1、学案 1 高压输电原理学习目标定位 1.掌握输电过程中降低输电损耗的两个途径.2.理解高压输电的原理.3.会对简单的远距离输电线路进行定量计算1电阻定律：在温度不变时，同种材料的导体，其电阻 R 与它的长度 L 成正比，与它的横截面积 S 成反比，导体电阻与构成它的材料有关，即 R .LS2电功率 PUI ，热功率 PI 2R.一、远距离输电为什么要用高电压1减少输电线上电能损耗的两条途径：(1)降低输电导线的电阻(2)减小输电线中的电流2由 PUI 可知，当输送的功率一定时，采用升高输电电压的方法，就可以减小输电电流3提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的电能损耗，这就是远距离输电
2、需采用高电压的根本原因二、交流输配电网发 电 机 发 出 的 交 变 电 流 先 送 到 升 压 变 电 站 ， 将 电 压 升 高 到 220 kV 以 上 ， 由 高 压 输 电 线 向 远处 输 送 在 用 电 区 ， 先 由 第 一 级 变 电 站 将 电 压 降 到 110 kV， 再 输 送 到 第 二 级 变 电 站 ， 将 电 压 降到 10 kV， 送 到 用 电 区 对 普 通 生 活 用 电 ， 则 还 要 用 变 压 器 将 电 压降 到 220 V.远距离输电为什么要用高电压问题设计如图 1 所示，假定输电线路中的电流是 I，两条导线的总电阻是 R，在图中导线电阻集中
3、画为 r，输送功率为 P，发电厂输出的电压为 U.那么：图 1(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？(2)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？降低输电损耗的两个途径是什么？(3)为什么远距离输电必须用高压呢？答案 (1)在输电线上有功率损失(2)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了这是输电线上功率损失的主要原因功率损失表达式：PI 2R，所以降低输电损耗的两个途径为：减小输电线的电阻R；减小输电电流 I.(3)因为发电厂的输出功率 P 是一定的，由 PUI 得，要减小输电电流 I，必须提高输出电压 U.要点提炼输电线上的电压损失和功率损失
4、(设输电线上电阻为 R，电流为 I)1电压损失输电线始端电压 U 与输电线末端电压 U的差值UUU IR.2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PI 2R.(2)若输电线上损失的电压为 U，则功率损失还可以表示为 P ， PU I.U2R3减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由 R 可知，距离 L 一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电LS阻(2)减小输电电流 I由 PUI 可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流延伸思考 为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？答案 用电高峰期到用户家中的输电线电流 I 较大，输电线上损
5、失的电压 UIr 较大，用户得到的电压 UU 变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗一、降低输电损耗的途径例 1 如图 2 所示为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是( )图 2A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B高压输电是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，输电过程中的电能损失越小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答案 ABD解析 由 P 损 I 2R 和 R ，P 损 越小，所以 A 正确由 PUI 及 P 损 I 2R 知 B 正LS确，C 错误电压越高，对输电线路绝缘性能和对变压器的要求越
6、高，实际输送电能时，要综合考虑各种因素，故 D 正确二、输电线上功率损失的计算例 2 发电厂发电机直接向学校供电，发电机输出电压为 U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为 R，导线的电流为 I，学校得到的电压为 U2，则下列关于输电线损失的功率的式子中错误的是( )A. B.U21R U1 U22RCI 2R DI (U1U 2)答案 A解析 用 PU 2/R 求电阻上损失的功率时，U 要与电阻 R 相对应，选项 A 中的 U1 是输出电压不是输电线上的电压，故 A 是错误的B 中的 U1U 2 是输电线上的电压，因此，B 是正确的C、D 中的电流 I 是输电线中的电流，故 C、D 都是正确的例
