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第三章　第4节　电能的传输
(分值：100分)
选择题1～9题，每小题8分，共72分。
对点题组练
题组一　电能输送中的电压损失和电能损耗
1.供电站向远方输送正弦交变电流，输送的电功率恒定，若将输电电压提高到原来的2倍，则(　　)
输电电流变为原来的2倍
输电导线上损失的电压变为原来的2倍
输电导线上损失的电功率变为原来的
输电导线上损失的电功率变为原来的
2.(多选)发电厂发电机的输出电压是U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，导线中的电流为I，学校得到的电压为U2。关于输电线上损耗的功率，下列表达式正确的是(　　)
I2R I(U1－U2)
题组二　远距离输电
3.(多选)如图甲所示为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原线圈匝数为150匝，副线圈匝数为1 500匝，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为20 Ω。降压变压器右侧电路中R1为一定值电阻，R2为滑动变阻器，电压表V为理想电压表，升压变压器的输入功率为75 kW。则(　　)
降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 Hz
远距离输电线路损耗功率为9 kW
当滑片P向a端滑动时，电压表V的示数变大
当滑片P向a端滑动时，输电线上的电流变大
4.(多选)(2023·天津卷，6)如图是输电线为用户输电的示意图，电路中升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电线上的总电阻为R，下列说法正确的是(　　)
T1的输出电压与T2的输入电压相等
T1的输出功率大于T2的输入功率
若用户接入的用电器增多，则R消耗的电功率减小
若用户接入的用电器减少，则T2的输出功率减小
5.某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用电阻为3 Ω的输电线向远处输电，要求输电线上损耗功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。对整个输电过程，下列说法正确的是(　　)
输电线上损耗的功率为300 W
升压变压器的匝数之比为1∶100
输电线上的电流为100 A
降压变压器的输入电压为4 700 V
6.我国已投产运行的1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程，输电容量可达1 200万千瓦。输电的简化流程可用下图表示。若直流输电的线路电阻为10 Ω，变压、整流过程中的电能损失忽略不计，直流和交流逆变时有效值不发生改变。当直流线路输电的电流为5×103 A时，下列说法正确的是(　　)
输电功率为1.2×1010 W
输电导线上损耗的功率为2.5×108 W，损失的电压为50 kV
降压变压器匝数比应等于2∶1
若保持输送功率不变，用550 kV输电，用户得到的功率比1 100 kV输电时减少1×109 W
7.(多选)(2024·陕西西安高二期中)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　　)
发电机输出的电流I1＝40 A
输电线上的电流I线＝25 A
降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11
升压变压器匝数比n1∶n2＝1∶160
综合提升练
8.如图所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1、输电线的电阻及理想变压器的匝数均不变，当用户开启的用电器越来越多时，下列表述正确的是(　　)
升压变压器副线圈两端的电压U2降低
降压变压器原线圈两端的电压U3升高
输电线损耗的功率增大
发电机的输出功率不变
9.如图所示为额定电压为250 V的用户供电的远距离输电的示意图，已知输入原线圈n1两端的电压U1＝500 V，发电机的输出功率为P＝500 kW，输电线的电阻R＝12.5 Ω，如果输电线上损失的功率为输送功率的1%。如果图中的升压变压器以及降压变压器均为理想的变压器。则下列结论正确的是(　　)
n1∶n2＝1∶49
n3∶n4＝99∶1
流过输电线的电流为40 A
降压变压器原线圈两端的电压为2 475 V
10.(12分)为响应国家“精准扶贫，产业扶贫”的战略，进一步优化能源消费结构，光伏发电成为精准扶贫的新途径，贫困户家庭多了一份固定收益的绿色环保存折，光伏发电将照亮“脱贫路”。如图是所建光伏发电项目。若光伏发电机产生的直流电已经过逆变器转换成了正弦交流电向外输出，已知总输出功率为36 kW，输出电压为500 V，先后经过升压变压器和降压变压器传输到用户。设输电线的总电阻为10 Ω，要求输电线中因发热而损耗的功率为输送功率的4%，用户需要的电压为220 V，不计变压器的能量损耗。求：
