5.5 电能的输送
5.5-电能的输送
第五节 电能的输送
一、输送电能的基本要求是____________、_________________、_________________。
二、降低输电损耗的两个途径
【思考】
假定输电线中的电流是I ，两条导线的总电阻是r 。如图所示，导线中的电阻集中画为一个电阻r 。由于导线具有电阻，用户一方的电压低于电场输送的电压。
⑴功率损失：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能
转化为热能。出现功率损失。
△P= 。
⑵、电压损失：远距离输送电能，线路中电阻R 上消耗部分电压。
△U= 。
你认为用什么样的途径来减少输电损失？
方法一：
方法二：
2、减少功率损失和电压损失的方法：
⑴、
⑵、
3、高压输电网络及各物理量间关系：
⑴、远距离输电线路图：
⑵、常用分析公式： ①、功率关系：
②、电压关系
③、电流关系
1、在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是 （ ）
A ．使输电线粗一些
B ．减短输电线长度
C ．减少通电时间
D ．采用高压输电
2、远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n 倍，则下列说法中正确的是 （ ）
A ．输电线上的电流变为原来的n 倍
B ．输电线上的电压损失变为原来的1/n 2
C ．输电线上的电功率损失变为原来的1/n
D ．若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n 2倍
3、下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是 （ ）
A ．因为热功率P =R
U 2
，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗
U 1 ~ 升压变压器 降压变压器
课件5：5.5电能的输送
b．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，据 P 损＝UP2·R 知，输电线上的功率损耗将降为原来的n12
根据以上分析知，采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。
[特别提醒](1)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，损失功率是输电线上消 耗的功率。
(2)减小输电导线中的__电__流____：为减小输电___电__流___，同时又要保证向用户提供 一定的电功率，就要提高输电___电__压___。
知识点3、电网供电 1．远距离输电基本原理 在发电站内用___升__压___变压器，然后进行远距离输电，在用电区域通过___降__压___变 压器降到所需的电压。
题型2 远距离输电线路的分析应用 例 2 有一台内阻为 1Ω 的发电机，供给一个学校照明用电，如图，升压变压器匝数 比为 1︰4，降压变压器匝数比 4︰1，输电线总电阻 R＝4Ω。全校共 22 个班，每班 有“220V,40W”灯 6 盏，若保证全部电灯正常发光，则： (1)发电机输出功率多大？ (2)发电机电动势多大？ (3)输电的效率是多少？
易错分析：本题易错选项及错误原因分析如下：
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易错选项
错误原因
此处的电压 U 是输送电压，与输电线电阻 R 不对应，将输送 A、C
电压误认为是电压损失
5.5电能的输送
（2）过程与方法
培养学生的阅读和自学能力。 通过例题板演使学生学会规范解题 及解题后的思考。 通过远距离输电原理分析，具体计 算及实验验证的过程，使学生学会分析 解决实际问题的两种基本方法：理论分 析、计算和实验。
（3）情感态度与价值观
通过对我国远距离输电挂图展示，结 合我国行政村村村通电报导及个别违法分 子偷盗电线造成严重后果的现象的介绍， 教育学生爱护公共设施，做一个合格公民。 教育学生节约用电，养成勤俭节约的 好习惯。
减小输电线的R和I。 （3）减小输电线的电流方法——提高输 电电压，P输=ＵＩ。
（4）减小输电线的电阻的方法： ①选用电阻率小的金属作导线材料 ②增大导线的横截面 ③综合：多股绞线——钢芯铝线 （5）高压输电全过程；示意图和有 关计算。 （6）电网供电： 网络化，国际化。经济、可靠、质 量高。
高 考 链 接
解答：（1）5424W
（2）250V
（3）144W
2.发电机的输出电压为220V输出功率为 44kW，每条输电线上的电阻为2Ω （1）若将发电机发出的电不经过变压器， 直接输送给用户，求用户得到的电压和功率分 别是多少？ （2）如果发电站先用变压比为1：10的升压 器将电压升高，经同样的输电线路后再经过 10： 1的变压器变压后输送给用户，那么用户得到的 电压和功率各是多少？
