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高二物理电能的输送1


五、电能的输送

需要电能的地方分布很广,而电站 相对来说比较集中,因此要把电站的电 能向外输送,有的需要输送到远方,这 就涉及电能的输送问题.

一、电能的输送
1.电能便于远距离输送
电能通过输电线就可以输送到远方.相 对于煤炭、石油等能源的输送需要大量的交 通运载工具来说,这是它突出的优点. 2.输送电能的基本要求:可靠、保质、经 济.

二、输电线上的功率损失
1.任何输电线都有电阻,存在功率损失.
设输电电流为 I,输电线电阻为 R,则输 电线上的功率损失为:

?P ? I ? R
2

如果输送的电功率为P,输电电压为U,输电线 的总长度为l,横截面积为S,电阻率为?

则功率损失可表示为 :?P

P 2 l ?( ) ?? . U S

2.减少输电线上功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻R ①减小输电线长度 l:由于输电距离一定,所以 在实际中不可能用减小l来减小R. ②减小电阻率?:目前一般用电阻率较小的铜或 铝作导线材料. ③增大导线的横截面积S,这要多耗资金属材

料,增加成本,同时给输电线的架设带来很大的困难

(2)减小输电电流 I
①减小输送功率P:由于电站的装机容量一定, 因此电站向外输送的电功率是一定的,即在实际中 不能以用户少用或不用电来减少输电线上的功率损 失.

②提高输电电压U:在输送功率P一定,输电线 电阻 R 一定的条件下,输电电压提高到原来的 n 倍, 输电线上的功率损失降为原来的1/n2倍.
采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有 效、最经济的措施.

三、输电线路上的电压损 失
1.电压损失:输电线路始端电压 U 跟末端 电压 U’ 的差值,称为输电线路上的电压损 失,?U = U -U’ ,如图所示:

2.造成电压损失的因素 (1)输电线电阻造成电压损失?U=IR. (2)输电线的感抗和容抗造成电压损失. ? 以后在计算时只考虑输电线电阻所造成 的电压损失.

3.减小输电线路上电压损失的方法 (1)减小输电线电阻R

用增大输电导线的截面积来减小电阻对低压照 明电路有效,对高压输电线路效果不佳.
(2)减小输电电流I 在输送电功率不变的前提下,提高输电电压是 有效的措施. 高压输电既能减小功率损失,又能减小电压损 失,但在实际输送电能时,还需综合考虑各种因素, 依照不同的情况,选择合适的输电电压.

四、交流高压输电的基本环节
升压变压器

发电站

用户

降压变压器

高压输电

小结:
?
?

输电导线上功率损失?P=I2R ,电
压损失?U=IR. 提高输电电压是减小功率损失和电 压损失的有效途径.

例与练 ? 1、远距离输电时,为了减少输电线上电能损失, 应( ) ? A.提高输送电压,增大输送电流 ? B.提高输送电压,减小输送电流 ? C.减小输送电压,增大输送电流 ? D.减小输送电压,减小输送电流

P损=I R

2

P ?I ? U

P 2 ? P损=( ) R U

例与练 ? 2、在远距离输电中,输电线电阻一定,输送电 功率一定,如果将输电电压提高到原来的10倍, 则输电线上消耗的功率变为原来的( ) ? A.10倍 B.1/10倍 ? C.100倍 D.1/100倍

P 2 P损=I R=( ) R U
2

例与练 ? 3、一台发电机输出功率为1000KW,用总电阻 为10Ω的导线输送到远方的用户。用5KV的电 压输电,导线上电流为多大?导线上损失的功 率为多少?若改用50KV的电压输电,导线损失 的功率又为多少?

P I1 ? ? 200 A U1 P I2 ? ? 20 A U2

P损1=I1 R=400KW P损 2=I 2 R=4 KW
2

2

例与练 ? 4、发电机的输出电压为220V,输出功率为 22kW,输电线总电阻为1Ω,求: ? (1)用户得到的电功率和电压。

析与解

P ? 100 A I? U
P损=I R=10 KW
2

P用= P - P损=12 KW

U 损 ? IR ? 100 V
U 用 = U- U 损 =120V

例与练 ? 4、发电机的输出电压为220V,输出功率为 22kW,输电线总电阻为1Ω,求: ? (2)如果用1:100的理想变压器先将电压升高, 经过同样的输电线后,再用100:1的理想变压 器降压,供给用户,这时用户得到的电功率和电 压又各是多大?

析与解

U 1 n1 ? ? ? U 2 ? 22000 V U 2 n2 P 2 ' P损= I 2 R =1W I2 ? ? 1A U2 ' ' P用= P- P损=21999 W

' U损

? I 2 R ? 1V

' U 3= U - U 损=21999

V

U 3 n3 ? ? U 4 n4

? U 4 ? 219 .99V

例与练 ? 5、如图所示某交流发电机输出功率为 5×105W,输出电压为U1=1.0×103V,假如输 电线总电阻为R=10Ω,在输电线上损失的电功 率等于输电功率的5%,用户使用的电压为U用 =380V,求:所用升压变压器和降压变压器的 原副线圈的匝数比是多少?

析与解

P ? 5% ? 50 A ? P损=I 2 R=P ? 5% ? I 2 ? R n1 U 1 1 P ? ? ? U2 ? ? 10000 V n2 U 2 10 I2
2

U 损 ? I 2 R ? 500V
n 3 U 3 25 ? ? ? n4 U 4 1

U 3=U 2-U 损=9500V

例与练 ? 6、学校有一台应急备用发电机,内阻为r=1Ω, 升压变压器匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比 为4∶1,输电线的总电阻为R=4Ω,全校22个教 室,每个教室用“220V,40W”的灯6盏,要求 所有灯都正常发光,则:(1)输电线上损耗的电功 率多大?

析与解

P4 ? 22 ? 6 ? 40W ? 5280W
P4 I4 ? ? 24 A U4

I 3 n4 ? ? I 4 n3

? I2 ? I3 ? 6 A
? 144 W

? P损 ?

2 I2 R

例与练 ? 7、学校有一台应急备用发电机,内阻为r=1Ω, 升压变压器匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比 为4∶1,输电线的总电阻为R=4Ω,全校22个教 室,每个教室用“220V,40W”的灯6盏,要求 所有灯都正常发光,则: (2)发电机的输出功率 多大?(3)发电机的电动势多大?

析与解

U 损 ? I 2 R ? 24V

U 3 n3 ? ? U 4 n4

? U 3 ? 880 V

U 1 n1 ? ? U 1 ? 226 V ? U 2 ? U 损 ? U 3 ? 904 V ? U 2 n2

I 1 n2 ? ? I 2 n1

? I1 ? 4 I 2 ? 24 A

? P出 ? I 1U 1 ? 5424 W
E ? U 1 ? I1r ? 250 V

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