電能的遠(yuǎn)距離傳輸

1、第 3 節(jié)電能的遠(yuǎn)距離傳輸學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.了解從變電站到用戶的輸電過程2.理解降低輸電損耗的兩個途徑及其各自的優(yōu)缺點(diǎn) (重點(diǎn) )3.知道高壓輸電原理，區(qū)別導(dǎo)線上的輸電電壓 u 和損失電壓u.(難點(diǎn) )4.了解高壓交流和高壓直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)及兩種系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系.為 什 么 采 用 高 壓 輸 電先填空 1電功率損失由于電流的熱效應(yīng)會引起電功率的損失，且滿足p 損 i2r 線 ，可以通過減小輸電線的電阻或減小輸送電流來減小電功率的損失2電壓損失3高壓輸電減小電阻要增粗導(dǎo)線， 增粗導(dǎo)線又帶來兩個不利， 其一，耗費(fèi)更多的金屬材料；其二，會使電抗更大，造成更大的電壓損失只有采用小電流輸

2、電才會避免上述問題，在保證輸送功率不變的情況下，減小電流必須靠升高電壓來實(shí)現(xiàn)再判斷 1輸電線上的電壓損失可用uir 計(jì)算， r 為輸電線的電阻 ( )2輸電電壓越高越好 ()3家庭用電常用銅導(dǎo)線，是為了減小輸電導(dǎo)線的電阻，從而減小電能損失 ( )后思考 在電能的輸送過程中， u 為輸電電壓， r 為輸電線電阻，則輸電線中電流為第 1頁ui r ，對不對？為什么？【提示】不對 u 為輸電電壓，而不是在輸電導(dǎo)線上的電壓，即uir ，而輸電電流可通過pui 求得合作探討 假定輸電線路中的電流是i，兩條導(dǎo)線的總電阻是r ，在圖中導(dǎo)線電阻集中畫為 r ，輸送功率為 p.發(fā)電廠輸出的電壓為u1.圖 431

3、探討 1：遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？【提示】在輸電線上有功率損失探討 2：輸電線上功率損失的原因？功率損失的表達(dá)式？減少輸電損耗的兩個途徑？【提示】由于輸電線有電阻， 當(dāng)有電流時， 有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱而損失掉了； p 損i 2r ；減少輸電損耗兩個途徑：減小輸電電流i，減小輸電線電阻 r .探討 3：為什么遠(yuǎn)距離輸電必須用高壓呢？【提示】因?yàn)榘l(fā)電廠的輸出功率p 是一定的，由p ui 知，要減小輸電電流 i ，必須提高輸出電壓u.核心點(diǎn)擊 1輸電線上的功率損失(1)輸電過程中功率損失的原因輸電導(dǎo)線有電阻， 因此當(dāng)電能通過輸電線送向遠(yuǎn)方，電流流過輸電線時， 因輸電線有電阻而發(fā)熱，電能必

4、有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而損失掉(2)計(jì)算輸電導(dǎo)線上功率損失的方法設(shè)輸電導(dǎo)線的總電阻為 r，輸電電流為 i ，則損失功率為 p 損 i 2r.設(shè)輸送的總電功率為 p，輸電電壓為 u，輸電線的總長度為 l，橫截面積為 s，電阻率為pl，則輸電電流 i ，輸電線電阻 r ，所以輸電線上的功率損失可表示為pus第 2頁p 2 l損 () .us(3)減小輸電線上的功率損失的方法根據(jù)公式 p 損 i2r 可知，減小輸電線路上功率損失的方法有兩種：減小電阻l據(jù) r 判斷：減小輸電線的長度l，由于輸電距離一定，所以在實(shí)際中不s可能通過減小 l 來減小 r；減小電阻率 ，目前，一般用電阻率較小的銅或鋁作為輸電線材

5、料；增大導(dǎo)線的橫截面積s，這要多耗費(fèi)金屬材料，增大成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難減小輸電導(dǎo)線的電流ip據(jù) i u判斷：減小輸送功率，在實(shí)際中不能通過用戶少用或不用電來達(dá)到減少損耗的目的； 提高輸電電壓 u，在輸送電功率 p 一定，輸電線電阻一定的條p 2件下，輸電電壓提高到原來的n 倍，據(jù) p 損 (nu) r 可知，輸電線上的功率損耗1將降為原來的 n2.2輸電線上的電壓損失(1)在輸電線上存在電壓損失的原因輸電導(dǎo)線有電阻， 電流通過輸電線時， 會在線路上產(chǎn)生電勢降落， 致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低，這就是輸電線上的電壓損失(2)計(jì)算輸電線上的電壓損失的方法如圖 43 2

