第4节 电能的远距离输送

第4节电能的远距离输送核心素养点击

物理观念(1)了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径。(2)了解高压交流输电、高压直流输电的概念。科学思维(1)会用相关知识解释实际的输电问题。(2)通过建立远距离输电模型的过程，体会建立模型的思维方法。科学探究利用模型解决远距离输电问题。科学态度与责任理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，知道电网供电是远距离输电的重要发展。I2R输电线电阻输电电流横截面积电阻率②从公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高

。前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。(3)拓展一步：电容与电感对交流输电线路的影响①电容器具有“

”的作用。②电感器具有“

”或“通低频、通直流、阻高频”的作用。输电电压通交流、隔直流通直流、阻交流2．判一判(1)为了减少能量损失，要高压输电，而且越高越好。

()(2)输送功率一定时，提高输送电压，可以减少功率损失。

()(3)我国已经可以使用1000kV的特高压输电线路。

()×√√提示：不对。U为输电电压，而不是加在输电导线上的电压，即U≠Ir，而输电电流可通过P＝UI求得。(2)高压直流输电①组成部分高压直流输电系统主要由

、直流线路和逆变器三部分构成。实际上直流输电系统只在输电这个环节是

，发电环节和用电环节仍是

，输电过程中只用两根导线。②节省材料，输电结构简单，占地面积小。③不存在感抗和容抗引起的损耗。④不需要考虑电网中的各发电机的同步运行问题。整流器直流交流(3)电能的利用与社会发展①电能的优点：电能通过发电厂和电力网实现了集中生产，分散使用，便于

和分配。电动机灵活、

、适应力强，更加广泛地应用于工农业生产领域。②电能的来源及转化：电能是二次能源，主要来自热能、水能、

、风能等其他形式的能，这些能量转化为电能都离不开

。③电能的社会价值与弊端：电能的利用提高了劳动

，解放了劳动者。但不可再生能源的过度开发和利用，又带来了水土流失、

、生态失衡等严重后果。传输小巧原子能发电机生产率环境污染2．判一判(1)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。

()(2)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。

()(3)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n，降压变压器匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。

(

)××√3．选一选如图所示为某发电站电能输送示意图，已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想升压、降压变压器的匝数均不变。若用户电阻R0减小，下列说法正确的是

(

)A．发电机的输出功率减小B．输电线上的功率损失减小C．用户得到的电压减小D．输电线输电电压减小解析：若用户电阻R0减小，则降压变压器输出功率增大，导致发电机的输出功率增大，选项A错误；若用户电阻减小，则降压变压器输出功率增大，导致输电线上电流增大，输电线上损失的电压增大，输电线上的功率损失增大，选项B错误；若用户电阻减小，输电线上损失的电压增大，则降压变压器原线圈输入电压减小，由于降压变压器的原、副线圈匝数比不变，故降压变压器副线圈输出电压(即用户得到的电压)减小，选项C正确；发电机的输出电压不变，则升压变压器的原线圈输入电压不变，由于升压变压器的原、副线圈匝数不变，则输电线输电电压不变，选项D错误。答案：C探究(一)

输电线上的电压损失和功率损失[问题驱动]如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)。那么：(1)用户两端的电压是多大？(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？(3)输电线上功率损失的原因是什么？某变电站用220V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%。若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？[答案]

440V[素养训练]1．用U1＝U和U2＝kU两种电压来输送电能，若输送的功率相同，在输电线上损失的功率相同，导线的长度和材料也相同，则在两种情况下导线的横截面积S1∶S2为

(

)A．k∶1

B．1∶kC．k2∶1 D．1∶k2答案：C

2．小明分别按图1和图2电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用。其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等。两次实验中

(

)A．都接直流电源

B．A两端的电压相等C．A损耗的功率相等

D．图1中A的电流较大答案：D

答案：AD

探究(二)远距离输电问题与电路分析[问题驱动]如图所示是我们常见的高压输电线路。(1)由电厂输出的电压采用什么方法获得高电压？(2)如何获得用户所需的220V的电压？提示：(1)采用升压变压器变压获得高电压。(2)用户端采用降压变压器变压获得220V电压。

3．远距离输电问题的分析方法处理远距离输电问题的关键是抓住一图三线，一图即输电的电路图，三线即三个关系：功率关系、电压关系和电流关系，抓住一图三线，按照从前向后或从后向前的顺序，即可找到突破口。

如图所示，一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为500kW，输出电压为500V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶10，两变压器间输电导线的总电阻为2Ω。降压变压器的输出电压为220V，不计变压器的损耗。求：(1)输电导线上损失的功率；(2)降压变压器的原、副线圈的匝数比。远距离输电问题的解题步骤(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量。(2)抓住变压器变压前后各量间的关系，求出输电线上的电流。(3)计算电路功率问题时常用关系式：P损＝I线2R线，注意输电线上的功率损失和电压损失。(4)电网送电遵循“用多少给多少”的原则，说明原线圈中的电流由副线圈中的电流决定。[素养训练]1．如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则

(

)A．用户用电器上交流电的频率是100HzB．发电机输出交流电的电压有效值是500VC．输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小答案：D

提示：输电线上的功率损失P损＝UI是错误的，因为输电电压U不是加在输电线上的电压。二、注重学以致用和思维建模2．

(多选)某输电线路横穿公路时，要在地下埋线通过。为了保护输电线不至于被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过。如图所示，电线穿管的方案有两种，甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过，乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过，如果输电导线输送的电流很强，那么，以下说法正确的是(

)A．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲、乙两方案都是可行的B．若输送的电流是恒定电流，甲、乙两方案都是可行的C．若输送的电流是交变电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的D．若输送的电流是交变电流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的解析：若题图甲中电线通交流电，因变化的电流周围产生变化的磁场，故每根钢管中都产生涡流，导致能量损耗较大。若题图乙中电线通交流电，由于两根导线中的电流方向是相反的，如果它们相互足够靠近，则它们在周围的每一点上产生大小几乎相等，方向相反的磁场，这样能使涡流减弱到很小。若题图甲、乙中电线通恒定电流，则都产生恒定的磁场，恒定的磁场不产生电场，因此不产生涡流，没有能量损耗。因此B、D正确，A、C错误。答案：BD

3．

用一台某型号的柴油发电机给某一临时安置区供电，如图所示。

发电机到安置区的距离是400m，输电线路中的火线和零线均为

单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为2.5×10－4Ω，安置区家用电器的总功率为44kW，当这些额定电压为220V的家用电器都正常工作时

(

)A．输电线路中的电流为20AB．发电机的实际输出电压为300VC．在输电线路上损失的电功率为8kWD．如果该柴油发电机发出的是正弦式交变电流，则其输出电压最大值是300V答案：C

4．如