遠(yuǎn)距離輸電課件高二下學(xué)期物理粵教版(2019)選擇性

by甘騰勝@202300417新粵教版(2019)高中物理選擇性必修第二冊(cè)第三章

遠(yuǎn)距離輸電秦山核電站內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾熱電廠三峽水電站達(dá)板城風(fēng)力發(fā)電站新課引入生活中的各種發(fā)電站為了節(jié)約成本，發(fā)電站要建在靠近這些能源的地方。有的地方離發(fā)電站很遠(yuǎn)，因此需要把電能輸送到遠(yuǎn)方。新課引入而用電的地方很多且很分散，例如：電能的輸送我國(guó)很多發(fā)電廠建在能源聚集的西部地區(qū),而用電量大的城市多在東部沿海地區(qū)。從發(fā)電廠到用電量大的區(qū)域的遠(yuǎn)距離輸電中，如何減少電能的損耗？輸送電能的基本要求1、可靠：保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電。2、保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定各種用電設(shè)備都是按照一定的工作電壓設(shè)計(jì)的，電壓過(guò)低或過(guò)高，用電器都不能正常工作，甚至?xí)斐蓳p壞。使用交流的用電器還要求頻率穩(wěn)定。3、經(jīng)濟(jì)輸電線路建造和運(yùn)行費(fèi)用低，電能損耗少。交流直流輸電之爭(zhēng)1882年愛(ài)迪生電氣照明公司在倫敦建立了第一座發(fā)電站，安裝了三臺(tái)110伏“巨漢”號(hào)直流發(fā)電機(jī)，這是愛(ài)迪生于1880年研制的，這種發(fā)電機(jī)可以為1500個(gè)16瓦的白熾燈供電。美國(guó)發(fā)明家威斯汀豪斯組建了自己的電氣公司，致力于推廣交流輸電。U：發(fā)電廠提供的電壓U用戶：用戶獲得的電壓I：電路中的電流r：電線上的總電阻易錯(cuò)點(diǎn)思考：在輸電過(guò)程中，電源輸送的電壓是否全部加在用戶上？Ur：導(dǎo)線上的分壓輸電模型中的電壓?jiǎn)栴}（注意：如果每根導(dǎo)線的電阻為r，則Ur=2Ir）輸電模型中的電壓?jiǎn)栴}這是晚上用電高峰時(shí)燈泡會(huì)比較暗的原因。造成電壓損失的因素：①輸電線電阻造成電壓損失②輸電線的感抗和容抗造成電壓損失（高中階段計(jì)算中只考慮輸電線電阻造成的電壓損失）U：發(fā)電廠提供的電壓I：電路中的電流r：電線上的總電阻Pr：導(dǎo)線上損耗的熱功率P用戶：用戶獲得的功率P：發(fā)電廠輸入到導(dǎo)線的功率輸電模型中的功率問(wèn)題如何減少輸電過(guò)程中的損耗？根據(jù)損耗功率的式子，要減小損耗功率，就要減小輸電電流I，或者減小導(dǎo)線電阻r。思考：遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？在輸電線上有功率損失。輸電模型中的功率問(wèn)題降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(1)減小輸電線的電阻根據(jù)電阻定律：

