Hướng dẫn học sinh phương pháp giải một số dạng bài tập về truyền tải điện năng

Bài 2: Từ một máy phát điện người ta muốn truyền tới nơi tiêu thụ một công suất điện P, bằng đường dây tải điện có điện trở 40 và hệ số công suất bằng 1.. Điện áp hiệu dụng đưa lên đườn

MỤC LỤC

PHẦN I MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

PHẦN II NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÍ THUYẾT

II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ

III CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VÀ PHƯƠNG PHÁP

GIẢI

IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

PHẦN III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ

2222233441616

PHẦN I MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, đòihỏi ngành Giáo dục phải có những đổi mới căn bản, mạnh mẽ, vươn tới ngangtầm với sự phát triển chung của khu vực và thế giới Sự nghiệp giáo dục đào tạophải góp phần quyết định vào việc bồi dưỡng trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạocho thế hệ trẻ

Trong những năm gần đây ngành Giáo dục đã thực hiện chương trình phânban đối với bậc Trung học phổ thông, đồng thời đổi mới về phương pháp dạyhọc và phương pháp kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển năng lực họcsinh

Yêu cầu về đổi mới phương pháp dạy học là phải phát huy tính tích cực, tựgiác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc trưng môn học, đặc điểmđối tượng học sinh; bồi dưỡng cho học sinh phương pháp tự học, rèn luyện kỹnăng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đem lại niềm vui, hứng thú và tráchnhiệm học tập cho học sinh

Đối với bộ môn Vật lí, trắc nghiệm khách quan đang trở thành hình thứcchủ đạo trong kiểm tra đánh giá chất lượng dạy và học của các trường Trunghọc phổ thông và trong kỳ thi THPT Quốc gia Vì vậy yêu cầu học sinhkhông những phải nắm vững toàn bộ kiến thức đã học mà còn phải nhậndạng nhanh và có phương pháp giải nhanh các dạng bài tập

Bài tập về truyền tải điện năng khá đa dạng và tương đối khó với đa số họcsinh, đồng thời cũng rất hay gặp trong các đề thi

Vì vậy tôi chọn đề tài "Hướng dẫn học sinh phương pháp giải một số dạng bài tập về truyền tải điện năng"

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Giúp giáo viên luôn tìm tòi, sáng tạo, tích cực trau dồi chuyên môn, đổi mớiphương pháp để nâng cao năng lực và hiệu quả trong dạy học

- Tạo ra không khí hứng thú và lôi cuốn học sinh tích cực tham gia giải cácbài tập vật lí, đồng thời giúp các em đạt được kết quả cao trong học tập và trongcác kỳ thi

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Trong đề tài này tôi lần lượt giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Lý thuyết về truyền tải điện năng

- Phân loại các dạng bài tập thường gặp và đưa ra phương pháp giải

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lí thuyết

- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin

- Phương pháp thống kê, xử lí số liệu

PHẦN II NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1 Truyền tải điện năng

Điện năng truyền tải đi xa thường bị tiêu hao đáng kể, chủ yếu do tỏa nhiệt trên đường dây

Gọi R[] là điện trở của dây

P [W] là công suất điện truyền đi

U [V] là điện áp hiệu dụng ở nơi phát

I [A] là cường độ dòng điện hiệu dụng trên dây

U V là điện áp hiệu dụng ở nơi tiêu thụ

Điện trở dây dẫn hình trụ đồng chất tiết diện đều: R

S



 [m] là điện trở suất của chất làm dây

 [m] là chiều dài dây

S [m2] là tiết diện dây

Cường độ dòng điện hiệu dụng chạy trên đường dây: I cosP

2

( cos )

Điện năng hao phí trên đường dây sau thời gian t:  A P t.

Phần trăm hao phí: ( cos ) 2

Cách 1: giảm điện trở R của đường dây Đây là cách tốn kém vì phải tăng tiết diện của dây (tốn nhiều kim loại làm dây) và phải tăng sức chịu đựng của các cột điện

Cách 2: tăng điện áp U ở nơi phát điện và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ điện tới giá trị cần thiết Cách này có thể thực hiện bằng máy biến áp, do đó được áp



1 [W]

P ; P2 [W] là công suất của dòng điện trong mạch sơ cấp và thứ cấp

Nếu hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể (Biến áp lí tưởng) thì:

P1 P2 

2 1

Vì vậy tôi đã nghiên cứu, tham khảo các tài liệu và hướng dẫn cho học sinh nắm vững lí thuyết về truyền tải điện năng Từ đó phân loại các dạng bài tập thường gặp và hướng dẫn cho học sinh phương pháp giải Sau khi học sinh nắm vững lí thuyết và phương pháp giải các dạng bài tập thường gặp thì đa số học sinh biết vận dụng giải bài tập nhanh, chính xác, kết quả học tập được nâng cao

III CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 1: Bài tập về công suất hao phí trên đường dây, công suất nơi tiêu thụ.

