五、高壓輸電

1、第5節(jié) 高壓輸電,秦山核電站,內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾熱電廠,達(dá)板城風(fēng)力發(fā)電站,三峽水電站,一輸送電能的基本要求：,可靠：是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電。,保質(zhì)：就是保證電能的質(zhì)量，即電壓和頻率穩(wěn)定。,經(jīng)濟(jì)：是指輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗小。,可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì),發(fā)電廠和用戶之間有幾百甚至幾千千米。而電能用輸電線來(lái)傳輸。,造成電壓損失的因素:,二、輸電線上的電壓、功率損失,在輸電過(guò)程中，電源輸送的電壓、功率是否全部輸送到用戶？,1、輸電線電阻造成電壓損失,損失的功率 P=I2r,減少電壓、功率損失,減小輸電線的電阻,減小輸電電流,（1）如何減小輸電線的電阻,（1）減小材料的電阻率用銀、

2、金最好！,（2）減小輸電線的長(zhǎng)度L,（3）增加導(dǎo)線的橫截面積S,怎樣計(jì)算輸電線路 損失的功率？,r,（一般用鋁或銅）,例1：某交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V，輸出的電功率為 4400W，發(fā)電機(jī)到用戶的輸電線的電阻為4， 求（1）輸電導(dǎo)線中的電流是多少？ （2）輸電導(dǎo)線中損失的電壓和電功率各是多少？ （3）用戶得到的電壓和電功率各是多少？,（1）I=P/U=4400/220=20(A),（2）Ur=Ir=204=80(V),Pr=I2r=2024=1600(W),（3）U用=U-Ur=220-80=140(V),P用=P-Pr=4400-1600=2800(W),如果電阻減小一半呢,如果電流減小

3、一半時(shí)，損失的電壓 Ur=Ir=104=40(V),Pr=I2r=1024=400(W),U用=U-Ur=220-40=180(V),P用=P-Pr=4400-400=4000(W),Ur=Ir=202=40(V),U用=U-Ur=220-40=180(V),P用=P-Pr=4400-800=3600(W),Pr=I2r=2022=800(W),遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程示意圖,電網(wǎng)供電,U1,U2,U3,U4,發(fā)電機(jī),升壓變壓器,高壓輸電線路,降壓變壓器,用電器,交流高壓輸電基本環(huán)節(jié)示意圖,三、遠(yuǎn)距離輸電原理圖,功率關(guān)系：,P1=P2，P3=P4，P2=Pr+P3,電壓關(guān)系：,電流關(guān)系：,例2：某交流發(fā)

4、電機(jī)的輸出電壓為220V，輸出的電功率為4400W，發(fā)電機(jī)到用戶的輸電線的電阻為4，求：如果有變壓比為1：10的升壓變壓器升壓后向用戶輸電，到達(dá)用戶后在利用降壓變壓器10：1降壓，此時(shí)用戶得到的實(shí)際電壓和電功率又是多少？,P1=4400(W),U1=220(v),U2=n2U1/n1=2200(v),I=P2/U2=P1/U2=4400/2200=2(A),Pr=I2r=16(W),Ur=Ir=8（V） U3=U2-Ur=2200-Ir=2192(V),P用=P1-Pr=4400-16=4384(W),U用=U4=n4U3/n3=219.2(V),例5、一臺(tái)發(fā)電機(jī)端電壓為5000V，輸出功率1

5、04kW，向400km外的用戶輸電，輸電線的電阻率1.710-8/m，橫截面積S0.85cm2，輸電導(dǎo)線上的電功率損失要求不超過(guò)輸出功率的4%，則在輸電時(shí)，電壓應(yīng)升高到多少伏?所用的升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比是多少?,r線=2L/S=1.710-88105/0.8510-4=160,U1=5000(v),P1=107(W),Pr=I22r=0.04P1=4105(W),I22=Pr/r=4105/160,I2=2102/4=50(A),U2=P2/I2=P1/I2=107/50=2 105(V),n1/n2=U1/U2=5 103/ 2105=1/40,若用戶電壓為220V,則降壓變壓器的原

6、、副線圈 匝數(shù)比是多少?,U3=U2-Ur,n3/n4=U3/U4=192000/ 220=96103/11,10.某發(fā)電廠通過(guò)兩條輸電線向遠(yuǎn)處的用電設(shè)備供電.當(dāng)發(fā)電廠輸出的功率為P0時(shí)，額定電壓為U的用電設(shè)備消耗的功率為P1，若發(fā)電廠電一臺(tái)升壓變壓器T1先把電壓升高，仍通過(guò)原來(lái)的輸電線供電，到達(dá)用電設(shè)備所在地，再通過(guò)一臺(tái)降壓變壓器T2把電壓降到用電設(shè)備的額定電壓，供用電設(shè)備使用，如圖所示.這樣改動(dòng)后，當(dāng)發(fā)電廠輸出的功率仍為P0，用電設(shè)備可獲得的功率增至P2.試求所用升壓變壓器T1的原線圈與副線圈的匝數(shù)比N1/N2以及降壓變壓器T2的原線圈與副線圈的匝數(shù)比n1/n2各為多少?,（1）不使用變壓