(1)(6分)升压变压器的输出电压；
(2)(6分)升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比。
培优加强练
11.(16分)某学校有一台应急备用发电机，内阻R＝1 Ω，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶4，降压变压器原、副线圈的匝数之比为4∶1，都可看作理想变压器，输电线的总电阻r＝4 Ω。全校22个教室，每个教室用“220 V　40 W”的灯泡6盏，要求所有灯泡都正常发光，求：
(1)(5分)输电线上损耗的电功率；
(2)(5分)发电机的输出功率；
(3)(6分)发电机的电动势。
第4节　电能的传输
1.D　[输送的电功率恒定，根据P＝UI可知，若将输电电压提高到原来的2倍，则输电电流变为原来的，故A错误；根据欧姆定律有U损＝Ir损，可知输电导线上损失的电压变为原来的，故B错误；根据P损＝I2r损可知，输电导线上损失的电功率变为原来的，故C错误，D正确。]
2.BCD　[输电线上损失的电压ΔU＝U1－U2，则输电线上损耗的功率P损＝，故A错误，B正确；输电线上的电流为I，则输电线上损耗的功率P损＝I2R，故C正确；输电线上损耗的功率P损＝ΔUI＝(U1－U2)I，故D正确。]
3.AD　[由题图乙知交流电的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，故A正确；由题图乙知升压变压器输入端电压有效值为250 V，根据电压与匝数成正比知副线圈电压为2 500 V，所以输电线中的电流为I＝＝30 A，输电线损失的电压为ΔU＝IR＝30×20 V＝600 V，输电线路损耗功率为ΔP＝ΔUI＝18 kW，故B错误；当滑片P向a端滑动时，滑动变阻器阻值减小，则降压变压器副线圈中电流增大，定值电阻的分压增大，根据电流与匝数成反比知输电线上的电流变大，输电线上损失的电压变大，降压变压器输入电压减小，根据电压与匝数或正比可知降压变压器线圈输出电压减小，所以电压表V的示数变小，故C错误，D正确。]
4.BD　[设输电线中的电流为I2，T1的输出电压与T2的输入电压分别为U2、U3，则有U2＝I2R＋U3，即T1的输出电压大于T2的输入电压，A错误；T1的输出功率为P2＝U2I2，输电线上损耗的功率为ΔP＝IR，T2的输入功率为P3＝U3I2，则P2＝ΔP＋P3，即T1的输出功率大于T2的输入功率，B正确；若用户接入电路的用电器增多，则T2副线圈中的电流增大，由变压器的工作原理可知，T2原线圈中的电流增大，即输电线上的电流增大，输电线上损耗的功率增大，即R消耗的电功率增大，C错误；若用户接入电路的用电器减少，则用电器消耗的功率减小，即T2的输出功率减小，D正确。]
5.A　[输电线上损耗的功率P损＝P×0.6%＝300 W，A项正确；由P损＝IR得I2＝10 A，C项错误；升压变压器输入电流I1＝＝ A＝100 A，由＝得＝，B项错误；根据＝得U2＝U1＝5 000 V，输电线上损失的电压U线＝I2R＝10×3 V＝30 V，所以降压变压器输入电压U3＝U2－U线＝4 970 V，D项错误。]
6.B　[由题意可得输电功率为P＝UI＝1 100×103×5×103 W＝5.5×109 W，A错误；输电导线上损耗的功率为ΔP＝I2R＝2.5×108 W，损失的电压为ΔU＝IR＝50 kV，B正确；逆变成交流电的有效值为U1＝U－ΔU＝1 050 kV，受端换流站的电压为550 kV，则降压变压器匝数比n1∶n2＝21∶11，C错误；若保持输送功率不变，用550 kV输电，则输送电流为I′＝＝104 A，用户得到的功率P′＝P－I′2R＝4.5×109 W，比1 100 kV输电时减少ΔP′＝(P－ΔP)－P′＝7.5×108 W，D错误。]
7.BC　[由功率P＝U1I1得发电机输出的电流I1＝＝400 A，故A错误；由输电线上损失的功率P线＝IR线得I线＝25 A，故B正确；由升压变压器的电流关系＝，I2＝I线，升压变压器匝数比n1∶n2＝1∶16，故D错误；升压变压器电压关系＝，解得U2＝4 000 V，输电线上损失的电压U线＝I线R线＝200 V，降压变压器的输入电压U3＝U2－U线，由电压关系＝，解得＝，故C正确。]
8.C　[发电机的输出电压U1不变，升压变压器匝数比不变，则副线圈两端的电压U2不变，A错误；当用户开启的用电器增多时，功率增大，降压变压器的输出电流增大，则降压变压器原线圈中电流增大，输电线上的电流增大，可知输电线上的功率损耗增大、输电线上的电压损失升高，导致降压变压器的输入电压U3降低，B错误，C正确；用户开启的用电器增多，消耗的功率增大，发电机输出功率随之增大，D错误。]
9.B　[输电线上损失的功率P损＝1%P＝5 kW，输电线上的电流为I2＝＝20 A，故C错误；升压变压器副线圈两端的电压为U2，有U2＝＝ V＝25 000 V，则＝＝，故A错误；降压变压器原线圈两端的电压为U3＝U2－I2R＝25 000 V－20×12.5 V＝24 750 V，则＝＝，故B正确，D错误。]
10.(1)3 000 V　(2)1∶6　144∶11
