3.4 电能的远距离输送 课件 (共34张PPT) 高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 3.4 电能的远距离输送 课件 (共34张PPT) 高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-17 21:06:57 | ||
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文档简介
(共34张PPT)
3.4 电能的远距离输送
世界发电站排名第一——三峡水电站
亚州最大风力发电站——新疆达板城风力发电站
中国最大火力发电站——内蒙古托克托电厂
发电厂一般建在能源丰富的地方，一般距离城市等需用电的地方较远，这就需要远距离输电。
在我国常采用100kV、220kV、330kV、和550kV等高压方式将电能从发电厂经变电站输送给用户。
550KV
远距离输电为什么要采用高压方式呢？
1、采用高压输电的原因
（2)降低输电损耗的途径是什么？
减小输电线的电阻
减小输电线的电流
（1)怎样计算输电线上损失的功率？
1、功率损失
发电厂
用户
U送
U用
U损
r
提高输电电压，是减少电能损失最有效的办法.
远距离输电，导线的电阻不能忽略。电流流过输电导线时，电流的热效应会引起电功率的损失。
输电导线
发电厂
用户
输电导线
U送
U用
r
U损
造成电压损失的因素:
（1）输电线电阻造成电压损失
（2）输电线的感抗和容抗造成电压损失．
(高中阶段计算中只考虑输电线电阻造成的电压损失)
2、电压损失
由电阻定律
（1）减小导线电阻
②材料的电阻率ρ：
①减小减小电线的长度L：
③增加导线的横截面积：
银的电阻率最小,但价格昂贵,目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。
不可行,因为要保证输电距离。
可适当增大横截面积。但过粗的导线会耗费更多的金属材料，输电线太重給架线施工带来很大的困难。
无论从减小输电中的功率损失，还是从减小电压损失来看，都要求提高输电电压，减小输电电流。
在输送功率和线路电阻一定时，线路中损失的功率与输送电压的二次方成反比。
（2）减小输电线中的电流
减少输电线上功率的最好办法是减小输电导线中的电流。
由
由
在输送功率不变的情况下，可以增大输电电压，才能减小电流
输电电压越高，输电线中电流就越小，导线因发热的损耗越小。
输电电压也不能无限制地提高？
不能，输电电压过高，会增加绝缘难度，提高架线费用，还容易引起输电线路向大气放电，增加能量损失。
在 100 km 左右时采用 110 kV 的电压输电
在100至300 km 时则采用 220 kV 的电压
在我国
更远距离采用更高电压输电
高压输电线路：输电电压为110 kV、220 kV 的线路
超高压输电线路：输电电压为330kV、550kV乃至750kV的线路
特高压输电线路：输电交流电压为1000kV及以上的线路
远距离输电时，要综合考虑输送功率的大小，技术和经济等各种因素，选择合适的输送电压。
( 直流电压为±800kV )
某发电站输出功率P= 2 000 kW，用电阻 R= 20 Ω的输电线向外输送电能。如果用U= 10 kV 的电压输电，输电线上损失的功率是多少？损失的电压是多少？如果改用 U'= 100 kV 的高压输电，输电线上损失的功率和电压又是多少？
解:
P损 = I2R = 2002 X20 W = 800 kW
U损=IR= 200 X 20 V = 4 kV
P损 '= I'2R = 202 X20 W = 8 kW
U'损=I'R= 20 X 20 V = 400V
显然，输送一定功率的电能，输电电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能越少，线路上电压的损失也越少。
2、高压交流输电与直流输电
远距离输电线路示意图
P
U、
~
用 户
U1
I2
P1
U2
U3
U4
I1
P2
n1
n2
n4
n3
I3
I4
P3
P4
发电厂
升压变压器
降压变压器
R
1、发电回路
2、高压送电回路
3、用户回路
两个变压器，三个回路
1、功率关系：
2、电压关系：
①升压变压器： P1=P2
②降压变压器：P3=P4
③传输过程：P2= P+P3
①升压变压器：
②降压变压器：
③传输过程：U2= U+U3
3、电流关系：
③传输过程：I2=I3=I线
