资源简介 4 电能的传输(分值:100分)1~6题每题7分,7题12分,共54分考点一 输电线路的电压损失和功率损失1.一发电站的输出功率为4 400 kW,现采用110 kV的高压输电,若要使输电效率不低于90%,则输电线的电阻不能大于( )A.68.75 Ω B.275 ΩC.137.5 Ω D.200 Ω2.(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9IC.输电电压为3U D.输电电压为U3.如果用220 V和11 kV两种电压来输电,设输送的电功率、输电线上功率损失、导线的长度和电阻率都相同,则两次输电导线的横截面积之比为( )A.1∶2 500 B.2 500∶1C.1∶250 D.250∶14.某发电机说明书的部分内容如表中所示,现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电,如图所示。发电机到安置区的距离是400 m,输电线路中的火线和零线均为某型号单股铜导线,该型号导线单位长度的电阻为2.5×10-4 Ω,安置区家用电器的总功率为44 kW。当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时,则( )型号 ××××最大输出功率 60 kW输出电压范围 220~300 VA.输电线路中的电流为20 AB.发电机实际输出电压是300 VC.在输电线电路上损耗的电功率为8 kWD.如果该柴油发电机发的电是正弦交变电流,则输出电压最大值是300 V考点二 远距离输电5.(多选)(2023·成都市高二期末)白鹤滩水电站是我国实施“西电东送”的关键一环,其远距离输电电路简化示意图如图所示,升压变压器与降压变压器均为理想变压器,发电机输出电压恒定,R为输电线路总电阻,则当用户端用电器增加时( )A.V1示数减小,A1示数增大B.V2示数减小,A2示数增大C.输电线上损失的功率减小D.V1示数与A1示数的乘积增大6.(多选)如图所示,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,用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电,要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%,则发电站要安装一升压变压器,到达用户端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)。对整个送电过程,下列说法正确的是( )A.输电线上的损失功率为300 WB.升压变压器的匝数比为1∶100C.降压变压器的输入电压为4 970 VD.降压变压器的匝数比为100∶17.(12分)(2023·雅安市高二期末)某远距离输电装置如图所示,矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生电压为e=200sin 100πt(V)的交流电,通过理想升压变压器和理想降压变压器进行远距离输电。已知输电线路总电阻R=5 Ω,理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为25∶10,降压变压器副线圈接入一台内阻r=4.4 Ω的电动机,其两端的电压U=220 V,机械效率η=90%。导线框及其余导线电阻均不计,电表均为理想电表,求:(1)(4分)电动机的机械功率P机;(2)(3分)输电线上损失的功率ΔP;(3)(5分)电流表的示数IA。8、9题每题9分,10、11题每题14分,共46分8.如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin ωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为( )A.() B.()C.4()2()2r D.4()2()2r9.(2023·绵阳市高二期末)如图所示为某发电站高压输电示意图。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3、U4。在输电线路靠近升压变压器的起始端,接入两个原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10的互感器。升压、降压变压器均为理想变压器,互感器和甲、乙电表都是理想的。则下列说法正确的是( )A.若保持升压变压器U1不变,仅将滑片Q下移,则电表甲示数减小B.若保持发电机输送功率不变,仅将滑片Q下移,输电线损耗功率增加C.若电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则线路输送电功率为220 kWD.若电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则线路输送电功率为2 200 W10.(14分)(2024·运城市康杰中学高二开学考)有一台内阻为1 Ω的发电机,为一个学校提供照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻R=4 Ω。全校共22个班,每班有“220 V 40 W”的灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则:(1)(3分)发电机的输出功率为多大?(2)(3分)发电机的电动势为多大?(3)(2分)输电线损耗的电功率为多大?(4)(2分)输电效率是多少?(5)(4分)若使电灯数减半并正常发光,发电机的输出功率是否减半?为什么?11.(14分)水力发电的基本原理就是将水流的机械能(主要指重力势能)转化为电能。某小型水力发电站水流量为Q=5 m3/s(流量是指流体在单位时间内流过某一横截面的体积),落差为h=10 m,发电机(内阻不计)的输出电压为U1=250 V,输电线总电阻为r=4 Ω,为了减小损耗采用了高压输电。