(共27张PPT)
第3章
第4节 电能的远距离输送
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A 级 必备知识基础练
1.在远距离输电过程中,为减少输电线路上的电能损失,可采用的最佳方法是( )
A.使输电线粗一些
B.减小输电线长度
C.减少通电时间
D.采用高压输电
D
解析 从造成电能损失的原因分析,要减少电能损失,需要减小电阻、减小输电电流,减小电阻已达到目前技术的极限了,因此,应当采用高压输电,减小输电电流。故选D。
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2.照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的。可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯,电灯比深夜时要显得暗些。这是因为用电高峰时
( )
A.总电阻比深夜时大,供电线路上的电流小,每盏灯两端的电压较低
B.总电阻比深夜时大,供电线路上的电流小,通过每盏灯的电流较小
C.总电阻比深夜时小,供电线路上的电流大,输电线上损失的电压较大
D.供电线路上电流恒定,但开的灯比深夜时多,通过每盏灯的电流小
C
解析 照明供电线路的用电器是并联的,晚上七、八点钟用电高峰时,用电器多,总电阻变小,供电线路上的电流变大,输电线上损失的电压较大,用户得到的电压较小。故选C。
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3.(2023湖北武汉期末)某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压器用电,若发电厂输出电压为U1,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率为P0,用户的用电器正常工作的电压为U2,在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是( )
C.采用更高的电压输电可以减小输电线上损耗的电功率
D.采用总电阻更高的输电导线输电会减小输电线上损耗的电功率
C
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解析 远距离输电时,输电线上的功率损耗为 ,而P0是用户得到的功率,故A、B错误;输电线上功率损耗 ,可知增大输电电压或者减小输电导线的总电阻均可减小输电线上的功率损耗,故C正确,D错误。
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4.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( )
B
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5.额定电压为250 V的用户供电的远距离输电的示意图如图所示,已知输入原线圈n1两端的电压U1=500 V,发电机的输出功率为P=500 kW,输电线的电阻R=12.5 Ω,输电线上损失的功率为输送功率的1%。如果图中的升压变压器以及降压变压器均为理想的变压器。则下列结论正确的是( )
A.n3∶n4=79∶1
B.n1∶n2=1∶50
C.流过输电线的电流强度大小为40 A
D.降压变压器原线圈两端的电压为24 700 V
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6.如图所示,利用理想变压器进行远距离输电,发电厂的输出电压恒定,输电线路的电阻不变,当用电高峰到来时( )
A.输电线上损耗的功率减小
B.电压表V1的示数减小,电流表A1增大
C.电压表V2的示数增大,电流表A2减小
D.用户端功率与发电厂输出功率的比值减小
D
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解析 当用电高峰到来时,用户消耗的功率变大,则电流表A2读数变大,输电线上的电流变大,输电线上损耗的功率变大,选项A错误;电流表A1增大,因为发电厂的输出电压恒定,则升压变压器副线圈两端的电压不变,即电压表V1的示数不变,选项B错误;输电线上的电压损失变大,故降压变压器的原线圈两端的电压减小,副线圈两端的电压也减小,即电压表V2的示数减小,选项C错误;用户消耗的功率占发电厂输出功率的比例 ,因为输电线上的电流增大,故电压损失增大,U1不变,所以用户消耗的功率与发电厂输出功率的比值减小,选项D正确。
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7.远距离输电装置如图所示,升压变压器和降压变压器均是理想变压器。当S由2改接为1时,则电压表读数 ,电流表读数 ,输电线损失的功率 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
变大
变大
变大
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解析 改接为1时,升压变压器的原线圈匝数不变,副线圈匝数变大,所以输电电压变大,降压变压器的输入电压和输出电压均变大,电压表读数变大;降压变压器的输出电压变大时,流过灯泡的电流I灯也变大,输电线上的电流I线随着I灯的变大而变大,所以电流表读数变大;I线变大,输电线损失的功率
P线= 变大。
