資源簡介

第4節　電能的遠距離輸送
(分值:100分)
選擇題1~8題,每小題9分,共72分。
對點題組練
題組一　采用高壓輸電的原因
1.某水電站發電機的輸出功率恒定,用升壓變壓器將電壓升至U后向遠處輸電,輸電電流為I,在用戶端用降壓變壓器將電壓降至所需電壓,為減小輸電線損耗的熱功率,下列措施可行的是 (　　)
僅增大輸電電流I
僅增大輸電電壓U
僅減少輸電時間
僅減小輸電導線的橫截面積
2.(2024·江西南昌市高二統考期中)IT之家2023年3月4日消息,河北省張家口國際首套百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目壓縮機通過具有CNAS資質的第三方測試,達到了國際領先水平,項目鳥瞰圖如圖所示。若發電機產生的電壓經升壓變壓器后升高到100 kV,以10萬千瓦的功率(始終不變)經輸電線遠距離送往變電站,輸電線上損耗的功率為3 000千瓦,則輸電線的總電阻為 (　　)
3 Ω 6 Ω
9 Ω 30 Ω
3.我國特高壓輸電技術在世界上處于領先地位。特高壓輸電是指直流電壓在800 kV以上或交流電壓在1 000 kV以上進行的電能輸送,特高壓輸電可使輸送中的電能損耗大幅降低。假若采用550 kV超高壓從A處向B處輸電,輸電線上損耗的電功率為ΔP,在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下,改用1 100 kV特高壓輸電,輸電線上損耗的電功率變為ΔP',不考慮其他因素的影響,則 (　　)
ΔP'=ΔP ΔP'=ΔP
ΔP'=ΔP ΔP'=ΔP
4.電站向某地輸送5 000 kW的電功率,輸電線上損耗的電功率為100 kW,如果把輸電電壓提高為原來的10倍,同時將輸電線的橫截面積減為原來的一半,而輸送的電功率不變,那么輸電線損耗的電功率為 (　　)
0.2 kW 0.5 kW
2.0 kW 5.0 kW
題組二　高壓交流輸電與直流輸電
5.如圖所示是遠距離輸電示意圖,若發電機的輸出電壓不變,則下列敘述正確的是 (　　)
升壓變壓器原線圈中的電流與用戶用電設備消耗的功率無關
輸電線路中的電流只由升壓變壓器的匝數比決定
當用戶消耗的總功率增大時,輸電線上損失的功率增大
升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
6.如圖所示是發電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器給用戶供電,升壓變壓器輸出端滑片P位置可以調動,發電機組輸出交變電壓的有效值恒定,兩條輸電線總電阻r保持不變。在下列條件下,增加用戶端的用電器,則 (　　)
若滑片P位置不變,則用戶端電壓升高
若滑片P位置不變,則輸電線上損失的功率變小
若將滑片P下移,則用戶端電壓可能不變
若將滑片P下移,則輸電線上損失的功率可能減小
7.(2024·浙江寧波市十校聯考期末)如圖為某水電站,其輸出功率為100 kW,發電機的電壓為250 V,通過升壓變壓器升壓后向遠處輸電,輸電線的總電阻為8 Ω,在用戶端用降壓變壓器把電壓降為220 V。已知輸電過程中輸電線上損失的功率為5 kW。則下列說法正確的是 (　　)
輸電線上通過的電流為625 A
升壓變壓器的輸出電壓為4 000 V
降壓變壓器的匝數比為200∶11
升壓變壓器的匝數比為5∶76
8.(多選)如圖為遠距離交流輸電的簡化電路圖。發電廠的輸出電壓是U,用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電,輸電線路中的電流是I1,其末端間的電壓為U1。在輸電線與用戶間連有一理想變壓器,流入用戶端的電流是I2。則 (　　)
用戶端的電壓為
輸電線上的電壓降為U
理想變壓器的輸入功率為I1U
輸電線路上損失的電功率為r
綜合提升練
