1、第第四四章章 远距离输电远距离输电 学学案案3 3 电能的远距离传输电能的远距离传输 为了合理的利用能源为了合理的利用能源,发电站要建在发电站要建在靠近能源靠近能源的地方的地方.为了合理的利用能源为了合理的利用能源,发电站要建在发电站要建在靠近能源靠近能源的地方的地方.为了合理的利用能源为了合理的利用能源,发电站要建在发电站要建在靠近能源靠近能源的地方的地方.用电用电的地方却很多的地方却很多,例如例如:有的地方离发电站很远有的地方离发电站很远,因此需要把电能输送到远方因此需要把电能输送到远方,这就涉这就涉及电能的输送问题及电能的输送问题即即:观看视频并思考：为什么要高压输电呢？观看视频并思考：
2、为什么要高压输电呢？1 1电能输送的优点：电能输送的优点：2 2输送电能的基本要求：输送电能的基本要求：可靠：可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。“方便和节约方便和节约”保质：保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济：经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。可靠、保质、经济可靠、保质、经济一、电能的输送一、电能的输送怎样才能将电能由发电厂输送到用户呢？怎样才能将电能由发电厂输送到用户呢？思考：思考：r输电线输电线输电线输电线电电 源源用用
3、 户户U送送电源向外输电时，其两端的电压即为输送电压电源向外输电时，其两端的电压即为输送电压 。输送电压：输送电压：电源对外发出的功率即输送功率。电源对外发出的功率即输送功率。输送功率：输送功率：二、输电的模型二、输电的模型远距离大功率输电面临的困难是什么？远距离大功率输电面临的困难是什么？思考：思考：在输电线上有功率损失。在输电线上有功率损失。1、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？、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？讨论与交流：讨论与交流：输电线输电线有有电阻电阻若输电电流为若输电电流为I，输电线的电阻为，输电线的电阻为r，则功率损失为，则功率损失为P
4、=I2r若输送的功率为若输送的功率为P，输电电压为，输电电压为U，电线的总长度为，电线的总长度为L，横截面积，横截面积为为S，电阻率为，电阻率为，则功率损失可表示为：则功率损失可表示为：.)(2SLUPP 三、降低能耗的两个途径三、降低能耗的两个途径 3、若采用减小导线电阻的方法，在输电线长度一定的情、若采用减小导线电阻的方法，在输电线长度一定的情况下，应采用什么措施？况下，应采用什么措施？2、降低输电损耗的途径是什么？、降低输电损耗的途径是什么？由由P=I2r可知：可知：可减少功率损失。可减少功率损失。减少减少输电线的电阻输电线的电阻减少减少输电线的电流输电线的电流（3）减少材料的电阻率减少
5、材料的电阻率（1）减少输电线的长度减少输电线的长度L（2）增加导线的横截面积增加导线的横截面积S由由 可知：可知：SLR三、降低能耗的两个途径三、降低能耗的两个途径 4、若采用减小导线中电流的方法，又应采用什么措施？、若采用减小导线中电流的方法，又应采用什么措施？讨论与交流：讨论与交流：减小输送功率减小输送功率P由由 P=IU 可知：可知：提高输电电压提高输电电压U可减小输电电流。可减小输电电流。由于电站的装机容量一定，因此电站向外输送的电功率是一定由于电站的装机容量一定，因此电站向外输送的电功率是一定的，即在实际中不能以用户少用或不用电来减少输电线上的功率的，即在实际中不能以用户少用或不用电
6、来减少输电线上的功率损失。损失。想一想：想一想：能否通过减小输送功率来减小输电电流？能否通过减小输送功率来减小输电电流？三、降低能耗的两个途径三、降低能耗的两个途径远远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比比330 kV高得多的电压进行输电采用高压输电的优高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是点是()A可节省输电线的材料可节省输电线的材料B可根据需要调节交流电的频率可根据需要调节交流电的频率C可减小输电线上的能量损失可减小输电线上的能量损失D可加快输电的可加快输电的速度速度1 1 把功率为把功率为22KW22KW的电能用总电阻为的电能用总电阻为
7、22的导线的导线输送到远方的用户，用输送到远方的用户，用220V220V的电压输电，导线损的电压输电，导线损失的功率为多少？若改用失的功率为多少？若改用22KV22KV的电压输电，导线的电压输电，导线损失的功率又为多少？损失的功率又为多少？22KV22KV输电，损失的功率为输电，损失的功率为 220V220V输电，损失的功率为输电，损失的功率为 W4104 W4 RUPP 2)(RUPP 2)(减小输送电流的减小输送电流的方法方法可以通过可以通过提高输电电压提高输电电压来实现。来实现。总结：总结：2 2远距离输电过程示意图远距离输电过程示意图四、电网供电四、电网供电 1 1、在高压输电三个回路