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8.(2023福建师大附中开学考试)如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器。升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=1∶10,在T1的原线圈两端接入一正弦式交变电流,输电线的总电阻为2r=2 Ω,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3∶n4=10∶1,若用电设备两端的电压为U4=200 V,且用电设备消耗的电功率为10 kW,不考虑其他因素的影响,求:
(1)T2的原线圈两端的电压U3;
(2)流过n3的电流I3;
(3)T1的原线圈输入的电功率P。
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解析 (1)由变压器原、副线圈电压之比等于原、副线圈匝数之比可得
(2)由变压器的输入功率等于输出功率可得
U3I3=U4I4=P用=10 kW
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(3)输电线的总电阻消耗的功率为
T1的原线圈输入的电功率为
P=P线+P用=50 W+10 000 W=10 050 W。
答案 (1)2 000 V (2)5 A (3)10 050 W
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B 级 关键能力提升练
9.如图所示为某小型电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定,升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2。在输电线路的起始端接入两个互感器,原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10,电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,各互感器和电表均为理想的,则下列说法正确的是
( )
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B.采用高压输电可以增大输电线中的电流,输电电流为100 A
C.线路输送电功率是220 kW
D.将P上移,用户获得的电压将降低
答案 C
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10.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,输电线上的电阻为R,变压器为理想变压器。发电机功率不变,为减小输电线上的功率损耗,下列方法可行的是( )
A.n1加倍,n2加倍
B.n1加倍,n2减半
C.n1减半,n2加倍
D.n1减半,n2减半
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11.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知输电线的总电阻为r,降压变压器的原、副线圈的匝数之比n3∶n4=n∶1,降压变压器的副线圈两端电压如图乙所示,降压变压器的副线圈与阻值R0=22 Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法正确的是( )
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A.发电机产生的交变电流的频率为0.5 Hz
答案 BD
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12.在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个小型发电站,输送的电功率P=500 kW,当使用U=5 kV的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h。
(1)求输电效率η和输电线的总电阻r。
(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么发电站应使用多高的电压向外输电
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解析 (1)输送功率P=500 kW,一昼夜输送电能E=Pt=12 000 kW·h
输电线上损失的电能ΔE=4 800 kW·h
终点得到的电能
E'=E-ΔE=7 200 kW·h
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答案 (1)60% 20 Ω (2)22.4 Kv第4节 电能的远距离输送
A级 必备知识基础练
1.在远距离输电过程中,为减少输电线路上的电能损失,可采用的最佳方法是( )
A.使输电线粗一些
B.减小输电线长度
C.减少通电时间
D.采用高压输电
2.照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的。可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯,电灯比深夜时要显得暗些。这是因为用电高峰时( )
A.总电阻比深夜时大,供电线路上的电流小,每盏灯两端的电压较低
B.总电阻比深夜时大,供电线路上的电流小,通过每盏灯的电流较小
C.总电阻比深夜时小,供电线路上的电流大,输电线上损失的电压较大