解析　(1)输电线中因发热而损耗的功率
ΔP＝P×4%＝1 440 W
设输电线上的电流为I2，根据ΔP＝Ir
解得I2＝12 A
升压变压器的输出电压为U2＝＝3 000 V。
(2)升压变压器原、副线圈的匝数比为
＝＝
输电线上损失的电压为ΔU＝I2r＝120 V
降压变压器原线圈两端的电压为
U3＝U2－ΔU＝2 880 V
降压变压器原、副线圈的匝数比为
＝＝。
11.(1)144 W　(2)5 424 W　(3)250 V
解析　(1)根据题意，画出从发电机到教室灯泡之间的输电过程，如图所示。
所有灯泡都正常工作的总功率
P4＝22×6×40 W＝5 280 W
所有灯泡都正常工作时的总电流
I4＝＝ A＝24 A
两个变压器之间输电线上的电流
I线＝I3＝＝6 A
故输电线上损耗的电功率
P损＝Ir＝144 W。
(2)升压变压器的输出功率
P2＝P损＋P4＝5 424 W
而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率，也为升压变压器的输出功率，即
P出＝P1＝P2＝5 424 W。
(3)降压变压器上的输入电压
U3＝4U4＝880 V
输电线上的电压损失U损＝I线r＝24 V
因此升压变压器的输出电压
U2＝U损＋U3＝904 V
升压变压器的输入电压
U1＝＝226 V
升压变压器的输入电流
I1＝4I线＝24 A
发电机的电动势
E＝U1＋I1R＝226 V＋24×1 V＝250 V。第4节　电能的传输
学习目标　1.知道远距离输电时输电线上电能的损耗与哪些因素有关，理解减小电能损耗的两个途径以及高压输电的原理。2.知道远距离输电的典型电路，能利用变压器和电路的规律解决远距离输电问题。3.知道传输电能的基本要求及电网供电的优点，了解直流输电。
知识点一　电能输送中的电压损失和电能损耗
为了减少输电线上的电功率损失，通常需要提高输电电压和减小输电线的电阻。但有同学从下列论证中得出了相反的结论：“设输电电压为U，输电线电阻为r，功率损耗P损＝。因此，要减少P损值，就应降低输电电压和增加输电线的电阻。”请判断这位同学的论证是否正确。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.输送电能的基本要求
(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，故障少。
(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。
2.输电线上的电压损失：U损＝________，其中I为输电电流，r为输电线的电阻。
3.输电线上的功率损耗：P损＝________。
4.降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻r：在输电距离一定的情况下，导线长度l是确定的，导线一般选用铝材料，电阻率ρ是确定的，只能________横截面积S来减小电阻r。
(2)减小输电线中的电流I：在输送功率一定的情况下，减小电流I可以通过________输电电压U来实现。
【思考】
1.如何计算输电线上的电压损失U损？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.如何计算输电线上的功率损耗P损？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.高压输电减少电压损失和功率损耗的理论依据是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 (多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则(　　)
A.ΔP′＝ΔP 　 B.ΔP′＝ΔP
C.ΔU′＝ΔU 　 D.ΔU′＝ΔU
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
计算功率损耗和电压损失的三点提醒
(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U，电压损失是指在输电线路上损失的电压ΔU＝I输R线。
(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，功率损耗是输电线上损耗的功率。
(3)输电线上的电流由I输＝计算，而不能由I输＝计算。　　　　
训练1 (多选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输送电压为U，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线损耗的电功率为P损，用户得到的电功率为P用。P损和P用的关系式正确的是(　　)
A.P损＝ B.P损＝
C.P用＝P－ D.P用＝P
知识点二　远距离输电系统　直流输电
　　　　　　　　　　　　　　　　
某发电站向远处送电的示意图如图所示。
