【物理】5.5 電能的輸送 課件1(人教版選修3-2)

1、 為了合理的利用能源為了合理的利用能源, ,發(fā)電站要建在靠近這些能源的地發(fā)電站要建在靠近這些能源的地方方. .而用電的地方卻很多而用電的地方卻很多, ,例如例如: : 有的地方離發(fā)電站很遠(yuǎn)有的地方離發(fā)電站很遠(yuǎn), ,因此需要把電能輸送到遠(yuǎn)方因此需要把電能輸送到遠(yuǎn)方, ,這這就涉及電能的輸送問(wèn)題即就涉及電能的輸送問(wèn)題即: :1 1電能輸送的優(yōu)點(diǎn)：電能輸送的優(yōu)點(diǎn)：2 2輸送電能的基本要求：輸送電能的基本要求：可靠：可靠：是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電。是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電。 電能通過(guò)輸電線就可以輸送到遠(yuǎn)方相對(duì)于煤炭、石電能通過(guò)輸電線就可以輸送到遠(yuǎn)方相對(duì)于煤炭、石油等

2、能源的輸送需要大量的交通運(yùn)載工具來(lái)說(shuō)，油等能源的輸送需要大量的交通運(yùn)載工具來(lái)說(shuō)，“方便和方便和節(jié)約節(jié)約”是它突出的優(yōu)點(diǎn)是它突出的優(yōu)點(diǎn)保質(zhì)：保質(zhì)：就是保證電能的質(zhì)量，即電壓和頻率穩(wěn)定。就是保證電能的質(zhì)量，即電壓和頻率穩(wěn)定。經(jīng)濟(jì)：經(jīng)濟(jì)：是指輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗小。是指輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗小?？煽?、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)二、輸電的模型二、輸電的模型怎樣才能將電能由發(fā)電廠輸送到用戶呢？怎樣才能將電能由發(fā)電廠輸送到用戶呢？ 思考：思考：r輸電線輸電線輸電線輸電線電電 源源用用 戶戶U送送電源向外輸電時(shí)，其兩端的電壓即為輸送電壓電源向外輸電時(shí)，其兩端的電壓即為輸送電壓

3、。輸送電壓：輸送電壓：電源對(duì)外發(fā)出的功率即輸送功率。電源對(duì)外發(fā)出的功率即輸送功率。 輸送功率：輸送功率：三、降低能耗的兩個(gè)途徑三、降低能耗的兩個(gè)途徑遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？ 思考：思考：在輸電線上有功率損失。在輸電線上有功率損失。 1 1、輸電線上功率損失的原因是什么？功率損、輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達(dá)式是什么？失的表達(dá)式是什么？討論與交流：討論與交流： 輸電線上功率損失的輸電線上功率損失的主要主要原因是由于原因是由于輸電線有電阻輸電線有電阻，會(huì)有，會(huì)有一部分電能轉(zhuǎn)化為一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能熱能而損失掉。而損失掉。若輸電電流為若輸電電

4、流為I I，輸電線的電阻為，輸電線的電阻為r r，則功率損失為，則功率損失為P P= =I I2 2r r若輸送的功率為若輸送的功率為P P，輸電電壓為，輸電電壓為U U，電線的總長(zhǎng)度為，電線的總長(zhǎng)度為L(zhǎng) L，橫，橫截面積為截面積為S S，電阻率為，電阻率為 ，則功率損失可表示為：則功率損失可表示為：.)(2SLUPP 3 3、若采用減小導(dǎo)線電阻的方法，在輸電線長(zhǎng)度、若采用減小導(dǎo)線電阻的方法，在輸電線長(zhǎng)度一定的情況下，應(yīng)采用什么措施？一定的情況下，應(yīng)采用什么措施？ 2 2、降低輸電損耗的途徑是什么？、降低輸電損耗的途徑是什么？ 討論與交流：討論與交流：由由P P= =I I2 2r r可知：可

