(讲义)第3章 第4节 远距离输电-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(粤教版2019)

第四节　远距离输电 1．了解输电线上的功率损耗与何种因素有关及降低功率损耗的措施。 2．知道高压输电的原因；会利用变压器的规律和能量守恒的观点对简单的远距离输电进行定性分析和计算。 3．了解高压交流和高压直流输电的优缺点。 4．知道我国输电技术的发展。 知识点一　远距离输电中的电功率和电压损耗 1．两种损失比较 两种损失 主要原因 大小表示 减小办法 电功率损失 输电线有电阻产生焦耳热 ΔP＝I2R 减小R减小I 电压损失 输电线电阻的电压降 ΔU＝IR 2．降低两种损失的途径——高压输电 输送一定功率电能，输电电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能越少，线路上电压的损失也越少。 知识点二　高压交流输电 1．降低输电损耗的途径 (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为减小输电线电阻，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)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。 2．输电线路 远距离输送电网的基本结构：如图所示(输出功率为P，输出电压为U)。 3．功率损耗 输电导线损失的电功率：由P损＝R线，可推得P损＝R线。 4．两个关系 功率关系：P入＝P线＋P用。 电压关系：U2＝U线＋U3。 知识点三　直流输电 1．采用高压直流输电的原因 当交流输电功率很大时，导线的电感、电容引起的电压及电能损失很大；同一电网供电的发电机同步运行，技术上也存在困难。 2．高压直流输电系统的组成：主要由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。 3．高压直流输电系统的工作程序：交变电流升压后输送到整流器，把高压交变电流变换成高压直流电流，经由高压直流线路输送到用电地区后，逆变器将高压直流电流变换成高压交变电流，再经降压变压器降压。 4．高压直流输电系统的优点 (1)不存在感抗和容抗引起的损耗。 (2)节省材料，输电杆塔结构简单，占地面积小。 (3)不需要考虑电网中的各发电机的同步运行问题。 1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)为了减少能量损失，要高压输电，而且越高越好。 (×) (2)输送功率一定时，提高输送电压，可以减少功率损失。 (√) (3)电压损失ΔU＝IR线和电功率损失ΔP＝I2R线中I可以通过I＝ 求得。 (√) (4)负载越多，即用电高峰期，ΔU、ΔP也越大。 (√) (5)高压直流输电与高压交流输电的区别在于输送环节。 (√) 2．近来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格，可采取的措施有(　　) A．提高输送功率 B．减小输电距离 C．提高输电的电压 D．减小输电导线的横截面积 C　[为减少远距离输电的损耗，可以提高输电的电压，故C项正确；提高输送功率不能减少远距离输电的损耗，减小输电导线的长度的方法不可取，减小输电导线的横截面积反而会增大损耗，故A、B、D错误。] 3．输电线的电阻共计为r，输送的电功率为P，用电压U送电，则用户能得到的电功率为(　　) A．P　　　　　　 B．P－ r C．P－　 D． r B　[输电电流I＝，输电线上损耗功率为ΔP＝I2r＝r，用户得到功率为P用＝P－ΔP＝P－I2r＝P－r，故B正确，A、C、D错误。] 如图所示的输电线路，为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？怎样才能减小导线上损失的电压和损失的功率呢？ 提示：用电高峰期高压输电线和变压器到家庭的输电线中电流较大，有较大的电压损失，因此加在白炽灯上的电压变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗；为减小导线上损失的电压和功率可减小输电线电阻，提高输电电压。 　输电线上电压和电功率损失的计算 1．功率损失的原因 在电能输送过程中，电流流过输电线时，因输电线有电阻而发热，电能必有一部分转化为内能而损失掉。 2．若输电线的电阻为R线，输电电流为I，输电线始端和末端的电压分别为U和U′，则： (1)电压损失ΔU＝U－U′＝IR线； (2)功率损失ΔP＝I2R线＝IΔU＝。 3．若输电功率P不变，输电电压提高到nU，可使输电电流减小到，则： (1)电压损失减小到； (2)功率损失减小到。 【典例1】　在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个小型发电站，输送的电功率P＝500 kW，当使用U＝5 kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h。求： (1)输电效率η和输电线的总电阻r。 (2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？ [思路点拨]　输电线上损失的功率为P损＝I2r，输电功率P＝UI，要提高输电效率，就要提高输电电压。 [解析]　(1)输送功率P＝500 kW，一昼夜输送电能E＝Pt＝