6、所示， u 為發(fā)電廠的輸出電壓， p 為發(fā)電廠的輸出功率， u 為用電設(shè)備兩端的電壓， p為用電設(shè)備的輸入功率，則輸電線上損失的電壓為uu u，且uir.圖 432(3)減少輸電線路上的電壓損失的方法據(jù) u ir 可知，減小輸電線路上電壓損失的方法主要有兩種： (1)減小輸電線路的電阻； (2)減小輸電電流 i，即提高輸電電壓1(多選 )如圖 4 3 3 為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖，關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是 ()第 3頁【導(dǎo)學(xué)號： 05002101】圖 433a增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失b高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗c在輸送電壓一定時，輸送的電

7、功率越大，輸電過程中的電能損失越小d高壓輸電必須綜合考慮各種因素， 不一定是電壓越高越好【解析】 根據(jù)輸電原理，電路中的功率損耗2lpi r 線而 r 線 ，增大s輸電線的橫截面積， 輸電線的電阻會減小， 則能減小輸電線上的功率損失， a 對；由 pui 可知， p 一定的情況下，輸送電壓 u 越大， i 越小， p 越小， b 對；若輸電電壓一定，輸送功率越大，則電流i 越大， p 越大， c 錯；輸電電壓并不一定越高越好， 因?yàn)殡妷涸礁撸?對于安全和技術(shù)的要求越高， d 對【答案】abd2某小型實(shí)驗(yàn)水電站輸出功率是20 kw ，輸電線路總電阻是6 .(1)若采用 380 v 電壓輸電，求輸

8、電線路損耗的功率和用戶得到的電壓；(2)若改用 5 000 v 高壓輸電，用戶端利用n1n2 221 的變壓器降壓，求用戶得到的電壓【解析】(1)輸電線上的電流為：p20 103i u380a 52.63 a輸電線路損耗的功率為：p 損i 2r 52.632 6 w16 620 w 16.62 kw用戶得到的電壓為：u1 uir (38052.636)v 64.22 v.(2)改用高壓輸電后，輸電線上的電流變?yōu)椋簆20103i u 5 000a 4 a第 4頁用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓u1 u ir (5 000 4 6) v4 976 v根據(jù)u1n12 n2un12u1 224 976

9、v226.18 v.用戶得到的電壓為 u2 n1【答案】(1)16.62 kw 64.22 v(2)226.18 v計(jì)算輸電線上功率損耗的方法1 pi2r，i 為輸電線上的電流， r 為線路電阻2u 線2 p r ，u 線為輸電線路上損失的電壓， r 為線路電阻3 pu 線i，u 線為輸電線上損失的電壓，i 為線路上的電流高 壓 交 流 輸 電 和 高 壓 直 流 輸 電先填空 1高壓交流輸電(1)基本環(huán)節(jié)升壓變壓器降壓變壓器發(fā)電廠 (站 )高壓輸電線路 用戶(2)電路原理圖： (如圖 4 3 4 所示 )圖 4342高壓直流輸電(1)主要構(gòu)造整流站、直流線路和逆變站三部分(2)原理圖： (如

10、圖 435 所示 )圖 435(3)高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)高壓直流輸電的過程是在高壓交流輸電的基礎(chǔ)上完善而成的，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：第 5頁節(jié)省材料，架設(shè)方便不存在容抗和感抗引起的損耗易于建設(shè)輸電網(wǎng)，不需要考慮各發(fā)電機(jī)的同步問題再判斷 1在遠(yuǎn)距離輸電線上的功率損失與輸電線上電壓損失的平方成正比( )2由 p ui 知，在輸送功率一定的情況下，提高輸電電壓，同時輸電電流一定減小 ( )3高壓直流輸電系統(tǒng)有兩次換流過程( )后思考 在直流輸電系統(tǒng)中，換流站內(nèi)換流器的作用是什么？【提示】換流器的作用是實(shí)現(xiàn)交流電與直流電的轉(zhuǎn)換，是直流輸電系統(tǒng)內(nèi)的重要環(huán)節(jié)合作探討 我們?nèi)粘Ｉ铍x不開電，電是由發(fā)電廠產(chǎn)生的為了合

