上的电势降落，即 UIR。减小电
4、阻、提高输电电压就能减小输电电流，从而可以减小输电线路上电压损失。(4)“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？提示：不矛盾。欧姆定律是对纯电阻元件而成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由 PIU，且在 P 一定的条件下得出的结论，两者没有联系。【结论生成】降低输电损耗的方法减小输电线路上功率损失的方法主要有两种：(1)减小输电线的电阻 R，根据 RlS 可知：减小输电线长度 l：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小 l 来减小 R。减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。增大导线的横截面积 S：这要耗费更多金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难。
5、(2)减小输电电流 I，根据 IPU 可知：减小输送功率 P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。提高输电电压 U：在输送功率 P 一定，输电线电阻 R 一定的条件下，输电电压提高到原来的 n 倍，据 P 损(PU)2R 知，输电线上的功率损耗将降为原来的 1n2。故采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。【典例示范】(2020浙江 7 月选考)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率 P100 kW，发电机的电压 U1250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻 R 线8，在用户端用降压变压器把电压降为 U4220 V。已知输电线上损失的功率 P 线5 k
6、W，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是()A.发电机输出的电流 I140 AB输电线上的电流 I 线625 AC降压变压器的匝数比 n3n419011D用户得到的电流 I4455 A【解析】选 C。发电机的输出电流 I1 PU1 100103250 A400 A，选项 A 错误。输电线上的电流 I 线 P线R线51038 A25 A，选项 B 错误。升压变压器的副线圈输出电压 U2 PI线10010325 V4103 V，输电线损耗电压 UI 线 R258 V200 V，降压变压器的原线圈电压 U3U2U 3 800 V，故降压变压器的匝数比n3n4 U3U4 3 80022019
7、011，选项 C 正确。降压变压器的功率 P4P3PP 线95 kW，故用户得到的电流 I4 P4U4 95103220 A431.8 A，选项 D 错误。【误区警示】远距离输电应注意的三个问题(1)理想变压器的输入功率由输出功率决定。(2)远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关。(3)整个过程中的功率、电压关系，理想变压器电压和匝数关系。【探究训练】下列关于减少远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是()A因为热功率 PU2R，所以应降低输电电压，增大输电导线的电阻，才能减少输电导线上的热损耗B因为热功率 PIU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减少输电导线上的热损耗C因为热功率
8、 PI2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输电电流的方法来减少输电导线上的热损耗D以上说法均不正确【解析】选 C。不能盲目套用公式，要注意其物理意义，在求热损耗时可以用P 损I2线 R 线或用 P 热U 线 I 线，也可用 PU2R线，但 U 必须为输电导线两端的电压降，故选项 C 正确。主题二 高压输电过程的分析和计算【生活情境】如图为远距离输电的基本过程示意图。【问题探究】(1)一般远距离输电电压要经历几次变化？提示：发电机组输出电压 10 kV，发电站内升压到几百千伏，在“一次高压变电站”降到 100 kV 左右，“二次变电站”降到 10 kV 左右，低压变电站降到 220 V 或380
9、 V。(2)最简单的远距离输电电路是如何构成的？如图所示，最简单的输电电路的构成：_。发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用户【结论生成】1远距离输电电路的特点：远距离输电的简化电路原理图，可以划分为三个回路，如图所示。2远距离输电线路的三个回路、两个联系和一个定律的有关关系：【典例示范】(多选)为了消除高压输电线上的冰，假设利用电流的热效应除冰。若在正常供电时，高压线上输电电压为 U，电流为 I，热消耗功率为 P 损；除冰时，输电线上的热功率需要变为 9P 损，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13 U 【
10、解题指南】解答本题把握以下两点：(1)高压线上的损耗功率 PI2R 线(2)输送功率不变：PUI【解析】选 A、D。输电线上损失的功率为 P 损I2R 线(PU)2R 线，由该式可知要使 P 损增大为原来的 9 倍，输电电流应变为原来的 3 倍或输电电压变为原来的13，故选项 A、D 正确。【探究训练】(2021 年江苏适应性测试)小明分别按照图 1 和图 2 电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷 A、B 来模拟输电线路，忽略导线的自感作用。其中 T1 为理想升压变压器，T2 为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等。两次实验中()A都接直流电源BA 两端的电
