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远距离输电
教学目标:
重点和难点:
教学方法:多媒体投影。
教学过程:
1、引入课题:
投影中国大型发电站地理分布示意图,请学生观察其分布规律,探究其分布的可能原因。(学生回答:火力发电站多分布在华北华中地区,与当地煤炭的储量有关,水力发电站多分布在西南地区,与当地大型河流落差大有关)覆盖投影中国煤炭和河流分布示意图,验证学生的研究结果。说明需要电能的地方分布很广;而发电厂需要靠近发电资源;发电厂和用电单位距离比较远,因此需要电能的远距离输送。
输送电能的要求:可靠、保质、经济,因此目前采用导线输电的方式。
2、但是在导线输电的过程中,不可避免地会有一定的电能的损失,那是什么原因造成电能损失的?如何能减小电能的损失?(学生回答:热量Q=I2Rt,减小I和R,t无法减小)
讨论输电过程中输电线上的功率损失问题。
首先讨论电阻R的减小问题。如何减小?(学生回答:根据 ,要减小电阻率,导线长度和导线横截面积)具体说明:减小电阻率r:由于价格问题,目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料;减小输电线长度l:由于输电距离一定,所以在实际中不可能用减小l来减小R;增大导线的横截面积S:这要多耗资金属材料,增加成本,同时给输电线的架设带来很大的困难。结论:通过减小导线电阻来实现减小功率损失非常有限。
目前我国采用的输电导线为钢芯铝绞线,原因是铝的密度小,相等体积情况下,铝的质量比铁、铜小。导电性比铁好;用铁芯的原因是,铝的强度不好,质软,较容易断。用铁芯既能增加导线的强度,又不影响导电性。
下面我们来研究输电电流 I 的减小问题。如何减小?(提示:根据 ,要减小输送电功率和增大输电电压)具体说明:减小输送功率P:由于电站的装机容量一定,因此电站向外输送的电功率是一定的,即在实际中不能以用户少用或不用电来减少输电线上的功率损失;提高输电电压U:在输送功率P一定,输电线电阻R一定的条件下,提高输电电压。
下面我们来比较一下:在输送功率一定的前提下,①输送电压不变,电阻减小为原来一半②导线电阻不变,电压增大为原来两倍;两种情况下功率损失减小为原来的几分之几?(学生回答:①一半①四分之一)由此可见,采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有效、最经济的措施。
目前我国广泛采用110kV,220kV,330kV甚至550kV输送电能。
3、输电线路上的电压损失。引入概念: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,DU = U -U′。研究电压损失的原因是什么?(学生回答:输电线上存在电阻)具体说明:对于交变电流而言,输电线上不仅有电阻,还有感抗和容抗。在远距离的交流电输送中,由于感抗和容抗的存在,可以使电压都损失掉。但在我们今后的研究活动中,都只考虑输电线电阻所造成的电压损失。按照这样的模型,我们如何减小输电线上的电压损失?(学生回答:减小电阻、减小电流或增大输电电压)
4、如何实现远距离输电:电从发电厂出来,经过高压输电导线,到达用户端,能否直接连接?应该怎样?(学生回答:需要变压器,一个升压变压器,一个降压变压器)
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