5　電能的輸送

1、5電能的輸送學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.了解交變電流從發(fā)電站到用戶的輸電過程2知道遠(yuǎn)距離輸電時(shí)決定電能損失的因素，了解高壓輸電的原因(重點(diǎn))3知道遠(yuǎn)距離輸電線路的基本構(gòu)成，能夠?qū)?jiǎn)單的遠(yuǎn)距離輸電線路進(jìn)行計(jì)算(難點(diǎn))降低輸電損耗的兩個(gè)途徑1輸送電能的基本要求(1)可靠：保證供電線路可靠地工作，少有故障(2)保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量電壓和頻率穩(wěn)定(3)經(jīng)濟(jì)：輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗少2降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(1)輸電線上的功率損失PI2r，I為輸電電流，r為輸電線的電阻(2)降低輸電損耗的兩個(gè)途徑減小輸電線的電阻在輸電距離一定的情況下，為了減小電阻，應(yīng)當(dāng)選用電阻率小的金屬材料，還要盡可

2、能增加導(dǎo)線的橫截面積減小輸電導(dǎo)線中的電流為減小輸電電流，同時(shí)又要保證向用戶提供一定的電功率，就要提高輸電電壓1輸電線上的電壓損失可用UIr計(jì)算，r為輸電線的電阻()2輸電電壓越高越好(×)3根據(jù)P可知，要減小損耗功率，輸電電壓越低越好(×)要減少輸電損失，既可以增加導(dǎo)線的橫截面積，又可以采用高壓輸電以減小輸電線的電流，為什么遠(yuǎn)距離輸電都要采用高壓輸電呢？【提示】利用升壓變壓器升壓提高輸送電壓以減小輸電線上的電流容易做到，且成本較低，比如電壓升高到原來的2倍，輸電電流變?yōu)樵瓉淼?，損失功率將為原來的，而如果增加輸電導(dǎo)線的橫截面積，使功率損失變?yōu)樵瓉淼模瑒t輸電線的橫截面積將為原來

3、的4倍，大大增加了一次性架設(shè)成本，并且導(dǎo)線的橫截面積不可能無限地增大假設(shè)兩條輸電線的總電阻為r，在如圖5­5­1所示的輸電示意圖中等效畫為r，輸送的功率為P，發(fā)電廠輸出的電壓為U1.圖5­5­1探討1：輸電線上損失的電壓為多少？怎樣減小輸電線上損失的電壓呢？【提示】由PU1I得I，所以UIr.據(jù)UIr可知，減小輸電線路上電壓損失的方法主要有兩種：減小輸電線路電阻；減小輸電電流探討2：怎樣計(jì)算輸電線路損失的功率呢？如何減少輸電線路的功率損失呢？【提示】輸電線路損失的功率PI2r，減小輸電線的電阻或輸電線中的電流可減少輸電線路的功率損失1電壓損失輸電線始端電

4、壓U與輸電線末端電壓U的差值UUUIr.2功率損失遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸電線有電阻，電流的熱效應(yīng)引起功率損失，損失的電功率(1)PI2r；(2)PIU；(3)P.I為輸電電流，r為輸電線的電阻，U為輸電線上損失的電壓3減小電壓、功率損失的方法(1)減小輸電線路的電阻由r可知，距離一定時(shí)，使用電阻率小的材料，增大導(dǎo)體橫截面積可減小電阻(2)減小輸電電流I由PUI可知，當(dāng)輸送功率一定時(shí)，升高電壓可以減小電流1如圖5­5­2所示為遠(yuǎn)距離交流輸電的簡(jiǎn)化電路圖發(fā)電廠的輸出電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1.在輸電線與用戶間連有一理想變壓

