版选修3_2.doc
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1、1第 5 节 电能的输送1.掌握远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关2应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算一、降低输电损耗的两个途径1输送电能的基本要求(1)可靠:保证供电线路可靠地工作,少有故障(2)保质:保证电能的质量电压和频率稳定(3)经济:输电线路建造和运行的费用低,电能损耗少2输电线上的功率损失: P I2R 线 , I 为输电电流, R 线 为输电线的电阻3降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻:在输电距离一定的情况下,为了减小电阻,应当选用电阻率小的金属材料,还要尽可能增加导线的横截面积(2)减小输电导线中的电流:为了减小输电电流,同时又要保证向用户
2、提供一定的电功率,就要提高输电电压二、电网供电1远距离输电基本原理:远距离输电的基本电路如图所示在发电站内用升压变压器升压,然后进行远距离输电,在用电区域通过降压变压器降压降到所需的电压2电网:通过网状的输电线、变电站,将许多电厂和广大用户连接起来,形成的全国性或地区性的输电网络3电网送电的优点(1)降低一次能源的运输成本,获得最大经济效益(2)减少断电的风险,调剂不同地区电力供需的平衡,保障供电的质量(3)合理调度电力,使电力的供应更加可靠,质量更高判一判 (1)仅仅从减少能量损失的角度看,输送功率一定的情况下,输电电压越高,损失的能量越少( )2(2)在输送功率和输电电压一定,使用同种材料
3、的导线时,越粗的导线损失的电压越小( )(3)一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银,原因是同种情况下,使用银材料,输电线损失的功率大( )(4)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电( )(5)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压( )(6)远距离输电时,若升压变压器匝数比为 1 n,降压变压器匝数比为 n1,则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等( )提示:(1) (2) (3) (4) (5) (6)做一做 500 千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程若输送功率为3 200 万千瓦,原来采用 200 千伏输电,由
4、于输电线有电阻而损失的电功率为 P,则采用500 千伏超高压输电后,在输电线上损失的电功率为(设输电线的电阻未变)( )A0.4 P B0.16 PC2.5 P D6.25 P提示:选 B.根据 P 损 r 可知:当输电电压由 200 kV 升高到 500 kV 时,其线路(P送U)2 损耗由 P 减小到 0.16P,故 B 正确,A、C、D 错误想一想 为什么要电网供电?提示:电网供电可降低一次能源的运输成本,合理地调度电力,减小断电的风险,调节不同地区的供需平衡,保障供电的质量输电线路上的电压和功率损失1输电线路上的电压损失(1)电压损失:输电导线有电阻,电流通过输电导线时,会在线路上产生
5、电势降落,致使输电线路末端的电压比起始端电压要低,这就是输电线上的电压损失(2)减少输电线路电压损失的两种方法减小输电线路电阻:由 R 可知,距离一定时,使用电阻率小的材料,增大导线LS横截面积可减小电阻减小输电电流:由 I 可知,当输送功率一定时,升高电压可以减小电流PU2输电导线上的电功率损失(1)电功率损失原因:任何输电导线都有电阻,因此当电流通过输电导线向远方输送时,输电线因3有电阻而发热功率损失的计算: P I2R, I 为输电线路上的电流, R 为线路电阻(2)减少功率损失的方法减小输电线的电阻 R,根据 R ,减小电阻率 ,目前一般用电阻率较小的铜或LS铝作为导线材料;增大导线的
