3.4電能的輸送基礎(chǔ)導學要點一、降低輸電損耗的兩個途徑1．輸送電能的基本要求(1)可靠：指保證供電線路可靠地工作，少有故障。(2)保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定。(3)經(jīng)濟：指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少。2．降低輸電損耗的兩個途徑要減少輸電線路上的功率損失，由公式P損＝I2R線知，必須減小輸電線電阻或減小輸電電流。(1)要減小電阻，從R＝ρ看，在輸電距離一定的情況下，可以增大導線的橫截面積，但過粗的導線會耗費太多的金屬材料，同時也給鋪設(shè)線路帶來困難；還可以選用電阻率較小的導體。(2)從公式P＝IU來看，在保證功率不改變的情況下，要減小輸送電流就必須提高輸電電壓。前一種方法的作用十分有限，一般采用后一種方法。3．高壓輸電(1)現(xiàn)代遠距離輸電都采用高壓輸電。目前我國遠距離送電采用的電壓有110 kV、220 kV、330 kV，輸電干線已采用500 kV和750 kV的超高壓，西北電網(wǎng)甚至達到1 100 kV的特高壓。(2)高壓輸電并不是越高越好。電壓越高，對輸電線路絕緣性能和變壓器的要求就越高，線路修建費用會增多。(3)實際輸送電能時要綜合考慮輸送功率、距離、技術(shù)和經(jīng)濟等要求選擇合適的輸電電壓。 要點二、電網(wǎng)供電1．遠距離輸電基本原理在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后進行遠距離輸電，在用電區(qū)域通過降壓變壓器降到所需的電壓。2．電網(wǎng)通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)。3．電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(1)降低一次能源的運輸成本，獲得最大經(jīng)濟效益。(2)減少斷電的風險，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質(zhì)量。(3)合理調(diào)度電力，使電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高。      要點突破突破一：輸電電壓與損失電壓、輸送功率與損失功率概念分析遠距離輸電原理示意圖及輸電過程(如下圖所示)    在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器把電源電壓升壓到幾百千伏向遠距離送電，在用電區(qū)通過降壓變壓器把電壓降壓到220 V/380 V，送給用戶．1．輸電(送)電壓是指加在高壓輸電線始端的電壓，即升壓變壓器的輸出電壓U2.2．損失電壓是指降落在輸電線路上的電壓，即I線R線．輸電導線有電阻，電流通過輸電導線時，會在線路上產(chǎn)生電勢降落，致使輸電線路末端的電壓U3比起始端電壓要低，這就是輸電線路上的電壓損失ΔU＝U2－U3.對于交流輸電線路來說，造成電壓損失的原因既有電阻又有感抗和容抗．其中電阻造成的電壓損失ΔU＝IR.高中階段在計算中只考慮輸電線路電阻所造成的電壓損失．3．輸送功率是指升壓變壓器輸出的功率，即P2＝P1.4．損失的功率是指在輸電線上電流發(fā)熱消耗的功率，即I線2R線．關(guān)于輸電線路上的功率損耗的計算，主要考慮因?qū)Ь€電阻的存在而發(fā)熱造成的損失，故由P損＝I線2R及ΔU＝I線R可知P損＝I線2R＝＝I線·ΔU，但必須注意，式中ΔU為輸電線路上的電壓損失，不能與輸電線路的始端電壓U2或末端電壓U3相混，ΔU＝U2－U3.5．用戶用電器得到的功率為P3，它們間的關(guān)系U2－U3＝I線R線，P2－P3＝I線2R線． 突破二：如何分析遠距離輸電回路1．解決遠距離輸電問題時，應(yīng)首先畫出輸電的電路圖，如圖所示，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應(yīng)位置．     2．電路被劃分為幾個獨立的回路，在每個回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個回路的電源，每個回路均可以應(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．