7、 3 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)某处与电站间每根输电线的电阻为 10 欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？(3)若将电压升高至 50 万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？解析 (1)由 PUI 得 I 2 500 APU 5108 W2105 V(2)输电线上损失的功率 PI 22r2 500 2210 W1.2510 8 W损失功率与输出功率之比为 PP 1.251085108 14(3)将电压升高至 50 万伏时，I 1 000 APU 5108
8、W5105 V输电线上损失的功率 PI 22r1 000 2210 W210 7 W损失功率与输出功率之比为 PP 21075108 125答案 (1)2 500 A (2)1.2510 8 W 14(3)1 000 A 2 107 W 125针对训练 在我国北方部分地区经常出现低温雨雪冰冻天气，高压输电线因结冰而造成严重损毁，如图 3 所示，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在正常供电时，高压线上送电电压为 U，电流为 I，热耗功率为P；若输电功率和输电线电阻不变，除冰时，需要输电线上热耗功率为 9P，则除冰时( )图 3A输电电流为 3I B输电电流为
9、 9IC输电电压为 3U D输电电压为 U13答案 AD解析 高压线上的热耗功率为 PI 2R 线 若热耗功率变为 9P，则 9PI 2R 线 .由得 I3I，A 对又输送功率不变，PUI U I ，得 U U，所以 D13对1(降低输电损耗的途径)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，其客观原因是电网陈旧老化近来，农村进行电网改造，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增大输送电流C提高输电电压 D减小输电导线的横截面积答案 C解析 电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高，减少损耗的途径：(1)减小输电导线中的电流，即可提高
10、输电电压；(2)减小输电线的电阻，即增大导线的横截面积，故C 正确2(输电线上功率损失的计算) 远距离输电，原来用电压 U0 输送，输电线上损失的功率为 P0，现要使输电线路上损失的功率减少到原来的 1%，在保持输送功率不变的情况下，输电电压变为_U 0.答案 10解析 设输送功率为 P，则 P0( )2R 线 ，0.01P 0( )2R 线 ，所以 U10 U 0.PU0 PU3(输电线上功率损失的计算) 一座小型发电站，用总电阻是 0.5 的输电线把电输送给用户，发电站输送的电功率是 20 kW.假如用 250 V 的电压输电，估算输电导线上的功率损失和用户得到的功率假如改用 500 V
11、的电压输电，输电线上的功率损失和用户得到的功率又各是多少？答案 3.2 kW 16.8 kW 0.8 kW 19.2 kW解析 假如用 250 V 的电压输电，输电导线上的功率损失为 P 损 ( )2R( )PU 2010325020.5 W3.2 kW用户得到的功率为P 用 PP 损 20 kW3.2 kW16.8 kW假如改用 500 V 的电压输电，输电导线上的功率损失为P 损 ( )2R( )20.5 W0.8 kWPU 20103500用户得到的功率为P 用 PP 损 20 kW 0.8 kW19.2 kW.题组一 降低输电损耗的途径1远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比
12、1 000 kV 高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是( )A可节省输电线的材料B可根据需要调节交流电的频率C可减小输电线上的能量损失D可加快输电的速度答案 AC解析 由于远距离输电，往往输送电功率一定，根据 PUI，输送电压 U 越高，则输送电流 I 越小，据 P 线 I 2R 知，当要求在输电线能量损耗一定的情况下，输电线电阻PU可略大，导线可做得细一些或选择电阻率大的材料(非铜材 )；若输电线确定，即 R 确定，则可减小线路上的能量损耗，故 A、C 项正确；而交流电的频率是一定的，不需调节，输电的速度就是电磁波的传播速度，也是一定的，故 B、D 项不正确2远距离输电时，在输送功率不变
