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3.4 电能的输送
人教版（2019）物理（选择性必修第二册）
第三章 交变电流
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.知道远距离输电时通常采用高压输电的原因
2.知道电能输送过程中有功率损失和电压损失，理解降低这两种损失的途径
3.了解远距离输电过程，能够画出远距离输电过程的示意图，并能根据示意图进行简单的计算
4.了解电网供电的优点和意义
核能
水能
太阳能和风能
转化为
转化为
转化为
电能
转化为电能的其他能源大多采集于偏僻地带，那么又是如何将电能传输给用户的呢？
直接通过导线将发电站的电能传输给用户？那么变电站在电路输送时又起到了什么作用？
高压高架电线
变电站
电能输送的基本条件？
（1）可靠：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：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少
思考
思考
如何降低电能损耗？
导线的热损耗
新课讲解
第一节
降低输电损耗的
两个途径
电能的输送的优点和基本要求
1. 电能的突出优点
用导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了，便于远距离输送。
2. 输送电能的基本要求
输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。
①可靠：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：输电线路建造和运行的成本低，电能损耗小。
那么，怎样在输电过程中减少电能的损失呢？
在发电站与用户之间，直接使用导线相连能否进行电能的输送？
直接使用导线将电源与用电设备连接起来，设备可以运行，也就可以进行电能的输送。
发电站
用户
r
I
U1
U2
Ur
U1=Ur+U2
导线过长时
（即远距离的电能输送）
Ur 过大
U2 减小
影响用户端用电
思考
怎样减少输电线路的发热功率？减少输电线路的分压？
发电站
用户
r
I
U1
U2
根据 ，可以计算输电线路上的发热功率
r ↓（减半）
P ↓ （减半）
I ↓（减半）
P ↓↓（减为原来的四分之一）
减少输电电流可以更有效的降低输电线路的损耗
（1）如何减小输电线电阻
a. 减小材料的电阻率ρ
材料 ρ / (Ω · m) 材料 ρ / (Ω · m)
银 1.6×10－8 铁 1.0×10－7
铜 1.7×10－8 锰钢合金* 4.4×10－7
铝 2.9×10－8 镍铜合金** 5.0×10－7
钨 5.3×10－8 镍铬合金*** 1.0×10－6
b. 减小输电线的长度 L：
太粗不经济且架设困难
c. 增大横截面积 S ：
工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种要素!
（不可行）
降低输电损耗的基本途径——减少输电电阻
选择电阻率小
的导线
增加输电导线的长度
增大导线的横截面积
银导线
价格昂贵
导线距离取决于输电距离
导线质量增大
架设困难
（2）减小输电线中的电流
假定输电线路中的电流是 I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是 r。
发电厂
用户
I
r
U
输电电路图
输电线路损失的功率P损=I2r
思考与讨论：怎样计算用户消耗的功率P？在用户的用电功率一定的前提下，怎样才能减小输电电流？
提示：P = IU
减少电能损失的最有效的办法：高压输电
当输送功率P、输电线电阻r 一定时，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
为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。
降低输电损耗的基本途径——减少输电电流
减少输电电流
提高输电电压值
变电站
输电导线
变压器
产生电能
提高或降低输电电压值
输送电能
将电压转换为用户电压
发电站
我国的输电电压
（1）我国远距离输电采用的电压有 110 kV、220 kV、330 kV的高压。
（2）输电干线采用 500 kV 和 750 kV 的超高压，
（3）西北电网达到1100 kV 的特高压。
注意：电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。还有对电线绝缘的要求就越高，不经济。所以要综合考虑各种因素。
1.远距离输电采用高压输电的主要原因是( )
D
A.为了加快输送电能的速度
B.为了使用户得到高压电
C.为了使输电过程更加安全
D.为了减少输电线路上电能的损失
经典例题
答案：D
解析：远距离输电中导线中有电能损失，根据 可知，减小输电电流可减小功率损失，而根据 可知，在输送电功率一定时采用高压输电可减小输电电流，从而减少输电线路上电能的损失。A.为了加快输送电能的速度，与结论不相符，选项A错误；B.为了使用户得到高压电，与结论不相符，选项B错误；C.为了使输电过程更加安全，与结论不相符，选项C错误；D.为了减少输电线路上电能的损失，与结论不相符，选项D正确；
高压输电原理
设计高压输电的电路图
发电厂
升压变压器
降压变压器
用户
高压输电线
交流高压输电的基本环节
输送过程图
输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。
用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。
损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值( U＝U2－U3＝I2r=I3r=I线r)，形成的原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失。
升压变压器
降压变压器
U2= U+U3
传输过程
电压关系
升压变压器
降压变压器
电流关系
I2=Ir=I3
功率关系
P1=P2
P3=P4
P2=P损+P3
U1
U2
U3
U4
n1
n2
n3
n4
U
P1
P2
P3
P4
P损
I1
I3
I4
I2
Ir
2.我国1100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是( )
A.送电端先升压再整流
B.用户端先降压再变交流
C.1100 kV是指交流电的最大值
D.输电功率由送电端电压决定
A
经典例题
答案：A