在发电机处安装升压变压器,而在用户处安装降压变压器,其中n3∶n4=190∶11,用户获得的电压U4=220 V,用户获得的功率P4=1.9×105 W,若不计变压器损失的能量,已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,重力加速度g=10 m/s2。求:(1)(5分)高压输电线中的电流I2;(2)(4分)升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2;(3)(5分)该电站将水能转化为电能的效率η有多大?答案精析1.B [根据题意可知,输电线损失的电功率不得超过Pmax=P×(1-90%)=440 kW,根据P=UI可知,输电电流为I=40 A,又Pmax=I2Rmax,解得Rmax=275 Ω,所以输电线电阻不能大于275 Ω,选项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.B [根据P=UI得I=,则P损=I2R=·R,因为输送的电功率、输电线上的功率损失相同,输送电压之比为1∶50,导线的长度和电阻率都相同,根据R=ρ得,导线的横截面积之比为2 500∶1,故选B。]4.C [额定电压为220 V的家用电器正常工作时,输电线路中的电流I== A=200 A,故选项A错误;发电机的实际输出电压U0=U+Ir=220 V+200×2×400×2.5×10-4 V=260 V,故选项B错误;输电线路上损耗的功率P损=I2r=2002×2×400×2.5×10-4 W=8 000 W=8 kW,故选项C正确;该柴油发电机输出电压的最大值Um=260 V,故选项D错误。]5.BD [发电厂的输出电压恒定,升压变压器原、副线圈匝数不变,可知电压表V1示数不变,当用户端用电器增加时,发电机输出功率增大,可知电流表A1示数增大,故A错误;由于输电线上的电流变大,输电线上损失的电压增大,则降压变压器原线圈两端电压变小,降压变压器原、副线圈匝数不变,可知电压表V2示数减小,当用户端用电器增加时,可知电流表A2示数增大,故B正确;由于输电线上的电流变大,输电线电阻不变,可知输电线上损失的功率增大,故C错误;电压表V1示数不变,电流表A1示数增大,故V1示数与A1示数的乘积增大,故D正确。]6.AC [输电线上的损失功率为P损=P×0.6%=50 kW×0.6%=300 W,A项正确;输电线上的电流为I2= = A=10 A,升压变压器副线圈两端的电压为U2== V=5×103 V,由=得=,B项错误;输电线上损失的电压为U损=I2R=10×3 V=30 V,降压变压器输入电压为U3=U2-U损=5 000 V-30 V=4 970 V,C项正确;由=得=,D项错误。]7.(1)990 W (2)20 W (3)5.6 A解析 (1)设通过电动机的电流为I,由题意得=90%其中U=220 V解得I=5 A则P机=UI-I2r=990 W(2)设降压变压器原线圈两端的电压为U1,通过输电线路的电流为I1,由题意得=解得I1=2 A输电线路损耗的功率ΔP=R=20 W(3)两变压器均为理想变压器,则升压变压器的输入功率P0为P0=UI+ΔP=1 120 W由题可知,发电机的输出电压峰值为200 V,则升压变压器的输入电压为U0= V=200 V电流表的示数IA为升压变压器的输入电流,可得IA==5.6 A。8.C [升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1=,由=,可得U2=,因为输送电功率为P,输电线中的电流为I2==,则输电线上的损失的电功率为ΔP=(2r)=4()2()2r,故选C。]9.C [若保持升压变压器U1不变,仅将滑片Q下移,则n2变大,根据=,可得U2=,可知U2增大;电表甲示数为U甲=U2,可知电表甲示数增大,故A错误;若保持发电机输送功率不变,仅将滑片Q下移,则n2变大,U2增大,I2减小,输电线损耗功率为ΔP=r,可知输电线损耗功率减小,故B错误;题图中电表甲所在的互感器原线圈分别接输电线的火线和零线,是电压互感器,则甲电表为电压表,乙电表为电流表。设输电电流为I2,根据理想变压器规律可得=,=,解得U2=10U甲=2 200 V,I2=10I乙=100 A,所以线路输送的电功率为P2=U2I2=2 200×100 W=220 kW,故C正确,D错误。]10.(1)5 424 W (2)250 V (3)144 W(4)97.3% (5)否 见解析解析 (1)降压变压器输出的功率为P4=22×6×40 W=5 280 W,且U3=×U4=×220 V=880 V,所以I2=I3== A=6 A对升压变压器,发电机的输出功率P1=P2=U2I2=(U3+I2R)I2=5 424 W(2)因为U2=U3+I2R=880 V+6×4 V=904 V,所以U1=U2=226 V,则I1==24 A所以发电机的电动势E=U1+I1r=226 V+24×1 V=250 V。(3)输电线损耗的电功率P损=R=62×4 W=144 W(4)输电效率η=×100%=×100%=×100%≈97.3%(5)电灯减少一半时,P灯'=2 640 WI2'=I3'== A=3 A所以P出'=P灯'+I2'2R=2 640 W+32×4 W=2 676 W<,则发电机的输出功率减少了一半还要多,这是因为输电线上的电流减少了一半,输电线上电功率的损失减少为原来的。11.(1)50 A (2) (3)40%解析 (1)根据理想变压器规律得=,解得U3=3 800 V,P3=P4=1.9×105 WP3=U3I3,I2=I3,解得I2=50 A。(2)高压输电线损失电压ΔU=I2r=200 V因此U2=U3+ΔU=4 000 V因此==。(3)输电线损失的功率ΔP=r=1×104 W故发电机输出电功率P1=P2=P3+ΔP=2×105 W单位时间内水的机械能即功率P0==ρQgh=5×105 W故水能转化为电能的效率η=×100%=40%。4 电能的传输[学习目标] 1.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关(重点)。