【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解從發(fā)電站到用戶遠(yuǎn)距離輸電過程，知道遠(yuǎn)距離輸電時(shí)通常采用高壓輸電的原因。2．能運(yùn)用相關(guān)知識(shí)分析求解遠(yuǎn)距離輸電中的相關(guān)問題，掌握遠(yuǎn)距離輸電問題的分析方法。3．能從降低輸電損耗情境中發(fā)現(xiàn)并提煉問題，提高分析探究問題的能力。
1．可靠保證供電線路______工作。2．保質(zhì)保證供電質(zhì)量——電壓和頻率要______。3．經(jīng)濟(jì)線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低——成本低，電能損耗____。
1．輸電線上的功率損失ΔP＝______，I為輸電電流，r為輸電線的電阻。2．降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(1)減小輸電線的______：在輸電距離一定的情況下，為了減小______，應(yīng)當(dāng)選用__________的金屬材料，還要盡可能增加導(dǎo)線的__________。(2)減小輸電導(dǎo)線中的______：為減小輸電______，同時(shí)又要保證向用戶提供一定的電功率，就要提高輸電______。
降低輸電損耗的兩個(gè)途徑
1．遠(yuǎn)距離輸電基本原理在發(fā)電站內(nèi)用______變壓器，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過______變壓器降到所需的電壓。2．電網(wǎng)通過網(wǎng)狀的輸電線、________，將許多電廠和廣大用戶__________，形成的全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)。
3．電網(wǎng)送電的優(yōu)點(diǎn)(1)降低一次能源的__________，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。(2)減小______的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的______。(3)合理調(diào)度電力，使電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量______。
『判一判』(1)增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失。(　　)(2)高壓輸電是通過提高電壓、減小輸電電流來減少輸送電路的發(fā)熱損耗。(　　)(3)高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好。(　　)(4)從發(fā)電廠發(fā)出的電輸送到用戶均需要采用高壓輸電。(　　)
(5)使用升壓變壓器和降壓變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓。(　　)(6)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，若升壓變壓器匝數(shù)比為1n，降壓變壓器匝數(shù)比為n1，則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等。(　　)
『選一選』(多選)如圖所示，為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖。關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是(　　)
A．增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失B．高壓輸電是通過減小輸電電流來減小線路的發(fā)熱損耗
C．在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小D．高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好
『想一想』如圖為一高壓危險(xiǎn)標(biāo)志，隨著電壓的增加用電危險(xiǎn)性也會(huì)跟著增加，那為什么還要采用高壓輸電？
答案：采用高壓輸電，可減小輸電線上的電能損失。
我國農(nóng)村電網(wǎng)的低壓改造已基本結(jié)束，低壓改造使我國廣大農(nóng)民獲得了實(shí)惠。農(nóng)村電網(wǎng)改造前，某些村莊經(jīng)常出現(xiàn)以下現(xiàn)象(離變壓器較遠(yuǎn)的用戶)：
(1)電燈不亮，達(dá)不到額定功率，換額定功率越大的燈泡越是不亮；(2)日光燈不能啟動(dòng)；(3)洗衣機(jī)“沒勁”等。尤其是節(jié)假日，這些現(xiàn)象更明顯，這是為什么呢？提示：低壓輸電線較細(xì)，電阻較大，另外當(dāng)輸電功率一定時(shí)，由于電壓低，故輸電電流I＝P/U較大。因此輸電線上的電壓損失ΔU＝IR線較大，致使末端用戶得到的電壓遠(yuǎn)低于額定電壓(有時(shí)才160 V)，到了過節(jié)的時(shí)候，各家用電器增多，線路電流又會(huì)增大，導(dǎo)線上分壓更多，用戶電壓更低，這些現(xiàn)象更加明顯。經(jīng)過低壓改造后，以上現(xiàn)象不明顯了。
