1、5 电能的输送,一、输送电能的基本要求,电压,频率,损耗,二、降低输电损耗的两个途径 1.输电线上的功率损失:P=I2r,I为输电电流,r为 _的电阻。,输电线,2.降低输电损耗的两个途径: (1)减小输电线的_:在输电距离一定的情况下,为 了减小_,应当选用_的金属材料,还要尽 可能增加导线的_。 (2)减小输电线中的_:为减小输电_,同时又要 保证向用户提供一定的电功率,就要提高_。,电阻,电阻,电阻率小,横截面积,电流,电流,输电电压,三、电网供电 1.远距离输电基本原理:在发电站内用_变压器 _,然后进行远距离输电,在用电区域通过_变 压器降到所需的电压。,升压,升压,降压,2.电网:
2、 通过网状的输电线、_,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_。,变电站,网络,3.电网输电的优点: (1)降低一次能源的运输成本,获得最大经济效益。 (2)减小_的风险,调节不同地区电力供求的平衡, 保障供电的质量。 (3)合理调度电力,使_的供应更加可靠,质量更高。,断电,电力,【思考辨析】 (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P= 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
3、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。 ( ),提示:(1)。由P=I2r可知,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)。由P=I2r可知,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)。输电电压越小,输电电流就越大,降落在输电线上的电压也就越大,输电线上的损失就越大。,(4)。现在世界各国不采用一个电厂与一批用户“一对一”的供电方式,而是通过电网向用户供电。 (5)。采用电网送电使电能更容易输送,故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。,【生活链接】 1.可通过哪些措施来降
4、低输电线路的损失?,提示:输电线路上的损失功率为P=I2r,所以有两个途径可减少电能的损失,一是减少输电线路的电阻;二是减小输电导线中的电流。,2.如何才能减小输电线的电阻?,提示:导线电阻的大小r= ,因为供电和用电两点的距离一定,导线的长度不能任意的缩短,可以选用电阻率较低横截面积较大的导线,但是横截面积越大导线越重,架线就越困难。我国开始实验超导体供电,但是它客观条件的要求及其维持消耗都很高。,知识点一 输电线上的电压和能量损失 探究导入: 远距离输电过程中,输电线上不可避免地有电压和能量损失,(1)输送电能为什么会有电压和能量损失? (2)能量损失的大小与哪些因素有关?减小输电线上的能
5、量损失有哪些措施?,提示:(1)因为输电线有电阻,电流通过时必然有电势降落并产生热量;(2)减小输电线上的能量损失,可通过减小输电线的电阻和减小输电电流来实现。,【归纳总结】 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R= 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I= 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
6、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:P=I2R,I为输电线路上的电流,R为线路电阻。,(2)减少功率损失的方法。 减小输电线的电阻R:根据R= ,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I= ,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=( )2R知,输电线上的功率损耗将降为原来 的 。,【易错提醒】 (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
7、电线路上的电压U=IR。 (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。,【典题通关】 考查角度1 输电线上的功率损失 【典例1】(多选)(2018东莞高二检测)在远距离输电中,输电导线的总电阻为R,升压变压器输出的电压为U1,输出功率为P,降压变压器得到的电压为U2,则下面表示导线上的功率损失正确的式子是 ( ),【解题探究】 (1)如何确定输电线中的电压损失? 提示:U=U1-U2。,(2)怎样求解输电线中的功率损失? 提示:P损=UI= 或P损=I2R=,【正确
8、解答】选B、C。升压变压器的输出电压为U1,降 压变压器的输入电压为U2,则输电线上的电压损失 U=U1-U2,升压输电线上损失的功率P损=UI=(U1- U2)I,P损=UI= 因为输电线上的电流 为I,则输电线上损失的功率P损=I2R= ,故B、C正 确,A、D错误。,考查角度2 降低输电损耗的措施 【典例2】西双版纳州水资源丰富,利用水力发电的电力除了供应本地使用以外,还源源不断地输送至邻近东盟国家。2008年总装机容量175万千瓦的景洪电站建成,之后,采用110千伏高压将11万千瓦的电力对老挝北部供电,如果从景洪到老挝北部的输电电线总电阻是5 。求:,(1)输电线上损耗的功率。 (2)
