人教版 物理选修3-2 5.5 电能的输送
P损 100 103 4% I2 20 A R 10
n U2= n2 U1 =5000V
1
又
U1 n1 = U2 n2
U3=U2−I2R=5000−20×10v=4800V (或 P3=P1−I22R、U3=P3/I2 求U3)
n3 U3 4800 240 所以 n = U = 220 = 11 4 4
P损/P×100℅=8%
练习：有一理想的单相变压器,原、副线
圈的匝数比为100,原线圈上所加电压为
23千伏,副线圈通过总电阻为2欧的供电 导线向用户供电,用户用电器得到的电压 是220伏,求供电导线上损耗的功率.
解:设变压器副线圈两端的电压为U2,输电线路损耗电压为△U,
用电器得到的电压为U3,供电导线上损耗功率为P. 得
（3）P4=P3=P1−I22R=100 ×103− 202 ×10W=9.6 ×104W
低压输电线路：
输电电压220V------输电功率100kW以下， 距离
为几百米以内。
高压输电线路： 输电电压35kV或110kV------输电功率100kW以
下，距离为几十千米到上百千米。
超高压输电线路： 输电电压220kV以上------输电功率10万kW以上， 距离为几百千米。
N2 1 U2 U1 23 103V 230V N1 100 U U2 U3 230V 220V 10V
U 2 102 P W 50W R 2
1.输电导线上功率损失P＝I2R ，电压损失U＝IR. 2.提高输电电压是减小功率损失和电压损失的有效 途径.
§5.5 电能的输送
第五章
交变电流
无磁损 理想变压器 （重点） 无铁损
输电效率100%
无铜损
输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系 1.输入功率P1由输出功率P2决定； P1＝P2
2.U1由电源决定；
U2＝n2/n1·U1 3.U2由U1和匝数比决定； 4.I2由U2和负载决定； I2＝U2／R 5.I1由I2和匝数比决定； I1＝n2/n1·I2
2
1.减小输电线的电阻
*选用电阻率小的金属作导线材料。用银、金?
不可行！一般用铝或铜 *增大导线的横截面积。 不可行！除非用常温下的超导体。
l R S
2.减小输电线上的电流
在导线电阻不变的情况下，电流如减小到原来的百分之一，
功率损失∆P=I2R减小到原来的万分之一。 输送功率不能变动，由P=UI知，必须提高输电电压U。
练习：用10kV的高压输送100kW的电功率，在输电线上损 失2%的电功率， （1）则输电线的电阻是多少？ P损=2%P=2kW R=P损/I2=20Ω （2）如果把输送电压降到原来的一半，则输送电线上损失 的电功率占输送功率的几分之几？ I=P/U=10A
I′=P/U′=20A
P损′=I′2R=8kW
P 2 l P I R ( ) . U S
2
二、输电线路上的电压损失。
发电站的输送功率 P=UI 输电线上的电压损失 ∆U=I R 输送给用电设备的电压 U′=U−IR 发~ U 电 P 厂
I
∆U ∆P
用 电 设 备
U'
输送给用电设备的功率 P′= U′I=(U−IR)I=UI−I2R=P− ∆P
一、输电导线上的功率损失
１．任何输电线都有电阻，存在功率损失． 设输电电流为I，输电线电阻为R，则输电线上的功 率损失为：
∆P=I2R
如果输送的电功率为P，输电电压为U，输电线的总 长度为l，横截面积为S，电阻率为 则功率损失可表示为 ：
P 2 l P I R ( ) . U S
阻是10Ω，若输电线中因发热而损失的电功率为输送功率的4%，
（3）用户得到的电功率是多少？
（1） I1 U 2 P2 n1 n2
1
I2
R
P1 U ~
U3 n3 n4
U4
用 户
（1）
I1 U 2 P2 n1 n2
1
I2
R
U3 n3 n4 U4
用 户
P1 U ~
（2）
P1 100 103 I1 A 400A U1 250
注意！输电电压与线路损失电压不同。
三、输电线路示意图。 三、输电线路示意图。
功率关系： P1=P2 =U1I1=U2I2 ∆P=I22R
P′2=P3=U′2I2=U3I3
P′2=P2− ∆P=P2−I22R
电压关系：
∆U=I2 R U′2=U2−I2R