2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算(重难点)。3.了解交变电流从发电站到用户的输电过程(重点)。一、电能输送中的电压损失和电能损耗人们常把各种形式的能(如水能、燃料化学能、核能等)先转化为电能再进行利用,因为电能可以通过电网很方便地传输到远方。电能从发电厂到远方用户端的传输过程,如图所示。假设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,用户端的电压是U',两条导线的总电阻是r。在图中,导线的电阻集中画为一个电阻r。(1)怎样计算输电线路损失的功率ΔP?(2)在输电电流一定的情况下,如果输电线路的电阻减为原来的一半,输电线路上损失的功率变为原来的多少?在输电线路电阻一定的情况下,如果输电电流减为原来的一半,输电线路上损失的功率变为原来的多少?(3)通过第(2)问的两项计算,你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效?(4)在保证输送功率不变的前提下,怎样才能减小输电电流?(5)怎样计算用户消耗的功率P'? 1.输电线路的电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U'的差值。ΔU= =Ir=r,其中I为输电线上的电流,r为输电线的电阻。 2.输电线路的功率损失(1)远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率ΔP= 。 (2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示为ΔP= ,ΔP= 。 3.减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻r由r=ρ可知,输电距离l一定时,使用电阻率小的材料, 导体横截面积可减小电阻。 (2)减小输电电流I根据I=,在输送功率P一定,输电线电阻r一定的条件下,输电电压 原来的n倍,输送电流可减为原来的,输电线上的功率损耗将降为原来的。(1)输电线上损失的电功率,与输电线的电阻成正比,与输电线电流的平方成正比。( )(2)由P=可知,输电电压越小,输电线上损失的电功率就越小。( )例1 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦。(1)若输出的电压为20万伏,则输电线上的电流为多少?(2)在(1)情况下,某处与电站间每根输电线的电阻为10 Ω,则输电线上损失的功率为多少?它与输出功率的比值是多少?(3)若将输出电压升高至50万伏,输电线上的电流为多少?某处与电站间每根输电线的电阻仍为10 Ω,输电线上损失的功率又为多少?它与输出功率的比值是多少? 针对训练1 (多选)(2020·全国卷Ⅱ)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'=ΔPC.ΔU'=ΔU D.ΔU'=ΔU(1)输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损=P-P'(P为输送功率,P'为用户所得功率)。(2)除了利用P损=P-P'计算输电线路上的功率损耗外,还可用下列方法计算:①P损=R线,I线为输电线路上的电流,R线为输电线路电阻。②P损=ΔP=,ΔU为输电线路上损失的电压,R线为线路电阻。③P损=ΔU·I线,ΔU为输电线路上损失的电压,I线为线路上的电流。二、远距离输电系统1.远距离输电的基本原理:在发电站附近用 变压器升压,然后用输电线送到远方,在用电区域通过 变压器降到所需的电压。 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。(4)1 000 kV以上电压等级,称为特高压。3.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。4.电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本,获得最大的经济效益。(2)减小断电的风险,调剂不同地区电力供需的平衡。(3)合理调度电力,使电力的供应更加可靠,质量更高。5.解决远距离高压输电问题的基本方法(1)首先应画出远距离输电的电路图(如图),并将已知量和待求量写在电路图的相应位置。(2)理清三个回路:回路1:P1= 回路2:ΔU= =I2R线,ΔP=P2-P3=R线,I2=I3 回路3:P4= 。 (3)常用关系①功率关系:P1=P2,P2=ΔP+P3,P3=P4。②电压关系:= 。 ③电流关系:。④输电效率η= ×100%。 (1)使用变压器进行远距离输电,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。( )(2)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。( )例2 (2024·内江市高二月考)发电机两端的电压为220 V,输出功率为44 kW,输电线的总电阻为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输送给用户,求用户得到的电压和功率。 针对训练2 (2023·山东卷)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 AB.输电线上损失的功率为4.8 kWC.输送给储能站的功率为408 kWD.升压变压器的匝数比n1∶n2=1∶44例3 (2023·内江市第六中学校考)发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器给用户供电,升压变压器输出端滑片P位置可以调动,发电机组输出交变电压的有效值恒定,两条输电线总电阻r保持不变。在下列条件下,增加用户端的用电器,则( )A.若滑片P位置不变,则用户端电压升高B.若滑片P位置不变,则输电线上损失的功率变小C.若将滑片P下移,则用户端电压可能不变D.