1、第5節(jié) 電能的輸送1.輸送電能的基本要求是可靠、保質、經(jīng)濟。2根據(jù)P損I2r可知，減小輸電線上的功率損失有兩個途徑：一是減小輸電線的電阻，二是減小輸電電流。3在輸送功率一定時，提高輸送電壓，可以減小輸電電流。 一、降低輸電損耗的兩個途徑 1輸送電能的基本要求(1)可靠：指保證供電線路可靠的工作，少有故障。(2)保質：保證電能的質量電壓和頻率穩(wěn)定。(3)經(jīng)濟：指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少。2降低輸電損耗的兩個途徑要減少輸電線路上的功率損失，由公式P損I2R線知，必須減小輸電線電阻或減小輸電電流。(1)要減小電阻，從R看，在輸電距離一定的情況下，可以增大導線的橫截面積，但過粗的導線會耗

2、費太多的金屬材料，同時也給鋪設線路帶來困難；還可以選用電阻率較小的導體。(2)從公式PIU來看，在保證功率不改變的情況下，要減小輸送電流就必須提高輸電電壓。前一種方法的作用十分有限，一般采用后一種方法。3高壓輸電(1)現(xiàn)代遠距離輸電都采用高壓輸電。目前我國遠距離送電采用的電壓有110 kV,220 kV,330 kV，輸電干線已采用500 kV，西北電網(wǎng)甚至達到750 kV。(2)高壓輸電并不是越高越好。電壓越高，對輸電線路絕緣性能和變壓器的要求就越高，線路修建費用會增多。(3)實際輸送電能時要綜合考慮輸送功率、距離、技術和經(jīng)濟等要求選擇合適的電壓。二、電網(wǎng)供電1遠距離輸電基本原理在發(fā)電站內用

3、升壓變壓器升壓，然后進行遠距離輸電，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，形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡。3電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(1)降低一次能源的運輸成本，獲得最大經(jīng)濟效益。(2)減少斷電的風險，調劑不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質量。(3)合理調度電力，使電力的供應更加可靠，質量更高。1自主思考判一判(1)僅僅從減少能量損失的角度看，輸送功率一定的情況下，輸電電壓越高，損失的能量越少。()(2)在輸送功率和輸電電壓一定，使用同種材料的導線時，越粗的導線損失的電壓越小。()(3)一般情況下高壓輸電的導線是銅鋁合金而不是銀，原因是同種

4、情況下，使用銀材料，輸電線損失的功率大。()(4)從發(fā)電廠發(fā)出的電輸送到用戶均需要采用高壓輸電。()(5)使用升壓變壓器和降壓變壓器進行遠距離輸電時，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機輸出的電壓。()(6)遠距離輸電時，若升壓變壓器匝數(shù)比為1n，降壓變壓器匝數(shù)比為n1，則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等。()2合作探究議一議(1)輸電電壓與輸電線路上損失的電壓有何不同？提示：輸電線路上損失的電壓是指降落在輸電線電阻上的電壓；輸電電壓是輸電線路兩端的總電壓，它等于降落在輸電線電阻上的電壓與輸電線末端的電壓之和。(2)輸電電壓越高越好嗎？提示：輸電電壓并不是越高越好。輸電電壓越高，輸電線路

5、方面，對導線的絕緣要求越高，安全問題要求也越高，線路修建的費用也會越高；變壓器方面，升壓變壓器輸出的電壓越高，變壓器在絕緣、結構方面的制作要求也相應提高。因此，實際輸送電能時，要綜合考慮各種因素，如輸電功率的大小、距離的遠近、技術和經(jīng)濟要求等，依據(jù)不同情況選擇合適的輸電電壓。(3)利用超導線輸電可以很大程度地減少輸電損耗，從輸送電能的要求分析，我國現(xiàn)在為什么不大規(guī)模使用超導線輸電。提示：利用超導線輸電，材料比較貴重，不經(jīng)濟，技術要求也比較高，所以現(xiàn)在我國不能大規(guī)模使用。輸電線上電壓和功率損失的計算典例(多選)在電能輸送過程中，若輸送的電功率、輸電線電阻一定，則在輸電線上損耗的電功率()A和輸送

6、電壓的二次方成反比B和輸送電流的二次方成反比C和輸送電線上的電壓降的二次方成正比D和輸送電流的二次方成正比解析此題考查了輸電線上的功率損失和導線電阻、輸送電壓、導線上的電壓損失、輸電電流的關系。輸電線上的功率損失PI2R，電壓損失UUUIR，輸電電流I，所以PI2R2R?？梢?，在輸送功率P、輸電線電阻R一定時，P與I2成正比，與U2成正比，與U2成反比。答案ACD輸電線上電壓和功率損失的計算方法(1)U損IR線R線UU用戶。(2)P損I2R線2R線PP用戶。 1遠距離輸電，輸電功率一定，當輸電電壓為U0時，輸電線上的電流為I0，損失的電功率為P0。則當輸電電壓提高為2U0時()A由I得，輸電線