练习：发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，输电线电 用户需用220V电压，求： （1）画出此输电线路的示意图。 （2）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比。
几种常用变压器
1.自耦变压器
P
问题：有没有只用一组
线圈来实现变压的变压
器？
U1
A
B
U2
自耦变压器的原副线 圈共用一个线圈
U1 n1 n 2 U 2
降压变压器
U1 n1
n2 U2
升压变压器
2.互感器
电压互感器
使用时把原线圈与电路并联，原 线圈匝数多于副线圈匝数
V
电流互感器
使用时把原线圈与电路串联，原
线圈匝数少于副线圈匝数
A
能源丰富，有利开发
能源缺乏，用电量大
电站站址
远距离
用户（负载）
发电厂一般都建在离用电单位较远的地方，因此就需 要把电能输送到远方。电能便于输送，用输电线把电源 和用电设备连起来，就可以输送电能了。这是电能的突
出优点。输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。
可靠----------少有故障和停电。 保质----------保证电能的质量（电压和频率稳定）。 经济----------输电线路建造和运行费用低（电能损耗少、 电价低）。
人教版高中物理选修3-2课件5.5电能的输送
恒定律依次求解．
【跟踪发散】 2－1：某发电站的输出功率为104kW，输 出电压为4kV，通过理想变压器升压后向80km远处用户供 电．已知输电线的电阻率ρ＝2.4×10－8Ω·m，导线横截面积为 1.5×10－4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：
(1)升压变压器的输出电压； (2)输电线路上的电压损失．
输电电路图
(1)怎样计算输电线路损失的功率？ (2)在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减小为原来 的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？在线路电阻 一定的情况下．如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的 功率减为原来的几分之一？ (3)通过第2步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线 路的损耗更为有效？ (4)怎样计算用户消牦的功率P? (5)在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？
A．输电线上损耗的功率为PU022R2 B．输电线上损耗的功率为PU021R2 C．若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压 输电 D．采用更高的电压输电会降低输电的效率
解析： 设发电厂输出功率为 P，则输电线上损耗的功率 ΔP ＝P－P0，ΔP＝I2R＝PU21R2 ，A、B 项错误；采用更高的电压输电， 可以减小导线上的电流，故可以减少输电线上损耗的功率，C 项 正确；采用更高的电压输电，输电线上损耗的功率减少，则发电 厂输出的总功率减少，故可提高输电的效率，D 项错误．
高中物理人教版选修3-2课件：5-5电能的输送
HONGNANTANJIU
D 当堂检测
ANGTANGJIANCE
一
二
测一测
远距离输送交变电流都采用高压输电。我国正在研究用比 330 kV 高 得多的电压进行输电。采用高压输电的优点是( A.可提高用户端电压 B.可根据需要调节交变电流的频率 C.可减少输电线上的能量损失 D.可加快输电的速度 解析 :采用高压输电减小了输电电流,可减少能量损失,但不能改变交变 电流的频率和输电速度,用户端电压由降压变压器决定,故选项 C 正确。 答案 :C )
用电阻率较小的金属材料,还要尽可能增加导线的横截面积。
②减小输电导线中的电流 :为减小输电电流,同时又要保证向用户提供
一定的电功率,就要提高输电电压。
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X 新知导学 Z 重难探究
INZHIDAOXUE
HONGNANTANJIU
