第3节电能的远距离传输

1、第3节 电能的远距离传输课前自主学案课前自主学案一、为什么要采用高压输电一、为什么要采用高压输电1电功率损失：电流流过输电导线时，电流的热电功率损失：电流流过输电导线时，电流的热效应会引发效应会引发_的损失损失的电功率的损失损失的电功率P_，即在输电线路上由于发热而损耗的电功率，即在输电线路上由于发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比因此，可与电阻成正比，与电流的二次方成正比因此，可以考虑通过减小输电线以考虑通过减小输电线_或减小输送或减小输送_来减来减少电能输送时的电功率损失少电能输送时的电功率损失电功率电功率I 2R电阻电阻电流电流2电压损失：导线有电阻，输电线上电压损失：导

2、线有电阻，输电线上_损损失失(损失的电压损失的电压UIR)，使得用电设备两端的电，使得用电设备两端的电压比供电电压压比供电电压_对于交流输电线路，对于交流输电线路，_和和_ (总称为电抗总称为电抗)也会造成电压损失在输送也会造成电压损失在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取取_输电电流的方法输电电流的方法电压电压低低感抗感抗容抗容抗减小减小3高压输电：减小高压输电：减小_就要增粗导线，增粗就要增粗导线，增粗导线又带来两个不利：其一，耗费更多的金属材导线又带来两个不利：其一，耗费更多的金属材料；其二，会使电抗更大，造成更大的电压损料；其二，会

3、使电抗更大，造成更大的电压损失只有失只有_输电电流才会避免上述问题由输电电流才会避免上述问题由PUI可知，在保证输送电功率可知，在保证输送电功率P不变的情况下，不变的情况下，必须提高输送必须提高输送_，才能减小电流，才能减小电流I.输送一输送一定功率的电能，输送电压越高，输电线中电流越定功率的电能，输送电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能就越小，导线因发热而损耗的电能就越_，输送线，输送线路中电压的损失也就越路中电压的损失也就越_电阻电阻减小减小电压电压U少少小小思考感悟思考感悟二、高压交流输电二、高压交流输电1在发电站内要使用在发电站内要使用_，将电压提，将电压提升，然后向远处

4、送电；到达目的地后，根据不同升，然后向远处送电；到达目的地后，根据不同的需求再用的需求再用_，经，经23次降压，才输次降压，才输送给用户送给用户2现代供电系统把许多发电站连为一体，构成现代供电系统把许多发电站连为一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的每台发电庞大的交流输电网，这就要求电网中的每台发电机发出的交流电并网时必须做到同步，即交变电机发出的交流电并网时必须做到同步，即交变电流的流的_必须相同并联输电线中的交变电流必须相同并联输电线中的交变电流的的_必须相同必须相同升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器频率频率相位相位三、高压直流输电三、高压直流输电1高压直流输电系统主要由高压直

5、流输电系统主要由_、直流线路、直流线路和和_三部分构成实际上直流输电系统只三部分构成实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线是交流，输电过程中只用两根导线2在电能的传输方面，高压直流输电比高压交流在电能的传输方面，高压直流输电比高压交流输电有许多优越性：第一，使用的输电线材料方输电有许多优越性：第一，使用的输电线材料方面直流比交流可以节省面直流比交流可以节省_，电杆塔结构也比交，电杆塔结构也比交流电简单且省地；第二，稳定的直流输电不存在流电简单且省地；第二，稳定的直流输电不存在_引起的损耗；第三，不需

6、考虑电网引起的损耗；第三，不需考虑电网中的各台交流发电机的中的各台交流发电机的_运行问题虽然优运行问题虽然优点多多，但在换流设备的制造、价格等方面还存点多多，但在换流设备的制造、价格等方面还存在问题在问题整流站整流站逆变站逆变站1/3感抗和容抗感抗和容抗同步同步用户（负载）用户（负载）远距离发电厂发电厂能源丰富，有利开发能源丰富，有利开发能源缺乏，用电量大能源缺乏，用电量大输送电能的基本要求是：输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济可靠、保质、经济可靠可靠-少有故障和停电少有故障和停电. .保质保质-保证电能的质量（电压和频率稳定）保证电能的质量（电压和频率稳定）. .经济经济-输电线路建造和