发电站一端和用户一端的变压器作用各是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.远距离输电
(1)大型交流发电机输出的电压经____________把电压升高到220 kV或更高的超高压(或特高压)，用输电线送到远方。
(2)在用电集中的地方，将电压先在一次高压变电所降到110 kV，再由二次高压变电所降至10 kV，其中一部分送到需要高压的地方，另一部分送到低压变电所，经配电变压器降至低压(380 V/________ V)，分送给不同的用户使用。
2.低压线路、高压线路、超高压线路和特高压线路
(1)我国家庭用户电压为220 V，称为低压线路，一般输电距离都控制在几百米范围内，输送功率在100 kW以内。
(2)输电距离在20 km以内的输电电压一般用35 kV，这就是高压线路。
(3)输送功率在10万kW以上，输电距离超过500 km时，输电电压往往超过220 kV，这称为超高压线路。1 000 kV以上电压等级，称为特高压。
3.远距离输电示意图
4.远距离输电中的6个基本关系
(1)功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4。
(2)电压关系：＝，U2＝U线＋U3，＝。
(3)电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝。
(4)输电电流：I线＝＝＝。
(5)功率损耗：P损＝P2－P3＝IR线＝
＝U线I线。
(6)电压损失：U损＝U线＝U2－U3＝I线R线。
5.输电效率η
(1)η＝×100%＝×100%。
(2)η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%。
6.直流输电
(1)随着电力工业的发展，交流输电呈现出一定的局限性。如当交流输电功率很大时，________、电容引起的电压及电能损失很大；同一电网供电的发电机同步运行，技术上存在困难等。所以现在有些大功率输电线路已经开始采用直流输电。
(2)发电机发出的交流电，通过变压器升高电压，然后使用________设备使它成为直流电，用输电线把高压直流电输送到用电地点附近，再使用________把直流电变回到交流电，并通过变压器降压后供用户使用(整流和逆变统称为换流)。
【思考】
1.远距离输电最基本的模式是怎样的？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.远距离输电时，若升压变压器的匝数比为1∶n，降压变压器的匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压是否相等？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 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。
(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使用，则用户得到的电压和电功率各是多少？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
处理远距离输电的方法
(1)画好一幅图——远距离输电示意图。
(2)抓住两端点——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)。　　　　
训练2 (2023·6月浙江选考，7)我国1 100 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.1 100 kV是指交流电的最大值
D.输电功率由送电端电压决定
训练3 (2023·山东卷，7)某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4＝50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω，其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是(　　)
A.发电机的输出电流为368 A
B.输电线上损失的功率为4.8 kW
C.输送给储能站的功率为408 kW
D.升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶44
随堂对点自测
1.(电能输送中的电能损耗)“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证，它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区。为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量，需要采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的10倍，则输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的(　　)
