第3节电能的远距离传输.

第3节电能的远距离传输课前自主学案一、为什么要采用高压输电1．电功率损失：电流流过输电导线时，电流的热效应会引发_______的损失．损失的电功率P＝_____，即在输电线路上由于发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比．因此，可以考虑通过减小输电线____或减小输送_____来减少电能输送时的电功率损失．电功率I2R电阻电流2．电压损失：导线有电阻，输电线上______损失(损失的电压U＝IR)，使得用电设备两端的电压比供电电压____对于交流输电线路，______和_____(总称为电抗)也会造成电压损失．在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取_____输电电流的方法．电压低．感抗容抗减小3．高压输电：减小______就要增粗导线，增粗导线又带来两个不利：其一，耗费更多的金属材料；其二，会使电抗更大，造成更大的电压损失．只有_____输电电流才会避免上述问题．由P＝UI可知，在保证输送电功率P不变的情况下，必须提高输送_______，才能减小电流I.输送一定功率的电能，输送电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能就越____，输送线路中电压的损失也就越_____电阻减小电压U少小．为什么输电电压越高输电电流反而越小，公式I＝UR在此不适用吗？提示：输电导线上的电流I＝P送U送在P送一定的情况下，U送越大，I就越小，公式I＝UR在此适用，但是I＝U线R，而不是U送R＝I.思考感悟二、高压交流输电1．在发电站内要使用_____________，将电压提升，然后向远处送电；到达目的地后，根据不同的需求再用___________，经2～3次降压，才输送给用户．2．现代供电系统把许多发电站连为一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的每台发电机发出的交流电并网时必须做到同步，即交变电流的_____必须相同．并联输电线中的交变电流的_____必须相同．升压变压器降压变压器频率相位三、高压直流输电1．高压直流输电系统主要由_______、直流线路和________三部分构成．实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线．2．在电能的传输方面，高压直流输电比高压交流输电有许多优越性：第一，使用的输电线材料方面直流比交流可以节省_____，电杆塔结构也比交流电简单且省地；第二，稳定的直流输电不存在_____________引起的损耗；第三，不需考虑电网中的各台交流发电机的______运行问题．虽然优点多多，但在换流设备的制造、价格等方面还存在问题．整流站逆变站1/3感抗和容抗同步用户（负载）远距离发电厂能源丰富，有利开发能源缺乏，用电量大输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济可靠--少有故障和停电.保质--保证电能的质量（电压和频率稳定）.经济--输电线路建造和运行费用低(电能损耗少、电价低).发电厂用户（负载）远距离能源丰富，有利开发能源缺乏，用电量大由于输电线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生热量Q，损失一部分电能，同时输电线上有电压降，故又损失一部分电压.远距离输电，电线比较长，则电线的电阻就不能忽略，那么我们进行远距离输电时会遇到哪些问题呢？【讨论与交流】22PPIR()Us输送损线输送l一、为什么要采用高压输电①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积.太粗不可行，既不经济又架设困难.(1)减小导线电阻由电阻定律知RSl（2）减小输电线中的电流，即提高输送电压在输送功率和线路电阻一定时,线路中损失的功率与输送电压的二次方成反比.结论：无论从减小输电中的功率损失,还是从减小电压损失来看，都要求提高输电电压，减小输电电流.22PP=IR()Us输送损线输送l二、高压输电远距离输电示意图重点：高压输电线路的分析与计算2．基本关系式(1)功率关系P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3(2)电压、电流关系U1U2＝n1n2＝I2I1，U3U4＝n3n4＝I4I3U2＝U线＋U3，I2＝I3＝I线．(3)输电电流：I线＝P2U2＝P3U3＝U2－U3R线.(4)输电导线上损耗的电功率P线＝I线U线＝I2线R线＝(P2U2)2R线．我国常用的远距离输电采用的电压有：110kV、220kV、330kV、500kV高压输电.