5、知：可減少功率損失。可減少功率損失。減少減少輸電線的電阻輸電線的電阻減少減少輸電線的電流輸電線的電流（3）減少材料的電阻率減少材料的電阻率（1）減少輸電線的長(zhǎng)度減少輸電線的長(zhǎng)度L L（2）增加導(dǎo)線的橫截面積增加導(dǎo)線的橫截面積S S由由 可知：可知：SLR 把功率為把功率為220KW220KW的電能用鋁導(dǎo)線輸送到的電能用鋁導(dǎo)線輸送到10km10km以外以外的地方，要使功率損失為輸送功率的的地方，要使功率損失為輸送功率的10%10%，用，用220V220V的的電壓輸電，導(dǎo)線橫截面積大約為多少？電壓輸電，導(dǎo)線橫截面積大約為多少？（已知鋁的（已知鋁的電阻率電阻率=2.9=2.91010-8-8mm）做

6、一做：做一做：（S=132cm2） 在各種金屬中銀的電阻率最小，但價(jià)格昂貴，在各種金屬中銀的電阻率最小，但價(jià)格昂貴，目前選用電阻率較小的銅或鋁作輸電線，導(dǎo)線的橫目前選用電阻率較小的銅或鋁作輸電線，導(dǎo)線的橫截面積能否無(wú)限制地增大？截面積能否無(wú)限制地增大？想一想：想一想： 不能不能無(wú)限制地增大，因?yàn)檫@樣會(huì)無(wú)限制地增大，因?yàn)檫@樣會(huì)多耗費(fèi)金屬材料多耗費(fèi)金屬材料，同，同時(shí)輸電線時(shí)輸電線太重不利于架線太重不利于架線。 4 4、若采用減小導(dǎo)線中電流的方法，又應(yīng)采用、若采用減小導(dǎo)線中電流的方法，又應(yīng)采用什么措施？什么措施？ 討論與交流：討論與交流：減小輸送功率減小輸送功率P P由由 P P= =IU IU 可

7、知：可知：提高輸電電壓提高輸電電壓U U可減小輸電電流?？蓽p小輸電電流。 由于電站的裝機(jī)容量一定，因此電站向外輸送的電功由于電站的裝機(jī)容量一定，因此電站向外輸送的電功率是一定的，即在實(shí)際中不能以用戶少用或不用電來(lái)減少率是一定的，即在實(shí)際中不能以用戶少用或不用電來(lái)減少輸電線上的功率損失。輸電線上的功率損失。想一想：想一想：能否通過(guò)減小輸送功率來(lái)減小輸電電流？能否通過(guò)減小輸送功率來(lái)減小輸電電流？ 把功率為把功率為22KW22KW的電能用總電阻為的電能用總電阻為22的導(dǎo)線輸送的導(dǎo)線輸送到遠(yuǎn)方的用戶，用到遠(yuǎn)方的用戶，用220V220V的電壓輸電，導(dǎo)線損失的功的電壓輸電，導(dǎo)線損失的功率為多少？若改用率為

8、多少？若改用22KV22KV的電壓輸電，導(dǎo)線損失的功的電壓輸電，導(dǎo)線損失的功率又為多少？率又為多少？做一做：做一做：22KV22KV輸電，損失的功率為輸電，損失的功率為 220V220V輸電，損失的功率為輸電，損失的功率為 W4104 W4 RUPP 2)(RUPP 2)( 減小輸送電流的減小輸送電流的方法方法可以通過(guò)可以通過(guò)提高輸電電壓提高輸電電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)?？偨Y(jié)：總結(jié)： 5 5、哪種途徑對(duì)于降低輸電線路的損耗更有效？、哪種途徑對(duì)于降低輸電線路的損耗更有效？舉例說(shuō)明。舉例說(shuō)明。 討論與交流：討論與交流： 由由 可知，在輸電電流一定的情況下，線路可知，在輸電電流一定的情況下，線路電阻電阻減

