5.5 电能的输送 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版选修3-2

第5节 电能的输送 第五章 交变电流 为了合理利用能源,发电站要建在靠近这些能源地方: 火力发电站 风力发电站 水力发电站 大亚湾核电站 秦山核电站 三峡水电站 新疆风力发电 用电的地方可能离发电站很远,因此需要把电能输送到远方。 用电的地方却分布很广,遍及到城市、乡村、高山、平原…… 电能如何输送? 输送电能有何要求呢? 一、远距离输电的存在问题 1.基本要求 (1) _: (2) _: (3) _: 可靠 保质 经济 保证供电线路_地工作,少有故障; 保证电能的质量——电压和频率要_; 线路建设和运行的损耗_、成本_。 稳定 少 低 可靠 2.能量损失:导线输电时,由于电流的_效应, 有一部分电能转化成_。 热 热 3. 解决办法:根据焦耳定律_, (1)减少通电时间; (2)减小输电线的电阻; (3)减小输电的电流。 Q损 = I2 R线 t 不可行 可行 可行 二、降低输电损耗途径之一——减小输电线的电阻 1.理论依据:_; 2.分析论证: (1)缩短距离; (2)选用导电性能好的材料作导线; (3)增大导线的横截面。 3.实际做法:输电线由多股绞线拧成的,中心是钢线, 它的机械强度大,不易拉断;钢线周围是铝线,不 仅导电性能好,而且密度小,使输电线不致太重。 R=ρ L S (一般用铝或铜) (不可行) (存在浪费材料、架设困难等) 三、降低输电损耗途径之二——减小输电线中的电流 输电线上损失的功率:_, P损=I2·R线 R线 输电线通过的电流:_, I = P U 为了减小P损,可减小I, 但又要保证P不变,则 必须提高输电电压U。 1.理论分析: 2.解决办法:提高输电电压U,可通过_实现。 【说明】若U提高到原来的n倍,输电线上损失的 功率将降为原来的 _。 变压器 问:是不是输电电压越高越好?为什么? 答:不是的。输电电压越高,则 ①对输电线的绝缘性要求越高, ②对变压器的要求越高, ③修建费会增加, ④输电线路还容易向大气放电,增加损失。 所以,要综合考虑,选择合适的输电电压。 我国远距离输电采用的电压有110kV、220kV、330kV 、500kV ,西北电网甚至达到750kV。 1.高压输电的基本过程 四、电网供电 U1 U2 U3 U4 发电站 升压变压器 高压 输电线 降压变压器 用户 输电示意图 ∆P = I22R线 ∆U = I2 R线 U2= I2R线+U3 = U1I1= U2I2 P输送 P用 = U3I3 = U4I4 P输送 = ∆P+P用=I22R线+P用 (1)功率关系: (2)电压关系: 四、电网供电 2.输电过程的电路分析 ∆P ∆U、 ~ 用 户 U1 I2 P输送 U2 U3 U4 I1 P输送 n1 n2 n4 n3 I3= I2 I4 电厂 R线 四、电网供电 【说明】电网供电的做法和优点: 通过输电线和变电站,把许多_和广大_连接起来,形成全国性或地区性_,这就是电网。 (1) 降低一次能源的运输成本; (2) 调整不同地区的电力供需平衡,减小断电风险, 保障供电质量; (3) 优化能源的利用,使电力供应更可靠、质量更高。 并网之后, 电厂 用户 输电网络 例题1 水电站给远处山村送电的输出功率是100 kW,输电线的总电阻为10Ω。求: (1)用2kV电压输电,线路上损失的功率是多大? (2)用20kV高压输电,线路上损失的功率是多大? (1)用2kV电压输电,输电线中的电流 解: P U1 I1= 100kW 2kV = =50A 线路上损失的功率 =2.5×104 W P损1=I12R线 (2)用20kV电压输电,输电线中的电流 P U2 I2= 100kW 20kV = =5A 线路上损失的功率 =250W P损2=I22R线 例题2 如图所示,某小型水电站发电机输出功率为 10kW,发电机输出 电压为400V,向远 距离用户供电,为了 减少电能损失,使用2kV高压输电,最后用户得到220V、9.5kW的电力(即电功率)。求: (1)升压变压器原、副线圈匝数比n1:n2; (2)输电线路导线电阻R线; (3)降压变压器原、副线圈匝数比n3:n4。 解: (1)升压变压器的线圈的匝数比 (2)升压变压器中, 输电线上损失的功率 由 得,输电线的电阻 (3)输电线上损失的电压 在降压变压器中, 降压变压器原、副线圈匝数比 五、直流输电 1.直流输电电路的构成 2.高压直流输电与高压交流输电的比较 (1)交流输电造成电压损失的原因既有电阻又 有_和_,引起的电能损失_; (2)直流输电系统在输电环节是直流,发电环节 和用电环节是交流,引起的电能损失_。 感抗 容抗 很大 较小 练习 1.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线的总电阻为R,通过导线的