5 电能的输送,1.降低输电损耗的两个途径: (1)输送电能的基本要求:,(2)降低输电损耗的两个途径: 输电线上的功率损失:P=_,I为输电电流,R为输 电线的电阻。 降低输电损耗的两个途径。 a.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_。,I2R,电阻,电阻,电阻率小,横截面积,b.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 _。,电流,电流,电压,2.电网供电: (1)远距离输电的基本原理: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 广大用户连接起来,形成全国性或地区性的输电 _。,升压,升压,降压,变电站,网络,(3)电网输电的优点: 降低一次能源的运输成本,获得最大经济效益。 减小_的风险,调节不同地区电力供求的平衡, 保障供电的质量。 合理调度电力,使_的供应更加可靠,质量更 高。,断电,电力,主题一 降低输电损耗的两个途径 【问题探究】 在如图所示的输电示意图中,假设两条输电线的总电阻为R,输送的功率为P,发电厂输出的电压为U,送电电流为I。,试结合上述情景,讨论下列问题: (1)减少输电线上的功率损失的途径有:_ _。 (2)减少输电线上的功率损失为什么要依靠高压输电?,减小导线的,电阻R、减小输电电流I,提示:电阻R= 告诉我们,在输电距离l一定、选 用电阻率较小的铜或铝作导线后,必须增大导线的 横截面积。但这样会耗费大量的金属材料,输电线太 重给架设带来困难。 在线路和输送功率P不变时,P=UI告诉我们提高输电 电压可大大减少功率损失。,(3)什么是输电线路上的电压损失?怎样减少电压损失? 提示:输电线路始端电压U与末端电压U的差值U=U-U,称为输电线路上的电压损失,也就是输电线上的电势降落,即U=IR。减小电阻、提高输电电压就能减小输电电流,从而可以减小输电线路上电压损失。,(4)“提高电压,降低电流”与欧姆定律矛盾吗? 提示:不矛盾。欧姆定律是对纯电阻元件而成立的定律,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。,【探究总结】 降低输电损耗的方法 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,根据R= 可知: 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R。,减小电阻率:目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。 增大导线的横截面积S:这要耗费更多金属材料,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= 可知: 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。 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 =( )2R知,输电线上的功率损耗将降为原来 的 。,故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。,【拓展延伸】输电导线损失电压的计算误区 在已知输电电压U和导线电阻R的情况下,不能用 I= 计算输电电流,因为导线电阻R上的电压不是输 电电压U。同样原因,也不能够用P= 计算输电导 线上的功率损失。,【典例示范】 (2018江苏高考)采用220 kV高压向远方的城市输 电。当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减 小为原来的 ,输电电压应变为 ( ) A.55 kV B.110 kV C.440 kV D.880 kV,【解题指南】解答本题把握一个要点: 输电线上损耗功率:P损=I2r=( )2r(其中U为输送电 压) 【解析】选C。输电线上损耗的功率P损=I2r=( )2r, 为使输电线上损耗的功率减小为原来的 ,电流I要 减小为原来的 ,当输送功率一定时,输电电压要升 高为原来的2倍,选项C正确。,【探究训练】 1.如图为远距离的简化电路图。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.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 r D.输电线路上损失的电功率为I1U,【解题指南】解答本题应注意以下三点: (1)理想变压器的输入功率由输出功率决定。 (2)远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关。 (3)整个过程中的功率、电压关系,理想变压器电压和匝数关系。,【解析】选A。由于输电线与用户间连有一理想变压 器, 设用户端的电压是U2,则U1I1=U2I2, 得U2= ,故A正确; 发电厂的输出电压是U, 所以输电线上的电压降不可能是U,故B错误; 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, 所以输电线路上损耗的功率是 r,故C错误; 发电厂的输出电压是U, 末端间的电压为U1, 输电线路上损失的电功率是I1(U-U1),故D错误。,2.(多选)在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么 ( ) A.输电线路上损失的电压与输送的电流成正比 B.输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大 C.输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 D.