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第五章 交变电流
第五节 电能的输送
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1．理解远距离输电电线上的能量损失与哪些因素有关．(重点)
2．应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算．(重点＋难点)
3．了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计．
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幻灯片 4一、输送电能的基本要求
1．可靠：保证供电线路可靠的工作．
2．保质：保证电能的质量—— 和 的稳定．
3．经济：输电线路的建设和运行要费用低，能量损耗少．
电压
频率
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二、输电导线上的功率损失
1．由于输电导线有电阻，在输电过程中必有一部分电能要转化成热能而损失掉，设输电导线中电流为I，输电导线的电阻为r，则输电导线上的功率损失为ΔP＝ .
I2r
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幻灯片 62．减小输电导线上的功率损失的两种方法
(1)减少输电导线上的电阻
由电阻定律R＝ 可知，距离一定，选用电阻率ρ___的金属做导线，增大导线横截面积S可减小电阻．
(2)减小输电导线的电流
由P＝UI可知，当传输功率P一定时， 电压可以减小输出电流．
小
升高
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幻灯片 7远距离输电时，为什么输电电压越高，输电电流就越小？
提示：输电电压与输电电流满足P＝UI，为保证向用户提供一定的电功率，输电电压越高，输电电流就越小．
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幻灯片 8三、电网供电
1．远距离输电的基本原理
在发电站内用 变压器 ，然后进行远距离输电，在用电区域通过 变压器 所需的电压．
2．电网
通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成的全国性或地区性的输电网络．
升压
升压
降压
降压到
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3．电网送电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．
(2)减少 的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量．
(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高.
断电
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一、输电线上的电压损失和功率损失
1．电压损失
输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．
ΔU＝U－U′＝IR.
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【温馨提示】(1)输送功率是指高压输电线始端输出的功率，损失功率是输电线上消耗的功率．
(2)输电电压是指加在高压输电线始端的电压U，损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU＝IR.
(3)无论从减小输电线路上功率损失，还是减小电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流．
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幻灯片 15二、远距离输电问题
1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图所示．
2．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．
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3．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＋ΔP
ΔP＝IR
P用户＝U3I3＝U4I4
(2)电路知识
U2＝ΔU＋U3 ΔU＝I2R
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【温馨提示】(1)远距离输电的电路属于非纯电阻电路，电功和电热不相等．
(2)发电站的输送功率取决于用户消耗的功率，不是由发电站输出的功率决定用户和线路消耗的功率．
(3)计算变压器的匝数比，可利用电压比计算，也可利用电流比计算，具体采用哪种方法，应通过分析已知条件确定．
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幻灯片 20 (江苏高考)在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有
输电电路上的电压损失和功率损失问题
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A．升压变压器的输出电压增大
B．降压变压器的输出电压增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
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幻灯片 22思路点拨：
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幻灯片 23答案：CD
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幻灯片 25【针对训练】 1.夏天由于用电器的增多，每年都会出现“用电荒”，只好拉闸限电．若某发电站在供电过程中，用电高峰时输电的功率是正常供电的2倍，输电线电阻不变，下列说法正确的是( )
A．若输送电压不变，则用电高峰时输电电流为正常供电时的2倍
B．若输送电压不变，则用电高峰时输电线损失的功率为正常供电时的2倍
C．若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电电流为正常供电时的4倍
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幻灯片 26D．若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电线损失的功率为正常供电时的4倍
解析：高压输电时P＝UI，I是输送电路上的电流．用电高峰时，若输送电压不变，则I为正常时的2倍，A正确；高压线上的热耗功率ΔP＝I2R线，则热耗功率变为正常时的4倍，B错误；用电高峰时，若输送电压也加倍，则I不变，与正常时相同，C错误；由ΔP＝I2R线，则热耗功率也不变，D错误．
答案：A
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幻灯片 27 某发电站的输出功率为104 kW，输出电压为4 kV，通过理想变压器升压后向80 km远处用户供电．已知输电线的电阻率ρ＝2.4×10－8 Ω·m，导线横截面积为1.5×10－4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：
(1)升压变压器的输出电压；
(2)输电线路上的电压损失．
思路点拨：远距离输电问题，先画出示意图，抓住功率、电压、电流、电阻之间的关系，列出相应方程，然后求解．
远距离输电的分析与计算
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幻灯片 29答案：(1)8×104 V (2)3 200 V
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【针对训练】 2.北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念．如图所示，作为北京奥运会主场馆之一的国家体育馆“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇型屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感．还隐藏着一座年发电量约为98 550千瓦时的太阳能光伏发电系统，供给体育馆内的照明灯等使用．假如该发电系统的输出功率为1×105 W．求：
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(1)按平均每天太阳照射6小时计，该发电系统一年(365天计)能输出多少电能？
(2)假若输出电压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，求应选用匝数比多大的升压变压器．
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幻灯片 34解析：(1)P＝1×105 W，t＝365×6 h
E＝Pt＝2.19×105 kW·h或E＝7.884×1011 J.
(2)依题意作出如图输电示意图．
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幻灯片 35答案：(1)2.19×105 kW·h或7.884×1011 J (2)1∶16
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幻灯片 37误区一：分不清远距离输电线路中的输电电压与导线电压
【典型例题】 1.远距离输送一定功率的交变电流，若输送电压升高为原来的n倍，关于输电线上由电阻造成的电压损失和功率损失的说法中，正确的是
①输电线上的电功率损失是原来的1/n；
②输电线上的电功率损失是原来的1/n2；
③输电线上的电压损失是原来的1/n；
④输电线上的电压损失是原来的n倍．
A．①② B．②③
C．②④ D．①④
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幻灯片 38答案：B
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【误区警示】解此题时若分不清输电电压和输电线上的电压就会造成电压损失和功率损失无法正确求出．
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幻灯片 40误区二：不会将远距离输电应用于实际的生活、生产中
【典型例题】 2.风能是21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源．风力发电机是将风能(气流的功能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等，如图所示．
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幻灯片 41(1)利用总电阻R＝10 Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能．输送功率P0＝300 kW，输电电压U＝10 kV，求导线上损失的功率与输送功率的比值．
(2)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积．设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r.求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm.在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施．
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幻灯片 42(3)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比．某风力发电机在风速v1＝9 m/s时能够输出电功率P1＝540 kW.我国某地区风速不低于v2＝6 m/s的时间每年约为5 000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时．
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