电能的远距离传输.docx

第3节电能的远距离传输
学习目标知识脉络1.了解从变电站到用户的输电过程．
2.理解降低输电损耗的两个途径及其各自的优缺点．(重点)
3.知道高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU.(难点)
4.了解高压交流和高压直流输电的优缺点及两种系统的区别和联系.为什么采用高压输电[先填空]
1．电功率损失
由于电流的热效应会引起电功率的损失，且满足P损＝I2R线，可以通过减小输电线的电阻或减小输送电流来减小电功率的损失．
2．电压损失
3．高压输电
减小电阻要增粗导线，增粗导线又带来两个不利，其一，耗费更多的金属材料；其二，会使电抗更大，造成更大的电压损失．只有采用小电流输电才会避免上述问题，在保证输送功率不变的情况下，减小电流必须靠升高电压来实现．
[再判断]
1．输电线上的电压损失可用ΔU＝Ir计算，r为输电线的电阻．(√)
2．输电电压越高越好．(×)
3．家庭用电常用铜导线，是为了减小输电导线的电阻，从而减小电能损失．(√)
[后思考]
在电能的输送过程中，U为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流为I＝eq\f(U,r)，对不对？为什么？
【提示】不对．U为输电电压，而不是在输电导线上的电压，即U≠Ir，而输电电流可通过P＝UI求得．
[合作探讨]
假定输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r，在图中导线电阻集中画为r，输送功率为P.发电厂输出的电压为U1.
图4－3－1
探讨1：远距离大功率输电面临的困难是什么？
【提示】在输电线上有功率损失．
探讨2：输电线上功率损失的原因？功率损失的表达式？减少输电损耗的两个途径？
【提示】由于输电线有电阻，当有电流时，有一部分电能转化为电热而损失掉了；P损＝I2r；减少输电损耗两个途径：①减小输电电流I，②减小输电线电阻r.
探讨3：为什么远距离输电必须用高压呢？
【提示】因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI知，要减小输电电流I，必须提高输出电压U.
[核心点击]
1．输电线上的功率损失
(1)输电过程中功率损失的原因
输电导线有电阻，因此当电能通过输电线送向远方，电流流过输电线时，因输电线有电阻而发热，电能必有一部分转化为内能而损失掉．
(2)计算输电导线上功率损失的方法
设输电导线的总电阻为R，输电电流为I，则损失功率为P损＝I2R.设输送的总电功率为P，输电电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为ρ，则输电电流I＝eq\f(P,U)，输电线电阻R＝ρeq\f(L,S)，所以输电线上的功率损失可表示为P损＝(eq\f(P,U))2ρeq\f(L,S).
(3)减小输电线上的功率损失的方法
根据公式P损＝I2R可知，减小输电线路上功率损失的方法有两种：
①减小电阻
据R＝ρeq\f(L,S)判断：减小输电线的长度L，由于输电距离一定，所以在实际中不可能通过减小L来减小R；减小电阻率ρ，目前，一般用电阻率较小的铜或铝作为输电线材料；增大导线的横截面积S，这要多耗费金属材料，增大成本，同时给输电线的架设带来很大的困难．
②减小输电导线的电流I
据I＝eq\f(P,U)判断：减小输送功率，在实际中不能通过用户少用或不用电来达到减少损耗的目的；提高输电电压U，在输送电功率P一定，输电线电阻一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，据P损＝(eq\f(P,nU))2R可知，输电线上的功率损耗将降为原来的eq\f(1,n2).
2．输电线上的电压损失
(1)在输电线上存在电压损失的原因
输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失．
(2)计算输电线上的电压损失的方法
如图4－3－2所示，U为发电厂的输出电压，P为发电厂的输出功率，U′为用电设备两端的电压，P′为用电设备的输入功率，则输电线上损失的电压为ΔU＝U－U′，且ΔU＝IR.
图4－3－2
(3)减少输电线路上的电压损失的方法
据ΔU＝IR可知，减小输电线路上电压损失的方法主要有两种：(1)减小输电线路的电阻；(2)减小输电电流I，即提高输电电压．
1．(多选)如图4－3－3为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是()
【导学号：05002101】
图4－3－3
A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小
D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好
【解析】根据输电原理，电路中的功率损耗ΔP＝I2R线而R线＝ρeq\f(l,S)，增大输电线的横截面积，输电线的电阻会减小，则能减小输电线上的功率损失，A对；由P