若将滑片P下移,则输电线上损失的功率可能减小三、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 。 2.发电机发出的交流电,先通过变压器升高电压,然后使用 使它成为直流电,用输电线把高压直流电输送出去。到了用电地点附近,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 )。 例4 (多选)(2024·浙江省高二期末)在远距离输电技术上,我国1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程。输电线路流程可简化为:如虚线框所示,若直流输电线电阻为10 Ω,直流电输送功率为5.5×109 W,不计变压器、整流与逆变等造成的能量损失,则( )A.直流电输电线路上的电流为5×103 AB.直流电输电线路上损失的电压为100 kVC.降压变压器的输出功率是4.5×109 WD.保持输送功率不变,若将1 100 kV直流输电降为550 kV直流输电,受端获得功率将比原来减少7.5×108 W答案精析一、(1)ΔP=I2r(2)由ΔP=I2r可知,I不变,r减半,ΔP变为原来的;由ΔP=I2r可知,r不变,I减半,ΔP变为原来的。(3)由第(2)问可知,减小电流对降低输电线路的损耗更有效。(4)由P=UI得I=,在电功率不变的前提下,升高电压,可减小输电电流。(5)用户得到的功率P'=P-ΔPΔP=I2r或ΔP=或ΔP=IΔUΔU=U-U'=Ir。梳理与总结1.U-U'2.(1)I2r (2) ΔU·I3.(1)增大 (2)提高到 易错辨析(1)√ (2)×例1 (1)2 500 A (2)1.25×108 W (3)1 000 A 2×107 W 解析 (1)由P=UI得I===2 500 A(2)输电线上损失的功率ΔP=I2·2r=2 5002×2×10 W=1.25×108 W损失功率与输出功率之比为==(3)将输出电压升高至50万伏时,I'===1 000 A输电线上损失的功率ΔP'=I'2·2r=1 0002×2×10 W=2×107 W损失功率与输出功率之比为==。针对训练1 AD [由输电电流I=知,输送的电功率不变,输电电压加倍,输电电流变为原来的,损耗的电功率ΔP=I2r,损耗的电功率变为原来的,即ΔP'=ΔP;输电线上损失电压为ΔU=Ir,即输电电压加倍,损失电压变为原来的,即ΔU'=ΔU,故A、D正确。]二、1.升压 降压 5.(2)U1I1 U2-U3 U4I4(3)② ΔU+U3 ④易错辨析(1)√ (2)×例2 (1)见解析图 (2)219.6 V 4.392×104 W (3)180 V 3.6×104 W解析 (1)线路示意图如图所示:(2)由(1)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,则升压变压器副线圈的输出电流I2== A=20 A,输电线上的功率损耗和电压损失分别为P损=R线=202×0.2 W=80 WU损=I2R线=20×0.2 V=4 V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 VI3=I2=20 A降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为U4=U3=219.6 VI4=I3=200 A用户得到的功率为P4=U4I4=219.6×200 W=4.392×104 W(3)若直接给用户供电,线路示意图如图所示则输电电流I'== A=200 A输电线路上的电压损失ΔU'=I'R线=200×0.2 V=40 V所以用户得到的电压U2'=U1-ΔU'=220 V-40 V=180 V用户得到的功率为P'=U2'I'=180×200 W=3.6×104 W。针对训练2 C [由题知,发电机的输出电压U1=250 V,输出功率500 kW,则有I1==2×103 A,A错误;由题知,用户端电压U4=220 V,功率P4=88 kW,则有==,P4=U4I4,解得I4=400 A,I3=8 A,U3=11 000 V,则输电线上损失的功率为ΔP=R=4 kW,且U2=U3+I3R=11 500 V,再根据=,解得=,B、D错误;根据P1=U2I3+P5,代入数据得P5=408 kW,C正确。]例3 C [增加用户端的用电器,即并入电路的负载增多,用户端总功率变大,负载总电阻减小,导致电路总电流增大,对应的输电线电流增大,发电站的输出电流也增大。输电线电流增大,由U=Ir可得,输电线分压增大,即电压损失增多,降压变压器原线圈电压降低,对应的副线圈电压也降低,即用户获得的电压降低,故A错误;输电线电流增大,由P=I2r可知,输电线上损失的功率变大,故B错误;若将滑片P下移,升压变压器副线圈匝数增加,则升压变压器次级电压U2增大,增加用户端用电器,则用户端电阻减小,这样会导致输电线电流I变大,根据P=I2R线可知,输电线上的功率损失一定变大;输电线上的电压损失变大,而降压变压器初级电压U3=U2-IR线,可知降压变压器初级电压可能不变,即用户得到的电压可能不变,故C正确,D错误。]三、1.电感 直流输电2.整流设备 逆变器 换流 例4 AD [直流电输送功率P=UI,故输送电流I== A=5 000 A,A正确;损失的电压ΔU=IR=5×103×10 V=50 kV,B错误;输电导线上损失的功率ΔP=I2R=(5×103)2×10 W=2.5×108 W降压变压器的输出功率P出=P-ΔP=5.25×109 W,C错误;用1 100 kV输电时输电导线上损失的功率ΔP=2.5×108 W,保持输送功率不变,只用550 kV输电,输电导线上损失的功率ΔP'=()2R=()2×10 W=1×109 W则用户得到的功率比用1 100 kV输电时减少ΔP'-ΔP=7.5×108 W,D正确。](共74张PPT)DISANZHANG第三章4 电能的传输1.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关(重点)。2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算(重难点)。