1、第五章 交变电流第5节 电能的输送 学 习 目 标 1知道电能输送的基本要求及电网供电的优点2知道远距离输电时输电线的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理3知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识填一填|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：保证供电线路可靠地工作，少有故障(2)保质：保证电能的质量 1和 2稳定(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少2输电线上的功率损失：P 3，I 为输电电流，R 线为输电线的电阻电压频率I2R 线3降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的 4：在输电距离一
2、定的情况下，为了减小 5，应当选用 6的金属材料，还要尽可能增加导线的 7(2)减小输电导线中的 8：为了减小输电 9，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电 10电阻电阻电阻率小横截面积电流电流电压二、电网供电1远距离输电基本原理：远距离输电的基本电路如图所示在发电站内用 11变压器 12，然后进行远距离输电，在用电区域通过 13变压器降压降到所需的电压升压升压降压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，形成的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)减少 14的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的
3、15(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高断电质量|基础小题做一做|1正误判断(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成正比()(2)减小输电损失可通过减小输电线的电阻和降低输电电流来实现()(3)由 PU2r 可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小()(4)现在世界各国普遍采用一个电厂与一批用户“一对一”的供电方式()(5)采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益()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，其客观原因是电网陈旧老化近来，农村进行电网改造，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()
4、A提高输送功率 B增大输送电流C提高输电电压D减小输电导线的横截面积解析：选 C 电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高减少损耗的途径：一、减小输电导线中的电流，即提高输电电压；二、减小输电线的电阻，即增大导线的横截面积，故 C 正确3500 千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程若输送功率为 3 200 万千瓦，原来采用 200 千伏输电，由于输电线有电阻而损失的电功率为 P，则采用 500千伏超高压输电后，在输电线上损失的电功率为(设输电线的电阻未变)()A0.4PB0.16PC2.5PD6.25P解析：选 B 根据 P 损P送U2r 可知，当输电电压由 200 kV升高到 5
5、00 kV 时，其线路损耗由 P 减小到 0.16P，故 B 正确，A、C、D 错误4由欧姆定律 IUR可知，导体两端加的电压越大，导体中流过的电流越大，可在高压输电过程中，却有“提高电压，降低电流”的结论，这二者间是不是有矛盾？提示：不矛盾欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，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|核心知识记一记|1输送电能的基本要求是可靠、保质、经济2根据 P 损I2r 可知，减小输电线上的功率损失有两个途径：一是减小输电线的电阻，二是减小输电电流3在输送功率一定时，提高输送电压，可以减小输电电流析要点、研典例、
6、重应用课堂互动探究要点一 输电线上的电压和功率损失|要点梳理|1输电线上的电压损失(1)电压损失：输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失(2)减少输电线路电压损失的两种方法减小输电线路电阻：由 RLS可知，距离一定时，使用电阻率小的材料，增大导线横截面积可减小电阻减小输电电流：由 IPU可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流2输电线上的电功率损失(1)电功率损失原因：任何输电导线都有电阻，因此当电流通过输电导线向远方输送时，输电线因有电阻而发热功率损失的计算：PI2R，I 为输电线路上的电流，R为线路电
7、阻(2)减少功率损失的方法减小输电线的电阻 R；根据 RLS，减小电阻率，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；增大导线的横截面积S，这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难减小输电电流 I：根据 IPU，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，根据P 损PU2R 知，输电线上的功率损耗将降为原来的 1n2.|例题展示|【例 1】(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()AU12R BU1U22RCI
8、2RDI(U1U2)解析 输电线上功率损耗 PI2RU2R IU，而 UU1U2，故 B、C、D 正确答案 BCD【例 2】(多选)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 6.0103 AB输电线上由电阻造成的电压损失为 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 PU2r，U 为输电电压，r 为输电线的电阻解析 输电线上输送的电流为 IPU31095105 A6 000 A，选项 A 正确；输电线上
