电能的远距离传输
鲁科版高中物理选修3-2第四章第三节电能的远距离传输
电能的远距离传输【教学目标】一、知识与技能1、知道电能输送过程中有功率损失和电压损失，2、通过探究理解降低这两种损失的方法。
3、通过探究理解远距离高压输电电路的构造，4、理解并会计算输电系统的输电电压、输电电流、功率损耗、电压损耗。
5、了解电网供电的优点和输电的新技术。
二、过程与方法1、通过阅读、思考与讨论，提高学生分析解决实际问题的能力。
2、通过理论探究、学生实验验证、演示实验验证相结合，引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，培养学生的科学研究方法。
三、情感态度与价值观1、通过实验探究引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，在学习知识的同时获得一定的成就感。
2、体会物理知识在生产、生活中的巨大作用，激发学生学好知识投身祖国建设的热情。
【教学重点难点】学习重点：通过探究理解远距离高压输电电路的构造，输电线上电能损失的计算。
学习难点：理解并会计算高压输电的输电电压、输电电流、功率损耗、电压损耗。
【教学流程】【教学过程】一、探究一：输电线的电阻对远距离输电的影响现实生活中，发电站往往距离电力用户很远，这样就导致了远距离输电的问题。
输电时，由于输电距离很远使得导线上存在不可忽略的电阻，电阻的电流热效应导致电能损耗，造成了能源的浪费。
请据下图填空：①输电电流: I= P/U；②电压损耗: △U = IR ； ③功率损耗: △P = I 2R ；分组实验一：体验输电线的电阻对远距离输电的影响 器材：学生低压交流电源（4V ），滑动电阻器（最大50Ω），小灯泡（额定电压4V ），导线若干要求：请使用以上器材模拟上图中的远距离输电电路，以滑动电阻器（最大50Ω）作为输电线的电阻，以小灯泡作为用电设备。
电路图：观察：1）改变滑动电阻器的阻值（相当于加大输电线长度，即增加输电线的电阻），观察小灯泡的亮度变化。
2）注意记住滑动变阻器的有效阻值大概为多少时小灯泡就不亮了，并和后面的实验二进行对比现象： 结论： 演示实验一和学生分组实验一实物图二、探究二：减少远距离输电损耗的方法1、远距离输电电路的两种损耗：⑴功率损耗：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。
无线远距离电能传输(0127)
超长距离, 高频,无线电能传输装置研制引言：电能无线传输一直是人类的梦想，许多国内外科学家对此进行不断的研究。
人们提出了三种电能无线传输方式：一是微波线电能传输方式。
该方式利用无线电波收发原理传输电能，传输功率只能在几毫瓦至一百毫瓦之间，应用范围不大；二是电磁感应无线电能传输方式。
该方式利用变压器原副边耦合原理传输电能，传输功率大，效率高，但距离很近，仅在1cm内，目前已在轨道交通方面应用；三是谐振耦合电能无线传输方式。
该方式利用电路中电感电容谐振原理传输电能，理论上电能的传输功率、传输距离不受限制。
第一种方案原理就像我们常用的变压器，初级线圈和次级线圈并没有接触交变的电场和磁场起到了传输电能的作用，该方案效率相对而言比较高；而第二种方案是通过对载波进行与解调从而实现电能传输，广泛用于无线广播等领域，效率非常低；第三种方案是前两种方案的综合，想通过共振原理实现电能的有效传输就必须在发射和接收端下工夫，传统的效率底下的调制方法是不能实现电能的有效传输，我们小组将着重在电磁耦合方案上进行探索。
摘要：电能给人类带来巨大的发展。
然而错综复杂的输电线分布在生活的各个角落，它给人们带来极大的不便。
因此人类一直有摆脱电线的束缚实现电能无线传输的梦想。
综合考虑到实际应用上传输效率和传输距离等因素，我们小组给出了一种用电磁耦合阵列定位最大耦合系数的电力传输方案。
关键字：无线电能传输谐振传输效率电磁耦合传输距离耦合阵列1 整体方案设计及理论分析（第1部分标题，请根据此标题进行论文整理）2、硬件电路设计（第3部分标题，请根据此标题进行论文整理）3、控制方法与软件设计（第4部分标题，请根据此标题进行论文整理）4、实验及结果（第5部分标题，请根据此标题进行论文整理）1、整体方案设计及理论分析1.1电磁耦合能量无线传输系统由能量发送器(Transmitter)，分离式功率变压器(Transformer) ，和能量接收器(Receiver)三部分组成，如图1所示。
输配电工程试题及答案