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一
二
二、电网供电
1.远距离输电基本原理 远距离输电的基本电路,如图所示。
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一
二
2.降低输电损耗的两个途径 (1)输电线上的功率损失 :Δ P=I r,I 为输电电流,r 为输电线的电阻。 (2)降低输电损耗的两个途径
2
①减小输电线的电阻 :在输电距离一定的情况下,为了减小电阻,应当选
思维脉络
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人教版高中物理选修3-2 5.5电能的输送课件(共16张PPT)
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
功率损失：
P损 I 2r
减小功率 损失方法
减小R线
r l
S
1.减小输电距离L 不行
2.减小电阻率ρ 铝铜导线 3.增大导线的横截面面积S
不理想
减小电流I P＝UI 提高输电电压U
升压变压器
发电站
用户
降压变压器
高压输电
我国常用的远距离输电采用的电压有： 110 kV、220 kV、330 kV、500 kV高压输电。目前世界 上正在试验1150kV的超高压输电。
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，会增加绝缘难度，提高架 线费用，还容易引起输电线路向大气放电，增加能量损失。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。
（5）工作原理：互感现象
电能---磁场能---电能的转换
变压器的工作原理
1. 变压器的工作原理: 是利用电磁感应原理工作的.因 此变压器只能改变交流电压，而不能改变恒定电压. 注意：变压器的原线圈如果接的是干电池、蓄电池或 匀速切割的导体棒时，副线圈两端的电压为零。 2．几个关系式
• 电压关系： U1 n1 U2 n2
I2
n2
R
发电厂 能源丰富，有利开发
远距离
用户（负载） 能源缺乏，用电量大
一、电能的输送
• 1、优点：电能便于远距离输送 • 2、输送电能的基本要求：
可靠: 少有故障 保质：电压、频率稳定 经济：输电成本低
人教版高中物理选修3-2课件选修3-2第五章交流电第五节电能的输送
探究问题：
为什么灯泡B的亮度很暗，而灯泡A的亮度与原来相同?
电能的损耗
二、探究降低输电损耗的途径
1：讨论产生损耗的原因，影响因素有：
解析：由公式P热=I2R 知，影响因素为输电线上的电流和电阻
2：如何解决导线中电能的损耗？ 减小输电线中的电阻 方案一： 减小输电线中的电流 方案二： 3：讨论、分析两个方案的可行性 方案一:由电阻定律 R=ρL/S 可知，在输电线长度 L一定的情况下，为了减小电阻，应当选 用 电阻率小 、 横截面积大 的导线。
2.某电厂原采用电压U1输电，后改用U2 = AB） 20U1电压输电，不考虑其它变化，则（ A. 输电电流变为原来的1/20 B. 输电线上电压损失降为原来的1/20 C. 输电线上电能损失降为原来的1/40 D. 输电效率比原来提高了39倍
• 课下巩固： 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）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。
5.5
电能的输送
知识回顾： 1、欧姆定律的表达式： 定律的表达式： R=ρL/S
思考问题：
• 利用一个小灯泡A与学生电源连接构成闭合回路， 小灯泡发光。坐在教室后排的同学那里有一个相 同的灯泡B，想让B也发光怎么办？
• 连接导线，接通电源 ，远距离输电
• 课堂检测：
1、某发电厂原来用11kV的交流电压输电，后来改 用升压变压器将电压升高到2 20 kV输电，输送的 电功率都是P，若输电线路的电阻为R，则下列说 法中正确的是 （ AC ） A.根据公式，I=P／U，提高电压后输电线上的电 流降为原来的1／20 B.根据公式I=U／R，提高电压后输电线上的电流 增为原来的20倍 C.根据公式P=I2R，提高电压后输电线上的功率损 耗减为原来的1／400 D.根据公 式P=U2／R，提高电压后输电线上的 功 率损耗将增大为原来的400倍
