4.3电能的远距离传输详解

I3
P3
I4 n4 U 4
P4
U 1 n1
P1
U 3 n3
降压变压器
R用
升压变压器
1.功率关系： P1=P2，P3=P4，P2= P损+ P3
2.电压关系：
U1 n1 U 3 n3 , ,U 2 U 3 U U 2 n2 U 4 n4 I2 n1 I 4 n3
3.电流关系： I1 n2 , I 3 n4 , I I I 2 r 3
在输电线上，有三个因素会使电压损失 导线有电阻，阻抗； 当交流电通过输电导线时，由于自感电动势阻碍电流变化，产生感抗； 当导线架在空中时，和大地这一导体构成电容器；导线敷设在地下，需用绝缘层和大地隔 开，导线和大地构成电容器.电容器对交流有阻碍作用，会产生容抗；
U 损 IR
（阻抗、感抗、容抗统称为电抗，都会造成电压损失） 根据公式，想要减小损失电压，减小输电线电阻R方法是不可 行的，所以还是只能采取减小输电线电流I的方法。
（1）25A 250V 150V （2）6250W
（3） 62.50W
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提高输电电压，是减少电能 损失的行之有效的办法
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是不是输电电压越高越好？ 不是
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。
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因此，在保证输送电功率 P IU 不 变的情况下，要减小输电线电流， 必须提高输电线电压。 “远距离输电必须采用高压输电”
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练习： 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是多少？用户得到的 电压是多少？（2）输电线损失的功率是多少？ （3）如果采用4000V电压输电，输电线损失的 功率是多少？
缺点是：直流输电的换流设备制造难，价格高。
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3 P 4 4 1 0 2 A 2 0A U2 2200
U 3 U 2 U 损 U 2 I 2 R ( 2 2 0 0 4)V 2 1 9 6 V U3 n3 n4 U4 U3 219 .6V U4 n4 n3
2 P P P P P I W 4 3 2 2 2 R 43920 损
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交流输电系统的缺点：
交流电在输送时会产生感抗和容抗，引起电功率和电 压损耗，而且输送的功率越大，感抗和容抗的抵抗作 用越强，交流输电系统不能进行大功率输电。
因此，直流输电系统开始受到人们的重视！
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高压直流输电
主要结构：交流电力系统I 直流输电系统 交流电力系统II
整流站
高压直流线路
逆变站
（升压变压器、整流器）
第3节、电能的远距离传输
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大亚湾核电站
秦山核电站
三峡Fra Baidu bibliotek电站
新疆风力发电
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发电厂一般都建在离用电单 位较远的地方，我们需要 把电能输送到远方，这就 必须用输电线进行远距离
传输电能。
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输送电能的基本要求是： 可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障和 停电。 保质：保证电能的质量，即电压和频率稳定。 经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损 耗小
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问：远距离输电会遇到什么困难呢？ 困难一：输电线上的电功率损失
原因：由于输电线长，电流流过输电导线时， 由于电流的热效应，必然会有一部分电能转化 成热功率而损失掉。 2
P损 I R
思考：根据该公式，同学们有什么方法可以 减少电功率损失？
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我们可以选择如下的两种方法，看哪种方法可行！
方法一：减小输电线电阻R
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交流高压输电的基本过程
升压变压器 发电站
用户
降压变压器
高压输电
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高压交流输电的基本原理图（重点）
发电站→升压变压器→高压输电线→降压变压器→用电单位
I1
P1
I2
P2
输电线
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
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I1
F
I2
n2 U2
P2
输电线
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例：发电机的输出电压为220V，输出的电功率为 44KW，输电线电阻为0.2Ω，如果发电站用匝数比为 1:10的变压器将电压升高,经过同样的输电线后再用 匝数比为10:1的变压器将电压降低供给用户,用户得 到的电压和电功率各是多少？
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解：
3 P P 4 4 1 0 W 1 2
U1 n n 1 U 2 2 U1 2 2 0 0 V U2 n2 n1 I2
由电阻定律
（不可行）
L R S
方法二：减小输电线电流I
（可行）
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. ②减小输电线的长度L不可行，因为要保证输电距离.
③增加导线的横截面积，但太粗不可能，既不经济又架设困难。
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问：远距离输电会遇到什么困难呢？
困难二：输电线上的电压损失
（逆变器、降压变压器）
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直流输电的基本过程
交流电
交流电力系统I(发电端）
整流站（升压、交流变直流 ）
高压直流电
远距离输送
交流电力系统II（用电端 ）
交流电
逆变站（直流变交流、降压）
发电环节和用电环节都是交流电，只有输电环节是直流电
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高压直流输电的优点：
1.经济，直流输电线材和电塔的结构都比交流输电简单。 2.稳定的直流输电不存在感抗和容抗引起的损耗。 3.直流输电时，不需要考虑电网中各台交流发电机的同步运 行问题。