9.(12分)在遠距離輸電時,要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個小型發電站,輸送的電功率P=500 kW,當使用U=5 kV的電壓輸電時,測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數相差4 800 kW·h。求:
(1)(6分)輸電效率η和輸電線的總電阻r;
(2)(6分)若想使輸電效率提高到98%,又不改變輸電線,那么發電站應使用多高的電壓向外輸電
培優加強練
10.(16分)(2024·四川綿陽南山中學期中)如圖所示, 導線框與理想升壓變壓器相連進行遠距離輸電,導線框繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動,產生交變電動勢e=111sin 100πtV,理想降壓變壓器原、副線圈匝數之比為25∶11,降壓變壓器副線圈接一個電動機,電動機恰好正常工作,電動機額定電壓為220 V,額定功率1 100 W,輸電線總電阻r=25 Ω,電動機內阻R=8.8 Ω,其他電阻忽略不計。求:
(1)(8分)輸電線損耗的功率P損;
(2)(8分)升壓變壓器原、副線圈匝數比。
第4節　電能的遠距離輸送
1.B　[由于輸電線損耗的熱功率P熱＝I2R，若增大輸電電流I，會增大輸電線損耗的熱功率，A錯誤；由于輸送功率不變，根據P＝UI，可知增大輸電電壓U，會減小輸電電流I，從而減小輸電線損耗的熱功率，B正確；輸送功率與時間無關，C錯誤；根據R＝ρ，可知減小輸電導線的橫截面積，導致輸電線電阻變大，從而增大輸電線損耗的熱功率，D錯誤。]
2.A　[根據題意可知變壓器的輸出電壓為100 kV，功率為10萬千瓦，則輸電線上的電流為I＝＝1 000 A，輸電線上損耗的功率P損＝I2R，解得R＝3 Ω，故A正確。]
3.C　[設輸送的電功率為P，輸電線上的總電阻為r，則550 kV輸電線上損耗的電功率為ΔP＝2r，改用1 100 kV特高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為ΔP′＝2r，二者比較得ΔP′＝ΔP，C正確。]
4.C　[輸電電壓提高為原來的10倍，根據P＝UI知，輸電電流減小為原來的，根據電阻定律R＝ρ知，輸電線的橫截面積減為原來的一半，則輸電線的電阻增大為原來的2倍，根據P損＝I2R知，輸電線上損耗的電功率減小為原來的，則輸電線上損耗的功率為2.0 kW，故C正確，A、B、D錯誤。]
5.C　[因輸入功率等于輸出功率，而發電機輸出的電壓不變，當用戶消耗的總功率增大時，輸電線中的電流增大，升壓變壓器原線圈中的電流也增大，根據P＝I2R知，輸電線上損耗的功率增大，選項A、B錯誤，C正確；因為輸電線上有電壓損失，所以升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，選項D錯誤。]
6.C　[增加用戶端的用電器，即并入電路的負載增多，負載總電阻減小，導致電路總電流增大，對應的輸電線電流增大，發電站的輸出電流也增大。輸電線電流增大，由U＝Ir可得，輸電線分壓增大，即電壓損失增多，降壓變壓器原線圈電壓降低，對應的副線圈電壓也降低，即用戶獲得的電壓降低，故A錯誤；輸電線電流增大，由P＝I2r可知，輸電線上損失的功率變大，故B錯誤；若將滑片P下移，升壓變壓器副線圈匝數增加，則升壓變壓器次級電壓U2增大，增加用戶端用電器，則用戶端電阻減小，這樣會導致輸電線電流I變大，根據P＝I2r可知，輸電線上的功率損失一定變大；輸電線上的電壓損失變大，則降壓變壓器初級電壓U3＝U2－Ir；可知降壓變壓器初級電壓可能不變，即用戶得到的電壓可能不變，故C正確，D錯誤。]
