人教版选修11 高压输电 第1课时 学案.docx

3.1高压输电原理学 习 目 标知 识 脉 络1知道远距离输电线上的损失与哪些因素有关2知道交流输配电网的设计3掌握输电线上的功率损失和电压损失的计算(重点、难点)4掌握高压输电原理及减少输电线上功率损失的方法(难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、远距离输电为什么要用高电压1电能损耗的根本原因输电线有电阻，输电线的电阻把电能转化为内能而损失掉2减少损耗的途径(1)可以增大导线横截面积以减小输电电阻(2)采用升高输电电压的方法，以减小输电电流从而减小电能损耗3高压输电的原理由输电线上损耗的电功率公式p损可知，提高输送电能的电压，可以更有效的减小输电线路上的电能损失二、交流输配电网1电能输送的系统性高压输电有效地解决了电能在输电线路上的损耗问题，但也不是电压越高越好，电压越高，对输电线路及其有关设备的绝缘性能要求越高，会受到更多因素的影响2输电线路的构成建造电能输配电网是为了确保电能的输送经济、可靠，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，进行高压送电；在用电区，先由第一级变电站将电压降到110 kv，再送到第二级变电站，将电压降到10 kv送到用电区对普通生活用电，则要用降压变压器进一步降到220_v.基础自测1思考判断(1)采用高压输电可以节省电线材料，减少输电线上能量损耗()(2)采用高压输电，可减少电能损耗，因而电压越高越好()【提示】综合考虑，并不是电压越高越好(3)在电能的输送过程中，u为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流i.()【提示】u为输电电压，并不是导线两端电压(4)远距离输电是应用了提高电压和减小电阻两个方面来实现的()(5)高压输电中的高电压，到用户那里可以直接应用()【提示】高压输电中的高电压，到用户那里要用降压变压器逐步降到220 v.(6)由pi2r可知减小输电线电阻和降低输电电流可减小输电损失()2(多选)远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑电抗产生的损失)() a功率损失是原来的b功率损失是原来的c电压损失是原来的d电压损失是原来的n倍bc设输电电压为u，所输送的功率为p，输电线路总电阻为r，则输电电流i，线路的功率损失pi2r，可知p，当输电电压u升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的，故选项b正确；线路上的电压损失uir，可知u，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的，故选项c正确3交流输电线路中功率损失的主要原因()a输电导线具有电阻b输电导线具有容抗c输电导线具有感抗d以上说法均不正确a电能的主要损耗是电热，由pi2r可知a选项正确合 作 探 究攻 重 难远距离输电用高电压的原因1电压损失(图311)：由于输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压u3比起始端电压要低这就是输电线路上的电压损失uu2u3ir线对于交流电路，感抗和容抗也会造成电压损失，高中阶段暂不研究图3112功率损失：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设输电电流为i，输电线的电阻为r线，则功率损失为pi2r线3减小输电线路上电压损失和功率损失的方法：根据电压损失的表达式uir线和功率损失pi2r线可知，要减少输电线上的电压损失和功率损失，有两种方法：(1)减小输电线的电阻r线：根据电阻定律可知r线，要减小输电线的电阻r线，可采用下述方法：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材料减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离增加导线的横截面积可适当增大横截面积，太粗不可能，既不经济又架设困难另外，用增大输电导线横截面积的方法来减小电阻对低压照明电路有效，在高压线路中，因容抗和感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大故这种方法在高压输电中的应用效果不佳(2)减小输电电流：在输电功率一定的条件下，根据pui可知，要减小输电线中的电流i，必须提高输电电压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，根据uir线r线知，输电线上的电压损失将变为原来的，根据pr线知，输电线上的功率损失将降为原来的.