输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比,【解析】选A、C。输电线路上损失电压U=IR, 在R一定时,U和I成正比。 若U越高,I= ,I越小,那么U越小。 输电线路上损失的功率P=I2R, 当P一定时,I= ,所以P= R, 即P和U的平方成反比, 跟I的平方成正比。故A、C正确。,3. (多选)某发电站用11 kV交变电压输电,输送功率一定,输电线的电阻为R。现若用变压器将电压升高到220 kV输电,下面说法正确的是 ( ) A.因I= ,所以输电线上的电流变为原来的20倍 B.因I= ,所以输电线上的电流变为原来的,C.因P= ,所以输电线上损失的功率变为原来的400 倍 D.因P=I2R,所以输电线上损失的功率变为原来的,【解析】选B、D。由P=UI得I= ,输送功率一定,输 送电压变为原来的20倍,则输送电流变为原来的 , 故A错误、B正确;输电线上损失的功率为P= 。输 送电压变为原来的20倍,输电线上分配的电压U不一 定变为原来的20倍,故C错误;由输电线上损失的功率 P=I2R知,输送电流变为原来的 ,则损失的功率变为 原来的 ,故D正确。,【补偿训练】 1.在电能输送过程中,若输送的电功率和输电线电 阻一定,则在输电线上损耗的电功率 ( ) A.和输送电线上电压的二次方成正比 B.和输送电流的二次方成反比 C.和输送电线上的电压降的二次方成正比 D.和输送电流成正比,【解析】选C。输电线上的功率损失P= R线,电压 损失U=U-U=I线R线,输电线电流I线= ,所以P= R线= R线,可见在输送功率P和输电线电 阻一定时,P与 成正比,P与U2成正比,P与 U2成反比。,2.随着社会发展,人类对能源的需求日益增加,节能变得愈加重要。甲、乙两地采用电压U进行远距离输电,输电线上损耗的电功率为输入总功率的k(0k1)倍。在保持输入总功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用5U的电压输电,若不考虑其他因素的影响,输电线上损耗的电功率将变为输入总功率的 ( ),A. B. C.5k D.25k 【解析】选A。输入总功率为P0,输电线电阻为R,电压 为U时,输电线电流I1= ,输电线上损耗的电功率P1= R= R=kP0,电压为5U时,输电线电流I2= ,输 电线上损耗的电功率P2= R= R= P0 ,即输电 线上损耗的电功率变为输入总功率的 倍。故选A。,主题二 电网供电 【问题探究】 如图为远距离输电的基本过程示意图。,试结合上述情景,讨论下列问题: (1)一般远距离输电电压要经历几次变化? 提示:发电机组输出电压10 kV,发电站内升压到几百千伏,在“一次高压变电站”降到100 kV左右, “二次变电站”降到10 kV左右,低压变电站降到220 V或380 V。,(2)最简单的远距离输电电路是如何构成的? 如图所示,最简单的输电电路的构成:_ _。,发电机、升压,变压器、输电导线、降压变压器、用户,【探究总结】 1.远距离输电电路的特点: 远距离输电的简化电路原理图,可以划分为三个回路,如图所示。,2.远距离输电线路的三个回路、两个联系和一个定律的有关关系:,【典例示范】 (2019南昌高二检测)进入冬季以来,我国北方遭遇 雨雪冰冻灾害。马路上的冰层坚硬如铁、光滑如玻璃, 高压电线覆冰后有成人大腿般粗,为清除高压输电线 上的凝冰,有人设计了这样的融冰方法:利用电流的热 效应除冰。若在正常供电时,高压线上送电电压为U,电流为I。热损耗功率为P;除冰时,输电线上的热耗功率需变为9P,则除冰时(输电功率和输电线电阻不变) ( ) A.输电电流为 B.输电电流为3I C.输电电压为3U D.输电电压为9U,【解题指南】解答本题把握以下两点: (1)高压线上的损耗功率P=I2R线 (2)输送功率不变:P=UI,【解析】选B。高压线上的热耗功率为:P=I2R线 若热耗功率变为9P,则有:9P=I2R线 由得I=3I,所以A错误,B正确。 又有输送功率不变,由P=UI=UI得:U= U,所以 C、D错误。,【探究训练】 1.(多选)如图所示,某发电站输出的交流电压为U1= 4 000 V,输送的功率为P=4 000 kW。经变压器T1升压后向远方输电,输电线路总电阻r=500 ,到目的地经变压器T2降压后获得220 V的电压。若在输电线路上消耗的功率为输送功率的5%,变压器均为理想变压器,则 ( ),A.输电线上的电流I2的大小为20 A B.输电线上的电流I2的大小为1 000 A,C.降压变压器T2输入线圈与输出线圈的匝数之比为 9 50011 D.降压变压器T2输入线圈与输出线圈的匝数之比为 10 00011,【解题指南】解答本题应注意以下三点: (1)根据输电线路上消耗的功率求输电线上的电流。 (2)根据升压变压器的输入功率等于输出功率,求升压变压器的输出电压。 (3)由U2=Ir+U3求降压变压器的输入电压U3。,【解析】选A、C。由5%P= r得I2= = A =20 A,A正确。由P=U2I2得U2= =2105 V。 又U2=I2r+U3得U3=U2-I2r=1.9105 V,由 得 = = = ,故C正确。,2.电机输出功率为100 kW,输出电压为250 V,用户需要220 V的电压,输电线电阻为10 ,若输电线损失的功率为4 kW,求升压和降压变压器原、副线圈的匝数比。,【解题指南】解答本题需要把握以下三点: (1)根据输电导线的功率损失求出输电电流。 (2)根据欧姆定律求出输电导线损失电压。 (3)根据变压器电压与匝数的正比关系求出匝数比。,【解析】设输电线中的电流为I,则I2R=P I= A=20 A 损失电压U =IR=2010 V=200 V 设升压变压器的输出电压为U2,由P=U2I,得 U2= V=5 000 V,所以升压变压器 降压变压器的输入电压 U3=U2-U =5 000 V-200 V=4 800 V 所以降压变压器 。 答案:120 24011,【互动探究】上题中用户如果是学校,所送电能全部 用