9、输电线上产生的压降。 (3)为了进一步节约能源,请你为输电环节提出改进措施。,【审题关键】,【正确解答】(1)由P=UI可得: 电流 则损失的功率P损=I2r=(1 000 A)25 =5106 W。 (2)导线上的电压为U损=Ir=1 000 A5 =5103 V。,(3)为了减少导线上的功率损耗,可以通过提高输电电压或减小导线电阻来减小输电线上功率的损耗。 答案:(1)5106 W (2)5103 V (3)见正确解答,【过关训练】 1.(多选)某发电厂原来用11 kV的交变电压输电,后来改用升压变压器将电压升到220 kV输电,输送的电功率都是P。若输电线路的电阻为R,则下列说法中正确的
10、是 ( ),A.根据公式I= ,提高电压后输电线上的电流降为原 来的 B.根据公式I= ,提高电压后输电线上的电流增为原 来的20倍 C.根据公式P损=I2R= R,提高电压后输电线上的功率 损失减为原来的 D.根据公式P损= ,提高电压后输电线上的功率损失 增大为原来的400倍,【解析】选A、C。输电线上电流为I= ,也可以用 I= 来表示,其中U为输电线电阻R两端的电压,而不 是输送电压,故A正确,B错误;输电线上的功率损失为P损 =I2R= R,C正确;如果用P损= ,则U应为R两端的电压 U,故D错误。,2.500千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程,我省超高压输电工程正在紧
11、张建设之中。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) ( ) A.4P B.0.16P C.2.5P D.6.25P,【解析】选B。由于P=UI,输电线上损失的热功率 P损=I2r=( )2r,所以有: P损=0.16P损,B对。,知识点二 高压输电过程的分析与计算 探究导入: 高压输电可以减少输电线上的电压和能量损失。 (1)如何完成高压输电和低压用电? (2)什么是输电电压和损失电压?如何减小线路上的电压损失?,提示:(1)通过升压变压器达到高压输电,再通过降压变压器
12、降压后输送给用户。 (2)输电电压是指升压变压器的输出电压,损失电压是指电流通过输电线降落在输电线上的电压,可通过减小输电线的电阻和提高输电电压来减小输电线上的电压和功率损失。,【归纳总结】 1.输电过程示意图:,2.高压输电过程的几个电压的区别: (1)输送电压:输电线始端电压,如图中的U2。 (2)用户电压:最终用户得到的电压,如图中的U4。,(3)损失电压: 表示形式:输电线始端电压与末端电压的差值即U=U2-U3=I2R。 形成原因:输电线上的电压损失原因是输电导线有电阻,电流通过输电线时,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。,3.输电过程的几个基本关系:
13、(1)功率关系:P1=P2,P2=P线+P3,P3=P4。 (2)电压、电流关系:U2=U线+U3,I2=I3=I线。,(3)输电电流:I线= (4)输电导线上损耗的电功率: P线=I线U线= R线=( )2R线。,【典题通关】 【典例】风力发电作为新型环保新能源,近几年来得 到了快速发展。如果风车阵中某发电机输出功率为 100 kW,输出电压是250 V,先后经过一升压变压器和 一降压变压器传输后送到用户,设用户得到的电压是 220 V,输电线总电阻为10 。若输电线中因发热而 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、副线圈的匝数比各为多少? (2)用户
14、得到的电功率是多少?,【规范解答】,(1)输电线中损失的功率为:P损=P14%= 得I2=20 A, 而I1= 得I1=400 A 故升压变压器原、副线圈匝数比为:,输电线上损失的电压为:U损=I2R得 U损=200 V 输送电压为U2,由 得U2=5 000 V 降压变压器原线圈两端的电压为: U3=_=4 800 V,U2-U损,故降压变压器原、副线圈匝数比为: (2)用户得到的电功率为:P用=_, 即P用=96 kW。 答案:(1) (2)96 kW,P1-P损,【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
15、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、电流和功率。,【过关训练】 1.(多选)某小型水电站的电能 输送示意图如图所示,发电机 通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电。已知 输电线的总电阻为R,降压变压器T2的原、副线圈匝 数之比为41,降压变压器副线圈两端交变电压u= 220 sin(100t) V,降压变压器的副线圈与阻,值R0=11的电阻组成闭
16、合电路。若将变压器视为 理想变压器,则下列说法中正确的是 ( ) A.通过R0电流的有效值是20 A B.降压变压器T2原、副线圈的电压比为41,C.升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压 D.升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率,【解析】选A、B、D。降压变压器副线圈两端交变电压 有效值为 =220 V,负载电阻为11,所以通 过R0电流的有效值是20A,故A正确;因为降压变压器T2的 原、副线圈匝数之比为41,所以原、副线圈的电压之 比为41,故B正确;由于输电线上有电阻导致降压变压 器T2的输入电压低于升压变压器T1的输出电压,故C错误;,升压变压器T1的输
