3.1 高压输电原理

2.如何减少电能损耗？
由于电能损耗的根本原因是输电线上有电阻，所以可以通 过减小输电线上的电阻来降低损耗
如何减小输电线上的电阻?
（1)减少导线电阻，由电阻定律知 R L S
①减小输电线的电阻率： 铁的电阻率: ρ铁＝1.0×10-7（Ω·m） 铝的电阻率: ρ铝＝2.9×10-8（Ω·m） 铜的电阻率: ρ铜＝1.7×10-8（Ω·m） 银的电阻率: ρ银＝1.6×10-8（Ω·m）
用户
远距离输送电能为什么要用高电压来输送？
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，有的需要输送到远方，这就 涉及电能的输送问题
大型发电厂发出的电能一般都要经过远距离输送，才能供 用户使用。目前，电力系统主要采用高电压输送电能，那 么为什么要用高电压来输送电能呢？
第3章 电能的输送与变压器
3.1 高压输电原理
1.知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。
2.找出影响远距离输电电能损耗的因素，知道降低输电损 耗的两个途径。 3.了解电网供电的优点和意义。 4.介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热 情。
三峡水电站
你知道大型发电厂一般会建在哪些地方吗？
1.6 107 W 在5km的距离上，输电线的电阻R′=0.5Ω
产生的热功率 P损 I2R (1.25104)2 0.5W 8107 W
P损 P
100%

8 107 1.25108
100%

64%
也就是说，在输送5km距离时，就有64%的电能被导线上的 电阻损耗了 由此可见，远距离输电时，必须设法减小输电线上的电能 损耗
而 I P0
U
由此可得输电线上损耗的电功率
P损

