3.4 电能的输送 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共24张PPT)

(共24张PPT)
第4节 电能的输送
第三章 交变电流
人们常把各种形式能先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输。
那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？
这节课我们学习电能的输送。
1.知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程，了解远距离输电的原理。
2.知道输电线上的功率损失和减少功率损失的途径。
3.理解远距离输电要用高压。理解高压输电过程中电压、电流及功率的关系，能够正确分析相关问题及电网输电过程。
知识点一：电能的输送的优点和基本要求
1. 电能的突出优点
用导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了，便于远距离输送。
2. 输送电能的基本要求
输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。
①可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障。
②保质：保证电能的质量—电压和频率稳定。
③经济：输电线路建造和运行的成本低，电能损耗小。
那么，怎样在输电过程中减少电能的损失呢？
知识点二：降低输电损耗的两个途径
1.减少输电损耗的途径
设输电电流为 I，输电线的电阻为 r，则输电线上的功率损失为P损=I2r，因此，有两个途径能减少输电损失。
（1）减小输电线电阻
①选用电阻率小的金属材料，例如铜、铝来制造输电线。
②减小输电线的长度 L（不可行）。
电阻的定义公式：
③增大横截面积S
过粗的导线会耗费太多的金属材料，而且输电线太重、太粗也给铺设工程带来困难。
甲 输电线
乙 输电线截面
（2）减小输电线中的电流
思考与讨论：假定输电线路中的电流是 I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是 r。
发电厂
用户
I
r
U
输电电路图
①怎样计算输电线路损失的功率？
输电线路损失的功率P损=I2r。
②在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？
由P损=I2r，可知，I一定时，r减为原来的一半， P损减为原来的二分之一；
当r一定时，I减为原来的一半，P损减为原来的四分之一。
③通过第 2 步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效？
通过第 2 步的两项计算可知，减小电流对于降低输电线路的损耗更有效。
④怎样计算用户消耗的功率 P ？
用户消耗的功率 P =UI。
⑤在用户的用电功率一定的前提下，怎样才能减小输电电流？
用户消耗的功率 P =UI，得I= 在用户的用电功率一定的前提下，升高电压，可减小输电电流。
2. 减少电能损失的最有效的办法：高压输电
由I= 得，
当输送功率P、输电线电阻r一定时，输电电压提高到原来的n 倍，输电线上的功率损失降为原来的
为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，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。
3.我国的输电电压
（1）我国远距离输电采用的电压有 110 kV、220 kV、330 kV的高压。
（2）输电干线采用 500 kV 和 750 kV 的超高压，
（3）西北电网达到1100 kV 的特高压。
注意：电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。还有对电线绝缘的要求就越高，不经济。所以要综合考虑各种因素。
1．(多选)远距离输送交流电都采用高压输电，我国正在研究用比330 kV高得多的电压进行输电，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失
D．可加快输电的速度
AC
练一练
知识点三：电网供电
1.输电电路的构成：
发电机组、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器。
发电机组
变压器
输电导线
几百千伏
发电站
升压变压器
长距离输电线路
一次高压变电站降到100 kV 左右
二次高压变电站降到10 kV 左右
工厂
低压变电站降
到220 V/380 V
其它用户
10 kV
输电过程示意图
2.输电过程
3.输电电路原理图
U1
U4
U2
U3
用户
I2
F
r线
I1
I3
I4
n1P1
P2
P3
P4
发电机
n3>n4降压变压器
（1）功率关系
P1=P2 P2=P损+P3= I2r线 +P3 P3=P4
U1
U4
U2
U3
用户
I2
F
r线
I1
I3
I4
n1P1
P2
P3
P4
发电机
n3>n4降压变压器
（2）电压关系
U3= U2-U损=U2-I2r线
（3）电流的关系
I3= I2
4.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，这就是电网。
思考讨论：现在世界各国都不采用一个电厂与一批用户的“一对一”的供电方式，而是采用电网送电有什么好处？
①降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益；
②减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡；
③合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。
STSE
输电技术的发展
1882年，爱迪生在美国修建了第一个电力照明系统；每隔3 km 左右就要建立一个发电厂，否则灯泡因电压过低而不能发光；一个法国工程师修建了第一条远距离输电电路，将一个水电站发出的电送到57 km之外的慕尼黑；
1891 年，德国建成170 km 的1530 kV 的高压输电线路，效率高达70% ~80%。1893年，国修建尼亚加拉水电站时，经过反复论证，决定采用交流供电系统。
1909~1912年，美国、德国建造100 kV的高压输电线路，从此高压输电技术迅速普及。
现代的供电系统是把许多电站连成一个电网，要使电网内的许多发电机同步运行，技术上有一定困难。为了减少感抗和容抗，在输电这个环节可以使用直流，但发电机产生的仍是交流，用户使用的也主要是交流现代，直流输电技术。在送电端有专用的“整流”设备将交流变换为直流，在用户端也有专用的“逆变”设备再将直流变换为交流。
1.超导材料电阻降为零的温度称为临界温度。1987年我国科学家制成了临界温度为90K的高温超导材料，利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电。现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4Ω，它提供给用电器的电功率为40kW，电压为800V。如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为（　　）
A．1kW B．1.6×103kW
C．1.6kW D．10kW
练一练
A
2.“西电东输”是我国实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证。它将西部丰富的自然资源水能转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区，这样既实现了东西部地区双赢的目标，也形成了经济发展与环境保护双赢的局面。为了减少输电线上的电能损耗，需要采用高压输电。若金沙江流域上的向家坝水电站输出的功率不变，输出电压提高为原来的20倍，则输电导线上的电能损耗将减小为原来的（　　）
A． B． C． D．
D
3.图甲为远距离输电示意图，理想升压变压器原、副线圈匝数比为1∶1000，理想降压变压器原、副线圈匝数比为1 000∶1，输电线的总电阻为1 000 Ω，若升压变压器的输入电压如图乙所示，用户端电压为220 V。下列说法正确的是(　　)
A．输电线中的电流为3 A
B．电站输出的功率为7 500 kW
C．输电线路损耗功率为90 kW
D．用户端交变电流的频率为100 Hz
B
电能的输送
电能的输送的优点和基本要求
降低输电损耗的两个途径
减小输电线电阻
减小输电线中的电流
电网供电
输电过程
输电电路原理图：功率关系、电压关系、电流的关系
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。