8、中，各部分的功率、电压和电、在高压输电三个回路中，各部分的功率、电压和电流关系如何？流关系如何？1 14 42 22 23 3UUUURI IF F用用线线 rI I1 1I I3 3I I4 4n n1 1n n2 2n n3 3n n4 4P1P2P3P4功率关系：功率关系：电压关系：电压关系：电流关系：电流关系：2121nnUU 1221nnII 4343nnUU 3443nnII 32II 32UUU 21PP 32PPP 43PP 四、电网供电四、电网供电 2、在高压输电模型中，设发电机的输出功率为、在高压输电模型中，设发电机的输出功率为P，输送，输送电压为电压为U1，输电线的电阻，
9、输电线的电阻r，升压变压器的原副线圈匝数分，升压变压器的原副线圈匝数分别为别为n1，n2，降压变压器原副线圈分别为，降压变压器原副线圈分别为n3，n4，你能算出，你能算出线路中损失的功率和电压吗？用户得到的功率和电压分别线路中损失的功率和电压吗？用户得到的功率和电压分别是多少？是多少？14223UUUURIF用用线线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4四、电网供电四、电网供电在发电机与升压变压器原线圈组成的回路中在发电机与升压变压器原线圈组成的回路中 11UPI 由由 1221nnII 1212UPnnI RUPnn2121)(RIP22 输电线上输电线上 RUPnnPPPP21
10、21)(用用户户用户得到的功率用户得到的功率 RUnPnRIU1212 RUnPnnUnUUU12111223 )(121112343344RUnPnnUnnnnUnU 损失的电压损失的电压 四、电网供电四、电网供电四、电网供电四、电网供电 1 1、根据上述结果高压输电能否真的有效降低能量、根据上述结果高压输电能否真的有效降低能量损耗及电压损耗？损耗及电压损耗？2 2、是不是输电电压越高越好？为什么？、是不是输电电压越高越好？为什么？讨论与交流：讨论与交流：1、由、由 及及 可知可知：电压越高，：电压越高，功率和电压损失确实越小，可以有效降低能耗和电压损耗。功率和电压损失确实越小，可以有效降低
11、能耗和电压损耗。RUPnnP2121)(RUnPnU121 2 2、不是。电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用、不是。电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。阅读与思考：阅读与思考：1 1、常用的输电模式有几种？各是什么？、常用的输电模式有几种？各是什么？2 2、我国远距离输电采用的电压有哪几种？、我国远距离输电采用的电压有哪几种？低压输电：低压
12、输电：输电功率为输电功率为100 kW100 kW以下，距离为几百米以内，以下，距离为几百米以内，一般采用一般采用220 V220 V的电压输电。的电压输电。高压输电：高压输电：输电功率为几千千瓦到几万千瓦，距离为输电功率为几千千瓦到几万千瓦，距离为几十千米几十千米到到几几 百百千米，一般采用千米，一般采用35 kV35 kV或或110 kV110 kV的的电压电压输电。输电。超高压输电：超高压输电：输电功率为输电功率为1010万千瓦以上，距离为几百千米，万千瓦以上，距离为几百千米，必须采用必须采用220 kV220 kV或更高的电压输电。或更高的电压输电。有有110 kV110 kV、220
13、 kV220 kV、330 kV330 kV，输电干线采用，输电干线采用500 kV500 kV超高压，西超高压，西北电网的电压甚至达到北电网的电压甚至达到750 kV750 kV。四、电网供电四、电网供电采用电网供电的优点是什么？采用电网供电的优点是什么？阅读与思考：阅读与思考：可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。四、电网供电四、电网供
14、电远距离输电示意图远距离输电示意图在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有率的增大，下列说法中正确的有()A升压变压器的输出电压增大升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大降压变压器的输出电压增大C输电线上损耗的功率增大输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例输电线上损耗的功率占总功率的比例增大增大升压变压器升压变压器原线圈电压不变，变
15、压比不变，故副线圈电压不变，原线圈电压不变，变压比不变，故副线圈电压不变，A错误；错误；IP/U，U损损IR线线，U3U2U损损，因，因P变大，变大，I变大，所以变大，所以U损损变大，所变大，所以降压变压器初级电压以降压变压器初级电压U3变小，变小，B错误；错误；P损损(P/U)2R线线，因，因P变大，所以变大，所以P损损变大，变大，C正确；正确；3某某小型实验水电站输出功率是小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线路总电阻是，输电线路总电阻是6.(1)若采用若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率输电，求输电线路损耗的功率(2)若改用若改用5 000 V高压输电，用户端利用高压输电，用户
