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1、3.1高压输电原理学 习 目 标知 识 脉 络1.了解远距离输电线上的损失与哪些因素有关.2.知道交流输配电网的设计.3.掌握输电线上的功率损失和电压损失的计算.(重点)4.掌握高压输电原理及减少输电线上功率损失的方法.(难点)远 距 离 输 电 为 什 么 要 用 高 电 压1.电能损耗的根本原因输电线有电阻，输电线的电阻把电能转化为内能而损失掉.2.减少损耗的途径(1)可以增大导线横截面积以减小输电电阻.(2)采用升高输电电压的方法，以减小输电电流从而减小电能损耗.3.高压输电的原理由输电线上损耗的电功率公式P损可知，提高输送电能的电压，可以更有效的减小输电线路上的电能损失.1.采用高压输
2、电可以节省电线材料，减少输电线上能量损耗.()2.采用高压输电，可减少电能损耗，因而电压越高越好.()3.在电能的输送过程中，U为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流I.()1.减小输电电流，提高输电电压是否与欧姆定律相矛盾？【提示】不矛盾.欧姆定律I是对纯电阻元件成立的定律，当电阻恒定时，增大U则I随之增大.而“提高电压、减小电流”是从输电角度，当P恒定时，由PUI得出的结论，两者没有必然联系.2.减小输电电阻，可以减少电能损耗，是否导线越粗越好？【提示】不是.用增大导线横截面积的方法，可以减小电阻，但是导线过粗会耗材太多，同时导线太重，会给架设输电线带来很大困难.在由发电厂向工厂和生活
3、区输电时，输电损失在所难免.探讨1：输电线上电压损失和功率损失的主要原因是什么？【提示】输电线上电流I，输电线电阻R，则电压损失为UIR；发热功率为PI2R，这些电能以电热的形式损失掉了.探讨2：有哪些方法可以减小电压损失和功率损失？【提示】一般采用提高电压和减小电阻的方法来减小电压损失和功率损失.1.电压损失：由于输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压U3比起始端电压要低.这就是输电线路上的电压损失UU2U3IR线.对于交流电路，感抗和容抗也会造成电压损失，高中阶段暂不研究.2.功率损失：由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电
4、热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因.设输电电流为I，输电线的电阻为R线，则功率损失为PI2R线.图3113.减小输电线路上电压损失和功率损失的方法：根据电压损失的表达式UIR线和功率损失PI2R线可知，要减少输电线上的电压损失和功率损失，有两种方法：(1)减小输电线的电阻R线：根据电阻定律可知R线，要减小输电线的电阻R线，可采用下述方法：减小材料的电阻率 .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材料.减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.增加导线的横截面积.可适当增大横截面积，太粗不可能，既不经济又架设困难.另外，用增大输电导线横截面积的方法来减小电阻
5、.对低压照明电路有效，在高压线路中，因容抗和感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大.故这种方法在高压输电中的应用效果不佳.(2)减小输电电流：在输电功率一定的条件下.根据PUI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U.在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，根据UIR线R线知，输电线上的电压损失将变为原来的，根据PR线知，输电线上的功率损失将降为原来的.所以减小输电电流，采用高压输电的方法比减小输电线电阻的方法更有效.1.(多选)远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑电抗产生的损失)()A.
6、功率损失是原来的B.功率损失是原来的C.电压损失是原来的D.电压损失是原来的n倍【解析】设输电电压为U，所输送的功率为P，输电线路总电阻为R，则输电电流I，线路的功率损失PI2R，可知P，当输电电压U升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的，故选项B正确；线路上的电压损失UIR，可知U，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的，故选项C正确.【答案】BC2.某用电器离供电电源的距离为l，线路上的电流为I.若要求线路上的电压降不超过U.已知输电导线的电阻率为，那么该输电导线的横截面积的最小值是()A.B.I2C.D.【解析】因为导线的总长度为2l，所以电压降UIRI解得S.正确选项为C.【
7、答案】C3.某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法中正确的是()A.输电线上输送的电流大小为2.0105AB.输电线上由电阻造成的电压损失为15 kVC.若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kWD.输电线上损失的功率为P，U为输电电压，r为输电线的电阻【解析】输电线上输送的电流为I6 000 A，选项A错误；输电线上由电阻造成的电压损失为U损IR线6 0002.5 V1.5104 V，选项B正确；若输电电压为5 kV，则输电线上损失的功率不可能大于输电总功率3106 kW，选项C错误
