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1、3.1 3.1 高压输电原理高压输电原理第第3 3章章 电能的输送与变压器电能的输送与变压器1.1.知道知道“便于远距离输送便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。是电能的优点，知道输电过程。 3.3.了解电网供电的优点和意义。了解电网供电的优点和意义。 4.4.介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。 2.2.找出影响远距离输电电能损耗的因素，知道降低输电损耗找出影响远距离输电电能损耗的因素，知道降低输电损耗的两个途径。的两个途径。 三峡水电站三峡水电站你知道大型发电厂一般会建在哪些地方吗？你知道大型发电厂一般会建在哪些地方
2、吗？用户用户大型发电厂发出的电能一般都要经过远距离输送，才能供用大型发电厂发出的电能一般都要经过远距离输送，才能供用户使用。目前，电力系统主要采用高电压输送电能，那么为户使用。目前，电力系统主要采用高电压输送电能，那么为什么要用高电压来输送电能呢？什么要用高电压来输送电能呢？需要电能的地方分布很广，而电站相对来说比较集中，因此需要电能的地方分布很广，而电站相对来说比较集中，因此要把电站的电能向外输送，有的需要输送到远方，这就涉及要把电站的电能向外输送，有的需要输送到远方，这就涉及电能的输送问题电能的输送问题远距离输送电能为什么要用高电压来输送？远距离输送电能为什么要用高电压来输送？电电站站用户
3、R用用户户从下列演示实验中发现什么问题？从下列演示实验中发现什么问题？电站往远处送电电站往远处送电想一想想一想1.1.为什么输电线上有电能损失？为什么输电线上有电能损失？当电流通过输电线时，产生热量当电流通过输电线时，产生热量Q Q，损失一部分电能，同时，损失一部分电能，同时输电线上有电压降，故也损失一部分电压输电线上有电压降，故也损失一部分电压. .输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短电阻很小输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短电阻很小可忽略，而远距离输电时导线很长，电阻大不能忽略可忽略，而远距离输电时导线很长，电阻大不能忽略 请同学们计算：请同学们计算： 一台一台1.251.2
4、510105 5kWkW的发电机发出的电，若用的发电机发出的电，若用10kV10kV的电压输送，的电压输送，输电线上的电流将有多大？假如两条输电线每千米的电阻输电线上的电流将有多大？假如两条输电线每千米的电阻是是0.10.1，那么电流在，那么电流在1km1km长的两条输电线上将产生多少热长的两条输电线上将产生多少热功率？若以这种方式将电能输送功率？若以这种方式将电能输送5km5km的距离，输电线上损耗的距离，输电线上损耗的功率占发电机输出功率的百分比是多少？的功率占发电机输出功率的百分比是多少？分析：分析：在初中物理中我们已经学过电功率的公式在初中物理中我们已经学过电功率的公式P=UIP=UI
5、，案例一：案例一： 据此：由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的据此：由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流为电流为这样大的电流，经过这样大的电流，经过1km1km的输电线（电阻为的输电线（电阻为0.10.1）上，产）上，产生的热功率为生的热功率为在在5km5km的距离上，输电线的电阻的距离上，输电线的电阻R=0.5R=0.5产生的热功率产生的热功率也就是说，在输送也就是说，在输送5km5km距离时，就有距离时，就有64%64%的电能被导线上的电的电能被导线上的电阻损耗了阻损耗了由此可见，远距离输电时，必须设法减小输电线上的电能损由此可见，远距离输电时，必须设法减小输电线上的电
6、能损耗耗如何减小输电线上的电阻如何减小输电线上的电阻? ?2.2.如何减少电能损耗？如何减少电能损耗？（1)1)减少导线电阻，由电阻定律知减少导线电阻，由电阻定律知由于电能损耗的根本原因是输电线上有电阻，所以可以通过由于电能损耗的根本原因是输电线上有电阻，所以可以通过减小输电线上的电阻来降低损耗减小输电线上的电阻来降低损耗减小输电线的电阻率：减小输电线的电阻率： 铁的电阻率铁的电阻率: : 铁铁1.01.01010-7-7（m m） 铝的电阻率铝的电阻率: : 铝铝2.92.91010-8-8（m m） 铜的电阻率铜的电阻率: : 铜铜1.71.71010-8-8（m m） 银的电阻率银的电阻
7、率: : 银银1.61.61010-8-8（m m）减小材料的电阻率减小材料的电阻率.银的电阻率最小，但价格昂贵，目银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线前选用电阻率较小的铜或铝作输电线. .减小输电线的长度减小输电线的长度L L不可行，因为要保证输电距离不可行，因为要保证输电距离. .适当增加导线的横截面积，太粗不可能，既不经济又架适当增加导线的横截面积，太粗不可能，既不经济又架设困难。设困难。请同学们计算：请同学们计算： 要求：输电线上损失的电能不超出输送电能的要求：输电线上损失的电能不超出输送电能的1010输送的电功率仍为：输送的电功率仍为：P P1.251.25