②降压变压器：
①升压变压器：
4、输电导线上损耗的功率：
一小型发电机输出功率为 50 kW，输出电压为 240 V。现用一台升压变压器使其升压，至用户处再用一台降压变压器降到所需要的 220 V。输电线总电阻为 30 Ω，损失电功率为总功率的 6%。若变压器是理想的，求这两台变压器原、副线圈的匝数比。
解:
三大电子元件
交流电路中，除电阻外，电感、电容也会对电流产生阻碍作用。
纯电阻电路中，不管是交流还是直流电路，都适用欧姆定律。电阻在两种电路中的影响是相同的。
电阻
电容器两极间有绝缘介质，直流电流不能通过。
隔直流
对于交变电流，因为电容器两端电压呈同期性变化，电压高时，电容充电，电路有充电电流，电压低时，电容放电，电流流出电容器，所以电容器不断的充放电使电路形成持续不断的交变电流。
通交流
电容器对交变电流有一定的阻碍作用，物理学中，把这种阻碍作用称为容抗。
电容器
电感器是线圈，直流电流能通过。
通直流
当交变电流通过电感器时，电流的变化在线圈中激发出的自感电动势将阻碍线圈中电流的变化，使电路中电流的最大值和有效值都比没有电感器时小，从而产生对交变电流的阻碍作用。物理学中，把这种阻碍作用称为感抗。
阻交流
电感器
交流输电时，输电导线有一定电感，大功率输电时，电感对交变电流的阻碍作用甚至超过电阻。
输电线架在空中，导线和大地之间就构成了一个电容器。
输电线铺设在地下（ 海底 ），需要用绝缘层隔开导线与大地（海水），导线和大地（海水）之间也构成了一个电容器。
感抗和容抗（ 合称电抗 ）会造成交流输电线路上的电压和电能的损失。
交变电流通过时，都会产生容抗。
现代供电系统把许多发电站连成一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的各台发电机发出的交变电流并网时必须做到同步，即并联输电线中的交变电流必须同时达到最大值和最小值，并且交变电流的频率必须相同。
电网
随着供电系统的迅速扩大、输电功率和输送距离的不断增加，技术难题越难克服。
高压直流输电
高压直流输电系统的工作程序：
交变电流
整流器
用电地区
高压直流电流
高压交变电流
升压变压器
降压变压器
用户
高压直流输电的优点
1、直流输电适于地下和水下电缆输电，不会受到电感和电容的影响；
2、在输送相同电功率的电能时，直流输电所用的线材约为交流输电的三分之二；
3、直流输电杆塔结构也比同容量的交流输电简单，占地面积也小；
4、直流输电时，不需要考虑电网中的各台交流发电机的同步运行问题。
“西电东送”“北电南送”
我国2005年开始研究特高压输电技术。
2011 年，世界首条商业运营的特高压（1 000 kV）交流输电扩建工程在我国正式投产。
2010 年，世界首个 800 kV 高压直流输电工程在我国正式投运。
2018 年，我国开始建造世界上容量最大的特高压多端直流输电工程。
特高压远距离输电被人们称为“电力高速公路”，为解决大容量远距离电力输送的难题作出了贡献。
3、电能的利用与社会发展
蒸汽机的广泛使用使社会生产力得以飞跃发展，引发了第一次工业革命，人类社会进入蒸汽时代
电能的使用又一次推动社会生产力飞速发展，引发了第二次工业革命，人类社会跨入电气时代。
19 世纪中叶，电动机、发电机应运而生。发电机、电动机在工业上的运用，加速了人类对电能 的利用，推动人类社会的快速发展。
电能是二次能源
电能的利用提高了劳动生产率，解放了劳动者。改变了人类社会生活的面貌，现代城市拔地而起。
但是，工业化、城市化也带来了一系列的新问题。对自然资源不断增长的需求，引发了对矿产、化石燃料等不可再生资源的过度开发和利用，又带来了水土流失、环境污染、生态失衡等严重后果。
如今，可持续发展已经成为人类社会面临的一个重要课题。
努力总是不会白费的！
3.4 电能的远距离输送
世界发电站排名第一——三峡水电站
亚州最大风力发电站——新疆达板城风力发电站
中国最大火力发电站——内蒙古托克托电厂
发电厂一般建在能源丰富的地方，一般距离城市等需用电的地方较远，这就需要远距离输电。
在我国常采用100kV、220kV、330kV、和550kV等高压方式将电能从发电厂经变电站输送给用户。
550KV
远距离输电为什么要采用高压方式呢？
1、采用高压输电的原因
（2)降低输电损耗的途径是什么？
减小输电线的电阻
减小输电线的电流
（1)怎样计算输电线上损失的功率？
1、功率损失
发电厂
用户
U送
U用
U损
r
提高输电电压，是减少电能损失最有效的办法.
