第五节 高压输电
1.了解为什么要用高压输电．(重点) 2.知道减少远距离输送电能损失的主要途
径．(重点＋难点)
3．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．
, [学生用书P51])
一、如何减少电能损失
由于输电线路存在电阻，就会有电能的损耗．要减少电能输送时的损失，有两个途径： 1．减小输电线的电阻； 2．减小输送的电流． 二、降低导线电阻
在导线长度一定的情况下，要使导线的电阻小些，应该尽量采用导电性能好的材料做导线，还应该使导线粗一些．但如果导线太粗，不仅消耗大量的金属材料而且给架线工作增加困难．
1．为什么许多高压输电线是多股绞线拧成的，中心是钢线，周围是铝线？
提示：钢线强度大，使输电线不易拉断，铝线导电性能好，而且密度小，使输电线不致太重，减小了架设困难．
三、降低输电电流
在输送一定功率的电能时，要减小输送的电流，就必须提高送电的电压．
2．提高输送电压，就可以减小输电线上的电流，这是否与欧姆定律矛盾？
提示：不矛盾．输送电压并不是输电线上的电压，根据功率公式：P＝UI，可知在输送功率一定的条件下，提高输送电压会减小输电线上的电流，根据欧姆定律输电线上的电压损失也会减小，所以不矛盾．
四、电网供电
将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起来，形成全国性或地区性输电网络，这就是电网，使用电网送电，优点有：
1．可以降低运输一次能源的成本，获得最大的经济效益．
2．电网可以保证发电和供电系统的安全与可靠，调整不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量．
输电线上的功率损失和电压损失[学生用书P52]
1．输电线路功率损失的计算
输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率．两者关系是ΔP＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率)．除了利用ΔP＝P－P′计算输电线路上的功率损耗外，还可用下列方法计算：
P?
(1)ΔP＝I2R＝??U?R，I为输电线路上的电流，R为线路电阻，P为输送功率，U为输送电压．
ΔU2(2)ΔP＝，ΔU为输电线路上损失的电压，R为线路电阻．
R
(3)ΔP＝ΔUI，ΔU为输电线路上损失的电压，I为线路上的电流． 2．输电线路电压损失的计算
输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线路上的电压损失，ΔU＝U－U′，如图所示．
2
输电线上电阻两端电压ΔU＝I线·R线，这样用户得到电压U′＝U－ΔU，即ΔU＝U－U′是导线中电压损失．
(1)输电导线上损失的电能和输出电压的平方成反比，输出电压提高n倍，
1
导线上电能的损失就减为原来的2.
n
(2)因输电问题涉及的物理量较多，应特别注意各物理量的对应性．
(多选)如图所示为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述正确的
是( )
A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好
[关键提醒] 找出输电线上的不变量，并注意输电电压、损失电压的区别和功率、电压
之间的联系是解决本题的关键．
[解析] 导线的横截面积越大，导线的电阻越小，电能损失就越小，A对；在输送功率P
一定的前提下，提高输送电压U，由I＝知，能减小电流I，从而减小发热损耗，B对；若
UP
输送电压一定，由I＝知，输送的电功率P越大，I越大，发热损耗就越多，C错；高压输
U电时要综合考虑材料成本、技术、经济性等各种因素，不是电压越高越好，D对．
[答案] ABD
计算输电线路中功率损失时应注意的问题
(1)线路功率损失一般用公式
ΔP＝I2R
U2
计算，若用ΔP＝，则必须注意对应关系，即U
R
U2损
为输电线上的电压损失，即ΔP＝.
R
(2)注意电压关系：U输＝U损＋U用．
能量守恒在远距离输电中的综合应用[学生用书P53]
风能将成为21世纪大规模开发的一种再生清洁能源，风力发电机是将风能(气
流的动能)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．
(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．
(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(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．
[解题流程]
[解析] (1)导线上损失的功率为
2300×103?2?P0??P＝I2R＝?U?R＝?3?×10 W＝9 kW
?10×10?
损失的功率与输送功率的比值 9×103P3＝＝. P0300×103100
(2)风垂直吹向风轮机时，提供的风能功率最大，单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，S＝πr2风能的最大功率可表示为
111
Pm＝(ρvS)v2＝ρvπr2v2＝πρr2v3，
222
提高风轮机单位时间接受的风能，可以采取的合理措施：如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风．
(3)由于风力发电机的输出电功率P∝Pm， 1
而Pm＝πρr2v3，故P∝v3
2则风力发电机的输出功率为 v26?P2＝?v?P1＝??9?×540 kW＝160 kW ?1?
3
3
最小年发电量约为
W＝P2t＝160×5 000 kW·h＝8×105 kW·h.
31
[答案] (1) (2)πρr2v3 增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风
1002(3)8×105 kW·h
计算输电线路上损失的功率和用户得到的功率，要弄清下列两组概念的区别和联系． (1)输电电压U、线路损失电压ΔU和用户得到的电压U′. (2)输送功率P、线路损失功率ΔP和用户得到的功率P′.
[随堂检测] [学生用书P53]
1．远距离高压输电中的“高压”所指的含义是( )
A．升压变压器输出端的电压 B．用户得到的电压 C．输电线上损耗的电压
D．发电时发电机两端的电压
解析：选A.高压输电过程中，发电机两端的电压经升压变压器变成高压，加在输电线路上，输电线有电阻，损耗一部分电压，剩下的电压经过降压变压器降压后输送给用户，因此A正确．
2．在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是( ) A．使输电线粗一些 B．减短输电线长度 C．减少通电时间 D．采用高压输电 解析：选D.从造成电能损失的原因分析，要减小电能损失，需要减小电阻、减小输电电流，减小电阻应减小输电线的长度、导线的电阻率、增大导线的横截面积，输电线的距离由发电厂到用户的距离决定，所以不能减小输电线的长度，减小输电线的电阻率，可采用电阻率小的材料输电，输电材料受金属储量和价格的限制，而增大横截面积就增大了材料的消耗，因此，采用高压输电，减小输电电流是减小输电线路电能损失的最佳方法．
3．关于远距离输电，下列说法正确的是( )
A．为了减小输电过程中的能量损失，应无限提高输电电压 B．为了减小输电过程中的能量损失，输电线越细越好 C．利用电网供电可以使电能在导线上没有损失 D．利用电网供电可以减少发电设施的重复建设
解析：选D.减小输电过程中的能量损失，可以提高输电电压，但不能无限提高，A错误；输电线越细，输电过程中的能量损失越大，B错误；电网可以保证发电和供电系统的安全与可靠，调整不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量．使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力．这样，可以使得电气化社会的主要能源——电力的供应更加可靠、质量更高，但电网中导线上也有电能损失，C错误，D正确．
4．某电站用11 kV交变电压输电，输送功率一定，输电线的电阻为R.现若用变压器将电压升高到220 kV送电，下列哪个选项正确( )
U
A．因I＝，所以输电线上的电流增为原来的20倍
RP1
B．因I＝，所以输电线上的电流减为原来的 U20
2024-2024学年人教版物理选修1-1同步配套讲义：第三章 5 第五节 高压输电 Word版含答案