D.供电线路上电流恒定,但开的灯比深夜时多,通过每盏灯的电流小
3.(2023湖北武汉期末)某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压器用电,若发电厂输出电压为U1,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率为P0,用户的用电器正常工作的电压为U2,在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是( )
A.输电线上损耗的功率为
B.输电线上损耗的功率为
C.采用更高的电压输电可以减小输电线上损耗的电功率
D.采用总电阻更高的输电导线输电会减小输电线上损耗的电功率
4.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
5.额定电压为250 V的用户供电的远距离输电的示意图如图所示,已知输入原线圈n1两端的电压U1=500 V,发电机的输出功率为P=500 kW,输电线的电阻R=12.5 Ω,输电线上损失的功率为输送功率的1%。如果图中的升压变压器以及降压变压器均为理想的变压器。则下列结论正确的是( )
A.n3∶n4=79∶1
B.n1∶n2=1∶50
C.流过输电线的电流强度大小为40 A
D.降压变压器原线圈两端的电压为24 700 V
6.如图所示,利用理想变压器进行远距离输电,发电厂的输出电压恒定,输电线路的电阻不变,当用电高峰到来时( )
A.输电线上损耗的功率减小
B.电压表V1的示数减小,电流表A1增大
C.电压表V2的示数增大,电流表A2减小
D.用户端功率与发电厂输出功率的比值减小
7.远距离输电装置如图所示,升压变压器和降压变压器均是理想变压器。当S由2改接为1时,则电压表读数 ,电流表读数 ,输电线损失的功率 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
8.(2023福建师大附中开学考试)如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器。升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=1∶10,在T1的原线圈两端接入一正弦式交变电流,输电线的总电阻为2r=2 Ω,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3∶n4=10∶1,若用电设备两端的电压为U4=200 V,且用电设备消耗的电功率为10 kW,不考虑其他因素的影响,求:
(1)T2的原线圈两端的电压U3;
(2)流过n3的电流I3;
(3)T1的原线圈输入的电功率P。
B级 关键能力提升练
9.如图所示为某小型电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定,升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2。在输电线路的起始端接入两个互感器,原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10,电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,各互感器和电表均为理想的,则下列说法正确的是( )
A.升压变压器原、副线圈的匝数比为
B.采用高压输电可以增大输电线中的电流,输电电流为100 A
C.线路输送电功率是220 kW
D.将P上移,用户获得的电压将降低
10.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,输电线上的电阻为R,变压器为理想变压器。发电机功率不变,为减小输电线上的功率损耗,下列方法可行的是( )
A.n1加倍,n2加倍
B.n1加倍,n2减半
C.n1减半,n2加倍
D.n1减半,n2减半
11.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知输电线的总电阻为r,降压变压器的原、副线圈的匝数之比n3∶n4=n∶1,降压变压器的副线圈两端电压如图乙所示,降压变压器的副线圈与阻值R0=22 Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法正确的是( )
A.发电机产生的交变电流的频率为0.5 Hz
B.降压变压器的副线圈两端的电压的瞬时值表达式u=220sin100πt V
C.通过电阻R0的电流的最大值为20 A
D.输电线损失的功率为 W
12.在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个小型发电站,输送的电功率P=500 kW,当使用U=5 kV的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h。
(1)求输电效率η和输电线的总电阻r。
(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么发电站应使用多高的电压向外输电
第4节 电能的远距离输送
1.D 从造成电能损失的原因分析,要减少电能损失,需要减小电阻、减小输电电流,减小电阻已达到目前技术的极限了,因此,应当采用高压输电,减小输电电流。故选D。
2.C 照明供电线路的用电器是并联的,晚上七、八点钟用电高峰时,用电器多,总电阻变小,供电线路上的电流变大,输电线上损失的电压较大,用户得到的电压较小。故选C。