8、10105 5 kW kW输电电压仍为：输电电压仍为：U U10kV,10kV,输送距离仍为输送距离仍为5 km5 km由由 可得可得5 km5 km电阻应为电阻应为输电线上可损耗的电能为输电线上可损耗的电能为P P损损1.251.2510104 4 kW kW由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流仍由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流仍为为即输电线的电阻应为原来的即输电线的电阻应为原来的6.256.25分之一，横截面积为原来分之一，横截面积为原来的的6.256.25倍，其直径应为原来的倍，其直径应为原来的2.52.5倍倍由由 可知：当输送的功率一定时，采用升高输电电压的
9、可知：当输送的功率一定时，采用升高输电电压的方法，就可以减小输送电流，同样可以减小电能的损耗。方法，就可以减小输送电流，同样可以减小电能的损耗。设电源提供的电功率为设电源提供的电功率为P P0 0恒定，输出电压恒定，输出电压U U可调，连接负载的可调，连接负载的输电线总电阻是输电线总电阻是R R，那么，输电线上损耗的电能与哪些因素，那么，输电线上损耗的电能与哪些因素有关呢？有关呢？输电线上损耗的电功率为输电线上损耗的电功率为而而由此可得输电线上损耗的电功率由此可得输电线上损耗的电功率由上式讨论：由上式讨论：1.1.输电线上的电能损耗与哪些因素有关？输电线上的电能损耗与哪些因素有关？2.2.为减
10、小输电线上的电能损耗，采用怎样的办法最为有效？为减小输电线上的电能损耗，采用怎样的办法最为有效？理论计算表明：提高输送电能的电压，可以更有效地减小输理论计算表明：提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的电能损耗，这就是远距离输电采用高电压的根本电线路上的电能损耗，这就是远距离输电采用高电压的根本原因原因请同学们计算：请同学们计算： 案例一中，如果采用案例一中，如果采用500kV500kV的超高压输电，那么，电流在的超高压输电，那么，电流在5km5km的距离上将产生多少热功率？输电距离为的距离上将产生多少热功率？输电距离为500km500km时，输电线时，输电线路上产生的热功率占发电机输
11、出功率的百分比是多少？路上产生的热功率占发电机输出功率的百分比是多少？案例二案例二: :你找到了减小输电线上的电能损耗的方法了吗？你找到了减小输电线上的电能损耗的方法了吗？请自己对案例二进行分析，解出答案请自己对案例二进行分析，解出答案 采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有效、最经采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有效、最经济的措施济的措施. .在输送功率在输送功率P P一定，输电线电阻一定，输电线电阻R R一定的条件下，一定的条件下，输电电压提高到原来的输电电压提高到原来的n n倍，输电线上的功率损失降为原来倍，输电线上的功率损失降为原来的的1/n1/n2 2倍倍. .电能通过输电线
12、就可以输送到远方相对于煤炭、石油等电能通过输电线就可以输送到远方相对于煤炭、石油等能源的输送需要大量的交通运载工具来说，这是它突出的能源的输送需要大量的交通运载工具来说，这是它突出的优点优点是不是输电电压越高越好？是不是输电电压越高越好？1.1.电能便于远距离输送电能便于远距离输送2.2.输送电能的基本要求：可靠、保质、经济输送电能的基本要求：可靠、保质、经济交流输配电网交流输配电网采用高压输送电能有效地解决了电能在输电线路上损耗的采用高压输送电能有效地解决了电能在输电线路上损耗的问题，但也不是电压越高越好。问题，但也不是电压越高越好。当电能输送到用电区时，为保证安全用电，还要把电当电能输送到
13、用电区时，为保证安全用电，还要把电压降低后才能供用户使用。压降低后才能供用户使用。 电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压方法。输电电压方法。这是因为：电压越高，对输电线路及其有关设备的绝缘性这是因为：电压越高，对输电线路及其有关设备的绝缘性能要求也越高，而且这些材料和设备的绝缘性能也会受到能要求也越高，而且这些材料和设
14、备的绝缘性能也会受到更多因素的影响。更多因素的影响。发电站升压变压器高压输电降压变压器用户交流高压输电的基本环节交流高压输电的基本环节1.1.输送功率为输送功率为100kW100kW以下，距离为几百米以内，一般采用以下，距离为几百米以内，一般采用220V220V的电压送电的电压送电. .这就是通常用的这就是通常用的低压线路低压线路. .2.2.输送功率为几千输送功率为几千kWkW到几万到几万kWkW，距离为几十，距离为几十kmkm到上百到上百km, km, 一般采用一般采用35kV35kV或或110kV110kV的电压送电的电压送电. .这就是所谓这就是所谓高压输电高压输电。3.3.如果输送功