7.B　[根據P損＝I2r線得I＝25 A，故A錯誤；變壓器不損耗能量，功率不變，根據P＝UI得升壓變壓器的輸出電壓為U2＝＝ V＝4 000 V，故B正確；降壓變壓器輸入端電壓U3＝U2－U損＝U2－Ir線＝4 000 V－25×8 V＝3 800 V，又由＝可得＝＝，故C錯誤；根據＝可得＝＝，升壓變壓器的匝數比為1∶16，故D錯誤。]
8.AD　[設變壓器的原線圈匝數為n1，副線圈的匝數為n2，由線圈匝數與電流的關系有＝，設用戶端的電壓為U2，由線圈匝數與電壓的關系有＝，解得U2＝U1＝，故A正確；根據題意可知，輸電線上的電壓降為ΔU＝U－U1或由公式U＝IR可得ΔU＝I1r，故B錯誤；根據題意，由公式P＝UI可得，理想變壓器的輸入功率為P＝U1I1，故C錯誤；根據題意可知，輸電線路上損失的電功率為ΔP＝Ir或由公式P＝UI可得ΔP＝ΔUI1＝(U－U1)I1，故D正確。]
9.(1)60%　20 Ω　(2)22.4 kV
解析　(1)輸送功率P＝500 kW，一晝夜輸送電能
E＝Pt＝12 000 kW·h
輸電線上損失的電能ΔE＝4 800 kW·h
終點得到的電能
E′＝E－ΔE＝7 200 kW·h
所以輸電效率η＝×100%＝60%
輸電線上的電流I＝＝100 A
輸電線上損耗的功率Pr＝＝200 kW
輸電線的電阻r＝＝20 Ω。
(2)Pr′＝r
要求輸電線上損耗的功率Pr′＝2%P＝10 kW
輸電電壓應調節為U′＝P＝22.4 kV。
10.(1)121 W　(2)
解析　(1)電動機的輸入功率為1 100 W，兩端電壓為220 V，則通過電動機的電流為I4＝＝5 A
根據變壓器電流比與匝數比的關系有＝，解得I3＝2.2 A
輸電線損耗的功率P損＝Ir＝121 W。
(2)根據變壓器電壓與線圈匝數比的關系可知，降壓變壓器輸入電壓＝
根據歐姆定律可知輸電線分壓ΔU＝I3r
則升壓變壓器輸出電壓U2＝U3＋ΔU＝555 V
根據正弦式交變電流最大值和有效值的關系可知U1＝111 V
根據變壓器電壓與線圈匝數比的關系可知，升壓變壓器原、副線圈匝數之比＝＝。第4節　電能的遠距離輸送
學習目標　1.知道輸電線上電能的損失與哪些因素有關。2.通過練習，掌握電壓損失和功率損失的計算方法。3.運用對比法分析輸電電壓與輸電線電阻上電壓的區別。4.通過實例分析掌握遠距離輸電的相關計算。
5.通過了解電能的輸送方式的變革，體會其中蘊含的探索精神。
知識點一　采用高壓輸電的原因
如圖所示，輸送功率為P，發電廠輸出的電壓為U，兩條導線的總電阻為r，在圖中把導線電阻集中畫為r，請思考：
INCLUDEPICTURE"C253.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\課件\\同步\\2025（春）物理 選擇性必修 第二冊 魯科版\\學生word文檔\\C253.TIF" \* MERGEFORMATINET
(1)輸電線中的電流為多少？在發電廠輸送功率一定時，輸電線中的電流與輸電線電阻及用電器電阻有關系嗎？
(2)輸電線上功率損失的表達式是什么？
(3)為什么遠距離輸電必須用高壓呢？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.輸電線上的電壓損失：ΔU＝U－U′＝IR＝________(用P、U、R表示)。
2.輸電線上的功率損失：P＝I2R，I為________電流，R為輸電線的電阻。
3.降低輸電損耗的兩個途徑
(1)減小輸電線的電阻：由電阻定律R＝________可知，在輸電導線長度一定的情況下，要減小輸電線的電阻，可采用電阻率小的材料做導線，還可增大導線的橫截面積。
(2)減小輸電導線中的電流：由P＝________可知，在保證輸送電功率P不變的情況下，必須提高輸電電壓U，才能減小電流I。
例1 (魯科版教材P78例題改編)如圖所示，某發電廠用總電阻為2.5 Ω的輸電線輸電，其輸出的總功率是3.0×106 kW，現用500 kV的電壓輸電，求：
(1) 輸電線上的電流；
(2) 輸電線上損失的電壓和功率；