远距离输电，导线的电阻不能忽略。电流流过输电导线时，电流的热效应会引起电功率的损失。
输电导线
发电厂
用户
输电导线
U送
U用
r
U损
造成电压损失的因素:
（1）输电线电阻造成电压损失
（2）输电线的感抗和容抗造成电压损失．
(高中阶段计算中只考虑输电线电阻造成的电压损失)
2、电压损失
由电阻定律
（1）减小导线电阻
②材料的电阻率ρ：
①减小减小电线的长度L：
③增加导线的横截面积：
银的电阻率最小,但价格昂贵,目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。
不可行,因为要保证输电距离。
可适当增大横截面积。但过粗的导线会耗费更多的金属材料，输电线太重給架线施工带来很大的困难。
无论从减小输电中的功率损失，还是从减小电压损失来看，都要求提高输电电压，减小输电电流。
在输送功率和线路电阻一定时，线路中损失的功率与输送电压的二次方成反比。
（2）减小输电线中的电流
减少输电线上功率的最好办法是减小输电导线中的电流。
由
由
在输送功率不变的情况下，可以增大输电电压，才能减小电流
输电电压越高，输电线中电流就越小，导线因发热的损耗越小。
输电电压也不能无限制地提高？
不能，输电电压过高，会增加绝缘难度，提高架线费用，还容易引起输电线路向大气放电，增加能量损失。
在 100 km 左右时采用 110 kV 的电压输电
在100至300 km 时则采用 220 kV 的电压
在我国
更远距离采用更高电压输电
高压输电线路：输电电压为110 kV、220 kV 的线路
超高压输电线路：输电电压为330kV、550kV乃至750kV的线路
特高压输电线路：输电交流电压为1000kV及以上的线路
远距离输电时，要综合考虑输送功率的大小，技术和经济等各种因素，选择合适的输送电压。
( 直流电压为±800kV )
某发电站输出功率P= 2 000 kW，用电阻 R= 20 Ω的输电线向外输送电能。如果用U= 10 kV 的电压输电，输电线上损失的功率是多少？损失的电压是多少？如果改用 U'= 100 kV 的高压输电，输电线上损失的功率和电压又是多少？
解:
P损 = I2R = 2002 X20 W = 800 kW
U损=IR= 200 X 20 V = 4 kV
P损 '= I'2R = 202 X20 W = 8 kW
U'损=I'R= 20 X 20 V = 400V
显然，输送一定功率的电能，输电电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能越少，线路上电压的损失也越少。
2、高压交流输电与直流输电
远距离输电线路示意图
P
U、
~
用 户
U1
I2
P1
U2
U3
U4
I1
P2
n1
n2
n4
n3
I3
I4
P3
P4
发电厂
升压变压器
降压变压器
R
1、发电回路
2、高压送电回路
3、用户回路
两个变压器，三个回路
1、功率关系：
2、电压关系：
①升压变压器： P1=P2
②降压变压器：P3=P4
③传输过程：P2= P+P3
①升压变压器：
②降压变压器：
③传输过程：U2= U+U3
3、电流关系：
③传输过程：I2=I3=I线
②降压变压器：
①升压变压器：
4、输电导线上损耗的功率：
一小型发电机输出功率为 50 kW，输出电压为 240 V。现用一台升压变压器使其升压，至用户处再用一台降压变压器降到所需要的 220 V。输电线总电阻为 30 Ω，损失电功率为总功率的 6%。若变压器是理想的，求这两台变压器原、副线圈的匝数比。