的推导应该是：设输电电压为U，输送的电功
(精品)5.5电能的输送(图文)
可靠、保质（U，f稳定）、经济（能 量损耗少）
二、探究降低输电损耗的途径 1：讨论产生损耗的原因，影响因素有：
Q=I²R线t
输电线上的电流和电阻
P损 I2R线
2：如何降低导线中电能的损耗？ 方案一: 减小输电线中的电阻
R=ρL/S
在输电线长度L一定时，为减小电阻， 应当选用电阻率小，横截面大的导线。
0.6% W=300 W
知识建构
技能建构
乙
【答案】200 V 2×104 W 1∶10 497∶22
知识建构
技能建构
4．(2012·徐州模拟)发电机输出功率为100 kW，输出电压是 250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω， 若输电线路因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求： (1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝 数比； (2)用户得到的电功率是多少？
D．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r
Biblioteka Baidu
为输电线的电阻
解析：输电线上输送的电流为 I 输＝UP输输＝3×50100k6kVW＝6 000 A，A 选项错误。输电线上由电阻造成的损失电压 U 损＝ I 输×R 线＝6 000 A×2.5 Ω＝1.5×104 V，B 选项正确。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 3×106 kW，C 选项错误，ΔP＝Ur2中，U 应当为 输电线上损失的电压，D 选项错误。 答案：B
电能输送习题课
5.5电能的输送习题课
1．发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至学校的输电线电阻为R ，通过导线的电流为I ，学校输入电压为U 2，下列计算输电线损耗的式子中，不正确的是( A )
A ．U 21R
B ．(U 1－U 2)2R
C ．I 2R
D ．I(U 1－U 2)
2．某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P 0，输电电压为U ，输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是( BC )
A ．输电线上的电流I ＝U R
B ．输电线上的电流I ＝P 0U
C ．输电线上损失的功率P ＝(P 0U )2R
D ．输电线上损失的功率P ＝U 2R
3．一台发电机最大输出功率为4 000 kW ，电压为4 000 V ，经变压器T 1升压后向远方输电．输电线路总电阻R ＝1 kΩ.到目的地经变压器T 2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V ,60 W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T 1和T 2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则下列说法错误的是( C )
A ．T 1原、副线圈电流分别为103 A 和20 A
B ．T 2原、副线圈电压分别为1.8×105 V 和220 V
C ．T 1和T 2的变压比分别为1∶50和40∶1
D ．有6×104盏灯泡(220 V ,60 W)正常发光
4．某小型水电站的电能输送示意图如图2所示，发电机的输出电压为200 V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原副线圈匝数分别为n 1、n 2，降压变压器原副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则( AD )
5.5电能的输送
Pr=I2r=202×4=1600(W)
（3）U =U-Ur=220-80=140(V)
用
P用=P-Pr=4400-1600=2800(W)
高压输电
做一做：
从上述分析可知：无论是从减小输电线中的功 率损失还是减小电压损失方面看，在输电过程中都 需要提高电压，减小输电电流，但大型发电机发出 的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达 目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？你能 设计一个高压输电模型吗？
U4=n4U3/n3=96000/192=500V
n= 192
