知识全解·吃透教材 知识点1 降低输电损耗的途径 1.减少输电导线的电热损失 输送电能的基本要求是:可靠、保质、经济。可靠,是指保证供电线路可靠地工作,少有故障和停电。保质,就是保证电能的质量,即电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和运行的费用低,电能损耗小。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。 根据功率损失的表达式ΔP=I2r可知,要减少输电线上的功率损失,有两种方法:其一、减小时间;其二是减小输电线的电阻;其三是减小输电电流。
二、输电线上电压损失 1.造成输电线上电压损失的因素: (1)输电线电阻造成电压损失DU=IR. (2)输电线的感抗和容抗造成电压损失. (1)减小输电线电阻R 用增大输电导线的截面积来减小电阻对低压照明电路有效,对高压输电线路效果不佳. (2)减小输电电流I 在输送电功率不变的前提下,提高输电电压是有效的措施. 高压输电既能减小功率损失,又能减小电压损失,但在实际输送电能时,还需综合考虑各种因素,依照不同的情况,选择合适的输电电压. 【例1】如果用220V和11kV两种电压来输电,设输送的电功率、输电线上的功率损失、导线的长度和电阻率都相同,求导线的横截面积之比. 解析:设输送的电功率为P,输电电压为U,送电距离为L,导线横截面积为S,电阻率为ρ. 则每根导线损失的电功率P损= I2R . 由于P = UI,, 所以, 现在,输送电功率P相同,导线电阻率ρ和长度L也相同. 在输电电压U和导线横截面积S不同时,如果要求导线上损失的电功率相同,则应有 所以 . 可见,要满足题中所设要求用220V电压输电时,导线的横截面积是11kV输电时的2500倍. 补讲教材P45“思考与讨论”答案 1、设输电电流为I,输电线的电阻为r,则功率损失为ΔP=I2r. 2、在输电电流一定的情况下,线路电阻减为原来的一半,线路中损耗的功率减为原来的1/2。在线路电阻一定的情况下,电压提高一倍,线路中的电流减为一半,而损耗的功率减为原来的1/4。 3、通过第2步的两项计算,减小输电电流对降低输电线路的损耗更为有效. 4、设发电机的输出功率为P,则功率损失为ΔP=I22R,用户得到的功率为P用=P-ΔP. 5、在输电功率一定的条件下,根据P=UI可知,要减小输电线中的电流I,必须提高输电电压U,这就是采用高压输电的道理。 知识点2远距离输电模型 一、在发电端需用升压变压器把电压升高,在用户端用降压变压器把电压降低到用户需要的电压。在理想变压器的情况下:
发电端: 用户端: 其中:;; ; 二、常用的几种输电模式: 1、低压输电 输电功率为100kw以下,距离为几百米以内,一般采用220V的电压输电 2、高压输电 输电功率为几千千瓦以下,距离为几十千米到几百千米,一般采用35kV或110kv的电压输电 3、超高压输电 输送功率为10万千瓦以上,距离几百千米,需采用220kv或更高的电压输电 【例2】某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW,输出电压 250 V,现准备向远处输电,所用输电线的总电阻为8 Ω,要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%,用户获得220 V电压.求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器?(理想变压器) 解析:画出高压输电线路图如图所示
设升压变压器原线圈电流为I1,电压为U1,有U1=250 V, I1= A=400 A.[来源: ][来源:Z+xx+k.Com] 升压变压器副线圈电流为I2,当输电线上损失功率为输送功率的5%时,有 ΔP=I22r线=5%P[来源: ] I2= A=25 A 因此升压变压器的匝数比 降压变压器副线圈中的电流为I4,用户得到的功率P′=P-ΔP=95%P 又P′=U4I4 所以I4= A=431.8 A. 而降压变压器原线圈电流I3=I2=25 A 所以,降压变压器匝数比. 点评:解决传输电问题时,应注意:①根据输电情况画出传输电路图.②注意传输功率P,线路损失功率ΔP和用户得到功率P′及传输电压、线路损失电压和用户得到电压的区别和联系,根据需要选用它们不同表示形式。 |
揭示规律·小试身手 方法点拨: 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。在输电功率一定的条件下,根据P=UI可知,要减小输电线中的电流I,必须提高输电电压U,这就是采用高压输电的道理 变式训练 1、图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 ( ) 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 1、ABD;解析:依据输电原理,电路中的功率损耗,而,增大输电线的横截面积,减小输电线的电阻,则能够减小输电线上的功率损耗,A正确;由P=UI来看在输送功率一定的情况下,输送电压U越大,则输电电流越小,则功率损耗越小,B正确;若输电电压一定,输送功率越大,则电流I越大,电路中损耗的电功率越大,C错误;输电电压并不是电压越高越好,因为电压越高,对于安全和技术的要求越高,因此并不是输电电压越高越好,D正确。
方法点拨: 有关输电线路分析计算步骤 (1)认真审题,画出示意电路图. (2)以变压器铁芯为界划分各个回路,对各回路应用欧姆定律分析回路中电压、电流、功率等物理量的情况及其关系. (3)各回路间可通过变压器找出电压、电流、功率等量间的关系. 变式训练 2、某小型水电站,水以 3 m / s 的速度流入水轮机,而以 l m / s 的速度流出。流出水位比流入水位低1. 6 m ,水流量为 2 m 3/s。如果水流能量的75% 供给发电机。求: ⑴ 若发电机效率为 80%,则发电机的输出功率为多大? ⑵ 发电机的输出电压为240V,输电线路的电阻为19.2Ω ,许可损耗功率为 2%,用户所需电压为220V,则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数的比各是多少? 解析: ⑴每秒钟流过发电机的水的质量为 每秒钟水流机械能的损失为, 发电机的输出功率
(2)发电机经变压器到用户的供电线路如图所示.图中T1为升压变压器.T2为降压变压器。输电线上损失功率为 ,而 所以 A, 因为A ,
所以升压变压器T1 原、副线圈的匝数比为: 又因为 ≈107 A 所以降压变压器T2的原、副线圈的匝数比为 规律总结:由于远距离输电时,输电电流与升压器副线圈电流、降压器原线圈电流相等,因此,电流往往是解决输电问题的突破口. |