人教版高中物理选修3-2课件： 5.5 电能的输送 (共37张PPT)
在没有的情况下穿行于城市各条街道。警察、消防人员和紧急情观处理人 员在这次危机中表现因之一是他们为应对突发事件做了全面准备。
P2 U2
带入数据得： 200000 110
1818.18A
电压损失为： U损 = I2 r = 1818.18×0.05 =90.91V
同理：用11KV电压输电，此时电路中的电流：
I2 18.18A U损 0.91V
4、如果用220V和11kV两种电压来输电，设输送的电功率、 输电线上的功率损失、导线的长度和电阻率都相同，求导线 的横面积之比。
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。
高压输电
目前我国常用的远距离输电采用的电压有：110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已经采用500kV高压， 西北电网的电压甚至达到750kV。
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，会 增加绝缘难度，提高架线费用，还容易引起输电线路 向大气放电，增加能量损失。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。
②减小输电线的长度L不可行，输电距离一定。
③增加导线的横截面积S，可适当增大横截面积。但是要增大 导线的截面积，就要多耗费金属材料,这不但使造价提高，而 且会使金属导线太重，既不经济又架设困难。
2、减小导线中的输电电流 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。
三、电网供电
四、输电线路中的参量关系
高中物理人教版选修3-2 第五章 5.5电能的输送 上课课件
教 学 重 、难 点
教学重点
理论分析如何减少输电过程的电能 损失。
远距离输电的原理。
教学难点
远距离输电原理图的理解。
本节导航
1.降低输电损耗的两个途径 2.电网供电
1.降低输电损 耗的两个途径
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。
导入新课
新西兰地热 发电站
大亚湾核电站
秦山核 电站
奥发
能源缺乏用电量大
电站站址
远距离 用户(负载)
电能的输送是一个理论性和 技术性很强的系统工程。
教学目标
（1）知识与技能
知道输电的过程，了解远距离输电的 原理。
理解各个物理量的概念及相互关系。 知道什么是输电导线上的功率和电压 损失和如何减少功率和电压损失。 理解为什么远距离输电要用高压。
则功率损失可表示为：
P ( P )2 l .
U
S
减少输电线上功率损失的方法
（1）减小输电线的电阻R
①减小输电线长度l：由于输电距离一定， 所以在实际中不可能用减小l来减小R。
②减小电阻率：目前一般用电阻率较小 的铜或铝作导线材料。
③增大导线的横截面积S：这要多耗资金 属材料，增加成本，同时给输电线的架设带 来很大的困难。
提高输电电压，是 减少电能损失的行 之有效的办法。
是不是输电电压越高越好？为什么？
不是。电压过高,会增加绝缘有困 难，因而架线的费用增加,输电线路还 容易向大气放电,增加电能的损失。要 综合考虑,选择合适的输电电压。
远距离输电原理图
I1
I2
人教版物理选修3-2-第5章第5节-电能的输送 课件
解析：选 C.变压器的输入功率、输入电流的大小是 由次级负载消耗的功率大小决定的，选项 A、B 错 误．用户用电器总电阻减少，据 P＝UR2，消耗功率 增大，输电线中电流增大，线路损失功率增大，C 项正确．升压变压器的输出电压等于输电线路电阻 上损失电压加上降压变压器输入电压，D 项错误．
课堂互动讲练
五
节核心要点突破源自电能的课堂互动讲练
输
送
知能优化训练
课前自主学案
一、输送电能的基本要求 1．可靠：保证供电线路可靠的工作． 2．保质：保证电能的质量——_电__压___和_频__率___稳 定． 3．经济：输电线路的建设和运行费用低，能量损 耗少．
二、降低输电损耗的两个途径 1．由于输电导线有电阻，在输电过程中必有一 部分电能要转化成热能而损失掉，设输电导线中 电流为I，输电导线的电阻为R，则输电导线上的 功率损失为ΔP＝_I_2_R__.
