1、- 1 -第 3 讲 电能的远距离传输目标定位 1.了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.3.了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计.4.了解高压直流输电的原理一、为什么要采用高压输电1电功率损失(1)损失的电功率 P I2R，即在输电线上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比(2)在输送电功率不变的前提下，要减少电功率损失，只能采取减小导线中电流的方法2电压损失：在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取减小输电电流的方法，或减小输电线电阻的方法3高压输电：由 P UI 知，在保证 P 不变
2、的情况下，必须提高输送电压 U，才能减小电流 I.二、高压交流输电1远距离输电的基本思路如图 1 所示在发电站内用升压变压器升高电压然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压图 12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)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高三、高压直流输电- 2 -直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电和用电环节仍是交流；输电过程中只用两根导线整流器和逆变器可以实现交流电和直流电的转换.一、降低输电损耗的两个途径1输电导线上的功率损失(1)损失
3、功率计算：设输电电流为 I，输电线电阻为 R 线 ，则输电线上的功率损失为 P I2R线(2)减小输电线上功率损失的方法：减小输电线的电阻 R 线 ：由 R 线 得，要减小 R 线 ，在 l 保持不变的情况下，可以减小lS ，增大 S.减小输电电流 I：由 P UI 得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施2输电线上的电压损失(1)输电线路始端电压 U 跟末端电压 U的差值，称为输电线路上的电压损失， U U U，如图 2 所示，电压损失还可以表示为 U IR 线 R 线PU图 2(2)减少输电线上电压损失的方法：减小输电
4、线的电阻提高输送电压例 1 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(不考虑电抗产生的损失)( )A功率损失是原来的 B功率损失是原来的1n 1n2C电压损失是原来的 D电压损失是原来的 n 倍1n答案 BC- 3 -解析 设输电电压为 U，所输送的功率为 P，输电线路总电阻为 R 线 ，则输电电流 I 线 ，线PU路的功率损失 P I R 线 ，可知 P ，当输电电压 U 升高为原来的 n 倍时，功2线P2R线U2 1U2率损失变为原来的 ，故选项 B 正确；线路上的电压损失 U I 线 R 线 ，可知1n2 PR线U U ，当输
5、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 正确1U 1n针对训练 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 ，通过导线的电流为 I，学校输入电压为 U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是( )A. B.U21R线 (U1 U2)2R线C I2R 线 D I(U1 U2)答案 BCD解析 输电线功率损耗 P 损 I2R 线 IU 线 ，其中 U 线 U1 U2，故 B、C、D 正确U2线R线二、远距离输电及基本关系1输电线路的构成由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成2远距离输电的基本关系(如图 3 所示)图 3(1)功率
6、关系P1 P2， P3 P4， P2 P P3能量守恒(2)电压、电流关系 ， 理想变压器U1U2 n1n2 I2I1 U3U4 n3n4 I4I3U2 U U3， I2 I3 I 线 串联电路中电压、电流关系(3)输电导线中电流： I 线 .P2U2 P3U3 U2 U3R线(4)输电导线上损耗的电功率： P UI 线 I R 线 2R 线2线 (P2U2)3特别强调(1)升压变压器副线圈的电压 U2不等于降压变压器原线圈的电压 U3，输电线上的电压损失- 4 - U I 线 R 线 ，输电线上的功率损耗 P I R 线2线(2)计算输电线的电阻时，应注意输电线长度为距离的两倍(3)处理远距
7、离输电问题首先要画出输电线路示意图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置；其次解题时要抓“两头”电源、用电器要注意“中间两条线”输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为三个独立的回路以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起来，利用能量守恒、变压比、变流比等规律进行分析与计算例 2 发电机两端电压为 220V，输出功率 44kW，输电导线的总电阻为 0.2，如果用原、副线圈匝数之比为 110 的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为 101 的降压变压器降压供给用户(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的
8、电压和功率答案 见解析解析 (1)示意图如图所示(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压 U2 U12200V据理想变压器 P 入 P 出 ，n2n1则升压变压器副线圈的输出电流 I2 A20A，输电线上的功率损失和电压损PU2 441032200失分别为P 损 I R 线 20 20.2W80W.2U 损 U I2R 线 200.2V4V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为U3 U2 U 损 2200V4V2196V，I3 I220A.降压变压器副线圈的输出电压和电流为U4 U3 2196V219.6V，n4n3 110I4 I31020A200A.n3n4- 5 -用户得到的功率
9、为 P4 U4I4219.6200W4.39210 4W.(3)若直接用 220V 低压供电，电路如图所示，则输电电流 I A200A输PU1 44103220电线路上的电压损失 U I R 线 2000.2V40V.所以用户得到的电压 U2 U1 U220V40V180V，用户得到的功率为 P U2 I180200W3.610 4W.输电线上损耗的问题1某发电厂原来用电压为 U1的交流电输电，后改用变压比为 150 的升压器将电压升高为U2后输电，输送的电功率保持不变若输电线路的总电阻为 R 线 ，则下列说法中正确的是( )A由公式 I 可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的PU2 150
10、B由公式 I 可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的 50 倍U2R线C由公式 P I2R 线 可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的12500D由公式 P 可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的 2500 倍U2R线答案 AC解析 由 可知， U250 U1，输送功率不变，由公式 I 可知，输电线中的电流变为原U1U2 n1n2 PU2来的 ，选项 A 正确；由 P I2R 线 2R 线 可知，输电线上的功率损耗减为原来的 ，150 (PU2) 12500C 选项正确；B、D 选项中的 U2应为损失的电压，所以选项 B、D 是错误的2某水电站，用总电阻为 2.5 的输电线输电
11、给 500km 外的用户，其输出电功率是3106kW.现用 500kV 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 2105AB输电线上由电阻造成的损失电压为 15kVC若改用 5kV 电压输电，则输电线上损失的功率为 9108kWD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U2R答案 B解析 输电线上输送的电流为 I A610 3A，A 错；输电线上损失的电PU 3106103500103- 6 -压为 U 损 IR610 32.5V1.510 4V15kV，B 项正确；当用 5kV 电压输电时，输电线上损失的功率若超过 3106kW，与实际情况相矛
12、盾，故 C 项错误；当用公式 P 计算损U2R失的功率时， U 为输电线上损失的电压而不是输电电压，D 项错误远距离高压输电的应用3某小型水电站的电能输送示意图如图 4 所示，发电机的输出电压为 200V，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 220V 的用电器正常工作，则( )图 4A. n2n1 n3n4B. n2n1 n3n4C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率答案 AD解析 由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压
13、变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数的关系，可知要让用电器正常工作，必须有 n2n1，故 A 项对，B、C 项错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知 D 项也正确n3n44在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失有一个电站，输送的电功率为P500kW，当使用 U5kV 的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差 4800 度求：(1)这时的输电效率 和输电线的总电阻 R 线 ；(2)若想使输电效率提高到 98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？答案 (1)60% 20 (2)22.4kV解析 (1)由于输送功率为 P500kW，一昼夜输送电能 E Pt12000 度，终点得到的电能E7200 度，因此效率 60%.输电线上的电流可由 I 计算，为 I100A，而输电线损PU耗功率可由 P 损 I2R 线 计算，其中 P 损 kW200kW，因此可求得 R 线 20.480024(2)输电线上损耗功率 P 损 2R 线 ，原来 P 损 2200kW，现在要求 P 损 10kW，计算(PU) 1U2- 7 -可得输电电压应调节为 U22.4kV.
