电能的输送

电能的输送

新知识课3月4日

教学目标：

知识与技能：

（1）知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。

（2）知道什么是输电线上的功率损失和如何减少功率损失。

（3）知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失。

（4）理解远距离输电要用高压。

过程与方法：

培养学生阅读、分析、综合和应用能力。

情感、态度与价值观：

（1）培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。

（2）介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。

教学重点：找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少P与U损失。

教学难点：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU.

教学过程：

新课导入：

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，有的需要输送到很远的地方，这就涉及电能的输送问题。用导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了，这是电能的一个突出优点。那么，电能在输送过程中要注意哪些问题呢？新课教学：

输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。

可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障。

保质，就是保证电能的质量——电压和频率稳定。

经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。

我们重点讨论怎样减少输电过程中的电能损失。

（一）输电线的功率损失：

1、任何输电线都有电阻，存在功率损失。

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热而损失掉了。这是输

设输电电流为I ，输电线电阻为R ，则输电线上的功率损失为：R I P ⋅=∆2

设输送的电功率为P ，输电电压为U ，输电线的总长度为l ，横截面积为S ，电阻率为ρ，则输电电流为U

P I =

。输电一电阻为S l R ρ

=。 输电线上的功率损失可表示为S

l U

P P ρ

⋅=∆2

)(。

2、减少功率损失的方法： （1）减少输电线的 R ：

①减小输电线长度l ：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小l 来减小R 。 ②减小电阻率ρ：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。

③增大导线的横截面积S ：这要多耗费金属材料，增加成本；同时输电线太重也会给架设 工作带来很大的困难。

实际上，有时即使把横截面积增大到什么惊人甚至做不到的程度，也不能把功率损失降低到要求的范围以内。我们可计算一下，把功率为200kW 的电能用铝导线输送到10km 以外的地方，要使功率损失为输送功率的10%，用110V 的电压输电，导线的横截面积大约需要96000mm 2

，显然太粗。 （2）减小输电电流：U

P I =

①减小输送功率P ：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。

②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，输电线上的功率损失降为原来的1/n 2倍。

采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施。

在上面的例子中，如果其他条件不变，把输电电压提高100倍，即用11kV 的电压输电， 导线的横截面积大约只需9.6 mm 2

。 （二）输电线的电压损失：

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，致使输电线路末端的电压U ’比起始端电压U 要低。这个差值'U U U -=∆为输电线的电压损失。

1、电压损失U ∆：输电线路始端电压U 跟末端电压U ′的差值，称为输电线路上的电压

损失，U U U '-=∆；

2、造成电压损失的因素：

（1）输电线电阻造成电压损失IR

∆。

U=

（2）输电线的感抗和容抗造成的电压损失。交流通过输电导线时，由于自感电动势阻碍电流的变化，会产生感抗。导线架在空中，和大地这一导体之间构成电容器，存在容抗。

高中阶段计算时只考虑输电线电阻所造成的电压损失。

3、减少输电线上电压损失的方法：

（1）用增大输电导线的截面积来减小电阻，对低压照明电路有效，对高压输电线路效果

不佳。

（2）减小输电电流I：在输送电功率不变的情况下，提高输电电压是有效的措施。

根据以上分析，采用高压输电，以减小输电线上的电流，是减小功率损失和电压损失最有效、最经济的措施。

当时输电电压也不是越高越好，电压越高，对输电线绝缘的要求越高，线路修建费用就会增多。输电电压越高，变压器上的电压也越高，对变压器的要求也相应提高。实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近技术和经济要求等，依照不同情况选择适合的输电电压。

如果输送功率比较大，输电距离比较远，就要采用较高的电压输电。电压低了，势必要加大导线的横截面积。如果输送功率不太大，距离也不太长，就不必要用太高的电压输电。电压高了反而增加花在绝缘上的费用，而且导线因机械强度的限制又不能太细。

目前我国远距离送电采用的电压有110kV、220kV和330kV，输电干线已经采用500 kV的超高压、西北电网的电压甚至达到750 kV。

（三）电网供电：

一般发电机组输出的电压在十千伏上下，不符合远距离送电的要求。因此，要在发电站内用升压变压器升压后再向远距离送电。到了用电区，先在“一次高压变电站”降到100kV左右，在更接近用户的地点再由“二次变电站”降到十千伏左右。然后，一部分电能送往需要高电压的工厂，另一部分送到低压变电站降到220V/380V，送给一般用户。

发电厂→升压变压器→高压输电→降压变压器→用户

现在采用的输电方式是通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络，这就是电网。

采用电网送电，可以在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本， 获得最大的经济效益。电网可以减少断电的风险，调节不同地区电力供需的平衡，保证供电的质量。使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，这就使得电气化社会的主要能源——电力的供应更加可靠，质量更高。 我国远距离高压输电的原理如下图所示：

设发电机的输出功率为P ，则功率损失为：R I P 22=∆ 用户得到的功率为P P P ∆-=用

电压损失为R I U 2=∆，则U U U ∆-=23 例1、

在电能输送过程中，若输送电功率一定，则在输电线上的功率损失（ ACD ） A 、随输电线电阻的增大而增大 B 、与输送电压的平方成正比

C 、与输电线上电压损失的平方成正比

D 、与输电电流的平方成正比

【解析】输电线上的功率损失R I P 2=∆，电压损失U U U '-=∆，输电电流I=P/U ，所以

R U

P R

U R I P 22

2

)(

=∆=

⋅=∆，可见功率P 一定时，P ∆随R 的增大而增大；P ∆与I 2

成

正比；P ∆与2

U ∆成正比；P ∆与U 2

成反比。 线

R 损

P 损

U