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3.4 电能的远距离输送
鲁科版选择性必修二2019
导入新课
中国最大火力发电站内蒙古托克托电厂
亚州最大风力发电站新疆达板城风力发电站
发电厂一般建在能源丰富的地方，有利能源合理开发利用，但这些地方一般距离城市等需用电的地方较远，这就需要远距离输电。
远距离
发电厂
用户（负载）
在我国常采用高压输电的方式将电能从发电厂经变电站输送给用户。
一、采用高压输电的原因
如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是R(在图中把导线电阻集中画为R)。那么：
(1)用户两端的电压是多大？
(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？
(3)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？
一、采用高压输电的原因
远距离输电，导线的电阻不能忽略。电流流过输电导线时，电流的热效应会引起电功率的损失。
R
I
假设导线电阻为R,通过电流为I
则，损失的电功率P=
I2R
即：在输电线上因发热而损耗的电功率与输电线的电阻成正比，与电流的二次方成正比。
因此：要减小输电时的的电功率损失
远距离
发电厂
用户（负载）
(1)减小导线电阻
(2)减小输电线中的电流
一、采用高压输电的原因
由电阻定律
（1）减小导线电阻
①减小材料的电阻率ρ：
②减小电线的长度L：
③增加导线的横截面积：
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.
不可行,因为要保证输电距离.
可适当增大横截面积。但不能太粗,既不经济又架设困难.
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一、采用高压输电的原因
无论从减小输电中的功率损失，还是从减小电压损失来看，都要求提高输电电压，减小输电电流。
在输送功率和线路电阻一定时，线路中损失的功率与输送电压的二次方成反比。
（2）减小输电线中的电流
设导线电阻为R,输送电功率为P输送，由：
输送电路中的电流：
导线因电阻而产生的损耗：
结论：
一、采用高压输电的原因
输电电压越高，输电线中电流就越小，导线因发热的损耗越小。
输电电压也不能无限制地提高。
不能。
输电电压过高，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。要综合考虑输送功率的大小、技术、经济等各种因素，选择恰当的输电电压。
一、采用高压输电的原因
在 100 km 左右时采用 110 kV 的电压输电
在100至300 km 时则采用 220 kV 的电压
在我国
更远距离采用更高电压输电
高压输电线路
输电电压为110 kV、220 kV 的线路
输电电压为330kV、550kV乃至750kV的线路
超高压输电线路
输电交流电压为1000kV及以上的线路
特高压输电线路
一、采用高压输电的原因
典型例题
【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1/2
二、高压交流输电与直流输电
【思维深化】
大型发电机设计输出的电压一般都达不到远距离输电的要求，远距离输电的具体过程是怎样的呢？
大型发电机设计输出的电压一般都达不到远距离输电的要求。因此，在发电厂（站）内，要用变压器升压，然后向远处送电；到达目的地后，根据不同的需求，再用降压变压器经过两三次降压，最后输送给用户。
二、高压交流输电
远距离输电线路示意图
?P
?U、
~
用 户
U1
I2
P1
U2
U3
U4
I1
P2
n1
n2
n4
n3
I3
I4
P3
P4
发电厂
升压变压器
降压变压器
R
三、远距离输电电路分析
1、发电回路
2、高压送电回路
3、用户回路
两个变压器，三个回路
1、功率关系：
2、电压关系：
①升压变压器： P1=P2
②降压变压器：P3=P4
③传输过程：P2=?P+P3
①升压变压器：
②降压变压器：
③传输过程：U2=?U+U3
三、远距离输电电路分析
3、电流关系：
③传输过程：I2=I3
②降压变压器：
①升压变压器：
4、输电导线上损耗的功率：
三、远距离输电电路分析

电压之间的关系是：
功率之间的关系是：
电流之间的关系是：
P1=P2，P3=P4，P2=?P+P3
三、远距离输电电路分析
典型例题
针对训练1.某村通过水电站发电对用户供电，输电线路如图所示，已知发电机的输出电压为500 V，输出功率为9 kW，用变压比(原、副线圈匝数比)为1∶3的理想变压器升压后向远处送电，输电导线的总电阻为10 Ω，到达用户后再用变压比(原、副线圈匝数比)为72∶11的理想变压器降压后供给用户，求：
(1)输电线上损失的电功率；(2)用户得到的电压和消耗的电功率。
典型例题
【例2】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；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率。
典型例题
【针对训练2】如图甲为某中小型水力发电站远距离输送单相交流电示意图，每根导线电阻为4 Ω，远距离输电线的输送电流为100 A，若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为960 kW，在用户端起点接有交流电压表，求：(1)升压变压器原、副线圈匝数比；(2)设降压变压器原、副线圈匝数比40∶1，求用户端交流电压表的示数；(3)若用户端全是照明用电，能使多少盏“220 V、20 W”的节能灯正常发光？
课外拓展--高压交流输电的难题
1、交流输电时，除输电线路上的电阻外，电感、电容产生的感抗和容抗也会造成交流输电线路上的电能和电压损失。
2、现代供电系统把许多发电站连成一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的各台发电机发出的交变电流并网时必须做到同步，即并联输电线中的交变电流必须同时达到最大值和最小值，并且交变电流的频率必须相同。
3、随着供电系统的迅速扩大、输电功率和输送距离的不断增加，技术难题越难克服。
高压直流输电
电网
解决办法？
课堂总结
典型例题
例3．(2021·江苏南通市高二开学考试)如图是某小型电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机的输出功率为20 kW。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻为10 Ω，下列说法错误的是(　　)A.输电线中电流的有效值为10 AB.升压变压器的输出电压U2＝2 kVC.用户获得的功率为19 kWD.将P下移，用户获得的电压将增大
典型例题
例4.在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变。开关S闭合后与闭合前相比，下列说法中正确的是(　　)
A.升压变压器的输入电压增大B.降压变压器的输出电流减小C.输电线上损耗的电压增大D.输电线上损耗的功率占总功率的比例减小
典型例题
针对练习3.为应对“新型冠状病毒”冬季可能爆发的流行态势，某医疗组织准备筹建“方舱”医院。为做好疫情防控供电准备，供电部门为医院设计的供电系统输电电路简图如图所示，发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小B＝????/10π T，水平匀强磁场中，线框面积S＝0.25 m2，匝数n＝100匝，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以一定的角速度匀速转动，并与升压变压器的原线圈相连，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶20，降压变压器的副线圈接入到医院供电，两变压器间的输电线等效电阻R＝40 Ω，变压器均为理想变压器。当发电机输出功率P＝5×104 W时，电压表的示数为250 V，额定电压为220 V的医疗设备正常工作。求：(1)线圈转动角速度大小；(2)降压变压器原、副线圈匝数之比。
?
典型例题
典型例题
1
致
谢
The man who has made up his mind to win will never say impossible

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