2018-2019学年粤教版选修3-2第二章7远距离输电学案

[目标定位] 1.了解交变电流从变电站到用户的输电过程.2.知道远距离输电时输电线上的损失与哪些因素有关，理解应用高压输电的道理.3.知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算．

一、从发电站到用户的输电线路

1．大型发电机发出十几千伏的电压，在发电站区域通过变压器升高到几十万伏，然后进行远距离输电，当电能被输送到用电区域后，再根据不同的用电需求，用变压器将电压降低，这就是远距离输电．

2．远距离输电线路的构成

输电过程示意图如图1所示，主要有：发电厂、升压变压器、输电线路、降压变压器、用户．

图1

二、为什么要用高压输电

1.输电线上的功率损失

(1)损失功率计算：ΔP＝I2R线，I为输电电流，R线为输电线的电阻．

(2)减小输电线上功率损失的方法：

①减小输电线的电阻R线：由R线＝ρl

S得，要减小R线，在l保持不变的情况下，可以减小ρ，增大S.

②减小输电电流I：由P＝UI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流．

采用高(选填“高”或“低”)压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施．2．输电线上的电压损失

(1)输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线上的电压损失，ΔU＝U－U′，

如图2所示，电压损失还可以表示为ΔU＝IR线＝P

U R线．

图2

(2)减少输电线上电压损失的方法： ①减小输电线的电阻． ②提高输送电压． 深度思考

“提高电压，减小电流”与欧姆定律矛盾吗？

答案 不矛盾．欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，而“提高电压，减小电流”是从输送角度，由P ＝UI ，且P 一定的条件下得出的结论，两者不矛盾．

例1 中国已投产运行的1 000 kV 特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV 特高压输电，不考虑其他因素的影响．则( ) A ．输电电流变为原来的2倍

B ．输电线上降落的电压将变为原来的2倍

C ．输电线上降落的电压将变为原来的12

D ．输电线上损耗的电功率将变为原来的1

2

解析 根据输送电功率P 输＝U 输I 输及P 输不变，可知，输电电流I 输＝P 输U 输∝1

U 输，当U 输变为

原来的2倍时，I 输变为原来的1

2，选项A 错误；输电线上降落的电压U 降＝I 输R 线∝I 输，所

以，当输电电流变为原来的1

2

时，输电线

上降落的电压也变为原来的12，选项B 错误，C 正确；输电线上损耗的电功率P 损＝I 2输R 线∝I 2

输，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的1

4，选项D 错误．

答案 C

(1)注意区别：①输电电压U 与输电线上降落的电压ΔU ；②输电功率P 与输电线上损失的

功率ΔP .

(2)抓住不变量：输送电功率不变，由P ＝UI 判断出输电电流I 的变化，从而由ΔU ＝IR 、ΔP ＝I 2R 判断ΔU 、ΔP 的变化.

例2 发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至学校的输电线总电阻为R 线，通过输电线的电流为I ，学校输入电压为U 2，下列计算输电线功率损耗的式子中，不正确的是( ) A.U 21R 线 B.(U 1－U 2)2R 线

C ．I 2R 线

D ．I (U 1－U 2)

解析 输电线功率损耗P 损＝I 2

R 线＝U 2线

R 线＝IU 线，其中U 线＝U 1－U 2，故B 、C 、D 正确，A

不正确． 答案 A

P 损＝I 2

R ＝ΔU 2

R

＝ΔU ·I .式中必须注意，ΔU 为输电线路上的电压损失，而不是输电线电压.

三、远距离输电线路的构成及基本关系

1．输电线路的构成

由发电厂、升压变压器、输电导线、降压变压器、用户构成． 2．远距离输电的基本关系(如图3所示)

图3

(1)功率关系

P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 3＝ΔP ＋P 2→能量守恒 (2)电压、电流关系

U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4

I 3

→理想变压器 U 3＝ΔU ＋U 2，I 2＝I 3＝I 线→串联电路中电压、电流关系 (3)输电线中电流：I 线＝

P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线

. (4)输电线上损耗的电功率：

ΔP ＝ΔUI 线＝I 2线R 线＝⎝⎛⎭

⎫P 2U 2

2R 线． 3．特别强调

(1)升压变压器副线圈的电压不等于降压变压器原线圈的电压，输电线上的电压损失ΔU ＝I

线

R 线，输电线上的功率损耗ΔP ＝I 2线R 线．

(2)输电线的电阻计算时，应注意输电线长度为距离的两倍． (3)处理远距离输电问题．

首先要画出输电线路示意图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．

其次解题时要抓“两头”——电源、用电器．要注意“中间一条线”——输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为三个独立的回路．以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起来，利用能量守恒、变压比、变流比等规律进行分析与计算． 深度思考

在电能的输送过程中，U 为输电电压，r 为输电线电阻，则输电线中电流为I ＝U

r ，对不对？

为什么？

答案 不对．U 为输电电压，而不是加在输电导线上的电压，即U ≠Ir ，而输电电流可通过I 2I 1＝n 1

n 2

求得．

例3 一台发电机最大输出功率为4 000 kW 、输电电压为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的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( ) A ．T 1原、副线圈电流分别为103 A 和4 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

解析 远距离输电的电路如图所示，在升压变压器原线圈中有P ＝U 1I 1，故得原线圈中电流为103 A ，在远距离输电线路中由ΔP ＝I 2线R 线得T 1副线圈中电流为20 A ，故选项A 错误；在远距离输电线路中由P ＝U 2I 2和I 线＝I 2得U 2＝2×105 V ，由ΔU ＝I 线R 线，ΔU ＝U 2－U 3可得T 2原线圈电压为1.8×105 V ，由于灯泡能正常发光，故T 2副线圈电压为220 V ，故选项B 正确；由变压器变压特点知变压比与匝数成正比，故可得T 1变压比为1∶50，而T 2的变压比为9 000∶11，故选项C 错误；正常发光时每盏灯的功率为60 W ，由90%P ＝NP 额，可得N ＝6×104盏，故选项D 正确．