鲁科版选择性必修二3.4电能的远距离输送学案.docx
第4节电能的远距离输送学案学习目标：1 .理解降低输电损耗的两个途径，理解高压输电的原理，会计算输电损失。2 .了解高压交流输电与直流输电及其优缺点。3 .掌握远距离输电的典型电路，并能利用电路知识，变压器规律等解决有关 问题。基础知识：一、常用高压输电的原因1.两种损失比较两种损失主要原因大小表示减小办法电功率损失输电线有电阻电流产生焦耳热AP=PR减小R减小/电压损失输电线电阻的电压 降NU=IR2.降低两种损失的途径高压输电输送一定功率电能，输电电压越高,输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能越少,线路上电压的损失也越少。二'高压交流输电与直流输电1.高压交流输电系统(1)输电环节：在发电站附近用升压变压器升高电压,用输电线输送到远方, 在用电地区附近，用降压变压器降到所需电压。(2)远距离输电电路图如图所示：2.高压直流输电(1)采用高压直流输电的原因当交流输电功率很大时，导线的电感、电容引起的电压及电能损失很大:同 一电网供电的发电机同步运行，技术上也存在困难。(2)高压直流输电系统的工作程序：交变电流升压后输送到整流器,把高压 交变电流变换成高压直流电流,经由高压直流线路输送到用电地区后,逆变器将 高压直流电流变换成高压交变电流,再经降压变压器降压。(3)高压直流输电系统的优点不存在感抗和容抗引起的损耗。节省材料，输电结构简单，占地面积小。不需要考虑电网中的各发电机的同步运行问题。三、电能的利用与社会发展1 .发电机、电动机在工业上的运用，克服了蒸汽机在使用过程中存在的不 少难题，体现出许多优越性。与蒸汽机相比,电动机灵活、小巧、适应力强,更 加广泛地应用于工业生产领域。2 .目前使用的电能，主要来自热能、水能、原子能、风能等其他形式的能 量，这些能量转换为电能都离不开发电机。火力发电，是利用石油、煤炭和天然 气等燃料燃烧时产生的热能将水加热，产生高压水蒸气，推动汽轮机转动，带动 发电机的转子转动，将机械能转化为电能,再通过外电路把电能输送出去；水力 发电和风力发电则是直接利用水和风带动发电机的转子转动，将机械能转化为电 能。高铁、动力机械等，都是利用电动机的通电线圈受到磁场的力的作用而发生 转动，将电能转化为机械能。3 .电能的利用提高了劳动生产率,解放了劳动者。重难点理解：一、输电线上电压和功率损失的计算1 .功率损失的原因在电能输送过程中，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 .若输电线的电阻为A线，输电电流为/,输电线始端和末端的电压分别为 。和 U',贝IJ：(1)电压损失八。=。一=/R线；(2)功率损失APn72火线=/A。=四且。R线3.若输电功率P不变，输电电压提高到。，可使输电电流减小到L则：(1)电压损失减小到n(2)功率损失减小到A：。计算输电线上功率损失的两种方法计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电压：输电电压(输电线始端 的电压)U和输电线上的损失电压AU。(1)尸损=AU/=乎，AU是输电线两端的电压，即输电线上损失的电压。R线(2*损=0k线，U是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后 的电压。典例1:下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是()A.因为热功率P=与，所以应降低输送的电压，增大输电导线的电阻，才 R能减小输电导线上的热损耗B.因为热功率月=/。，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导 线上的热损耗C.因为热功率。=於凡所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法 来减小输电导线上的热损耗D.以上说法均不正确C 不能盲目看公式，要注意其物理意义的表达，在求热损耗时：P损=/R 线或用P损=U线/线，也可用损=小，但。必须为输电线两端的电压(即损失电R线压)。故选C。二'高压输电线路的分析与计算1 .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关系，一图即输电的电路图，三关 系即：功率关系、电压关系和电流关系，抓住一图三关系，按照从前到后或从后 向前的顺序，即可找到突破口。2 .远距离输电电路图(1)功率关系：8=。2,。3=04, P2 = AP + P3。用户回路3 .基本关系式(2)电压、电流关系：Ui=m=",。3=m=/4, s=au+03,/2=/3=/线。2 及 2 1。4 及 4 h(3)输电电流：/线C/2R 线(4)输电线上损耗的电功率：AP=I浅AU=IkR发= 02，火线。远距离输电问题的分析思路(1)明确远距离输电的过程，画出输电的过程图。(2)清楚远距离输电过程图的三个独立的回路。(3)变压器是连接三个回路的关键，明确各个回路的电压、电流间的关系。(4)利用输电电压、输电功率或输电线的功率损失与输电线的电阻计算输电 电流。(5)分清输电电压和输电线上的电压，确定输电功率、输电线损失功率和用 户得到的功率。(6)根据欧姆定律确定用户回路中各个元件的电压、电流和功率。典例2:如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是 U,用等效总电阻是的两条输电线输电，输电线路中的电流是/i,其末端间的 电压为01。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为，2。则()A.用户端的电压为“受 hB.输电线上的电压降为。C.理想变压器的输入功率为开厂D.输电线路上损失的电功率为/1UA 理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为S,则有八5= Uih, lh=皿,选项A正确；输电线上的电压降为AU=/，或者AU=U- hlh,选项B错误；理想变压器的输入功率为尸=/iUi,选项C错误；输电线路上损失的电功率为AP=Ar,选项D错误。巩固练习：1 .（多选）高压直流输电与高压交流输电相比（）A.高压直流输电不存在感抗和容抗引起的损耗B.高压直流输电所需的设备比高压交流输电所需的设备经济C.高压直流输电技术简单D.高压直流输电主要用于联系非同步运行的交流系统2 .中央电视台焦点访谈多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负 担过重，其中客观原因是电网陈旧老化。近来进行农村电网改造，为减少远距离 输电的损耗而降低电费价格，可采取的措施有（）A.提高输送功率8 .减小输电导线的长度C.提高输电的电压D.减小输电导线的横截面积3.输电线的电阻共计为八输送的电功率为P,用电压。送电，则用户能 得到的电功率为（）产A. PB. P三 rU24.在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个小型发电 站，输送的电功率P=500kW,当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输 电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW-ho求：（1）输电效率和输电线的总电阻几（2）若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线，那么发电站应使用多高 的电压向外输电？参考答案：1 .AD 稳定的直流输电不存在感抗和容抗引起的损耗，A正确；高压直流 输电技术的要求高，所需的换流设备制造难、价格高，B、C错误；高压直流输 电主要用于联系非同步运行的交流系统，D正确。故选AD。2 .C 为减少远距离输电的损耗，可以提高输电的电压，故C项正确；提 高输送功率不能减少远距离输电的损耗，减小输电导线的长度的方法不可取， 减小输电导线的横截面积反而会增大损耗，故A、B、D错误。3 .B |输电电流/=上，输电线上损耗功率为“=尸/=11用户得到功率为用=P-AP=P-/V=尸一 Ur,故B正确，A、C、D错误。4.解析(1)输送功率P=500 kW, 一昼夜输送电能E=Pt=U000 kW h输电线上损失的电能A£=4 800 kW h终点得到的电能E，=E-AE=7 200 kW hE所以输电效率=万义100%=60%输电线上的电流/=盘=100 A输电线上损耗的功率巴=她=200 kW输电线的电阻尸=牛=20。要求输电线上损耗的功率PJ =2%P=10kW, 输电电压应调节为U' =y -P22A kVo答案(1)60% 20 O (2)22.4 kV