9、為原來(lái)的減為原來(lái)的一半一半，線路損耗的功率減為原來(lái)的，線路損耗的功率減為原來(lái)的一半一半。rIP2 在線路電阻一定的情況下，電壓提高一倍，由在線路電阻一定的情況下，電壓提高一倍，由 可知：線路中可知：線路中電流電流減為原來(lái)的減為原來(lái)的一半一半，而損耗的功率減為原來(lái)，而損耗的功率減為原來(lái)的的四分之一四分之一。UIP 采用采用高壓輸電高壓輸電是減小輸電線上功率損失的是減小輸電線上功率損失的最最有效有效、最經(jīng)濟(jì)最經(jīng)濟(jì)的措施的措施 造成電壓損失的因素造成電壓損失的因素: : 四、輸電線上的電壓損耗的降低四、輸電線上的電壓損耗的降低思考：思考： 在輸電過(guò)程中，電源輸送的電壓是否全部加在在輸電過(guò)程中，電源輸

10、送的電壓是否全部加在用戶上？用戶上？r電電 源源用用 戶戶U送送U用用U損損IrUUU 用用送送（1 1）輸電線）輸電線電阻電阻造成電壓損失造成電壓損失（2 2）輸電線的）輸電線的感抗感抗和和容抗容抗造成電壓損失造成電壓損失( (高中階段計(jì)算中高中階段計(jì)算中只考慮輸電線電阻只考慮輸電線電阻造成的電壓損失造成的電壓損失) ) 如何減小電壓損失，保證輸電質(zhì)量呢？如何減小電壓損失，保證輸電質(zhì)量呢？ 討論與交流：討論與交流：減少輸電線的電阻減少輸電線的電阻由由 可知：可知：IrU 可減少電壓損失。可減少電壓損失。減少輸電線的電流減少輸電線的電流采用減小輸電線電阻能否有效降低電壓損失？采用減小輸電線電阻

11、能否有效降低電壓損失？ 想一想：想一想： 采用增大輸電導(dǎo)線的面積來(lái)減小電阻，對(duì)低采用增大輸電導(dǎo)線的面積來(lái)減小電阻，對(duì)低壓照明電路有效，在高壓線路中因感抗、容抗造壓照明電路有效，在高壓線路中因感抗、容抗造成的電壓損失比電阻造成的還要大，故這種方法成的電壓損失比電阻造成的還要大，故這種方法對(duì)高壓輸電來(lái)說(shuō)效果不佳。對(duì)高壓輸電來(lái)說(shuō)效果不佳。 五、高壓輸電五、高壓輸電 從上述分析可知：無(wú)論是從減小輸電線中的功從上述分析可知：無(wú)論是從減小輸電線中的功率損失還是減小電壓損失方面看，在輸電過(guò)程中都率損失還是減小電壓損失方面看，在輸電過(guò)程中都需要提高電壓，減小輸電電流，但大型發(fā)電機(jī)發(fā)出需要提高電壓，減小輸電電流

12、，但大型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓不符合遠(yuǎn)距離輸電的要求，怎么辦？而到達(dá)的電壓不符合遠(yuǎn)距離輸電的要求，怎么辦？而到達(dá)目的地的電壓也不符合用戶的要求，怎么辦？你能目的地的電壓也不符合用戶的要求，怎么辦？你能設(shè)計(jì)一個(gè)高壓輸電模型嗎？設(shè)計(jì)一個(gè)高壓輸電模型嗎？做一做：做一做：發(fā)電站用戶交流高壓輸電的基本環(huán)節(jié)交流高壓輸電的基本環(huán)節(jié) 發(fā)電站發(fā)電站升壓變壓器升壓變壓器高壓輸電高壓輸電降壓變壓器降壓變壓器用戶用戶遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程示意圖遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程示意圖 1 1、在高壓輸電三個(gè)回路中，各部分的功率、電、在高壓輸電三個(gè)回路中，各部分的功率、電壓和電流關(guān)系如何？壓和電流關(guān)系如何？探究與交流：探究與交流：1 14 42 22