A. B.
C. D.
2.(电能输送中的功率损耗)(多选)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。若在正常供电时，高压线上输电电压为U，电流为I，功率损耗为ΔP；除冰时，输电线上的功率损耗需要变为9ΔP，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)(　　)
A.输电电流为3I B.输电电流为9I
C.输电电压为3U D.输电电压为U
3.(远距离输电问题)(多选)风力发电将风的动能转化为电能。某风力发电机的输出功率为10 kW，输出电压为250 V，用户得到的电压是220 V，输电线的电阻为20 Ω，输电线路的示意图如图所示。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的5%，变压器均视为理想变压器，则下列说法正确的是(　　)
A.用户得到的功率为9.5 kW
B.通过输电线的电流为4 A
C.升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶8
D.降压变压器原、副线圈的匝数之比为100∶11
第4节　电能的传输
知识点一
导学　提示　不正确。公式P损＝中电压是输电线电阻两端的电压，并非是输电电压，根据P送＝IU，P损＝I2r可知，减少输电线上的损失功率应提高输电电压或减小输电线电阻。
知识梳理
2.Ir　3.I2r　4.(1)增大　(2)提高
[思考]
1.提示　U损＝U－U′＝Ir＝r，其中P为输电功率，I为输电电流，r为输电线的电阻，U、U′分别为输电线路始端、末端的电压。
2.提示　P损＝I2r＝IU损＝。
3.提示　根据I＝可知，在输送功率P与输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的，输电线上的电压损失将降为原来的，功率损耗降为原来的。
例1 AD　[若采用550 kV的超高压输电，输电线上的功率损耗ΔP＝r，输电线路损失的电压ΔU＝r；若改用1 100 kV的特高压输电，同理有ΔP′＝r，ΔU′＝r。可得ΔP′＝，ΔU′＝，故B、C项错误，A、D项正确。]
训练1 BD　[输电线电阻R＝ρ，输电电流I＝，故输电线上损耗的功率P损＝I2R＝ρ＝，用户得到的电功率P用＝P－P′＝P，故选项B、D正确。]
知识点二
导学　提示　发电站一端的变压器是升压变压器，把电压升高用于远距离输电；用户一端的变压器是降压变压器，把电压降低供用户使用。
知识梳理
1.(1)变压器　(2)220　6.(1)电感　(2)整流　逆变器
[思考]
1.提示　先升压，远距离送电后，再降压。
2.提示　不相等，因为在输电过程中存在电压损失和功率损耗。
例2 (1)140 V　28 kW　(2)219.2 V　43.84 kW
解析　(1)输电线上的电流
IR＝＝ A＝200 A
损失的电压UR＝2IRR＝2×200×0.2 V＝80 V
损耗功率
PR＝URIR＝80×200 W＝16 000 W＝16 kW
故用户得到的电压U用户＝U－UR＝140 V
用户得到的功率P用户＝P－PR＝28 kW。
(2)已知升压变压器的匝数之比
n1∶n2＝1∶10
输入电压U1＝220 V
因此，升压变压器的输出电压
U2＝U1＝2 200 V
输电线上的电流IR′＝＝ A＝20 A
损失的电压UR′＝IR′R＝20×2×0.2 V＝8 V
损耗的功率PR′＝UR′IR′＝8×20 W＝160 W
因此，降压变压器的输入电压
U3＝U2－UR′＝2 192 V
已知降压变压器的匝数比n3∶n4＝10∶1
所以用户得到的电压U4＝U3＝219.2 V
用户得到的功率
P用户′＝P－PR′＝43.84 kW。
训练2 A　[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；1 100 kV指的是直流电的电压，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。]
训练3 C　[由P＝UI得发电机的输出电流I1＝＝2×103 A，A错误；用户端电流I4＝＝ A＝400 A，由＝＝，解得I3＝8 A，U3＝11 000 V，则输电线上损失的功率为ΔP损＝IR＝4 kW，B错误；U2＝U3＋I3R＝11 500 V，根据理想变压器无功率损失，有P＝U2I3＋P储，代入数据有P储＝408 kW，C正确；根据＝，解得＝，D错误。]
随堂对点自测
1.B　[根据P＝UI可得I＝，则输电线路上损耗的功率ΔP＝I2R＝R，输送电压提高到原来的10倍，则损耗的功率变为原来的，即输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的，B正确。]
2.AD　[输电线的电阻为R线，正常供电时高压线上的功率损耗ΔP＝I2R线；若除冰时功率损耗变为9ΔP，则9ΔP＝I′2R线，可得I′＝3I，A正确，B错误；输送功率不变，即P＝UI＝U′I′，则输电电压U′＝U，C错误，D正确。]
3.AC　[用户得到的功率即降压变压器的输出功率P用＝P－P损＝9.5 kW，故A正确；通过输电线的电流I2＝＝5 A，故B错误；升压变压器的输出电压U2＝＝2 000 V，可得升压变压器原、副线圈的匝数之比＝＝，故C正确；输电线上的电压损失U损＝I2R线＝100 V，降压变压器原线圈两端的电压U3＝U2－U损＝1 900 V，可得降压变压器原、副线圈的匝数之比＝＝，故D错误。](共59张PPT)
