1、专题45 高压输电问题高压输电问题概述因为输电线上的功率损耗正比于电流的平方（焦耳定律）。根据所以在远距离输电时就要利用大型电力变压器升高电压以减小电流，使导线减小发热，方能有效地减少电能在输电线路上的损失。由发电厂发出的电功率是一定的，它决定于发电机组的发电能力，根据P=UI，发电机的功率不变效应，若提高输电线路中的电压U那么线路中电流I一定会减小，输电线损失的功率一定会相应减小，如果线路中电流降低到原来的1/2那么线路中损失的功率就减少为远损耗的1/4，因此说提高电压可以很有效的降低线路中的功率损失。减小发热量的方法由焦耳定律，减小发热Q有以下三种方法：减小输电时间t，二是减小输电线电阻R
2、，三是减小输电电流I。可以看出，第三种办法是很有效的：电流减小一半，损失的电能就降为原来的四分之一。要减小电能的损失，必须减小输电电流，另一方面，输电就是要输送电能，输送的功率必须足够大，才有实际意义。根据公式P=UI，要使输电电流I减小，而输送功率P不变（足够大），就必须提高输电电压U。显然，高压输送经济。当用高电压把电能输送到用电区后，需要逐次把电压降低，恢复到正常电压。对点训练1“西电东送”是将我国西部发电车发出的电输送到我国东部，由发电厂输出的电功率是一定的，它决定于发电机组的发电能力.根据P=UI中发电机的功率不变效应，若提高输电线路中的电压U，那么线路中的电流I一定会减小，反之亦然
3、.输电线路的电能损耗主要是输电线电流热效应，输电线损失的热功率P=I2R，所以采用输电线的电阻要尽量小.如果线路中电流降低到原来的12，那么线路中损失的热功率就减少为原来的14，因此提高电压可以很有效地降低输电线路中的热功率损失.设发电厂的输出电功率P0=1.1108W，输电线路上的总电阻为10。（1）若采用110kV的超高压输送电能，输电线路的电流I1=_，输电线路损失的热功率P1=_W，其与发电厂输出电功率P0之比P1：P0=_.（2）若采用1100kV超高压输送电能，输电线路损失的热功率P2=_W，其与高压输送电能损失的热功率P1之比P2：P1=_.所以采用超高压远距离输电可以大大降低输
4、电线路的_的损失.（3）若想使输电线路中的热功率损耗为零，还可以采用_做为输电线材料.【答案】 1000 1107 1：11 1105 1：100 热功率超导材料【解析】（1）采用110kV的超高压输送电能，即U1=110kV=1.1105V；由P=UI得输电线路的电流为：I1=P0U1=1.1108W1.1105V=1000A；此时输电线路的热功率：P1=I12R线=（1000A）210=1.0107W此功率与输出电功率P0之比为：P1P0=1.0107W1.1108W=111；（2）若采用1100kV超高压输送电能，即U2=1100kV=1.1106V；此时输电线路的电流为I2=P0U2=
5、1.1108W1.1106V=100A则输电线路的热功率为P2=I22R线=（100A）210=1.0105W该功率与高压输送电能损失的热功率P1之比为P2P1=1.0105W1.0107W=1100可见采用超高压远距离输电可以大大降低输电线路的热功率损失；（3）若想使输电线路中的热功率损耗为零，根据P=I2R可知，只能是导线的电阻为零，所以还可以采用超导体做为输电线材料。2如图是供电设备向居民楼用户输电的示意图，为保证居民楼内的用户所有用电器都能正常工作，居民楼的输入导线间电压必须保证为220V，当居民楼内消耗的功率为44 kW时，（1）通过输电线的电流为多少安?（2）若输电线的总电阻为0.
6、1，供电设备的输出电压是多少伏？（3）居民楼内由于家用电器的增加，将向供电部分申请“增容”，即增加用电功率在不改变输电线情况下，当居民的用电器的额定功率由44kW增加到88kW，所有用电器均在正常工作时，输电线路损失的功率比“增容”前增加了多少?（4）若要求减小输电线损失的功率，用学过的公式及知识说明应采取的措施【答案】（1）200A（2）240V（3）12000w（4）由P损=I2R线可知，导线上损失的功率与电流的平方和导线的电阻有关减小输电线损失的电功率时，为保障用户的用电器正常工作，I不能减小，只能减小R线R线随导线长度的变短而变小，随横截面积变大而变小，还跟材料有关因居民楼到供电设备间
7、距离不能变短，所以导线的长度不能变小，减小输电线的电阻应换用较粗的导线或改变输电线的材料【解析】通过输电线的电流为：I1=P1/U1=44kw/220V=200A输电线分担的电压：U2=IR=200A0.1=20V供电设备的输出电压：U=U1+U2=220V+20V=240V增容后输电线中电流：I2=P2/U1=88kw/220V=400A增容后输电线损失的功率：P损2=I2R=（400A）20.1=16000w增容前输电线损失的功率：P损1=I12R=（200A）20.1=4000w输电线损失的功率比“增容”前增加了：P损=16000-4000w=12000w由P损=I2R线可知，导线上损失
8、的功率与电流的平方和导线的电阻有关减小输电线损失的电功率时，为保障用户的用电器正常工作，I不能减小，只能减小R线R线随导线长度的变短而变小，随横截面积变大而变小，还跟材料有关因居民楼到供电设备间距离不能变短，所以导线的长度不能变小，减小输电线的电阻应换用较粗的导线或改变输电线的材料（例如：铝线换成铜线），从而达到减小输电线损失的功率的目的3有一根两端电压为220kV的高压输电线，是用普通的铝绞线制成的，允许通过的最大电流为300A，但弱小的鸟儿踩在裸露的高压线上却安然无恙如图，如果小鸟两爪间的距离是5cm，这段5cm长的铝导线的电阻是15105求：（1）如果通过鸟儿两爪间输电导线的电流为300
