(共58张PPT)
4.电能的输送
必备知识·素养奠基
一、降低输电损耗的两个途径
1.输送电能的基本要求:
2.降低输电损耗的两个途径:
(1)输电线上的功率损失:ΔP=___,I为输电电流,r为输电线的电阻。
(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_____,应当选用电
阻率小的金属材料,还要尽可能增加导线的_________。
②减小输电导线中的_____:为减小输电_____,同时又要保证向用户提供一定
的电功率,就要提高输电_____。
I2r
电阻
电阻
横截面积
电流
电流
电压
二、电网供电
1.远距离输电的基本原理:在发电站内用升压变压器升压,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。
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_____。
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。
降压
变电站
网络
断电
电力
4.关于电能的输送:
解释符合科学实际的有:_____
①输电线上电功率的损失,与输电线的电阻成正比,与输电线电流的平方成正
比。
②由P=
可知,输电电压越小,输电线上电功率的损失就越小。
③使用变压器进行远距离输电,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。
④远距离输电时,若升压变压器匝数比为1∶n,降压变压器匝数比为n∶1,则升
压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。
①③
关键能力·素养形成
一 输电线上的电压和电能的损失
1.输电线上的电压损失:ΔU=U-U′=Ir=
r。
2.输电线上的功率损失:
(1)ΔP=I2r,其中I为输电线上的电流。
(2)ΔP=ΔU·I或ΔP=
,其中ΔU为输电线上的电压损失。
3.减少电压损失和功率损失的方法:
(1)减小输电线的电阻r,根据r=ρ
,可减小电阻率ρ,目前一般用电阻率较小
的铜或铝作为导线材料;也可增大导线的横截面积S,但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,输送电流可减为原来的
,输电线上的功率损耗将
降为原来的
。
【思考·讨论】
如图所示,假定发电厂输出的电压为U,输送功率为P,输电线路中的电流是I,两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)。那么:
(1)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗?
(科学思维)
(2)输电线上功率损失的原因是什么?功率损失的表达式是什么?降低功率损耗有哪些途径?
(科学思维)
提示:(1)不相等,由能量守恒知,发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电
线上损失的电能之和。
(2)由于输电线有电阻,当有电流流过输电线时,有一部分电能转化为电热而损
失掉了,这是输电线上功率损失的主要原因。
功率损失表达式:ΔP=I2r=
r,所以降低功率损耗的两个途径为:①减小输电线
的电阻r;②减小输电电流I,即提高输送电压U。
【典例示范】
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110千伏①高压将11万千瓦②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电阻是5
Ω③
。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
【解析】(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)见解析
【素养训练】
1.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750
kV线路。采用高压输电的优点是
( )
A.可节省输电线的金属材料
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
【解析】选C。在输电的过程中输送的功率一定,根据P=UI和ΔP=I2R,有:ΔP
=
,故高压输电可以降低功率损耗,不可以节省输电线的金属材料,故C正
确,A错误;交流电的频率等于发电机转动的频率,是不改变的,故B错误;电路中
输电的速度是光速,与是否为高压输电无关,故D错误。
2.(多选)(2020·全国Ⅱ卷)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
( )
A.ΔP′=
ΔP
B.ΔP′=
ΔP
C.ΔU′=
ΔU
D.ΔU′=
ΔU
【解析】选A、D。由电功率公式得ΔP=I2R,
输电线上电压下降ΔU=IR,输电电
流为I=
,在输送的电功率和输电线电阻都不变时,U变为原来的2倍,电流变为
原来的
,则ΔP′=
ΔP,ΔU′=
ΔU,选项A、D正确,B、C错误。
【补偿训练】
1.中国已投产运行的1
000
kV特高压输电,是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500
kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1
000
kV特高压输电,不考虑其他因素的影响。则