(3) 若發電機的輸出電壓為500 V，求升壓變壓器的原、副線圈匝數比。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
INCLUDEPICTURE"歸納提升.tif" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\課件\\同步\\2025（春）物理 選擇性必修 第二冊 魯科版\\學生word文檔\\歸納提升.tif" \* MERGEFORMATINET
計算功率損失的四種方法(如圖)
1.ΔP＝I2R，I為輸電線中的電流，R為輸電線的電阻。
2.ΔP＝R，P為遠距離輸電的輸送功率，U為輸電電壓，R為輸電線的電阻。
3.ΔP＝，ΔU為輸電線上損失的電壓，R為輸電線的電阻。
4.ΔP＝ΔU·I，ΔU為輸電線上損失的電壓，I為輸電線中的電流。　　　　
訓練 遠距離輸電時，為了降低輸電線路中的損耗，通常要提高輸電電壓。如果保持輸送的電功率不變，將輸電電壓變為原來的2倍，不考慮其他因素的影響，下列說法正確的是(　　)
A.輸電線上的電流變為原來的2倍
B.輸電線上的電流變為原來的
C.輸電線上的電壓損耗變為原來的
D.輸電線上的功率損耗變為原來的
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
知識點二　高壓交流輸電與直流輸電
1.高壓交流輸電
(1)輸電過程
在發電廠(站)內，要用變壓器________，然后向遠處送電；到達目的地后，根據不同的需求，再用________________經過兩三次降壓，最后輸送給用戶。
(2)交流高壓輸電的不足
①除輸電線路上的電阻外，電感、電容產生的感抗和容抗也會造成交流輸電線路上的________和________損失。
②交變電流并網時必須做到________。
2.高壓直流輸電
(1)高壓直流輸電系統的工作程序
交變電流升壓后輸送到____________，把高壓交變電流變換成高壓____________，經由高壓直流線路輸送到用電地區后，將高壓直流電流變換成高壓交變電流，再經降壓變壓器降壓。
(2)高壓直流輸電的優越性
①適于地下和水下電纜輸電，不會受到電感和電容的影響。
②輸送相同電功率的電能時，直流輸電所用的線材約為交流輸電的三分之二。
③直流輸電桿塔結構比同容量的交流輸電簡單，占地面積小。
④直流輸電不需要考慮電網中的各臺交流發電機的同步運行問題。
3.遠距離高壓輸電
(1)理清三個回路
(2)抓住兩個聯系
a.理想升壓變壓器聯系回路①和回路②
即＝____________，I1n1＝____________，P1＝P2。
b.理想降壓變壓器聯系回路②和回路③
即＝________，I3n3＝________，P3＝P4。
注意：在每個回路中，變壓器的原線圈是前一個回路的用電器，而相應的副線圈是下一個回路的電源，變壓器是聯系各回路的橋梁。
(3)關注一個定律
根據能量守恒定律得P2＝ΔP＋P3。
【思考】
　我們日常生活離不開電，電是由發電廠產生的。為了合理地利用自然資源，火力發電廠通常建在煤礦附近，水電站建在水力資源豐富的河流上，但用電的地方可能距離很遠，需要將電能安全、保質地由發電廠送往遠方，同時又不能浪費太多的電能。請探究以下幾個問題：
(1)火力發電廠或水電站發出電的電壓一定很高嗎？怎樣才能提高輸送電壓？
(2)電能的遠距離傳輸一般要經過哪幾個環節？
(3)用戶消耗的電功率和電廠發出的電功率相等嗎？如果不相等，誰的大？
(4)輸電線上功率損失的原因是什么？
(5)“提高電壓，減小電流”與歐姆定律矛盾嗎？
(6)在電能的輸送過程中，U為輸電電壓，r為輸電線電阻，則輸電線中電流為I＝，對不對？為什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 如圖所示，某小型水電站發電機的輸出功率為20 kW，輸出電壓為400 V，向距離較遠的用戶供電。為了減少電能損失，利用理想變壓器升壓后，使用2 kV高壓輸電，最后利用理想變壓器降壓后，用戶得到的電壓和功率分別為220 V和19 kW。求：