9、由电阻造成的电压损失为 U 损Ir6 000 2.5 V1.5104 V，选项 B 正确；输电线上损失的功率不可能大于输送的总功率为 3106 kW，选项 C 错误；输电线上损失的功率为 PU2r 中，U 应当为输电线上损失的电压，选项 D 错误答案 AB易 错 警 示(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压 U，损失电压是指降落在输电线路上的电压 UIR.(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，损失功率是输电线上消耗的功率(3)无论从减少输电线路上的功率损失，还是减少电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流|对点训练|1关于电能输送的以下分析，正确的是()A由公式 PU2R
10、 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解析：选 C 输电导线上损失的功率 P 损I2RU2R，U指输电线上损失的电压，而不是输电电压，故 C 正确2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 2I0B由 IPU得，输电线上的电流变为I02C由 PU2R 得，输电线上损失的电功率为 4P0D由 PIU 得
11、，输电线上损失的电功率为 2P0解析：选 B 设输电线的电阻为 R，当输电线上的电流为I0 时，损失的电功率为 P0I02R.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3随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为 U1，输电导线总电阻为 R，在某一时段用户需求的电功率为 P0，用户的用电器正常工作的电压为 U2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是()A输电线上损耗的功率为P02U22RB输电
12、线上损耗的功率为P02U12RC若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D采用更高的电压输电会降低输电效率解析：选 C 发电厂输出电压为 U1，升压变压器的匝数比未知，无法计算输送电压和输电线上损耗的功率，A、B 选项错误；根据 P 损I 送2RP送U送2R 可知，要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电，C 选项正确；输电效率为 P送P损P送P送P送U送2RP送1P送RU送2，在输送功率一定的情况下，采用高压输电，输电效率提高，D 选项错误要点二 远距离输电|要点梳理|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：U1U2n1n
13、2，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P2P3I 线2R 线U线2R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.|例题展示|【例 3】风力发电作为新型环保能源
14、，近几年来得到了快速发展，已知某风车阵中发电机输出功率为 100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是 220 V，输电线电阻为 10.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的 4%，试求：(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(2)画出此输电线路的示意图；(3)用户得到的电功率解析(1)P 损I22R 线4%PI2P损R线4 00010 A20 APU2I2U2PI210010320 V5 000 V升压变压器原、副线圈匝数比n1n2U1U2 2505 000 120U3U2U损U2I2R线，代入数据，解得 U34 800 V 降压变压器原、副线圈匝数比n3n4U3
15、U44 800220 24011.(2)如图所示(3)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率，为P 用PP 损P(14%)10096%kW96 kW.答案(1)120 24011(2)见解析图(3)96 kW规 律 方 法远距离输电问题的分析思路(1)明确远距离输电的过程，画出输电的过程图(2)清楚远距离输电过程图的三个独立的回路(3)变压器是连接三个回路的关键，明确各个回路的电压、电流间的关系(4)从输电电压、输电功率或输电线的功率损失与输电线的电阻计算输电电流(5)分清输电电压和输电线上的电压，确定输电功率、输电线损失功率和用户得到的功率(6)根据欧姆定律确定用电回路中各个元件的电压、电流
16、和功率|对点训练|1(多选)(2019广西南宁三中模拟)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 改接为 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 CD 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2(
17、2018福建莆田六中月考)如图为远距离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 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输电线路上损失的电功率 I1UB输电线上的电压降为 UC理想变压器的输入功率为 I12rD用户端的电压为I1U1I2解析：选 D 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)，故 A 错误；发电厂的输出电压是 U，所以输电线上的电压不可能降为 U，故 B 错误；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，
18、所以输电线损耗的功率是 I12r，故 C 错误；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 D 正确3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用户，发电机输出功率是 120 kW，输出电压是 240 V，升压变压器原、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：(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？解析：(1)根据理想变压器的变压规律U1U2n1n2得输电电压U2n2n1U1251 240 V6 000 V输电电流 I2 PU21201036 000 A20 A输电线上损失的功率 PI22r20210 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n3n4U3U45 800 V220 V 29011.答案：(1)4 000 W(2)29011课堂小结word部分：请做：课时分层训练练规范、练能力、学业过关点此进入该word板块