第4节　电能的传输
第三章　交流电
1.知道远距离输电时输电线上电能的损耗与哪些因素有关，理解减小电能损耗的两个途径以及高压输电的原理。
2.知道远距离输电的典型电路，能利用变压器和电路的规律解决远距离输电问题。
3.知道传输电能的基本要求及电网供电的优点，了解直流输电。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　远距离输电系统　直流输电
知识点一　电能输送中的电压损失和电能损耗
知识点一　电能输送中的电压损失和电能损耗
1.输送电能的基本要求
(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，故障少。
(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。
2.输电线上的电压损失：U损＝______，其中I为输电电流，r为输电线的电阻。
3.输电线上的功率损耗：P损＝________。
Ir
I2r
4.降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻r：在输电距离一定的情况下，导线长度l是确定的，导线一般选用铝材料，电阻率ρ是确定的，只能______横截面积S来减小电阻r。
(2)减小输电线中的电流I：在输送功率一定的情况下，减小电流I可以通过______输电电压U来实现。
增大
提高
1.如何计算输电线上的电压损失U损？
2.如何计算输电线上的功率损耗P损？
【思考】
3.高压输电减少电压损失和功率损耗的理论依据是什么？
AD
例1 (多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则(　　)
BD
训练1 (多选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输送电压为U，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线损耗的电功率为P损，用户得到的电功率为P用。P损和P用的关系式正确的是(　　)
知识点二　远距离输电系统　直流输电
某发电站向远处送电的示意图如图所示。
发电站一端和用户一端的变压器作用各是什么？
提示　发电站一端的变压器是升压变压器，把电压升高用于远距离输电；用户一端的变压器是降压变压器，把电压降低供用户使用。
1.远距离输电
(1)大型交流发电机输出的电压经________把电压升高到220 kV或更高的超高压(或特高压)，用输电线送到远方。
(2)在用电集中的地方，将电压先在一次高压变电所降到110 kV，再由二次高压变电所降至10 kV，其中一部分送到需要高压的地方，另一部分送到低压变电所，经配电变压器降至低压(380 V/________ V)，分送给不同的用户使用。
变压器
220
2.低压线路、高压线路、超高压线路和特高压线路
(1)我国家庭用户电压为220 V，称为低压线路，一般输电距离都控制在几百米范围内，输送功率在100 kW以内。
(2)输电距离在20 km以内的输电电压一般用35 kV，这就是高压线路。
(3)输送功率在10万kW以上，输电距离超过500 km时，输电电压往往超过220 kV，这称为超高压线路。1 000 kV以上电压等级，称为特高压。
3.远距离输电示意图
4.远距离输电中的6个基本关系
5.输电效率η
6.直流输电
(1)随着电力工业的发展，交流输电呈现出一定的局限性。如当交流输电功率很大时，______、电容引起的电压及电能损失很大；同一电网供电的发电机同步运行，技术上存在困难等。所以现在有些大功率输电线路已经开始采用直流输电。
(2)发电机发出的交流电，通过变压器升高电压，然后使用______设备使它成为直流电，用输电线把高压直流电输送到用电地点附近，再使用________把直流电变回到交流电，并通过变压器降压后供用户使用(整流和逆变统称为换流)。
电感
整流
逆变器
【思考】
1.远距离输电最基本的模式是怎样的？
提示　先升压，远距离送电后，再降压。
2.远距离输电时，若升压变压器的匝数比为1∶n，降压变压器的匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压是否相等？
提示　不相等，因为在输电过程中存在电压损失和功率损耗。
例2 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。
(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使用，则用户得到的电压和电功率各是多少？
损失的电压UR＝2IRR＝2×200×0.2 V＝80 V
损耗功率PR＝URIR＝80×200 W＝16 000 W＝16 kW
故用户得到的电压U用户＝U－UR＝140 V
用户得到的功率P用户＝P－PR＝28 kW。
(2)已知升压变压器的匝数之比
n1∶n2＝1∶10
输入电压U1＝220 V
因此，升压变压器的输出电压
损失的电压UR′＝IR′R＝20×2×0.2 V＝8 V
损耗的功率PR′＝UR′IR′＝8×20 W＝160 W
因此，降压变压器的输入电压
U3＝U2－UR′＝2 192 V
已知降压变压器的匝数比n3∶n4＝10∶1
用户得到的功率
P用户′＝P－PR′＝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