7、器,Pr=P0-P1=I2r=(P0/U1)2r,（2）使用變壓器,I4,I3,N1/N2=U1/U2,U1,U,U1,U2,Pr=P0-P2=I22r=(P0/U2)2r,(P0-P1)/ (P0-P2)= I2r/ I32r,I2,P1=I2R,P2=I42R,I2=P1/R=P1I42/P2,6. 有一條河流，河水流量為4m 3/s，落差為5m，現(xiàn)利用它來(lái)發(fā)電，使用的發(fā)電機(jī)總效率為50，發(fā)電機(jī)輸出電壓為350V，輸電線的電阻為4，允許輸電線上損耗功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的5，而用戶所需要電壓為220V，求所用的升壓、降壓變壓器上原、副線圈的匝數(shù)比g=9.8m/s2,線路上損耗的功率為P r=

8、 4900 W，,P r=I2 2 r,電流為I2 =35A，,線路上的電壓為Ur=I2 r=140V，,U2 =P2/I2 =2800V,n1n2 =U 1U2 =350 2800=1 8,U3=U2 -U r=2660V,U4 =220V,n3n4 =U 3U4 =2660 220 12 1,機(jī)械功率P=mgh/t=10004 9.8 5=1.96 105W,發(fā)電機(jī)的輸出功率P1=0.5 P= 9.8104W,7、 學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻為R=4，全校22個(gè)教室，每個(gè)教室用“220V，40W”的燈6盞，要求所

9、有燈都正常發(fā)光，則：發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)多大？輸電線上損耗的電功率多大？輸電效率多大？（4）若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光，則發(fā)電機(jī)的輸出功率是否也減半？,所有燈都正常工作的總功率為：P4=22640=5280W，,用電器總電流為,輸電線上的電流,降壓變壓器上：,U3=4U4=880V,輸電線上的電壓損失為：UR=IRR=24V,因此升壓變壓器的輸出電壓為 U2=UR+U3=904V，,輸入電壓為U1=U2/4=226V，,輸入電流為I1=4I2=24A，,所以發(fā)電機(jī)輸出功率為 P出=U1I1=5424W,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E=U1+I1r=250V,輸電線上損耗的電功率PR=IR2R=

10、144W,輸電效率 =P4/P1=5280/5424=97.3%,（4） P4=22340=2640W,I4=2640/220=12,I2=I4/4=3(A),PR=IR2R=144/4=36(W),P1=P4+Pr=2640+36=2676(W) P1/2,12、發(fā)電站發(fā)電機(jī)端電壓u5000 sin314tV，輸出功率5000kW，遠(yuǎn)距離輸電線的電阻為80，輸電線上功率損耗要求不超過(guò)總功率的4%，則 (1)所用升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比多大? (2)到達(dá)用戶區(qū)使用匝數(shù)比為192：1的降壓變壓器，對(duì)負(fù)載電阻為10的用電器供電，最多可接這樣的用電器幾個(gè)?,(1) U1=5000V,Pr=I22

11、r=0.04P1=2105W,P1=5106W,I2=50(A),I1=P1/U1=103,n1/n2=I2/I1=50/ 1000=1/20,(2) U2=n2U1/n1=105,U3=U2-Ur=105-5080=96103(v),I4=n3I3/n4=19250=9600(A),R用=U4/I4=500/9600=10/n,n= 192,U4=n4U3/n3=96000/192=500V,1當(dāng)遠(yuǎn)距離高壓輸送一定電功率時(shí)，輸電線上損耗的功率與電路中的 【 】 A輸送電壓的平方成正比 B輸送電壓的平方成反比 C輸電線中電流的平方成正比 D導(dǎo)線中電流的平方成反比,BC,Pr=I2r=（P/U）

12、2r=Ur2/r,五、課后作業(yè),2關(guān)于減小遠(yuǎn)距離輸電線上的功率損耗，下列說(shuō)法正確的是 【 】 A由功率P=U2/R，應(yīng)降低輸電電壓，增大導(dǎo)線電阻 B由P=IU，應(yīng)低電壓小電流輸電 C由P=I2R，應(yīng)減小導(dǎo)線電阻或減小輸電電流 D上述說(shuō)法均不對(duì),C,3用電器電阻值為R距交變電源L，輸電線電流為I，電阻率為，要求輸電線上電壓降不超過(guò)U則輸電線截面積最小值為 【 】 AL/R B2LI/U CU/LI D2UL/I,r=2L/s,U=Ir=2L/s,U/I=r=2L/s,S=2LI/U,B,4發(fā)電廠輸出功率為9900kW，輸電線電阻為2，分別用18kV和110kV的高壓輸電，則導(dǎo)線上損失的功率分別為