1 Phương pháp giải

Áp dụng các công thức:

Công suất hao phí trên đường dây:

2 2

2

( cos )

Điện năng hao phí trên đường dây sau thời gian t:  A P t.

Công suất nơi tiêu thụ: P t    P P H P.

Công thức máy biến áp:

đường dây tải trong 5h [2]

Bài 2: Một máy phát điện xoay chiều công suất 10 MW, điện áp hai cực máy

phát 10 kV Truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn

có tổng điện trở 40 Nối hai cực máy phát với cuộn sơ cấp của máy tăng áp còn nối hai đầu cuộn thứ cấp với đường dây Số vòng dây của cuộn thứ cấp của máy biến áp gấp 40 lần số vòng dây của cuộn sơ cấp Hiệu suất của máy biến áp

là 90% Biết hệ số công suất đường dây bằng 1 Công suất hao phí trên đường dây là

Bài 3: Điện năng từ một trạm phát điện được đưa đến một khu tái định cư bằng

đường dây truyển tải một pha Cho biết, nếu điện áp tại đầu truyền đi tăng từ U lên 2U thì số hộ dân được trạm cung cấp đủ điện năng tăng từ 120 lên 144 Cho rằng chỉ tính đến hao phí trên đường dây, công suất tiêu thụ điện của các hộ dân đều như nhau, công suất của trạm phát không đổi và hệ số công suất trong các

trường hợp đều bằng nhau Nếu điện áp truyền đi là 4U thì trạm phát này cung cấp đủ điện năng cho

A 168 hộ dân B 150 hộ dân C 504 hộ dân D 192 hộ dân [5]

152 144

Bài 4: Điện năng được truyền từ nơi phát đến nơi tiêu thụ cách nhau 50,25 km

bằng dây một pha Vì công suất hao phí trên đường dây bằng 5% công suất đưa lên đường dây nên công suất nơi tiêu thụ chỉ còn 47500 kW và điện áp nơi tiêu thụ là 190 kV Hệ số công suất đường dây bằng 1 Biết dây dẫn làm bằng đồng

Bài 1: Ở nơi phát người ta truyền công suất điện 1,2 MW dưới điện áp 6 kV

Điện trở của đường dây truyền tải từ nơi phát đến nơi tiêu thụ là 4,05 Hệ số công suất của đoạn mạch là 0,9 Giá điện 1000 đồng/kWh thì trung bình trong

30 ngày, số tiền khấu hao là:

A 144 triệu đồng B 734,4 triệu đồng

C 110,16 triệu đồng D 152,55 triệu đồng [2]

Bài 2: Một trạm phát điện truyền đi công suất 1000 kW bằng dây dẫn có điện

trở tổng cộng là 8, điện áp ở hai cực của máy là 1000 V Hai cực của máy được nối với hai đầu cuộn sơ cấp của máy tăng áp lí tưởng mà số vòng dây của cuộn thứ cấp gấp 10 lần số vòng dây của cuộn sơ cấp Hệ số công suất của đường dây bằng 1 Hiệu suất của quá trình truyền tải là

A 80% B 87% C 92% D 95% [2]

Bài 3: Bằng một đường dây truyền tải, điện năng từ một nhà máy phát điện nhỏ

có công suất không đổi được đưa đến một xưởng sản xuất Nếu tại nhà máy điện, dùng máy biến áp có tỉ số vòng dây của cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp là 5 thì tại nơi sử dụng sẽ cung cấp đủ điện năng cho 80 máy hoạt động Nếu dùng máy biến áp có tỉ số vòng dây của cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp là 10 thì tại nơi

sử dụng cung cấp đủ điện năng cho 95 máy hoạt động Nếu đặt xưởng sản xuất tại nhà máy điện thì cung cấp đủ điện năng cho bao nhiêu máy ?