7、上的電流變?yōu)?I0B由I得，輸電線上的電流變?yōu)镃由P得，輸電線上損失的電功率為4P0D由PIU得，輸電線上損失的電功率為2P0解析：選B設輸電線的電阻為R，當輸電線上的電流為I0時，損失的電功率為P0I02R。當輸電電壓提高為2U0時，由I可知輸電線上的電流變?yōu)椋旊娋€上損失的電功率為P損2R。故選項B正確。2關于電能輸送的以下分析，正確的是()A由公式P知，輸電電壓越高，輸電線上功率損失越少B由公式P知，輸電導線電阻越大，輸電線上功率損失越少C由公式PI2R知，輸電電流越大，輸電線上功率損失越大D由公式PUI知，輸電導線上的功率損失與電流成正比解析：選C輸電導線上損失的功率P損I2R，U指輸

8、電線上損失的電壓，而不是輸電電壓。故C正確。3輸電導線的電阻為R，輸送電功率為P?，F(xiàn)分別用U1和U2兩種電壓來輸電，則兩次輸電線上損失的功率之比為()AU1U2BU12U22CU22U12 DU2U1解析：選C由PUI得輸電線中的電流I。輸電線上損失的功率P損I2R2R。即在輸送功率和輸電線電阻不變的情況下，損失的功率與輸電電壓的平方成反比。所以兩次輸電線上損失的功率之比為U22U12。C正確。遠距離輸電1遠距離輸電示意圖圖5512正確理解幾個基本關系(1)功率關系：P1P2，P2P損P3，P3P4。(2)電壓關系：，U2U線U3，。(3)電流關系：，I2I線I3，。(4)輸電電流：I線。(5

9、)功率損耗：P損P2P3I線2R線U線I線。(6)電壓損失：U線U2U3I線R線。典例發(fā)電機的輸出電壓為220 V，輸出功率為44 kW，每條輸電線的電阻為0.2 ，求：(1)此時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110的升壓變壓器將電壓升高，經(jīng)同樣的輸電線路后經(jīng)101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？思路點撥解析(1)輸電線上的電流IR A200 A損失的電壓URIRR20.2200 V80 V損失的功率PRURIR80200 W16 kW故用戶得到的電壓U用戶UUR140 V用戶得到的功率為P用戶PPR28 kW。(2)已知升壓變

10、壓器的匝數(shù)比n1n2110輸入電壓U1220 V因此，升壓變壓器的輸出電壓U2U12 200 V輸電線上的電流IR A20 A損失的電壓URIRR20.220 V8 V損失的功率PRURIR820 W160 W因此，降壓變壓器的輸入電壓U3U2UR2 192 V已知降壓變壓器的匝數(shù)比n3n4101所以用戶得到的電壓U4U3219.2 V用戶得到的功率P用戶PPR43.84 kW。答案(1)140 V28 kW(2)219.2 V43.84 kW處理遠距離輸電的方法技巧(1)畫好一張圖遠距離輸電示意圖；(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

11、器降壓；(5)區(qū)分三個量輸送電壓(功率)、損失電壓(功率)、用戶電壓(功率)。 1(多選)一項名為“1 100 千伏特高壓隔離開關”的“破冰實驗”在我國大興安嶺漠河縣取得成功，標志著我國特高壓輸電技術已突破低溫環(huán)境制約。為消除高壓輸電線上的冰，假設利用電流的熱效應除冰。若在正常供電時，高壓線上輸電電壓為U，電流為I，熱消耗功率為P損；除冰時，輸電線上的熱功率需要變?yōu)?P損，則除冰時(認為輸電功率和輸電線電阻不變)()A輸電電流為3I B輸電電流為9IC輸電電壓為3U D輸電電壓為U解析：選AD輸電線上的功率損失為P損I2R線2R線，由該式可知要使P損增大到原來的9倍，輸電電流應變?yōu)樵瓉淼?倍或

12、輸電電壓應變?yōu)樵瓉淼?，故A、D正確。2輸送4.0106 W的電能，若發(fā)電機輸出電壓為2 000 V，選用變壓器升壓后應用橫截面積為4.25 cm2的銅導線，把電能送到400 km遠處，線路損耗的功率為5.0105 W。若已知銅的電阻率1.7108 m，求：(1)應選用匝數(shù)比為多少的升壓變壓器；(2)在用戶方使用降壓變壓器，其原線圈兩端的電壓為多大。解析：(1)由PI2R得I，式中P為線路損耗功率，R為線路總電阻，兩條導線總電阻R，則R1.7108 32 所以I125 A因為P輸入P輸出，所以在升壓變壓器副線圈兩端的電壓為U23.2104 V故。(2)設U2為降壓變壓器原線圈兩端的電壓，則U2U

13、2IR2.8104 V。答案：(1)116(2)2.8104 V1在遠距離輸電過程中，為減少輸電線路上的電能損失，可采用的最佳方法是()A使輸電線粗一些B減短輸電線長度C減少通電時間 D采用高壓輸電解析：選D從造成電能損失的原因分析，要減少電能損失，需要減小電阻或減小輸電電流。減小電阻的方法實現(xiàn)起來較困難，因此應當采用高壓輸電，減小輸電電流。2遠距離輸送一定功率的交變電流，若輸電電壓提高到原來的n倍，則下列說法中正確的是()A輸電線上的電流變?yōu)樵瓉淼膎倍B輸電線上的電壓損失變?yōu)樵瓉淼腃輸電線上的電功率損失變?yōu)樵瓉淼腄若輸電線上的電功率損失不變，輸電線路長度可變?yōu)樵瓉淼膎2倍解析：選DPUI，當