3.了解交变电流从发电站到用户的输电过程(重点)。学习目标一、电能输送中的电压损失和电能损耗二、远距离输电系统内容索引课时对点练三、直流输电电能输送中的电压损失和电能损耗一人们常把各种形式的能(如水能、燃料化学能、核能等)先转化为电能再进行利用,因为电能可以通过电网很方便地传输到远方。电能从发电厂到远方用户端的传输过程,如图所示。假设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,用户端的电压是U',两条导线的总电阻是r。在图中,导线的电阻集中画为一个电阻r。(1)怎样计算输电线路损失的功率ΔP?答案 ΔP=I2r(2)在输电电流一定的情况下,如果输电线路的电阻减为原来的一半,输电线路上损失的功率变为原来的多少?在输电线路电阻一定的情况下,如果输电电流减为原来的一半,输电线路上损失的功率变为原来的多少?答案 由ΔP=I2r可知,I不变,r减半,ΔP变为原来的;由ΔP=I2r可知,r不变,I减半,ΔP变为原来的。(3)通过第(2)问的两项计算,你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效?答案 由第(2)问可知,减小电流对降低输电线路的损耗更有效。(4)在保证输送功率不变的前提下,怎样才能减小输电电流?答案 由P=UI得I=,在电功率不变的前提下,升高电压,可减小输电电流。(5)怎样计算用户消耗的功率P'?答案 用户得到的功率P'=P-ΔPΔP=I2r或ΔP=或ΔP=IΔUΔU=U-U'=Ir。1.输电线路的电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U'的差值。ΔU= =Ir=r,其中I为输电线上的电流,r为输电线的电阻。2.输电线路的功率损失(1)远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率ΔP= 。(2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示为ΔP= ,ΔP= 。梳理与总结U-U'I2rΔU·I3.减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻r由r=ρ可知,输电距离l一定时,使用电阻率小的材料, 导体横截面积可减小电阻。(2)减小输电电流I根据I=,在输送功率P一定,输电线电阻r一定的条件下,输电电压____原来的n倍,输送电流可减为原来的,输电线上的功率损耗将降为原来的。增大提高到(1)输电线上损失的电功率,与输电线的电阻成正比,与输电线电流的平方成正比。( )(2)由P=可知,输电电压越小,输电线上损失的电功率就越小。( )×√ 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦。(1)若输出的电压为20万伏,则输电线上的电流为多少?例1答案 2 500 A 由P=UI得I===2 500 A(2)在(1)情况下,某处与电站间每根输电线的电阻为10 Ω,则输电线上损失的功率为多少?它与输出功率的比值是多少?答案 1.25×108 W 输电线上损失的功率ΔP=I2·2r=2 5002×2×10 W=1.25×108 W损失功率与输出功率之比为==(3)若将输出电压升高至50万伏,输电线上的电流为多少?某处与电站间每根输电线的电阻仍为10 Ω,输电线上损失的功率又为多少?它与输出功率的比值是多少?答案 1 000 A 2×107 W 将输出电压升高至50万伏时,I'===1 000 A输电线上损失的功率ΔP'=I'2·2r=1 0002×2×10 W=2×107 W损失功率与输出功率之比为==。 (多选)(2020·全国卷Ⅱ)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'=ΔPC.ΔU'=ΔU D.ΔU'=ΔU针对训练1√√由输电电流I=,损耗的电功率ΔP=I2r,损耗的电功率变为原来的,即ΔP'=ΔP;输电线上损失电压为ΔU=Ir,即输电电压加倍,损失电压变为原来的,即ΔU'=ΔU,故A、D正确。返回总结提升(1)输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损=P-P'(P为输送功率,P'为用户所得功率)。(2)除了利用P损=P-P'计算输电线路上的功率损耗外,还可用下列方法计算:①P损=R线,I线为输电线路上的电流,R线为输电线路电阻。②P损=ΔP=,ΔU为输电线路上损失的电压,R线为线路电阻。③P损=ΔU·I线,ΔU为输电线路上损失的电压,I线为线路上的电流。远距离输电系统二1.远距离输电的基本原理:在发电站附近用 变压器升压,然后用输电线送到远方,在用电区域通过 变压器降到所需的电压。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。(4)1 000 kV以上电压等级,称为特高压。升压降压3.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。4.电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本,获得最大的经济效益。(2)减小断电的风险,调剂不同地区电力供需的平衡。(3)合理调度电力,使电力的供应更加可靠,质量更高。5.解决远距离高压输电问题的基本方法(1)首先应画出远距离输电的电路图(如图),并将已知量和待求量写在电路图的相应位置。(2)理清三个回路:回路1:P1=______回路2:ΔU= =I2R线,ΔP=P2-P3=R线,I2=I3回路3:P4= 。U1I1U2-U3U4I4(3)常用关系①功率关系:P1=P2,P2=ΔP+P3,P3=P4。②电压关系:= ,U2= ,= 。③电流关系:=,I2=I线=I3,=。④输电效率η= ×100%。ΔU+U3(1)使用变压器进行远距离输电,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。