4．電能的輸送第三章

交變電流整體感知·自我新知初探[學(xué)習(xí)任務(wù)]

任務(wù)1．知道電能輸送的基本要求及電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)2．知道遠(yuǎn)距離輸電時(shí)輸電線上電能的損耗與哪些因素有關(guān)。任務(wù)3．理解減小電能損耗的兩個(gè)途徑以及高壓輸電的原理。任務(wù)4．知道遠(yuǎn)距離輸電的典型電路，能利用變壓器和電路的規(guī)律解決遠(yuǎn)距離輸電問題。[問題初探]

問題1．降低輸電損耗的兩個(gè)途徑是什么？問題2．如何計(jì)算遠(yuǎn)距離輸電損失功率？問題3．請(qǐng)畫出輸電過程示意圖。[自我感知]經(jīng)過你認(rèn)真的預(yù)習(xí)，結(jié)合你對(duì)本節(jié)課的理解和認(rèn)識(shí)，請(qǐng)畫出本節(jié)課的知識(shí)邏輯體系。探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成[鏈接教材]

我國很多發(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？知識(shí)點(diǎn)一降低輸電損耗的兩個(gè)途徑提示：輸送功率一定的情況下，可通過提高電壓和減小電阻來減少電能的損耗。1．輸送電能的基本要求(1)可靠：保證________可靠地工作，故障少。(2)保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——電壓和____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．輸電線上的功率損失：P＝I2r，I為輸電電流，r為輸電線的電阻。供電線路頻率3．降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(1)減小輸電線的電阻：在輸電距離一定的情況下，為了減小輸電線的電阻，應(yīng)當(dāng)選用電阻率小的金屬材料，還要盡可能增加導(dǎo)線的橫截面積。(2)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。前一種方法的作用十分有限，一般采用后一種方法。4．高壓輸電(1)現(xiàn)代遠(yuǎn)距離輸電都采用高壓輸電。目前我國遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有110kV、220kV、330kV，輸電干線已采用500kV和750kV的超高壓，西北電網(wǎng)甚至達(dá)到1100kV的特高壓。(2)輸電電壓并不是越高越好。電壓越高，對(duì)輸電線路絕緣性能和變壓器的要求就越高，線路修建費(fèi)用會(huì)增多。(3)實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮輸送功率的大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等，依照不同情況選擇合適的輸電電壓。如圖所示，假定發(fā)電廠輸出的電壓為U，輸送功率為P，輸電線路中的電流是I，兩條導(dǎo)線的總電阻是r(在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r)。那么：問題1．輸?shù)接脩魞啥说碾妷篣′與U、P、I及r之間有哪些關(guān)系式？

問題2．用戶得到的電能與發(fā)電廠輸出的電能相等嗎？為什么？提示：不相等。由于輸電線有電阻，有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱損耗掉了。問題3．功率損失的表達(dá)式是什么？降低功率損失有哪些途徑？

注意：交流輸電時(shí)，導(dǎo)線不但有電阻，還有線路的電感、電容產(chǎn)生的感抗和容抗，但高中階段計(jì)算中，可將輸電線看作純電阻電路，不再考慮感抗和容抗對(duì)交流電路的影響。

√

【教用·備選例題】為盡量減少輸電線的功率損耗，把功率為1×104kW的電能，用鋁導(dǎo)線輸送到10km以外的地方，要使功率損失為輸送功率的10%，用220V的電壓輸電，導(dǎo)線橫截面積大約需要1.2×106mm2，顯然這樣的導(dǎo)線太粗了。在輸送相同功率和能耗損失相同的情況下，以下方案可行的是(

)A．用22kV的電壓輸電，導(dǎo)線的橫截面積大約需要12mm2B．用220kV的電壓輸電，導(dǎo)線的橫截面積大約需要0.12mm2C．用2200kV的電壓輸電，導(dǎo)線的橫截面積大約需要0.012mm2D．為降低輸電功率損失，輸電電壓越高越好√

1．遠(yuǎn)距離輸電基本原理在發(fā)電站內(nèi)用____變壓器升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過____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，形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)。知識(shí)點(diǎn)二電網(wǎng)供電升壓降壓3．電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(diǎn)(1)降低一次能源的運(yùn)輸成本，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。(2)減少斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡。(3)合理地調(diào)度電力，使電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高。某發(fā)電站向遠(yuǎn)處送電的示意圖如圖所示，其中各部分的物理量已在圖上標(biāo)注，在這個(gè)電路中包括三個(gè)回路。問題1．結(jié)合閉合電路的知識(shí)，分別分析三個(gè)回路中各物理量之間的關(guān)系(發(fā)電機(jī)內(nèi)阻，n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計(jì))。