13、的条件下( )A增加导线的电阻，可以减小输电电流，提高输电效率B提高输电电压，可以减小输电电流，提高输电效率C提高输电电压，势必增大输电导线上能量的损耗D提高输电电压，势必增大输电导线上的电流答案 B解析 在输送功率一定的前提下，P 输 U 输 I 输 ，P 损 I R 线 ，2输 100%，所以选项 B 正确P输 P损P输3关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是( )A由功率 P ，应降低输电电压，增大导线电阻U2RB由 PIU ，应低电压小电流输电C由 PI 2R，应减小导线电阻或减小输电电流D上述说法均不对答案 C解析 输电时导线上损失的电压 UIR ，它不同于输电电压，P
14、或 PIU 中的U2RU 应为导线上损失的电压，故 A、B 错误，导线上功率的损失为发热损失，PI 2R，故 C正确题组二 输电线上功率损失的计算4在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损失的电功率( )A随输电线电阻的增大而增大B和输送电压的平方成正比C和输电线上电压降落的平方成正比D和输电线中电流的平方成正比答案 ACD解析 由损失功率公式 P 损 I 2R 线 ( )2R 线 .P输U输 U2损R线5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，输电线上损耗的电功率为 P.在保持输送电功率和输电
15、线电阻都不变的条件下，现改用 1 000 kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( )A. B.P4 P2C2P D4P答案 A解析 在超高压输电中，设输送电功率为 P，输电电压为 U，输电线电阻为 R，则输电线上损耗的电功率为 P 2R，当输电电压升为原来的 2 倍时，输电线损耗的电功(PU)率变为原来的 ，故选 A.146输电导线的电阻为 R，输送电功率为 P.现分别用 U1 和 U2 两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为( )AU 1U 2 BU U21 2CU U DU 2U 12 21答案 C解析 由 PUI 得输电线中的电流 I .输电线上
16、损失的功率 P 损 I 2R( )PU PU2R ，即在输送功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反P2RU2比所以两次输电线上损失的功率之比 P 损 1P 损 2U U2 217某发电厂原来用 11 kV 的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到 220 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( )A根据公式 I ，提高电压后输电线上的电流降为原来的PU 120B根据公式 I ，提高电压后输电线上的电流增为原来的 20 倍URC根据公式 P 损 I 2R R，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的P2U2 1400D根据公式 P
17、损 ，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的 400 倍U2R答案 AC解析 输电线上电流为 I ，也可以用 I 来表示，其中 U 为输电线上电阻 R 两PU UR端的电压，而不是输送电压，故 A 正确，B 错误；输电线上的功率损失为 P 损I 2R R， C 正确；如果用 P 损 ，则 U 应为 R 两端的电压 U，故 D 错误P2U2 U2R8某发电站采用高压输电向外输送电能，若输送的总功率为 P0，输电电压为 U，输电导线的总电阻为 R.则下列说法正确的是( )A输电线上的电流 IURB输电线上的电流 IP0UC输电线上损失的功率 P ( )2RP0UD输电线上损失的功率 PU2R答案
18、 BC解析 输电线上的电流 I ，B 项对；因输电电压不等于导线上的电压，A、D 项错；P0U输电线上的功率损耗 PI 2R( )2R，C 项对P0U9输电线路的电阻为 R，发电站输出功率为 P，输电电压为 U，则用户得到的功率为( )AP BP( )2RPUCP D( )2RU2R PU答案 B解析 用户得到功率 P 得 PI 2RP( )2R，所以 B 正确PU10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 ，横截面积为 S，总长度为 L，输电线损失的电功率为 P，用户得到的电功率为 P 用 ，则P、P 用 的关系式正确的是 ( )APU2SLBPP2LU2SCP 用 PU2SLDP 用 P (1 )PLU2S答案 BD解析 输电线电阻 R ，LS输电电流 I ，PU故输电线上损失的电功率为PI 2R( )2 PU LS P2LU2S用户得到的功率为P 用 PP P(1 )PLU2S故选 B、D.11用相同材料制成的导线向同一处用户输送 10 kW 的电功率，在输电电压 U1110 V 和 U2220 V 两种情况下，要求输电线中损失的电功率相同，则两种情况下导线截面积之比为_答案 41解析 由公式：P 损 ( )2R 线 得P输U输