9、A，则这段5cm长的铝导线两端的电压为多少V？（2）如果小鸟的电阻为1000，此时通过小鸟身体的电流为多少A？【答案】（1）4.5102V；（2）4.5105A【解析】（1）这段导线两端的电压：UIR300A1510-54.510-2V；（2）小鸟与这段导线并联，则小鸟两爪间的电压U4.510-2V，通过小鸟的电流： I4.510-5A4南阳市南召县回龙抽水蓄能电站，是我省第一座抽水蓄能电站。在深夜用电低谷，它用电网过剩的电能把山下水库的水抽到山顶水库内，白天用电高峰时放水发电，补充电网电能不足，为缓解我省电网的调峰压力做出了贡献。(1)蓄能电站放水发电时，_能转化为_能。(2)该蓄能电站的发
10、电总功率为110MW，采用220kV高压进行输电，求高压输电线中的电流。(3)该蓄能电站每天可发电5小时，如果一天的发电量由热电转换效率为30%的热电厂来提供，需要消耗多少煤？(煤的热值q = 3. 0I07J/kg)【答案】（1）机械电（2）500A （3）【解析】（1）蓄能电站也是电站，电站的核心就是发电机，所以发电时是将水的机械能转化为电能；（2）根据电功率计算式P=UI可得高压输电线的电流为：；（3）5小时发电量为：，需要的热量为：，所以需要的煤的质量为：。5中国95后的天才科学家曹原，在2018年3月5日，成功实现了石墨烯的“超导电实验”，破解了困扰全球物理学界107年的难题，为超导
11、研究打开了一扇新的大门，可能成为常温超导体研究的里程碑，超导应用即将走进我们的生活现有一个小型水电站，如图所示，发电机提供的电压U=250V，保持恒定，通过输电线向较远处用户输电，输电线的总电阻R0= 0.15闭合开关S，若发电机提供给电路的总功率P=50kW，求：（1）通过输电线的电流和输电线上损耗的热功率P0；（2）用户得到的功率P1和输电效率；（3）若将输电线改为超导输电线，在保证用户得到以上功率不变的情况下（此时可在用电器前端加一调压装置，以保证用电器能正常工作），与原来相比，每天节省的电能可供一个额定功率P2 =1kW的电饭煲正常工作多少天？（假设电饭煲每天工作2小时）【答案】（1）
12、200A 6kW（2）88%（3）72天【解析】（1）通过输电线的电流I=200A，输电线上损耗的热功率P0=I2R0=(200A)20.15=6103W=6kW；（2）用户得到的功率P1=P总-P0=50kW-6kW=44kW，输电效率=88%；（3）根据能量关系得到W0=W2，P0t1=P2t2N，6000W243600s=1000W23600sN，N=72天答：（1）通过输电线的电流是200A，输电线上损耗的热功率是6kW；（2）用户得到的功率是44kW，输电效率是88%；（3）每天节省的电能可供一个额定功率P2 =1kW的电饭煲正常工作72天6抗“疫”就是号令，时间就是生命。7000人
13、10天建成火神山医院，中国速度再次惊艳世界！如图所示，火神山医院用电是通过设立在附近的“变电站”提供的，正常供电时，为保证医院的用电器能正常工作，医院的输入电压应为U0，已知医院用电器的总功率为P0、输电线的总电阻为r，请完成以下问题：（特别提示：当导线比较短的时候，其电阻通常忽略不计。但长距离输电时，输电线的电阻则不能忽略不计。）(1)正常供电时，输电线中的电流及变电站的输出电压；(2)假如医院需要“增容”，即增加医院的用电功率，为保证医院的用电器仍能正常工作，变电站的输出电压应相应的增加。若变电站的输出电压增加了U，则医院用电器的总功率在P0的基础上增加了多少？输电线上消耗的功率比“增容”
14、前增加多少？【答案】(1) ；(2) ；【解析】(1)正常供电时，输电线中的电流变电站的输出电压(2)增容后电路中电流增加I=医院用电器总功率增加P0=U0I= U0增容前导线损失的功率P线=I2r=()2r增容后导线损失的功率增容后导线损失的功率增加答：(1)正常供电时，输电线中的电流是，变电站的输出电压是；(2)医院用电器的总功率在P0的基础上增加了，输电线上消耗的功率比“增容”前增加。7如图所示是某医院的应急供电线路示意图。柴油发电机到用电区的输电线路所用导线单位长度的电阻为5104/m，柴油发电机的输出电压为260V。用电区内每个用电器的额定电压均为220V，总功率为44kW，当这些用
15、电器都正常工作时，求： 输电线路中的电流多大？ 输电线路损失的电功率是多少？ 发电机与用电区间的距离？ 若应急供电1小时，发电机效率为30%，医院最少需要准备多少柴油？（柴油的热值为4.0107J/kg）【答案】（1）200A(2)40 V (3)200m(4)15.6kg【解析】（1）由题意知：额度电压，总功率，根据公式得，输电线路电流(2)发电机输出电压，导线上的电压降，所以输电导线上损失的功率(3)导线的总电阻，每米导线电阻为，所以导线长，发电机与用电区间的距离。(4)应急供电1小时，发电机对外做功，发电机效率为30%，消耗热量，知柴油热值，所以需要消耗柴油质量。医院最少需准备15.6kg。
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