1．電壓損失輸電導(dǎo)線有電阻，電流通過輸電導(dǎo)線時(shí)，會(huì)在線路上產(chǎn)生電勢(shì)降落，致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低，這就是輸電線上的電壓損失。2．原因?qū)τ诮涣鬏旊娋€路來說，造成電壓損失的原因既有電阻，又有感抗和容抗，在高中階段只考慮輸電線路中電阻所造成的電壓損失。
輸電電壓是指加在高壓輸電線起始端的電壓U，損失電壓是指降落在輸電線路上的電壓ΔU＝IR。
(多選)如圖所示為遠(yuǎn)距離交流輸電的簡化電路圖。發(fā)電廠的電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1。在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流為I2。則(　　)
思路引導(dǎo)：理清遠(yuǎn)距離輸電過程中發(fā)電廠的輸出電壓與輸電線上損失的電壓、輸電線末端電壓存在的關(guān)系。
1．照明供電線路的路端電壓基本上是保持不變的，可是我們?cè)谕砩掀甙它c(diǎn)鐘用電高峰時(shí)開燈，電燈比深夜時(shí)要顯得暗些，這是因?yàn)榇藭r(shí)(　　)A．總電阻比深夜時(shí)大，干路電流小，每盞燈分到的電壓就小B．總電阻比深夜時(shí)小，干路電流小，每一支路的電流就小C．總電阻比深夜時(shí)小，干路電流大，輸電線上損失的電壓大D．干路電流一定，支路比深夜時(shí)多，分去了一部分電壓
遠(yuǎn)距離輸電過程中，輸電線上不可避免地有電壓和能量損失。
(1)輸送電能為什么會(huì)有電壓和能量損失？(2)能量損失的大小與哪些因素有關(guān)？減小輸電線上的能量損失有哪些措施？
提示：(1)輸電導(dǎo)線上都有電阻，當(dāng)有電流流過導(dǎo)線時(shí)，電阻兩端有電壓，也會(huì)消耗電能。(2)能量損失的大小與輸送功率、輸送電壓大小、導(dǎo)線電阻大小有關(guān)。在輸送功率一定的情況下，可提高輸送電壓。
(1)輸送功率是指高壓輸電線起始端輸出的功率，損失功率是輸電線上消耗的功率。(2)無論從減少輸電線路上的功率損失，還是減少電壓損失來看，都要求提高輸電電壓，以減小輸電電流。(3)發(fā)電站的輸送功率取決于用戶消耗的功率，不是由發(fā)電站輸出的功率決定用戶和線路消耗的功率。
思路引導(dǎo)：根據(jù)輸送功率P＝UI求出輸電電流，再根據(jù)ΔP＝I2R可得出輸電線上損失的電功率與輸送電壓的關(guān)系，根據(jù)歐姆定律得到電壓損失與輸送電壓的關(guān)系。
2．在冬天我國北方部分地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)低溫雨雪冰凍天氣，高壓線上凍起厚厚的冰霜，導(dǎo)致部分電線負(fù)重增大而斷裂，有人想出通過增大輸電線上損耗功率融冰方案。假設(shè)輸電電壓是220 kV，當(dāng)輸送功率保持不變，為使輸電線上損耗的功率增大為原來的4倍，輸電電壓應(yīng)變?yōu)?　　)A．55 kV　　B．110 kV　　C．440 kV　　D．880 kV
遠(yuǎn)距離輸電基本過程示意圖如圖所示，請(qǐng)思考：
高壓輸電線路的分析與計(jì)算
發(fā)電廠輸出的電壓要經(jīng)過多個(gè)升壓變壓器升壓，這樣做的目的可通過下面的問題得到說明。如果用220 V和11 kV兩種電壓來輸電，設(shè)輸送的電功率、輸電線上的功率損失、導(dǎo)線的長度和電阻率都相同，則導(dǎo)線的橫截面積之比是多少？從中體會(huì)高壓輸電的實(shí)際意義。答案：2 5001
可見，要滿足題中所設(shè)要求用220 V電壓輸電時(shí)，導(dǎo)線的橫截面積是11 kV輸電時(shí)的2 500倍。從中可以令人印象深刻地體會(huì)出高壓輸電的實(shí)際意義。
2．輸電過程電路被劃分為三個(gè)獨(dú)立的回路，每個(gè)回路均可以應(yīng)用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路規(guī)律，而變壓器的電壓、電流、功率關(guān)系是聯(lián)系不同回路的橋梁。
3．對(duì)高壓輸電(輸送回路)中幾個(gè)電壓的理解(1)輸送電壓：輸電線始端電壓，如圖中的U2。(2)用戶電壓：最終用戶得到的電壓，如圖中的U4。(3)損失電壓：輸電線始端電壓與末端電壓的差值(ΔU＝U2－U3＝I2R)，形成的原因是輸電導(dǎo)線有電阻，電流通過輸電線時(shí)，會(huì)在線路上產(chǎn)生電勢(shì)降落，致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低，這就是輸電線上的電壓損失。
　(2021·吉林省吉化一中高二下學(xué)期期中)某中學(xué)有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為r＝1 Ω，升壓變壓器匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻為R＝4 Ω，全校22個(gè)教室，每個(gè)教室用“220 V,40 W”規(guī)格的電燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，輸電線路如圖所示。求：