13、_， _,Pr=I2r=P2r/U2=(9900/18)22=605000(W),605000(W),Pr=I2r=P2r/U2=(9900/110)22=16200(W),16200(W),5變壓器接入某輸電電路中，現(xiàn)以相同的輸入電壓U，不同的輸出電壓輸送相同的電功率P，輸電線電阻為R當(dāng)副線圈與原線圈匝數(shù)比為K時(shí)，輸電線線路上損耗的功率為_(kāi) ；當(dāng)匝數(shù)比為nK時(shí)，線路上損耗的功率為原來(lái)的_ 倍,U2=n2U/n1=kU,PR=I22R,I2,I2=P/U2=P/kU,PR=I22R=P2R/K2U2,U2=n2U/n1=nkU,P2R/K2U2,I2=P/U2=P/nkU,PR=I22R=P2

14、R/n2K2U2,1/n2,6. 有一條河流，河水流量為4m 3/s，落差為5m，現(xiàn)利用它來(lái)發(fā)電，使用的發(fā)電機(jī)總效率為50，發(fā)電機(jī)輸出電壓為350V，輸電線的電阻為4，允許輸電線上損耗功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的5，而用戶所需要電壓為220V，求所用的升壓、降壓變壓器上原、副線圈的匝數(shù)比g=9.8m/s2,線路上損耗的功率為P r= 4900 W，,P r=I2 2 r,電流為I2 =35A，,線路上的電壓為Ur=I2 r=140V，,U2 =P2/I2 =2800V,n1n2 =U 1U2 =350 2800=1 8,U3=U2 -U r=2660V,U4 =220V,n3n4 =U 3U4 =2

15、660 220 12 1,機(jī)械功率P=mgh/t=10004 9.8 5=1.96 105W,發(fā)電機(jī)的輸出功率P1=0.5 P= 9.8104W,7、 學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻為R=4，全校22個(gè)教室，每個(gè)教室用“220V，40W”的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)多大？輸電線上損耗的電功率多大？輸電效率多大？（4）若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光，則發(fā)電機(jī)的輸出功率是否也減半？,所有燈都正常工作的總功率為：P4=22640=5280W，,用電器總電流為,輸電線上的電流,降壓變壓器上：

16、,U3=4U4=880V,輸電線上的電壓損失為：UR=IRR=24V,因此升壓變壓器的輸出電壓為 U2=UR+U3=904V，,輸入電壓為U1=U2/4=226V，,輸入電流為I1=4I2=24A，,所以發(fā)電機(jī)輸出功率為 P出=U1I1=5424W,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E=U1+I1r=250V,輸電線上損耗的電功率PR=IR2R=144W,輸電效率 =P4/P1=5280/5424=97.3%,（4） P4=22340=2640W,I4=2640/220=12,I2=I4/4=3(A),PR=IR2R=144/4=36(W),P1=P4+Pr=2640+36=2676(W) P1/2,8.一電站向

17、某地輸送一定功率的電能，輸電線上損失的功率為100kW，若把輸送電壓提高為原來(lái)的10倍，同時(shí)將輸電線的直徑減為原來(lái)的一半，則輸電線上損失的電功率為多少瓦?,Pr=I2r=105(W),Pr=I2r,r=4r,R=L/s 1/s,I=I/10,Pr=4Pr/100,Pr=4103(W),9.有一理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為100，原線圈所加電壓為23kV副線圈通過(guò)總電阻為2的供電導(dǎo)線向用戶供電，用戶用電器得的電壓是220V，求供電導(dǎo)線上損耗的功率.,U1=23103(V),U2=n2U1/n1=230(V),U1,U2,U用=220(V),Ur=U2-U用=10(V),Pr=U2r/r=102/2=50(W),11、如圖所示，一小型發(fā)電站通過(guò)升壓、降壓變壓器把電能輸送給用戶，已知發(fā)電機(jī)的輸出功率為500KW，端電壓為500V，升壓變壓器B1的原副線圈的匝數(shù)比為1:5，兩變壓器間輸電導(dǎo)線的總電阻為1.5，降壓變壓器的輸出電壓為220V，不計(jì)變壓器的損耗，求: （1）升壓變壓器B1副線圈的端電壓U2. （2）輸電線上損失功率Pr.,(1) P1=5