1、第五章 交变电流 5 电能的输送学习目标 1.物理观念了解交变电流从发电站到用户的输电过程 2.科学思维知道远距离输电时决定电能损失的因素，了解高压输电的原因(重点)3.科学思维知道远距离输电线路的基本构成，能够对简单的远距离输电线路进行计算(难点)自 主 预 习 探 新 知 一、降低输电损耗的两个途径 1输送电能的基本要求(1)可靠：指保证可靠地工作，少有故障(2)保质：保证电能的质量电压和稳定(3)经济：指输电线路建造和运行的费用，电能损耗 供电线路频率低少2降低输电损耗的两个途径 要减少输电线路上的功率损失，由公式P损I2R线知，必须减小输电线或减小输电(1)要减小电阻，从R lS 看，
2、在输电距离一定的情况下，可以增大导线的，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；还可以选用较小的导体 电阻电流横截面积电阻率(2)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 前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法 输电电压3高压输电(1)现代远距离输电都采用高压输电目前我国远距离送电采用的电压有110 kV,220 kV,330 kV，输电干线已采用500 kV，西北电网甚至达到750 kV.(2)高压输电并不是越高越好电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多(3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济
3、等要求选择合适的电压 二、电网供电 1远距离输电基本原理 在发电站内用变压器升压，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、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 升压降压3电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益(2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高 1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少()(2)在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，
4、越粗的导线损失的电压越小()(3)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电()(4)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压()(5)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1n，降压变压器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等()2中央电视台焦点访谈多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其中客观原因是电网陈旧老化近来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格，可采取的措施有()A提高输送功率 B减小输电导线的长度 C提高输电的电压 D减小输电导线的横截面积 C 为减少远距离输电的损耗，可以提高输电的电压，故
5、C项正确；提高输送功率不能减少远距离输电的损耗，减小输电导线的长度的方法不可取，减小输电导线的横截面积反而会增大损耗，故A、B、D错误 3远距离输电中，当输送的电功率为P，输送电压为U时，输电线上损失的电功率为P，若输送的电功率增加为4P，而输电线中损失的电功率减为P4，(输电线电阻不变)那么输电电压应增为()A32U B16U C8UD4U C 根据题意知：PPU2r，14P4PU2r得U8U.合 作 探 究 攻 重 难 输电线上电压和功率损失的计算 1.输电线上的电功率损失(1)原因：输电导线有电阻R线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失(2)计算式：P线I2R线；P线IU线；
6、P线U2线R线.2输电线上的电压损失 若用U表示输电线始端电压，U表示输电线末端电压，则U线UU或U线IR线 3电压损失与输电电压的关系 如果远距离输电的电功率P不变，输电电压为U，输电导线电阻为R线，则输电导线上发热损失的功率P损I2R线 P2U2R线，因此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的 1n2.4注意：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，可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响【例1】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、乙两地原来用500 kV的超高压输电，在保持输送
7、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，不考虑其他因素的影响则()A输电电流变为原来的2倍 B输电线上降落的电压将变为原来的2倍 C输电线上降落的电压将变为原来的12 D输电线上损耗的电功率将变为原来的12 C 根据输送电功率P输U输I输及P输不变，可知，输电电流I输P输U输 1U输，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的12，选项A错误；输电线上降落的电压U降I输R线I输，所以，当输电电流变为原来的12时，输电线上降落的电压也变为原来的 12，选项B错误，C正确；输电线上损耗的电功率P损I2输R线I2输，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的14，选项D错误【例2】
8、某变电站用220 V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%.若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？解析 设输送功率为P，输电电压U1220 V时，损失功率P120%P 又因为P1I21R线，I1 PU1 解得P1P2U21R线 现要求P25%P，同理P2P2U22R线 因此可得P1P220%5%U22U21 所以U22U1440 V.答案 440 V 上例中，若输电电压不变，输电线的电阻应变为原来的多少倍？提示：PI2R线 则P1P220%5%R线1R线241 输电线的电阻应变为原来的14.计算输电线上功率损失的两种方法计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电