(1)發(fā)電機(jī)的輸出功率；(2)發(fā)電的電動(dòng)勢(shì)；(3)輸電線上損耗的電功率。
3.風(fēng)力發(fā)電作為新型環(huán)保新能源，近幾年來得到了快速發(fā)展，如圖所示風(fēng)車陣中發(fā)電機(jī)輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶需要的電壓是220 V，輸電線電阻為10 Ω。若輸電線因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求：
(1)在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；(2)用戶得到的電功率是多少。答案：(1)120　24011　(2)96 kW
1．分析遠(yuǎn)距離輸電的思路對(duì)高壓輸電問題應(yīng)按“發(fā)電機(jī)→升壓變壓器→遠(yuǎn)距離輸電線→降壓變壓器→用電器”，或從用電器到發(fā)電機(jī)一步一步地進(jìn)行分析。2．遠(yuǎn)距離輸電問題的四個(gè)關(guān)鍵①畫出一個(gè)模型——遠(yuǎn)距離輸電模型。②抓住輸電的兩端——發(fā)電機(jī)和用電器。③分析一條線——輸電線。④研究兩次電壓變換——升壓和降壓。3．注意各物理量的對(duì)應(yīng)，防止張冠李戴而出錯(cuò)。
(多選)一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4 000 kW、輸出電壓為4 000 V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電。輸電線路總電阻R＝1 kΩ。到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220 V,60 W)。若在輸電線上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率為10%，變壓器T1和T2的損耗可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則(　　)A．T1原、副線圈電流分別為103 A和20 AB．T2原、副線圈電壓分別為1.8×105 V和220 VC．T1和T2的變壓比分別為150和401D．有6×104盞燈泡(220 V,60 W)正常發(fā)光
1．(2020·河北省曲周縣第一中學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖，若保持發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，下列敘述中正確的是(　　)A．升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設(shè)備消耗的功率有關(guān)B．輸電線中的電流只由升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定C．當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時(shí)，輸電線上損失的功率減小D．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
解析：由于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率不變即升壓變壓器的原電壓不變，當(dāng)用戶用電設(shè)備消耗功率變化時(shí)，輸入功率變化，因此升壓變壓器的原線圈中的電流將發(fā)生變化，故A正確；輸電線上的電流與用戶以及電線上消耗的功率以及變壓器的匝數(shù)比有關(guān)，故B錯(cuò)誤；當(dāng)用戶電阻減小時(shí)，導(dǎo)致電流增大，因此輸電線上的損失功率增大，故C錯(cuò)誤；由于遠(yuǎn)距離輸電時(shí)輸電線上有電壓損失，因此升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，故D錯(cuò)誤。
3．(2020·山東省昌樂二中高二上學(xué)期檢測(cè))某小型發(fā)電站發(fā)電機(jī)輸出的交流電壓為500 V，輸出的電功率為50 kW，用電阻為3 Ω的輸電線向遠(yuǎn)處送電，要求輸電線上損失功率為輸電功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器，到達(dá)用戶再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用(兩個(gè)變壓器均為理想變壓器)。對(duì)整個(gè)送電過程，下列說法正確的是(　　)A．升壓變壓器的匝數(shù)比為110B．輸電線上的損失功率為3 000 WC．輸電線上的電流為100 AD．降壓變壓器的輸入電壓為4 700 V

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