( )
A.输电电流变为原来的2倍
B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍
C.输电线上降落的电压将变为原来的
D.输电线上损耗的电功率将变为原来的
【解析】选C。根据输送电功率P输=U输I输及P输不变,可知,输电电流I输=
,
当U输变为原来的2倍时,I输变为原来的
,选项A错误;输电线上降落的电压U降=
I输R线∝I输,所以,当输电电流变为原来的
时,输电线上降落的电压也变为原来
的
,选项B错误,C正确;输电线上损耗的电功率P损=
,所以输电线上
损耗的电功率将变为原来的
,选项D错误。
2.(多选)如图所示,通过较长的输电线给电阻丝M、N供电,保持输电电压U0不变,输电线电阻不可忽略,闭合开关S,两电阻丝均正常工作,现断开开关S,下列判断正确的是( )
A.输电线中电流变小
B.电阻丝M两端电压减小
C.整个电路消耗的总功率增大
D.为使电阻丝M仍能正常工作,可减小输电电压U0
【解析】选A、D。断开开关S后,电阻变大,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流变小,即输电线中的电流变小,故A正确;根据欧姆定律可知,输电线中的电压变小,保持输电电压U0不变,则电阻丝M两端电压增大,故B错误;根据P=IU0可知,总电流I变小,则整个电路消耗的功率变小,故C错误;为使电阻丝M仍能正常工作,可减小输电电压U0,使电阻丝M两端电压恢复原值,故D正确。
3.500千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:
P损′=0.16P损,B对。
二 高压输电过程的分析与计算
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。
(2)用户电压:最终用户得到的电压。
(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线。
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要低。
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)电压关系:
,U2=U线+U3,I2=I3=I线,
。
(3)电流关系:
,I2=I线=I3,
(4)输电电流:I线=
(5)输电导线上损耗的电功率:
P线=I线U线=
【思考·讨论】
某发电站向远处送电的示意图如图所示,其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路。
(1)结合闭合电路的知识,分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。
(科学思维)
(2)若两个变压器均为理想变压器,则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?
(科学思维)
提示:(1)第一个回路:P1=U1I1
第二个回路:U2=ΔU+U3,P2=ΔP+P3=
R+P3
第三个回路:P4=U4I4
(2)
、P1=P2;
、P3=P4。
【典例示范】
如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1,在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2,则
( )
A.用户端的电压为
B.输电线上的电压降为U
C.理想变压器的输入功率为
r
D.输电线路上损失的电功率为I1U
【解析】选A。理想变压器输入和输出功率相同,设用户端得到的电压为U2,则
有I1U1=U2I2,U2=
,故A正确;输电线上的电压降为ΔU=I1r,或者ΔU=U-U1,故B
错误;理想变压器的输入功率为P=I1U1,故C错误;输电线路上损失的电功率为
ΔP=I1r,而P=I1U指的是输出功率,故D错误。
【规律方法】远距离输电问题的四个关键
(1)画出一个模型——远距离输电模型图。
(2)抓住输电的两端——电源和用电器。
(3)分析两条导线——输电导线。
(4)研究两次电压变换——升压和降压。
【素养训练】
远距离输电中,升压变压器、降压变压器均为理想变压器。由于用户区用电量的增多,发电厂的输出功率增大为原来的2倍,下列说法正确的是( )
A.输电导线损失的功率大于原来的4倍
B.输电导线损失的功率小于原来的4倍
C.用户得到的功率小于原来的2倍
D.用户得到的功率大于原来的2倍
【解析】选C。由于发电厂的输出功率增大为原来的2倍,则升压变压器的输出
功率增大为原来的2倍,又升压变压器的输出电压U2不变,根据P=UI可知输电导
线上的电流I线增大为原来的2倍,根据P损=
r可知:输电导线损失的功率等于原
来的4倍,故A、B错误;根据U损=I线R,输电线上的电压损失增大为原来的2倍,故
用户得到的功率小于原来的2倍,故C正确,D错误。
【补偿训练】
1.(多选)某发电站采用高压输电向外输送电能。若输送的总功率为P0,输电电压为U,输电线的总电阻为R线,则下列说法正确的是
( )
A.输电线上的电流I=
B.输电线上的电流I=
C.输电线电阻上的功率损失P线=(
)2R线
D.输电线电阻上的电压损失U线=
R线
【解析】选B、C、D。输电线上的电流I=
,故A错误,B正确;输电线上的电流
I=
,根据P=I2R,可得输电线电阻上的功率损失P线=(
)2R线,故C正确;输电线
上的电流I=
,根据U=IR,可得输电线电阻上的电压损失U线=
R线,故D正确。