6、横截面积 S,这要多耗费金属材料,增加成本,同时给输电线的架设带来很大的困难减小输电电流 I,根据 I ,在输送功率 P 一定,输电线电阻 R 一定的条件下,输PU电电压提高到原来的 n 倍,根据 P 损 R 知,输电线上的功率损耗将降为原来的 .(PU)2 1n2命题视角 1 减小输电线上功率损失的途径在远距离输电过程中,为减少输电线路上的电能损失,可采用的最佳方法是( )A使输电线粗一些 B减小输电线长度C减少通电时间 D采用高压输电思路点拨 减少输电线上电能损失的两个途径是减小导线电阻和提高输送电压解析 从造成电能损失的原因分析,要减少电能损失,需要减小电阻、减小输电电流,减小电阻已达到
7、目前技术的极限了,因此,应当采用高压输电,减小输电电流故选D. 答案 D命题视角 2 输电线上功率损失的计算(多选)某水电站用总电阻为 2.5 的输电线输电给 500 km 外的用户,其输出电功率是 3106 kW.现用 500 kV 电压输电,则下列说法正确的是( )A输电线上输送的电流大小为 6.0103 AB输电线上由电阻造成的电压损失为 15 kVC若改用 5 kV 电压输电,则输电线上损失的功率为 9108 kWD输电线上损失的功率为 P , U 为输电电压, r 为输电线的电阻U2r解析 输电线上输送的电流为: I A6 000 A,选项 A 正确;输电线PU 31095105上由
8、电阻造成的电压损失为 U 损 Ir6 0002.5 V1.510 4 V,选项 B 正确;输电线上损失的功率不可能大于输送的总功率 3106 kW,选项 C 错误;输电线上损失的功率为 P 中, U 应当为输电线上损失的电压,选项 D 错误U2r4答案 AB(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压 U,损失电压是指降落在输电线路上的电压 U IR.(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率,损失功率是输电线上消耗的功率(3)无论从减少输电线路上的功率损失,还是减少电压损失来看,都要求提高输电电压,以减小输电电流 【通关练习】1(多选)农村电网改造升级的目的是减小线损率线损率是指损耗电量占
9、输入电量的百分比,农村电网的线损率达 20%30%,有的地方甚至达到 50%.若要求线损率降到 10%以下,则现实中可以采取的措施是( )A提高输送功率B提高输电的电压C全部采用超导材料做输电线D适当增大输电线的横截面积解析:选 BD.提高输送功率,根据 I ,输送电流较大,根据 P 损 I2R,可知损失的PU功率较大,故 A 错误;提高输电电压,根据 I ,输送电流较小,根据 P 损 I2R,可知损PU失的功率较小,故 B 正确;应用超导材料做输电线,根据 P 损 I2R,损失的功率为零,但成本太高,不经济,故 C 错误;适当增大输电导线的横截面积,减小了电阻,根据 P 损 I2R,可知损失
10、的功率变小,故 D 正确2现有一实用型高温超导电缆,利用超导电缆可实现无损耗输电现有一直流电路,输电线的总电阻为 0.4 ,它提供给用电器的电功率为 40 kW,电压为 800 V若用临界温度以下的超导体电缆替代原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为( )A1 kWB10 kWC1.6 kW D1.610 3 kW解析:选 A.输电导线上的输电电流 I 50 A,则输电线上损失的电PU 40103 W800 V功率 P I2R50 20.4 W1 000 W,则若用超导材料可节约的电能为 1 kW,故 A 项正确远距离输电的输送电路及基本关系51对高压输电中几个电压的
11、理解(1)输送电压:输电线始端电压,如图中的 U2.(2)用户电压:最终用户得到的电压,如图中的 U4.(3)损失电压:输电线始端电压与末端电压的差值( U U2 U3 I2R),形成的原因是输电导线有电阻,电流通过输电线时,会在线路上产生电势降落,致使输电线路末端的电压比起始端电压要低,这就是输电线上的电压损失2远距离输电的基本关系(如图所示)(1)功率关系: P1 P2, P2 P 损 P3, P3 P4.(2)电压关系: , U2 U 线 U3, .U1U2 n1n2 U3U4 n3n4(3)电流关系: , I2 I 线 I3, .I1I2 n2n1 I3I4 n4n3(4)输电电流:
12、I 线 .P2U2 P3U3 U线R线(5)输电导线上损耗的电功率P 损 P2 P3 I R 线 U 线 I 线2线(6)输电导线上的电压损失U 线 I 线 R 线 U2 U3.(2018福建莆田六中月考)如图为远距离的简化电路图发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是 r 的两条输电线输电,输电线路中的电流是 I1,其末端间的电压为 U1.在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为 I2.则( )A输电线路上损失的电功率 I1UB输电线上的电压降为 UC理想变压器的输入功率为 I r21D用户端的电压为I1U1I2解析 发电厂的输出电压是 U,末端间的电压为 U1,输电线路上损失的电功
13、率是:I1(U U1),故 A 错误;发电厂的输出电压是 U,所以输电线上的电压不可能降为 U,故 B错误;等效总电阻是 r 的两条输电线输电,输电线路中的电流是 I1,所以输电线损耗的功6率是: I r,故 C 错误;由于输电线与用户间连有一理想变压器,设用户端的电压是 U2,21则 U1I1 U2I2,得: U2 ,故 D 正确I1U1I2答案 D解决远距离输电问题的一般步骤(1)首先画出远距离输电的电路图,并将已知量和待求量写在电路图中的相应位置(2)以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路,每个回路都可以用欧姆定律,串、并联电路的特点和电功、电功率的公式等进行计算,联系各回路的桥
14、梁是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率和输出功率的关系 (多选)(2018广西南宁三中模拟)远距离输电装置如图所示,电厂输送功率一定,升压变压器和降压变压器均是理想变压器当开关 S 由 2 改接为 1 时,下列说法正确的是( )A电压表读数变小B电流表读数变大C电流表读数变小D输电线损失的功率减小解析:选 CD.S 接到 1 后,升压变压器副线圈匝数增多,所以输电电压 U2升高(U1 U2 N1 N2, N2增多),因为输出功率不变,所以输电线电流减小,电流表的示数减小,输电线上的电压减小,所以最终降压变压器的输出电压变大,电压表测路端电压,示数变大,则 A、B 错误,C 正确;电流表
15、示数减小,输电线损失功率减小,故 D 正确远距离输电的综合问题远距离输电综合问题的解题步骤(1)画出输电电路;(2)求出转化为电能的机械能大小,确定发电机的输出功率;(3)理解联系各回路之间的物理量,对各个回路独立运用欧姆定律、焦耳定律、电功和电功率等公式逐步进行计算有一条河流,水的流量为 Q2 m3/s,落差 h5 m,现利用其发电,若发电机的总效率为 50%,输出电压为 240 V,输电线总电阻 R30 ,允许损失的电功率为发电机输出电功率的 6%.(1)为满足用电的需求,使用户获得 220 V 的电压,分别求输电线路使用的理想升压变压器、降压变压器的原、副线圈的匝数比7(2)如果输送的电
16、能供“220 V 100 W”的电灯使用,正常发光的电灯的盏数为多少?思路点拨 将水流的机械能转化为电能,实现远距离输电,应先确定输出功率,再利用远距离输电示意图及规律求解解析 (1)远距离输电的示意图如图所示发电机的输出功率 P 总 Qgh 510 4 W设输电线上的电流为 I,则电功率损失 P 损 I2R所以输电线中的电流为I A10 AP损R P总 0.06R 51040.0630升压变压器原线圈两端的电压U1240 V副线圈的输出电压为U2 V510 3 VP总I 510410故升压变压器原、副线圈的匝数比为n1 n2 U1 U2240(510 3)6125输电线上的电压损失为U IR
17、1030 V300 V降压变压器原线圈两端的电压为U3 U2 U 510 3 V300 V4 700 V降压变压器副线圈的输出电压为 U4220 V故降压变压器原、副线圈的匝数比为n3 n4 U3 U44 70022023511.(2)设正常发光的电灯的盏数为 N,则N 470(盏)P总 P损P灯 5104 51040.06100答案 (1)升压变压器原、副线圈的匝数比为 6125 降压变压器原、副线圈的匝数比为 23511 (2)470 盏(多选)(2018甘肃临夏中学月考)如图所示为某小型电站高压输电示意图发电机输出功率恒定,升压变压器原、副线圈两端的电压分别为 U1和 U2.下列说法正确
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