問題2．若兩個(gè)變壓器均為理想變壓器，則每個(gè)變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系？

2

【典例2】

(遠(yuǎn)距離輸電)發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V，輸出功率為44kW，每條輸電線的電阻為0.2Ω。(1)此時(shí)用戶得到的電壓和電功率各為多少？(2)如果發(fā)電站先用變壓比為1∶10的升壓變壓器將電壓升高，經(jīng)同樣的輸電線路后經(jīng)10∶1的降壓變壓器將電壓降低后供給用戶，則用戶得到的電壓和電功率各是多少？

[答案]

(1)140V

28kW

(2)219.2V

43.84kW解題技巧

處理遠(yuǎn)距離輸電的方法技巧(1)畫好一張圖——遠(yuǎn)距離輸電示意圖。(2)抓住電兩端——發(fā)電站和用戶。(3)分析一條線——輸電線。(4)研究兩次變——升壓變壓器升壓和降壓變壓器降壓。(5)區(qū)分三個(gè)量——輸送電壓(功率)、損失電壓(功率)、用戶電壓(功率)。

A．輸電線上的電流為300AB．降壓變壓器的匝數(shù)比為n3∶n4＝14925∶11C．輸電線上損失的功率為9.0×104WD．若改用1000千伏超高壓輸電，則輸電線路上可減少損失的電功率為4050W√

應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測(cè)1．(多選)遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖如圖所示，關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是(

)A．增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損耗B．高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗C．在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損耗越小D．高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好√243題號(hào)1√√

243題號(hào)12．(2023·浙江6月選考)我國1100kV特高壓直流輸電工程的送電端用“整流”設(shè)備將交流變換成直流，用戶端用“逆變”設(shè)備再將直流變換成交流。下列說法正確的是(

)A．送電端先升壓再整流B．用戶端先降壓再變交流C．1100kV是指交流電的最大值D．輸電功率由送電端電壓決定23題號(hào)14√A

[因?yàn)樽儔浩鞯妮斎搿⑤敵龆吮仨毷墙蛔冸娏?，所以送電端先使用交流電升壓，再用“整流”設(shè)備把交流電變換成直流電，A正確；降壓端應(yīng)先逆變?yōu)榻涣麟娫俳祲?，B錯(cuò)誤；1100kV指的是交流電的有效值，C錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒，輸電功率由用戶端的功率決定，而用戶端的電壓為220V，因此用戶端功率由用戶端電流決定，即輸電功率取決于用戶端的電流大小，D錯(cuò)誤。]23題號(hào)14

23題號(hào)41√√

23題號(hào)414．(多選)如圖所示，某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P＝100kW，發(fā)電機(jī)的電壓U1＝250V，經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線總電阻R線＝8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4＝220V。已知輸電線上損失的功率P線＝5kW，假設(shè)兩個(gè)變壓器均是理想變壓器，下列說法正確的是(

)A．發(fā)電機(jī)輸出的電流I1＝40AB．輸電線上的電流I線＝25AC．降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4＝190∶11D．升壓變壓器匝數(shù)比1∶160243題號(hào)1√√

243題號(hào)1回歸本節(jié)知識(shí)，完成以下問題：(1)減小輸電線功率損失有哪些方法？提示：采用高壓輸電，降低輸電電流或者減小輸電電阻。(2)遠(yuǎn)距離輸電過程中功率關(guān)系怎樣？若用戶消耗的功率增大，輸送功率和損耗的功率怎么變化？提示：P輸＝P損＋P用，用戶消耗的功率增大，輸送功率和損耗的功率都增加。(3)計(jì)算損失功率的基本公式是什么？

題號(hào)課時(shí)分層作業(yè)(十二)電能的輸送13524687910111213√

14√

題號(hào)1352468791011121314題號(hào)21345687910111213√

14√題號(hào)21345687910111213

14題號(hào)32456879101112131√

14√題號(hào)32456879101112131

14題號(hào)42356879101112131√

14題號(hào)42356879101112131

14題號(hào)24536879101112131√

題組二遠(yuǎn)距離輸電5．(多選)如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電過程示意圖，下列說法正確的是(

