1819 第5章 5 电能的输送Word文档格式.docx

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（2）从公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压．

前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法．

3．高压输电

（1）现代远距离输电都采用高压输电．目前我国远距离送电采用的电压有110kV,220kV,330kV，输电干线已采用500kV，西北电网甚至达到750kV.

（2）高压输电并不是越高越好．电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多．

（3）实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济等要求选择合适的电压．

二、电网供电

1．远距离输电基本原理

在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压．

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，形成全国性或地区性的输电网络．

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）减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量．

（3）合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．

[基础自测]

1．思考判断

（1）仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少．（√）

（2）在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小．（√）

（3）从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电．（×

）

（4）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．（√）

（5）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．（×

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，其中客观原因是电网陈旧老化．近来进行农村电网改造，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．减小输电导线的长度

C．提高输电的电压D．减小输电导线的横截面积

【解析】　为减少远距离输电的损耗，可以提高输电的电压，故C项正确；

提高输送功率不能减少远距离输电的损耗，减小输电导线的长度的方法不可取，减小输电导线的横截面积反而会增大损耗，故A、B、D错误．

【答案】　C

3．远距离输电中，当输送的电功率为P，输送电压为U时，输电线上损失的电功率为ΔP，若输送的电功率增加为4P，而输电线中损失的电功率减为，（输电线电阻不变）那么输电电压应增为（　　）

【导学号：

57272124】

A．32U　　　B．16UC．8U　　　D．4U

【解析】　根据题意知：

ΔP＝2·

r，ΔP＝2·

r得U′＝8U.

[合作探究·

攻重难]

输电线上电压和功率损失的计算

1．输电线上的电功率损失

（1）原因：

输电导线有电阻R线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失．

（2）计算式：

①P线＝I2R线；

②P线＝IU线；

③P线＝.

2．输电线上的电压损失

若用U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，则U线＝U－U′或U线＝IR线．

3．电压损失与输电电压的关系

如果远距离输电的电功率P不变，输电电压为U，输电导线电阻为R线，则输电导线上发热损失的功率P损＝I2R线＝R线，因此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的.

[注意]　交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响．

　中国已投产运行的1000kV特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500kV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1000kV特高压输电，不考虑其他因素的影响．则（　　）

A．输电电流变为原来的2倍

B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍

C．输电线上降落的电压将变为原来的

D．输电线上损耗的电功率将变为原来的

【解析】　根据输送电功率P输＝U输I输及P输不变，可知，输电电流I输＝∝，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的，选项A错误；

输电线上降落的电压U降＝I输R线∝I输，所以，当输电电流变为原来的时，输电线上降落的电压也变为原来的，选项B错误，C正确；

输电线上损耗的电功率P损＝IR线∝I，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的，选项D错误．

　某变电站用220V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%.若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？

【解析】　设输送功率为P，输电电压U1＝220V时，损失功率ΔP1＝20%P

又因为ΔP1＝IR线，I1＝

解得ΔP1＝R线

现要求ΔP2＝5%P，同理ΔP2＝R线

因此可得＝＝

所以U2＝2U1＝440V.

【答案】　440V

计算输电线上功率损失的两种方法

计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电压：

输电电压（输电线始端的电压）U和输电线上的损失电压ΔU.

（1）P损＝ΔUI＝，ΔU是输电线两端的电压，即输电线上损失的电压．

（2）P损＝2R，U是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后的电压．

[针对训练]

1．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＝得，输电线上的电流变为2I0

B．由I＝得，输电线上的电流变为

C．由P＝得，输电线上损失的电功率为4P0

D．由P＝IU得，输电线上损失的电功率为2P0

【解析】　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＝IR.当输电电压提高为2U0时，由I＝可知输电线上的电流变为，输电线上损失的电功率为P损＝2R＝，故选项B正确．

【答案】　B

远距离输电

1．远距离输电的几个基本关系式

图551

（1）功率关系：

P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4.

（2）电压关系：

＝，U2＝U线＋U3，＝.

（3）电流关系：

＝，I2＝I线＝I3，＝.

（4）输电电流：

I线＝＝＝＝.

（5）输电导线上损耗的电功率

P损＝P2－P3＝IR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：

＝，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：

＝，I3n3＝I4n4，P3＝P4.

　发电机的输出电压为220V，输出功率为44kW，每条输电线的电阻为0.2Ω，求：

（1）此时用户得到的电压和电功率各为多少？

（2）如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经10∶1的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？

思路点拨：

⇒⇒

【解析】　

（1）输电线上的电流IR＝＝A＝200A

损失的电压UR＝IRR＝2×

0.2×

200V＝80V

损失的功率PR＝URIR＝80×

200W＝16kW

故用户得到的电压U用户＝U－UR＝140V

用户得到的功率为P用户＝P－PR＝28kW.