P02R U2
由上式讨论：
1.输电线上的电能损耗与哪些因素有关？
2.为减小输电线上的电能损耗，采用怎样的办法最为有效？
理论计算表明：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，这就是远距离输电采用高电压的根本 原因
案例二: 请同学们计算：
（1）图略 （2）1.0×104 V
3.远距离输送交变电流都采用高压输电，我国西北电网正 在建设750kV线路。采用高压输电的优点是（ A、C ） 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 C.可减少输电线上的能量损耗 D.可加快输电的速度
解析：远距离输电过程中，由于电流的热效应，输电线上 发生热损耗，根据焦耳定律，损耗功率P损=I2R=（P/U)2R， 式中P为输电功率，U为输电电压，R为输电线电阻，在P、 R 不变时，P损∝(1/U)2，所以采用高压输电可减L S 少输电线上 的能量损耗。当P损、ULP2 不变时，R∝U2，又R=ρ ，联立得 输电线横截面积S∝ .采用高压输电，在损耗功率不变 的情况下可使输电线横截面积大大减小而节省输电线铜材 料.选项A、C正确
的6.25倍，其直径应为原来的2.5倍
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，就可以减小输送电流，同样可以减小电能的损耗。
设电源提供的电功率为P0恒定，输出电压U可调，连接负载 的输电线总电阻是R，那么，输电线上损耗的电能与哪些因 素有关呢？
输电线上损耗的电功率为 P损 I2R
交流输配电网
1.电能便于远距离输送
电能通过输电线就可以输送到远方．相对于煤炭、石油等 能源的输送需要大量的交通运载工具来说，这是它突出的 优点． 2.输送电能的基本要求：可靠、保质、经济．
是不是输电电压越高越好？ 采用高压输送电能有效地解决了电能在输电线路上损耗的 问题，但也不是电压越高越好。
这是因为：电压越高，对输电线路及其有关设备的绝缘性 能要求也越高，而且这些材料和设备的绝缘性能也会受到 更多因素的影响。
（1）25A 250V 150V （3） 62.50W
（2）6250W 3750W
2.某交流发电机输出功率为P=5×105 W，输出电压为U= 1.0×103 V，假如输电线的总电阻R=10Ω，在输电线上损 失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U=380 V. （1）画出输电线路的示意图（标明各部分的符号） （2）求出合适的输送电压
想一想
从下列演示实验中发现什么问题？ 电站往远处送电
R
电
用
站
户
1.为什么输电线上有电能损失？
输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短电阻很小 可忽略，而远距离输电时导线很长，电阻大不能忽略．
当电流通过输电线时，产生热量Q，损失一部分电能，同时 输电线上有电压降，故也损失一部分电压.
案例一： 请同学们计算： 一台1.25×105kW的发电机发出的电，若用10kV的电压输送， 输电线上的电流将有多大？假如两条输电线每千米的电阻 是0.1Ω，那么电流在1km长的两条输电线上将产生多少热 功率？若以这种方式将电能输送5km的距离，输电线上损耗 的功率占发电机输出功率的百分比是多少？
高压输电
1.输送功率为100kW以下，距离为几百米以内，一般采用 220V的电压送电.这就是通常用的低压线路. 2.输送功率为几千kW到几万kW，距离为几十km到上百km, 一般采用35kV或110kV的电压送电.这就是所谓高压输电。 3.如果输送功率为10万kW以上，距离为几百km，就必须采 用220kV 甚至更高的电压送电.这就是所谓超高压输电。 ● 目前我国远距离送电采用的电压有110kV、220kV 和 330kV, 在少数地区已开始采用500kV的超高压送电。目前 世界上正在试验的最高输电电压是1150kV
案例一中，如果采用500kV的超高压输电，那么，电流在5km 的距离上将产生多少热功率？输电距离为500km时，输电线 路上产生的热功率占发电机输出功率的百分比是多少？ 请自己对案例二进行分析，解出答案
你找到了减小输电线上的电能损耗的方法了吗？
采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有效、最经 济的措施.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/n2倍.
主宰世界的有三要素，那就是智慧、光辉
和力量。
——歌德
点评：在远距离输送电能计算线路功率损耗时常用关系式 P损=I线2R线计算.其原因是I线较易求出：I线=P送/U送，而P 送=I送U送或P损=U线2/R线则不常用，其原因是在一般条件 下， U线不易求出，且易把U线和U送相混淆而造成错误。
❖ 输电导线上功率损失P＝I2R ，电压损失U＝IR. ❖ 提高输电电压是减小功率损失和电压损失的有效 途径．
输电线上可损耗的电能为P损＝1.25×104 kW
由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流
仍为
I

P U

1.25108 1.0104
A
1.25104 A
由 P损 I2R 可得5 km电阻应为
R

P损 I2

1.25 107 (1.25 104 )2
0.08
即输电线的电阻应为原来的6.25分之一，横截面积为原来
分析：在初中物理中我们已经学过电功率的公式P=UI，
据此：由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流为I
P U

1.25 108 1.0 104
A
1.25104 A
这样大的电流，经过1km的输电线（电阻为0.1Ω）上，
产生的热功率为 P损 I2R （1.25104）2 0.1W
电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越 高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距 离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的 输电电压方法。 当电能输送到用电区时，为保证安全用电，还要把电 压降低后才能供用户使用。
交流高压输电的基本环节 发电站
升压变压器
用户
降压变压器
电能输送是一个系统工程。为了确保电能的输送经济、 可靠，人们设计建造了电能输配电网。发电机发出的交 变电流先送到升压变电站，将电压升高到220kV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110kV，再输送到第二级变电站，将电压 降到10kV，送到用电区。如果用电区使用的是普通照明 等生活用电，则还要用变压器进一步将电压降到220V
采用电网供电的优点： 可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次
能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可 以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障 供电质量。
2008年初湖南电网遭遇50年来最严重冰灾
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？用户得到的功率是多少？（3）如果采用4000V 电压输电，输电线损失的功率是多少？
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适当增加导线的横截面积，太粗不可能，既不经济又 架设困难。
请同学们计算： 要求：输电线上损失的电能不超出输送电能的10％ 输送的电功率仍为：P＝1.25×105 kW 输电电压仍为：U＝10kV,输送距离仍为5 km