5、器，流入用戶端的電流為I2.則()圖5­5­2A用戶端的電壓為B輸電線上的電壓降為UC理想變壓器的輸入功率為IrD輸電線路上損失的電功率為I1U【解析】根據(jù)變壓器的工作原理、歐姆定律和電功率公式解決問題根據(jù)理想變壓器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用戶端的電壓U2，選項(xiàng)A正確；輸電線上的電壓降為UI1rUU1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；變壓器的輸入功率P1I1UIrI1U1，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；輸電線路上損失的功率PIrI1(UU1)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】A2(多選)在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸送的電功率為P，輸送電壓為U，所用導(dǎo)線的電阻率為，橫截面積為S，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，輸電線損失的電功率為P，用戶得到的

6、電功率為P用，則P和P用的關(guān)系式正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：05002121】APBPCP用PDP用P【解析】輸電線電阻r輸電電流I故輸電線上損失的電功率為PI2r用戶得到的功率為P用PPP.【答案】BD3三峽電站某機(jī)組輸出的電功率為50萬千瓦(1)若輸出的電壓為20萬伏，則輸電線上的電流為多少？(2)某處與電站間每根輸電線的電阻為10歐，則輸電線上損失的功率為多少？它占輸出功率的幾分之幾？(3)若將電壓升高至50萬伏，輸電線上的電流為多少？輸電線上損失的功率又為多少？它占輸出功率的幾分之幾？【解析】(1)由PUI得，I A2 500 A.(2)輸電線上損失的功率PI2·2r2 5002

7、×2×10 W1.25×108 W損失功率與輸出功率之比為.(3)當(dāng)電壓升高至50萬伏時(shí)I A1 000 A輸電線上損失的功率為PI2·2r1 0002×2×10 W2×107 W.損失功率與輸出功率之比為.【答案】(1)2 500 A(2)1.25×108 W(3)1 000 A2×107 W計(jì)算輸電導(dǎo)線上功率損失的三種方法 1PI2r，I為輸電導(dǎo)線中的電流，r為導(dǎo)線的電阻2P，U為輸電導(dǎo)線上損失的電壓，r為導(dǎo)線的電阻3PUI，U為輸電導(dǎo)線上損失的電壓，I為導(dǎo)線中的電流遠(yuǎn)距離輸電電路的分析與計(jì)算1遠(yuǎn)距離

8、輸電基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過降壓變壓器降到所需的電壓2電網(wǎng)：通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國(guó)性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)3電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)電網(wǎng)供電可以減小斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質(zhì)量使用電網(wǎng)，可以根據(jù)火電、水電、核電的特點(diǎn)，合理地調(diào)度電力1為減小遠(yuǎn)距離輸電的損失可采取增大輸送電流(×)2在遠(yuǎn)距離輸電線上的功率損失與輸電線上電壓損失的平方成正比()3采用電網(wǎng)送電可以降低一次能源的運(yùn)輸成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益()為什么在用電高峰期家中的白熾燈燈光較暗？【提示】用電高峰期高壓輸電線和變壓器到家庭

9、的輸電線中電流較大，有較大的電壓損失，加在白熾燈上的電壓變低，達(dá)不到額定功率，因此白熾燈燈光較暗國(guó)家電網(wǎng)遍布祖國(guó)各地，國(guó)家電網(wǎng)均采用高壓或超高壓輸電探討1：如何完成高壓輸電和低壓用電？【提示】發(fā)電廠發(fā)出的交變電流經(jīng)升壓變壓器達(dá)到高壓輸電，到達(dá)目的地后再通過降壓變壓器降壓后輸送給用戶探討2：在輸電過程中，輸電電壓和損失電壓有何區(qū)別？【提示】輸電電壓是指升壓變壓器的輸出電壓，損失電壓也稱為輸電導(dǎo)線上的電壓，是指電流通過輸電導(dǎo)線降落在輸電導(dǎo)線上的電壓1遠(yuǎn)距離輸電電路圖：如圖5­5­3所示圖5­5­32分析方法：分析三個(gè)回路，在每個(gè)回路中，變壓器的原線圈是回路的