（2）已知升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶10

输入电压U1＝220V

因此，升压变压器的输出电压U2＝U1＝2200V

输电线上的电流IR′＝＝A＝20A

损失的电压UR′＝IR′R＝2×

20V＝8V

损失的功率PR′＝UR′IR′＝8×

20W＝160W

因此，降压变压器的输入电压U3＝U2－UR′＝2192V

已知降压变压器的匝数比n3∶n4＝10∶1

所以用户得到的电压U4＝U3＝219.2V

用户得到的功率P用户′＝P－PR′＝43.84kW.

【答案】　

（1）140V　28kW　

（2）219.2V　43.84kW

处理远距离输电的方法技巧

（1）画好一张图——远距离输电示意图

（2）抓住电两端——发电站和用户

（3）分析一条线——输电线

（4）研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压

（5）区分三个量——输送电压（功率）、损失电压（功率）、用户电压（功率）

2．输送4.0×

106W的电能，若发电机输出电压为2000V，选用变压器升压后应用横截面积为4.25cm2的铜导线，把电能送到400km远处，线路损耗的功率为5.0×

105W．若已知铜的电阻率ρ＝1.7×

10－8Ω·

m，求：

（1）应选用匝数比为多少的升压变压器；

（2）在用户方使用降压变压器，其原线圈两端的电压为多大.

57272125】

【解析】　

（1）由P＝I2R得I＝，式中P为线路损耗功率，R为线路总电阻，

两条导线总电阻R＝ρ＝ρ，

则R＝1.7×

10－8×

Ω＝32Ω

所以I＝＝125A

因为P输入＝P输出，所以在升压变压器副线圈两端的电压为

U2＝＝3.2×

104V

故＝＝.

（2）设U′2为降压变压器原线圈两端的电压，则U′2＝U2－IR＝2.8×

104V.

【答案】　

（1）1∶16　

（2）2.8×

[当堂达标·

固双基]

1．关于电能输送的以下分析，正确的是（　　）

A．由公式P＝知，输电电压越高，输电线上功率损失越少

B．由公式P＝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，输电导线上功率损失越大

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】　输电线上损失的功率P损＝I2R线＝，U损指输电线上的分压，而不是输电电压，选项C正确．

2．某用电器离供电电源的距离为l，线路上的电流为I.若要求线路上的电压降不超过U.已知输电导线的电阻率为ρ，那么该输电导线的横截面积的最小值是（　　）

A.　　　B．I2ρ　　　C.　　　D.

【解析】　因为导线的总长度为2l，所以电压降U＝IR＝Iρ，解得S＝，故选项C正确．

3．（多选）某小型水电站的电能输送示意图如图552所示，发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4（变压器均为理想变压器）．要使额定电压为220V的用电器正常工作，则（　　）

图552

A.＞

B.＜

C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压

D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率

【解析】　由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率．P出－P损＝P入，故D正确；

＝，＝，因为U1＝200V＜U4＝220V，U2＞U3＝U2－U线，故＞，选项B、C错误，A正确．

【答案】　AD

4．如图553所示为远距离交流输电的简化电路图．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（　　）

图553

A．用户端的电压为

B．输电线上的电压降为U

C．理想变压器的输入功率为Ir

D．输电线路上损失的电功率为I1U

【解析】　理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为U2，则有I1U1＝U2I2，U2＝，选项A正确；

输电线上的电压降为ΔU＝I1r，或者ΔU＝U－U1，选项B错误；

理想变压器的输入功率为P＝I1U1，选项C错误；

输电线路上损失的电功率为ΔP＝Ir，选项D错误．

【答案】　A

5．（多选）如图554为模拟远距离输电电路，两理想变压器的线圈匝数n1＝n4<

n2＝n3，A1、A2、A3为相同的理想交流电流表．当a、b端接入低压交流电源时，则（　　）

图554

A．A1、A3的示数相等

B．A1、A2、A3的示数相等

C．A1的示数大于A2的示数

D．A2的示数大于A3的示数

【解析】　因为＝，＝，n1＝n4<

n2＝n3，故I1>

I2，I4>

I3，即A1的示数大于A2的示数；

A2的示数小于A3的示数；

又I2＝I3，所以：

I1＝I4，即A1、A3的示数相等，选项A、C正确，B、D错误．

【答案】　AC