17、入与输出功率相等,降压变压器T2的输入与输出功率也相等,但升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率,原因是导线上的电阻消耗功率,故D正确。,2.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得输电电压U2= 240 V=6 000 V 输电电流I2= 输电线上损失的功率P
18、= r=20210 W=4 000 W。,(2)输电线上损失的电压U=I2r=2010 V=200 V 降压变压器原线圈两端的电压 U3=U2-U=6 000 V-200 V=5 800 V 根据理想变压器的变压规律得: 答案:(1)4 000 W (2),【补偿训练】 1.如图为远 距离输电示意图,两变压器均 为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为 n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsint的交流 电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑 其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为( ),【解析】选C。由I1= 和 得Ir=I2= 则输电线上损失的功率Pr=
19、2r= 故选C。,2.交流发电机的路端电压为220 V,输出的电功率为 4 400 W,发电机到用户单根输电线的电阻为2 ,求: (1)用户得到的电压和电功率各是多少?,(2)如果用变压比为110的升压变压器升压后向用户输电,用户处再用变压比为101的降压变压器降压后使用,那么用户得到的实际电压和电功率又是多少?并画出全过程的线路示意图。,【解析】(1)不用变压器,直接输电时: 电线中电流:I= =20 A 电线上损失的电压:U损=IR线=2022 V=80 V P损=IU损=1 600 W 用户得到的电压:U户=220 V-80 V=140 V P户=P-P损=4 400 W-1 600 W
20、=2 800 W,(2)用变压器时,电路如图所示。U1= U=10220 V=2 200 V I线= =2 A U2=U1-I线R=2 200 V-24 V=2 192 V,所以U户= 2 192 V=219.2 V P户=P- R=4 400 W-44 W=4 384 W。 答案:(1)140 V 2 800 W (2)219.2 V 4 384 W 图见解析,【拓展例题】考查内容:远距离输电实例分析 【典例】有一台内阻为1 的发电机,供给一学校照明用电,如图所示。升压变压器原、副线圈匝数比为14,降压变压器原、副线圈匝数比为41,输电线的总电阻为4 。全校共有22个班,每班有“220 V
21、40 W”灯6盏,若保证电灯全部正常发光,则:,(1)发电机的电动势为多大? (2)发电机的输出功率为多大? (3)输电效率为多少?,【正确解答】由题意知U4=220 V 则I3= n= 226 A=24 A 由降压变压器变压关系: 得U3= =880 V 由降压变压器变流关系: 得I2= =6 A,又因为U2=U3+I2R=880 V+64 V=904 V 由升压变压器变压关系: 得U1=226 V 由升压变压器变流关系: 得I1=24 A (1)发电机的电动势:E=U1+I1r=250 V。,(2)发电机的输出功率P出=EI1- r=5 424 W。 (3)输电的效率 = 100%= 10
22、0%=97%。 答案:(1)250 V (2)5 424 W (3)97%,物理模型构建远距离输电基本电路模型 1.建模背景:安全、可靠、高效的输送电能。 2.模型特点:理想的升压和降压变压器。,【案例示范】远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R,变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是,【解析】选D。理想变压器原、副线圈两端的电压与线 圈的匝数成正比,有: 由能量守恒定律可 知:P1=I1U1=P2=I2U2,故D正确;因此 故A错误;输 电线两端的电压应为升压器副线圈两端电压与降压器 原线圈两
23、端电压U3之差,因此根据欧姆定律有:I2= 故B错误;降压器的输入功率为P3=I2U3,因此有:I1U1=R+I2U3,故C错误。,【类题训练】(2018济宁高二检测)发电站需向远距离负载供电,若发电机输出电压U1=230 V,输出功率P1=2.3105 W,负载额定电压U4=220 V,输电线总电阻R0=1 ,要求输电线损失功率为1.0104 W,求:,(1)输电线电流I2大小。 (2)升压变压器原、副线圈匝数比。 (3)降压变压器原、副线圈匝数比。,【解析】(1)由P损= R0得,(3)U3=U2-U损=U2-I2R0=(2 300-1001) V=2 200 V答案:(1)100 A (2)110 (3)101,