10、用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源3遠(yuǎn)距離輸電過程中的幾個(gè)電壓(1)輸送電壓：輸電線始端電壓，如圖中的U2.(2)用戶電壓：最終用戶得到的電壓，如圖中的U4.(3)損失電壓大?。旱扔谳旊妼?dǎo)線始端電壓與末端電壓的差值，即UU2U3I2r.形成原因：輸電導(dǎo)線有電阻，有電流通過時(shí)，會(huì)在線路上產(chǎn)生電勢(shì)降落，導(dǎo)致輸電線路末端的電壓低于始端的電壓4輸電過程中的幾個(gè)關(guān)系(1)功率關(guān)系：P1P2，P2PP3，P3P4.(2)電壓、電流關(guān)系，U2UU3，I2I3.(3)發(fā)電機(jī)輸出的電流：I1.(4)輸電電流：I2.(5)輸電線損耗功率PU·I2I·rr.4如圖5­5­

11、;4所示，甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖，乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時(shí)間變化的圖象，則() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：05002122】甲乙圖5­5­4A用戶用電器上交流電的頻率是100 HzB發(fā)電機(jī)輸出交流電的電壓有效值是500 VC輸電線的電流只由降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定D當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí)，輸電線上損失的功率減小【解析】根據(jù)交流電的變化規(guī)律、變壓器的工作原理和遠(yuǎn)距離輸電知識(shí)解題由u­t圖象可知，交流電的周期T0.02 s，故頻率f50 Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；交流電的最大值Um500 V，故有效值U250 V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；輸電線上的電流由降壓變壓器副線圈上的電阻和降壓變壓器原

12、副線圈的匝數(shù)比決定，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí)，副線圈上的電流減小，根據(jù)，原線圈(輸電線)上的電流減小，根據(jù)PIR，得輸電線損失的功率減小，選項(xiàng)D正確【答案】D5(多選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖5­5­5所示，發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電已知輸電線的總電阻為R，降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為21，降壓變壓器副線圈兩端交變電壓u220sin 100t V，降壓變壓器的副線圈與阻值R022 的電阻組成閉合電路若將變壓器視為理想變壓器，則下列說法正確的是()圖5­5­5A通過R0的電流的有效值是10 AB降壓變壓

13、器T2原、副線圈的電壓之比為21C升壓變壓器T1的輸出電壓等于降壓變壓器T2的輸入電壓D升壓變壓器T1的輸出功率等于降壓變壓器T2的輸入功率【解析】降壓變壓器T2副線圈兩端交流電壓u220sin 100t V，電壓有效值為220 V，則通過R0的電流的有效值I A10 A，A正確；由原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系知B正確；由于輸電線有電阻，所以升壓變壓器T1的輸出電壓和輸出功率大于降壓變壓器T2的輸入電壓和輸入功率，C、D錯(cuò)誤【答案】AB6水力發(fā)電具有防洪、防旱、減少污染多項(xiàng)功能，現(xiàn)在水力發(fā)電已經(jīng)成為我國(guó)的重要能源之一某小河水流量為40 m3/s，現(xiàn)欲在此河段安裝一臺(tái)發(fā)電功率為1 000千瓦的發(fā)電機(jī)發(fā)電. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：05002123】(1)設(shè)發(fā)電機(jī)輸出電壓為500 V，在輸送途中允許的電阻為5 ，允許損耗總功率的5%，則所用升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比應(yīng)是多少？(2)若所用發(fā)電機(jī)總效率為50%，要使發(fā)電機(jī)能發(fā)揮它的最佳效能，則攔河壩至少要建多高？(g取10 m/s2)【解析】(1)設(shè)送電電流為I，損耗的功率為P耗，導(dǎo)線電阻為r線，由P耗I2r線得：I A100 A設(shè)送電電壓為U送，由PIU得：U送 V1×104 V則升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比：.(2)發(fā)電時(shí)