特别提醒：(1)输电电压是指加在高压输电线始端 的电压U，损失电压是指降落在输电线路上的电压 ΔU＝IR. (2)输送功率是指高压输电线始端输出的电功率， 损失功率是输电线上消耗的功率．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的 电功率不变时，那么( ) A．输电线路上损失的电压与输送的电流成正比 B．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越 大 C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成 反比 D．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成 正比
的直径减为原来的4100
【精讲精析】 由 ΔP＝I2R＝(UP)2R 知，ΔP′＝4100 ΔP，C 错．本题 I ≠ UR，故 A 错，若 ΔP 不变，则 R＝UP22ΔP，R′＝400 R，由电阻定律可得：d′＝210 d，D 错，选 B.
人教版高中物理选修3-2 5.5电能的输送
C．I2R
D．(U1-U2)I
3．远距离输送一定功率的交变电流，若输送 电压提高为原来的n倍，则（BC ）
A．输电导线的电功率损耗为原来的1/n B．输电导线的电功率损耗为原来的1/n2 C．输电导线的电压损耗为原来的1/n D．输电导线的电压损耗为原来的n倍
4. D
5. C
7、自知之明是最难得的知识。——西班牙8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛 卡儿11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子14、意志坚强的人能把世界放在手 中像泥块一样任意揉捏。——歌德15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝 克18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋20、要掌握书，莫被书掌握;要为生而读，莫为读而生。——布尔沃21、 要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根22、业精于勤，荒于嬉;行成于思，毁于随。——韩愈23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思24、意志命运往 往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。— —卢梭27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬 奇30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德33、 希望是人生的乳母。——科策布34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙37、我们唯 一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳40、学而不思则罔，思而不学则 殆。——孔子41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹42、只有在人群中间，才能认识自己。——德国43、重复别人所说的话，只需要教育;而要挑战别人所说的话，则需 要头脑。——玛丽·佩蒂博恩·普尔44、卓越的人一大优点是:在不利与艰难的遭遇里百折不饶。——贝多芬45、自己的饭量自己知道。——苏46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐47、书到 用时方恨少、事非经过不知难。——陆游48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙50、谁和我一样用功，谁就会和我 一样成功。——莫扎特51、天下之事常成于困约，而败于奢靡。——陆游52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。 ——易卜生54、唯书籍不 朽。——乔特55、为中华之崛起而读书。——周恩来56、书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉。——库法耶夫57、生命不可能有两次，但许多人连一次也不善于度过。——吕凯特58、问 渠哪得清如许，为有源头活水来。——朱熹59、我的努力求学没有得到别的好处，只不过是愈来愈发觉自己的无知。——笛卡儿60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。——左拉61、奢侈 是舒适的，否则就不是奢侈。——CocoChanel62、少而好学，如日出之阳;壮而好学，如日中之光;志而好学，如炳烛之光。——刘向63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。——孔丘64、人生就是学校。在那 里，与其说好的教师是幸福，不如说好的教师是不幸。——海贝尔65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦。——杰纳勒尔·乔治·S·巴顿66、节制使快乐增加并使享受加强。——德谟克利特67、今天应做的事 没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。——歌德69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭71、既然 我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗73、坚持意志伟大的事业需要始 终不渝的精神。——伏尔泰74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原75、内外相应，言行相称。——韩非76、你热爱生命吗?那么别浪费时间，因为时间是组成生命的材料。——富兰克林77、坚强 的信心，能使平凡的人做出惊人的事业。——马尔顿78、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿79、读书有三到，谓心到，眼到，口到。——朱熹80、读书之法，在循序而渐进，熟读而精 思。——朱熹81、对一个人来说人不可有傲气，但不可无傲骨。、起点可以相同，但是选择了不同的拐点，终点就会大03、拿望远镜看别人，拿放大镜看、命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在、站Leabharlann Ir发 电 厂
人教版高中物理选修(3-2)5-5《电能的输送》课件
例题2：某个小水电站发电机的输出功率为 100kw，发电机的电压为250V，通过升压变 压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻 为8 Ω ，在用户端用降压变压器把电压降为 220V。要求在输电线上损失的功率控制在 5kw(即用户得到的功率为95kw)，请你设计 两个变压器的匝数比。为此，请你计算：
（1）降压变压器输出的电流是多少？
输电线上通过的电流是多少？
（2）输电线上损失的电压是多少？升压变压器 输出的电压是多少？
电网供电
通过网状的输电线、变电站,将许多电 厂和广大用户连接起来,形成全国性或地区 性的输电网络,这就是电网.
