【导与练】高中物理 3.1 高压输电原理同步教学课件 新人教版选修3.ppt

1 3 1高压输电原理 第3章电能的输送与变压器 2 1 知道 便于远距离输送 是电能的优点 知道输电过程 3 了解电网供电的优点和意义 4 介绍我国远距离输电概况 激发学生投身祖国建设的热情 2 找出影响远距离输电电能损耗的因素 知道降低输电损耗的两个途径 3 大型发电厂发出的电能一般都要经过远距离输送 才能供用户使用 目前 电力系统主要采用高电压输送电能 那么为什么要用高电压来输送电能呢 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 远距离输送电能为什么要用高电压来输送 4 从下列演示实验中发现什么问题 电站往远处送电 想一想 5 1 为什么输电线上有电能损失 当电流通过输电线时 产生热量q 损失一部分电能 同时输电线上有电压降 故也损失一部分电压 输电要用导线 导线当然有电阻 如果导线很短电阻很小可忽略 而远距离输电时导线很长 电阻大不能忽略 6 请同学们计算 一台1 25 105kw的发电机发出的电 若用10kv的电压输送 输电线上的电流将有多大 假如两条输电线每千米的电阻是0 1 那么电流在1km长的两条输电线上将产生多少热功率 若以这种方式将电能输送5km的距离 输电线上损耗的功率占发电机输出功率的百分比是多少 分析 在初中物理中我们已经学过电功率的公式p ui 案例一 7 据此 由发电机的输出功率和输送电压 即得输电线上的电流为这样大的电流 经过1km的输电线 电阻为0 1 上 产生的热功率为在5km的距离上 输电线的电阻r 0 5 产生的热功率 8 也就是说 在输送5km距离时 就有64 的电能被导线上的电阻损耗了 由此可见 远距离输电时 必须设法减小输电线上的电能损耗 如何减小输电线上的电阻 2 如何减少电能损耗 1 减少导线电阻 由电阻定律知 由于电能损耗的根本原因是输电线上有电阻 所以可以通过减小输电线上的电阻来降低损耗 9 减小输电线的电阻率 铁的电阻率 铁 1 0 10 7 m 铝的电阻率 铝 2 9 10 8 m 铜的电阻率 铜 1 7 10 8 m 银的电阻率 银 1 6 10 8 m 减小材料的电阻率 银的电阻率最小 但价格昂贵 目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线 10 减小输电线的长度l不可行 因为要保证输电距离 适当增加导线的横截面积 太粗不可能 既不经济又架设困难 请同学们计算 要求 输电线上损失的电能不超出输送电能的10 输送的电功率仍为 p 1 25 105kw输电电压仍为 u 10kv 输送距离仍为5km 11 由可得5km电阻应为 输电线上可损耗的电能为p损 1 25 104kw 由发电机的输出功率和输送电压 即得输电线上的电流仍为 即输电线的电阻应为原来的6 25分之一 横截面积为原来的6 25倍 其直径应为原来的2 5倍 12 由可知 当输送的功率一定时 采用升高输电电压的方法 就可以减小输送电流 同样可以减小电能的损耗 设电源提供的电功率为p0恒定 输出电压u可调 连接负载的输电线总电阻是r 那么 输电线上损耗的电能与哪些因素有关呢 13 输电线上损耗的电功率为而由此可得输电线上损耗的电功率 由上式讨论 1 输电线上的电能损耗与哪些因素有关 2 为减小输电线上的电能损耗 采用怎样的办法最为有效 理论计算表明 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 这就是远距离输电采用高电压的根本原因 14 请同学们计算 案例一中 如果采用500kv的超高压输电 那么 电流在5km的距离上将产生多少热功率 输电距离为500km时 输电线路上产生的热功率占发电机输出功率的百分比是多少 案例二 你找到了减小输电线上的电能损耗的方法了吗 请自己对案例二进行分析 解出答案 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 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 15 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 是不是输电电压越高越好 1 电能便于远距离输送 2 输送电能的基本要求 可靠 保质 经济 交流输配电网 采用高压输送电能有效地解决了电能在输电线路上损耗的问题 但也不是电压越高越好 16 当电能输送到用电区时 为保证安全用电 还要把电压降低后才能供用户使用 电压越高 对输电线路和变压器的要求越高 建设费用越高 实际输送电能时 要综合考虑 如输送功率的大小 距离的远近 技术和经济要求等 要依照不同情况选择合适的输电电压方法 这是因为 电压越高 对输电线路及其有关设备的绝缘性能要求也越高 而且这些材料和设备的绝缘性能也会受到更多因素的影响 17 发电站 升压变压器 高压输电 降压变压器 用户 交流高压输电的基本环节 18 19 1 输送功率为100kw以下 距离为几百米以内 一般采用220v的电压送电 这就是通常用的低压线路 2 输送功率为几千kw到几万kw 距离为几十km到上百km 一般采用35kv或110kv的电压送电 这就是所谓高压输电 3 如果输送功率为10万kw以上 距离为几百km 就必须采用220kv甚至更高的电压送电 这就是所谓超高压输电 目前我国远距离送电采用的电压有110kv 220kv和330kv 在少数地区已开始采用500kv的超高压送电 目前世界上正在试验的最高输电电压是1150kv 20 电能输送是一个系统工程 为了确保电能的输送经济 可靠 人们设计建造了电能输配电网 发电机发出的交变电流先送到升压变电站 将电压升高到220kv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110kv 再输送到第二级变电站 将电压降到10kv 送到用电区 如果用电区使用的是普通照明等生活用电 则还要用变压器进一步将电压降到220v 21 采用电网供电的优点 可以在能源产地使用大容量发电机组 降低一次能源的输送成本 获得最大的经济效益 同时 电网可以减少断电的风险 调剂不同地区电力供需平衡 保障供电质量 22 1 输送10kw的电功率 采用400v的电压输电 输电线的总电阻为10 求 1 输电线中的电流 输电线中损失的电压是多少 用户得到的电压是多少 2 输电线损失的功率是多少 用户得到的功率是多少 3 如果采用4000v电压输电 输电线损失的功率是多少 1 25a250v150v 2 6250w3750w 3 62 50w 23 2 某交流发电机输出功率为p 5 105w 输出电压为u 1 0 103v 假如输电线的总电阻r 10 在输电线上损失的电功率等于输电功率的5 用户使用电压u 380v 1 画出输电线路的示意图 标明各部分的符号 2 求出合适的输送电压 2 1 0 104v 1 图略 24 3 远距离输送交变电流都采用高压输电 我国西北电网正在建设750kv线路 采用高压输电的优点是 a 可节省输电线的铜材料b 可根据需要调节交流电的频率c 可减少输电线上的能量损耗d 可加快输电的速度 a c 25 解析 远距离输电过程中 由于电流的热效应 输电线上发生热损耗 根据焦耳定律 损耗功率p损 i2r p u 2r 式中p为输电功率 u为输电电压 r为输电线电阻 在p r不变时 p损 1 u 2 所以采用高压输电可减少输电线上的能量损耗 当p损 p不变时 r u2 又r 联立得输电线横截面积s 采用高压输电 在损耗功率不变的情况下可使输电线横截面积大大减小而节省输电线铜材料 选项a c正确 26 点