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)
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.下列关于减少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=
,所以应降低输电电压,增大输电导线的电阻,才能减少输电
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,才能减少输电导线上的热
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电电流的方法来减少
输电导线上的热损耗
D.以上说法均不正确
【解析】选C。不能盲目套用公式,要注意其物理意义,在求热损耗时可以用P损=
R线或用P热=U线I线,也可用P=
,但U必须为输电导线两端的电压。故选项C
正确。
2.关于减小远距离输电时输电导线上的功率损耗,下列说法正确的是( )
A.由功率P=
知,应降低输电电压,增大输电导线电阻
B.由P=IU知,应用低电压小电流输电
C.由P=I2R知,应减小输电导线电阻或减小输电电流
D.上述说法均不正确
【解析】选C。根据P=I2R知,通过减小输电导线的电阻或减小输电的电流可以减小功率的损耗。根据P=UI知,需要提高输电电压,减小输电电流。故C正确,A、B、D错误。
3.(2020·浙江7月选考)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100
kW,发电机的电压U1=250
V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8
Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220
V。已知输电线上损失的功率P线=5
kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是
( )
A.发电机输出的电流I1=40
A
B.输电线上的电流I线=625
A
C.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11
D.用户得到的电流I4=455
A
【解析】选C。发电机的输出电流I1
=
=400
A,选项A错误。输电
线上的电流I线
=
=25
A,选项B错误。升压变压器的副线圈输出
电压U2
=
=4×103
V,输电线损耗电压ΔU=I线R=25×8
V=200
V,降
压变压器的原线圈电压U3=U2-ΔU=
3
800
V,故降压变压器的匝数比
选项C正确。降压变压器的功率P4=P3=P-P线=95
kW,故用户得到的电
流I4=
431.8
A,选项D错误。
【补偿训练】
发电机输出功率为P=50
kW,输出电压U1=500
V,用户需要的电压U4=220
V,连接升压变压器和降压变压器的输电线电阻为R=3
Ω。若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的0.6%,试求:
(1)用户得到的电功率是多少?
(2)输电线中的电流和输电线上损失电压分别是多少?
(3)在输电线路中的升压、降压变压器原副线圈的匝数比分别是多少?
【解析】(1)输电线上损耗的功率P损=0.6%P=
R=300
W
用户得到的功率P4=P-
P损=49
700
W
(2)由P损=
R得:I2=10
A
输电线上损失电压:ΔU=I2R=10×3
V=30
V
(3)升压变压器原线圈输入电流为:I1=
=100
A
升压变压器原、副线圈匝数之比:
升压变压器的输出电压为:U2=10U1=5
000
V
降压变压器的输入电压为:U3=U2-ΔU=4
970
V
降压变压器原、副线圈两端的匝数之比:
答案:(1)49
700
W (2)10
A 30
V (3)
4.某小型水力发电站的发电机输出功率为5×104
W,发电机的输出电压为250
V,输电线总电阻R=5
Ω。为了使输电线上损失的功率为发电机输出功率的4%,必须采用远距离高压输电的方法,在发电机处安装升压变压器,而在用户处安装降压变压器。设用户所需电压为220
V,不计变压器的损失。求:
(1)输电线上的电流;
(2)升、降压变压器原、副线圈的匝数比;
(3)可供多少盏“220
V
40
W”的白炽灯正常工作?
【解析】(1)输电线上损失的功率为发电机输出功率的4%,则P损=2
000
W,又P损
=I2R,可得I=20
A。
(2)升压变压器的输出电压U2=
=2
500
V,故升压变压器原、副线圈的匝数比
为
=1∶10,
输电线上损耗的电压U′=RI=100
V,则降压变压器的输入电压U3=2
500-100=
2
400
V,输出电压为220
V,降压变压器原、副线圈的匝数比为
=120∶11。
(3)一盏白炽灯消耗的功率为40
W,降压变压器的输入功率P3=U3I=48
000
W,N=
=1
200,故可供1
200盏“220
V 40
W”的白炽灯正常工作。
答案:(1)20
A (2)1∶10 120∶11 (3)1
200
【新思维·新考向】
情境:有一条河流,流量Q=16
m3/s,落差h=10
m,现利用其发电,发电机的总效率η=50%,输出电压为240
V,输电线总电阻R=30
Ω。
问题:
允许损失的功率为输出功率的6%,用户所需电压为220
V,为满足用电需求,则:
(1)该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各为多少?