解析：由于变压器的工作原理是电磁感应现象，因此升压变压器和降压变压器原线圈两端的电压均为交流电压，所以送电端先升压再整流，用户端先变交流再降压，A正确，B错误；1100 kV指的是交流电的有效值，C错误；由远距离输电的原理可知，输电功率由用户端决定，D错误。
3.如图所示为远距离输电线路的示意图，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( )
D
A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关
B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D.当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大
经典例题
答案：D
解析：A.由于发动机的输出电压不变即升压变压器的原线圈电压不变，当用户用电设备消耗功率变化时，变压器的输出功率变化，导致输电线上的电流变化，因此升压变压器的原线圈中的电流将发生变化，故A错误；
B.输电线上的电流与用户以及输电线上消耗的功率以及变压器的匝数比都有关，故B错误；
C.由于远距离输电时输电线上有电压损失，因此升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，故C错误。
D.当用户电阻减小时，导致电流增大，因此输电线上的损失功率增大
第二节
电网供电
电网供电
电网供电的优越性：
（1）采用电网供电，能降低能源
的运输成本，获得最大的经济效益
（2）电网可以减小断电的风险，
调剂不同地区电力供需的平衡
（3）使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，这就使得电力的供应更加可靠，质量更高
长距离输电时，线路上的电容、电感对交变电流的影响也不能忽略，有时它们引起的电能损失甚至大于导线电阻引起的电能损失，为了减少感抗和容抗，在输电这个环节可以使用直流。直流输电需要专门的“整流设备”与“逆变设备”。
输电技术的发展
新疆昌吉至安徽古泉段±1100 kV特高压直流输电工程这是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。
发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的总电阻为0.2 Ω，如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器.
(1)画出全过程的线路示意图；
线路示意图如图所示：
经典例题
(2)求用户得到的电压和功率；
答案　219.6 V　4.392×104 W
发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的总电阻为0.2 Ω，如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器.
由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2＝ U1＝2 200 V.
根据理想变压器P入＝P出，
P损＝I22R线＝202×0.2 W＝80 W，
U损＝I2R线＝20×0.2 V＝4 V.
解析
所以降压变压器原线圈的输入电压和电流分别为
U3＝U2－U损＝2 200 V－4 V＝2 196 V，
I3＝I2＝20 A.
降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为
用户得到的功率为
P4＝U4I4＝219.6×200 W＝4.392×104 W.
1.电能的输送
（1）远距离输电过程（如图所示）
（2）输电线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生，表达式为Q=I2Rt
（3）电压损失：① ；②
（4）功率损失：① ；②
（5）输送电流：① ；②
指左图中间部分电路，即升压变压器副线圈到降压变压器原线圈之间的电路
高压输电可减少电能损失
用户
U
P
I
ΔU ΔP
R
U`
P`
1.远距离输电的示意图如图所示，交流发电机的输出电压 、输电线的电阻r 以及理想变压器的匝数均不变，用户所用的电器可等效为一滑动变阻器R。当R变小时，下列说法正确的是( )
C
A.降压变压器的输出电压变大 B.通过用户的电流变小
C.输电线上损失的电压变大 D.输电线上的电流变小
答案：C
解析：当R变小时，用户回路电流变大，根据电流与匝数关系可知，输电线上的电流变大，所以输电线上损失的电压
变大，降压变压器的输入电压
变小，则降压变压器的输出电压变小，故C正确ABD错误。
故选C。
2.国家电网最高交流电压已经由原来的500 kV变为特高压1000 kV，若输送功率和输电线路电阻不变，下列说法正确的是( )
A.升压变压器原、副线圈的匝数比变为原来的2倍
B.输电线路上的电流变为原来的二分之一
C.输电线路上损失的功率变为原来的二分之一
D.输电线路上损失的电压变为原来的四分之一
B
答案：B
解析：理想变压器原、副线圈的匝数比 由500 kV变为1000 kV，原、副线圈的匝数比 变为原来的一半，A错误；根据
，输电线路上的电流变为原来的二分之一，B正确；输电线路上损失的功率 ，故输电线路上损失的功率变为原来的四分之一，C错误；输电线路上损失的电压 ，故输电线路上损失的电压变为原来的二分之一，D错误。
3.如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述不正确的是( )
A.增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的能量损失
B.高压输电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，输电过程中的能量损耗越小
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
C
答案：C
解析：远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗，由 可知，在保证输电功率不变的前提下有两种方式可减小输电过程中的能量损失，一是减小输电线的电阻，由 知，可增大输电导线的横截面积，二是减小输电电流，A、B正确；若输电电压一定，由 知，输送的电功率越大，输电电流越大，则输电过程中的能量损耗 越大，C错误；输电电压过高会增加绝缘难度，提高架线费用，还容易引起大气放电，增加能量损耗，故应综合考虑各种因素，电压不是越高越好，D正确

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