输配电工程试题及答案一、选择题1. 下列关于输配电系统的说法中，不正确的是：A. 输配电系统是电力系统中实施输电和配电的部分B. 输配电系统包括输电线路、变电站和配电网C. 输配电系统主要用于将变电所产生的高电压电能送至用户终端D. 输配电系统中的输电线路主要用于连接不同电压等级的电网之间答案：C2. 输配电系统中，变电站的作用是：A. 进行电能的调度和分配B. 将生成的高电压电能变为用户所需的低电压电能C. 进行电网的维护和保护D. 进行输电线路的选址和布置答案：B3. 以下哪项不属于输配电系统的组成部分？A. 输电线路B. 变电站C. 发电厂D. 配电网答案：C4. 输配电系统中的配电网主要包括：A. 供电区域边界线和主干线B. 供电区域边界线和变电站C. 变电站和配变D. 变电站和用户终端设备答案：A5. 输配电系统中，以下哪项是保证电能连续供应的手段？A. 输电线路的选择和配置B. 变电站的日常维护和检修C. 配电网的智能调度和控制D. 防雷和防护措施的采取答案：C二、填空题1. 输配电系统的主要任务是进行电能的________和________。
答案：输电，配电2. 输配电系统中，变电站的作用是将高电压电能变为用户所需的_____电压电能。
答案：低3. 输配电系统的组成部分主要包括输电线路、变电站和_________。
答案：配电网4. 配电网主要包括供电区域边界线和________。
答案：主干线5. 为了保证电能的连续供应，配电网需要进行智能调度和________。
答案：控制三、问答题1. 请简述输配电系统的组成及各部分的作用。
答：输配电系统由输电线路、变电站和配电网组成。
输电线路用于电能的远距离传输，连接不同电压等级的电网之间。
变电站的作用是将输电线路传输的高电压电能，转变为用户所需的低电压电能。
配电网主要用于将变电站产生的电能送至用户终端，包括供电区域边界线和主干线。
2. 请解释什么是智能调度和控制，以及其在配电网中的作用。
电力传输为何电力能够远距离传输
电力传输为何电力能够远距离传输电力传输：为何电力能够远距离传输近现代社会中，电力传输具有重要的地位和作用。
通过电力传输，能够将电能从发电厂远距离地传输到用户所在地，为人们的日常生活和工业生产提供了可靠的能源供应。
那么，电力是如何能够远距离传输的呢？本文将从输电线路、电力传输技术和经济效益等方面进行探讨。
一、输电线路电力传输的一项重要基础是输电线路。
输电线路可以分为直流输电线路和交流输电线路两种形式，目前交流输电被广泛应用。
交流输电线路主要由输电塔、导线和绝缘子等组成。
输电塔起到支撑和固定导线的作用，通常采用钢筋混凝土或金属结构建造。
导线则负责电能的传输，常见的有铝合金导线和钢芯铝绞线等类型。
绝缘子用于在输电线路与输电塔之间提供电绝缘保护。
输电线路的设计需要考虑多种因素，如输电距离、电能损耗和抗风能力等。
通常情况下，随着输电距离的增加，线路的电能损耗也会增加。
因此，在较长距离的电力传输中，需要采取一些措施来减少能量损耗，如增加输电线路的导线截面、采用高压输电以及引入补偿装置等。
二、电力传输技术电力传输技术的发展为电力远距离传输提供了更多的可能。
以下是几种常见的电力传输技术：1. 高压输电高压输电是目前广泛应用的一种电力传输技术。
通过提高输电线路的电压，可以减少输电线路的电阻损耗，从而提高传输效率。
常见的高压输电技术有交流高压输电和直流高压输电。
2. 柔性交流输电（FACTS）柔性交流输电技术通过可变电抗器、静态无功补偿器等装置，实现对输电系统的灵活控制和优化。
该技术可以调整电力传输线路的系数，提高电力传输的效率和稳定性。
3. 超导输电超导输电技术利用超导体的低电阻性能，将电能以极高的效率传输。
超导输电具有传输容量大、效率高、电能损耗小的优势，但目前仍面临着技术难题和实施成本较高的问题。
上述技术在电力传输中起到不同的作用，它们的应用使得电力能够高效、安全地远距离传输。
三、经济效益电力远距离传输对社会和经济发展具有重要的意义。
远距离电能传输的作用是什么
远距离电能传输的作用是什么？
电能传输允许不同形式的可再生能源联供，甚至可以在洲际层面上进行，并且可以把可再生能源较多的地区与电力需求量较高的地区联结起来。
当传统的交流电传输技术无法进行500千米以上距离的电能输送时，高压直流(high voltage direct current，HVDC)输电技术被运用于远距离电能输送上，例如，可以利用这一技术把地球上阳光地带的丰富太阳能资源产生的电能输送到需求的中心，这样就促进了可调节的巨大太阳能发电所产生的电能的供应。
许多公司正在认真地考虑用光伏电池覆盖撒哈拉沙漠的大片区域，通过高压直流输电技术把电能输送到数千千米以外的欧洲。
这样远距离地输送电能的构想是非比寻常的。
高压直流输电技术的优点之一，是超高功率的远距离输送的成本并不高，只有0.5～1.5欧分/(千瓦·时)。
输送电能的过程中会出现损耗，输送距离超过1000千米时，损耗约为总数的3%。
目前，高压直流输电的功率可达3吉瓦，输送距离约为1000千米。
一种使用高压直流输电技术的轻型转换器，在20世纪90年代被引入。
与交流电的电缆不同的是，对位于地下或水下的高压直流电缆来说，在输送功率和距离上并没有物理极限。