14、U變?yōu)樵瓉淼膎倍時，I變?yōu)樵瓉淼模惠旊娋€上的電壓損失：UR線電功率損失：P損2R線輸電線電阻R線，當l變?yōu)樵瓉淼膎2倍時，電阻增大為原來的n2倍，由式知P損不變。3(多選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓是U1，發(fā)電廠至學校的輸電導線總電阻為R，導線中的電流為I，學校得到的電壓為U2，則輸電線上損失的功率下列表達式正確的是()A. B.CI2R DI(U1U2)解析：選BCD用P求電阻上損失的功率時，U要與電阻R相對應，選項A中的U1是輸出電壓不是輸電線上的電壓，故選項A是錯誤的。選項B中的U1U2是輸電線上的電壓，因此，選項B是正確的。選項C、D中的電流I是輸電線中的電流，故選項C、D都是正確的。4輸

15、電線的電阻共計為r，輸送的電功率為P，用電壓U送電，則用戶能得到的電功率為()AP BPrCP D.r解析：選B用戶能得到的電功率為輸送的電功率與輸電線上損失的熱功率之差，所以P用戶P2r，選項B正確。5用U1和U2兩種電壓通過相同長度和材料的導線輸電，若輸送的電功率相等，在輸電導線上損失的電功率也相同，則在兩種情況下輸電導線截面積之比S1S2為()A. B.C.2 D.2解析：選C由輸送的電功率PIU，損失的電功率PI2R，得PR。由題意知，R1R2，由此得，因為R，所以。6遠距離輸電線路的示意圖如圖1所示，若發(fā)電機的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是()圖1A升壓變壓器的原線圈中的電流與用

16、戶用電設備消耗的功率無關B輸電線中的電流只由升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定C當用戶用電器的總電阻減少時，輸電線上損失的功率增大D升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓解析：選C變壓器的輸入功率、輸入電流的大小是由次級負載消耗的功率大小決定的，選項A、B錯誤；用戶用電器總電阻減少，根據(jù)P，消耗功率增大，輸電線中電流增大，線路損失功率增大，C項正確；升壓變壓器的輸出電壓等于輸電線路電阻上損失的電壓加上降壓變壓器的輸入電壓，D項錯誤。7把功率為220 kW的電能用鋁導線(鋁的電阻率2.7108 m)輸送到10 km外的地方，要使功率損失不超過輸送功率的10%。(1)如果采用220 V的電壓輸

17、電，導線的橫截面積至少要多大？采用這樣的導線切合實際嗎？(2)若采用110 kV的電壓輸電，導線的橫截面積是多大？(3)對于同種輸電導線，若分別采用110 kV和220 V輸電，損失的功率之比是多少？解析：(1)如果采用220 V的電壓輸電，則通過導線的電流I A103 A。由于功率損失P10%P022 kW22103 W，且PI2R，因此導線的電阻R 0.022 。根據(jù)R可得，導線的橫截面積S m22.46102 m2。所以，導線橫截面的半徑r8.85 cm。由上述計算可知，采用這樣粗的導線是不切實際的。(2)若采用110 kV的電壓輸電，則通過導線的電流I A2 A。同理，可計算出導線橫截

18、面的半徑r0.02 cm。(3)對于同種輸電導線，若分別采用110 kV和220 V輸電，損失的功率之比為2。答案：見解析8(多選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖2所示，發(fā)電機通過升壓變壓器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41，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R011 的電阻組成閉合電路。若將變壓器視為理想變壓器，則下列說法中正確的是()圖2A通過R0電流的有效值是20 AB降壓變壓器T2原、副線圈的電壓之比為41C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

19、的輸出功率等于降壓變壓器T2的輸入功率解析：選ABT2副線圈兩端交流電壓u220sin 100t V，電壓有效值為220 V，則通過R0的電流有效值I A20 A，A項正確；由原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系知B項正確；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兩項均錯。9(多選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖3所示，發(fā)電機的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)。要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則()圖3A.B.C升壓變

20、壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率解析：選AD由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率，P出P損P入，故D正確。，因為U1200 VU4220 V，U2U3U2U線，故，選項A正確。10某小型發(fā)電站的發(fā)電機輸出交流電壓為500 V，輸出電功率為50 kW，如果用電阻為3 的輸電線向遠處用戶送電，這時用戶獲得的電壓和電功率是多少？若要求輸電線上損失的電功率是輸電功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一個升壓變壓器，到達用戶前再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用，不考慮變壓器的能量損失，這兩個變壓器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？解析：用500 V電壓送電時示意圖如圖甲所示，輸電功率為50 kW時輸電線上的電流甲I0 A100 A。用戶獲得電壓U1U0I0R(5001003) V200 V，因此用