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第五章交变电流第五节电能的输送•素养目标定位※了解电能的输送过程，知道交变电流便于远距离输送※※知道输电线上的功率损失和减少功率损失的方法※理解为什么远距离输电要用高压•素养思维脉络课前预习反馈•1．可靠•保证供电线路________工作。•2．保质•保证供电质量——电压和频率要________。•3．经济•线路建设和运行的费用低——成本低，能耗______。知识点1输送电能的基本要求正常稳定少•1．输电线上的功率损失•ΔP＝________，I为输电电流，r为输电线的电阻。•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____________。•(2)减小输电导线中的________：为减小输电________，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电________。知识点2降低输电损耗的两个途径I2r电阻电阻电阻率小横截面积电流电流电压•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。•2．电网•通过网状的输电线、_________，将许多电厂和广大用户_____________，形成的全国性或地区性的输电网络。知识点3电网供电升压降压变电站连接起来•3．电网送电的优点•(1)降低一次能源的____________，获得最大经济效益。•(2)减小________的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的________。•(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量________。运输成本断电质量更高•『判一判』•(1)增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。()•(2)高压输电是通过提高电压、减小输电电流来减少输送电路的发热损耗。()•(3)高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好。()•(4)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。()•(5)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。()•(6)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n，降压变压器匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。()思考辨析√√√×√ו『选一选』•(多选)如图所示，为远距离高压输电的示意图。关于远距离输电，下列表述正确的是()•A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失•B．高压输电是通过减小输电电流来减小线路的发热损耗•C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好ABD解析：远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗，由P损＝I2R可以看出，在保证输电功率的前提下有两种方式可减小输电过程中的能量损失：一是减小输电线的电阻，由R＝ρLS知，增加S可以减小电阻；二是减小输电电流，故A、B对；若输电电压一定，由P＝UI知输送的电功率越大，输电电流越大，则输电过程中能量损耗P损＝I2R越大，故C错；输电电压不是越高越好，要综合考虑各种因素，选择合适的输电电压，故D对。•『想一想』•如图为一高压危险标志，随着电压的增加用电危险性也会跟着增加，那为什么还要采用高压输电？•答案：采用高压输电，可减小输电线上的电能损失。解析：在输送功率一定的情况下，由公式ΔP＝I2R＝(PU)2R＝P2U2R，可得输送电压U越高，电能损失ΔP越小。即输电电压越高，电能损失越小。课内互动探究探究一输电线路上的电压损失1我国农村电网的低压改造已基本结束，低压改造使我国广大农民获得了实惠。农村电网改造前，某些村庄经常出现以下现象(离变压器较远的用户)：(1)电灯不亮，达不到额定功率，换额定功率越大的灯泡越是不亮；(2)日光灯不能启动；(3)洗衣机“没劲”等。尤其是节假日，这些现象更明显，这是为什么呢？•提示：低压输电线较细，电阻较大，另外当输电功率一定时，由于电压低，故输电电流I＝P/U较大。因此输电线上的电压损失ΔU＝IR线较大，致使末端用户得到的电压远低于额定电压(有时才160V)，到了过节的时候，各家用电器增多，线路电流又会增大，导线上分压更多，用户电压更低，这些现象更加明显。经过低压改造后，以上现象不明显了。•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．原因•对于交流输电线路来说，造成电压损失的原因既有电阻，又有感抗和容抗，在高中阶段只考虑输电线路中电阻所造成的电压损失。3．减小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，间距一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻。②减小输电电流I由P＝UI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流。•特别提醒：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。•(多选)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的电压是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()例1A．输电线路电压损耗为U－U1B．输电线路电压损耗为I1rC．用户端的电压为U－U1D．用户端的电压为I1UI2AB•解题指导：理清远距离输电过程中发电厂的输出电压与输电线上损失的电压、输电线末端电压存在的关系。解析：输电线上的电压降U′＝I1r＝U－U1，故选项A、B正确；根据理想变压器的工作原理，得I1U1＝I2U2，所以用户端的电压U2＝I1U1I2，故选项C、D错。•〔对点训练1〕照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为此时()•A．