高二物理3.1高压输电原理.ppt

新疆风力发电站新疆风力发电站三峡水力发电站三峡水力发电站山东火力发电站山东火力发电站大亚湾核电站大亚湾核电站秦山秦山核电站核电站三峡水电站三峡水电站3.1 3.1 高压输电原理高压输电原理教学目标教学目标 知识与能力：知识与能力：了解为什么用高压输电。了解为什么用高压输电。知道减少远距输送电能损失的主要途径。知道减少远距输送电能损失的主要途径。了解电网在能源利用上的作用，认识科学了解电网在能源利用上的作用，认识科学技术对人类生活的深远影响。技术对人类生活的深远影响。联系实际：电站往远处送电联系实际：电站往远处送电一一远距离输送电能为什么要用高电压来输送？远距离输送电能为什么要用高电压来输送？输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短电阻很输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短电阻很小可忽略，而远距离输电时导线很长，电阻大不能忽略，小可忽略，而远距离输电时导线很长，电阻大不能忽略，当电流通过输电线时，产生热量当电流通过输电线时，产生热量Q，损失一部分电能，同，损失一部分电能，同时输电线上有电压降，故也损失一部分电压时输电线上有电压降，故也损失一部分电压原因原因1：输电线上有电能损失。：输电线上有电能损失。这样大的电流，经过这样大的电流，经过1km1km的输电线（电阻为的输电线（电阻为0.10.1），产生的热功），产生的热功率为率为 分析：在初中物理中我们已经学过电功率的公式分析：在初中物理中我们已经学过电功率的公式P=UIP=UI，据此：由发，据此：由发 电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流:理论计算：理论计算：案例案例1：一台：一台1.25105kW的发电机发出的电，若用的发电机发出的电，若用10kV的电压输送，的电压输送，输电线上的电流有多大？若两条输电线每千米的电阻是输电线上的电流有多大？若两条输电线每千米的电阻是0.1，那么电流，那么电流在在1km长的两条输电线上将产生多少热功率？若以这种方式将电能输送长的两条输电线上将产生多少热功率？若以这种方式将电能输送5km的距离，输电线上损耗的功率占发电机输出功率的百分比是多少？的距离，输电线上损耗的功率占发电机输出功率的百分比是多少？P P损损P=12.8%P=12.8%由此可见，电能损耗的根本原因是输电线上有电阻，而且远距离输电由此可见，电能损耗的根本原因是输电线上有电阻，而且远距离输电 时，损失较大，必须设法减小输电线上的电能损耗。时，损失较大，必须设法减小输电线上的电能损耗。原因原因2 2：必须减少电能的损耗。如何减少？（由：必须减少电能的损耗。如何减少？（由P=IP=I2 2 R R 知）知）在在5km5km的距离上，输电线的电阻的距离上，输电线的电阻R=0.5 R=0.5 ，产生的热功率，产生的热功率 也就是说，在输送也就是说，在输送5km5km距离时，就有距离时，就有64%64%的电能被导线上的电阻损耗了。的电能被导线上的电阻损耗了。所以：所以：途径一：途径一：减小输电线上的电阻减小输电线上的电阻（由电能损耗的根本原因知减小输电由电能损耗的根本原因知减小输电 线上的电阻来可降低损耗线上的电阻来可降低损耗，如何减小，如何减小 输电线上的电阻输电线上的电阻?）啊！输电啊！输电线再长点线再长点不就损耗不就损耗完了吗！完了吗！理论分析：由电阻定律知理论分析：由电阻定律知:减小输电线的电阻率减小输电线的电阻率;铁的电阻率铁的电阻率:铁铁1.01.01010-7-7（m m）铝的电阻率铝的电阻率:铝铝2.92.91010-8-8（m m）铜的电阻率铜的电阻率:铜铜1.71.71010-8-8（m m）银的电阻率银的电阻率:银银1.61.61010-8-8（m m）理论计算：理论计算：要求：输电线上损失的电能不超出输送电能的要求：输电线上损失的电能不超出输送电能的1010，输送的电功率仍为：，输送的电功率仍为：减小输电线的长度减小输电线的长度L;L;不可行，因为要保证输电距离不可行，因为要保证输电距离 增加导线的横截面积增加导线的横截面积S;太粗不可能，既不经济又架设困难。太粗不可能，既不经济又架设困难。减小材料的电阻率减小材料的电阻率.银的电阻率最小，但价格昂贵，银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线电阻率较小的铜或铝作输电线.P P1.251.2510105 5 kW kW，输电电压仍为：，输电电压仍为：U U10kV,10kV,输送距离仍为输送距离仍为5 km5 km输电线上输电线上可损耗的电能若为可损耗的电能若为P P损损1.251.2510104 4 kWkW，求导线电阻，求导线电阻R R为多少？为多少？解析：由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流仍为解析：由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流仍为:由上可知：减少电阻的方法仅能适当减小由上可知：减少电阻的方法仅能适当减小P P损，不能达到理想效果。