1、第3节 电能的远距离传输,学习目标：1.知道“便于远距离输送”是电能的优点之一，知道输电过程 2理解为什么远距离输电要用高压 3知道输电线上电压和电功率的损失和如何减少损失 重点难点：高压输电的原理及功率损耗计算 易错问题：1.在功率损失和电压损失的计算中，易出现乱用物理量的现象 2在远距离输电的过程分析中，易出现制约关系分析的错误,一、为什么要采用高压输电 1电功率损失：电流流过输电导线时，电流的热效应会引发 的损失损失的电功率P ，即在输电线路上由于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因此，可以考虑通过减小输电线 或减小输送 来减少电能输送时的电功率损失,基础知识梳理,电功
2、率,I2R,电阻,电流,2电压损失：导线有电阻，输电线上 损失(损失的电压UIR)，使得用电设备两端的电压比供电电压 对于交流输电线路， 和 (总称为电抗)也会造成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 输电电流的方法,电压,低,感抗,容抗,减小,3高压输电：减小 就要增粗导线，增粗导线又带来两个不利：其一，耗费更多的金属材料；其二，会使电抗更大，造成更大的电压损失只有 输电电流才会避免上述问题由PUI可知，在保证输送电功率P不变的情况下，必须提高输送 ，才能减小电流I.输送一定功率的电能，输送电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能就越 ，输送线路中电压的损失也
3、就越 ,电阻,减小,电压U,少,小,输电电压和输电线上损失的电压一样吗？,思考,二、高压交流输电 1在发电站内要使用 ，将电压提升，然后向远处送电；到达目的地后，根据不同的需求再用 ，经23次降压，才输送给用户 2现代供电系统把许多发电站连为一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的每台发电机发出的交流电并网时必须做到同步，即交变电流的 必须相同并联输电线中的交变电流的 必须相同,升压变压器,降压变压器,频率,相位,三、高压直流输电 1高压直流输电系统主要由 、直流线路和 三部分构成实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线,整流站,逆变站,
4、2在电能的传输方面，高压直流输电比高压交流输电有许多优越性：第一，使用的输电线材料方面直流比交流可以节省 ，电杆塔结构也比交流电简单且省地；第二，稳定的直流输电不存在 引起的损耗；第三，不需考虑电网中的各台交流发电机的 运行问题虽然优点多多，但在换流设备的制造、价格等方面还存在问题,1/3,感抗和容抗,同步,注意：(1)为了降低输电过程中的损耗，远距离输电必须采取高压输电，无论是高压交流输电还是高压直流输电，都有其优点与缺点 (2)高压直流输电或高压交流输电都以“提高输电电压，减小输电电流”为目的，这一点与欧姆定律并不矛盾,一、输电过程中的电损问题分析 1输电线路上的电压损失及减小方法 输电电
5、路如图431所示，设发电厂输送的电压为U，用电设备两端实际获得的电压为U，则输电导线电阻r两端电压UIr，则用户得到的电压为UUU，即UUU是导线中的电压损失,核心要点突破,图431,据UIr可知，减小输电线路上电压损失的方法主要有两种： (1)减小输电线路电阻r 用增大输电导线横截面积来减小电阻，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，故这种方法对高压输电效果不佳,2输电线路上的功率损失及减小方法 由于输电导线有电阻，在输电过程中必有一部分电能要转化成热能而损失掉，设输电导线中电流为I，输电导线的电阻为r，则输电导线上的功率损失为PI2r.,又设用电设
6、备获得功率为P，则功率损失也可表示为PPP. 据PI2r可知，减小输电线路上功率损失的方法主要有两种：减小输电线长度L：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小L来减小r. 减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝做导线材料 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,1掌握U和U线的区别，U是输电电压，U线是输电导线上的电压损失 2高中阶段的计算中，只考虑输电线电阻所造成的电压损失，而忽略因容抗、感抗造成的电压损失，也就是把输电导线当成纯电阻电路处理,二、电能的远距离传输过程分析 1输电过程(如图432所示) 电路被划分为三个独立的回路，在每个回路
7、中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律，串、并联电路规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁,图432,1抓住输电的两头电源和用电器；分析一条线输电线；研究两次电压变换升压变压器和降压变压器 2用户消耗的功率决定输入功率，即用户和线路总共消耗多少功率，发电站就输入多少功率，后者不可能大于前者，也不可能小于前者，这是由能量守恒定律决定的 3在涉及变压器的电能输送问题中，要弄清楚输电线电阻R线上的电压U损的含义，它既不是升压变压器的输出电压U输，也不是降压变压器的输入电压U.U损等于IR线，还等于U输与U的差即U损IR
8、线U输U.,某变电站用220 V的电压送电，导线损失电功率为输送功率的20%，若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%，则输送电压应为多少？ 【思路点拨】 在输送的电功率一定的前提下，通过提高输送的电压，可以减小输电导线中的电流，进而减少输电导线损失的电功率,课堂互动讲练,【答案】 440 V,【点评】 远距离输电中，必须区分输电电压及输电导线上的损失电压，输电导线损失功率就是由于其电阻R发热损失的功率，计算时要紧扣P损I2R去思考,1远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列说法正确的是( ) A输电线上的电压损失跟输电电压成正比 B输电线上的功率损失跟输电电压成正比 C输电线上的功
9、率损失跟输电电压的平方成反比 D输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比,发电机的端电压220 V，输出电功率44 kW，输电导线的电阻为0.2 ，如果用初、次级匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为101的降压变压器降压供给用户 (1)画出全过程的输电线路示意图 (2)求用户得到的电压和功率 【思路点拨】 远距离输电问题，先画出示意图，抓住功率、电压、电流、电阻之间的关系，列出相应方程，然后求解,【解析】 (1)输电线路示意图如图433所示,输电线路上的电压损失和功率损失分别为 URI2R，PRI22R 代入数据得UR4 V，PR80 W 加到降压变压器
10、初级上的输入电流和电压为 I3I220 A U3U2UR2200 V4 V2196 V 降压变压器次级的输出电流和电压为,【答案】 (1)见解析 (2)219.6 V 4.392104 W,【点评】 对电能输送问题应按顺序分步推进，或按“发电升压输电线降压用电器”的顺序，或从“用电器”倒推到“发电”一步一步进行分析注意升压变压器副线圈中的电流、输电线上的电流、降压变压器原线圈中的电流三者相等,2某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8104 W，电厂输出电压仅为350 V，为减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输送，在输送途中，输电线路的总电阻为4 ，允许损失的功率为输送功率的5%，求用户所需电压为220 V时，升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？,解析：依题意画出远距离输电的电路如图所示,答案：18 121,随堂达标自测,课时活页训练,