8、；P中，U应当为输电线上损失的电压，选项D错误.【答案】B计算P损时的电压求线损功率一般用P损I2R线，可以先用UIR线，再用P损，求解损失功率.常见错误有用P损求损失功率.交 流 输 配 电 网1.电能输送的系统性高压输电有效地解决了电能在输电线路上的损耗问题，但也不是电压越高越好，电压越高，对输电线路及其有关设备的绝缘性能要求越高，会受到更多因素的影响.2.输电线路的构成建造电能输配电网是为了确保电能的输送经济、可靠，发电机发出的交变电流先送到升压变电站，将电压升高到220 kV以上，进行高压送电；在用电区，先由第一级变电站将电压降到110 kV，再送到第二级变电站，将电压降到10 kV送
9、到用电区.对普通生活用电，则要用降压变压器进一步降到220 V.1.高压输电时，电压提高到n倍，电能损耗减小到原来的倍.()2.远距离输电是应用了提高电压和减小电阻两个方面来实现的.()3.高压输电中的高电压，到用户那里可以直接应用.()1.电能从发电厂输送到用户经历了哪几个主要步骤？【提示】2.在用电高峰期，家中的白炽灯是否会变暗？【提示】是.用电高峰期到用户家中的输电线电流I较大，输电线上损失的电压UIR较大，用户得到的电压UU变低，达不到额定电压，因此白炽灯灯光较暗.发电厂的发电机的输出电压一般不太高，为了减少输电损失还要采用高压输电，而用户或工厂又需要220 V或380 V的低电压.探
10、讨1：一般远距离输电电压要经历几次变化？【提示】发电厂升压后进行高压输电，再经过二次变电站降压送至用电区，最后再降压到220 V送至用户.探讨2：要使生活区中家用电器正常工作，对生活区中变压器的输电电压有什么要求？【提示】应高于220 V.发电机将机械能转化为电能，并通过导线将电能输送给负载.发电机的电能向用户输送时，为了减少在输电线上电能的损失应采用高压输电，此类问题要构建远距离高压输电的模型，抓住能量守恒这条线索，是解决发电输电用电类问题的关键.4.为了减少火电站中煤的燃烧对大气的污染，要大力发展水电站.三峡水利工程中某一水力发电站的发电机组设计为：水以v13 m/s的速度流入水轮机后以v
11、21 m/s的速度流出，流出水位比流入水位低10 m，水流量Q10 m3/s，水轮机效率为75%，发电机效率为80%，试求发电机组的输出电功率是多少？【解析】水轮机在时间t内获得的机械能E75% J75% J75% J78104t J.则发电机输出电能E电E80%624103t J，发电机的输出功率P0 kW624 kW.【答案】624 kW5.某小河水流量为4 m3/s，水流下落的高度为5 m.现在利用它来发电，设所用发电机的总效率为50%，g取9.8 m/s2，求：(1)发电机的输出功率；(2)若输电导线的总电阻为4 ，输电导线上损失的电功率为发电机输出功率的5%，则需用多大的电压输送电能
12、；(3)输电导线上的电压损失.【解析】(1)水由高处流下，重力势能转化为动能，推动水轮机做功，设水的流量为Q，则发电机的输入功率为P1Qgh所以输出功率为P2P1Qgh50%1.010349.85 W9.8104 W.(2)设输电电压为U，输电线上的电流为I，电阻为R，损失的电功率为P3，由P3I2R得IA35 A由P2IU得输电电压U V2.8103 V.(3)输电导线上损失的电压为UIR354 V140 V.【答案】(1)9.8104 W(2)2.8103 V (3)140 V解决此类问题需要把握三点1.明确发电机的能量转化关系.2.明确输电电压和导线损失的功率.3.注意区分输电电压和输电
13、导线上损失的电压以及它们的应用.学业分层测评(十)(建议用时：45分钟)学业达标1.照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的.可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为用电高峰时 ()A.总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，每盏灯两端的电压较低B.总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小C.总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大D.总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，每盏灯两端的电压较高【解析】在晚上七、八点钟时，电路上并联的灯较多，则根据并联电路的特点可知，此时总电阻比深夜时小，再由欧姆定律可知，供电线路上的电流大，输
14、电线上损失的电压U损IR增大，每盏灯两端的电压也就较低，只有C项正确.【答案】C2.远距离输电时，在输送电功率不变的条件下()A.只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率B.提高输电电压，能减小电流，提高输电效率C.提高输电电压势必增大输电导线上能量损耗D.提高输电电压势必增大输电导线上的电流【解析】在输出功率一定时，由PUI知，当U增大时，I减小，输电导线损耗的功率P损I2R将变小.【答案】B3.电学中的库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律(有关感应电动势大小的规律)、安培定律(磁场对电流作用的规律)都是一些重要的规律.如图为远距离输电系统的示意图(设用户的电器是电动机)，下列选项中正确的是()图312A.发电机能发电的主要原理是库仑定律 变压器能变压的主要原理是欧姆定律电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律B.发电机能发电的主要原理是安培定律变压器能变压的主要原理是欧姆定律电动机通电后能转动起来的主要原理是库仑定律C.发电机能发电的主要原理是欧姆定律变压器能变压的主要原理是库仑定律电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律D.发电机能发电的主要原理是法拉第电磁感应定律变压器能变压的主要原理是法拉第电磁感应定律电动机通电后能转动起来的主要原理是安培定律【解析】发电机主要是将其他形式能转化为电能的设备，应用法拉第电磁感应定律原理；