13、23 3UUUURI IF F用用線線 rI I1 1I I3 3I I4 4n1n2n3n4P1P2P3P4功率關(guān)系：功率關(guān)系：電壓關(guān)系：電壓關(guān)系：電流關(guān)系：電流關(guān)系：2121nnUU 1221nnII 4343nnUU 3443nnII 32II 32UUU 21PP 32PPP 43PP 2 2、在高壓輸電模型中，設(shè)發(fā)電機(jī)的輸出功率為、在高壓輸電模型中，設(shè)發(fā)電機(jī)的輸出功率為P P，輸送電壓為，輸送電壓為U U1 1，輸電線的電阻，輸電線的電阻r r，升壓變壓器的原，升壓變壓器的原副線圈匝數(shù)分別為副線圈匝數(shù)分別為n n1 1，n n2 2，降壓變壓器原副線圈分別，降壓變壓器原副線圈分別為為

14、n n3 3，n n4 4，你能算出線路中損失的功率和電壓?jiǎn)?？用，你能算出線路中損失的功率和電壓?jiǎn)?？用戶得到的功率和電壓分別是多少？戶得到的功率和電壓分別是多少？探究與交流：探究與交流：14223UUUURIF用線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4在發(fā)電機(jī)與升壓變壓器原線圈組成的回路中在發(fā)電機(jī)與升壓變壓器原線圈組成的回路中 11UPI 由由 1221nnII 1212UPnnI RUPnn2121)( RIP22 輸電線上輸電線上 RUPnnPPPP2121)( 用用戶戶用戶得到的功率用戶得到的功率 RUnPnRIU1212 RUnPnnUnUUU12111223 )(1211

15、12343344RUnPnnUnnnnUnU 損失的電壓損失的電壓 1 1、根據(jù)上述結(jié)果高壓輸電能否真的有效降、根據(jù)上述結(jié)果高壓輸電能否真的有效降低能量損耗及電壓損耗？低能量損耗及電壓損耗？ 2 2、是不是輸電電壓越高越好？為什么？、是不是輸電電壓越高越好？為什么？ 討論與交流：討論與交流： 1、由、由 及及 可知：電壓越高，可知：電壓越高，功率和電壓損失確實(shí)越小，可以有效降低能耗和電壓損耗。功率和電壓損失確實(shí)越小，可以有效降低能耗和電壓損耗。RUPnnP2121)( RUnPnU121 2 2、不是。電壓越高，對(duì)輸電線路和變壓器的要求越高，、不是。電壓越高，對(duì)輸電線路和變壓器的要求越高，建設(shè)

16、費(fèi)用越高。實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮，如輸送功率建設(shè)費(fèi)用越高。實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮，如輸送功率的大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等，要依照不同情況的大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等，要依照不同情況選擇合適的輸電電壓。選擇合適的輸電電壓。 閱讀與思考：閱讀與思考：1 1、常用的輸電模式有幾種？各是什么？、常用的輸電模式有幾種？各是什么？2 2、我國(guó)遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有哪幾種？、我國(guó)遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有哪幾種？低壓輸電：低壓輸電：輸電功率為輸電功率為100 kW100 kW以下，距離為幾百米以內(nèi)，以下，距離為幾百米以內(nèi)， 一般采用一般采用220 V220 V的電壓輸電。的電壓輸電。高壓

17、輸電：高壓輸電：輸電功率為幾千千瓦到幾萬(wàn)千瓦，距離為幾十輸電功率為幾千千瓦到幾萬(wàn)千瓦，距離為幾十 千米到幾百千米，一般采用千米到幾百千米，一般采用35 kV35 kV或或110 kV110 kV的電的電 壓輸電。壓輸電。超高壓輸電：超高壓輸電：輸電功率為輸電功率為1010萬(wàn)千瓦以上，距離為幾百千米，萬(wàn)千瓦以上，距離為幾百千米， 必須采用必須采用220 kV220 kV或更高的電壓輸電?；蚋叩碾妷狠旊?。 有有110 kV110 kV、220 kV220 kV、330 kV330 kV，輸電干線采用，輸電干線采用500 kV500 kV超超高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達(dá)到高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達(dá)到