(1)升壓變壓器原、副線圈的匝數比n1∶n2；
(2)輸電線總電阻R；
(3)降壓變壓器原、副線圈的匝數比n3∶n4。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
隨堂對點自測
1.(采用高壓輸電的原因)(2024·福建泉州部分學校期末聯考)高壓輸電線因結冰易造成損毀風險，如圖所示。可以利用電流熱效應消除高壓輸電線上的冰凌，當輸送功率和輸電線電阻一定時，要使輸電線上損耗的熱功率增大為原來的4倍，輸電電壓U應變為(　　)
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A.4U B.2U
C.U D.U
2.(采用高壓輸電的原因)(魯科版教材P86章末練習4)如圖所示，在扶貧工作中，要給某山村供電，需要設計輸電方案。現有用220 V和11 kV電壓輸電的兩種意見。在輸電線的材料、輸送距離、輸送電功率和線路損耗功率一定的情況下，兩種意見所用輸電導線的橫截面積之比為(　　)
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A.1∶2 500 B.2 500∶1
C.1∶250 D.250∶1
3.(高壓交流輸電與直流輸電)遠距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R。變壓器為理想變壓器，則下列關系式中正確的是(　　)
A.＝ B.I2＝
C.I1U1＝IR D.I1U1＝I2U2
第4節　電能的遠距離輸送
知識點一
導學
提示　(1)發電廠相當于一個電源，由P＝UI可知，輸電線中電流為I＝　與輸電線電阻及用電器電阻無關。
(2)功率損失表達式為ΔP＝I2r＝r。
(3)因為發電廠的輸出功率P是一定的，由P＝UI得，要減小能量損耗，就要減小輸電電流I，則必須提高輸出電壓U。
知識梳理
1.R
2.輸電
3.(1)ρ　(2)UI
例1 (1)6 000 A　(2)15 000 V　9×104 kW　(3)
解析　(1)由題意得輸電線上的電流為
I2＝＝ A＝6 000 A。
(2)輸電線上損失的電壓為ΔU＝I2R＝15 000 V
輸電線上損失的功率為ΔP＝ΔUI2＝9×104 kW。
(3)若發電機的輸出電壓為500 V，升壓變壓器的原、副線圈匝數比為＝＝＝。
訓練 D　[根據P＝UI可知將輸電電壓變為原來的2倍，電流變為原來的一半，故A、B錯誤；保持輸送的電功率不變，輸電線上的電壓損耗ΔU＝IR＝R，將輸電線電壓提高2倍，則電壓損耗變為原來的一半，故C錯誤；輸電線上的功率損耗ΔP＝I2R＝R，將輸電線電壓提高2倍，則電壓損耗變為原來的，故D正確。]
知識點二
1.(1)升壓　降壓變壓器　(2)①電能　電壓　②同步
2.(1)整流器　直流電流
3.(2)　I2n2　　I4n4
[思考]
(1)提示　發電廠發出電的電壓最大值由公式Em＝NBSω決定，因機械制造等因素，電壓不會很高
通常借助變壓器將低電壓變為高電壓。
(2)提示　一般要經歷三個環節，即升壓變壓器升壓、電能的輸送線路、降壓變壓器降壓。
(3)提示　不相等。因為在電能的輸送線路上有電阻要消耗部分電功率，所以電廠發出的電功率大于用戶獲取的電功率。
(4)提示　由于輸電線有電阻，當有電流流過輸電線時，有一部分電能轉化為熱能而損失掉了。
(5)提示　不矛盾。歐姆定律是針對純電阻耗能元件應用的定律，而“提高電壓，減小電流”是從輸送角度考慮，是在P＝UI，且P在一定的條件下得出的結論，兩者不矛盾。
(6)提示　不對。U為輸電電壓，而不是加在輸電導線兩端的電壓，所以U≠Ir。
例2 (1)　(2)10 Ω　(3)