11、理地利用自然資源，火力發(fā)電廠通常建在煤礦附近，水電站建在水力資源豐富的河流上，但用電的地方可能距離很遠(yuǎn)， 需要將電能安全、 保質(zhì)地由發(fā)電廠送往遠(yuǎn)方，同時又不能浪費(fèi)太多的電能請?zhí)骄恳韵聨讉€問題：探討 1：火力發(fā)電廠或水電站發(fā)出電的電壓一定很高嗎？怎樣才能提高輸送電壓？【提示】電廠發(fā)出的電的電壓最大值由公式em nbs 決定，因機(jī)械制造等因素，電壓不會很高，通常借助變壓器將低電壓變?yōu)楦唠妷禾接?2：電能的遠(yuǎn)距離傳輸一般要經(jīng)過哪幾個環(huán)節(jié)？【提示】一般要經(jīng)歷三個環(huán)節(jié)，即升壓變壓器升壓、電能的輸送線路、降壓變壓器降壓探討 3：用戶消耗的電功率和電廠發(fā)出的電功率相等嗎？【提示】不相等，因?yàn)樵陔娔艿妮斔途€路

12、上有電阻要消耗部分電功率，所以電廠發(fā)出的電功率大于用戶獲取的電功率第 6頁核心點(diǎn)擊 1高壓交流輸電線路(1)結(jié)構(gòu)示意圖圖 436(2)基本關(guān)系電壓關(guān)系： u1 n1， u3n3u2n2u4n4電流關(guān)系： i1 n，in234i2n1i4n3功率關(guān)系： p1p2， p3p4損失電壓： uri 2ri 3r損失功率： pri 22ru2r/ri 2i 3(3)重要關(guān)聯(lián)關(guān)系u2ur u3p2prp3(4)高壓交流輸電技術(shù)的困難輸送大功率電能，導(dǎo)線橫截面積較大，電感的作用(感抗 )超過電阻；電纜長度越長， 電容器的旁路作用越強(qiáng)， 甚至使交流無法輸送；電流并網(wǎng)要求各臺發(fā)電機(jī)交流相位相同，頻率相同2高壓直

13、流輸電(1)高壓直流輸電系統(tǒng)原理圖 437(2)高壓直流輸電的優(yōu)越性輸送相同功率的電能時，直流輸電所用線材僅為交流輸電的2/3；直流輸電比同容量交流輸電簡單，占地面積??；穩(wěn)定的直流輸電不存在感抗和容抗引起的能量損耗；用直流輸電不需要考慮電網(wǎng)中各臺交流發(fā)電機(jī)的同步運(yùn)行問題3(多選 )高壓直流輸電與高壓交流輸電相比()a高壓直流輸電不存在感抗和容抗引起的損耗b高壓直流輸電所需的設(shè)備比高壓交流輸電所需的設(shè)備經(jīng)濟(jì)第 7頁c高壓直流輸電技術(shù)簡單d高壓直流輸電主要用于聯(lián)系非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)【解析】穩(wěn)定的直流輸電不存在感抗和容抗引起的損耗，a 正確；高壓直流輸電技術(shù)的要求高，所需的換流設(shè)備制造難價格高，b

14、、c 錯誤高壓直流輸電主要用于聯(lián)系非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)，d 正確故選a 、d.【答案】ad4如圖 4 3 8 所示，學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r 1 ，升壓變壓器匝數(shù)比為n1n2 1 4，降壓變壓器的匝數(shù)比為n3n4 4 1，輸電線總電阻為 r 線 4 ，全校有 22 間教室，每間教室安裝“220 v40 w”的電燈 6盞，要求所有的電燈都正常發(fā)光，求：圖 438(1)輸電線上損耗的電功率p 損 為多大？(2)發(fā)電機(jī)的電動勢e 為多大？【導(dǎo)學(xué)號： 05002102】【解析】(1)所有電燈正常發(fā)光時消耗的功率為p 燈40226 w5 280 w p4由于電燈正常發(fā)光時降壓變壓器副線圈兩端電壓u4220 v所以降壓變壓器原線圈兩端電壓u3n34220 v 880 vu4n41兩變壓器之間輸電線上的電流為34i 線 p p 5 280 a 6 au3u388022輸電線上損失的功率p 損i 線r 線6 4 w 1