(2)能使多少盏“220
V 100
W”的电灯正常发光?(g取10
m/s2)
【解析】设升压变压器匝数比为n1∶n2,原线圈电压为U1,副线圈电压为U2,电流
为I2,输入功率P1,输出功率P2,降压变压器匝数比为n3∶n4,原线圈电压为U3,输
入功率P3,输出功率P4,副线圈的电压为U4,输电线上损失的功率为ΔP,电压损失
为ΔU,电阻为R,水的流量为Q,发电机效率为η,水的密度为ρ,重力势能为E重,
(1)由题知E重=ρQtgh
发电机的输入功率为P1=
,P1=ρQgh
发电机的输出功率P2=ηP1,P2=8×105
W
输电线上损失的功率ΔP=6%
P2=48
000
W
而ΔP=
R,解得:I2=40
A
又因为P2=U2
I2
解得:U2=20
000
V
根据ΔU=I2R
及ΔU=U2-U3得:U3=18
800
V
所以n1∶n2=U1∶U2=3∶250
n3∶n4=U3∶U4=940∶11
(2)降压变压器的输出功率P4=P3=P2-ΔP=752
000
W
n=
=7
520盏
答案:(1)3∶250 940∶11
(2)7
520温馨提示：
此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。
课时素养评价
十二 电能的输送
(25分钟·60分)
一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.输送一定功率的交变电流,若输电电压提高到原来的n倍,则下列说法正确的是
( )
A.输电线上的电流变为原来的
B.输电线上的电压损耗变为原来的n倍
C.输电线上的电功率损耗变为原来的
D.为使输电线上的电功率损耗不变,输电距离可变为原来的n倍
【解析】选A。输送一定功率的交变电流,输电电压提高到原来的n倍;根据I=可得,输电线上的电流变为原来的,故A正确;根据A项分析和U损=Ir线可得,输电线上的电压损耗变为原来的,故B错误;根据A项分析和P损=I2r线可得,输电线上的电功率损耗变为原来的,故C错误;输电线上的电流变为原来的,为使输电线上的电功率损耗不变,据P损=I2r线可得,输电线的电阻应变为原来的n2倍,输电距离可变为原来的n2倍。故D错误。
2.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.1
980
kV
【解析】选C。输送电流I=,输电线上损耗的功率ΔP=I2R=()2R;可知输电线上损耗的功率与输电电压的平方成反比,所以为使输电线上损耗的功率减小为原来的,输电电压应变为原来的2倍,即输电电压增大为440
kV,故C正确,A、B、D错误。
3.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2P,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.16()2()2r
D.16()2()2r
【解析】选C。根据正弦式交流电最大值和有效值的关系可知,加在原线圈上的电压U1=,根据理想变压器电压和匝数的关系可知,=,解得U2=,输电线上的电流I=,消耗的电功率P耗=I2×2r=16()2()2r,A、B、D错误,C正确。
4.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
【解析】选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,C正确。
【补偿训练】
用电器与电源相距L,线路上电流强度为I,为使输电线上的电压损失不超过U,已知输电线的电阻率为ρ,那么输电线的横截面积最小值应是( )
A. B. C. D.
【解析】选B。根据欧姆定律得R=,根据电阻定律R=ρ,又l=2L,解得S=。故B项正确,A、C、D三项错误。
5.四川特高压输电量已破千亿千瓦时。如图所示是远距离输电示意图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变。下列说法正确的是
( )
A.若用户用电功率增加,升压变压器的输出电压将增大
B.若用户用电功率增加,降压变压器的输入电压将增大
C.若输电功率一定,采用特高压输电会降低输电的效率
D.若输电功率一定,采用特高压输电可减少输电线上损耗的功率
【解析】选D。由于发电厂的输出电压不变,升压变压器的匝数不变,所以升压变压器的输出电压不变,故A错误;由于用户用电功率增加,降压变压器输出的功率增加,故高压输电线上的电流变大,分压变大,故输入降压变压器的电压变小,故B错误;若提高输电电压,由P损=()2·R得,损失的功率变小,故在输电功率一定的情况下,采用特高压输电会提高输电的效率,并减少输电线上的损耗,故C错误,D正确。
6.为消除高压输电线上的冰,假设利用电流的热效应除冰。若在正常供电时,高压线上输电电压为U,电流为I,热消耗功率为P损;除冰时,输电线上的热功率需要变为9P损,则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)
( )
A.输电电流为3I
B.输电电流为9I
C.输电电压为3U
D.输电电压为9U