解:
三大电子元件
交流电路中，除电阻外，电感、电容也会对电流产生阻碍作用。
纯电阻电路中，不管是交流还是直流电路，都适用欧姆定律。电阻在两种电路中的影响是相同的。
电阻
电容器两极间有绝缘介质，直流电流不能通过。
隔直流
对于交变电流，因为电容器两端电压呈同期性变化，电压高时，电容充电，电路有充电电流，电压低时，电容放电，电流流出电容器，所以电容器不断的充放电使电路形成持续不断的交变电流。
通交流
电容器对交变电流有一定的阻碍作用，物理学中，把这种阻碍作用称为容抗。
电容器
电感器是线圈，直流电流能通过。
通直流
当交变电流通过电感器时，电流的变化在线圈中激发出的自感电动势将阻碍线圈中电流的变化，使电路中电流的最大值和有效值都比没有电感器时小，从而产生对交变电流的阻碍作用。物理学中，把这种阻碍作用称为感抗。
阻交流
电感器
交流输电时，输电导线有一定电感，大功率输电时，电感对交变电流的阻碍作用甚至超过电阻。
输电线架在空中，导线和大地之间就构成了一个电容器。
输电线铺设在地下（ 海底 ），需要用绝缘层隔开导线与大地（海水），导线和大地（海水）之间也构成了一个电容器。
感抗和容抗（ 合称电抗 ）会造成交流输电线路上的电压和电能的损失。
交变电流通过时，都会产生容抗。
现代供电系统把许多发电站连成一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的各台发电机发出的交变电流并网时必须做到同步，即并联输电线中的交变电流必须同时达到最大值和最小值，并且交变电流的频率必须相同。
电网
随着供电系统的迅速扩大、输电功率和输送距离的不断增加，技术难题越难克服。
高压直流输电
高压直流输电系统的工作程序：
交变电流
整流器
用电地区
高压直流电流
高压交变电流
升压变压器
降压变压器
用户
高压直流输电的优点
1、直流输电适于地下和水下电缆输电，不会受到电感和电容的影响；
2、在输送相同电功率的电能时，直流输电所用的线材约为交流输电的三分之二；
3、直流输电杆塔结构也比同容量的交流输电简单，占地面积也小；
4、直流输电时，不需要考虑电网中的各台交流发电机的同步运行问题。
“西电东送”“北电南送”
我国2005年开始研究特高压输电技术。
2011 年，世界首条商业运营的特高压（1 000 kV）交流输电扩建工程在我国正式投产。
2010 年，世界首个 800 kV 高压直流输电工程在我国正式投运。
2018 年，我国开始建造世界上容量最大的特高压多端直流输电工程。
特高压远距离输电被人们称为“电力高速公路”，为解决大容量远距离电力输送的难题作出了贡献。
3、电能的利用与社会发展
蒸汽机的广泛使用使社会生产力得以飞跃发展，引发了第一次工业革命，人类社会进入蒸汽时代
电能的使用又一次推动社会生产力飞速发展，引发了第二次工业革命，人类社会跨入电气时代。
19 世纪中叶，电动机、发电机应运而生。发电机、电动机在工业上的运用，加速了人类对电能 的利用，推动人类社会的快速发展。
电能是二次能源
电能的利用提高了劳动生产率，解放了劳动者。改变了人类社会生活的面貌，现代城市拔地而起。
但是，工业化、城市化也带来了一系列的新问题。对自然资源不断增长的需求，引发了对矿产、化石燃料等不可再生资源的过度开发和利用，又带来了水土流失、环境污染、生态失衡等严重后果。
如今，可持续发展已经成为人类社会面临的一个重要课题。
努力总是不会白费的！