2020版高中物理 第五章 交变电流 5 电能的输送课件 新人教版选修3-2

5电能的输送一、输送电能的基本要求1.可靠:指_________可靠地工作,少有故障。2.保质:保证电能的质量——_____和_____稳定。3.经济:指输电线路建造和运行的费用___,电能损耗___。供电线路电压频率低少二、降低输电损耗的两个途径1.输电线上的损失ΔP=I2r,I为输电_____,r为_______电阻。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_________。电流输电线电阻电阻电阻率小横截面积(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_________。三、电网供电1.远距离输电的基本原理: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。电流电流输电电压升压升压降压2.电网: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)仅仅从能量损失的角度看,输送功率一定的情况下,输电电压越高损失的功率越少。()(2)在输送功率和输出电压一定,使用同种材料的导线时,导线越粗,损失的电压越小。()(3)输电线电阻为R,输电电压为U,则功率损失ΔP=。()2UR(4)一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银,原因是同种情况下,使用银材料,输电线损失功率大。()(5)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。()(6)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。()(7)高压输电不存在感抗和容抗引起的损耗。()提示:(1)√。由P=UI得功率一定,电压U越高,电流I越小,又由ΔP=I2r得ΔP越小。(2)√。由P=UI得功率一定,电压U一定,则电流I一定,当导线越粗时,r越小,则ΔU=Ir越小。(3)×。当输电电压为U时,输电线上损失的电压U损U,所以ΔP。2UR(4)×。一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银,原因是同种情况下,使用银材料,制造输电线成本过高。(5)×。电能的输送需综合考虑输送功率、距离、技术和经济等问题,不能一味地提高电压输送功率。(6)√。经升压变压器升压和降压变压器降压进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(7)×。在使用高压输电时,由于输送的是交变电流,所以既存在感抗引起的损耗,也存在容抗引起的损耗。一输电线上的电压和功率损失考查角度1输电线上的功率损失【典例1】远距离输电,原来采用2200V输电,输电线上损失的电功率为P,在保持输送电功率和输电线电阻不变的条件下,现采用22kV输电,则输电线上损失的电功率将变为()世纪金榜导学号A.B.1000PC.10PD.100PP100【正确解答】选A。根据P=UI知,I=,由于输电电压变为原来的10倍,则输送电流变为原来的,根据ΔP=I2R,可知损失的功率变为原来的,即A正确。PU1101100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,采用高压将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。求:世纪金榜导学号110①千伏11②万千瓦5③电阻是(1)输电线上损耗的功率。(2)输电线上损失的电压。(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】序号信息提取①输电电压U=110kV=1.1×105V②输送功率P=11×104kW=1.1×108W③输电线电阻r=5Ω【正确解答】(1)由P=UI可得:电流I===1000A;则损失的功率P损=I2r=(1000A)2×5Ω=5×106W。(2)导线上的电压为U损=Ir=1000A×5Ω=5×103V。(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)5×106W(2)5×103V(3)见正确解答PU831.110W11010V【核心归纳】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。①减小输电线路电阻:由R=ρ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。②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。LSPU2.输电线上的功率损失:(1)电功率损失。①原因: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。②功率损失的计算:ΔP=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。①减小输电线的电阻R:根据R=ρ,减小电阻率ρ,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。LS②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。PUPU21n【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电线路上的电压ΔU=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。【过关训练】1.(2018·江苏高考)采用220kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的,输电电压应变为()A.55kVB.110kVC.440kVD.880kV【解析】选C。输电线上损耗的功率P=I2r,为使输电线上损耗的功率减小为原来的,电流I要减小为原来的,当输送功率一定时,输电电压要升高为原来的2倍,选项C正确。12142.在电能输送过程中,若输送的电功率一定,输电线电阻一定时,则在输电线上损耗的电功率()A.和输送电线上的电压的平方成反比B.和输送电流的平方成反比C.和输送电线上的电压的平方成正比D.和输送电流成正比【解析】选C。设输送功率为P,输电线电阻为R,输送电线上的电压为ΔU,输送电流为I,则P=,输电线电阻R一定,故输电线上损失的电功率P损=,由此可见,输电线上损耗的电功率与输电线上的电压的平方成正比,A错误;C正确。根据P=I2R可知P损=I2R,输电线电阻一定,则输电线上损耗的电功率与输送电流的平方成正比,B、D错误。故选C。2UR2UR（）3.(多选)某发电厂原来用11kV的交变电压输电,后来改用升压变压器将电压升到220kV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是()A.根据公式I=,提高电压后输电线上的电流降为原来的PU120B.根据公式,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UIR22PU14002UR【解析】选A、C。输电线上电流为I=,也可以用I=来表示,其中ΔU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ΔU,故D错误。PUUR22PU2UR【补偿训练】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张建设之中。若输送功率为3200万千瓦,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.4PB.0.16PC.2.5PD.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:=()2=()2,P损′=0.16P损,B对。PU12UUPP损损200500二高压输电过程的分析与计算【典例】一小型水电站为某企业供电,发电机输出功率为66kW,输出电压为220V,输电线的总电阻为0.2Ω。世纪金榜导学号(1)若由发电机经输电线直接送电,求企业得到的电压和功率是多少?(2)若用1∶10升压变压器先升压,再用10∶1的降压变压器降压,企业得到的电压和功率是多少?【正确解答】(1)直接输送,有P输出=UI线′,解得I线′==300A所以线路损耗的功率为P线=I线′2R线=18kW企业得到的电压为U企业=U-I线′R线=160V企业得到的功率P企业=P输出-P线=48kW(2)输电电路如图所示：PU输出,可得U2=2200VP输出=U2I2,I2=30A,P线=R=180WU3=U2-I2R=2194V可得U4=219.4V1122nUnU22I3344nUnU企业得到的功率P企业=P输出-P线=65.82kW答案:(1)160V48kW(2)219.4V65.82kW【核心归纳】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:①表示形式:输电线始端电压与末端电压的差值即ΔU=U2-U3=I2R。②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低。3.输电过程的几个基本关系:(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。112221UnIUnI334443UnIUnI，(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。323223PUUPUUR线。2I线22PU4.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.如图甲为某水电站的电能输送示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶15,降压变压器的副线圈接有负载R,升压、降压变压器之间的输电线路的总电阻为10Ω,变压器均为理想变压器,升压变压器原线圈中接入如图乙所示的正弦式交变电压,输送功率为33kW。下列说法正确的是()A.输电线上交变电流的变化周期为0.01sB.输电线中电流为150AC.降压变压器原线圈输入电压为3200VD.输电线上功率损失为500W【解析】选C。由乙图可知周期为T=0.02s,故A错误。输入电压的有效值为U1==V=220V,在升压变压器中,根据得U2=U1=×220V=3300V,故输送的电流为I2==10A,故B错误。在输电线上损失的电压为ΔU=I2r=10×10V=100V,降压变压器原线圈输入电压为U3=U2-ΔU=3300-100V=3200V,故C正确。mE231121122UnUn21nn1512P33000AU3300＝损失的功率为ΔP=r=102×10W=1000W,故D错误;故选C。22I2.为响应国家“精准扶贫,产业扶贫”的战略,进一步优化能源消费结构,光伏发电成为精准扶贫的新途径,贫困户家多了一份固定收益