(1)第一個回路：P1＝U1I1(2)第二個回路：①電流關(guān)系：I2＝I線＝I3②電壓關(guān)系：U2＝ΔU＋U3③功率關(guān)系：P2＝ΔP＋P3       P3＝U3I3           P2＝U2I2(3)第三個回路：P4＝U4I4(4)第一個回路與第二個回路之間＝　P1＝P2　＝(5)第二個回路與第三個回路之間＝　P3＝P4　＝ 典例精析 題型一：低壓輸電與高壓輸電的比較例一．某小型實驗水電站輸出功率是20 kW，輸電線路總電阻是6 Ω.(1)若采用380 V輸電，求輸電線路損耗的功率和用戶得到的電壓．(2)若改用5 000 V高壓輸電，用戶端利用n1∶n2＝22∶1的變壓器降壓，求用戶得到的電壓．       變式遷移1：中國已投產(chǎn)運行的1 000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程．假設(shè)甲、乙兩地原來用500 kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P.在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1 000 kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)?/span>(　　)A．　　　　　B．          C．2P    D．4P    題型二：遠距離輸電的電路分析與計算例二．一座小型水電站，水以3 m/s的速度流入水輪機，而以1 m/s 的速度流出，流出水位比流入水位低1.6 m，水的流量為1 m3/s，如果水流損失的機械能有75%供給發(fā)電機．求：(g取10 m/s2)(1)若發(fā)電機效率為80%，則發(fā)電機的輸出功率為多大；(2)若發(fā)電機的輸出電壓為240 V，輸電線的總電阻 Ω，允許損失的電功率為輸出功率的5%，用戶所需電壓為220 V，則在送電過程中所用的升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比各是多少．   變式遷移2：某發(fā)電站的輸出功率為104 kW，輸出電壓為4 kV，通過理想變壓器升壓后向80 km遠處用戶供電．已知輸電線的電阻率ρ＝2.4×10－8 Ω·m，導線橫截面積為1.5×10－4 m2，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%，求：(1)升壓變壓器的輸出電壓；(2)輸電線路上的電壓損失．        強化訓練一、選擇題1、2021年6月28日，白鶴灘水電站正式并網(wǎng)發(fā)電，使用了我國領(lǐng)先全球的特高壓輸電技術(shù)。若發(fā)電機的輸出電壓不變，遠距離輸電的示意圖如圖所示。則下列敘述中正確的是（　?。?/span>A．用戶接入電路的用電器越多，用電器兩端電壓越大B．用戶接入電路的用電器越多，發(fā)電機的輸出功率越大C．用戶接入電路的用電器越多，升壓變壓器輸出電壓變大D．用戶接入電路的用電器越多，輸電線電阻r兩端電壓越小2、如圖所示，交流電源與理想升壓變壓器相連進行遠距離輸電，升壓變壓器與降壓變壓器間輸電線路的總電阻為R。降壓變壓器副線圈接入一臺電動機，電動機恰好正常工作。圖中電表均為理想電表，電壓表示數(shù)為U，電流表示數(shù)為I，下列說法一定正確的是（　　）A．電動機內(nèi)線圈的阻值為 B．電動機的輸入功率為UIC．輸電線路的損耗功率為 D．輸電線路的總電阻3、玉門有充沛的風力資源。風力發(fā)電是最環(huán)保的發(fā)電方式之一。遠距離輸電是實現(xiàn)風電產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展的必要因素之一。某同學模擬“遠距離輸電”，將實驗室提供的器材連接成如圖所示電路，A、B為理想變壓器，燈L1、L2相同且阻值不變。保持A的輸入電壓不變，開關(guān)S斷開時，燈L1正常發(fā)光。則（　?。?/span>A．僅閉合S，L1變亮           B．僅閉合S，A的輸入功率變小C．僅將滑片P上移，L1變亮    D．僅將滑片P上移，A的輸入功率變小4、如圖為某山區(qū)小型水電站的電能輸送示意圖，發(fā)電機輸出的電壓和輸電線路上的電阻恒定，用電器均為純電阻元件，當用電高峰來臨時，下列判斷正確的是(　　)A．用電器等效電阻R0變大          B．升壓變壓器T1的輸出電壓變大C．降壓變壓器T2的輸出電壓變大    D．