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.
送电电压 送电方式
220V
低压送电
35kv
高压送电
或者110kv
10万千瓦以上 几百千米以上 220kv或 更高
我国目前采用的远距离输电方式 110kv 220kv 330kv 500kv
超高压送电
交流高压输电基本环节示意图
I1
发
电 机
U1
I
U2
I4
U3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
U4
用 电
器
升压变压器
高压输电线路
降压变压器
电压越高，对输电线路和变压器的要 求越高，建设费用越高。
输电线上的电压损失，除了与输电线 的电阻有关，还与感抗和容抗有关。当输 电线路电压较高、导线截面积较大时，电 抗造成的电压损失比电阻造成的还要大。
不同输送功率下的送电方式
输送功率
100KW以下 几千千瓦 ～几万千瓦
2019-2020人教版物理选修3-2 第5章 5 电能的输送
5电能的输送[学习目标] 1.了解交变电流从发电站到用户的输电过程． 2.知道远距离输电时决定电能损失的因素，了解高压输电的原因．(重点) 3.知道远距离输电线路的基本构成，能够对简单的远距离输电线路进行计算．(难点)一、降低输电损耗的两个途径1．输送电能的基本要求(1)可靠：指保证供电线路可靠地工作，少有故障．(2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定．(3)经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少．2．降低输电损耗的两个途径要减少输电线路上的功率损失，由公式P损＝I2R线知，必须减小输电线电阻或减小输电电流．(1)要减小电阻，从R＝ρlS看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用电阻率较小的导体．(2)从公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压．前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法．3．高压输电(1)现代远距离输电都采用高压输电．目前我国远距离送电采用的电压有110 kV,220 kV,330 kV，输电干线已采用500 kV，西北电网甚至达到750 kV.(2)高压输电并不是越高越好．电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多．(3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济等要求选择合适的电压．二、电网供电1．远距离输电基本原理在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压．2．电网通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络．3．电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．(2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量．(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少．(√)(2)在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小．(√)(3)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电．(×)(4)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压．(√)(5)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n，降压变压器匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等．(×) 2．中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其中客观原因是电网陈旧老化．近来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格，可采取的措施有()A．提高输送功率B．减小输电导线的长度C．提高输电的电压D．减小输电导线的横截面积C[为减少远距离输电的损耗，可以提高输电的电压，故C项正确；提高输送功率不能减少远距离输电的损耗，减小输电导线的长度的方法不可取，减小输电导线的横截面积反而会增大损耗，故A、B、D错误．]3．远距离输电中，当输送的电功率为P ，输送电压为U 时，输电线上损失的电功率为ΔP ，若输送的电功率增加为4P ，而输电线中损失的电功率减为ΔP 4，(输电线电阻不变)那么输电电压应增为( )A ．32UB ．16UC ．8UD ．4UC [根据题意知：ΔP ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2·r ，14ΔP ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫4P U ′2·r 得U ′＝8U.]1．