( )(2)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。( )×√ (2024·内江市高二月考)发电机两端的电压为220 V,输出功率为44 kW,输电线的总电阻为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;例2答案 见解析图线路示意图如图所示:(2)求用户得到的电压和功率;答案 219.6 V 4.392×104 W由(1)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,则升压变压器副线圈的输出电流I2== A=20 A,输电线上的功率损耗和电压损失分别为P损=R线=202×0.2 W=80 WU损=I2R线=20×0.2 V=4 V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 VI3=I2=20 A降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为U4=U3=219.6 VI4=I3=200 A用户得到的功率为P4=U4I4=219.6×200 W=4.392×104 W(3)若不经过变压而直接输送给用户,求用户得到的电压和功率。答案 180 V 3.6×104 W若直接给用户供电,线路示意图如图所示则输电电流I'== A=200 A输电线路上的电压损失ΔU'=I'R线=200×0.2 V=40 V所以用户得到的电压U2'=U1-ΔU'=220 V-40 V=180 V用户得到的功率为P'=U2'I'=180×200 W=3.6×104 W。 (2023·山东卷)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 AB.输电线上损失的功率为4.8 kWC.输送给储能站的功率为408 kWD.升压变压器的匝数比n1∶n2=1∶44针对训练2√由题知,发电机的输出电压U1=250 V,输出功率500 kW,则有I1==2×103 A,A错误;由题知,用户端电压U4=220 V,功率P4=88 kW,则有==,P4=U4I4,解得I4=400 A,I3=8 A,U3=11 000 V,则输电线上损失的功率为ΔP=R=4 kW,且U2=U3+I3R=11 500 V,再根据==,B、D错误;根据P1=U2I3+P5,代入数据得P5=408 kW,C正确。 (2023·内江市第六中学校考)发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器给用户供电,升压变压器输出端滑片P位置可以调动,发电机组输出交变电压的有效值恒定,两条输电线总电阻r保持不变。在下列条件下,增加用户端的用电器,则A.若滑片P位置不变,则用户端电压升高B.若滑片P位置不变,则输电线上损失的功率变小C.若将滑片P下移,则用户端电压可能不变D.若将滑片P下移,则输电线上损失的功率可能减小例3√增加用户端的用电器,即并入电路的负载增多,用户端总功率变大,负载总电阻减小,导致电路总电流增大,对应的输电线电流增大,发电站的输出电流也增大。输电线电流增大,由U=Ir可得,输电线分压增大,即电压损失增多,降压变压器原线圈电压降低,对应的副线圈电压也降低,即用户获得的电压降低,故A错误;输电线电流增大,由P=I2r可知,输电线上损失的功率变大,故B错误;若将滑片P下移,升压变压器副线圈匝数增加,则升压变压器次级电压U2增大,增加用户端用电器,则用户端电阻减小,这样会导致输电线电流I变大,根据P=I2R线可知,输电线上的功率损失一定变大;输电线上的电压损失变大,而降压变压器初级电压U3=U2-IR线,可知降压变压器初级电压可能不变,即用户得到的电压可能不变,故C正确,D错误。返回直流输电三1.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 。2.发电机发出的交流电,先通过变压器升高电压,然后使用__________使它成为直流电,用输电线把高压直流电输送出去。到了用电地点附近,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 )。电感直流输电整流设备逆变器换流 (多选)(2024·浙江省高二期末)在远距离输电技术上,我国1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程。输电线路流程可简化为:如虚线框所示,若直流输电线电阻为10 Ω,直流电输送功率为5.5×109 W,不计变压器、整流与逆变等造成的能量损失,则例4A.直流电输电线路上的电流为5×103 AB.直流电输电线路上损失的电压为100 kVC.降压变压器的输出功率是4.5×109 WD.保持输送功率不变,若将1 100 kV直流输电降为550 kV直流输电,受端获得功率将比原来减少7.5×108 W√√直流电输送功率P=UI,故输送电流I== A=5 000 A,A正确;损失的电压ΔU=IR=5×103×10 V=50 kV,B错误;输电导线上损失的功率ΔP=I2R=(5×103)2×10 W=2.5×108 W降压变压器的输出功率P出=P-ΔP=5.25×109 W,C错误;用1 100 kV输电时输电导线上损失的功率ΔP=2.5×108 W,保持输送功率不变,只用550 kV输电,输电导线上损失的功率ΔP'=()2R=()2×10 W=1×109 W则用户得到的功率比用1 100 kV输电时减少ΔP'-ΔP=7.5×108 W,D正确。返回四课时对点练考点一 输电线路的电压损失和功率损失1.一发电站的输出功率为4 400 kW,现采用110 kV的高压输电,若要使输电效率不低于90%,则输电线的电阻不能大于A.68.75 Ω B.275 ΩC.137.5 Ω D.200 Ω基础对点练1234578910116√1234578910116根据题意可知,输电线损失的电功率不得超过Pmax=P×(1-90%)=440 kW,根据P=UI可知,输电电流为I=40 A,又Pmax=I2Rmax,解得Rmax=275 Ω,所以输电线电阻不能大于275 Ω,选项B正确。