解析　(1)升壓變壓器原、副線圈匝數比為＝
解得＝。
(2)輸電線損失的電功率P損＝IR，輸電線上的電流
I2＝＝10 A
所以R＝＝ Ω＝10 Ω。
(3)降壓變壓器原線圈兩端電壓
U3＝U2－I2R＝(2 000－10×10)V＝1 900 V
所以降壓變壓器原、副線圈匝數比為＝
解得＝。
隨堂對點自測
1.D　[根據Pr＝I2r知要使輸電線上損耗的熱功率Pr增大為原來的4倍，則電流變為I′＝2I，又輸送功率P＝U′I′一定，則U′＝U，故D正確。]
2.B　[根據I＝得P損＝I2R＝R，即R＝，因為輸送的電功率、輸電線上的功率損失相同，可得電阻之比為＝＝，導線的長度和電阻率相同，根據R＝ρ可得導線的橫截面積之比為2 500∶1，故B正確。]
3.D　[根據理想變壓器的工作原理得I1U1＝I2U2、＝，故A錯誤，D正確；U2不是加在R兩端的電壓，故I2≠，B錯誤；根據I1U1＝I2U2，而U2≠I2R知，C錯誤。(共46張PPT)
第4節　電能的遠距離輸送
第3章 交變電流與遠距離輸電
1.知道輸電線上電能的損失與哪些因素有關。2.通過練習，掌握電壓損失和功率損失的計算方法。3.運用對比法分析輸電電壓與輸電線電阻上電壓的區別。4.通過實例分析掌握遠距離輸電的相關計算。5.通過了解電能的輸送方式的變革，體會其中蘊含的探索精神。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　高壓交流輸電與直流輸電
知識點一　采用高壓輸電的原因
知識點一　采用高壓輸電的原因
如圖所示，輸送功率為P，發電廠輸出的電壓為U，兩條導線的總電阻為r，在圖中把導線電阻集中畫為r，請思考：
(1)輸電線中的電流為多少？在發電廠輸送功率一定
時，輸電線中的電流與輸電線電阻及用電器電阻有
關系嗎？
(2)輸電線上功率損失的表達式是什么？
(3)為什么遠距離輸電必須用高壓呢？
輸電
UI
例1 (魯科版教材P78例題改編)如圖所示，某發電廠用總電阻為2.5 Ω的輸電線輸電，其輸出的總功率是3.0×106 kW，現用500 kV的電壓輸電，求：
(1) 輸電線上的電流；
(2) 輸電線上損失的電壓和功率；
(3) 若發電機的輸出電壓為500 V，
求升壓變壓器的原、副線圈匝數比。
(2)輸電線上損失的電壓為ΔU＝I2R＝15 000 V
輸電線上損失的功率為ΔP＝ΔUI2＝9×104 kW。
計算功率損失的四種方法(如圖)
D
訓練 遠距離輸電時，為了降低輸電線路中的損耗，通常要提高輸電電壓。如果保持輸送的電功率不變，將輸電電壓變為原來的2倍，不考慮其他因素的影響，下列說法正確的是(　　)
知識點二　高壓交流輸電與直流輸電
1.高壓交流輸電
(1)輸電過程
在發電廠(站)內，要用變壓器______，然后向遠處送電；到達目的地后，根據不同的需求，再用____________經過兩三次降壓，最后輸送給用戶。
(2)交流高壓輸電的不足
①除輸電線路上的電阻外，電感、電容產生的感抗和容抗也會造成交流輸電線路上的______和______損失。
②交變電流并網時必須做到______。
升壓
降壓變壓器
電能
電壓
同步
2.高壓直流輸電
(1)高壓直流輸電系統的工作程序
交變電流升壓后輸送到________，把高壓交變電流變換成高壓__________，經由高壓直流線路輸送到用電地區后，將高壓直流電流變換成高壓交變電流，再經降壓變壓器降壓。
(2)高壓直流輸電的優越性
①適于地下和水下電纜輸電，不會受到電感和電容的影響。
②輸送相同電功率的電能時，直流輸電所用的線材約為交流輸電的三分之二。
③直流輸電桿塔結構比同容量的交流輸電簡單，占地面積小。
④直流輸電不需要考慮電網中的各臺交流發電機的同步運行問題。
整流器
直流電流
3.遠距離高壓輸電
(1)理清三個回路
I2n2
I4n4
P3
【思考】