2．关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列 说法正确的是 【 C 】 A．由功率P=U2/R，应降低输电电压，增大 导线电阻 B．由P=IU，应低电压小电流输电 C．由P=I2R，应减小导线电阻或减小输电 电流 D．上述说法均不对
3．用电器电阻值为R距交变电源L，输电线电流为I，电阻 率为ρ ，要求输电线上电压降不超过U．则输电线截面积 B 】 最小值为 【 A．ρ L/R B．2ρ LI/U C．U/ρ LI D．2UL/ρ I
~
R
例3： 学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压 器的匝数比为 4∶1 ，输电线的总电阻为 R=4Ω ，全校 22 个教室，每个教室用“ 220V ， 40W”的灯 6盏，要求所有灯都正常发光，则：⑴发电机的输出功率多大？⑵发电机的电 动势多大？⑶输电线上损耗的电功率多大？输电效率多大？（4）若使用灯数减半并正常 PR´=I´R2R=144/4=36(W) 发光，则发电机的输出功率是否也减半？ P1´=P´4+P´r=2640+36=2676(W) ≠ P1/2
高二物理 5.5 电能的输送
于都中学高二物理 孙芸香
一、电能的输送
为了合理利用资源，发电站要修建在靠近能源 的地方。而用电的地方却分布很广。城市、乡村、 高山、平原……
有的地方离发电站很远，因此需要把电能输送 到远方，即远距离输电。
发
电
长距离输电线路
站
1、电能输送的优点：
① 电能来源广泛。 ② 电能便于输送。 2、输送电能的基本要求：
25A
降压变压器
P损、U损 r
升压变压器
降压变压器
（2）输电线上损失的电压： U损 I2r
带入数据得： 258 200V
P损、U损 r
升压变压器
降百度文库变压器
升压变压器的输出电压：
U2
P2 I2
带入数据得：
100000 25
4000V
P损、U损 r
升压变压器
（3）升压变压器的匝数比：
降压变压器
输电线上的功率损失： P损＝I2r 怎样减少输电的功率损耗呢？
二、降低输电损耗的两个途径 根据功率损失的表达式P损＝I2R线可知，要减少输
电线上的功率损失，有两种方法：
1、减少输电线的电阻
根据电阻定律
R线
ρ
L S
可知：
①减小材料的电阻率ρ，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。
物理课件5.5电能的输送
＝P4
P 机＝P1＝P2＝P 损＋P3＝P 损＋P4
反思总结
(1)用户消耗的功率决定输送功率，即用户和线路总共消耗多少 功率，发电站就输送多少功率，这是能量守恒定律和变压器原理的 体现．
(2)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压 U，损失电压是 指降落在输电线路上的电压 ΔU＝IR.
(3)无论是从减小输电线路上的功率损失，还是从减小电压损失 来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流.
2．降低输电损耗的两个途径 (1)输电线上的功率损失：ΔP＝I2r，I 为输电电流，r 为输电线 的电阻． (2)降低输电损耗的两个途径 ①减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电 阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面 积． ②减小输电线中的电流，为减小输电电流，同时又要保证向用 户提供一定的电功率，就要提高输电电压．
(回路Ⅰ)
(回路Ⅱ)
(回路Ⅲ)
2wenku.baidu.com高压输电过程的几个电压的区别
(1)输送电压：输电线始端电压，如图中的 U2. (2)用户电压：最终用户得到电压，如图中的 U4. (3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值即 ΔU＝U2－ U3＝I2R.
第五章 第5节 电能的输送
进行计算．
【例 1】某小型水电站，水以 3 m/s 的速度流入水轮机， 而以 1 m/s 的速度流出．流出水位比流入水位低 1.6 m ，水流 量为 2 m3/s.如果水流能量的 75% 供给发电机，求： (1) 若发电机效率为 80%，则发电机的输出功率为多大？ (2)发电机的输出电压为 240 V，输电线路的电阻为 19.2 Ω， 许可损耗功率为 2%，用户所需电压为 220 V，则所用升压变压 器和降压变压器的原、副线圈匝数的比各是多少？
U2 解：(1)由损耗功率公式 ΔP＝ ，有 R 380 V2 ΔP＝ 6 Ω ＝2.407×104 W. (2)设用户端的电压为 U2，由于 U1∶U2＝n1∶n2＝22∶1， U1 5 000 V 所以 U2＝22 ＝ 22 ＝227 V.