9、压：输电电压(输电线始端的电压)U 和输电线上的损失电压 U.(1)P 损UIU2R线，U 是输电线两端的电压，即输电线上损失的电压(2)P 损PU2R 线，U 是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后的电压 跟进训练 1远距离输电，输电功率一定，当输电电压为 U0 时，输电线上的电流为 I0，损失的电功率为 P0.则当输电电压提高为 2U0 时()A由 IUR得，输电线上的电流变为 2I0 B由 IPU得，输电线上的电流变为I02 C由 PU2R 得，输电线上损失的电功率为 4P0 D由 PIU 得，输电线上损失的电功率为 2P0 B 设输电线的电阻为 R，当输电线上的电流为 I0
10、时，损失的电功率为 P0I20R.当输电电压提高为 2U0 时，由 IPU可知输电线上的电流变为I02，输电线上损失的电功率为 P 损I022RP04，故选项 B正确 远距离输电 1.远距离输电的几个基本关系式(1)功率关系：P1P2，P2P 损P3，P3P4.(2)电压关系：U1U2n1n2，U2U 线U3，U3U4n3n4.(3)电流关系：I1I2n2n1，I2I 线I3，I3I4n4n3.(4)输电电流：I 线P2U2P3U3U线R线U2U3R线.(5)输电导线上损耗的电功率 P 损P2P3I2线R 线U2线R线U 线I 线(6)输电导线上的电压损失 U 线I 线R 线U2U3.2两个联
11、系(1)线圈 1(匝数为 n1)和线圈 2(匝数为 n2)中各个量间的关系是：U1U2n1n2，I1n1I2n2，P1P2.(2)线圈 3(匝数为 n3)和线圈 4(匝数为 n4)中各个量间的关系是：U3U4n3n4，I3n3I4n4，P3P4.【例 3】发电机的输出电压为 220 V，输出功率为 44 kW，每条输电线的电阻为 0.2，求：(1)此时用户得到的电压和电功率各为多少？(2)如果发电站先用变压比为 110 的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经 101 的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？思路点拨：解析(1)输电线上的电流 IRPU44 00
12、0220 A200 A 损失的电压 URIRR20.2200 V80 V 损失的功率 PRURIR80200 W 16 kW 故用户得到的电压 U 用户UUR140 V 用户得到的功率为 P 用户PPR28 kW.(2)已知升压变压器的匝数比 n1n2 110 输入电压 U1220 V 因此，升压变压器的输出电压 U2n2n1U12 200 V 输电线上的电流 IR PU244 0002 200 A20 A 损失的电压 URIRR20.220 V8 V 损失的功率 PRURIR820 W160 W 因此，降压变压器的输入电压 U3U2UR2 192 V 已知降压变压器的匝数比 n3n4101
13、所以用户得到的电压 U4n4n3U3 219.2 V 用户得到的功率 P 用户PPR 43.84 kW.答案(1)140 V 28 kW(2)219.2 V 43.84 kW 处理远距离输电的方法技巧(1)画好一张图远距离输电示意图(2)抓住电两端发电站和用户(3)分析一条线输电线(4)研究两次变升压变压器升压和降压变压器降压(5)区分三个量输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)跟进训练 2输送 4.0106 W 的电能，若发电机输出电压为 2 000 V，选用变压器升压后应用横截面积为 4.25 cm2 的铜导线，把电能送到 400 km 远处，线路损耗的功率为 5.0 105
14、 W若已知铜的电阻率 1.7108 m，求：(1)应选用匝数比为多少的升压变压器；(2)在用户方使用降压变压器，其原线圈两端的电压为多大 解析(1)由 PI2R 得 IPR，式中 P 为线路损耗功率，R为线路总电阻，两条导线总电阻 RLS 2LS，则 R1.7108410524.25104 32 所以 IPR125 A 因为 P 输入P 输出，所以在升压变压器副线圈两端的电压为 U2P2I 3.2104 V 故n1n2U1U2 116.(2)设 U2 为降压变压器原线圈两端的电压，则 U2U2IR2.8104 V.答案(1)116(2)2.8104 V课 堂 小 结 提 素 养 1物理观念输电
15、线上电能损失、远距离高压输电的原理 2科学思维体会降低输电损耗的两个途径，能分析计算高压输电的损耗情况 3科学思维能分析远距离输电的基本过程，会对基本的远距离输电线路进行定量计算 4科学思维体会远距离输电的基本要求和电网供电的优点，并能据此设计基本的供电框架图 1关于电能输送的以下分析，正确的是()A由公式 PU2R 知，输电电压越高，输电线上功率损失越少 B由公式 PU2R 知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少 C由公式 PI2R 知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大 D由公式 PUI 知，输电导线上的功率损失与电流成正比 C 输电线上损失的功率 P 损I2R 线U2损R线，U 损
16、指输电线上的分压，而不是输电电压，选项 C 正确 2某用电器离供电电源的距离为 l，线路上的电流为 I.若要求线路上的电压降不超过 U.已知输电导线的电阻率为，那么该输电导线的横截面积的最小值是()A.lIU BI2 C.2lIU D.2UlI C 因为导线的总长度为 2l，所以电压降 UIRI2lS，解得 S2lIU，故选项 C 正确 3(多选)如图为远距离输电示意图，发电机的输出电压 U1 和输电线的总电阻 r、理想变压器匝数均不变，且 n1n2n4n3.当用户用电器的总功率增大时()AU1U2U4U3 B用户的电压 U4 增加 C输电线上的损失功率增大 D输电线上损耗的功率占总输送功率的
17、比例增大 ACD 根据U1U2n1n2，U3U4n3n4以及 n1n2n4n3，知 U1U2U4U3，故 A 正确用户用电器总功率增大时，输送功率变大，输电线上的电流增大，根据 P损I2r 知，输电线上损耗的功率增大，根据 UIr 知，输电线上的电压损失变大；发电机的输出电压 U1不变，则升压变压器的输出电压 U2 不变，降压变压器的输入电压 U3变小，用户的电压 U4 减小，故 B 错误，C 正确.P损P PU22rP PU22r，输送电压 U2 和线路电阻 r 不变，所以损耗功率占总功率比例增大，故 D 正确 4如图所示为远距离交流输电的简化电路图发电厂的输出电压是 U，用等效总电阻是 r
18、 的两条输电线输电，输电线路中的电流是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()A用户端的电压为I1U1I2 B输电线上的电压降为 U C理想变压器的输入功率为 I21r D输电线路上损失的电功率为 I1U A 理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为U2，则有 I1U1U2I2，U2I1U1I2，选项 A 正确；输电线上的电压降为UI1r，或者 UUU1，选项 B 错误；理想变压器的输入功率为 PI1U1，选项 C 错误；输电线路上损失的电功率为 PI21r，选项 D 错误点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!
