高中物理第五章交变电流5电能的输送课件新人教版选修3-2 66张PPT

(共66张PPT)
5　
电能的输送
一、输送电能的基本要求
1.可靠:指
_________可靠地工作,少有故障。
2.保质:保证电能的质量——_____和_____稳定。
3.经济:指输电线路建造和运行的费用___,电能损耗
___。
供电线路
电压
频率
低
少
二、降低输电损耗的两个途径
1.输电线上的损失ΔP=I2r,I为输电_____,r为_______电
阻。
2.降低输电损耗的两个途径:
(1)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_________。
电流
输电线
电阻
电阻
电阻率小
横截面积
(2)减小输电线中的_____: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_________。
三、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。
电流
电流
输电电压
升压
升压
降压
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_____。
变电站
网络
3.电网输电的优点:
(1)降低一次能源的运输成本,获得最大经济效益。
(2)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。
(3)合理调度电力,使_____的供应更加可靠,质量更高。
断电
电力
【思考辨析】
(1)仅仅从能量损失的角度看,输送功率一定的情况下,
输电电压越高损失的功率越少。
(　　)
(2)在输送功率和输出电压一定,使用同种材料的导线
时,导线越粗,损失的电压越小。
(　　)
(3)输电线电阻为R,输电电压为U,则功率损失ΔP=
。
(　　)
(4)一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银,原因是同种情况下,使用银材料,输电线损失功率大。(　　)
(5)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。
(　　)
(6)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。
(　　)
(7)高压输电不存在感抗和容抗引起的损耗。
(　　)
提示:
(1)√。由P=UI得功率一定,电压U越高,电流I越小,又
由ΔP=I2r得ΔP越小。
(2)√。由P=UI得功率一定,电压U一定,则电流I一定,
当导线越粗时,r越小,则ΔU=Ir越小。
(3)×。当输电电压为U时,输电线上损失的电压U损所以ΔP<
。
(4)×。一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银,原因是同种情况下,使用银材料,制造输电线成本过高。
(5)×。电能的输送需综合考虑输送功率、距离、技术和经济等问题,不能一味地提高电压输送功率。
(6)√。经升压变压器升压和降压变压器降压进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。
(7)×。在使用高压输电时,由于输送的是交变电流,所以既存在感抗引起的损耗,也存在容抗引起的损耗。
一　输电线上的电压和功率损失
考查角度1
输电线上的功率损失
【典例1】远距离输电,原来采用2
200
V输电,输电线上损失的电功率为P,在保持输送电功率和输电线电阻不变的条件下,现采用22
kV输电,则输电线上损失的电功率将变为
(　　)
A.
　　　　　　　　
B.1
000P
C.
10P
D.100P
【正确解答】选A。根据P=UI知,I=
,由于输电电压变
为原来的10倍,则输送电流变为原来的
,根据ΔP=I2R,
可知损失的功率变为原来的
,即A正确。
考查角度2
降低输电损耗的措施
【典例2】西双版纳州水资源丰富,利用水力发电的电
力除了供应本地使用以外,还源源不断地输送至邻近东
盟国家。2008年总装机容量175万千瓦的景洪电站建成
之后,采用
高压将
的电力对老挝北部
供电,如果从景洪到老挝北部的输电电线总
。
求:
(1)输电线上损耗的功率。
(2)输电线上损失的电压。
(3)为了进一步节约能源,请你为输电环节提出改进措施。
【审题关键】
序号
信息提取
①
输电电压U=110
kV=1.1×105
V
②
输送功率P=11×104
kW=1.1×108
W
③
输电线电阻r=5
Ω
【正确解答】(1)由P=UI可得:
电流I=
=
=1
000
A;
则损失的功率P损=I2r=(1
000
A)2×5
Ω=5×106
W。
(2)导线上的电压为U损=Ir=1
000
A×5
Ω=5×103
V。
(3)为了减少导线上的功率损耗,可以通过提高输电电
压或减小导线电阻来减小输电线上功率的损耗。
答案:(1)5×106
W　(2)5×103
V　(3)见正确解答
【核心归纳】