我們日常生活離不開電，電是由發電廠產生的。為了合理地利用自然資源，火力發電廠通常建在煤礦附近，水電站建在水力資源豐富的河流上，但用電的地方可能距離很遠，需要將電能安全、保質地由發電廠送往遠方，同時又不能浪費太多的電能。請探究以下幾個問題：
(1)火力發電廠或水電站發出電的電壓一定很高嗎？怎樣才能提高輸送電壓？
提示　發電廠發出電的電壓最大值由公式Em＝NBSω決定，因機械制造等因素，電壓不會很高
通常借助變壓器將低電壓變為高電壓。
(2)電能的遠距離傳輸一般要經過哪幾個環節？
提示　一般要經歷三個環節，即升壓變壓器升壓、電能的輸送線路、降壓變壓器降壓。
(3)用戶消耗的電功率和電廠發出的電功率相等嗎？如果不相等，誰的大？
提示　不相等。因為在電能的輸送線路上有電阻要消耗部分電功率，所以電廠發出的電功率大于用戶獲取的電功率。
(4)輸電線上功率損失的原因是什么？
提示　由于輸電線有電阻，當有電流流過輸電線時，有一部分電能轉化為熱能而損失掉了。
(5)“提高電壓，減小電流”與歐姆定律矛盾嗎？
提示　不矛盾。歐姆定律是針對純電阻耗能元件應用的定律，而“提高電壓，減小電流”是從輸送角度考慮，是在P＝UI，且P在一定的條件下得出的結論，兩者不矛盾。
例2 如圖所示，某小型水電站發電機的輸出功率為20 kW，輸出電壓為400 V，向距離較遠的用戶供電。為了減少電能損失，利用理想變壓器升壓后，使用2 kV高壓輸電，最后利用理想變壓器降壓后，用戶得到的電壓和功率分別為220 V和19 kW。求：
隨堂對點自測
2
D
1.(采用高壓輸電的原因)(2024·福建泉州部分學校期末聯考)高壓輸電線因結冰易造成損毀風險，如圖所示。可以利用電流熱效應消除高壓輸電線上的冰凌，當輸送功率和輸電線電阻一定時，要使輸電線上損耗的熱功率增大為原來的4倍，輸電電壓U應變為(　　)
B
2.(采用高壓輸電的原因)(魯科版教材P86章末練習4)如圖所示，在扶貧工作中，要給某山村供電，需要設計輸電方案。現有用220 V和11 kV電壓輸電的兩種意見。在輸電線的材料、輸送距離、輸送電功率和線路損耗功率一定的情況下，兩種意見所用輸電導線的橫截面積之比為(　　)
D
3.(高壓交流輸電與直流輸電)遠距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R。變壓器為理想變壓器，則下列關系式中正確的是(　　)
課后鞏固訓練
3
B
題組一　采用高壓輸電的原因
1.某水電站發電機的輸出功率恒定，用升壓變壓器將電壓升至U后向遠處輸電，輸電電流為I，在用戶端用降壓變壓器將電壓降至所需電壓，為減小輸電線損耗的熱功率，下列措施可行的是(　　)
A.僅增大輸電電流I
B.僅增大輸電電壓U
C.僅減少輸電時間
D.僅減小輸電導線的橫截面積
對點題組練
A
2.(2024·江西南昌市高二統考期中)IT之家2023年3月4日消息，河北省張家口國際首套百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目壓縮機通過具有CNAS資質的第三方測試，達到了國際領先水平，項目鳥瞰圖如圖所示。若發電機產生的電壓經升壓變壓器后升高到100 kV，以10萬千瓦的功率(始終不變)經輸電線遠距離送往變電站，輸電線上損耗的功率為3 000千瓦，則輸電線的總電阻為(　　)
A.3 Ω B.6 Ω C.9 Ω D.30 Ω
C
3.我國特高壓輸電技術在世界上處于領先地位。特高壓輸電是指直流電壓在800 kV以上或交流電壓在1 000 kV以上進行的電能輸送，特高壓輸電可使輸送中的電能損耗大幅降低。假若采用550 kV超高壓從A處向B處輸電，輸電線上損耗的電功率為ΔP，在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，改用1 100 kV特高壓輸電，輸電線上損耗的電功率變為ΔP′，不考慮其他因素的影響，則(　　)
C