12345789101162.(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9IC.输电电压为3U D.输电电压为U√√1234578910116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.如果用220 V和11 kV两种电压来输电,设输送的电功率、输电线上功率损失、导线的长度和电阻率都相同,则两次输电导线的横截面积之比为A.1∶2 500 B.2 500∶1C.1∶250 D.250∶11234578910116√根据P=UI得I=,则P损=I2R=·R,因为输送的电功率、输电线上的功率损失相同,输送电压之比为1∶50,导线的长度和电阻率都相同,根据R=ρ得,导线的横截面积之比为2 500∶1,故选B。12345789101164.某发电机说明书的部分内容如表中所示,现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电,如图所示。发电机到安置区的距离是400 m,输电线路中的火线和零线均为某型号单股铜导线,该型号导线单位长度的电阻为2.5×10-4 Ω,安置区家用电器的总功率为44 kW。当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时,则A.输电线路中的电流为20 AB.发电机实际输出电压是300 VC.在输电线电路上损耗的电功率为8 kWD.如果该柴油发电机发的电是正弦交变电流,则输出电压最大值是300 V√型号 ××××最大输出功率 60 kW输出电压范围 220~300 V1234578910116额定电压为220 V的家用电器正常工作时,输电线路中的电流I== A=200 A,故选项A错误;发电机的实际输出电压U0=U+Ir=220 V+200×2×400×2.5×10-4 V=260 V,故选项B错误;输电线路上损耗的功率P损=I2r=2002×2×400×2.5×10-4 W=8 000 W=8 kW,故选项C正确;该柴油发电机输出电压的最大值Um=260 V,故选项D错误。考点二 远距离输电5.(多选)(2023·成都市高二期末)白鹤滩水电站是我国实施“西电东送”的关键一环,其远距离输电电路简化示意图如图所示,升压变压器与降压变压器均为理想变压器,发电机输出电压恒定,R为输电线路总电阻,则当用户端用电器增加时A.V1示数减小,A1示数增大B.V2示数减小,A2示数增大C.输电线上损失的功率减小D.V1示数与A1示数的乘积增大1234578910116√√1234578910116发电厂的输出电压恒定,升压变压器原、副线圈匝数不变,可知电压表V1示数不变,当用户端用电器增加时,发电机输出功率增大,可知电流表A1示数增大,故A错误;由于输电线上的电流变大,输电线上损失的电压增大,则降压变压器原线圈两端电压变小,降压变压器原、副线圈匝数不变,可知电压表V2示数减小,当用户端用电器增加时,可知电流表A2示数增大,故B正确;1234578910116由于输电线上的电流变大,输电线电阻不变,可知输电线上损失的功率增大,故C错误;电压表V1示数不变,电流表A1示数增大,故V1示数与A1示数的乘积增大,故D正确。12345678910116.(多选)如图所示,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,用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电,要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%,则发电站要安装一升压变压器,到达用户端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)。对整个送电过程,下列说法正确的是A.输电线上的损失功率为300 WB.升压变压器的匝数比为1∶100C.降压变压器的输入电压为4 970 VD.降压变压器的匝数比为100∶1√√1234567891011输电线上的损失功率为P损=P×0.6%=50 kW×0.6%=300 W,A项正确;输电线上的电流为I2== A=10 A,升压变压器副线圈两端的电压为U2== V=5×103 V,由==,B项错误;输电线上损失的电压为U损=I2R=10×3 V=30 V,降压变压器输入电压为U3=U2-U损=5 000 V-30 V=4 970 V,C项正确;由==,D项错误。7.(2023·雅安市高二期末)某远距离输电装置如图所示,矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生电压为e=200sin 100πt(V)的交流电,通过理想升压变压器和理想降压变压器进行远距离输电。已知输电线路总电阻R=5 Ω,理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为25∶10,降压变压器副线圈接入一台内阻r=4.4 Ω的电动机,其两端的电压U=220 V,机械效率η=90%。导线框及其余导线电阻均不计,电表均为理想电表,求: 1234567891011(1)电动机的机械功率P机;1234567891011答案 990 W 设通过电动机的电流为I,由题意得=90%其中U=220 V解得I=5 A则P机=UI-I2r=990 W(2)输电线上损失的功率ΔP;1234567891011答案 20 W 设降压变压器原线圈两端的电压为U1,通过输电线路的电流为I1,由题意得=解得I1=2 A输电线路损耗的功率ΔP=R=20 W(3)电流表的示数IA。1234567891011答案 5.6 A1234567891011两变压器均为理想变压器,则升压变压器的输入功率P0为P0=UI+ΔP=1 120 W由题可知,发电机的输出电压峰值为200 V,则升压变压器的输入电压为U0= V=200 V电流表的示数IA为升压变压器的输入电流,可得IA==5.6 A。