输电线上的电功率损失(1)原因：输电导线有电阻R 线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失．(2)计算式：①P 线＝I 2R 线；②P 线＝IU 线；③P 线＝U 2线R 线.2．输电线上的电压损失若用U 表示输电线始端电压，U ′表示输电线末端电压，则U 线＝U －U ′或U 线＝IR 线．3．电压损失与输电电压的关系如果远距离输电的电功率P 不变，输电电压为U ，输电导线电阻为R 线，则输电导线上发热损失的功率P 损＝I 2R 线＝P 2U2R 线，因此输电电压若提高到nU ，则P 损将减为原来的1n2.4．注意：交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响．【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1 2D．输电线上损耗的电功率将变为原来的1 2C[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∝1U输，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的12，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12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＝I2输R线∝I2输，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的14，选项D错误．]【例2】某变电站用220 V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%.若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？[解析]设输送功率为P，输电电压U1＝220 V时，损失功率ΔP1＝20%P又因为ΔP1＝I21R线，I1＝P U1解得ΔP1＝P2U21R线现要求ΔP2＝5%P，同理ΔP2＝P2U22R线因此可得ΔP1ΔP2＝20%5%＝U22U21所以U2＝2U1＝440 V.[答案]440 V上例中，若输电电压不变，输电线的电阻应变为原来的多少倍？提示：ΔP＝I2R线则ΔP1ΔP2＝20%5%＝R线1R线2＝41输电线的电阻应变为原来的14.计算输电线上功率损失的两种方法计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电压：输电电压(输电线始端的电压)U 和输电线上的损失电压ΔU .(1)P 损＝ΔUI ＝ΔU 2R 线，ΔU 是输电线两端的电压，即输电线上损失的电压．(2)P 损＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2R 线，U 是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后的电压．1．远距离输电，输电功率一定，当输电电压为U 0时，输电线上的电流为I 0，损失的电功率为P 0.则当输电电压提高为2U 0时( )A ．由I ＝UR 得，输电线上的电流变为2I 0 B ．由I ＝P U 得，输电线上的电流变为I 02C ．由P ＝U 2R 得，输电线上损失的电功率为4P 0 D ．由P ＝IU 得，输电线上损失的电功率为2P 0B [设输电线的电阻为R ，当输电线上的电流为I 0时，损失的电功率为P 0＝I 20R .当输电电压提高为2U 0时，由I ＝P U 可知输电线上的电流变为I 02，输电线上损失的电功率为P 损＝⎝ ⎛⎭⎪⎫I 022R ＝P 04，故选项B 正确．(1)功率关系：P 1＝P 2，P 2＝P损＋P 3，P 3＝P 4. (2)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2，U 2＝U 线＋U 3，U 3U 4＝n 3n 4. (3)电流关系：I 1I 2＝n 2n 1，I 2＝I 线＝I 3，I 3I 4＝n 4n 3.(4)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 线R 线＝U 2－U 3R 线. (5)输电导线上损耗的电功率 P 损＝P 2－P 3＝I 2线R 线＝U 2线R 线＝U 线I 线．(6)输电导线上的电压损失 U 线＝I 线R 线＝U 2－U 3. 2．两个联系(1)线圈1(匝数为n 1)和线圈2(匝数为n 2)中各个量间的关系是：U 1U 2＝n 1n 2，I 1n 1＝I 2n 2，P 1＝P 2.(2)线圈3(匝数为n 3)和线圈4(匝数为n 4)中各个量间的关系是：U 3U 4＝n 3n 4，I 3n 3＝I 4n 4，P 3＝P 4.【例3】 发电机的输出电压为220 V ，输出功率为44 kW ，每条输电线的电阻为0.2 Ω，求：(1)此时用户得到的电压和电功率各为多少？(2)如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经10∶1的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？