目前世界上正在试验1150kV的超高压输电.是不是输电电压越高越好？电压越高，对输电线路和变压器的要求越高,会增加绝缘难度，提高架线费用,还容易引起输电线路向大气放电,增加能量损失。依照不同情况选择合适的输电电压.输送距离送电电压送电方式100kW以下几百米以内220V低压送电几千千瓦～几万千瓦几十千米～上百千米35kV或者110kV高压送电10万千瓦以上几百千米以上220kV或更高超高压送电输送功率实际采用几种输电方式1.高压交流输电在发电站内,用升压变压器升压,然后向远处送电;到达目的地后,根据不同的需求,再用降压变压器,经过2～3次降压,然后输送给用户.交流输电示意图2.高压直流输电高压直流输电系统主要由整流站、直流电路和逆变站3部分组成.实际上,直流输电系统只是在输电这个环节是直流,发电环节和用电环节仍是交流.整流站和逆变站的功能是实现交流电和直流电的转换,是直流输电系统的重要环节.(2)另一个途径是减小输电导线中的_____，由P＝IU可知，当输送功率一定时，提高_________可以减小输电电流．电流输电电压1．降低输电过程中的电能损耗，有两个途径：(1)一个途径是减小输电线的______．由电阻定律可知，在输电距离一定的情况下，为减小电阻,应当选用________的金属材料制造输电线．此外，还要尽可能增加导线的_____________．电阻电阻率小面积横截2．远距离高压输电过程中,由于发电机本身的输出电压不可能很高,所以采用高压输电时,在发电站内需用___________升压到几百千伏后再向远距离送电,到达用电区再用___________降到所需的电压．升压变压器降压变压器3.远距离输电时，为了减少输电线上电能损失，应（）A.提高输送电压，增大输送电流B.提高输送电压，减小输送电流C.减小输送电压，增大输送电流D.减小输送电压，减小输送电流B4.在远距离输电中，输电线电阻一定，输送电功率一定，如果将输电电压提高到原来的10倍，则输电线上消耗的功率变为原来的（）A.10倍B.倍C.100倍D.倍D22PPIPIR()RUU损＝＝解析：11011005.把功率为22kW的电能用总电阻为2Ω的导线输送到远方的用户，用220V的电压输电，导线损失的功率为多少？若改用22kV的电压输电，导线损失的功率又为多少？11UPIA100211PIR20kW损＝＝22UPIA1WIP2R222＝＝损解析：计算1某发电站的输出功率为104kW，输出电压为4kV，通过理想变压器升压后向80km远处用户供电．已知输电线的电阻率为ρ＝2.4×10－8Ω·m，导线横截面积为1.5×10－4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：(1)升压变压器的输出电压；(2)输电线路上的电压损失．输电线上电压损失和功率损失【精讲精析】设每根输电线的电阻为r，则r＝ρLS＝2.4×10－8×80×1031.5×10－4Ω＝12.8Ω，理想变压器，高压输出端功率P输＝P0，P0为发电机功率(1)设升压变压器的输出电压为U输，输电线上电流为I，由线路损失可得2·I2r＝P损I＝P0×4%2r＝104×103×0.042×12.8A＝125A由P输＝U输I得U输＝P输I＝104kW125A＝80kV.(2)输电线路上的电压损失U损＝I·2r＝125×12.8×2V＝3.2kV.【答案】(1)80kV(2)3.2kV【方法总结】远距离输电中，必须区分输电电压及输电导线上的损失电压，输电导线损失功率就是由于其电阻R发热损失的功率，计算时要紧扣P损＝I2R去思考．发电机的端电压220V，输出电功率44kW，输电导线的电阻为0.2Ω，如果用初、次级匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户．(1)画出全过程的输电线路示意图．(2)求用户得到的电压和功率．远距离输电问题的分析计算2【思路点拨】远距离输电问题，先画出示意图，抓住功率、电压、电流、电阻之间的关系，列出相应方程，然后求解．【自主解答】(1)输电线路示意图如图所示．(2)升压变压器次级的输出电压U2＝n2n1U1＝101×220V＝2200V因为升压变压器的输出电功率等于输入电功率，则升压变压器的次级输出电流为I2＝PU2＝44×1032200A＝20A输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR＝I2R，PR＝I22R代入数据得UR＝4V，PR＝80W加到降压变压器初级上的输入电流和电压为I3＝I2＝20AU3＝U2－UR＝2200V－4V＝2196V降压变压器次级的输出电压和电流为U4＝n4n3U3＝110×2196V＝219.6VI4＝n3n4I3＝101×20A＝200A用户得到的功率为P4＝I4U4＝200×219.6W＝4.392×104W.【答案】见自主解答