電能的遠(yuǎn)距離輸送 課件 【高效課堂+備課精研】 高二下學(xué)期物理魯科版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

3.4電能的遠(yuǎn)距離輸送魯科版選擇性必修二2019導(dǎo)入新課中國(guó)最大火力發(fā)電站內(nèi)蒙古托克托電廠亞州最大風(fēng)力發(fā)電站新疆達(dá)板城風(fēng)力發(fā)電站

發(fā)電廠一般建在能源豐富的地方，有利能源合理開(kāi)發(fā)利用，但這些地方一般距離城市等需用電的地方較遠(yuǎn)，這就需要遠(yuǎn)距離輸電。遠(yuǎn)距離發(fā)電廠用戶(hù)（負(fù)載）在我國(guó)常采用高壓輸電的方式將電能從發(fā)電廠經(jīng)變電站輸送給用戶(hù)。一、采用高壓輸電的原因如圖所示，假定發(fā)電廠輸出的電壓為U，輸送功率為P，輸電線路中的電流是I，兩條導(dǎo)線的總電阻是R(在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫(huà)為R)。那么：(1)用戶(hù)兩端的電壓是多大？(2)用戶(hù)得到的電能與發(fā)電廠輸出的電能相等嗎？(3)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？降低功率損耗有哪些途徑？一、采用高壓輸電的原因遠(yuǎn)距離輸電，導(dǎo)線的電阻不能忽略。電流流過(guò)輸電導(dǎo)線時(shí)，電流的熱效應(yīng)會(huì)引起電功率的損失。RI假設(shè)導(dǎo)線電阻為R,通過(guò)電流為I則，損失的電功率P=I2R即：在輸電線上因發(fā)熱而損耗的電功率與輸電線的電阻成正比，與電流的二次方成正比。因此：要減小輸電時(shí)的的電功率損失遠(yuǎn)距離發(fā)電廠用戶(hù)（負(fù)載）(1)減小導(dǎo)線電阻(2)減小輸電線中的電流一、采用高壓輸電的原因由電阻定律（1）減小導(dǎo)線電阻①減小材料的電阻率ρ：②減小電線的長(zhǎng)度L：③增加導(dǎo)線的橫截面積：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.不可行,因?yàn)橐ＷC輸電距離.可適當(dāng)增大橫截面積。但不能太粗,既不經(jīng)濟(jì)又架設(shè)困難.

一、采用高壓輸電的原因

無(wú)論從減小輸電中的功率損失，還是從減小電壓損失來(lái)看，都要求提高輸電電壓，減小輸電電流。在輸送功率和線路電阻一定時(shí)，線路中損失的功率與輸送電壓的二次方成反比。（2）減小輸電線中的電流設(shè)導(dǎo)線電阻為R,輸送電功率為P輸送，由：輸送電路中的電流：導(dǎo)線因電阻而產(chǎn)生的損耗：結(jié)論：一、采用高壓輸電的原因輸電電壓越高，輸電線中電流就越小，導(dǎo)線因發(fā)熱的損耗越小。輸電電壓也不能無(wú)限制地提高。不能。輸電電壓過(guò)高，會(huì)增加絕緣難度，提高架線費(fèi)用，還容易引起輸電線路向大氣放電，增加能量損失。要綜合考慮輸送功率的大小、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各種因素，選擇恰當(dāng)?shù)妮旊婋妷?。一、采用高壓輸電的原因?00km左右時(shí)采用110kV的電壓輸電在100至300km時(shí)則采用220kV的電壓在我國(guó)更遠(yuǎn)距離采用更高電壓輸電高壓輸電線路輸電電壓為110kV、220kV的線路輸電電壓為330kV、550kV乃至750kV的線路超高壓輸電線路輸電交流電壓為1000kV及以上的線路特高壓輸電線路一、采用高壓輸電的原因典型例題【例1】中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的1000kV特高壓輸電，是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原來(lái)用500kV的超高壓輸電，在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電，不考慮其他因素的影響。則(

)A.輸電電流變?yōu)樵瓉?lái)的2倍B.輸電線上降落的電壓將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍C.輸電線上降落的電壓將變?yōu)樵瓉?lái)的1/2D.輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉?lái)的1/2二、高壓交流輸電與直流輸電【思維深化】大型發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)輸出的電壓一般都達(dá)不到遠(yuǎn)距離輸電的要求，遠(yuǎn)距離輸電的具體過(guò)程是怎樣的呢？大型發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)輸出的電壓一般都達(dá)不到遠(yuǎn)距離輸電的要求。因此，在發(fā)電廠（站）內(nèi)，要用變壓器升壓，然后向遠(yuǎn)處送電；到達(dá)目的地后，根據(jù)不同的需求，再用降壓變壓器經(jīng)過(guò)兩三次降壓，最后輸送給用戶(hù)。二、高壓交流輸電遠(yuǎn)距離輸電線路示意圖?P?U、~用戶(hù)U1

