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第五章交变电流第5节电能的输送学习目标1．知道电能输送的基本要求及电网供电的优点．2．知道远距离输电时输电线的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理．3．知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、降低输电损耗的两个途径1．输送电能的基本要求(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障．(2)保质：保证电能的质量——1和2稳定．(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少．2．输电线上的功率损失：ΔP＝3，I为输电电流，R线为输电线的电阻．电压频率I2R线3．降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的4：在输电距离一定的情况下，为了减小5，应当选用6的金属材料，还要尽可能增加导线的7．(2)减小输电导线中的8：为了减小输电9，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电10．电阻电阻电阻率小横截面积电流电流电压二、电网供电1．远距离输电基本原理：远距离输电的基本电路如图所示．在发电站内用11变压器12，然后进行远距离输电，在用电区域通过13变压器降压降到所需的电压．升压升压降压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，形成的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)减少14的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的15．(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．断电质量|基础小题·做一做|1．正误判断(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＝U2r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．()√√√××2．中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化．近来，农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有()A．提高输送功率B．增大输送电流C．提高输电电压D．减小输电导线的横截面积解析：选C电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高．减少损耗的途径：一、减小输电导线中的电流，即提高输电电压；二、减小输电线的电阻，即增大导线的横截面积，故C正确．3．500千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程．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．0.4PB．0.16PC．2.5PD．6.25P解析：选B根据P损＝P送U2r可知，当输电电压由200kV升高到500kV时，其线路损耗由P减小到0.16P，故B正确，A、C、D错误．4．由欧姆定律I＝UR可知，导体两端加的电压越大，导体中流过的电流越大，可在高压输电过程中，却有“提高电压，降低电流”的结论，这二者间是不是有矛盾？提示：不矛盾．欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由P＝IU，且在P一定的条件下得出的结论，两者没有联系．|核心知识·记一记|1．输送电能的基本要求是可靠、保质、经济．2．根据P损＝I2r可知，减小输电线上的功率损失有两个途径：一是减小输电线的电阻，二是减小输电电流．3．在输送功率一定时，提高输送电压，可以减小输电电流．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一输电线上的电压和功率损失|要点梳理|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①减小输电线路电阻：由R＝ρLS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＝PU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＝ρLS，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．②减小输电电流I：根据I＝PU，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＝PU2R知，输电线上的功率损耗将降为原来的1n2.|例题展示|【例1】(多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为R，通过输电导线的电流为I，输电线末端的电压为U2，下面选项表示输电导线上损耗的功率的是()A．U12RB．U1－U22RC．I2RD．I(U1－U2)[解析]输电线上功率损耗ΔP＝I2R＝ΔU2R＝I·ΔU，而ΔU＝U1－U2，故B、C、D正确．[答案]BCD【例2】(多选)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6.0×103AB．输电线上由电阻造成的电压损失为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＝U2r，U为输电电压，r为输电线的电阻[解析]输电线上输送的电流为I＝PU＝3×1095×105A＝6000A，选项A正确；输电线上由电阻造成的电压损失为U损＝Ir＝6000×2.5V＝1.5×104V，选项B正确；输电线上损失的功率不可能大于输送的总功率为3×106kW，选项C错误；输电线上损失的功率为ΔP＝U2r中，U应当为输电线上损失的电压，选项D错误．[答案]AB[易错警示](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．|对点训练|1．关于电能输送的以下分析，正确的是()A．由公式P＝U2R知，输电电压越高，输电线上功率损失越少B．由公式P＝U2R知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少C．由公式P＝I2R知，输电电流越大，输电线上功率损失越大D．由公式P＝UI知，输电导线上的功率损失与电流成正比解析：选C输电导线上损失的功率P损＝I2R＝ΔU2R，ΔU指输电线上损失的电压，而不是输电电压，故C正确．2．远距离输电，输电功率一定，当输电电压为U0时，输电线上的电流为I0，损失的电功率为P0.则当输电电压提高为2U0时()A．由I＝UR得，输电线上的电流变为2I0B．由I＝PU得，输电线上的电流变为I02C．由P＝U2R得，输电线上损失的电功率为4P0D．由P＝IU得，输电线上损失的电功率为2P0解析：选B设输电线的电阻为R，当输电线上的电流为I0时，损失的电功率为P0＝I02R.当输电电压提高为2U0时，由I＝PU可知输电线上的电流变为I02，输电线上损失的电功率为P损＝I022R＝P04，故选项B正确．3．随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要．某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为U1，输电导线总电阻为R，在某一时段用户需求的电功率为P0，用户的用电器正常工作的电压为U2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是()A．输电线上损耗的功率为P02U22RB．输电线上损耗的功率为P02U12RC．若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D．采用更高的电压输电会降低输电效率解析：选C发电厂输出电压为U1，升压变压器的匝数比未知，无法计算输送电压和输电线上损耗的功率，A、B选项错误；根据P损＝I送2R＝P送U送2R可知，要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电，C选项正确；输电效率为η＝P送－P损P送＝P送－P送U送2RP送＝1－P送RU送2，在输送功率一定的情况下，采用高压输电，输电效率提高，D选项错误．★要点二远距离输电|要点梳理|1．远距离输电的几个基本关系式(1)功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4.(2)电压关系：U1U2＝n1n2，U2＝U线＋U3，U3U4＝n3n4.(3)电流关系：I1I2＝n2n1，I2＝I线＝I3，I3I4＝n4n3.(4)输电电流：I线＝P2U2＝P3U3＝U线R线＝U2－U3R线.(5)输电导线上损耗的电功率P损＝P2－P3＝I线2R线＝U线2R线＝U线I线．(6)输电导线上的电压损失U线＝I线R线＝U2－U3.2．两个联系(1)线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是：U1U2＝n1n2，I1n1＝I2n2，P1＝P2.(2)线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是：U3U4＝n3n4，I3n3＝I4n4，P3＝P4.|例题展示|【例3】风力发电作为新型环保能源，近几年来得到了快速发展，已知某风车阵中发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10Ω.若输电线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；(2)画出此输电线路的示意图；(3)用户得到的电功率．[解析](1)P损＝I22R线＝4%PI2＝P损R线＝400010A＝20AP＝U2I2U2＝PI2＝100×10320V＝5000V升压变压器原、副线圈匝数比n1n2＝U1U2＝2505000＝120U3＝U2－U损＝U2－I2R线，代入数据，解得U3＝4800V降压变压器原、副线圈匝数比n3n4＝U3U4＝4800220＝24011.(2)如图所示．(3)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率，为P用＝P－P损＝P(1－4%)＝100×96%kW＝96kW.[答案](1)1∶20240∶11(2)见解析图(3)96kW[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．|对点训练|1．(多选)(2019·广西南宁三中模拟)远距离输电装置如图所示，电厂输送功率一定，升压变压器和降压变压器均是理想变压器．当开关S由2改接为1时，下列说法正确的是()A．电压表读数变小B．电流表读数变大C．电流表读数变小D．输电线损失的功率减小解析：选CDS接到1后，升压变压器副线圈匝数增多，所以输电电压U2升高(U1∶U2＝N1∶N2，N2增多)，因为输出功率不变，所以输电线电流减小，电流表的示数减小，输电线上的电压减小，所以最终降压变压器的输出电压变大，电压表测路端电压，示数变大，则A、B错误，C正确；电流表示数减小，输电线损失功率减小，故D正确．2．(2018·福建莆田六中月考)如图为远距离输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则()A．输电线路上损失的电功率I1UB．输电线上的电压降为UC．理想变压器