所以减小输电电流，采用高压输电的方法比减小输电线电阻的方法更有效中国已投产运行的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，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kv特高压输电，不考虑其他因素的影响则()a输电电流变为原来的2倍b输电线上降落的电压将变为原来的2倍c输电线上降落的电压将变为原来的d输电线上损耗的电功率将变为原来的思路点拨：由pui分析电流变化，由uir及p损i2r分析电压损失及功率损失c根据输送电功率p输u输i输及p输不变，可知，输电电流i输，当u输变为原来的2倍时，i输变为原来的，选项a错误；输电线上降落的电压u降i输r线i输，所以，当输电电流变为原来的时，输电线上降落的电压也变为原来的，选项b错误，c正确；输电线上损耗的电功率p损ir线i，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的，选项d错误(1)注意区别：输电电压u与输电线上降落的电压u；输电功率p与输电线上损失的功率p.(2)抓住不变量：输送电功率不变，由pui判断出输电电流i的变化，从而由uir、pi2r判断u、p的变化.针对训练1发电厂发电机的输出电压为u1，发电厂至学校的输电线总电阻为r线，通过输电线的电流为i，学校输入电压为u2，下列计算输电线功率损耗的式子中，不正确的是() abci2r线 di(u1u2)a输电线功率损耗p损i2r线iu线，其中u线u1u2，故b、c、d正确，a不正确交流输配电网发电机将机械能转化为电能，并通过导线将电能输送给负载发电机的电能向用户输送时，为了减少在输电线上电能的损失应采用高压输电，此类问题要构建远距离高压输电的模型，抓住能量守恒这条线索，是解决发电输电用电类问题的关键为了减少火电站中煤的燃烧对大气的污染，要大力发展水电站三峡水利工程中某一水力发电站的发电机组设计为：水以v13 m/s的速度流入水轮机后以v21 m/s的速度流出，流出水位比流入水位低10 m，水流量q10 m3/s，水轮机效率为75%，发电机效率为80%，试求发电机组的输出电功率是多少(g取10 m/s2)?思路点拨：水的机械能的一部分转化为电能，由能量守恒求解【解析】水轮机在时间t内获得的机械能e75% j75% j75% j7.8105t j.则发电机输出电能e电e80%6.24105t j，发电机的输出功率p0 624 kw.【答案】624 kw(1)明确发电机的能量转化关系.(2)明确输电电压和导线损失的功率.(3)注意区分输电电压和输电导线上损失的电压以及它们的应用.针对训练2某小河水流量为4 m3/s，水流下落的高度为5 m现在利用它来发电，设所用发电机的总效率为50%，g取9.8 m/s2，求：(1)发电机的输出功率；(2)若输电导线的总电阻为4 ，输电导线上损失的电功率为发电机输出功率的5%，则需用多大的电压输送电能；(3)输电导线上的电压损失【解析】(1)水由高处流下，重力势能转化为动能，推动水轮机做功，设水的流量为q，则发电机的输入功率为p1qgh所以输出功率为p2p1qgh50%1.010349.85 w9.8104 w.(2)设输电电压为u，输电线上的电流为i，电阻为r，损失的电功率为p3，由p3i2r得ia35 a由p2iu得输电电压u v2.8103 v.(3)输电导线上损失的电压为uir354 v140 v.【答案】(1)9.8104 w(2)2.8103 v(3)140 v当 堂 达 标固 双 基1高压输电电压为u，输电线电阻为r，则下列说法正确的是() a若发电机输出功率不变，使输出电压变大，则输电线上损失的功率变小b输电线上损失的功率为p，故导线电阻越大，损失的功率越小c通过输电线的电流为i，故输电电压越高，电流越大，损失的功率越大d以上说法都不对a设发电机输出功率为p，则pui，使输电电压u增大，则输电电流i减小，又由输电线上损失的功率pi2r得，输电线上损失的功率减小，所以选项a正确2某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kw.现用500 kv电压输电，则下列说法中正确的是()a输电线上输送的电流大小为2.0105ab输电线上由电阻造成的电压损失为15 kvc若改用5 kv电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kwd输电线上损失的功率为p，u为输电电压，r为输电线的电阻b输电线上输送的电流为i6 000 a，选项a错误；输电线上由电阻造成的电压损失为u损ir线6 0002.5 v1.5104 v，选项b正确；若输电电压为5 kv，则输电线上损失的功率不可能大于输电总功率3106 kw，选项c错误；p中，u应当为输电线上损失的电压，选项d错误3超导是当今科技研究的热点，利用超导材料可实现