总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小•B．总电阻比深夜时小，干路电流小，每一支路的电流就小•C．总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大•D．干路电流一定，支路比深夜时多，分去了一部分电压C解析：此时用电器多，电阻小(因为用电器都是并联的)，而变压器输出电压U不变，由I＝UR可知，干路电流大，输电线上损失电压大，电灯两端电压小，故比深夜时暗，故C正确。探究二输电导线上的功率损失•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？减小输电线上的能量损失有哪些措施？2•提示：(1)输电导线上都有电阻，当有电流流过导线时，电阻两端有电压，也会消耗电能。•(2)能量损失的大小与输送功率、输送电压大小、导线电阻大小有关。在输送功率一定的情况下，可提高输送电压。•1．功率损失的原因•输电导线有电阻，电流通过电阻时，电能必有一部分转化为内能而损失掉。2．功率损失大小的计算(1)ΔP＝I2R，I为输电线路上的电流，R为线路电阻；(2)ΔP＝ΔU2R，ΔU为输电线路上损失的电压，R为线路电阻；(3)ΔP＝ΔUI，ΔU为输电线路上损失的电压，I为线路上的电流；(4)ΔP＝(PU)2ρLS，P为输送电功率，U为输电电压，ρ为电阻率，L为输电线的总长度，S为横截面积。3．减少损耗的方法据P损＝I2R可知，减小输电线路上功率损失的方法主要有两种：①减小输电线的电阻R，据R＝ρ·LSa．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Rb．减小电阻率ρ：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料c．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，据I＝PUa．减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的b．提高输电电压U：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，据P损＝PU2·R知，输电线上的功率损耗将降为原来的1n2根据以上分析知，采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。•特别提醒：(1)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。•(2)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。•(3)发电站的输送功率取决于用户消耗的功率，不是由发电站输出的功率决定用户和线路消耗的功率。例2(多选)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，下列说法中正确的是(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BC•解题指导：根据输送功率P＝UI求出输电电流，再根据ΔP＝I2R可得出输电线上损失的电功率与输送电压的关系，根据欧姆定律得到电压损失与输送电压的关系。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，则输电电流I＝PU，线路的功率损失P损＝I2r＝P2rU2，可知P损∝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B正确；线路上的电压损失U损＝Ir＝PrU，可知U损∝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C正确。•〔对点训练2〕(2019·山东省日照市高二上学期期末)2018年1月28日，江苏南京遭遇近10年来最大降雪，高压线上冻起厚厚的冰霜，导致部分电线负重增大而断裂，有人想出通过增大输电线上损耗功率融冰方案。假设输电电压是220kV，当输送功率保持不变，为使输电线上损耗的功率增大为原来的4倍，输电电压应变为()•A．55kVB．110kV•C．440kVD．880kVB解析：根据输电功率公式I＝PU和损耗功率的公式ΔP＝I2R线＝(PU)2R线，可以看出，要使ΔP增大为原来的4倍，则在P和R线不变的情况下，使电压U变为原来的12，所以输电电压变为110kV，故B正确，ACD错误。探究三高压输电线路的分析与计算•远距离输电基本过程示意图如图所示，请思考：3•发电厂输出的电压要经过多个升压变压器升压，这样做的目的可通过下面的问题得到说明。•如果用220V和11kV两种电压来输电，设输送的电功率、输电线上的功率损失、导线的长度和电阻率都相同，则导线的横截面积之比是多少？从中体会高压输电的实际意义。•答案：2500∶1解析：设输送的电功率为P，输电电压为U，送电距离为L，导线横截面积为S，电阻率为ρ。则每根导线损失的电功率P损＝I2R。由于P＝UI，R＝ρLS，所以P损＝(PU)2·ρLS＝P2ρLU2S，现在，输送电功率P相同，导线电阻率ρ和长度L也相同。在输电电压U和导线横截面积S不同时，如果要求导线上损失的电功率相同，则应有U21S1＝U22S2所以S1S2＝U22U21＝(U2U1)2＝(11×103220)2＝2500。可见，要满足题中所设要求用220V电压输电时，导线的横截面积是11kV输电时的2500倍。从中可以令人印象深刻地体会出高压输电的实际意义。•1．输送过程图•2．输电过程•电路被划分为三个独立的回路，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。•3．对高压输电(输送回路)中几个电压的理解•(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：输电线始端电压与末端电压的差值(ΔU＝U2－U3＝I2R)，形成的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，这就是输电线上的电压损失。•4．减小输电线路上电压损失的方法•根据ΔU＝IR可知有两种：•(1)减小输电线路的电阻。•(2)减小输电电流I，即提高输电电压。5．基本关系式(1)功率关系P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3(2)电压、