4.3 电能的远距离传输 学案 word版含答案

第3节 电能的远距离传输 学案
学习目标：
1.了解从变电站到用户的输电过程,知道远距离输电时应用高电压的道理。
2.理解降低输电损耗的两个途径及其各自的优缺点。
3.掌握远距离输电的典型电路,并能利用电路知识,变压器规律等解决有关问题。
基础知识：
一、为什么要采用高压输电
输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。
电功率损失
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。
设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为ΔP=I2r。
根据功率损失的表达式ΔP=I2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。
要减小输电线的电阻r，可采用下述方法：
①减小材料的电阻率ρ。银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。
②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离。
③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又架设困难。
电压损失
在输电功率一定的条件下，根据P=UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理。
高压输电
采用高压输电。在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功率减为原来的。在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而损耗的功率减为原来的。
二、高压交流输电
我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。如下图所示。
设发电机的输出功率为P，则功率损失为 ΔP=I22R，用户得到的功率为P用=P-ΔP，输电线路上的电压损失为：ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU。
三、高压直流输电
直流输电的优点热效应节约线材;减少输电导线的电阻不存在感抗和容抗引起的损耗;减小输电电流不需要考虑电网中各台交流发电机的同步运行问题。
重难点理解：
远距离输电电路中的各种关系
远距离输电问题的分析
1．远距离输电基本原理
在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区通过降压变压器降到所需的电压．
2．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，参考图2，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．
3．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的负载，而相应的副线圈是下一个回路的电．
4．综合运用下面三方面的知识求解
(1)能量守恒：
P＝U1I1＝U2I2＝P用户＋P损
P损＝IR P用户＝U3I3＝U4I4.
(2)电路知识：U2＝U损＋U3 U损＝I2R.
(3)变压器知识：＝＝ ＝＝.
其中P损＝IR，U损＝I2R往往是解题的切入点．
典例1、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=10Ω，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=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、副线圈的匝数比各为多少？（使用的变压器是理想变压器）
解析：I1= =500 A
P损=5%P=5%×5×105=2.5×104 W
P损=I22R I2==50 A
I4=A
所以
（也可从电压角度去分析和计算）
巩固练习：
1.远距离输电时,在输送电功率不变的条件下(　　)。
A.只有增大导线的电阻,才能减小电流,提高输电效率
B.提高输电电压能减小电流,提高输电效率
C.提高输电电压势必增大输电导线上能量损耗
D.提高输电电压势必增大输电导线上的电流
2.在电能输送过程中,若输送的电功率一定,则在输电线上损耗的功率(　　)。
A.和输送电压的平方成正比
B.和输电线上电压降的平方成正比
C.和输电线上电流强度的平方成正比
D.和输送电压的平方成反比
3.关于减小远距离输电线上的功率损耗,下列说法正确的是(　　)。
A.由功率P=可知,应降低输电电压,增大导线的电阻
B.由P=UI可知,应降低电压,减小输电电流
C.由P=I2R可知,应减小导线的电阻或减小输电电流
D.上述说法均不对
4.人们利用发电机把天然存在的各种形式的能（水流能、煤等燃料的化学能）转化为电能，为了合理地利用这些能源，发电站要修建在靠近这些天然资源的地方，但用电的地方却分布很广，因此需要把电能输送到远方。某电站输送电压为U=6000 V，输送功率为P=500 kW，这时安装在输电线路的起点和终点的电能表一昼夜里读数相差4800 kW·h（即4800度电）。试求：
（1）输电效率和输电线的电阻；
（2）若要使输电线损失的功率降到输送功率的2%，电站应使用多高的电压向外输电？
参考答案：
1.B　2.BCD　3.C
4.解析：（1）依题意，输电线上的功率损失为 P损= kW=200 kW
则输电效率η=×100%=60%.
因为P损=I2R线，又因为P=IU，所以R线=Ω=28.8Ω.
（2）设升压至U′可满足要求，则输送电流I′= A.
输电线上损失功率为P损′=I′2R线=P×2%=10000 W，（2分）
则有（）2×R线=10000 W，
得U′= V=2.68×104 V.
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