这种新型技术在海底电能输送方面正在形成一个新兴的市场，例如把风电场发出的电能输送到无法建造架空线路地区的电网。
电能的远距离传输PPT教学课件
高压直流输电
1.基本知识 (1)主要构造
整流站 、直流线路和 逆变站 三部分．
(2)原理图：(如图 4－3－2 所示) 图 4－3－2
(3)高压直流输电的优点 高压直流输电的过程是在高压交流输电的基础上完善而 成的，它的主要优点有： ①节省材料，架设方便． ②不存在 容抗 和 感抗 引起的损耗． ③易于建设输电网，不需要考虑各发电机的同步问题．
2．思考判断 (1)高压直流输电系统有两次换流过程．(√) (2)跨越海峡输电常用直流输电．(√) (3)直流输电中的换流设备由于制造、价格等问题，影响 了直流输电的推广．(√)
3．探究交流 输电电压与输电线上损失的电压一样吗？
【提示】 二者不同，输电电压由 P＝UI 决定，即 U＝ PI ，而输电导线上损失的电压 ΔU＝IR 线，ΔU 一般不超过输电 电压的 10%或 15%.
高压交流输电
1.基本知识 (1)基本环节
(2)电路原理图：(如图 4－3－1 所示) 图 4－3－1
2．思考判断 (1)为减小远距离输电的损失可采取增大输送电流．(×) (2)在远距离输电线上的功率损失与输电线上电压损失 的平方成正比．(√) (3)由 P＝UI 知，在输送功率一定的情况下，提高输电电 压，同时输电电流一定减小．(√)
2．计算输电线上的电压损失的方法 如图 4－3－4 所示，U 为发电厂的输出电压，P 为发电 厂的输出功率，U′为用电设备两端的电压，P′为用电设备 的输入功率，则输电线上损失的电压为 ΔU＝U－U′，且 ΔU ＝IR.
4.3电能的远距离传输详解
（3） 62.50W
9
提高输电电压，是减少电能 损失的行之有效的办法
10
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。
（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。
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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）
缺点是：直流输电的换流设备制造难，价格高。
20
11
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
无线电能传输的实现
无线电能传输的实现随着现代科技的不断发展和进步，人类对能源的需求也越来越大，在这个背景下，无线电能传输技术的出现被认为是一种具有非常大潜力的新能源技术。
无线电能传输是指利用电磁波信号来传输能量，使电子设备在无需接触的情况下，以无线方式从空气中获取电能或其他形式的能源，从而提高了电能的利用效率，同时也降低了能源的浪费率。
无线电能传输技术的实现是基于电磁波信号的传输原理，其具体实现方法可以分为两种：短距离无线电能传输和长距离无线电能传输。
短距离无线电能传输是一种基于无线电感应原理的电能传输技术，它通常运用于局部用电设备的供电，如智能手机、智能手表等智能设备的充电，以及无线电源和数字电子设备的供电，无需与电缆直接接触。
短距离无线电能传输主要采用谐振原理和磁共振原理来传输电能，其基本原理是通过发射端的功率放大器将电能转换为电磁波，并在接收端将其再转换为电能供电。
在这个过程中，传输的电能会因为电磁波的传输距离和介质损耗而发生功率下降，所以其传输距离比较有限，一般在几米到十几米左右。
与短距离无线电能传输不同，长距离无线电能传输则是一种基于电磁波无线传播技术的电能传输方式，它可以在空气中传输电能，从而实现远距离的供电。
长距离无线电能传输的实现需要克服许多技术难点，例如发射端和接收端之间的电磁波传输距离越远，传输效率会越低，同时电磁波也有可能会被干扰或反射，影响传输效果；此外，传输过程中会出现电能的损耗现象，加上无线电能传输本身的损耗，能量的转换效率非常低，当能够实现10000米以上距离的长距离无线电能传输时，当然还需要克服无线电能传输过程中的其他技术难点。
目前的科技水平已经能够实现数百米的长距离无线电能传输，但要实现将电能传输数千甚至万公里以上的远距离无线电能传输技术还需要多方共同努力攻克技术难关。
总的来说，无线电能传输技术的出现为我们提供了一个全新的思路和途径，为降低能源的浪费率和提高能源利用效率提供了新的方式。
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2、如何减少电压损失
ΔU=IR. （1)减少导线电阻 （2）减小输电线中的电流，提高输电电压
9
.输电导线上损失的电功率的计算：按上面网 络图中的字母表示.