(1)画好一幅图——远距离输电示意图。
(2)抓住两端点——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)。　　　　
A
训练2 (2023·6月浙江选考，7)我国1 100 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.1 100 kV是指交流电的最大值 D.输电功率由送电端电压决定
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；1 100 kV指的是直流电的电压，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。
C
训练3 (2023·山东卷，7)某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4＝50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω，其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是(　　)
A.发电机的输出电流为368 A B.输电线上损失的功率为4.8 kW
C.输送给储能站的功率为408 kW D.升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶44
随堂对点自测
2
B
1.(电能输送中的电能损耗)“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证，它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区。为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量，需要采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的10倍，则输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的(　　)
AD
2.(电能输送中的功率损耗)(多选)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。若在正常供电时，高压线上输电电压为U，电流为I，功率损耗为ΔP；除冰时，输电线上的功率损耗需要变为9ΔP，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)(　　)
AC
3.(远距离输电问题)(多选)风力发电将风的动能转化为电能。某风力发电机的输出功率为10 kW，输出电压为250 V，用户得到的电压是220 V，输电线的电阻为20 Ω，输电线路的示意图如图所示。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的5%，变压器均视为理想变压器，则下列说法正确的是(　　)
A.用户得到的功率为9.5 kW
B.通过输电线的电流为4 A
C.升压变压器原、副线圈的匝数之比为
1∶8
D.降压变压器原、副线圈的匝数之比为100∶11
课后巩固训练
3
D
题组一　电能输送中的电压损失和电能损耗
对点题组练
BCD
2.(多选)发电厂发电机的输出电压是U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，导线中的电流为I，学校得到的电压为U2。关于输电线上损耗的功率，下列表达式正确的是(　 　)
AD
题组二　远距离输电
3.(多选)如图甲所示为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原线圈匝数为150匝，副线圈匝数为1 500匝，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为20 Ω。降压变压器右侧电路中R1为一定值电阻，R2为滑动变阻器，电压表V为理想电压表，升压变压器的输入功率为75 kW。则(　　)
A.降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 Hz
B.远距离输电线路损耗功率为9 kW
C.当滑片P向a端滑动时，电压表V的示数变大
D.当滑片P向a端滑动时，输电线上的电流变大
BD
4.(多选)(2023·天津卷，6)如图是输电线为用户输电的示意图，电路中升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电线上的总电阻为R，下列说法正确的是(　　)
A.T1的输出电压与T2的输入电压相等
B.T1的输出功率大于T2的输入功率
C.若用户接入的用电器增多，则R消耗的电功率减小
D.若用户接入的用电器减少，则T2的输出功率减小
解析　设输电线中的电流为I2，T1的输出电压与T2的输入电压分别为U2、U3，则有U2＝I2R＋U3，即T1的输出电压大于T2的输入电压，A错误；T1的输出功率为P2＝U2I2，输电线上损耗的功率为ΔP＝IR，T2的输入功率为P3＝U3I2，则P2＝ΔP＋P3，即T1的输出功率大于T2的输入功率，B正确；若用户接入电路的用电器增多，则T2副线圈中的电流增大，由变压器的工作原理可知，T2原线圈中的电流增大，即输电线上的电流增大，输电线上损耗的功率增大，即R消耗的电功率增大，C错误；若用户接入电路的用电器减少，则用电器消耗的功率减小，即T2的输出功率减小，D正确。