【触类旁通】
3．交流发电机向理想变压器提供 u＝220 2sin 100πt V 的 交变电压，升压变压器原、副线圈匝数之比为 1∶10，远距离 输电导线总电阻为 10 Ω，输送功率为 10 kW, 求输电导线上损 失的功率．
知识点 3 远距离高压输电基本关系 如图 5－5－1 所示的远距离高压输电电路图，其物理量之 间的基本关系如下：
图 5－5－1
(1)功率关系： P1＝P2，P3＝P4，P2＝P 线＋P3. (2)电压、电流关系： U1 n1 I2 U3 n3 I4 ＝ ＝ ， ＝ ＝ . U2 n2 I1 U4 n4 I3 U2＝U 线＋U3，I2＝I3＝I 线． (3)输电电流： P2 P3 U2－U3 I 线＝ ＝ ＝ . U2 U3 R线
电能的输送
5.5电能的输送
【知识点】
一、输电导线上的功率损失
1．原因：输电线有电阻，电流通过导线时要发 ，输电过程有一部分电能转化成热而损失掉．
2．大小：ΔP ＝
说明：I 为输电线上流过的电流，R 为输电线的电阻．要注意，输电是双线制的，计算R 时要注意输电线长度应等于输电距离的 倍．
3．减少输电线上功率损失的方法：
（1）减少导线上的
由R ＝ρS
L 可知，在输电线长度L 一定的情况下可通过选用电阻率ρ 横截面S 的导线，因条件限制，此方法减小线路能量的损失是很有限的．
（2）减小输电
由ΔP ＝I 2R 可知，ΔP ∝I 2，故减小输电电流可大大减少功率损失，在线路和输送功率不变时，可提高输电 以减小输电电流．采用 输电是减少线路电能损失的有效方法．
二、输电线路上的电压损失
1．定义：如图所示，输电线路始端电压U 与末端的电压U ′
的差值ΔU ＝ 称为输电线路上的电压损失．
2．电压损失原因：
（1）线路电阻
输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路的电阻上产生电压，致使输电线路末端（用电设备两端）电压U ′比起始端电压U 低，造成电压损失U －U ′．（2）线路感抗和容抗（总称电抗）
3．减少输电线路上的电压损失的方法：
（a ）增大输电导线的截面积以减小 ．
（b ）减小输电 ．在输送电功率不变的前提下，必须提高输电
【典型例题】
一、输电线路上的功率损失
【例1】 远距离输送交流电都采用高压输电．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 ．可节省输电线的铜材料
B ．可根据需要调节交流电的频率
20-21版：5.5 电能的输送（步步高）
5 电能的输送
[学习目标] 1.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.3.了解交变电流从发电站到用户的输电过程．
一、降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求
(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障． (2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定． (3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少．
2．输电线上的功率损失：P ＝I 2r ，I 为输电电流，r 为输电线的电阻． 3．降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积．
(2)减小输电线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压． 二、电网供电
1．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压．
2．电网：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． 3．电网输电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益．
(2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量． (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．
1．判断下列说法的正误．
(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比．( √ ) (2)由P ＝U 2
r
可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小．( × )
5.5电能的输送
2.爱迪生的供电模式
• • • • • • • • • • 原始电压U0=260V P0= 2600W 用户电压U1=230V 用电器电阻R1=23Ω 输电线电阻R2=3Ω 节电措施: 减小输电线电阻R2. L 影响电阻的因素(决定式): R S 温度,材料,长度,粗细. 不可更改的因素: 可以更改的因素:
自主预习
• • • • 1.输送电能的基本要求______、______、______. 2.降低输电损耗的途径:_______________;_______________. 3.输电线中电流减为原来1/10,电能损耗变为原来的_______. 4.远距离输电基本原理:在发电站内用____变压器_______, 然后进行远距离输电,在用电区域通过____变压器降到所 需的电压. 5.电网输电的优点 ⑴降低________的运输成本,获得最大经济效益. ⑵减少____的风险,调剂不同地区供电平衡,保证供电质量. ⑶合理调度电力,使电力的供应更加_____、质量更高.
答案 答案
5424W; 226V+24V=250V;
U1I 1 U 2 I 2 U3 I 2 I 22 R线
U 2 U3 I 2 R线
答案
电源效率88%;输电效率97%. U3 I 2 U 4 I 3 P用户
4.课程训练
3906.25W
21.09375kW
5.5 电能的输送
二、输电线路上的电压损失
减小输电线电阻R
∆U=IR
减小输电电流I
可见，高压输电既能减小功率损失，又能减 小电压损失，因此在远距离输电中采用高压输电
例1、输送10kW的电功率，采用400V的电压输电， 输电线的总电阻为10Ω，求： (1)输电线中的电流?输电线中损失的电压?用户得到
的电压?