7、运行费用低输电线路建造和运行费用低( (电能损耗少、电价低电能损耗少、电价低).).发电厂发电厂 用户（负载）用户（负载）远距离能源丰富，有利开发能源丰富，有利开发能源缺乏，用电量大能源缺乏，用电量大 由于输电线长，电阻大，当电流通过输电由于输电线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生热量线时，产生热量Q Q，损失一部分，损失一部分电能电能，同时输电，同时输电线上有电压降，故又损失一部分线上有电压降，故又损失一部分电压电压. . 远距离输电，电线比较长，则电线的电阻远距离输电，电线比较长，则电线的电阻就不能忽略，那么我们进行远距离输电时会遇就不能忽略，那么我们进行远距离输电时会遇到哪些问题呢？到

8、哪些问题呢？【讨论与交流】【讨论与交流】22PPI R()Us输送损线输送l一、为什么要采用高压输电一、为什么要采用高压输电减小材料的电阻率减小材料的电阻率. .银的电阻率最小，但价格昂贵，银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的目前选用电阻率较小的铜或铝铜或铝作输电线作输电线. .减小输电线的长度减小输电线的长度l不可行，因为不可行，因为要保证输电距离要保证输电距离. .增加导线的横截面积，可适当增大横截面积增加导线的横截面积，可适当增大横截面积. .太粗不可太粗不可行行，既不经济又架设困难，既不经济又架设困难. .(1)(1)减小导线电阻减小导线电阻由电阻定律由电阻定律 知知RS

9、l（2 2）减小输电线中的电流，即提高输送电压）减小输电线中的电流，即提高输送电压 在输送功率和线路电阻一定时在输送功率和线路电阻一定时,线路中损失的线路中损失的功率与输送电压的二次方成反比功率与输送电压的二次方成反比.结论：结论：无论从减小输电中的功率损失无论从减小输电中的功率损失,还是从减小还是从减小电压损失来看，都要求电压损失来看，都要求提高输电电压，减小输电提高输电电压，减小输电电流电流.22PP =I R()Us输送损线输送l二、高压输电二、高压输电远距离输电示意图远距离输电示意图重点：重点：高压输电线路的分析与计算高压输电线路的分析与计算我国常用的远距离输电采用的电压有：我国常用的

10、远距离输电采用的电压有：110 kV110 kV、220 kV220 kV、330 kV330 kV、500 kV500 kV高压输电高压输电. .目目前世界上正在试验前世界上正在试验1150 kV1150 kV的超高压输电的超高压输电. .是不是输电电压越高越好？是不是输电电压越高越好？ 电压越高，对输电线路和变压器的要求越高电压越高，对输电线路和变压器的要求越高,会增会增加绝缘难度，提高架线费用加绝缘难度，提高架线费用,还容易引起输电线路向还容易引起输电线路向大气放电大气放电,增加能量损失。增加能量损失。 依照不同情况选择依照不同情况选择合适合适的输电电压的输电电压.输送距离输送距离送电电

11、压送电电压送电方式送电方式100kW100kW以下以下几百米以内几百米以内220V220V低压送电低压送电几千千瓦几千千瓦几万千瓦几万千瓦几十千米几十千米上百千米上百千米35kV35kV或者或者110kV110kV高压送电高压送电1010万千瓦万千瓦以上以上几百千米几百千米以上以上220kV220kV或更高或更高超高压送电超高压送电输送功率输送功率实际采用几种输电方式实际采用几种输电方式1.1.高压交流输电高压交流输电在发电站内在发电站内, ,用升压用升压变压器升压变压器升压, ,然后向然后向远处送电远处送电; ;到达目的到达目的地后地后, ,根据不同的需根据不同的需求求, ,再用降压变压器再

12、用降压变压器, ,经过经过2 23 3次降压次降压, ,然然后输送给用户后输送给用户. .交流输电示意图交流输电示意图2.2.高压直流输电高压直流输电 高压直流输电系统主要由高压直流输电系统主要由整流站、直流电路整流站、直流电路和逆变站和逆变站3 3部分组成部分组成. . 实际上实际上, ,直流输电系统直流输电系统只是在输电这个环节只是在输电这个环节是直流是直流, ,发电环节和用电环节仍是交流发电环节和用电环节仍是交流. .整流站整流站和逆变站的功能是实现交流电和直流电的转换和逆变站的功能是实现交流电和直流电的转换, ,是直流输电系统的重要环节是直流输电系统的重要环节. .(2)(2)另一个途