18、750 kV750 kV。采用電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)是什么？采用電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)是什么？ 六、電網(wǎng)供電六、電網(wǎng)供電閱讀與思考：閱讀與思考： 可以在能源產(chǎn)地使用大容量發(fā)電機(jī)組，降低一次能源的可以在能源產(chǎn)地使用大容量發(fā)電機(jī)組，降低一次能源的輸送成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，電網(wǎng)可以減少斷輸送成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，電網(wǎng)可以減少斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需平衡，保障供電質(zhì)量。電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需平衡，保障供電質(zhì)量。遠(yuǎn)距離輸電示意圖遠(yuǎn)距離輸電示意圖 1 1、遠(yuǎn)距離輸送交變電流都采用高壓輸電。我國(guó)、遠(yuǎn)距離輸送交變電流都采用高壓輸電。我國(guó)西北電網(wǎng)正在建設(shè)西北電網(wǎng)正在建設(shè)750kV750kV線

19、路。采用高壓輸電的優(yōu)線路。采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)是 （ ） A A可節(jié)省輸電線的銅材料可節(jié)省輸電線的銅材料 B B可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率 C C可減少輸電線上的能量損耗可減少輸電線上的能量損耗 D D可加快輸電的速度可加快輸電的速度C課堂練習(xí)：課堂練習(xí)： 2 2在遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中，為減少輸電線路上在遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中，為減少輸電線路上的電能損失，可采用的最佳方法是的電能損失，可采用的最佳方法是 （ ） A A使輸電線粗一些。使輸電線粗一些。 B B減短輸電線長(zhǎng)度。減短輸電線長(zhǎng)度。 C C減少通電時(shí)間。減少通電時(shí)間。 D D采用高壓輸電。采用高壓輸電。D課堂練習(xí)：課堂

20、練習(xí)： 3 3遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交變電流，若輸電電壓遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交變電流，若輸電電壓提高到原來(lái)的提高到原來(lái)的n n倍，則下列說(shuō)法中正確的是（倍，則下列說(shuō)法中正確的是（ ） A A輸電線上的電流變?yōu)樵瓉?lái)的輸電線上的電流變?yōu)樵瓉?lái)的n n倍倍 B B輸電線上的電壓損失變?yōu)樵瓉?lái)的輸電線上的電壓損失變?yōu)樵瓉?lái)的1/1/n n2 2 C C輸電線上的電功率損失變?yōu)樵瓉?lái)的輸電線上的電功率損失變?yōu)樵瓉?lái)的1/1/n n D D若輸電線上的電功率損失不變，輸電線路長(zhǎng)度若輸電線上的電功率損失不變，輸電線路長(zhǎng)度可變?yōu)樵瓉?lái)的可變?yōu)樵瓉?lái)的n n2 2倍倍D課堂練習(xí)：課堂練習(xí)： 4 4下列關(guān)于減小遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)線上熱

21、損耗的說(shuō)法下列關(guān)于減小遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)線上熱損耗的說(shuō)法中，正確的是（中，正確的是（ ） A A因?yàn)闊峁β室驗(yàn)闊峁β?，所以應(yīng)降低輸送電壓，增，所以應(yīng)降低輸送電壓，增大輸電導(dǎo)線電阻，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗。大輸電導(dǎo)線電阻，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗。 B B因?yàn)闊峁β室驗(yàn)闊峁β蔖 P= =IUIU，所以應(yīng)采用低電壓、小電流，所以應(yīng)采用低電壓、小電流輸電，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗。輸電，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗。 C C因?yàn)闊峁β室驗(yàn)闊峁β蔖 P= =I I2 2R R，所以可采用減小輸電線電阻，所以可采用減小輸電線電阻或減小輸送電流的方法來(lái)減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗?；驕p小輸送電流的方法來(lái)減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗。 D D以上說(shuō)法均不正確。以上說(shuō)法均不正確。C課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：RUP2 5 5發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U U1 1，發(fā)電廠至學(xué)，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電導(dǎo)線的總電阻為校的輸電導(dǎo)線的總電阻為R R，通過(guò)導(dǎo)線的電流為