3.4 电能的输送-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

3.4电能的输送 基础导学 要点一、降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求 (1)可靠：指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：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。 2．降低输电损耗的两个途径 要减少输电线路上的功率损失，由公式P损＝I2R线知，必须减小输电线电阻或减小输电电流。 (1)要减小电阻，从R＝ρ看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用电阻率较小的导体。 (2)从公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压。 前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。 3．高压输电 (1)现代远距离输电都采用高压输电。目前我国远距离送电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已采用500 kV和750 kV的超高压，西北电网甚至达到1 100 kV的特高压。 (2)高压输电并不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。 (3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济等要求选择合适的输电电压。 要点二、电网供电 1．远距离输电基本原理 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，形成全国性或地区性的输电网络。 3．电网输电的优点 (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。 要点突破 突破一：输电电压与损失电压、输送功率与损失功率概念分析 远距离输电原理示意图及输电过程(如下图所示) 在发电站内用升压变压器把电源电压升压到几百千伏向远距离送电，在用电区通过降压变压器把电压降压到220 V/380 V，送给用户． 1．输电(送)电压是指加在高压输电线始端的电压，即升压变压器的输出电压U2. 2．损失电压是指降落在输电线路上的电压，即I线R线． 输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压U3比起始端电压要低，这就是输电线路上的电压损失ΔU＝U2－U3.对于交流输电线路来说，造成电压损失的原因既有电阻又有感抗和容抗．其中电阻造成的电压损失ΔU＝IR. 高中阶段在计算中只考虑输电线路电阻所造成的电压损失． 3．输送功率是指升压变压器输出的功率，即P2＝P1. 4．损失的功率是指在输电线上电流发热消耗的功率，即I线2R线． 关于输电线路上的功率损耗的计算，主要考虑因导线电阻的存在而发热造成的损失，故由P损＝I线2R及ΔU＝I线R可知P损＝I线2R＝＝I线·ΔU，但必须注意，式中ΔU为输电线路上的电压损失，不能与输电线路的始端电压U2或末端电压U3相混，ΔU＝U2－U3. 5．用户用电器得到的功率为P3，它们间的关系U2－U3＝I线R线，P2－P3＝I线2R线． 突破二：如何分析远距离输电回路 1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图所示，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置． 2．电路被划分为几个独立的回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律，串、并联电路规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁． (1)第一个回路：P1＝U1I1 (2)第二个回路： ①电流关系：I2＝I线＝I3 ②电压关系：U2＝ΔU＋U3 ③功率关系：P2＝ΔP＋P3 P3＝U3I3 P2＝U2I2 (3)第三个回路：P4＝U4I4 (4)第一个回路与第二个回路之间＝　P1＝P2　＝ (5)第二个回路与第三个回路之间＝　P3＝P4　＝ 典例精析 题型一：低压输电与高压输电的比较 例一．某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线路总电阻是6 Ω. (1)若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率和用户得到的电压． (2)若改用5 000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变压器降压，求用户得到的电压． 变式迁移1：中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为(　　) A．　　　　　B． C．2P D．4P 题型二：远距离输电的电路分析与计算