15、率为如果输送功率为1010万万kWkW以上，距离为几百以上，距离为几百kmkm，就必须采，就必须采用用220kV 220kV 甚至更高的电压送电甚至更高的电压送电. .这就是所谓这就是所谓超高压输电。超高压输电。 目前我国远距离送电采用的电压有目前我国远距离送电采用的电压有110kV110kV、220kV 220kV 和和330kV, 330kV, 在少数地区已开始采用在少数地区已开始采用500kV500kV的超高压送电。目前世的超高压送电。目前世界上正在试验的最高输电电压是界上正在试验的最高输电电压是1150kV1150kV电能输送是一个系统工程。为了确保电能的输送经济、电能输送是一个系统工
16、程。为了确保电能的输送经济、可靠，人们设计建造了电能输配电网。发电机发出的交可靠，人们设计建造了电能输配电网。发电机发出的交变电流先送到升压变电站，将电压升高到变电流先送到升压变电站，将电压升高到220kV220kV以上，以上，由高压输电线向远处输送。在用电区，先由第一级变电由高压输电线向远处输送。在用电区，先由第一级变电站将电压降到站将电压降到110kV110kV，再输送到第二级变电站，将电压，再输送到第二级变电站，将电压降到降到10kV10kV，送到用电区。如果用电区使用的是普通照明，送到用电区。如果用电区使用的是普通照明等生活用电，则还要用变压器进一步将电压降到等生活用电，则还要用变压器
17、进一步将电压降到220V220V 采用电网供电的优点：采用电网供电的优点： 可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。电质量。20082008年初湖南电网遭遇年初湖南电网遭遇5050年来最严重冰灾年来最严重冰灾 1.1.输送输送10kW10kW的电功率，采用的电功率，采用400V400V的电压输电，输电线的总的电压输电，输电线的总电阻为电阻为1010，
18、求（，求（1 1）输电线中的电流？输电线中损失的电）输电线中的电流？输电线中损失的电压是多少？用户得到的电压是多少？（压是多少？用户得到的电压是多少？（2 2）输电线损失的功）输电线损失的功率是多少？用户得到的功率是多少？（率是多少？用户得到的功率是多少？（3 3）如果采用）如果采用4000V4000V电压输电，输电线损失的功率是多少？电压输电，输电线损失的功率是多少？ （1 1）25A 250V 150V25A 250V 150V（2 2）6250W 3750W6250W 3750W（3 3） 62.50W62.50W 2.2.某交流发电机输出功率为某交流发电机输出功率为P=5P=51010
19、5 5 W W，输出电压为，输出电压为U=U=1.01.010103 3 V V，假如输电线的总电阻，假如输电线的总电阻R=10R=10，在输电线上损，在输电线上损失的电功率等于输电功率的失的电功率等于输电功率的5%5%，用户使用电压，用户使用电压U=380 V.U=380 V.（1 1）画出输电线路的示意图（标明各部分的符号）画出输电线路的示意图（标明各部分的符号）（2 2）求出合适的输送电压）求出合适的输送电压（2 2）1.01.010104 4 V V（1 1）图略）图略3.3.远距离输送交变电流都采用高压输电，我国西北电网正远距离输送交变电流都采用高压输电，我国西北电网正在建设在建设7
20、50kV750kV线路。采用高压输电的优点是（线路。采用高压输电的优点是（ ）A.A.可节省输电线的铜材料可节省输电线的铜材料B.B.可根据需要调节交流电的频率可根据需要调节交流电的频率C.C.可减少输电线上的能量损耗可减少输电线上的能量损耗D.D.可加快输电的速度可加快输电的速度A A、C C 解析：解析：远距离输电过程中，由于电流的热效应，输电线上远距离输电过程中，由于电流的热效应，输电线上发生热损耗，根据焦耳定律，损耗功率发生热损耗，根据焦耳定律，损耗功率P P损损=I=I2 2R=R=（P/U)P/U)2 2R R，式中式中P P为输电功率，为输电功率，U U为输电电压，为输电电压，R
21、 R为输电线电阻，在为输电线电阻，在P P、R R不变时，不变时，P P损损(1/U)(1/U)2 2，所以采用高压输电可减少输电线上，所以采用高压输电可减少输电线上的能量损耗。当的能量损耗。当P P损损、P P不变时，不变时，RURU2 2，又，又R= R= ，联立得，联立得输电线横截面积输电线横截面积S .S .采用高压输电，在损耗功率不变采用高压输电，在损耗功率不变的情况下可使输电线横截面积大大减小而节省输电线铜材的情况下可使输电线横截面积大大减小而节省输电线铜材料料. .选项选项A A、C C正确正确点评：点评：在远距离输送电能计算线路功率损耗时常用关系式在远距离输送电能计算线路功率损
22、耗时常用关系式P P损损=I=I线线2 2R R线线计算计算. .其原因是其原因是I I线线较易求出：较易求出：I I线线=P=P送送/U/U送送，而，而P P送送=I=I送送U U送送或或P P损损=U=U线线2 2/R/R线线则不常用，其原因是在一般条件下，则不常用，其原因是在一般条件下，U U线线不易求出，且易把不易求出，且易把U U线线和和U U送送相混淆而造成错误。相混淆而造成错误。v 输输电电导导线线上上功功率率损损失失 P PI I2 2R R ，电电压压损损失失 U UIRIR. .v 提提高高输输电电电电压压是是减减小小功功率率损损失失和和电电压压损损失失的的有有效效途径途径主宰世界的有三要素，那就是智慧、光辉和力量。歌德
