1、3.4 电能的输送电能的输送选择性必修第二册选择性必修第二册【学习目标】【学习目标】1.了解输电线上电能损失的影响因素和远距离高压输电的原理。（物理观念）2.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计算。（科学思维）3.探究电压损失、功率损失的关系。（科学探究）4.知道交变电流从发电站到用户的输电过程。（科学态度与责任）【引入】【引入】为了合理利用能源,发电站要建在靠近能源地方风力发电站水利发电站火力发电站而用电的地方却分布很广: :高山平原面临的问题: 需要远距离输电。一、输送电能的基本要求输送电能的基本要求：输送电能的基本要求：1.1.可靠：指保证可靠：指保证_可靠地工作
2、，少有故障。可靠地工作，少有故障。2.2.保质：保证电能的质量保质：保证电能的质量电压和电压和_稳定。稳定。3.3.经济：指输电线路建造和运行的费用经济：指输电线路建造和运行的费用_，电能损耗，电能损耗_。供电线路供电线路频率频率低低少少二、降低输电损耗的两个途径【问题探究】【问题探究】如图所示如图所示, ,假定发电厂输出的电压为假定发电厂输出的电压为U,U,输送功率为输送功率为P,P,输电线路中的电输电线路中的电流是流是I,I,两条导线的总电阻是两条导线的总电阻是r(r(在图中把导线电阻集中画为在图中把导线电阻集中画为r)r)。那么。那么: :(1)(1)用户两端的电压是多大用户两端的电压是
3、多大? ?(2)(2)用户得到的电能与发电厂输出的用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗电能相等吗? ?(3)(3)输电线上功率损失的原因是什么输电线上功率损失的原因是什么? ?功率损失的表达式是什么功率损失的表达式是什么? ?降低功率降低功率损耗有哪些途径损耗有哪些途径? ?二、降低输电损耗的两个途径(1)(1)用户两端的电压是多大用户两端的电压是多大? ?(2)(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗相等吗? ?(3)(3)输电线上功率损失的原因是什么输电线上功率损失的原因是什么? ?功率功率损失的表达式是什么损失的表达式是什么? ?降低功率损耗有哪降低
4、功率损耗有哪些途径些途径? ?(1)(1)UUrUPIrU( (2 2) )不相等。由能量守恒知不相等。由能量守恒知 PPP( (3 3) )输电线有电阻。输电线有电阻。 由此可知：降低功率损耗由此可知：降低功率损耗的途径：的途径：提升输电电压提升输电电压 减小输电线的电阻减小输电线的电阻rUPP21.输电线上的功率损失输电线上的功率损失(1)原因：输电导线有电阻原因：输电导线有电阻R线线，电流流过输，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失电线时，电流的热效应引起电功率的损失(2)计算式：计算式：二、降低输电损耗的两个途径线线UUPrUPrUP22输送距离送电电压送电方式100KW10
5、0KW以下几百米以内220V220V低压送电几千千瓦几万千瓦几十千米上百千米35kV35kV或者110kV110kV高压送电1010万千瓦以上几百千米以上220kV220kV或更高超高压送电输送功率实际采用几种输电方式1.1.中国输电工程目前是世界上电压最高的，假设甲、乙两地原来用中国输电工程目前是世界上电压最高的，假设甲、乙两地原来用500 kV500 kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用下，现改用1 000 kV1 000 kV特高压输电，不考虑其他因素的影响。则（）特高压输电，不考虑其他因素的影响。则（
6、）A A输电电流变为原来的输电电流变为原来的2 2倍倍B B输电线上降落的电压将变为原来的输电线上降落的电压将变为原来的2 2倍倍C C输电线上降落的电压将变为原来的输电线上降落的电压将变为原来的1/1/2 2D D输电线上损耗的电功率输电线上损耗的电功率将变为原来的将变为原来的1/1/2 2答案答案 C2.2.（多选）（多选）（20202020全国全国卷）特高压输电可使输送中的电能损卷）特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从电技术。假设从A A处采用处采用550 kV550 k
7、V的超高压向的超高压向B B处输电，输电线上损处输电，输电线上损耗的电功率为耗的电功率为PP，到达，到达B B处时电压下降了处时电压下降了UU。在保持。在保持A A处输送的处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV1 100 kV特高压输电，特高压输电，输电线上损耗的电功率变为输电线上损耗的电功率变为PP，到达，到达B B处时电压下降了处时电压下降了UU。不考虑其他因素的影响，则（）不考虑其他因素的影响，则（）PPA41.PPB21.UUC41.UUD21.答案答案 AD情境探究远距离输电基本过程示意图如图所示,请思考: 如果用220