【解析】选A。输电线上损失的功率为P损=I2R线=R线,由该式可知要使P损增大为原来的9倍,输电电流应变为原来的3倍或输电电压变为原来的,故选项A正确。
【补偿训练】
新疆首条连接南北疆的电力高速通道伊犁—库车750千伏输电线路工程正式投入使用,标志着我国超高压输电技术已达到世界领先水平。目前伊犁变电站的升压变压器原线圈的电压为750
V,副线圈的电压为750千伏,升压变压器的输出电功率为30万千瓦,若伊犁—库车750千伏输电线的总电阻为20
Ω,下列说法正确的是
( )
A.伊犁—库车750千伏输电线的输送电流是0.4
A
B.伊犁—库车750千伏输电线的输送交流电的表达式为u=750sin
100πt(kV)
C.伊犁变电站的升压变压器原、副线圈匝数之比为1∶1
000
D.伊犁—库车750千伏输电线上的功率损耗为3.2×105
W
【解析】选C。由P=UI可知,输送电流I==
A=400
A,故A错误。750
V为电压的有效值,故表达式应为U=750sin
100πt(kV),故B错误。根据电压之比等于线圈匝数之比可得:n1∶n2=750∶750×103=1∶1
000,故C正确。库伊线输电线上的功率损耗为:P损=I2R=4002×20
W=3.2×106
W,故D错误;故选C。
二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(12分)某交流发电机输出功率为5×105
W,输出电压为U=1.0×103
V,假如输电线的总电阻R=10
Ω,在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%,用户使用电压U用户=380
V。
(1)画出输电线路的示意图。(标明各部分的符号)
(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?(使用的变压器是理想变压器)
【解析】(1)画出电路如图所示。
(2)I1==500
A
P损=5%P=5%×5×105
W=2.5×104
W
P损=R,
I2==50
A
I3===
A=1.25×103
A
所以===
===。
答案:(1)见解析图 (2)1∶10 25∶1
8.(12分)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,如果升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器。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,输电导线中的电功率损失为输入功率的4%。
(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流。
(2)求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压。
(3)计算降压变压器的输出功率。
【解析】根据题意,画出输电线路图。
(1)对升压变压器,根据公式=,
有U2=U1=×250
V=6
250
V
I2===
A=16
A。
(2)因为ΔP=R,
ΔP=0.04P1
所以R==
Ω=15.625
Ω,
因为ΔU=U2-U3=I2R,
U3=U2-I2R=(6
250-16×15.625)V=6
000
V。
(3)P4=P1-ΔP=0.96P1=0.96×100
000
W
=96
000
W。
答案:(1)6
250
V 16
A (2)15.625
Ω 6
000
V
(3)96
000
W
(15分钟·40分)
9.(7分)(多选)交流发电机的输出电压为U,采用图示理想变压器输电,升压变压器原副线圈匝数比为m,降压变压器原副线圈匝数比为n,输电导线电阻为r,用户的工作电压为U。下列说法正确的是
( )
A.mn>1
B.输电线上损失的功率为ΔP=
C.当用电高峰时,升压变压器的输出功率变大
D.增大m,能够减小线路的损耗
【解析】选C、D。若变压器的输电功率为P,用户得到的功率为P′,由于升压变压器输入电压为U,降压变压器输出电压为U,则升压变压器输出电压U2=U,降压变压器输入电压U3=nU,由于在输电线上有功率损失,所以P>P′,即=,整理可得:mn<1,故A错误;根据变压器的规律,升压变压器副线圈的电压U2=U,且U3=nU,线路损失的电压ΔU=U2-U3,损失的功率ΔP=,由以上式子代入求得:ΔP=,故B错误;当用电高峰时,用户的电流总和变大,故升压变压器的输出功率变大,故C正确;增大m,输电线上电流减小,能够减小线路的损耗,故D正确。
10.(7分)如图所示,为了减少输电线路中电力损失,发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送,再经变电所将高压变为低压。某变电所电压u0=
11
000sin
100πt
V的交流电降为220
V供居民小区用电,则变电所变压器
( )
A.原、副线圈匝数比为50∶1
B.副线圈中电流的频率是100
Hz
C.原线圈的导线比副线圈的要粗
D.输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和
