高中物理第3章电能的输送与变压器1高压输电原理 27张PPT

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第3章　电能的输送与变压器
3.1　高压输电原理
一、远距离输电为什么要用高压
1.电能损失的原因:输电导线有_____,当输电线上有电
流通过时,由于电流的_______会引起电能的损失。
2.减少电能损失的途径:远距离输电时,若输电线中的
电流为I,输电线的总电阻为R,则输电线上的电能损失
P损=___,由该式可知,要减少输电线上的电能损失有两
条可能的途径。
电阻
热效应
I2R
(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_________、横截面积大的金属
导线。
(2)减小输电导线中的_____:通过提高输电电压,可减
小输电电流。
电阻
电阻
电阻率小
电流
3.高压输电的原理:
(1)定量表述:设电源提供的电功率P0恒定,输出电压为
U,输电线总电阻为R,则输电线上损耗的电能为P损=I2R
=_____。
(2)定性分析:由上式可知,提高输送电能的_____,可以
更有效地减小输电线路上的电能损耗,这就是远距离输
电需采用_______的根本原因。
电压
高电压
【思考辨析】
(1)输电线上电功率的损失,与输电线的电阻成正比,与
输电电流的平方成正比。
(　　)
(2)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)由P=
可知,输电电压越小,输电线上的损失就越
小。
(　　)
提示:(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,与输电电流的平方成正比。
(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。
二、交流输配电网
(1)电网基本组成:
(2)电能输送的要求是_____、可靠。
(3)我国的电网输电实行的是_________、分级管理,
在安全管理方面更严格、更科学。
经济
统一调度
【生活链接】为什么要电网供电?
提示: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。
输电线上的电压和能量损失
【典例】(多选)如图为远距离高压输电的示意图。关于远距离输电,下列表述正确的是
(　　)
A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗的
C.在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越小
D.高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好
【解析】选A、B、D。电路中的功率损耗ΔP=I2R线,而
R线=ρ
,增大输电线的横截面积,可减小输电线的电阻,
则能够减小输电线上的功率损耗,A项正确;由P=UI来看,
在输送功率一定的情况下,输送电压U越大,则输电电流
越小,则功率损耗越小,B项正确;若输电电压一定,输送
功率越大,则电流I越大,电路中损耗的电功率越大,C项
错误;输电电压并不是电压越高越好,因为电压越高,对
于安全和技术的要求越高,D项正确。
【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。
(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
。
【过关训练】
1.远距离输送交变电流都采用高压输电,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.可提高用户端电压
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
【解析】选C。不论使用多高的电压输电,我国用户端得到的电压均是一定的,如家庭电路电压为220
V,A错误;输电电压的高低不改变交流电的频率以及输电的速度,B、D均错误;在输电的过程中输送的功率一定,根据P=UI知输送电压越高,输送电流越小,又根据P损=I2R可知,可减少输电线上的能量损失,C正确,故选C。
2.(多选)在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,所用导线电阻率为ρ,横截面积为S,输电导线的长度之和为L,若导线上消耗的电功率为P1,用户得到的电功率为P2,则下列关系式中正确的是
(　　)
A.P1=
　　　　　　　　B.P1=
C.P2=P-
D.P2=P-
【解析】选B、D。输电线电阻R=ρ
,输出电流I=
,
故输电线上损失的电功率为P1=I2R=
;用户得到的
电功率为P2=P-P1=P-
,故B、D正确,A、C错误。
【补偿训练】
　　
输电导线的电阻为R,输送电功率为P。现分别用
U1和U2两种电压来输电,则两次输电线上损失的功率之
比为
(　　)
A.U1∶U2　　
B.
∶
　　
C.
∶
　　
D.U2∶U1
【解析】选C。由P=UI,P损=I2R可得P损=
,所以输电
线上损失的功率与输送电压的二次方成反比,C项正确。
【拓展例题】考查内容:输电电压和输电线上的损失
【典例】输电线的电阻共计1.0
Ω,输送的电功率是100
kW,用400
V的低压输电,输电线上发热损失的功率是多少?改用10
kV的高压输电,输电线上的功率损失又为多少?
【正确解答】由P=UI知,
输电线的电流I=
,
式中P是输送的电功率,U是输电电压。
当用400
V的低压输电时,输电线上发热损失的功率
P1=
R=(
)2R=(
)2×1.0
W=6.25×104
W,
当用10
kV的高压输电时,输电线上发热损失的功率
P2=
R=
(
)2R=(
)2×1.0
W=1.0×102
W
答案:6.25×104
W　1.0×102
W