1、3.1 高压输电原理学 习 目 标 知 识 脉 络1知道远距离输电线上的损失与哪些因素有关2知道交流输配电网的设计3掌握输电线上的功率损失和电压损失的计算(重点、难点)4掌握高压输电原理及减少输电线上功率损失的方法(难点)自 主 预 习 探 新 知知识梳理一、远距离输电为什么要用高电压1电能损耗的根本原因输电线有电阻，输电线的电阻把电能转化为内能而损失掉2减少损耗的途径(1)可以增大导线 横截面积以减小输电电阻(2)采用升高输电电压 的方法，以减小输电电流从而减小电能损耗3高压输电的原理由输电线上损耗的电功率公式 P 损 可知，提高输送电能的 电压，可以更有效P20RU2的减小输电线路上的电能
2、损失二、交流输配电网1电能输送的系统性高压输电有效地解决了电能在输电线路上的损耗问题，但也不是电压越高越好，电压越高，对输电线路及其有关设备的绝缘性能要求越高，会受到更多因素的影响2输电线路的构成建造电能输配电网是为了确保电能的输送经济、可靠，发电机发出的交变电流先送到升压变电站，将电压升高到 220 kV 以上，进行高压送电；在用电区，先由第一级变电站将电压降到 110 kV，再送到第二级变电站，将电压降到 10 kV 送到用电区对普通生活用电，则要用降压变压器进一步降到 220_V.基础自测1思考判断(1)采用高压输电可以节省电线材料，减少输电线上能量损耗 ()(2)采用高压输电，可减少电
3、能损耗，因而电压越高越好 ()【提示】 综合考虑，并不是电压越高越好(3)在电能的输送过程中， U 为输电电压，r 为输电线电阻，则输电线中电流 I . ()Ur【提示】 U 为输电电压，并不是导线两端电压(4)远距离输电是应用了提高电压和减小电阻两个方面来实现的 ()(5)高压输电中的高电压，到用户那里可以直接应用 ()【提示】 高压输电中的高电压，到用户那里要用降压变压器逐步降到 220 V.(6)由 PI 2r 可知减小输电线电阻和降低输电电流可减小输电损失()2(多选 )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(不考虑电抗产
4、生的损失)( )A功率损失是原来的1nB功率损失是原来的1n2C电压损失是原来的1nD电压损失是原来的 n 倍BC 设输电电压为 U，所输送的功率为 P，输电线路总电阻为 R，则输电电流I ，线路的功率损失 P I2R ，可知 P ，当输电电压 U 升高为原来的 nPU P2RU2 1U2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 UIR ，可1n2 PRU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1U 1n确3交流输电线路中功率损失的主要原因( )A输电导线具有电阻B输电导线具有容抗C输电导线具有感抗D以上说法均不正确A 电能的主要损
5、耗是电热，由P I 2R 可知 A 选项正确 合 作 探 究 攻 重 难远距离输电用高电压的原因1电压损失(图 311)：由于输电导线有电阻，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 U3 比起始端电压要低这就是输电线路上的电压损失 U U2U 3IR 线 对于交流电路，感抗和容抗也会造成电压损失，高中阶段暂不研究图 3112功率损失：由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因设输电电流为 I，输电线的电阻为 R 线 ，则功率损失为 P I2R 线3减小输电线路上电压损失和功率损失的方法：根据电压损失的表达
6、式 UIR线 和功率损失 PI 2R 线 可知，要减少输电线上的电压损失和功率损失，有两种方法：(1)减小输电线的电阻 R 线 ：根据电阻定律可知 R 线 ，要减小输电线的电阻 R 线 ，lS可采用下述方法：减小材料的电阻率 .银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线材料减小输电线的长度 l 不可行，因为要保证输电距离增加导线的横截面积可适当增大横截面积，太粗不可能，既不经济又架设困难另外，用增大输电导线横截面积的方法来减小电阻对低压照明电路有效，在高压线路中，因容抗和感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大故这种方法在高压输电中的应用效果不佳(2)减小输电电流：在输电功率一
7、定的条件下，根据 P UI 可知，要减小输电线中的电流 I，必须提高输电电压 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，根据 UIR 线 R 线 知，输电线上的电压损失将变为原来PU的 ，根据 P R 线 知，输电线上的功率损失将降为原来的 .所以减小输电电流，1n (PU)2 1n2采用高压输电的方法比减小输电线电阻的方法更有效中国已投产运行的 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
8、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12D输电线上损耗的电功率将变为原来的12思路点拨：由 PUI 分析电流变化，由 UI r 及 P 损 I 2r 分析电压损失及功率损失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 ，选项 A 错误；输电线上降落的电压 U 降12I 输 R 线 I 输 ，所以，当输电电流变为原来的 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
