專(zhuān)題⑷遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題

1、遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題專(zhuān)題一、基本原理1遠(yuǎn)距離輸電中輸電線上的功率損失和電壓損失遠(yuǎn)距離輸電要求輸電線上的功率損失和電壓損失不能太大。設(shè)輸送的總功率為p，輸電電壓為u，輸電線的功率損失為pr，電壓損失為ur，有，。減少輸電線功率損失和電壓損失的途徑，都是提高輸電電壓或增大輸電導(dǎo)線的橫截面積。兩者相比，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的途徑顯然是提高輸電電壓。因此遠(yuǎn)距離輸電都采用高壓輸電。2遠(yuǎn)距離輸電各部分設(shè)備示意圖n1 n1 n2 n2d1 r d2u1 u1 u r u2 u2 r由于技術(shù)上的原因，交流發(fā)電機(jī)電樞兩端電壓u1不能太高，但是為了減小輸電線上的功率損失和電壓損失，又必須采用高壓輸電，所以在發(fā)電機(jī)附近要設(shè)置升壓變壓

2、器d1；用電器的額定電壓不能太高，所以在用戶端附近要設(shè)置降壓變壓器d2。根據(jù)以上分析，遠(yuǎn)距離輸電中主要的輸電設(shè)備示意圖如右。畫(huà)好圖后，要按照規(guī)范在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量的符號(hào)?？梢栽O(shè)兩個(gè)變壓器d1、d2初、次級(jí)線圈的匝數(shù)分別為n1、n1、n2、n2，輸電線總電阻為r，相應(yīng)的電壓、電流、功率都用相應(yīng)的下標(biāo)表示。從圖中看出各部分功率之間的關(guān)系是：p1=p1，p2=p2，p1=pr+p2；電壓之間的關(guān)系是：；電流之間的關(guān)系是：。其中電流之間的關(guān)系最簡(jiǎn)單：總是相等的，只要能求出其中任何一個(gè)，另外兩個(gè)一定和它相同。因此，求出輸電線上的電流，往往是解決遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的突破口。注意區(qū)分發(fā)電機(jī)的輸出電壓u1、發(fā)

3、電廠的輸出電壓u1和輸電線的電壓損失ur。3等效電路n1 n1 n2 n2d1 r d2u1 u1 u r u2 u2 r為了便于分析，可以將遠(yuǎn)距離輸電的線路等效為如右下圖所示的一個(gè)直流電路。左邊虛線框內(nèi)的設(shè)備相當(dāng)于一只電動(dòng)勢(shì)為e=u1，內(nèi)阻為r的電池，無(wú)論用戶端的實(shí)際電流、電壓和功率如何變化，e和r是不變的。右邊虛線框內(nèi)的設(shè)備相當(dāng)于一只等效電阻r：如果負(fù)載電阻r消耗的功率和把r直接接在d2輸入端時(shí)消耗的功率相同，r就是右邊虛線框內(nèi)設(shè)備的等效電阻。err等效電路由，可得。只要d2的匝數(shù)n2、n2不變，等效電阻r的阻值跟實(shí)際負(fù)載電阻r的阻值成正比。在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸送的功率絕大部分要到達(dá)用戶端，

4、輸電線上的功率損失不可能大于用戶消耗的實(shí)際功率，因此等效電路中的r無(wú)論怎樣調(diào)整，都一定是大于內(nèi)阻（即輸電線阻值r）的。二、兩類(lèi)問(wèn)題1設(shè)計(jì)輸電電路已知發(fā)電機(jī)電壓（即升壓變壓器初級(jí)線圈的電壓）u1、發(fā)電廠的滿負(fù)荷輸出功率p（即p1或p1）、輸電線總電阻r、發(fā)電廠滿負(fù)荷工作時(shí)輸電線上的損失功率pr（一般只占滿負(fù)荷輸出功率的百分之幾）、用戶端用電器的額定電壓u2，就可以確定升壓變壓器d1和降壓變壓器d2的匝數(shù)比。由pr=ir2r求出ir，由ir =i1=解得u1，從而得；由ur=irr和u2=u1-ur解得u2，從而得。2用戶端負(fù)載變化引起其它物理量的變化輸電網(wǎng)絡(luò)按設(shè)計(jì)建設(shè)好后，u1、n1、n1、u1

5、、r、n2、n2這七個(gè)量是固定不變的，發(fā)電廠輸送的總功率p1（或p1）是由用戶端消耗的實(shí)際功率p2（或p2）決定的。這里默認(rèn)d2輸出端接入的用電器都是純電阻，其總阻值為r，那么r的變化將會(huì)引整個(gè)輸電電路中各部分功率、電流，以及輸電線上的電壓降ur、d2的輸入電壓u2、輸出電壓u2的變化。大型發(fā)電廠是由多個(gè)發(fā)電機(jī)并聯(lián)發(fā)電的，發(fā)電廠輸出的總功率可隨用戶用電量的變化而及時(shí)調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)的方法可以是增加或減少實(shí)際工作的發(fā)電機(jī)組的個(gè)數(shù)）。o rp出pmr用戶端的用電器是并聯(lián)使用的。當(dāng)用戶負(fù)載增大時(shí)（接入的用電器增多），負(fù)載總阻值r減小，相當(dāng)于等效電路中的r減小。由恒定電流一章中學(xué)習(xí)過(guò)知識(shí)可知，外電阻減小，總