I2P1U2U3U4I1P2n1n2n4n3I3I4P3P4發(fā)電廠升壓變壓器降壓變壓器R三、遠(yuǎn)距離輸電電路分析1、發(fā)電回路2、高壓送電回路3、用戶(hù)回路兩個(gè)變壓器，三個(gè)回路1、功率關(guān)系：2、電壓關(guān)系：①升壓變壓器：

P1=P2②降壓變壓器：P3=P4③傳輸過(guò)程：P2=?P+P3①升壓變壓器：②降壓變壓器：③傳輸過(guò)程：U2=?U+U3三、遠(yuǎn)距離輸電電路分析3、電流關(guān)系：③傳輸過(guò)程：I2=I3②降壓變壓器：①升壓變壓器：

4、輸電導(dǎo)線上損耗的功率：三、遠(yuǎn)距離輸電電路分析

電壓之間的關(guān)系是：功率之間的關(guān)系是：電流之間的關(guān)系是：P1=P2，P3=P4，P2=?P+P3三、遠(yuǎn)距離輸電電路分析典型例題針對(duì)訓(xùn)練1.某村通過(guò)水電站發(fā)電對(duì)用戶(hù)供電，輸電線路如圖所示，已知發(fā)電機(jī)的輸出電壓為500V，輸出功率為9kW，用變壓比(原、副線圈匝數(shù)比)為1∶3的理想變壓器升壓后向遠(yuǎn)處送電，輸電導(dǎo)線的總電阻為10Ω，到達(dá)用戶(hù)后再用變壓比(原、副線圈匝數(shù)比)為72∶11的理想變壓器降壓后供給用戶(hù)，求：(1)輸電線上損失的電功率；(2)用戶(hù)得到的電壓和消耗的電功率。

典型例題【例2】發(fā)電機(jī)兩端的電壓為220V，輸出功率為44kW，輸電導(dǎo)線的總電阻為0.2Ω，如果用原、副線圈匝數(shù)比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用原、副線圈匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶(hù)，兩個(gè)變壓器均為理想變壓器。(1)畫(huà)出全過(guò)程的線路示意圖；(2)求用戶(hù)得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送給用戶(hù)，求用戶(hù)得到的電壓和功率。典型例題【針對(duì)訓(xùn)練2】如圖甲為某中小型水力發(fā)電站遠(yuǎn)距離輸送單相交流電示意圖，每根導(dǎo)線電阻為4Ω，遠(yuǎn)距離輸電線的輸送電流為100A，若升壓變壓器的輸入電壓如圖乙所示，輸入功率為960kW，在用戶(hù)端起點(diǎn)接有交流電壓表，求：(1)升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比；(2)設(shè)降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比40∶1，求用戶(hù)端交流電壓表的示數(shù)；(3)若用戶(hù)端全是照明用電，能使多少盞“220V、20W”的節(jié)能燈正常發(fā)光？課外拓展--高壓交流輸電的難題1、交流輸電時(shí)，除輸電線路上的電阻外，電感、電容產(chǎn)生的感抗和容抗也會(huì)造成交流輸電線路上的電能和電壓損失。2、現(xiàn)代供電系統(tǒng)把許多發(fā)電站連成一體，構(gòu)成龐大的交流輸電網(wǎng)，這就要求電網(wǎng)中的各臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)出的交變電流并網(wǎng)時(shí)必須做到同步，即并聯(lián)輸電線中的交變電流必須同時(shí)達(dá)到最大值和最小值，并且交變電流的頻率必須相同。3、隨著供電系統(tǒng)的迅速擴(kuò)大、輸電功率和輸送距離的不斷增加，技術(shù)難題越難克服。高壓直流輸電電網(wǎng)解決辦法？課堂總結(jié)典型例題例3．(2021·江蘇南通市高二開(kāi)學(xué)考試)如圖是某小型電站高壓輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機(jī)的輸出功率為20kW。在輸電線路上接入一個(gè)電流互感器，其原、副線圈的匝數(shù)比為1∶10，電流表的示數(shù)為1A，輸電線的總電阻為10Ω，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.輸電線中電流的有效值為10AB.升壓變壓器的輸出電壓U2＝2kVC.用戶(hù)獲得的功率為19kWD.將P下移，用戶(hù)獲得的電壓將增大典型例題例4.在如圖所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變。開(kāi)關(guān)S閉合后與閉合前相比，下列說(shuō)法中