2024届高考物理二轮复习讲义：第5讲 远距离输电

第5讲 远距离输电 一般发电机组输出的电压在10kV左右，不符合远距离送电的要求。因此，要用升压变压器升压到几百千伏后再向远距离送电。到达数百千米甚至数千千米之外的用电区之后，先在“一次高压变电站”降到100kV左右，在更接近用户的地点再由“二次变电站”降到10kV左右。然后，一部分电能送往用电量大的工业用户，另一部分经过低压变电站降到220V/380V，送给其他用户。 一、采用高压输电的优势 设输电电流为I，输电线电阻为R，则输电线上的功率损失P损=I2R。 设输送电功率为P，输电电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为ρ，则 ，，所以 故输电电压U越大，损耗功率P损越小。 二、减少损耗的方法 方向1：减小输电线的电阻R 理论依据： （1）减小输电长度L：由于输电距离一定，所以在实际中不能采用减小L来减小R。 （2）减小电阻率ρ：目前一般采用电阻率较小的铜或铝做导线材料。金和银的成本太高。 （3）增大导线的横截面积S： 长度不变的情况下增加横截面积势必会造成输电线路的质量增加，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。 方向2：减小输电电流I 理论依据：。 （1）减小输送功率：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。 （2）提高输电电压U：在输送功率P、输电电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，根据可知，输电线上的功率损耗为原来的电线上的功率损耗为原来的。 三、输电导线上的常用关系 1、能量守恒：P1= U1I1 = U2I2， P用户 = U3I3 = U4I4，P1 =P用户+ΔP，。 2、电路关系：U2=ΔU+U3，ΔU=I2R线，I2=I3。 3、变压器知识：， 四、易错提醒 1.输出决定输入：发电站输送功率取决于用户消耗的功率，不是由发电站的功率决定用户和线路消耗的功率，即用多少送多少。 2.计算变压器的匝数比，可利用电压比计算，也可以利用电流比计算，采用哪种方法，应通过分析已知条件确定。 3.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，且ΔU=U3-U2 题型1 高压输电的原理与优点 【例题1】 如图为某小型水电站电能输送线路示意图，发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知发电机线圈电阻为r，产生感应电动势有效值为E。升压变压器原副线圈匝数比为a，降压变压器原副线圈匝数比为b，两变压器间输电线总电阻为R1，用户端总电阻为R2。电流表为理想电表，变压器为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数 B．升压变压器原线圈两端的电压 C．电阻R1、R2消耗的功率之比为R1:bR2 D．若用户端负载增加，电流表示数变小 【例题2】 为了保护埋在学校地下的输电线不被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．如图所示，某校兴趣小组研究了两种方案：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过．如果输电线输送的电流较大且为交流电，你认为以下各位同学的证据与解释最合理的是（      ） A．黄同学认为乙方案可以节省钢材，一定是最佳方案 B．陈同学认为乙方案无法规避导线之间的相互作用力，只能选择甲方案 C．陆同学认为甲方案中一定会产生涡流，乙方案可大幅减小涡流，所以应该选择乙方案 D．沈同学认为远距离输电应该尽可能选择直流电，因为直流电不存在涡流等不利因素 题型2 影响输电损耗的因素 【例题3】 （多选）中国发布的“双碳战略”，计划到2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体，特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若在输送电能总功率不变的情况下，仅将原来的500kV高压输电升级为1000kV的特高压输电，下列说法正确的是（　 　） A．若输电线不变，则输电线上损失的电压变为原来的 B．若输电线不变，则输电线上损失的功率变为原来的 C．若输电线损失功率不变，则传输相同距离所需的同种导线横截面积是原来的 D．若输电线损失功率不变，则使用相同材料、粗细的输电线传输距离是原来的4倍 题型3 在导线上损耗功率的计算 【例题4】 我国水力资源居世界首位，西部地区水力发电潜力巨大。水力发电的基本原理就是将水流的机械能（主要指重力势能）转化为电能。如图所示，某小型水力发电站水流量Q＝5m3/s（流量是指流体在单位时间内流过某一横截面的体积），落差h＝15m，发电机（内阻不计）的输出电压U1＝500V，输电线总电阻，为了减小损耗采用了高压输电。在发电机处安装升压变压器，而在用户处安装降压变压器，其中n3：n4＝450：11，用户获得的电压U4＝220V，用户消耗的功率P4＝450kW，变压器均视为理想变压器，已知水