(2)输电线损失的功率?用户得到的功率? (3)如果采用4000V电压输电，输电线损失的功率?用
C. I 2 RD.
I(U1 -U 2 )
例3、一小型发电站通过升压，降压变压器把电能输 给用户。已知发电机的输出功率是500kW，输出电 压为500V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1:5， 两变压器间输电线的总电阻为1.5Ω，降压变压器的 输出电压为220V，不计变压器的损耗。求： （1）升压变压器的副线圈两端电压； （2）输电导线上的功率损失； （3）降压变压器原、副线圈的匝数比； （4）用户得到的功率。
I2 =10000/4000A=2.5A
∆ P=62.5W
P用=9937.5W
可见高压输电能有效地减少线路损失
交流高压输电的基本环节
升压变压器
发电站
用户
降压变压器
高压输电
输电过程示意图
我国常用的远距离输电采用的 电压有：
110 kV、220 kV、330 kV，输电干线采 用500 kV的超高压，西北电网正在建设 750kV的线路。
5.5电能的输送
培养学生阅读、分析、综合和应用能力。
预习评价
1
原因：输电线有电阻，电流通过导线时要发，输电过程有一部分电能转化成热而损失掉．
2
大小：ΔP＝
说明：I为输电线上流过的电流，R为输电线的电阻．要注意，输电是双线制的，计算R时要注意输电线长度应等于输电距离的倍．
3
由ΔP＝I2R可知，ΔP∝I2，故减小输电电流可大大减少功率损失，在线路和输送功率不变时，可提高输电以减小输电电流．采用输电是减少线路电能损失的有效方法．
减少输电线上功率损失的方法：
（1）减少导线上的由R＝ρ 可知，在输电线长度L一定的情况下可通过选用电阻率ρ横截面S的导线，因条件限制，此方法减小线路能量的损失是很有限的．
（2）减小输电
4
定义：如图所示，输电线路始端电压U与末端的电压U′的差值
ΔU＝称为输电线路上的电压损失．
5
电压损失原因：
（1）线路电阻
5.5电能的输送
学习目标
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。
学习重难点
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。
难点
人教版物理选修3-2试题 5.5
第5节 电能的输送
【测控导航】
知识点 题号 1.输电电压损失 1、5
2.输电功率损失 2、3、6、7、10
3.对高压输电的理解 9
4.远距离输电问题
4、5、6、8、11
巩固基础
1.对交流输电线路来说,输电线上的电压损失( D ) A.只由电阻造成 B.只由感抗造成 C.只由容抗造成
D.由A 、B 、C 所述三个因素造成
解析:输电线有电阻,对交流电还有感抗和容抗,
所以选D.
2.(2012年吉林省油田高中高二第一学期期末)关于减小远距离输电线上的功率损耗,下列说法正确的是( C )
A.由功率P=U 2/R,应降低输电电压,增大导线电阻
B.由P=IU,应低电压小电流输电
C.由P=I 2R,应减小导线电阻或减小输电电流
D.上述说法均不对
解析:输电线上的功率损耗P=I 2R=U 2/R=IU,式中I 应为输电线上电流,U 应为输电线上所损失的电压,R 为输电线上的电阻.
计算输电线上的功率损耗,所用公式中各个物理量应为输电线上对应的物理量.
3.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( C ) A.U 1∶U 2 B.∶ C.∶ D.U 2∶U 1
解析:由P=UI 得输电线中的电流I=错误！未找到引用源。.输电线中损失的功率P 损=I 2r=(错误！未找到引用源。)2r=错误！未找到引用源。.即在输送功率和输电线电阻不变的情况下,损失的功率与输电电压的平方成反比. 所以∶=∶.
4.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ρ,那么,该输电导线的横截面积最小值是( B )
5.5电能的输送
I1
P1
I2
P2
r线
I3
P3
I4
P4
F
U 1 n1
n2 U2
U 3 n3
n4 U 4
R用
升压变压器
降压变压器
电流关系： I1 n2 I 3 n4 , , I 2 I r I3 I 2 n1 I 4 n3
课堂练习
1.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至 学校的输电线电阻为R,通过导线的电流 为I,学校输入电压为U2,下列4个计算输 电线损耗的式子中，不正确的是( A ) 2 2 A、 U1 B、 (U1 - U 2 ) R R
F
U 1 n1
n2 U2
U3 n3
n4 U 4
R用
升压变压器
降压变压器
功率关系： P1=P2，P3=P4，P2=Pr+P3
I1
P1
I2
P2
r线
I3
P3
I4
P4
F
U 1 n1
n2 U2
U 3 n3
n4 U 4
R用
升压变压器
降压变压器
电压关系：
U1 n1 U 3 n3 , ,U 2 U r + U 3 U 2 n2 U 4 n4
三、电网供电
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.