3.4远距离输电 课件 (共28张PPT)高二下学期物理粤教版(2019)选择性必修第二册

(共28张PPT)
by甘腾胜@202300417
新粤教版(2019)高中物理选择性必修第二册 第三章
3.4 远距离输电
秦山核电站
内蒙古准格尔热电厂
三峡水电站
达板城风力发电站
新课引入
生活中的各种发电站
为了节约成本，发电站要建在靠近这些能源的地方。
有的地方离发电站很远，因此需要把电能输送到远方。
新课引入
而用电的地方很多且很分散，例如：
电能的输送
我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区,而用电量大的城市多在东部沿海地区。从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中，如何减少电能的损耗？
输送电能的基本要求
1、可靠：
保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。
2、保质：
保证电能的质量——电压和频率稳定
各种用电设备都是按照一定的工作电压设计的，电压过低或过高，用电器都不能正常工作，甚至会造成损坏。使用交流的用电器还要求频率稳定。
3、经济
输电线路建造和运行费用低，电能损耗少。
交流直流输电之争
1882年爱迪生电气照明公司在伦敦建立了第一座发电站，安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机，这是爱迪生于1880年研制的，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电。
美国发明家威斯汀豪斯组建了自己的电气公司，致力于推广交流输电。
U：发电厂提供的电压
U用户：用户获得的电压
I：电路中的电流
r：电线上的总电阻
易错点
思考：在输电过程中，电源输送的电压是否全部加在用户上？
Ur：导线上的分压
输电模型中的电压问题
（注意：如果每根导线的电阻为r，则Ur=2Ir）
输电模型中的电压问题
这是晚上用电高峰时灯泡会比较暗的原因。
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）
U：发电厂提供的电压
I：电路中的电流
r：电线上的总电阻
Pr：导线上损耗的热功率
P用户：用户获得的功率
P：发电厂输入到导线的功率
输电模型中的功率问题
如何减少输电过程中的损耗？
根据损耗功率的式子，要减小损耗功率，就要减小输电电流I，或者减小导线电阻r。
思考：远距离大功率输电面临的困难是什么？
在输电线上有功率损失。
输电模型中的功率问题
降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻
根据电阻定律：
①减小电阻率ρ ，目前一般用电阻率较小的铜或铝合金作导线材料；
②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；
③增大导线的横截面积S，这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难。
输送功率：P=P损+P用
输电电压：U=U线+U用
例1
把功率为200kW的电能用铝线送到10km外的地方，如果用220V的电压输电，并且使功率损失为输送功率的10%，铝线的横截面积应为多大？（已知：铝的电阻率2.9×10-8Ω·m）
S=240cm2
导线横截面积的增加是有一定限度的。过粗的导线会耗费太多的金属材料，而且输电线太重、太粗会给铺设工作带来困难，不满足“经济”的要求。
降低输电损耗的两个途径
(2)减小输电导线中的电流
perfect！
①假设导线中电流为10A，则Pr=102r=100r
②假设导线中电流为1A，则Pr=12r=r
我们发现：通过减小电流来降低损耗，效果非常明显！
但问题来了：根据P=UI，如果输入到导线的电压不变，单纯减小电流I，会导致导线传输的功率减小，即电网输电能力下降了！这肯定不行！
要是能有办法在保持电网输送功率P不变的前提下，尽量减小电流I就好了。怎么办？
在降低I的同时提高U，就可以保持电网输送功率P不变了。U提高n倍，I降为1/n，P不变，Pr变为1/n2。
降低输电损耗的两个途径
(2)减小输电导线中的电流
减小输电导线中的电流——提高输送电压U（高压输电）
依照不同情况（距离远近、输送功率大小等）选择合适的输电电压。目前我国远距离输电采用的电压有110kV、220kV、330kV，输电干线已经采用500kV 和750kV 的超高压，西北电网甚至达到1100kV 的特高压。
实际生活中，远距离输电一般都采用超高压输电，输电电压高达几十万伏，根本目的就是在保证传输功率P不变的前提下，降低导线的损耗。
补充：由于高压线上的电压太高，可以击穿几厘米厚的塑料或橡胶，因此高压线都没有绝缘表皮，都是裸线。
输电模型中的功率问题
输电效率：
注意：
此式表示U全部用来在导线上发热了
应该用Ur
或
输电模型中的功率问题
更具体的远距离输电模型
电路分析：
①两个变压器的铁芯将整个电路分为三个独立的电流回路；
②交流发电机作为电源，升压变压器的原线圈作为负载，构成第一个回路，称为供电回路；
③升压变压器的副线圈作为电源，输电线电阻和降压变压器的原线圈串联作为负载，构成第二个回路，称为输电回路；
④降压变压器的副线圈作为电源，用户的用电器作为负载构成第三个回路，称为用电回路。
电压：
电流：
功率：
更具体的远距离输电模型
更具体的远距离输电模型
是不是输电电压越高越好？为什么？
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、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。
发电厂的输出电压为U1=220V，输出功率为P1=44kW，输电线的电阻为r=0.4Ω，升压变压器原副线圈匝数比为n1:n2=1:10，降压变压器匝数比为n3:n4=10:1，用户得到的电压U4和功率P4各是多少？
例2
例2改
发电厂的输出电压为U1=220V，输出功率为P1=44kW，输电线的电阻为r=0.4Ω，如果在输电过程中不用变压器进行升压和降压，用户得到的电压U2和功率P2各是多少？
由一个发电站对某一区域进行供电的方式进行供电有一个很大的缺陷。
产能浪费
电网简介
为了解决产能浪费的问题，现代社会采用的是另一种供电方式，在一个较大的区域，通过输电网络，将所有的发电站、变压器和用户都连接起来。这就是电网。
电网简介
远距离输电
【练1】(单)远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kV线路。采用高压输电的优点是
A．可节省输电线的铜材料
B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减少输电线上的能量损耗
D．可加快输电的速度
C
远距离输电
【练2】(单)远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是
A．输电线上的电流变为原来的n倍
B．输电线上的电压损失变为原来的1/n2
C．输电线上的电功率损失变为原来的1/n
D．若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍
D
远距离输电
【练3】(单)下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是
A．因为热功率P=U2/R，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗
B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗
C．因为热功率P=I2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗
D．以上说法均不正确
C
远距离输电
【练4】(多)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率可表示为
A．
B．
C．
D．
BCD
远距离输电
【练5】如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2kV高压输电，最后用户得到220V、9.5kW的电力，求：
(1)水电站升压变压器的原、副线圈匝数比n1:n2；
(2)输电线路导线电阻R；
(3)降压变压器的原、副线圈匝数比n3:n4。
(1)1:5
(2)20Ω
(3)95:11