损，不能达到理想效果。即输电线的电阻应为原来的即输电线的电阻应为原来的6.256.25分之一，横截面积为增为原来的分之一，横截面积为增为原来的 6.25 6.25倍，其直径应为原来的倍，其直径应为原来的2.52.5倍倍 由由P P损损=I=I2 2R R可得可得5 km5 km电阻应电阻应:线长线长5km5km损耗由损耗由64%64%降降到到10%10%，电阻由，电阻由0.50.5降降到到0.080.08，RRR=0.5R=0.50.08=6.250.08=6.25 另辟蹊径，根据另辟蹊径，根据 P P损损=I=I2 2R R ，可减小输电线中的电流，可减小输电线中的电流,同样同样可减小电能的损耗。可减小电能的损耗。论证：设电源提供的电功率为论证：设电源提供的电功率为P P0 0恒定，输出电压恒定，输出电压U U可调，连接负载的可调，连接负载的 输电线总电阻是输电线总电阻是R R，那么，那么,电线上损耗的电功率为电线上损耗的电功率为:P:P损损=I=I2 2R R途径二：减小输电线中的电流。（如何减小？）途径二：减小输电线中的电流。（如何减小？）分析：分析：由由P=UI P=UI 可知：当输送的功率一定时，采用升高输电电压的可知：当输送的功率一定时，采用升高输电电压的 方法，就可以减小输送电流方法，就可以减小输送电流.而而 由此可得：输电线上损耗的电功率：由此可得：输电线上损耗的电功率：思考思考.输电线上的电能损耗与哪些因素有关？输电线上的电能损耗与哪些因素有关？思考思考：若输电电压提高：若输电电压提高100100倍，则输送过程中损失的功率变为倍，则输送过程中损失的功率变为 原来的多少倍？原来的多少倍？理论计算：理论计算：高压输电高压输电原理原理5km 10kv5km 10kv 64%,64%,5km 5km 500kv500kv 0.025%0.025%请同学们计算案例一中，如果采用请同学们计算案例一中，如果采用500kV500kV的超高的超高压输电，那么，电流在压输电，那么，电流在5km5km的距离上将产生多少热功的距离上将产生多少热功率？输电距离为率？输电距离为500km500km时，输电线路上产生的热功率时，输电线路上产生的热功率占发电机输出功率的百分比是多少？占发电机输出功率的百分比是多少？请自己对案例请自己对案例二进行分析，解出答案（二进行分析，解出答案（P损损=3.125104w、P损损P100%=0.025%)思考思考：为减小输电线上的电能损耗，采用怎样的办法最为有效？：为减小输电线上的电能损耗，采用怎样的办法最为有效？理论计算分析证明：理论计算分析证明：提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的电能损耗，这提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的电能损耗，这是远距离输电采用高电压的根本原因是远距离输电采用高电压的根本原因 在输送功率在输送功率P P一定，输电线电阻一定，输电线电阻R R一定的条件下，输电电压提高到原来一定的条件下，输电电压提高到原来的的n n倍，输电线上的功率损失降为原来的倍，输电线上的功率损失降为原来的 倍倍.思考思考：是不是输电电压越高越好？：是不是输电电压越高越好？不是。电压过高，会增加绝缘有困难，因而架线的费用增加，输不是。电压过高，会增加绝缘有困难，因而架线的费用增加，输电线路还容易向大气放电，增加电能的损失。要综合考虑，选择合适电线路还容易向大气放电，增加电能的损失。要综合考虑，选择合适的输电电压。的输电电压。二二 交流输配电网交流输配电网1.1.电能的优点：电能通过输电线就可以输送到远方相对于煤炭、石油电能的优点：电能通过输电线就可以输送到远方相对于煤炭、石油 等能源的输送需要大量的交通运载工具来说，这是它突等能源的输送需要大量的交通运载工具来说，这是它突 出的优点出的优点2.2.输送电能的基本要求：可靠、保质、经济输送电能的基本要求：可靠、保质、经济3.3.电网供电电网供电（1 1）将多个电厂发的电通过输电线、电站连接起来，形成全国性或地）将多个电厂发的电通过输电线、电站连接起来，形成全国性或地 区性输电网络，这就是电网。现在，有的还与外国联网，形成国区性输电网络，这就是电网。现在，有的还与外国联网，形成国 际化的电网际化的电网.（2 2）优点：）优点：减少发电设施的重复建设，降低运输成本减少发电设施的重复建设，降低运输成本 可保证发电和供电的安全可靠，方便调整供需平衡使电可保证发电和供电的安全可靠，方便调整供需平衡使电 力供应更加可靠、质量更高。力供应更加可靠、质量更高。（3 3）交流高压输电的基本环节）交流高压输电的基本环节发电站升压变压器高压输电降压变压器用户三，案例分析三，案例分析 课堂练习：课堂练习：P67 P67 问题与练习问题与练习 1-41-4四，小结四，小结 1 1、远距离高压输电原因、远距离高压输电原因 2 2、减少输电电能损失途径、减少输电电能损失途径 3.3.区别输电线上的区别输电线上的U U线线与与U U送送 4 4、电网供电：网络化，国际化。经济、可靠、质量高、电网供电：网络化，国际化。经济、可靠、质量高课后作业课后作业：P67 P67 问题与练习问题与练习 1-41-4