9、P 损 I R 线 I ，所以输电线上损12 2输 2输耗的电功率将变为原来的 ，选项 D 错误141注意区别： 输电电压 U 与输电线上降落的电压 U；输电功率 P 与输电线上损失的功率 P.2抓住不变量：输送电功率不变，由 PUI 判断出输电电流 I 的变化，从而由UIR 、 PI 2R 判断 U、 P 的变化.针对训练 1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 ，通过输电线的电流为 I，学校输入电压为 U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，不正确的是( ) A BU21R线 U1 U22R线CI 2R 线 DI( U1U 2)A 输电线功率损耗 P 损 I2
10、R 线 IU 线 ，其中 U 线 U 1U 2，故 B、C、DU2线R线正确，A 不正确交流输配电网发电机将机械能转化为电能，并通过导线将电能输送给负载发电机的电能向用户输送时，为了减少在输电线上电能的损失应采用高压输电，此类问题要构建远距离高压输电的模型，抓住能量守恒这条线索，是解决发电输电用电类问题的关键为了减少火电站中煤的燃烧对大气的污染，要大力发展水电站三峡水利工程中某一水力发电站的发电机组设计为：水以 v13 m/s 的速度流入水轮机后以v21 m/s 的速度流出，流出水位比流入水位低 10 m，水流量 Q10 m3/s，水轮机效率为 75%，发电机效率为 80%，试求发电机组的输出
11、电功率是多少( g 取 10 m/s2)?思路点拨：水的机械能的一部分转化为电能，由能量守恒求解【解析】 水轮机在时间 t 内获得的机械能E 75% Jmgh 12mv21 v2 75% JQtgh 12Qtv21 v2 75% 101031010t 1210103t32 12J7.8 105t J.则发电机输出电能 E 电 E80%6.2410 5t J，发电机的输出功率 P0 624 kW.E电t【答案】 624 kW1明确发电机的能量转化关系.2明确输电电压和导线损失的功率.3注意区分输电电压和输电导线上损失的电压以及它们的应用.针对训练 2某小河水流量为 4 m3/s，水流下落的高度为
12、 5 m现在利用它来发电，设所用发电机的总效率为 50%，g 取 9.8 m/s2，求：(1)发电机的输出功率；(2)若输电导线的总电阻为 4 ，输电导线上损失的电功率为发电机输出功率的5%，则需用多大的电压输送电能；(3)输电导线上的电压损失【解析】 (1) 水由高处流下，重力势能转化为动能，推动水轮机做功，设水的流量为 Q，则发电机的输入功率为 P1Qgh所以输出功率为 P2P 1Qgh 50%1.010 349.85 W9.810 4 W.(2)设输电电压为 U，输电线上的电流为 I，电阻为 R，损失的电功率为 P3，由P3I 2R 得I A35 AP3R 5%P2R 5%9.81044
13、由 P2IU 得输电电压U V2.810 3 V.P2I 9.810435(3)输电导线上损失的电压为UIR354 V140 V.【答案】 (1)9.8 104 W (2)2.8103 V(3)140 V当 堂 达 标 固 双 基1高压输电电压为 U，输电线电阻为 r，则下列说法正确的是( ) A若发电机输出功率不变，使输出电压变大，则输电线上损失的功率变小B输电线上损失的功率为 P ，故导线电阻越大，损失的功率越小U2rC通过输电线的电流为 I ，故输电电压越高，电流越大，损失的功率越大UrD以上说法都不对A 设发电机输出功率为 P，则 PUI，使输电电压 U 增大，则输电电流 I 减小，又
14、由输电线上损失的功率 PI 2r 得，输电线上损失的功率减小，所以选项 A 正确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，则下列说法中正确的是( )A输电线上输送的电流大小为 2.0105AB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 P ，U 为输电电压，r 为输电线的电阻U2rB 输电线上输送的电流为 I 6 000 A，选项 A 错误；输电线PU 3106kW500 kV上由电阻造成的电压损失为 U 损 IR
15、 线 6 0002.5 V1.510 4 V，选项 B 正确；若输电电压为 5 kV，则输电线上损失的功率不可能大于输电总功率 3106 kW，选项 C错误； P 中，U 应当为输电线上损失的电压，选项 D 错误U2r3超导是当今科技研究的热点，利用超导材料可实现无损耗输电现有一直流电路，输电线总电阻为 0.4 ，它提供给用电器的电功率为 40 kW，电压为 800 V若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，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 B1.610 3 kWC1.6 kW D10 kWA 节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率，I A50 PU 40103800A，P 损 I 2R50 20.4 W1 000 W，故节约的电功率为 1 kW，A 项正确
