电能的输送(知识梳理)

降低输电损耗的两个途径1．输送电能的基本要求2．降低输电损耗的两个途径(1)输电线上的功率损失：ΔP＝_____，式中I(I＝PU，U为输电电压)为输电电流，r为输电线的电阻．I2r知识梳理(2)降低输电损耗的两个途径：①减小输电线的_______：在输电距离一定的情况下，为了减小______，应当选用_________的金属材料，还要尽可能增加导线的___________．②减小输电导线中的______：为减小输电______，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电_______．电阻电阻电阻率小横截面积电流电流电压电网供电1．远距离输电基本原理：远距离输电的基本电路，如图所示．在发电站内用______变压器______，然后进行远距离输电，在用电区域通过_______变压器降到所需的电压．升压降压升压2．电网通过输电线、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，这就是电网．3．优点(1)经济——便于使用大容量发电机组，降低运输成本；(2)保质——减少断电风险，调剂供需平衡；(3)可靠——根据不同“电源”的特点，合理调度电力．输电线上的电压损失和功率损失1．电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值，即ΔU＝U－U′＝Ir2．功率损失远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率可以用下列3种方式计算：(1)ΔP＝I2r；(2)ΔP＝IΔU；(3)ΔP＝ΔU2r.要点突破在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为l，输电线损失的功率为ΔP，用户得到的功率为P′，则下列关系式正确的是()A．ΔP＝U2SρlB．ΔP＝P2ρlU2SC．P′＝P－U2SρlD．P′＝P1－PρlU2S思路导图：解析：输电线电阻为R线＝ρlS，输电电流为I＝PU，故输电线上损失的电功率为ΔP＝I2R线＝PU2ρlS＝P2ρlU2S，用户得到的电功率为P′＝P－ΔP＝P1－PρlU2S.答案：BD远距离输电的综合应用问题1．远距离输电的电路图如图甲所示为远距离输电的简化电路原理图，可以划分为三个回路，如图乙．甲乙2．分析三个回路分析远距离输电路的有效方法是理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律．其关系如下表所示：回路物理量回路Ⅰ回路Ⅱ回路Ⅱ三个回路中电压、电流及功率间的关系I1＝I机U1＝U机P1＝P机I2＝I线＝I3U2＝U损＋U3P2＝P损＋P3I4＝I用U4＝U用P4＝P用两回路间的联系回路Ⅰ、Ⅱ间的联系：U1U2＝n1n2，I1n1＝I2n2，P1＝P2回路Ⅱ、Ⅲ间的联系：U3U4＝n3n4，I3n3＝I4n4，P3＝P4回路中的能量守恒P机＝P损＋P用有条河流，流量Q＝2m3/s，落差h＝5m．现利用其水流发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240V，输电线总电阻r＝30Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需求，则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V100W”规格的电灯正常发光？(g＝10m/s2，ρ水＝1.0×103kg/m3)思路导图：解析：输电电路如图所示．电源端：P输出＝Qρ水gh×50%＝5×104W线路损耗ΔP＝I22r得I2＝ΔPr＝P输出×6%r＝5×104×0.0630A＝10A送电电压U2＝P输出I2＝5×10410V＝5×103V升压变压比n1∶n2＝U1∶U2＝2405×103＝6∶125输电线损失电压ΔU＝I2r＝10×30V＝300VU3＝U2－ΔU＝4700V，U4＝220V降压变压比：n3∶n4＝U3∶U4＝235∶11灯盏数N＝P输出－ΔPP灯＝5×104－5×104×0.06100(盏)＝470(盏)答案：6∶125235∶11470盏远距离输电中的“三二一”1．理清“三个回路”如图所示为远距离输电的简化电路原理图．我们可以把它划分为三个回路，即图中所示的回路1、回路2和回路3.2．抓住“两个联系”(1)在图中，理想的升压变压器联系了回路1和回路2，由变压器原理可以得到线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各相关量之间的关系：U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1，P1＝P2(2)理想的降压变压器联系了回路2和回路3，由变压器原理可以得到线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各相关量之间的关系：U3U4＝n3n4，I3I4＝n4n3，P3＝P43．