电能的远距离传输.

第4章——第3讲电能的远距离传输一、为什么要采用高压输电1.电功率损失(1)损失的电功率P＝，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，只能采取导线中电流的方法.I2R减小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不变的情况下，必须输送电压U，才能减小电流I.减小提高二、高压交流输电1.远距离输电的基本思路.如图所示.在发电站内用变压器升高电压.然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压.升压2.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.和可以实现交流电和直流电的转换.整流器逆变器一、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ΔP＝I2R线.(2)减少输电线上电压损失的方法：①减小输电线的电阻.②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倍答案BC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＝PU，线路的功率损失ΔP＝I2线R线＝P2R线U2，可知ΔP∝1U2，当输电电压U升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的1n2，故选项B正确；线路上的电压损失ΔU＝I线R线＝PR线U，可知ΔU∝1U，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的1n，故选项C正确.答案BC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.U21R线B.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＝U2线R线＝IU线，其中U线＝U1－U2，故B、C、D正确.答案BCD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(如图所示)(1)功率关系P1＝P2，P3＝P4，P2＝ΔP＋P3→能量守恒(2)电压、电流关系U1U2＝n1n2＝I2I1，U3U4＝n3n4＝I4I3→理想变压器U2＝ΔU＋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：ΔP＝ΔUI线＝I2线R线＝P2U22R线.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ΔU＝I线R线，输电线上的功率损耗ΔP＝(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.I2线R线.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0.2Ω，如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户.(1)画出全过程的线路示意图；解析示意图如图所示.(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，求用户得到的电压和功率.解析由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2＝n2n1U1＝2200V.据理想变压器P入＝P出，则升压变压器副线圈的输出电流I2＝PU2＝44×1032200A＝20A，输电线上的功率损失和电压损失分别为P损＝I22R线＝202×0.2W＝80W.U损＝ΔU＝I2R线＝20×0.2V＝4V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为U3＝U2－U损＝2200V－4V＝2196V，I3＝I2＝20A.降压变压器副线圈的输出电压和电流为U4＝n4n3U3＝110×2196V＝219.6V，I4＝n3n4I3＝10×20A＝200A.用户得到的功率为P4＝U4I4＝219.6×200W＝4.392×104W.(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率.解析若直接用220V低压供电，电路如图所示，则输电电流I′＝PU1＝44×103220A＝200A.输电线路上的电压损失ΔU′＝I′R线＝200×0.2V＝40V.所以用户得到的电压U2′＝U1－ΔU′＝220V－40V＝180V，用户得到的功率为P′＝U2′I′＝180×200W＝3.6×104W.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1∶50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＝PU2可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的150B.由公式I＝U2R线可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍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＝U22R线可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的2500倍答案AC解析由U1U2＝n1n2可知，U2＝50U1，输送功率不变，由公式I＝PU2可知，输电线中的电流变为原来的150，选项A正确；由P＝I2R线＝PU22·R线可知，输电线上的功率损耗减为原来的12500，C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.答案AC2.某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW.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2×105AB.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9×108kWD.输电线上损失的功率为ΔP＝，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＝PU＝3×106×103500×103A＝6×103A，A错；输电线上损失的电压为U损＝IR＝6×103×2.5V＝1.5×104V＝15kV，B项正确；当用5kV电压输电时，输电线上损失的功率若超过3×106kW，与实际情况相矛盾，故C项错误；当用公式ΔP＝U2R计算损失的功率时，U为输电线上损失的电压而不是输电电压，D项错误.答案B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()A.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＞n3n4，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.答案AD4.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P＝500kW，当使用U＝5kV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η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？(1)这时的输电效率η和输电线的总电阻R线；解析由于输送功率为P＝500kW，一昼夜输送电能E＝Pt＝12000度，终点得到的电能E′＝7200度，因此效率η＝60%.输电线上的电流可由I＝PU计算，为I＝100A，而输电线损耗功率可由P损＝I2R线计算，其中P损＝480024kW＝200kW，因此可求得R线＝20Ω.答案60%20Ω(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？解析输电线上损耗功率P损＝PU2·R线∝1U2，原来P损＝2200kW，现在要求P损′＝10kW，计算可得输电电压应调节为U′＝22.4kV.答案22.4kV