A
5.某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用电阻为3 Ω的输电线向远处输电，要求输电线上损耗功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。对整个输电过程，下列说法正确的是(　　)
A.输电线上损耗的功率为300 W
B.升压变压器的匝数之比为1∶100
C.输电线上的电流为100 A
D.降压变压器的输入电压为4 700 V
B
6.我国已投产运行的1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程，输电容量可达1 200万千瓦。输电的简化流程可用下图表示。若直流输电的线路电阻为10 Ω，变压、整流过程中的电能损失忽略不计，直流和交流逆变时有效值不发生改变。当直流线路输电的电流为5×103 A时，下列说法正确的是(　　)
A.输电功率为1.2×1010 W
B.输电导线上损耗的功率为2.5×108 W，
损失的电压为50 kV
C.降压变压器匝数比应等于2∶1
D.若保持输送功率不变，用550 kV输电，用户得到的功率比1 100 kV输电时减少1×109 W
BC
7.(多选)(2024·陕西西安高二期中)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　　)
A.发电机输出的电流I1＝40 A
B.输电线上的电流I线＝25 A
C.降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11
D.升压变压器匝数比n1∶n2＝1∶160
C
8.如图所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1、输电线的电阻及理想变压器的匝数均不变，当用户开启的用电器越来越多时，下列表述正确的是(　　)
综合提升练
A.升压变压器副线圈两端的电压U2降低 B.降压变压器原线圈两端的电压U3升高
C.输电线损耗的功率增大 D.发电机的输出功率不变
解析　发电机的输出电压U1不变，升压变压器匝数比不变，则副线圈两端的电压U2不变，A错误；当用户开启的用电器增多时，功率增大，降压变压器的输出电流增大，则降压变压器原线圈中电流增大，输电线上的电流增大，可知输电线上的功率损耗增大、输电线上的电压损失升高，导致降压变压器的输入电压U3降低，B错误，C正确；用户开启的用电器增多，消耗的功率增大，发电机输出功率随之增大，D错误。
B
9.如图所示为额定电压为250 V的用户供电的远距离输电的示意图，已知输入原线圈n1两端的电压U1＝500 V，发电机的输出功率为P＝500 kW，输电线的电阻R＝12.5 Ω，如果输电线上损失的功率为输送功率的1%。如果图中的升压变压器以及降压变压器均为理想的变压器。则下列结论正确的是(　　)
A.n1∶n2＝1∶49
B.n3∶n4＝99∶1
C.流过输电线的电流为40 A
D.降压变压器原线圈两端的电压为2 475 V
10.为响应国家“精准扶贫，产业扶贫”的战略，进一
步优化能源消费结构，光伏发电成为精准扶贫的新
途径，贫困户家庭多了一份固定收益的绿色环保存
折，光伏发电将照亮“脱贫路”。如图是所建光伏
发电项目。若光伏发电机产生的直流电已经过逆变
器转换成了正弦交流电向外输出，已知总输出功率
为36 kW，输出电压为500 V，先后经过升压变压器和降压变压器传输到用户。设输电线的总电阻为10 Ω，要求输电线中因发热而损耗的功率为输送功率的4%，用户需要的电压为220 V，不计变压器的能量损耗。求：
(1)升压变压器的输出电压；
(2)升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比。
答案　(1)3 000 V　(2)1∶6　144∶11
解析　(1)输电线中因发热而损耗的功率
ΔP＝P×4%＝1 440 W
解得I2＝12 A
11.某学校有一台应急备用发电机，内阻R＝1 Ω，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶4，降压变压器原、副线圈的匝数之比为4∶1，都可看作理想变压器，输电线的总电阻r＝4 Ω。全校22个教室，每个教室用“220 V　40 W”的灯泡6盏，要求所有灯泡都正常发光，求：
(1)输电线上损耗的电功率；
(2)发电机的输出功率；
(3)发电机的电动势。
培优加强练
答案　(1)144 W　(2)5 424 W　(3)250 V
解析　(1)根据题意，画出从发电机到教室灯泡之间的输电过程，如图所示。
所有灯泡都正常工作的总功率
P4＝22×6×40 W＝5 280 W
所有灯泡都正常工作时的总电流
两个变压器之间输电线上的电流
故输电线上损耗的电功率
(2)升压变压器的输出功率
P2＝P损＋P4＝5 424 W
而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率，也为升压变压器的输出功率，即
P出＝P1＝P2＝5 424 W。
(3)降压变压器上的输入电压
U3＝4U4＝880 V
输电线上的电压损失U损＝I线r＝24 V
因此升压变压器的输出电压
U2＝U损＋U3＝904 V

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