輸電線路總電阻R上消耗的功率變大5、遠距離輸電示意圖如圖所示，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓u＝Umsin ωt的交流電源。若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為（　?。?/span>A． B．C． D．6、如圖所示為遠距離輸電示意圖，某個小水電站發(fā)電機的輸出功率為，發(fā)電機的電壓為。通過升壓變壓器升高電壓后向遠處輸電，輸電線總電阻為，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為。要求在輸電線上損失的功率控制為（即用戶得到的功率為）。下列說法正確的是（       ）A．輸電線上通過的電流為B．降壓變壓器的輸入電壓為C．升壓變壓器的匝數(shù)比為D．降壓變壓器的匝數(shù)比為7、如圖所示為某小區(qū)通過理想變壓器給居民供電的電路示意圖。變壓器的輸入電壓為10kV，負載變化時輸入電壓保持不變。從變壓器到居民家中的兩條輸電線的總電阻用R0表示，其阻值保持不變，居民家庭用電器的額定電壓均為220V。下列說法正確的是（　　） A．當變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為500：11時，可使家庭用電器正常工作B．當居民使用的用電器增多時，交流電壓表的示數(shù)變大C．當居民使用的用電器減少時，交流電壓表的示數(shù)變化量與電流表的示數(shù)變化量的比值的絕對值不變D．當居民便用的用電器減少時，交流電壓表的示數(shù)變化量與電流表的示數(shù)變化量的比值的絕對值變大8、如圖為遠距離輸電示意圖，升壓變壓器的原副線圈匝數(shù)比為，降壓變壓器的原副線圈匝數(shù)比為，交流電源的輸出電壓有效值不變。當用電器消耗的總功率為P時，其兩端的電壓為U，已知輸電線電阻為r，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，則輸電線上損失的功率為（　?。?/span> A． B． C． D．9、如圖所示為遠距離輸電示意圖，某個小水電站發(fā)電機的輸出功率為，發(fā)電機的電壓為。通過升壓變壓器升高電壓后向遠處輸電，輸電線總電阻為，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為。要求在輸電線上損失的功率控制為（即用戶得到的功率為）。下列說法正確的是（       ）A．輸電線上通過的電流為B．降壓變壓器的輸入電壓為C．升壓變壓器的匝數(shù)比為D．降壓變壓器的匝數(shù)比為10、如圖所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率，發(fā)電機輸出的電壓，經(jīng)變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線總電阻，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為。已知輸電線上損失的功率，假設(shè)兩個變壓器均為理想變壓器，下列說法正確的是（   ）A．發(fā)電機輸出的電流B．輸電線上的電流C．降壓變壓器的匝數(shù)比D．用戶得到的電流 二、解答題 11、為做好疫情防控供電準備，供電部門為醫(yī)院設(shè)計的供電系統(tǒng)輸電電路簡圖如圖所示，發(fā)電機的矩形線框ABCD處于磁感應(yīng)強度大小的水平勻強磁場中，線框面積S＝0.25m2，匝數(shù)n＝100匝，電阻不計。線框繞垂直于磁場的軸OO′以一定的角速度勻速轉(zhuǎn)動，并與升壓變壓器的原線圈相連，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1:20，降壓變壓器的副線圈接入到醫(yī)院供電，兩變壓器間的輸電線等效電阻R＝40Ω，變壓器均為理想變壓器。當發(fā)電機輸出功率P＝5×104W時，電壓表的示數(shù)為250V，額定電壓為220V的醫(yī)療設(shè)備正常工作。求：（1）線圈轉(zhuǎn)動角速度大??；（2）降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)之比。

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