P 损=I 2线R线 P 损=（P /U）2R线 P 损=I 线U损.
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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？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？
? ? ?电路知识
?4?输电导线上损耗的电功率：
?
ΔP＝U线I线＝I2线R线＝???UP22???2R线.
? ??
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【典例1】 在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为
U，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为l，输电
线损失的功率为ΔP，用户得到的功率为P′，则下列关系式正
确的是( )．
3
二、为什么要采用高压输电
4
（一）、输电线上的功率损失
1、为什么输电线上有电能损失？ 由于输电线长，电阻大，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，故又损失一部 分电压. P损 ? I 2R
5
2、如何减少电能损失？P损 ? I 2R
（1)减少导线电阻：
由电阻定律知
（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。
（1）2500V （2）60kW
（3）10:1
（4）440kW
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例３、某交流发电机输出功率为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) 功率关系
P 1＝P 2， P 3＝ P4， P2＝ ΔP ＋ P3.→能量守恒 (2) 电压、电流关系
U U
1＝
2
n n
1＝
2Leabharlann I I2，1
U U
3＝
4
n n
3＝
4
I I
4.→理想变压器
3
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U2＝U线＋U3，I2＝I3＝I线.→串联电路中电压、电流?? 关系
?3?输电电流I：线＝UP22＝UP33＝U2R－线U3.
R? ? L
S
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，可适当增大横截面
积。太粗不可能，既不经济又架设困难。
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（2）减小输电线中的电流
据 I=P/U
P损 ? I 2R =（P/U）2·R
（1）25A 250V 150V
（2）6250W 3750W
（3） 62.50W 11
三、远距离输电原理图
I1
P1
F
U 1 n1
I2
P2
n2 U 2
I3
r
线
P3
U 3 n3
I4
P4
n4 U 4
R 用
升压变压器
降压变压器
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远距离输电示意图
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我国常用的远距离输电采用的电压有 110 kV、220 kV、330 kV，输电
P损 ? I 2 R
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， 输电线上电流将降为原来的 1/ n,
功率损耗将降为原来的 1/n2
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（二）输电线路上的电压损失
输电导线有电阻，电流通过输电导线时， 会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的 电压U／比起始端电压 U低，这就是输电线路上的 电压损失 ΔU= U／ -U. 其中电阻造成的电压损失 ΔU=IR.
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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是不是输电电压越高越好？
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。
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远距离输电的基本关系
图 2-7-3
( 1 )画出输电线路的示意图（标明各部 分的符号）
（2）所用升压和降压变压器的原、副线 圈的匝数比是多少？（使用的变压器是 理想变压器）
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1：10 25：1
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三、电网供电
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。
A．ΔP＝Uρ2lS
B．ΔP＝PU22ρSl
BD
C．P′＝P－Uρ2lS D．P′＝P???1－UPρ2Sl???
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例２、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， 端电压为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
输送电能的基本要求是： 可靠：是指保证供电线路可靠地工作，
少有故障和停电。 保质：就是保证电能的质量，即电压和
频率稳定。 经济：是指输电线路建造和运行的费用
低，电能损耗小
2
一、从发电厂到用户的输电线路
1.输电线路的构成 输电过程一般要从发电站开始，经过升压变压器，高压变电 所、低压变电所后，才能提供给工厂和一般用户 . 主要有： 发电机、升压变压器、输电线路、降压变压器、用电器 .
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