12345678910118.如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin ωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为A.( B.(C.4()2()2r D.4()2()2r√能力综合练1234567891011升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1==,可得U2=,因为输送电功率为P,输电线中的电流为I2==,则输电线上的损失的电功率为ΔP=(2r)=4()2()2r,故选C。9.(2023·绵阳市高二期末)如图所示为某发电站高压输电示意图。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3、U4。在输电线路靠近升压变压器的起始端,接入两个原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10的互感器。升压、降压变压器均为理想变压器,互感器和甲、乙电表都是理想的。则下列说法正确的是1234567891011A.若保持升压变压器U1不变,仅将滑片Q下移,则电表甲示数减小B.若保持发电机输送功率不变,仅将滑片Q下移,输电线损耗功率增加C.若电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则线路输送电功率为220 kWD.若电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则线路输送电功率为2 200 W√1234567891011若保持升压变压器U1不变,仅将滑片Q下移,则n2变大,根据=,可得U2=,可知U2增大;电表甲示数为U甲=U2,可知电表甲示数增大,故A错误;若保持发电机输送功率不变,仅将滑片Q下移,则n2变大,U2增大,I2减小,输电线损耗功率为ΔP=r,可知输电线损耗功率减小,故B错误;1234567891011题图中电表甲所在的互感器原线圈分别接输电线的火线和零线,是电压互感器,则甲电表为电压表,乙电表为电流表。设输电电流为I2,根据理想变压器规律可得==,解得U2=10U甲=2 200 V,I2=10I乙=100 A,所以线路输送的电功率为P2=U2I2=2 200×100 W=220 kW,故C正确,D错误。1234567891011123456789101110.(2024·运城市康杰中学高二开学考)有一台内阻为1 Ω的发电机,为一个学校提供照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻R=4 Ω。全校共22个班,每班有“220 V 40 W”的灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则:(1)发电机的输出功率为多大?答案 5 424 W 降压变压器输出的功率为P4=22×6×40 W=5 280 W,且U3=×U4=×220 V=880 V,所以I2=I3== A=6 A对升压变压器,发电机的输出功率P1=P2=U2I2=(U3+I2R)I2=5 424 W12345678910111234567891011(2)发电机的电动势为多大?答案 250 V 因为U2=U3+I2R=880 V+6×4 V=904 V,所以U1=U2=226 V,则I1==24 A所以发电机的电动势E=U1+I1r=226 V+24×1 V=250 V。1234567891011(3)输电线损耗的电功率为多大?答案 144 W输电线损耗的电功率P损=R=62×4 W=144 W1234567891011(4)输电效率是多少?答案 97.3% 输电效率η=×100%=×100%=×100%≈97.3%1234567891011(5)若使电灯数减半并正常发光,发电机的输出功率是否减半?为什么?答案 否 见解析电灯减少一半时,P灯'=2 640 WI2'=I3'== A=3 A所以P出'=P灯'+I2'2R=2 640 W+32×4 W=2 676 W<则发电机的输出功率减少了一半还要多,这是因为输电线上的电流减少了一半,输电线上电功率的损失减少为原来的。123456789101111.水力发电的基本原理就是将水流的机械能(主要指重力势能)转化为电能。某小型水力发电站水流量为Q=5 m3/s(流量是指流体在单位时间内流过某一横截面的体积),落差为h=10 m,发电机(内阻不计)的输出电压为U1=250 V,输电线总电阻为r=4 Ω,为了减小损耗采用了高压输电。在发电机处安装升压变压器,而在用户处安装降压变压器,其中n3∶n4=190∶11,用户获得的电压U4=220 V,用户获得的功率P4=1.9×105 W,若不计变压器损失的能量,已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,重力加速度g=10 m/s2。求:1234567891011(1)高压输电线中的电流I2;1234567891011答案 50 A 根据理想变压器规律得=,解得U3=3 800 V,P3=P4=1.9×105 WP3=U3I3,I2=I3,解得I2=50 A。(2)升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2;1234567891011答案 高压输电线损失电压ΔU=I2r=200 V因此U2=U3+ΔU=4 000 V因此==。(3)该电站将水能转化为电能的效率η有多大?1234567891011答案 40%输电线损失的功率ΔP=r=1×104 W故发电机输出电功率P1=P2=P3+ΔP=2×105 W单位时间内水的机械能即功率P0==ρQgh=5×105 W故水能转化为电能的效率η=×100%=40%。返回 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第三章 4 电能的传输 练习(含解析).docx 第三章 4 电能的传输.docx 第三章 4 电能的传输.pptx