高中物理最新-高压输电原理教案 精品

4.1 高压输电原理

[学习目标定位] 1.掌握输电过程中降低输电损耗的两个途径.2.理解高压输电的原理.3.会对简单的远距离输电线路进行定量计算．

1．电阻定律：在温度不变时，同种材料的导体，其电阻R 与它的长度L 成正比，与它的横截面积S 成反比，导体电阻与构成它的材

料有关，即R ＝ρL S . 2．电功率P ＝UI ，热功率P ＝I 2R .

一、远距离输电为什么要用高电压

1．减少输电线上电能损耗的两条途径： (1)降低输电导线的电阻．

(2)减小输电线中的电流．

2．由P ＝UI 可知，当输送的功率一定时，采用升高输电电压的方法，就可以减小输电电流．

3．提高输送电能的电压，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高电压的根本原因．

二、交流输配电网

发电机发出的交变电流先送到升压变电站，将电压升高到220 kV 以上，由高压输电线向远处输送．在用电区，先由第一级变电站将电压降

到110 kV，再输送到第二级变电站，将电压降到10 kV，送到用电区．对普通生活用电，则还要用变压器将电压降到220 V.

远距离输电为什么要用高电压

[问题设计]

如图1所示，假定输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是R，在图中导线电阻集中画为r，输送功率为P，发电厂输出的电压为U.那么：

图1

(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？

(2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？

(3)为什么远距离输电必须用高压呢？

答案(1)在输电线上有功率损失．

(2)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．这是输电线上功率损失的主要原因．功率损失表达式：ΔP＝I2R，所以降低输电损耗的两个途径为：

①减小输电线的电阻R；②减小输电电流I.

(3)因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI得，要减小输电电流I，必须提高输出电压U.

[要点提炼]

输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为R，电流为I)

1．电压损失

输电线始端电压U 与输电线末端电压U ′的差值．ΔU ＝U －U ′＝IR .

2．功率损失

(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP ＝I 2R .

(2)若输电线上损失的电压为ΔU ，则功率损失还可以表示为ΔP ＝ΔU 2R ，ΔP ＝ΔU ·I .

3．减小电压、功率损失的方法

(1)减小输电线的电阻

由R ＝ρL S 可知，距离L 一定时，使用电阻率小的材料，增大导体

横截面积可减小电阻．

(2)减小输电电流I

由P ＝UI 可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流．

[延伸思考] 为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？ 答案 用电高峰期到用户家中的输电线电流I 较大，输电线上损失的电压ΔU ＝Ir 较大，用户得到的电压U －ΔU 变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗．

一、降低输电损耗的途径

例1 如图2所示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( )

图2

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

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 答案 ABD

解析 由P 损＝I 2R 和R ＝ρL S ，P 损越小，所以A 正确．由P ＝UI

及P 损＝I 2R 知B 正确，C 错误．电压越高，对输电线路绝缘性能和

对变压器的要求越高，实际输送电能时，要综合考虑各种因素，故D 正确．

二、输电线上功率损失的计算

例2 发电厂发电机直接向学校供电，发电机输出电压为U 1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R ，导线的电流为I ，学校得到的电压为U 2，则下列关于输电线损失的功率的式子中错误．．

的是( ) A.U 21R

B.(U 1－U 2)2R C ．I 2R

D ．I (U 1－U 2)

答案 A

解析 用P ＝U 2/R 求电阻上损失的功率时，U 要与电阻R 相对应，选项A 中的U 1是输出电压不是输电线上的电压，故A 是错误的．B 中的U 1－U 2是输电线上的电压，因此，B 是正确的．C 、D 中的电流

I 是输电线中的电流，故C 、D 都是正确的．

例3 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦．

(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？

(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？

(3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？

解析 (1)由P ＝UI 得I ＝P U ＝5×108 W 2×105 V

＝2 500 A (2)输电线上损失的功率ΔP ＝I 2·2r ＝2 5018×2×10 W ＝

1.25×118 W

损失功率与输出功率之比为ΔP P ＝1.25×1085×108

＝14 (3)将电压升高至50万伏时，I ′＝P U ′＝5×108 W 5×105 V

＝1 000 A 输电线上损失的功率ΔP ′＝I ′2·2r ＝1 0018×2×10 W ＝2×118 W

损失功率与输出功率之比为ΔP ′P ＝2×1075×108＝125

答案 (1)2 500 A (2)1.25×118 W 14

(3)1 000 A 2×118 W 125

针对训练 在我国北方部分地区经常出现低温雨雪冰冻天气，高压输电线因结冰而造成严重损毁，如图3所示，为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰．在正常供电时，高压线上送电电压为U ，电流为I ，热耗功率为ΔP ；若输电功率和输电线电阻不变，除冰时，需要输电线上热耗功率为9ΔP ，