11、压相等CA 损耗的功率相等D图 1 中 A 的电流较大【解析】选 D。变压器不能改变直流电电压，A 错误；两次灯泡电压相等，电流也一定相等，因为n1n2 I2I1，所以图 1 流过 A 的电流大于图 2 流过 A 的电流，PI2R，图 1 线圈 A 消耗的功率大于图 2 线圈 A 消耗的功率，C 错误，D 正确；由 UIR 可知图 1A 两端的电压大，B 错误。【补偿训练】某小型发电站的发电机输出交流电压为 500 V，输出电功率为 50 kW，如果用电阻为 3 的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如要求输电线上损失的电功率是输送功率的 0.6%，则发电站要安装一个升压
12、变压器，到达用户前再用降压变压器变为 220 V 供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？【解析】用 500 V 电压送电时示意图如图甲所示，50 kW 的电功率在输电线上的电流：I0 PU0 50103500 A100 A。用户获得的电压 U1U0I0R(5001003)V200 V。用户获得的功率 P1I0U12.0104 W。改用高压送电时，示意图如图乙所示，要求 P 损0.6%P，即 P 损501030.6%W300 W。输电电流 IP损R 3003 A10 A。发电站升压后输电电压 UPI 5010310 V5 000 V，升压变压器匝数比n1n2
13、 U0U 5005 000 110，输电线上损失的电压 UIR103 V30 V。到达降压变压器时，输入电压U2UU(5 00030)V4 970 V，降压变压器的匝数比n3n4 U2U3 4 97022049722。答案：200 V 2.0104 W 110 49722【课堂小结】课堂素养达标1“中国速度”在新冠肺炎疫情面前再一次被激发，10 天建成火神山医院，通过验收并按时移交。火神山医院安装有 24 台箱式变压器，铺设电力电缆达 10 千米。发电站利用输电线路远距离向医院输送一定功率的交流电，若输送电压提高到原来的 n 倍，则()A输电线上损失的电压减少到原来的n1nB输电线上损失的电压
14、减少到原来的1nC输电线上损失的电能减少到原来的n21n2D输电线上损失的电能不变【解析】选 B。输送的功率一定，根据 PUI，可知输电电压越高，输电电流越小，若输送电压提高到原来的 n 倍，则电流减小到原来的1n，根据 UIr，可知输电线上损失的电压减少到原来的1n，故 A 错误，B 正确；根据 P 损I2r，可知输电线上损失的功率减少到原来的 1n2，则输电线上损失的电能减少到原来的 1n2，故 C、D 错误。2夏天由于用电器的增多，每年夏天都会出现“用电荒”，只好拉闸限电。若某发电站在供电过程中，用电高峰时输电的功率是正常供电的 2 倍，输电线电阻不变，下列说法正确的是()A若输送电压不
15、变，则用电高峰时输电电流为正常供电时的 2 倍B若输送电压不变，则用电高峰时输电线上损失的功率为正常供电时的 2 倍C若用电高峰时的输送电压变为正常供电的 2 倍，则此时输电电流为正常供电时的 4 倍D若用电高峰时的输送电压变为正常供电的 2 倍，则此时输电线损失的功率为正常供电时的4 倍【解析】选 A。高压输电时 PUI，I 是输送电路上的电流。用电高峰时，若输送电压不变，则 I 为正常时的 2 倍，A 正确；输电线上损失的功率 PI2R 线，则损失功率变为正常时的 4 倍，B 错误；用电高峰时，若输送电压加倍，则 I 不变，与正常时相同，C 错误；由 PI2R 线知，损失的功率不变，D 错
16、误。3(多选)远距离输电装置如图所示，电厂输送功率一定，升压变压器和降压变压器均是理想变压器。当开关 S 由 2 改接到 1 时，下列说法正确的是()A电压表读数变小 B电流表读数变大C电流表读数变小 D输电线损失的功率减小【解析】选 C、D。S 接到 1 后，升压变压器副线圈匝数增多，所以输电电压 U2升高(U1U2n1n2，n2 增多)，因为输出功率不变，所以输电线电流减小，电流表的示数减小，输电线上的电压降减小，所以最终降压变压器的输出电压变大，电压表测路端电压，示数变大，则 A、B 错误，C 正确；电流表示数减小，输电线损失功率减小，故 D 正确。4(多选)某小型水电站的电能输送示意图
17、如图所示，发电机的输出电压为 220 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()A.n2n1 n3n4Bn2n1 U3，所以n2n1 n3n4，故 A 正确，B 错误。【补偿训练】北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。如图所示，作为北京奥运会主场馆之一的国家体育馆“鸟巢”拥有 9.1 万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为 98 550 kWh 的太阳能光伏发电系统，供给体育馆内的照明灯等使用。假
18、如该发电系统的输出功率为1105 W。求：(1)按平均每天太阳照射 6 小时计，该发电系统一年(按 365 天计)能输出多少电能？(2)假若输出电压 250 V，现准备向远处输电。所用输电线的总电阻为 8，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的 5%。用户获得 220 V 电压，求应选用匝数比多大的升压变压器。【解析】(1)P1105 W，t3656 hEPt2.19105 kWh 或 E7.8841011 J。(2)依题意作出如图输电示意图。升压变压器原线圈的电流为I1 PU1 1105250 A400 A当输电线上损失的电功率为输送电功率的 5%时，输电线中的电流为 I2，则 I22 R 线5%P所以 I25%PR线0.0511058 A25 A升压变压器的匝数比为n1n2 I2I1 25400 116。答案：(1)2.19105 kWh 或 7.8841011 J(2)116