)A．低壓變電站中變壓器的副線圈匝數(shù)比原線圈多B．高壓輸電綜合考慮各種因素，輸電電壓越高越好C．其他條件不變，用戶消耗的電功率越大，線路損耗的電功率也越大D．其他條件不變，若升壓變壓器原線圈匝數(shù)加倍，線路損耗的電功率增大14√題號(hào)24536879101112131

14題號(hào)24536879101112131√

14題號(hào)24536879101112131

14題號(hào)245376891011121317．如圖所示為某小型電站的電能輸送示意圖。已知輸電線的總電阻R＝10Ω，降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1，兩變壓器均為理想變壓器，降壓變壓器的副線圈兩端電壓的變化規(guī)律如圖乙所示，用戶用電器均為純電阻，總電阻R0＝11Ω，下列說法正確的是(

)14題號(hào)24537689101112131√A．降壓變壓器副線圈兩端的電壓u＝110sin50πt(V)B．降壓變壓器原線圈電流的有效值為5AC．升壓變壓器的輸入功率為1162.5WD．發(fā)電機(jī)中電流變化的頻率為60Hz14題號(hào)24537689101112131

14題號(hào)24538679101112131√8．(多選)遠(yuǎn)距離輸電裝置如圖所示，升壓變壓器和降壓變壓器均是理想變壓器。當(dāng)開關(guān)S由接2改接為1時(shí)，下列說法正確的是(

)A．電壓表讀數(shù)變大B．電流表讀數(shù)變大C．電流表讀數(shù)變小D．輸電線損失的功率減小14√題號(hào)24538679101112131

14題號(hào)92453867101112131√9．某人投資建設(shè)了一個(gè)小水電站。已知該水電站的輸出功率為100kW，發(fā)電機(jī)的電壓為250V，通過升壓變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線的總電阻為8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為220V。已知輸電過程中輸電線上損失的功率為5kW。則下列說法正確的是(

)A．輸電線上通過的電流為625AB．升壓變壓器的輸出電壓為4000VC．降壓變壓器的匝數(shù)比為200∶11D．升壓變壓器的匝數(shù)比為5∶7614題號(hào)92453867101112131

14題號(hào)92453867101112131√10．(多選)白鶴灘水電站是我國實(shí)施“西電東送”的關(guān)鍵一環(huán)，其遠(yuǎn)距離輸電電路簡化示意圖如圖所示，升壓變壓器與降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定，R為輸電線路總電阻，則當(dāng)用戶端用電器增加時(shí)(

)A．V1示數(shù)減小，A1示數(shù)增大B．V2示數(shù)減小，A2示數(shù)增大C．輸電線上損失的功率減小D．V1示數(shù)與A1示數(shù)的乘積增大14√BD

[發(fā)電機(jī)的輸出電壓恒定，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)不變，可知電壓表V1示數(shù)不變，當(dāng)用戶端用電器增加時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率增大，可知電流表A1示數(shù)增大，故A錯(cuò)誤；由于輸電線上的電流增大，輸電線上損失的電壓增大，則降壓變壓器原線圈兩端電壓變小，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)不變，可知電壓表V2示數(shù)減小，當(dāng)用戶端用電器增加時(shí)，可知電流表A2示數(shù)增大，故B正確；由于輸電線上的電流變大，輸電線電阻不變，可知輸電線上損失的功率增大，故C錯(cuò)誤；電壓表V1示數(shù)不變，電流表A1示數(shù)增大，故V1示數(shù)與A1示數(shù)的乘積增大，故D正確。]題號(hào)9245386710111213114題號(hào)9245386710111213111．要給某地供電，需要設(shè)計(jì)輸電方案?，F(xiàn)有用220V和11kV電壓輸電的兩種意見。在輸電線的材料、輸送距離、輸送電功率和線路損耗功率一定的情況下，如果用11kV的電壓輸電，則使用橫截面積為16mm2的輸電線。那么，在用220V電壓輸電時(shí)，所用同材質(zhì)導(dǎo)線的直徑應(yīng)是多少？遠(yuǎn)距離輸電時(shí)你認(rèn)為哪一種方案更合適？14題號(hào)92453867101112131

14[答案]

0.226m采用11kV電壓輸電題號(hào)9245386710111213114

題號(hào)9245386710111213114

題號(hào)9245386710111213114

[答案]

(1)160W

(2)2240V

(3)640W題號(hào)9245386710111213113．奮進(jìn)號(hào)潮流能發(fā)電機(jī)組核心部件是“水下大風(fēng)車”，一臺(tái)潮流能發(fā)電機(jī)的葉