8、V和11 kV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,求导线的横截面积之比。三、电网供电要点提示 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。则每根导线损失的电功率P损=I2R。现在,输送电功率P相同,导线电阻率和长度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,则应有可见,要满足题中所设要求用220 V电压输电时,导线的横截面积是11 kV输电时的2 500倍。从中可以令人印象深刻地体会出高压输电的实际意义。三、电网供电1 1远距离输电的电路图远距离输电的电路图如图所示为远距离输电的简化电路
9、原理图，可以划分为三个回路如图所示为远距离输电的简化电路原理图，可以划分为三个回路2 2分析三个回路分析三个回路分析远距离输电路的有效方法是理清三个分析远距离输电路的有效方法是理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律其回路，抓住两个联系，掌握一个定律其关系如下表所示：关系如下表所示：3.3.如图所示，某发电机输出功率是如图所示，某发电机输出功率是100 kW100 kW，输出电压是，输出电压是250 V250 V，从发电机到用户间的输电线总电阻为从发电机到用户间的输电线总电阻为8 8 ，要使输电线上的功，要使输电线上的功率损失为率损失为5%5%，而用户得到的电压正好为，而用户得到的电压正好为2
10、20 V220 V，求升压变压器，求升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是和降压变压器原、副线圈匝数比分别是( () )A A1611611901119011B B1161161119011190C C1161161901119011D D1611611119011190答案答案 C4.4.发电机的输出电压为发电机的输出电压为220 V,220 V,输出功率为输出功率为44 kW,44 kW,每条输电线的电阻为每条输电线的电阻为0.2 ,0.2 ,求求: :(1)(1)此时用户得到的电压和电功率各为多少此时用户得到的电压和电功率各为多少? ?(2)(2)如果发电站先用变压比为如果发电站先
11、用变压比为110110的升压变压器将电压升高的升压变压器将电压升高, ,经同样的经同样的输电线路后经输电线路后经101101的降压变压器将电压降低后供给用户的降压变压器将电压降低后供给用户, ,则用户得到的则用户得到的电压和电功率各是多少电压和电功率各是多少? ?【解析】【解析】(1)(1)输电线上的电流输电线上的电流I IR R= A=200 A= A=200 A损失的电压损失的电压U UR R=I=IR RR=200R=2002 20.2 V=80 V0.2 V=80 V损失的功率损失的功率P PR R=U=UR RI IR R=80=80200 W=16 kW200 W=16 kW故用户
12、得到的电压故用户得到的电压U U用户用户=U-U=U-UR R=140 V=140 V用户得到的功率用户得到的功率P P用户用户=P-P=P-PR R=28 kW=28 kW。P44 000U220(2)(2)已知升压变压器的匝数比已知升压变压器的匝数比n n1 1nn2 2=110=110输入电压输入电压U U1 1=220 V=220 V因此因此, ,升压变压器的输出电压升压变压器的输出电压U U2 2= U= U1 1=2 200 V=2 200 V输电线上的电流输电线上的电流IIR R= A=20 A= A=20 A损失的电压损失的电压UUR R=I=IR RR=20R=202 20.
13、2 V=8 V0.2 V=8 V损失的功率损失的功率PPR R=U=UR RIIR R=8=820 W=160 W20 W=160 W21nn2P44 000U2200 A因此因此, ,降压变压器的输入电压降压变压器的输入电压 U U3 3=U=U2 2-U-UR R=2 192 V=2 192 V已知降压变压器的匝数比已知降压变压器的匝数比n n3 3nn4 4=101=101所以用户得到的电压所以用户得到的电压U U4 4= U= U3 3=219.2 V=219.2 V用户得到的功率用户得到的功率PP用户用户=P-P=P-PR R=43.84 kW=43.84 kW。43nn答案答案: :(1)140 V(1)140 V28 kW28 kW(2)219.2 V(2)219.2 V43.84 kW 43.84 kW 小结：远距离高压输电原理图小结：远距离高压输电原理图 电压之间的关系是：电压之间的关系是：功率之间的关系是：功率之间的关系是：电流之间的关系是：电流之间的关系是：14223UUUURI用线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器P1=P2nnUU4343=nnUU2121=U2=Ur+U3nnII3443=nnII1221=I2=Ir=I3P2=Pr+P3P3=P4