3.C 远距离输电时,输电线上的功率损耗为P损=I2R线=R,而P0是用户得到的功率,故A、B错误;输电线上功率损耗P损=R,可知增大输电电压或者减小输电导线的总电阻均可减小输电线上的功率损耗,故C正确,D错误。
4.B 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=R。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=R=,故选项B正确。
5.B 导线上的电流I2=A=20A,升压变压器原线圈电流I1=A=1000A,则,B正确,C错误;降压变压器的初级电压U3=U2-I2R=25000V-20×12.5V=24750V,则,A、D错误。
6.D 当用电高峰到来时,用户消耗的功率变大,则电流表A2读数变大,输电线上的电流变大,输电线上损耗的功率变大,选项A错误;电流表A1增大,因为发电厂的输出电压恒定,则升压变压器副线圈两端的电压不变,即电压表V1的示数不变,选项B错误;输电线上的电压损失变大,故降压变压器的原线圈两端的电压减小,副线圈两端的电压也减小,即电压表V2的示数减小,选项C错误;用户消耗的功率占发电厂输出功率的比例=1-=1-,因为输电线上的电流增大,故电压损失增大,U1不变,所以用户消耗的功率与发电厂输出功率的比值减小,选项D正确。
7.解析 改接为1时,升压变压器的原线圈匝数不变,副线圈匝数变大,所以输电电压变大,降压变压器的输入电压和输出电压均变大,电压表读数变大;降压变压器的输出电压变大时,流过灯泡的电流I灯也变大,输电线上的电流I线随着I灯的变大而变大,所以电流表读数变大;I线变大,输电线损失的功率P线=R变大。
答案 变大 变大 变大
8.解析 (1)由变压器原、副线圈电压之比等于原、副线圈匝数之比可得
解得T2的原线圈两端的电压为
U3=U4=×200V=2000V。
(2)由变压器的输入功率等于输出功率可得
U3I3=U4I4=P用=10kW
解得I3=A=5A。
(3)输电线的总电阻消耗的功率为
P线=·2r=52×2W=50W
T1的原线圈输入的电功率为
P=P线+P用=50W+10000W=10050W。
答案 (1)2 000 V (2)5 A (3)10 050 W
9.C 根据变压器的原理可得升压变压器原、副线圈的匝数比为,故A错误;采用高压输电可以减小输电线中的电流,从而减小输电过程中的电能损失,根据电流互感器原理及匝数比为1∶10,由公式,得输电电流为IA2=10×10A=100A,故B错误;由电压表的示数为220V,根据变压公式,得输电电压为U2=10×220V=2200V,线路输送电功率为P=U2IA2=220kW,故C正确;将P上移,则降压变压器的初级线圈减小,用户获得的电压将升高,故D错误。
10.C 输电线的功率损耗为ΔP=R=R,由公式可知,n1加倍,n2加倍,电压U2不变,所以输电线的功率损耗不变,故A错误;由公式可知,n1加倍,n2减半,电压U2减小,输电线的功率损耗增大,故B错误;由公式可知,n1减半,n2加倍,电压U2增大,所以输电线的功率损耗减小,故C正确;由公式可知,n1减半,n2减半,电压U2不变,所以输电线的功率损耗不变,故D错误。
11.BD 变压器不改变交变电流的频率,由图乙可知交变电流的频率f=Hz=50Hz,选项A错误;由图乙知降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式u=220sin100πtV,选项B正确;通过电阻R0的电流的最大值Im=A=10A,有效值I==10A,选项C错误;通过输电线的电流为I3=I=A,输电线损失的功率为P损=r=W,选项D正确。
12.解析 (1)输送功率P=500kW,一昼夜输送电能E=Pt=12000kW·h
输电线上损失的电能ΔE=4800kW·h
终点得到的电能
E'=E-ΔE=7200kW·h
所以输电效率η==60%
输电线上的电流I==100A
输电线上损耗的功率Pr==200kW
输电线的电阻r==20Ω。
(2)Pr=r
要求输电线上损耗的功率Pr'=2%P=10kW
输电电压应调节为U'=P=22.4kV。
答案 (1)60% 20 Ω (2)22.4 kV(共40张PPT)
第3章
第4节 电能的远距离输送
学习目标 思维导图
1.知道采用高压输电的原因,理解降低输电损耗的两个途径及其各自的优缺点。(物理观念)
2.了解从变电站到用户的输电过程。知道高压输电原理。(科学思维)
3.了解高压交流和高压直流输电的优缺点及两种系统的区别和联系。(科学思维)
4.了解电能的应用与社会发展。(科学态度与责任)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、采用高压输电的原因
1.电功率损失:表达式P= ;减小方法:(1)减小输电线电阻,可采用
小的材料做导线,还可增大导线的 ;(2)减小输电电流。
2.高压输电:输送电功率不变的前提下提高输电电压,会减小 ,从而减小导线上的电功率损失。
想一想输电电压与输电线路上损失的电压有何不同
I2R
电阻率
横截面积
电流
提示 输电线路上损失的电压是指降落在输电线电阻上的电压;输电电压是输电线路两端的总电压,它等于降落在输电线电阻上的电压与输电线末端的电压之和。
二、高压交流输电与直流输电
1.直流输电的优点:不会受到 和 的影响。
2.直流输电的基本过程:在发电站区域经变压器升压,由整流器将
变换成 ,用高压直流电进行远距离传输,在用电区域将高压直流电流变为高压交变电流,经降压变压器降压。
想一想由欧姆定律 可知,导体两端加的电压越大,导体中流过的电流越大,可在高压输电过程中,却有“提高电压,降低电流”的结论,这二者间是不是有矛盾
电感