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R=ρ
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I=
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。
(2)减少功率损失的方法。
①减小输电线的电阻R:根据R=ρ
,减小电阻率ρ,目
前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料;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。
②减小输电电流I:根据I=
,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,
根据P损=(
)2R知,输电线上的功率损耗将降为原来
的
。
【易错提醒】
(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U,损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU=IR。
(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率,损失功率是输电线上消耗的功率。
(3)无论从减少输电线路上的功率损失,还是减少电压损失来看,都要求提高输电电压,以减小输电电流。
【过关训练】
1.(2019·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
【解析】选C。输电线上损耗的功率P=I2r,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。
2.在电能输送过程中,若输送的电功率一定,输电线电阻一定时,则在输电线上损耗的电功率
(　　)
A.和输送电线上的电压的平方成反比
B.和输送电流的平方成反比
C.和输送电线上的电压的平方成正比
D.和输送电流成正比
【解析】选C。设输送功率为P,输电线电阻为R,输送电
线上的电压为ΔU,输送电流为I,则P=
,输电线电阻R
一定,故输电线上损失的电功率P损=
,由此可见,输
电线上损耗的电功率与输电线上的电压的平方成正比,
A错误;C正确。根据P=I2
R可知P损=I2R,输电线电阻一
定,则输电线上损耗的电功率与输送电流的平方成正
比,B、D错误。故选C。
3.(多选)某发电厂原来用11
kV的交变电压输电,后来
改用升压变压器将电压升到220
kV输电,输送的电功率
都是P。若输电线路的电阻为R,则下列说法中正确的是
(　　)
A.根据公式I=
,提高电压后输电线上的电流降为原来
的
B.根据公式
,提高电压后输电线上的电流增为原
来的20倍
C.根据公式P损=I2R=
R,提高电压后输电线上的功率
损失减为原来的
D.根据公式P损=
,提高电压后输电线上的功率损失
增大为原来的400倍
【解析】选A、C。输电线上电流为I=
,也可以用
I=
来表示,其中ΔU为输电线电阻R两端的电压,而
不是输送电压,故A正确,B错误;输电线上的功率损失
为P损=I2R=
R,C正确;如果用P损=
,则U应为R两端
的电压ΔU,故D错误。
【补偿训练】
500千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程,我省超高压输电工程正在紧张建设之中。若输送功率为3
200万千瓦,原来采用200千伏输电,由于输电线有电阻而损失的电功率为P,则采用500千伏超高压输电后在输电线上损失的电功率为(设输电线的电阻未变)(　　)
A.4P　　　B.0.16P　　　C.2.5P　　　D.6.25P
【解析】选B。由于P=UI,输电线上损失的热功率
P损=I2r=(
)2r,所以有:
=(
)2=(
)2,
P损′=0.16P损,B对。
二　高压输电过程的分析与计算
【典例】一小型水电站为某企业供电,发电机输出功率为66
kW,输出电压为220
V,输电线的总电阻为
0.2
Ω。
(1)若由发电机经输电线直接送电,求企业得到的电压和功率是多少?
(2)若用1∶10升压变压器先升压,再用10∶1的降压变压器降压,企业得到的电压和功率是多少?
【正确解答】
(1)直接输送,有P输出=UI线′,解得
I线′=
=300
A
所以线路损耗的功率为P线=I线′2R线=18
kW
企业得到的电压为U企业=U-I线′R线=160
V
企业得到的功率P企业=P输出-P线=48
kW
(2)输电电路如图所示：
,可得U2=2
200
V
P输出=U2I2,I2=30
A,P线=
R=180
W
U3=U2-I2R=2
194
V
可得U4=219.4
V
企业得到的功率P企业=P输出-P线=65.82
kW
答案:(1)160
V　48
kW　(2)219.4
V　65.82
kW
【核心归纳】
1.输电过程示意图:
2.高压输电过程的几个电压的区别:
(1)输送电压:输电线始端电压,如图中的U2。