【解析】选A。降压变压器输入电压的最大值为11
000
V,则有效值为
11
000
V,则:===50∶1,故A正确;交流电的频率f===50
Hz,经过变压器后,交流电的频率不变,故B错误;降压变压器中副线圈的电流大于原线圈的电流,则副线圈导线比原线圈导线粗,故C错误;副线圈的电流等于居民小区各用电器电流总和,与原副线圈的电流不相等,所以输入原线圈的电流不等于居民小区各用电器电流的总和,故D错误;故选A。
【补偿训练】
(多选)我国远距离输送交流电用的电压有110
kV、220
kV和330
kV,输电干线已经采用500
kV的超高压,西北电网的电压甚至达到750
kV。对高压输电下列说法正确的是
( )
A.采用高压输电是为了加快输电的速度
B.输电电压越高越好
C.采用高压输电能够降低输电线路上的能量损耗
D.实际输送电能时要综合考虑各种因素,依照不同情况选择合适的输电电压
【解析】选C、D。远距离输电时,电压过高将会带来很多负面的影响,如对绝缘条件的要求增大,导线和大地组成电容也会引起能量损耗;输送的功率一定,根据P=UI,知输电电压越高,输电电流越小,根据P损=I2R,知输电线上损耗的能量就小,而不是为了加快输电速度,故A、B错误,C正确。实际输电时,要综合考虑各种因素,如输电功率的大小、距离远近、技术和经济条件等。故D正确。故选C、D。
11.(7分)(多选)如图所示,某小型水电站的发电机输出电压为220
V,正常情况下输出的总功率P0=8.8×104
W,为了减少远距离输电过程中的电能损失,往往采用高压输电。输送电压为u=1
100sin200πt(V),输电线的总电阻r=5
Ω,现要使额定电压为220
V的用电器正常工作,下列说法中正确的是
( )
A.输电线上的电流为220
A
B.降压变压器匝数比=
C.用电器的额定功率P=5.6×104
W
D.用电器上交流电的频率是100
Hz
【解析】选C、D。输送电压u=1
100sin200πt(V),可知输送电压的有效值为1
100
V,输电线上的电流:I==
A=80
A,故A错误;输电线消耗的电压:
U损=Ir=80×5
V=400
V,到达降压变压器的电压:U3=U1-U损=1
100
V-400
V=700
V。所以降压变压器的匝数比:===,故B错误;输电线损耗的电功率:P损=I2r=802×5
W=32
000
W,到达降压变压器的电功率:P3=P0-P损=8.8×104
W-
32
000
W=5.6×104
W理想变压器的输出功率等于输入功率,所以用电器的额定功率也是5.6×104
W,故C正确;由于输送电压为u=1
100sin200πt(V),可知输送电压的频率为100
Hz,所以用电器上交流电的频率是100
Hz,故D正确。
12.(19分)在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损失。某小型发电站,输送的电功率为P=500
kW,发电站输出电压为U1=250
V。为减少输送功率的损失,变电站先用一升压变压器将电压升高到U2=5
kV再输出,在这种情况下,用户端获得的电功率为P1=340
kW。所用变压器均为理想变压器。求:
(1)升压变压器原副线圈的匝数之比为多少?
(2)这样输电,效率仍然较低,若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么变电站应将电压升高到多少向外输电?
【解析】(1)由变压器原、副线圈的电压比等于匝数比即===
(2)设输电线上的电流为I,则有:
I==
A=100
A
输电线上损耗的功率为:P损=P-P1=160
kW
由P损=I2r代入数据得:r=16
Ω
P损′=2%P=10
kW,I′=,P损′=I′2r
代入数据解得:U′2=2×104
V=20
kV
答案:(1)1∶20 (2)20
kV
【补偿训练】
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,测得在一昼夜(24小时)内在输电线上的损失为4
800
kW·h。
(1)求这时的输电效率η和输电线的总电阻r。
(2)若使输电效率提高到90%,又不改变输电线,那么应使用多高的电压输电?
(3)在第(2)问的情况下,若用户得到电压为220
V,则进入用户前的降压变压器的变压比为多大?
【解析】(1)输送功率P=500
kW,
一昼夜输送的电能E=Pt=12
000
kW·h
终点得到的电能E′=E-ΔE=7
200
kW·h
效率η==60%
由P=UI得,输电线上的电流I=100
A
输电线损耗功率Pr=kW=200
kW
由Pr=I2r
得:r=20
Ω
(2)若使输电效率提高到90%,即输电线上损耗的功率为:Pr′=P(1-90%)=50
kW
由Pr′=r
得I1=50
A
P=U′I1得输电电压应调为:U′=10
kV
(3)用户降压变压器的输入电压为:U1=U′-I1r=10×103
V-50×20
V=9×103
V
用户降压变压器的输出电压U2=220
V
由=
得:==
答案:(1)60% 20
Ω (2)10
kV (3)
关闭Word文档返回原板块
PAGE