电容
高压交变电流
高压直流电流
提示 不矛盾。欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律,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。
三、电能的利用与社会发展
1.蒸汽机的广泛使用使社会 得以飞跃发展,引发了 工业革命,人类社会进入蒸汽机时代。
2.发电机、电动机在工业上的运用,克服了 在使用过程中的不少难题,体现许多优越性。由于发电机和电动机的发明和使用,电力的应用日益广泛。电力成为工厂机器的主要动力,电力也被广泛地应用于生活领域。
3.电能是 次能源。日常生活中使用的电能,主要来自 能量的转换,包括热能(火力发电)、水能(水力发电)、原子能(核电)、风能(风力发电)等。
生产力
第一次
蒸汽机
二
其他形式
想一想利用超导线输电可以很大程度地减少输电损耗,从输送电能的要求分析,我国现在为什么不大规模使用超导线输电
提示 利用超导线输电,材料比较贵,不经济,技术要求也比较高,所以现在我国不能大规模使用。
易错辨析 判一判
(1)远距离输送交变电流时,导线的电阻是影响电压损失的因素之一。( )
(2)输电电压越高越好。( )
(3)在电能的输送过程中,U为输电电压,r为输电线电阻,则输电线中电流为
(4)家庭用电常用铜导线,是为了减小输电导线的电阻,从而减小电能损失。
( )
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提示 输送电压越高,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。因此,并不是输送电压越高越好。
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提示 U为输电电压,而不是加在输电导线上的电压,即U≠Ir,而输电电流可通过P=UI求得。
√
即学即用 练一练
(多选)远距离输送交变电流都采用高压输电,下列关于高压输电的说法正确的是( )
A.采用高压输电的优点是可节省输电线材料
B.采用高压输电的优点是可减小输电线上的能量损失
C.采用高压输电的原因是用电器是串联的,用电器数量增多总电压变大
D.采用高压输电的原因是对个别偷电行为进行威慑
AB
解析 高压输电的目的是减小输电导线上的电流,从而可以减小导线的横截面积,节约输电线材料,同时减小输电线路上的功率损失和电压损失,故选项A、B正确。
重难探究·能力素养全提升
探究一 采用高压输电的原因
情境探究
世界首个特高压多端混合直流输电工程——昆柳龙直流工程,昆北—龙门极2高低端换流器成功解锁,系统电压第一次跃升至800 kV,输送功率稳增到800 MW,标志着昆柳龙直流工程开启800 kV运行模式,特高压进入柔性直流新时代。远距离输电过程中,输电线上不可避免地有电压和能量损失。
(1)输电线上的电压和能量损失是如何引起的
(2)如何减小输电线上的电压和能量损失
要点提示 (1)因输电线有电阻,当电流流过输电线时,不可避免地要产生电压损失和能量损失。(2)由ΔU=IR和ΔP=I2R可知,减小输电线上的电压和能量损失的措施可从减小输电线电阻R、减小输电线上电流(即采用高压输电)两方面考虑。
知识归纳
1.输电线上的电压损失
(1)电压损失:输电导线有电阻,电流通过输电导线时,会在线路上产生电势降落,致使输电线路末端的电压比起始端电压要低,这就是输电线上的电压损失。
(2)减少输电线路电压损失的两种方法:①减小输电线路电阻:由 可知,距离一定时,使用电阻率小的材料、增大导线横截面积可减小电阻。②减小输电电流:由 可知,当输送功率一定时,升高电压可以减小电流。
2.输电线上的电功率损失
(1)电功率损失:①原因:任何输电导线都有电阻,因此当电流通过输电导线向远方输送时,输电线因有电阻而发热。②功率损失的计算:ΔP=I2R,I为输电线路上的电流,R为线路电阻。
闪光语录 现代远距离输电都采用高压输电。实际输送电能时,要综合考虑输送功率、距离、技术和经济要求等选择合适的电压。
应用体验
B
规律方法 输电线上电功率的损失
(1)由P=I2r可知,输电线上电功率的损失,与输电线的电阻成正比,与输电电流的二次方成正比。
(2)由P=I2r可知,减小输电损失可通过减小输电线的电阻和降低输电电流来实现。
(3)输电电压越小,输电电流就越大,降落在输电线上的电压也就越大,输电线上的损失就越大。
针对训练1
远距离输电时,在输送功率不变的条件下( )
A.只有增大导线的电阻,才能减小输电电流,提高输电效率
B.提高输电电压,能减小输电电流,提高输电效率
C.提高输电电压,势必增大输电导线上能量的损耗
D.提高输电电压,势必增大输电导线上的电流
B
探究二 高压交流输电与直流输电
情境探究
进行电网改造,主要是改造那些线路损耗大,线路绝缘差的线路。
(1)为了减少远距离输电线路上的电能损耗而降低电费价格,采用切实可行的措施有哪些
(2)为什么要电网供电
(3)电网远距离输电时,是不是输送电压越高越好
要点提示 (1)应用电阻率小的材料做输电线,提高输电电压等。
(2)电网供电可降低一次能源的运输成本,合理地调度电力,减小断电的风险,调节不同地区的供需平衡,保障供电的质量。
(3)不是。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。
知识归纳
1.远距离输电的几个基本关系式
输电线长度等于距离的2倍
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:
(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:
3.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。
输电电压不是输电线上的损失电压
4.高压直流输电
(1)组成部分:主要由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。
(2)原理图如图所示。
闪光语录 高压直流输电主要用途:主要用于远距离大功率输电、联系不同频率或相同频率但非同步运行的交流系统等。
应用体验
典例2 如图所示,学校有一台应急备用发电机,内阻为r=1 Ω,升压变压器匝数比为n1∶n2=1∶4,降压变压器的匝数比为n3∶n4=4∶1,输电线总电阻为R线=4 Ω,全校有22间教室,每间教室安装“220 V 40 W”的电灯6盏,要求所有的电灯都正常发光,求:
(1)输电线上损耗的电功率P损;
(2)发电机的电动势E。
解析 (1)所有电灯正常发光时消耗的功率为P灯=40×22×6 W=5 280 W=P4
由于灯正常发光时,降压变压器副线圈两端电压U4=220 V,所以降压变压器原线圈两端电压
(2)输电线上损失的电压U损=I线R线=6×4 V=24 V
升压变压器副线圈两端电压U2=U3+U损=(880+24)V=904 V
发电机内阻上的电压Ur=I1r=24 V
发电机的电动势E=U1+Ur=226 V+24 V=250 V
答案 (1)144 W (2)250 V
规律方法 解决远距离输电问题的步骤
(1)首先画出远距离输电的电路图,并将已知量和待求量写在电路图中的相应位置。
(2)以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路,每个回路都可以用欧姆定律、串并联电路的特点和电功、电功率的公式等进行计算,联系各回路的桥梁是原、副线圈的电压和电流与匝数的关系及输入功率和输出功率的关系。
针对训练2
如图所示,发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器),已知发电机的输出功率是100 kW,输出电压是250 V,升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25。
(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流。
(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%,求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压。
因为ΔU=U2-U3=I2R线,所以U3=U2-I2R线=6 000 V。
答案 (1)6 250 V 16 A
(2)15.625 Ω 6 000 V
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1.远距离输电线路的示意图如图所示,若发电机的输出电压不变,则下列叙述正确的是( )
A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关
B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C.当用户用电器的总电阻减少时,输电线上损失的功率增大
D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
C
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解析 变压器的输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的,选项A、B错误;用户用电器总电阻减少,根据 ,消耗功率增大,输电线中电流增大,线路损失功率增大,C项正确;升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失的电压加上降压变压器的输入电压,D项错误。
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2.(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP',到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响,则( )
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3.(多选)(2023山东济宁一中期末)如图为远距离输电示意图,升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=1∶5,每根输电线的电阻r=1 Ω,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3∶n4=10∶1,在T1的原线圈两端接入一正弦式交变电流,用电设备两端的电压为U4=220 V,消耗的电功率为11 kW,两变压器均为理想变压器。下列说法正确的是( )
A.T1原线圈两端的电压为442 V
B.T1原线圈两端的电压为441 V
C.输电线上损失的电功率为50 W
D.输电线上损失的电功率为25 W
AC
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4.某变电站用220 V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 若输电电压不变,输电线的电阻应变为原来的多少倍
