《高二下学期物理鲁科版选修3－2》4.3 电能的远距离传输 学案

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第 3 节 电能的远距离传输 学案
学习目标：
1
.
了解从变电站到用户的输电过程,知道远距离输电时应用高电压的道理。
2
.
理解降低输电损耗的两个途径及其各自的优缺点。
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、为什么要采用高压输电
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。
1） 电功率损失
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。
设输电电流为
I
，输电线的电阻为
r
，则功率损失为 Δ
P
=
I
2
r。
根据功率损失的表达式 Δ
P
=
I
2
r
可知，要减少输电线上的功率损失，有
两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。
要减小输电线的电阻
r
，可采用下述方法：
① 减小材料的电阻率
ρ
。银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率
较小的铜或铝作输电线。
② 减小输电线的长度
l
不可行，因为要保证输电距离。
③ 增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又
架设困难。
2） 电压损失
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。
3） 高压输电
采用高压输电。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
2
1
。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
4
1
。
二、高压交流输电
我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。如下图所示。
1
设发电机的输出功率为
P
，则功率损失为 Δ
P
=
I
22R，用户得到的功率为
P
用=
P
-Δ
P，
输电线路上的电压损失为：Δ
U
=
I
2R，则
U
3=
U
2-Δ
U
。
三、高压直流输电
直流输电的优点热效应节约线材;减少输电导线的电阻不存在感抗和容抗引
起的损耗;减小输电电流不需要考虑电网中各台交流发电机的同步运行问题。
重难点理解：
远距离输电电路中的各种关系
远距离输电问题的分析
1．远距离输电基本原理
在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区通过降压变压
器降到所需的电压．
2．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，参考图 2，并将已知量
和待求量写在电路图的相应位置．
3．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的负载，而相应的副
线圈是下一个回路的电．
4．综合运用下面三方面的知识求解
(1)能量守恒：
P＝U1I1＝U2I2＝P用户＋P
损
P损＝IR P 用户＝U3I3＝U4I4.
(2)电路知识：U2＝U
损＋U3 U损＝I2R.
(3)变压器知识：＝＝ ＝＝.
其中 P损＝IR，U损＝I2R往往是解题的切入点．
典例1、某交流发电机输出功率为 5×105 W，输出电压为 U=1.0×103 V，假如输
电线的总电阻 R=10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的 5%，用户
使用电压 U=380 V.
（1）画出输电线路的示意图.（标明各部分的符号）
（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？（使用的变
压器是理想变压器）
解析：I1= =500 A
P损=5%P=5%×5×105=2.5×104 W
2
发
电
厂
n1n2
I1
n3n4
用电
设备
I2I3I4
U4
U3
U1U2
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