6、電流將增大，路端電壓將降低，即i2增大，u2降低（于是有i2增大，u2降低）。由于等效電路中的r始終大于內(nèi)阻（即輸電線阻值r），由恒定電流一章中學(xué)習(xí)過(guò)的電源輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律可知，在外電阻大于內(nèi)阻的條件下，外電阻減小時(shí)，電源的輸出功率一定是增加的（右圖中rr對(duì)應(yīng)的一段曲線），即p2、p2一定是增大的。由于ir=i2增大，ur=irr和pr=ir2r都隨之增大，因此p1=p1=pr+p2也一定是增大的。由于u1、u1不變，所以i1、i1也隨之增大。總之，用戶負(fù)載增大時(shí)，各個(gè)電流、功率都增大，u1、u1不變，ur增大，u2、u2減小。由以上分析可知，在用電高峰時(shí)，用戶端消耗的總功率增大時(shí)，

7、發(fā)電廠的輸出功率將隨之增大，但用用戶用電器兩端的電壓反而有所降低。在用電高峰，接入新的用電器后，用戶消耗的總功率是增加的，但在增加新的用電器前就已經(jīng)處于工作狀態(tài)的每個(gè)用電器，實(shí)際功率則是降低的。例1發(fā)電廠的交流發(fā)電機(jī)輸出電壓為500v，輸出功率為100kw。要將電能輸送到遠(yuǎn)處的工廠。設(shè)計(jì)輸電線上的功率損失為2%，輸電線總電阻為20，用戶得到的電壓220v。求：發(fā)電廠附近的升壓變壓器和用戶附近的降壓變壓器的匝數(shù)比各多大？（所用變壓器都看作理想變壓器）解：pr=2%p1=2000w，由pr=ir2r，得ir=10a，即升壓變壓器次級(jí)線圈的電流i1和降壓變壓器初級(jí)線圈的電流i2都是10a。升壓變壓器

8、初級(jí)線圈的電流i1=p1/u1=200a，因此；升壓變壓器次級(jí)線圈電壓u1=10000v，輸電線上的電壓損失ur=irr=200v，因此降壓變壓器初級(jí)線圈電壓為u2=u1-ur=9800v，因此。發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器用戶輸電線例2遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖如圖所示，若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，在線路正常工作的情況下，當(dāng)用戶用電器的總功率增大時(shí)，下列判斷正確的是 a升壓變壓器的原線圈中的電流保持不變b降壓變壓器的輸出電壓升高c降壓變壓器的輸出電壓降低d輸電線上損耗的電功率減小解：由于發(fā)電機(jī)輸出電壓不變，輸電線電阻不變，即等效電路中的電源電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻不變，正常工作時(shí)內(nèi)阻遠(yuǎn)小于外電阻，因此用戶用電器總

9、功率增加，一定是負(fù)載總電阻減小，引起的結(jié)果是各處電流增大、功率增大，輸電線電壓損失增大，降壓變壓器初級(jí)、次級(jí)電壓都降低。選c。三、練習(xí)題1某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率為10kw，輸出電壓為400v，向距離較遠(yuǎn)的用戶供電時(shí)，為了減少電能損失，使用2kv的高壓輸電，最后用戶端電壓為220v，電功率為9.5kw。所用變壓器可認(rèn)為是理想變壓器。求：水電站升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；.輸電線路導(dǎo)線的總電阻r；用戶降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比。 2某發(fā)電站的輸出功率為104kw，輸出電壓為4kv，通過(guò)理想變壓器升壓后向80km遠(yuǎn)處供電。已知輸電導(dǎo)線的電阻率為2.410-8m，導(dǎo)線橫截面積為1.510-4

10、m2，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%。求：升壓變壓器的輸出電壓； 輸電線路上的電壓損失。3在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個(gè)坑口電站，輸出的總電功率為p=500kw，當(dāng)使用u=5kv的電壓輸電時(shí)，測(cè)得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。（1度=1kwh）求：這時(shí)的輸電效率和輸電線的總電阻r；若想使輸電效率提高到98%，不改變輸電線電阻和電站輸出的總電功率，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？4某水電站發(fā)電機(jī)輸出電壓500v，輸出功率50kw，用阻值3的輸電線向遠(yuǎn)處輸送電能。求：此時(shí)用戶得到的電壓和功率；若要求輸送過(guò)程的電能損失不超過(guò)輸送功率的0.6%，且用戶得到的電壓為220v，則需要在水電站和用戶端分別安裝一個(gè)理想變壓器，求這兩個(gè)變壓器的匝數(shù)比各是多少。 5遠(yuǎn)距離輸電電路中，升壓變壓器、降壓變壓器、輸電線都保持不變，發(fā)電機(jī)的輸出電壓也恒定。發(fā)電機(jī)輸送的總功率可根據(jù)用戶用電需求隨時(shí)調(diào)節(jié)。用戶得到的電功率和發(fā)電機(jī)輸送的總