(2)用户电压:最终用户得到的电压,如图中的U4。
(3)损失电压:
①表示形式:输电线始端电压与末端电压的差值即ΔU=U2-U3=I2R。
②形成原因:输电线上的电压损失原因是输电导线有电阻,电流通过输电线时,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低。
3.输电过程的几个基本关系:
(1)功率关系:P1=P2,P2=P线+P3,P3=P4。
(2)电压、电流关系:
,
U2=U线+U3,I2=I3=I线。
(3)输电电流:I线=
(4)输电导线上损耗的电功率:
P线=I线U线=
R线=(
)2R线。
4.远距离输电问题的分析思路:
(1)明确远距离输电的过程,画出输电的过程图。
(2)清楚远距离输电过程图的三个独立的回路。
(3)变压器是连接三个回路的关键,明确各个回路的电压、电流间的关系。
(4)从输电电压、输电功率或输电线的功率损失与输电线的电阻计算输电电流。
(5)分清输电电压和输电线上的电压,确定输电功率、输电线损失功率和用户得到的功率。
(6)根据欧姆定律确定用电回路中各个元件的电压、电流和功率。
【过关训练】
1.如图甲为某水电站的电能输送示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶15,降压变压器的副线圈接有负载R,升压、降压变压器之间的输电线路的总电阻为10
Ω,变压器均为理想变压器,升压变压器原线圈中接入如图乙所示的正弦式交变电压,输送功率为33
kW。下列说法正确的是
(　　)
A.输电线上交变电流的变化周期为0.01
s
B.输电线中电流为150
A
C.降压变压器原线圈输入电压为3
200
V
D.输电线上功率损失为500
W
【解析】选C。由乙图可知周期为T=0.02
s,故A错误。
输入电压的有效值为U1=
=
V=220
V,在升压变
压器中,根据
得U2=
U1=
×220
V=3
300
V,
故输送的电流为I2=
=10
A,故B错误。在输
电线上损失的电压为ΔU=I2r=10×10
V=100
V,降压变
压器原线圈输入电压为
U3=U2-ΔU=3
300-100
V=3
200
V,故C正确。
损失的功率为ΔP=
r=102×10
W=1
000
W,故D错误;
故选C。
2.为响应国家“精准扶贫,产业扶贫”的战略,进一步
优化能源消费结构,光伏发电成为精准扶贫的新途径,
贫困户家多了一份固定收益的绿色环保存折,光伏发电
将照亮“脱贫路”。如图是所建光伏发电项目。若光
伏发电机总输出功率为36
kW,输出电压为500
V,先后
经过升压变压器和降压变压器传输到用户。设输电线
的总电阻为10
Ω,要求输电线中因发热而损失的功率
为输送功率的4%,用户需要的电压为220
V,不计变压器的能量损耗。试求:
(1)升压变压器的输出电压。
(2)升压变压器和降压变压器原副线圈的匝数比。
【解析】(1)损失的功率:ΔP=4%P=1
440
W
设输电线上的电流为I2,根据ΔP=
r,可得I2=12
A
升压变压器的输出电压为U2=
=3
000
V
(2)升压变压器原副线圈的匝数比为
输电线上损失的电压为ΔU=I2r=120
V
降压变压器原线圈两端的电压为U3=U2-ΔU=2
880
V
降压变压器原副线圈的匝数比为
答案:(1)3
000
V　(2)
　
3.交流发电机的路端电压为220
V,输出的电功率为
4
400
W,发电机到用户单根输电线的电阻为2
Ω,求:
(1)用户得到的电压和电功率各是多少?
(2)如果用变压比为1∶10的升压变压器升压后向用户输电,用户处再用变压比为10∶1的降压变压器降压后使用,那么用户得到的实际电压和电功率又是多少?并画出全过程的线路示意图。
【解析】(1)不用变压器,直接输电时:
电线中电流:I=
=
=20
A
电线上损失的电压:U损=I·R线=20×2×2
V=80
V
P损=I·U损=1
600
W
用户得到的电压:U户=220
V-80
V=140
V
P户=P-P损=4
400
W-1
600
W=2
800
W
(2)用变压器时,电路如图所示。
U1=
U=10×220
V=2
200
V
I线=
=
=2
A
U2=U1-I线R=2
200
V-2×4
V=2
192
V
所以U户′=
U2=
×2
192
V=219.2
V
P户′=P-
R=4
400
W-4×4
W=4
384
W。
答案:(1)140
V　2
800
W
(2)219.2
V　4
384
W　图见解析
【补偿训练】
(2019·福建高考)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T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为
(　　)
A.(
)
　　　　　　　
B.(
)
C.4(
)2(
)2r
D.4(
)2(
)2r
【解析】选C。由I1=
和
得Ir=I2=
则输电线上损失的功率
Pr=
2r=4(
)2(
)2r,故选C。