13、径是减小输电导线中的另一个途径是减小输电导线中的_，由，由P PIUIU可知，可知，当输送功率一定时，提高当输送功率一定时，提高_可以减小输电电流可以减小输电电流电流电流输电电压输电电压1 1降低输电过程中的电能损耗，有两个途径：降低输电过程中的电能损耗，有两个途径：(1)(1)一个途径是减小输电线的一个途径是减小输电线的_由电阻定律可知，在由电阻定律可知，在输电距离一定的情况下，为减小电阻输电距离一定的情况下，为减小电阻, ,应当选用应当选用_的的金属材料制造输电线此外，还要尽可能增加导线的金属材料制造输电线此外，还要尽可能增加导线的_电阻电阻电阻率小电阻率小面积面积横截横截2 2远距离高压

14、输电过程中远距离高压输电过程中, ,由于发电机本身的输出电由于发电机本身的输出电压不可能很高压不可能很高, ,所以采用高压输电时所以采用高压输电时, ,在发电站内需用在发电站内需用_升压到几百千伏后再向远距离送电升压到几百千伏后再向远距离送电, ,到达到达用电区再用用电区再用_降到所需的电压降到所需的电压升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器3.3.远距离输电时，为了减少输电线上电能损失，应（远距离输电时，为了减少输电线上电能损失，应（ ）A.A.提高输送电压，增大输送电流提高输送电压，增大输送电流B.B.提高输送电压，减小输送电流提高输送电压，减小输送电流C.C.减小输送电压，增大输送电流

15、减小输送电压，增大输送电流D.D.减小输送电压，减小输送电流减小输送电压，减小输送电流B B4.4.在远距离输电中，输电线电阻一定，输送电功率在远距离输电中，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一定，如果将输电电压提高到原来的1010倍，则输电倍，则输电线上消耗的功率变为原来的（线上消耗的功率变为原来的（ ）A.10A.10倍倍 B. B. 倍倍 C.100C.100倍倍 D. D. 倍倍D D22PPI PI R() RUU损解析：解析：11011005.5.把功率为把功率为22kW22kW的电能用总电阻为的电能用总电阻为22的导线输送的导线输送到远方的用户，用到远方的

16、用户，用220V220V的电压输电，导线损失的功的电压输电，导线损失的功率为多少？若改用率为多少？若改用22kV22kV的电压输电，导线损失的功的电压输电，导线损失的功率又为多少？率又为多少？11UPI A100211PI R20kW损22UPIA1WIP2R222损解析：解析： 某发电站的输出功率为某发电站的输出功率为104 kW，输出，输出电压为电压为4 kV，通过理想变压器升压后向，通过理想变压器升压后向80 km远处用户供电已知输电线的电阻率为远处用户供电已知输电线的电阻率为2.4108 m，导线横截面积为，导线横截面积为1.5104 m2，输电线路损失的功率为输出，输电线路损失的功率

17、为输出功率的功率的4%，求：，求：(1)升压变压器的输出电压；升压变压器的输出电压；(2)输电线路上的电压损失输电线路上的电压损失输电线上电压损失和功率损失输电线上电压损失和功率损失(2)输电线路上的电压损失输电线路上的电压损失U损损I2r12512.82 V3.2 kV.【答案答案】(1)80 kV(2)3.2 kV【方法总结方法总结】远距离输电中，必须区分输远距离输电中，必须区分输电电压及输电导线上的损失电压，输电导线电电压及输电导线上的损失电压，输电导线损失功率就是由于其电阻损失功率就是由于其电阻R发热损失的功率，发热损失的功率，计算时要紧扣计算时要紧扣P损损I2R去思考去思考 发电机的端电压发电机的端电压220 V，输出电功率，输出电功率44 kW，输电导线的电阻为输电导线的电阻为0.2 ，如果用初、次级匝数之，如果用初、次级匝数之比为比为1 10的升压变压器升压，经输电线后，再用的升压变压器升压，经输电