4.電站向某地輸送5 000 kW的電功率，輸電線上損耗的電功率為100 kW，如果把輸電電壓提高為原來的10倍，同時將輸電線的橫截面積減為原來的一半，而輸送的電功率不變，那么輸電線損耗的電功率為(　　)
A.0.2 kW B.0.5 kW C.2.0 kW D.5.0 kW
C
題組二　高壓交流輸電與直流輸電
5.如圖所示是遠距離輸電示意圖，若發電機的輸出電壓不變，則下列敘述正確的是(　　)
A.升壓變壓器原線圈中的電流與用戶用
電設備消耗的功率無關
B.輸電線路中的電流只由升壓變壓器的
匝數比決定
C.當用戶消耗的總功率增大時，輸電線上損失的功率增大
D.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
C
6.如圖所示是發電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器給用戶供電，升壓變壓器輸出端滑片P位置可以調動，發電機組輸出交變電壓的有效值恒定，兩條輸電線總電阻r保持不變。在下列條件下，增加用戶端的用電器，則(　　)
A.若滑片P位置不變，則用戶端電壓升高
B.若滑片P位置不變，則輸電線上損失的
功率變小
C.若將滑片P下移，則用戶端電壓可能
不變
D.若將滑片P下移，則輸電線上損失的功率可能減小
解析　增加用戶端的用電器，即并入電路的負載增多，負載總電阻減小，導致電路總電流增大，對應的輸電線電流增大，發電站的輸出電流也增大。輸電線電流增大，由U＝Ir可得，輸電線分壓增大，即電壓損失增多，降壓變壓器原線圈電壓降低，對應的副線圈電壓也降低，即用戶獲得的電壓降低，故A錯誤；輸電線電流增大，由P＝I2r可知，輸電線上損失的功率變大，故B錯誤；若將滑片P下移，升壓變壓器副線圈匝數增加，則升壓變壓器次級電壓U2增大，增加用戶端用電器，則用戶端電阻減小，這樣會導致輸電線電流I變大，根據P＝I2r可知，輸電線上的功率損失一定變大；輸電線上的電壓損失變大，則降壓變壓器初級電壓U3＝U2－Ir；可知降壓變壓器初級電壓可能不變，即用戶得到的電壓可能不變，故C正確，D錯誤。
B
7.(2024·浙江寧波市十校聯考期末)如圖為某水電站，其輸出功率為100 kW，發電機的電壓為250 V，通過升壓變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線的總電阻為8 Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為220 V。已知輸電過程中輸電線上損失的功率為5 kW。則下列說法正確的是(　　)
AD
8.(多選)如圖為遠距離交流輸電的簡化電路圖。發電廠的輸出電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1。在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流是I2。則(　　)
9.在遠距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個小型發電站，輸送的電功率P＝500 kW，當使用U＝5 kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數相差4 800 kW·h。求：
(1)輸電效率η和輸電線的總電阻r；
(2)若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么發電站應使用多高的電壓向外輸電？
答案　(1)60%　20 Ω　(2)22.4 kV
綜合提升練
解析　(1)輸送功率P＝500 kW，一晝夜輸送電能E＝Pt＝12 000 kW·h
輸電線上損失的電能ΔE＝4 800 kW·h
終點得到的電能
E′＝E－ΔE＝7 200 kW·h
培優加強練

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