①減小電阻率ρ，目前一般用電阻率較小的銅或鋁合金作導(dǎo)線材料；②減小輸電線長(zhǎng)度L，由于輸電距離一定，所以在實(shí)際中不可能用減小L來(lái)減小r；③增大導(dǎo)線的橫截面積S，這要多耗費(fèi)金屬材料，增加成本，同時(shí)給輸電線的架設(shè)帶來(lái)很大的困難。輸送功率：P=P損+P用輸電電壓：U=U線+U用例1把功率為200kW的電能用鋁線送到10km外的地方，如果用220V的電壓輸電，并且使功率損失為輸送功率的10%，鋁線的橫截面積應(yīng)為多大？（已知：鋁的電阻率2.9×10-8Ω·m）S=240cm2導(dǎo)線橫截面積的增加是有一定限度的。過(guò)粗的導(dǎo)線會(huì)耗費(fèi)太多的金屬材料，而且輸電線太重、太粗會(huì)給鋪設(shè)工作帶來(lái)困難，不滿足“經(jīng)濟(jì)”的要求。降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流perfect?、偌僭O(shè)導(dǎo)線中電流為10A，則Pr=102r=100r②假設(shè)導(dǎo)線中電流為1A，則Pr=12r=r我們發(fā)現(xiàn)：通過(guò)減小電流來(lái)降低損耗，效果非常明顯！但問(wèn)題來(lái)了：根據(jù)P=UI，如果輸入到導(dǎo)線的電壓不變，單純減小電流I，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線傳輸?shù)墓β蕼p小，即電網(wǎng)輸電能力下降了！這肯定不行！要是能有辦法在保持電網(wǎng)輸送功率P不變的前提下，盡量減小電流I就好了。怎么辦？在降低I的同時(shí)提高U，就可以保持電網(wǎng)輸送功率P不變了。U提高n倍，I降為1/n，P不變，Pr變?yōu)?/n2。降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流減小輸電導(dǎo)線中的電流——提高輸送電壓U（高壓輸電）依照不同情況（距離遠(yuǎn)近、輸送功率大小等）選擇合適的輸電電壓。目前我國(guó)遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有110kV、220kV、330kV，輸電干線已經(jīng)采用500kV和750kV的超高壓，西北電網(wǎng)甚至達(dá)到1100kV的特高壓。實(shí)際生活中，遠(yuǎn)距離輸電一般都采用超高壓輸電，輸電電壓高達(dá)幾十萬(wàn)伏，根本目的就是在保證傳輸功率P不變的前提下，降低導(dǎo)線的損耗。補(bǔ)充：由于高壓線上的電壓太高，可以擊穿幾厘米厚的塑料或橡膠，因此高壓線都沒(méi)有絕緣表皮，都是裸線。輸電模型中的功率問(wèn)題輸電效率：注意：此式表示U全部用來(lái)在導(dǎo)線上發(fā)熱了應(yīng)該用Ur或輸電模型中的功率問(wèn)題更具體的遠(yuǎn)距離輸電模型電路分析：①兩個(gè)變壓器的鐵芯將整個(gè)電路分為三個(gè)獨(dú)立的電流回路；②交流發(fā)電機(jī)作為電源，升壓變壓器的原線圈作為負(fù)載，構(gòu)成第一個(gè)回路，稱為供電回路；③升壓變壓器的副線圈作為電源，輸電線電阻和降壓變壓器的原線圈串聯(lián)作為負(fù)載，構(gòu)成第二個(gè)回路，稱為輸電回路；④降壓變壓器的副線圈作為電源，用戶的用電器作為負(fù)載構(gòu)成第三個(gè)回路，稱為用電回路。電壓：電流：功率：更具體的遠(yuǎn)距離輸電模型更具體的遠(yuǎn)距離輸電模型是不是輸電電壓越高越好？為什么？不是。電壓越高，對(duì)輸電線路和變壓器的要求越高，建設(shè)費(fèi)用越高。實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮，如輸送功率的大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等，要依照不同情況選擇合適的輸電電壓。發(fā)電廠的輸出電壓為U1=220V，輸出功率為P1=44kW，輸電線的電阻為r=0.4Ω，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)比為n1:n2=1:10，降壓變壓器匝數(shù)比為n3:n4=10:1，用戶得到的電壓U4和功率P4各是多少？例2

例2改發(fā)電廠的輸出電壓為U1=220V，輸出功率為P1=44kW，輸電線的電阻為r=0.4Ω，如果在輸電過(guò)程中不用變壓器進(jìn)行升壓和降壓，用戶得到的電壓U2和功率P2各是多少？

由一個(gè)發(fā)電站對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行供電的方式進(jìn)行供電有一個(gè)很大的缺陷。產(chǎn)能浪費(fèi)電網(wǎng)簡(jiǎn)介為了解決產(chǎn)能浪費(fèi)的問(wèn)題，現(xiàn)代社會(huì)采用的是另一種供電方式，在一個(gè)較大的區(qū)域，通過(guò)輸電網(wǎng)絡(luò)，將所有的發(fā)電站、變壓器和用戶都連接起來(lái)。這就是電網(wǎng)。電網(wǎng)簡(jiǎn)介遠(yuǎn)距離輸電【練1】(單)遠(yuǎn)距離輸送交變電流都采用高壓輸電。我國(guó)西北電網(wǎng)正在建設(shè)750kV線路。采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是A．可節(jié)省輸電線的銅材料B．可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率C．可減少輸電線上的能量損耗D．可加快輸電的速度C遠(yuǎn)距離輸電【練2】(單)遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交變電流，若輸電電壓提高到原來(lái)的n倍，則下列說(shuō)法中正確的是A．輸電線上的電流變?yōu)樵瓉?lái)的n倍B．輸電線上的電壓損失變?yōu)樵瓉?lái)的1/n2C．輸電線上的電功率損失變?yōu)樵瓉?lái)的1/nD．若輸電線上的電功率損失不變，輸電線路長(zhǎng)度可變?yōu)樵瓉?lái)的n2倍D遠(yuǎn)距離輸電【練3】(單)下列關(guān)于減小遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)線上熱損耗的說(shuō)法中，正確的是A．因?yàn)闊峁β蔖=U2/R，所以應(yīng)降低輸送電壓，增大輸電導(dǎo)線電阻，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗B．因?yàn)闊峁β蔖=IU，所以應(yīng)采用低電壓、小電流輸電，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗C．因?yàn)闊峁β蔖=I2R，所以可采用減小輸電線電阻或減小輸送電流的方法來(lái)減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗D．以上說(shuō)法均不正確C遠(yuǎn)距離輸電

BCD遠(yuǎn)距離輸電【練5】如圖所示，某小型水電站發(fā)電機(jī)的