[解析] (1)输电线上的电流I R ＝P U ＝44 000220 A ＝200 A损失的电压U R ＝I R R ＝2×0.2×200 V ＝80 V 损失的功率P R ＝U R I R ＝80×200 W ＝16 kW故用户得到的电压U 用户＝U －U R ＝140 V 用户得到的功率为P 用户＝P －P R ＝28 kW. (2)已知升压变压器的匝数比n 1∶n 2＝1∶10 输入电压U 1＝220 V因此，升压变压器的输出电压U 2＝n 2n 1U 1＝2 200 V输电线上的电流I R ′＝P U 2＝44 0002 200A ＝20 A 损失的电压U R ′＝I R ′R ＝2×0.2×20 V ＝8 V 损失的功率P R ′＝U R ′I R ′＝8×20 W ＝160 W 因此，降压变压器的输入电压U 3＝U 2－U R ′＝2 192 V 已知降压变压器的匝数比n 3∶n 4＝10∶1 所以用户得到的电压U 4＝n 4n 3U 3＝219.2 V用户得到的功率P 用户′＝P －P R ′＝43.84 kW. [答案] (1)140 V 28 kW (2)219.2 V 43.84 kW处理远距离输电的方法技巧(1)画好一张图——远距离输电示意图 (2)抓住电两端——发电站和用户 (3)分析一条线——输电线(4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压(5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)2．输送4.0×106 W 的电能，若发电机输出电压为2 000 V ，选用变压器升压后应用横截面积为4.25 cm 2的铜导线，把电能送到400 km 远处，线路损耗的功率为5.0×105 W ．若已知铜的电阻率ρ＝1.7×10－8 Ω·m ，求：(1)应选用匝数比为多少的升压变压器；(2)在用户方使用降压变压器，其原线圈两端的电压为多大． [解析] (1)由P ＝I 2R 得I ＝PR ，式中P 为线路损耗功率，R 为线路总电阻，两条导线总电阻R ＝ρL ′S ＝ρ2LS ， 则R ＝1.7×10－8×4×105×24.25×10－4Ω＝32 Ω所以I ＝PR ＝125 A因为P 输入＝P 输出，所以在升压变压器副线圈两端的电压为 U 2＝P 2I ＝3.2×104 V 故n 1n 2＝U 1U 2＝116. (2)设U ′2为降压变压器原线圈两端的电压，则U ′2＝U 2－IR ＝2.8×104 V . [答案] (1)1∶16 (2)2.8×104 V1．关于电能输送的以下分析，正确的是( )A ．由公式P ＝U 2R 知，输电电压越高，输电线上功率损失越少B ．由公式P ＝U 2R 知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少 C ．由公式P ＝I 2R 知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大 D ．由公式P ＝UI 知，输电导线上的功率损失与电流成正比C [输电线上损失的功率P 损＝I 2R 线＝U 2损R 线，U 损指输电线上的分压，而不是输电电压，选项C 正确．]2．某用电器离供电电源的距离为l ，线路上的电流为I .若要求线路上的电压降不超过U .已知输电导线的电阻率为ρ，那么该输电导线的横截面积的最小值是( )A.ρlI U B ．I 2ρ C.2ρlI U D.2Ul IρC [因为导线的总长度为2l ，所以电压降U ＝IR ＝Iρ2l S ，解得S ＝2ρlIU ，故选项C 正确．]3．(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出电压为200 V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原、副线圈匝数分别为n 1、n 2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则( )A.n 2n 1＞n 3n 4 B.n 2n 1＜n 3n 4C ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D ．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率AD [由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率．P 出－P 损＝P 入，故D 正确；U 2U 1＝n 2n 1，U 3U 4＝n 3n 4，因为U 1＝200 V ＜U 4＝220 V ，U 2＞U 3＝U 2－U 线，故n 2n 1＞n 3n 4，选项B 、C 错误，A 正确．]4．如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U ，用等效总电阻是r 的两条输电线输电，输电线路中的电流是I 1，其末端间的电压为U 1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I 2，则( )A ．用户端的电压为I 1U 1I 2B ．输电线上的电压降为UC ．理想变压器的输入功率为I 21rD ．输电线路上损失的电功率为I 1UA [理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为U 2，则有I 1U 1＝U 2I 2，U 2＝I 1U 1I 2，选项A 正确；输电线上的电压降为ΔU ＝I 1r ，或者ΔU ＝U －U 1，选项B 错误；理想变压器的输入功率为P ＝I 1U 1，选项C 错误；输电线路上损失的电功率为ΔP ＝I 21r ，选项D 错误．]。