2.远距离高压输电中,P损和U损都能减少.
通过本节学习,主要学习以下问题:
1.远距离输电线路上,P损=I2R=,其中(I=
).
4.例题分析
某交流发电机输出功率为5×10.5 W,输出电压为U=1.0×10.3 V,假如输电线的总电阻R=10 Ω,在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%,用户使用电压U=380 V.
(1)画出输电线路的示意图(下图).(标明各部分的符号)
(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?(使用的变压器是理想变压器)
解析:引导学生画出电路.
引导学生写出各部分关系式
U∶U1=n1∶n2 I2∶I1=n1∶n2
U2∶U用=n1′∶n2′ I3∶I2=n1′∶n2′
U1=U损+U2
P=P损+P用户
P损=I22·R
解:I1==500 A
P损=5%P=5%×5×105 W=2.5×104 W
P损=I22R
I2==50 A
I3==
=
所以
3.几种输电模式
[师]常用的输电模式有几种?各是什么?
[生1]低压输电:输电功率为100 kW以下,距离为几百米以内,一般采用220 V的电压输电.
[生2]高压输电:输电功率为几千千瓦到几万千瓦,距离为几十千米到几百千米,一般采用35 kV或110 kV的电压输电.
[生3]超高压输电:输电功率为10万千瓦以上,距离为几百千米,必须采用220 kV或更高的电压输电.
[师]我国远距离输电采用的电压有哪几种?
[生]有110 kV、220 kV、330 kV、500 kV.
[师]大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求,怎么办?而到达目的地的电压也不符合用户的要求,怎么办?
[生]在发电机处用升压变压器升高电压,在用户处用降压变压器降低电压.
[师]用CAI课件展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理.如下图所示.
设发电机的输出功率为P,则功率损失为
ΔP=I22R
用户得到的功率为P用=P-ΔP.
电压损失为ΔU=I2R,则U3=U2-ΔU.
2.输电线上的电压损失
[师]在直流输电时,输电线上电压损失的原因是什么?交流输电呢?
[生1]由于输电线有电阻,电流在输电线上有电压损失.
[生2]对交流输电线路来说,既有电阻造成的电压损失,也有感抗和容抗造成的电压损失.
[师]在不计感抗和容抗的条件下,电压损失的表达式是什么?
[生]电压损失ΔU=U-U′=IR线
[师]如何减小电压损失,保证输电质量呢?
[生]根据电压损失的表达式ΔU=IR线可知,要减少输电线上的电压损失,有两种方法:其一是减小输电线的电阻R线;其二是减少输电电流.方法同减少功率损失.
[师]为了减少功率损失和电压损失,都需要采用高压输电,但并不是电压越高越好.因为电压越高,对输电线绝缘的要求就越高,这样不经济.实际输电时,要综合考虑各种因素.
1.输电线上的功率损失
[师]输送电能的基本要求是什么?
[生]输送电能的基本要求是:可靠、保质、经济.可靠,是指保证供电线路可靠地工作,少有故障和停电.保质,就是保证电能的质量,即电压和频率稳定.经济是指输电线路建造和运行的费用低,电能损耗小,电价低.
[师]远距离大功率输电面临的困难是什么?
[生]在输电线上有功率损失和电压损失.
[师]输电线上功率损失的原因是什么?功率损失的表达式是什么?如何减小输电线上的电压损失?
[生1]由于输电线有电阻,当有电流流过输电线时,有一部分电能转化为电热而损失掉了.这是输电线上功率损失的主要原因.
[生2]设输电电流为I,输电线的电阻为R,则功率损失为ΔP=I2R.
[生3]根据功率损失的表达式ΔP=I2R可知,要减少输电线上的功率损失,有两种方法:其一是减小输电线的电阻;其二是减小输电电流.
[师]如何减小输电线的电阻呢?
[生]根据电阻定律可知R线=ρ,要减小输电线的电阻R线,可采用下述方法:
①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小,但价格昂贵,目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.
②减小输电线的长度l不可行,因为要保证输电距离.
③增加导线的横截面积,可适当增大横截面积.太粗不可能,既不经济又架设困难.
[师]如何减小输电线中的电流呢?
[生]在输电功率一定的条件下,根据P=UI可知,要减小输电线中的电流I,必须提高输电电压U,这就是采用高压输电的道理.
2.介绍我国远距离输电概况,激发学生投身祖国建设的热情.
●教学重点
找出影响远距离输电损失的因素,使学生理解高压输电可减少P与U损失.
●教学难点
理解高压输电原理,区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU.
●教学方法
自学讨论法.
●教学用具
可拆变压器(2台)、长导线、学生电源、小灯泡、投影仪、CAI课件.
●课时安排
1课时
●教学过程
1.培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度.
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