16、端利用n1 n222 1的变压器降压，求用的变压器降压，求用户得到的电压户得到的电压(1)输电线上的电流为输电线上的电流为IP/U52.63 A输电线路损耗的功率为输电线路损耗的功率为P线线I2R16.62 kW(2)改用高压输电后，输电线上的电流变为改用高压输电后，输电线上的电流变为IP/U4 A用户端在变压器降压前获得的电压用户端在变压器降压前获得的电压U1UIR4 976 V根据根据U1/U2n1/n2用户得到的电压为用户得到的电压为U2n2U1/n1226.18 V4 41远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比用比330 kV高得多的电
17、压进行输电采用高压输电的高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是优点是()A可节省输电线的材料可节省输电线的材料B可根据需要调节交流电的频率可根据需要调节交流电的频率C可减小输电线上的能量损失可减小输电线上的能量损失D可加快输电的可加快输电的速度速度2.超导超导是当今高科技研究的热点，利用超是当今高科技研究的热点，利用超导材料可实现无损耗输电现有一直流导材料可实现无损耗输电现有一直流电路，输电总电阻为电路，输电总电阻为0.4，它提供给用，它提供给用电器的电功率为电器的电功率为40 kW，电压为，电压为800 V若用临界温度以下的超导电缆代替原若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，保持供给
18、用电器的功率和来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为电压不变，那么节约的电功率为()A1 kW B1.6103 kWC1.6 kW D10 kW节约节约的电功率即为普通电路输电的电功率即为普通电路输电时损耗的时损耗的电功率电功率IP/U40103/800 A50 AP线线I2R5020.4 W1 000 W32014年年2月初低温雨雪冰冻造成我国东部部分地区停电，为消除高月初低温雨雪冰冻造成我国东部部分地区停电，为消除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰若在正常供电时，高压线上送电
19、电压为除冰若在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为，电流为I，热耗功，热耗功率为率为P；除冰时，输电线上的热耗功率需变为；除冰时，输电线上的热耗功率需变为9P，则除冰时，则除冰时(认为认为输电功率和输电线电阻不变输电功率和输电线电阻不变)()A输电电流为输电电流为3IB输电电流为输电电流为9IC输电电压为输电电压为3U D输电电压为输电电压为U/3高压线高压线上的热耗功率上的热耗功率PI2R线线若若热耗功率变为热耗功率变为9P，则，则9PI2R线线由由两式得两式得I3I，A对对；输送输送功率不变，即功率不变，即PUIUI，得，得UU/3，所以，所以D对对4.发电机发电机的端电压为的端电压为
20、220 V，输出功，输出功率率44 kW，输电导线的电阻为，输电导线的电阻为0.2，如果用初、次级线圈匝数之比为如果用初、次级线圈匝数之比为1 10的升压变压器升压，经输电线的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级线圈匝数比为后，再用初、次级线圈匝数比为10 1的降压变压器降压供给用户的降压变压器降压供给用户(1)画出全过程的线路示意图；画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；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，若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率求用户得到的电压和功率(1)示意图如图所示示意图如图所示 4.发电机发电机的端电压为的端电压为2
21、20 V，输出功，输出功率率44 kW，输电导线的电阻为，输电导线的电阻为0.2，如果用初、次级线圈匝数之比为如果用初、次级线圈匝数之比为1 10的升压变压器升压，经输电线的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级线圈匝数比为后，再用初、次级线圈匝数比为10 1的降压变压器降压供给用户的降压变压器降压供给用户(1)画出全过程的线路示意图；画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；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，若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率求用户得到的电压和功率(3)则输电电流则输电电流IP/U1200 A.输电线路上的电压损失输电线路上的电压损失UIR线线40 V.所以用户得到的电压所以用户得到的电压U2U1U180 V用户得到的功率为用户得到的功率为PU2I3.6104 W.
