高中物理第3章电能的输送与变压器1高压输电原理-27张 27页

第 3 章　电能的输送与变压器 3.1 　高压输电原理 一、远距离输电为什么要用高压 1. 电能损失的原因 : 输电导线有 _____, 当输电线上有电 流通过时 , 由于电流的 _______ 会引起电能的损失。 2. 减少电能损失的途径 : 远距离输电时 , 若输电线中的 电流为 I, 输电线的总电阻为 R, 则输电线上的电能损失 P 损 =___, 由该式可知 , 要减少输电线上的电能损失有两 条可能的途径。 电阻 热效应 I 2 R (1) 减小输电线的 _____: 在输电距离一定的情况下 , 为 了减小 _____, 应当选用 _________ 、横截面积大的金属 导线。 (2) 减小输电导线中的 _____: 通过提高输电电压 , 可减 小输电电流。 电阻 电阻 电阻率小 电流 3. 高压输电的原理 : (1) 定量表述 : 设电源提供的电功率 P 0 恒定 , 输出电压为 U, 输电线总电阻为 R, 则输电线上损耗的电能为 P 损 =I 2 R =_____ 。 (2) 定性分析 : 由上 式可知 , 提高输送电能的 _____, 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 电需采用 _______ 的根本原因。 电压 高电压 【 思考辨析 】 (1) 输电线上电功率的损失 , 与输电线的电阻成正比 , 与 输电电流的平方成正比。 ( 　　 ) (2) 减小输电损失可通过减小输电线的电阻和降低输电 电流来实现。 ( 　　 ) (3) 由 P= 可知 , 输电电压越小 , 输电线上的损失就越 小。 ( 　　 ) 提示 : (1)√ 。由 P=I 2 r 可知 , 输电线上电功率的损失 , 与输电线的电阻成正比 , 与输电电流的平方成正比。 (2)√ 。由 P=I 2 r 可知 , 减小输电损失可通过减小输电线的电阻和降低输电电流来实现。 (3)× 。输电电压越小 , 输电电流就越大 , 降落在输电线上的电压也就越大 , 输电线上的损失就越大。 二、交流输配电网 (1) 电网基本组成 : (2) 电能输送的要求是 _____ 、可靠。 (3) 我国的电网输电实行的是 _________ 、分级管理 , 在安全管理方面更严格、更科学。 经济 统一调度 【 生活链接 】 为什么要电网供电 ? 提示 : 电网供电可降低一次能源的运输成本 , 合理地调度电力 , 减小断电的风险 , 调节不同地区的供需平衡 , 保障供电的质量。 输电线上的电压和能量损失 【 典例 】 ( 多选 ) 如图为远距离高压输电的示意图。关于远距离输电 , 下列表述正确的是 ( 　　 ) A. 增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B. 高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗的 C. 在输送电压一定时 , 输送的电功率越大 , 输电过程中的电能损失越小 D. 高压输电必须综合考虑各种因素 , 不一定是电压越高越好 【 解析 】 选 A 、 B 、 D 。电路中的功率损耗 ΔP=I 2 R 线 , 而 R 线 =ρ , 增大输电线的横截面积 , 可减小输电线的电阻 , 则能够减小输电线上的功率损耗 ,A 项正确 ; 由 P=UI 来看 , 在输送功率一定的情况下 , 输送电压 U 越大 , 则输电电流 越小 , 则功率损耗越小 ,B 项正确 ; 若输电电压一定 , 输送 功率越大 , 则电流 I 越大 , 电路中损耗的电功率越大 ,C 项 错误 ; 输电电压并不是电压越高越好 , 因为电压越高 , 对 于安全和技术的要求越高 ,D 项正确。 【 核心归纳 】 1. 输电线上的电压损失 : (1) 电压损失 : 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比起始端电压要低 , 这就是输电线上的电压损失。 (2) 减少输电线路电压损失的两种方法。 ①减小输电线路电阻 : 由 R=ρ 可知 , 距离一定时 , 使 用电阻率小的材料 , 增大导线横截面积可减小电阻。 ②减小输电电流 : 由 I= 可知 , 当输送功率一定时 , 升 高电压可以减小电流。 2. 输电线上的电功率损失 : (1) 电功率损失。 ①原因 : 任何输电导线都有电阻 , 因此当电流通过输电导线向远方输送时 , 输电线因有电阻而发热。 ②功率损失的计算 :ΔP=I 2 R,I 为输电线路上的电流 , R 为线路电阻。 (2) 减少功率损失的方法。 ①减小输电线的电阻 R: 根据 R=ρ , 减小电阻率 ρ, 目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料 ; 增大导线的横截面积 S, 这要多耗费金属材料 , 增加成本 , 同时给输电线的架设带来很大的困难。 ② 减小输电电流 I: 根据 I= , 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 P 损 =( ) 2 R 知 , 输电线上的功率损耗将降为原来的 。 【 过关训练 】 1. 远距离输送交变电流都采用高压输电 , 我国正在研究用比 330 kV 高得多的电压进行输电 , 采用高压输电的优点是 ( 　　 ) A. 可提高用户端电压 B. 可根据需要调节交流电的频率 C. 可减少输电线上的能量损失 D. 可加快输电的速度 【 解析 】 选 C 。不论使用多高的电压输电 , 我国用户端得到的电压均是一定的 , 如家庭电路电压为 220 V,A 错误 ; 输电电压的高低不改变交流电的频率以及输电的速度 ,B 、 D 均错误 ; 在输电的过程中输送的功率一定 , 根据 P=UI 知输送电压越高 , 输送电流越小 , 又根据 P 损 =I 2 R 可知 , 可减少输电线上的能量损失 ,C 正确 , 故选 C 。 2.( 多选 ) 在远距离输电时 , 输送的电功率为 P, 输电电压为 U, 所用导线电阻率为 ρ, 横截面积为 S, 输电导线的长度之和为 L, 若导线上消耗的电功率为 P 1 , 用户得到的电功率为 P 2 , 则下列关系式中正确的是 ( 　　 ) A.P 1 = 　　　　　　　　 B.P 1 = C.P 2 =P- D.P 2 =P- 【 解析 】 选 B 、 D 。输电线电阻 R=ρ , 输出电流 I= , 故输电线上损失的电功率为 P 1 =I 2 R= ; 用户得到的 电功率为 P 2 =P-P 1 =P- , 故 B 、 D 正确 ,A 、 C 错误。 【 补偿训练 】 　　 输电导线的电阻为 R, 输送电功率为 P 。现分别用 U 1 和 U 2 两种电压来输电 , 则两次输电线上损失的功率之 比为 ( 　　 ) A.U 1 ∶U 2 　　 B. ∶ 　　 C. ∶ 　　 D.U 2 ∶U 1 【 解析 】 选 C 。由 P=UI,P 损 =I 2 R 可得 P 损 = , 所以输电 线上损失的功率与输送电压的二次方成反比 ,C 项正确。 【 拓展例题 】 考查内容 : 输电电压和输电线上的损失 【 典例 】 输电线的电阻共计 1.0 Ω, 输送的电功率是 100 kW, 用 400 V 的低压输电 , 输电线上发热损失的功率是多少 ? 改用 10 kV 的高压输电 , 输电线上的功率损失又为多少 ? 【 正确解答 】 由 P=UI 知 , 输电线的电流 I= , 式中 P 是输送的电功率 ,U 是输电电压。 当用 400 V 的低压输电时 , 输电线上发热损失的功率 P 1 = R=( ) 2 R=( ) 2 ×1.0 W=6.25×10 4 W, 当用 10 kV 的高压输电时 , 输电线上发热损失的功率 P 2 = R= ( ) 2 R=( ) 2 ×1.0 W=1.0×10 2 W 答案 : 6.25×10 4 W 　 1.0×10 2 W