掌握“一个能量守恒”远距离输电过程中，在回路2的输电线上会损耗一小部分电功率，剩余的绝大部分电功率通过降压变压器和回路3输送给用户使用．整个输电过程中的功率关系为P用＝P总－P损．此外，在求解远距离输电的相关问题时，我们还应熟练掌握以下几点：(1)一个原理：要减小输电线上的电压损失和电功率损失，就要减小输电电流，而输电功率是确定的，由P＝IU知，应提高输电电压．(2)两个损失：①电压损失：ΔU＝I线R线，主要原因是输电线有电阻．②功率损失：P损＝I2线R线＝ΔU2R线(3)三个关系：①电压损失关系：ΔU＝U2－U3，U2是升压变压器的输出电压，U3是降压变压器的输入电压．②功率损失关系：P损＝I2线R线＝ΔU2R线，升压变压器的输出功率和降压变压器的输入功率之差即为损失的电功率．③功率关系：P用＝P总－P损．发电机的端电压为220V，输出电功率为44kW，输电导线的电阻为0.2Ω，如果用初、次级线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线路后，再用初、次级匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户．(1)画出全过程的线路图；(2)求用户得到的电压和功率．解析：(1)线路图如图所示．(2)升压变压器次级输出电压U2＝n2n1U1＝2200V升压变压器次级输出电流I2＝n1n2I1升压变压器初级输入电流，由P＝U1I1得I1＝PU1＝44×103220A＝200A所以，有I2＝n1n2I1＝44×10310×220A＝20A输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR＝I2R＝4VPR＝I22R＝0.08kW加到降压变压器初级线圈上的输入电流和电压分别为I3＝I2＝20AU3＝U2－UR＝2196V降压变压器的输出电压和电流分别为U4＝n4n3U3＝219.6VI4＝n3n4I3＝200A用户得到的功率P4＝U4I4＝43.92kW答案：(1)见解答(2)219.6V43.92kW1．中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化．近来，农村进行电网改造．为减少远距离输电的损耗而降低电的价格，可采取的措施有()A．提高输送功率B．增大输送电流C．提高输电电压D．减小输电导线的横截面积达标检测解析：输电导线上的功率损失计算公式为：ΔP＝I2r＝PU2r＝ΔU2r，故只有C正确．2．关于电能输送的分析，正确的是()A．由公式P＝U2r得到，输电导线的电阻越大，功率损失越少B．由公式P＝Ur得到，输电导线的电阻越大，功率损失越少C．由公式P＝I2r得到，输电电流越大，输电导线上的功率损失越大D．由公式P＝IU得到，输电导线上的功率损失与电流成正比解析：线路损耗会影响电费高低，损耗越大，电费越高．减少损耗的途径有二：一是提高输电电压；二是减小输电线电阻，即增大导线的横截面积，故C正确．3．(2014·郑州高二检测)如图所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处为用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有()A．U2减小，U4变大B．U2不变，U3变小C．P1变小，P2变小D．P2变大，P3变大解析：由理想变压器输出决定输入可得，当用户功率增大时，升压变压器的输入功率必增大，即P1增大，输入电压U1为定值不变，升压变压器的匝数不变，故输出电压U2不变，由于P1增大，由P1＝U1I1＝P2＝U2I2可知I1增加，P2、I2增加，由闭合电路欧姆定律：U3＝U2－I2R，故U3减小；降压变压器原、副线圈匝数不变，所以随U3减小，U4减小，由于用户功率增加，即P4增加，理想变压器无功率损耗，可得P3＝P4，功率P3也增加．综上所述，A、C错误，B、D正确．答案：BD4．“西电东送”工程中，为了减少输电损耗，必须提高输电电压．从西部某电站向华东某地区输送的电功率为106kW，输电电压为1000kV，输电线电阻为100Ω.若改用超导材料作为输电线，则可减少输电损耗的功率为()A．105kWB．104kWC．106kWD．103kW解析：输电电流I＝PU，输电线路损失的电功率P损＝I2R＝PU2R＝1×105kW；当改用超导输电时，就不损失电能，因此减少的输电损耗就等于P损，A正确．