第五节 电能的输送
名师导航
知识梳理
1.为了减少输电导线上的功率损失，应:(1)减小输电线的___________,(2)减小输电线中的__________.
2.要减少输电线路上的电压损失，由公式U损=IR线知，必须减小电阻或减小电流.(1)要减小电阻，从R=Sl看，在距离不改变的情况下，可以增大导线的__________，这与节约相悖，当然给铺设线路带来困难，还可选用__________较小的导体.(2)从公式P=IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高__________.
3.减少输电导线上电能的损耗P耗=I2R线具体的方法有：
（1）减小输电导线的__________，如采用电阻率相同的材料，加大导线的__________（由R=ρl/S）.
（2）提高__________，减小输电电流，前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法.
疑难突破
怎样理解电能输送的原理和方法？
电能的输送原理和方法是实际输电的基础，也是变压器在实际生活中的应用，因此是本节的重点.输电线上有不可避免的电能损失，由P损=I2R线可知，为减少损失的功率必需减小R线或电流I，由电阻定律R=ρSl可知，改变导线电阻已基本上达到现有水平的极限，因此我们必须采用减小电流I的方法.当输送的电功率一定时，I=UP，减小I必须增大电压U，即采用高压送电，远距离输电可用以下的图景表示（如图5-5-2所示）.
图5-5-2
输电线路中电压、电流及电损的计算，由于在远距离输电中需要涉及到两个变压器的问题，所以在计算U1、U2、U3、U4及I1、I2、I3关系中经常出现难点，突破方法是弄清楚原理，找准关系，从而得出正确的结果.例如可先画出如图5-5-3所示的简单远距离输电示意图，然后再找出各物理量间的关系.
图5-5-3
图中各物理量的关系可表示为：P1=P2，P2=P3+P损，P3=P4；2121nnUU,4343nnUU,U2=U3+U损=U3+I2R线，1221nnII,3443nnII,I2=I3；P损=I22R线=(22UP)2R线.
第四节 远距离输电
一、 输电过程(如图所示)
二、输送电流
(1)I＝PU；(2)I＝U－U′R.
三、输电导线上的能量损失和电压损失：
主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q＝I2Rt.
1、电压损失 ：(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝IR.
2、 功率损失：(1)ΔP＝P－P′；(2)ΔP＝I2R＝(PU)2R
3、 降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻，由电阻定律R＝ρlS可知，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积．
(2)减小输电导线中的输电电流，由P＝UI可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减小输电电流．
四、 远距离输电的处理思路
对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析．
五、 远距离高压输电的几个基本关系(以图为例)
(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3.
(2)电压、电流关系：U1U2＝n1n2＝I2I1，U3U4＝n3n4＝I4I3，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．
(3)输电电流：I线＝P2U2＝P3U3＝U2－U3R线.
(4)输电线上损耗的电功率：P损＝I线ΔU＝I2线R线＝(P2U2)2R线．
在远距离输电问题中，计算线路功率的损耗时 应用P损＝I2线R线，其原因是I线可以由公式P输入＝I线U输入求出，而P损＝U线I线和P损＝U2线R线则不常用，其原因是在一般情况下，U线不易求出，且易将U线和U输入相混而造成错误．
典例分析：
例1、中国已投产运行的1 000 kV特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，不考虑其他因素的影响．则( )
A．送电电流变为原来的2倍 B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍
课题 17-5 远距离输电 时间
目标
知识 理解远距离输电的原理，综合运用所学过的知识解决能量损失问题。
能力 培养学生应用物理知识解决实际问题的能力
德育 认识客观事物是复杂的。影响事物发展变化的因素是多方面的。要学会在解决一个实际问题时，综合考略各方面的因素，分清主次，找到恰当的方案，片面强调某一方面都是不恰当的。
学法
指导
重点 高压输电原理
难点 远距离输电的过程分析
解决
办法
教具 课件
复习 一输电电路输入电压为U，输送功率为P，输电导线的总电阻为R，那么，导线消耗的电功率如何计算？（P’=(P/U)2/R
引言 提出问题：为什么要进行远距离输电？
回答：为了合理利用天然资源，水电站要建在河流上，火电站有时建在煤矿附近。但用电的地方很多，分布很广，有的地方离发电站很远，因此需要把电能输送到远方。用输电导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了。
反问：输送电能的基本要求是什么？
回答：可靠—保证供电线路正常工作，少有故障和停电。
保质—保证电能的质量，即电压和频率稳定。因各种用电器是按一定的工作电压设计制造的，供电电压过低或过高都不能正常工作，甚至损坏。使用交流的用电器还要考率交流的频率
经济：输电线路的建造和运行费用低，电能损耗少，电价低。
设问：怎样才能满足上面的基本要求呢？本节重点研究在电能的输送过程中如何减少电能损失并确保用电设备正常工作。
内容 一、怎样减少输电导线上的功率损失？
说明：任何输电线都有电阻。根据电流的热效应，输电过程中，电流流过输电导线，必然有一部分电能转化为热而损失掉。
分析：设：输电电流为I，输电线的电阻为R
则：功率损失为 ΔP=I2R……………………（1）
说明：我们要尽量减小它，一般要求这种损失不超过输送功率的10%。
设问：怎样较少输电中的功率损失呢？
分析：根据公式（1）有两种方法减少送电中的电能损失
电能的输送
一、降低输电损耗的两个途径
1．输送电能的基本要求
(1)可靠：指保证供电线路可靠的工作，少有故障。
(2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定。
(3)经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。
2．降低输电损耗的两个途径
要减少输电线路上的功率损失，由公式P损＝I2R线知，必须减小输电线电阻或减小输电电流。
(1)要减小电阻，从R＝ρlS看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用电阻率较小的导体。
(2)从公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压。
前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。
3．高压输电
(1)现代远距离输电都采用高压输电。目前我国远距离送电采用的电压有110 kV,220 kV,330
kV，输电干线已采用500 kV，西北电网甚至达到750 kV。
(2)高压输电并不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。
(3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济等要求选择合适的电压。
二、电网供电
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，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。
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，形成全国性或地区性的输电网络。
3．电网输电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。
(2)减少断电的风险，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。
输电线上电压和功率损失的计算
1、(多选)在电能输送过程中，若输送的电功率、输电线电阻一定，则在输电线上损耗的电功率( )
A．和输送电压的二次方成反比
B．和输送电流的二次方成反比
C．和输送电线上的电压降的二次方成正比