Bài 1: Điện năng được truyền tải từ A đến B bằng hai dây có hệ số công suất

bằng 0,96 Công suất tiêu hao trên dây tải điện bằng 5% công suất đưa lên

đường dây ở A Nếu điện áp đưa lên đường dây là 4000 V thì độ giảm thế trên đường dây là

A 20 kV B 200 kV C 2 MV D 192 V [2]

Hướng dẫn

Theo bài ra:  P a P%  I R a UI2  % cos   IR a U% cos 

 U a U% cos   U  0,05.4000.0,96 192( )  V  Chọn D

Bài 2: Người ta truyền tải điện năng từ A đến B bằng hệ thống dây dẫn có điện

trở 5 thì cường độ dòng điện hiệu dụng trên dây là 60 A Tại B dùng máy hạ

áp lí tưởng Công suất hao phí trên dây bằng 5% công suất tiêu thụ ở B và điện

áp ở cuộn thứ cấp của máy hạ áp có giá trị hiệu dụng là 300 V luôn cùng pha vớidòng điện qua cuộn thứ cấp Tỉ số vòng dây của cuộn thứ cấp và sơ cấp của máy

N U I  N    Chọn D

Bài 3: Điện năng được truyền từ máy tăng áp đặt tại A đến máy hạ áp đặt tại B

bằng dây đồng tiết diện tròn đường kính 1cm với tổng chiều dài 200 km Cường

độ dòng điện trên dây tải là 100 A, các công suất hao phí trên đường dây tải bằng 5% công suất tiêu thụ ở B Bỏ qua mọi hao phí trong các máy biến áp, coi

hệ số công suất của các mạch sơ cấp và thứ cấp đều bằng 1, điện trở suất của đồng là 1,6.10  8 m

 Điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp tại A gần giá trị nào nhất sau đây ?

Bài 1: Điện năng được truyền tải từ A đến B bằng hai dây đồng có điện trở tổng

cộng là 40 Cường độ hiệu dụng trên đường dây tải điện là 50 A, công suất tiêu hao trên dây tải điện bằng 5% công suất đưa lên đường dây ở A Công suất đưa lên ở A là

A 20 kW B 200 kW C.2 MW D 2000W [2]

Bài 2: Người ta truyền tải điện năng từ A đến B bằng hệ thống dây dẫn có điện

trở 5 thì cường độ dòng điện hiệu dụng trên dây là 60 A Tại B dùng máy hạ

áp lí tưởng Công suất hao phí trên dây bằng 5% công suất tiêu thụ ở B và điện

áp ở cuộn thứ cấp của máy hạ áp có giá trị hiệu dụng là 300 V luôn cùng pha vớidòng điện qua cuộn thứ cấp Tỉ số vòng dây của cuộn thứ cấp và sơ cấp của máy

t t

Bài 1: Người ta cần truyền một công suất điện một pha 10000 kW dưới một

điện áp hiệu dụng 50 kV đi xa Mạch điện có hệ số công suất c  os 0,8 Muốn cho tỉ lệ năng lượng mất trên đường dây không quá 10% thì điện trở của đường dây phải có giá trị trong khoảng nào ?

A 10    R 12 B.R  14 C.R  16 D.16  R 18  [4]

Hướng dẫn

2 2

16( ) 10000000

R

U R

Bài 2: Từ một máy phát điện người ta muốn truyền tới nơi tiêu thụ một công

suất điện P, bằng đường dây tải điện có điện trở 40 và hệ số công suất bằng 1 Biết hiệu suất truyền tải là 98% và nơi tiêu thụ nhận được công suất điện

196 kW Điện áp hiệu dụng đưa lên đường dây là

Bài 3: Điện năng của dòng điện xoay chiều được truyền tải từ nhà máy phát điện

đến một khu công nghiệp bằng đường dây tải một pha Lúc đầu điện áp truyền đi

là U, khu công nghiệp lắp một máy hạ áp có tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp là k1= 48 thì đáp ứng được 90% nhu cầu điện năng khu công nghiệp Sau đó người ta nâng điện áp truyền đi là 3U, khu công nghiệp lắp một máy hạ áp khác

có tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp là k2 thì đáp ứng đủ nhu cầu điện năng khu công nghiệp Coi hệ số công suất luôn bằng 1 Bỏ qua tổn hao điện năng ở các máy biến áp

a Xác định hiệu suất truyền tải khi điện áp truyền đi là U

b Xác định k2.[3]

Hướng dẫn

a Gọi công suất máy phát là P không đổi, công suất khu công nghiệp là Pt

Điện áp cuộn sơ cấp máy biến áp lúc đầu là U1, lúc sau là U2

Điện áp tại khu công nghiệp không đổi là Ut

Khi điện áp truyền đi là U: P   P1 0, 9Pt (1)

Khi điện áp truyền đi là 3U: P   P2  Pt (2)

  1

2

P P

k U  k   

Bài 4: Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2 kV, hiệu

suất trong quá trình truyền tải H = 80% Muốn hiệu suất trong quá trình truyền tải tăng đến 95% thì ta phải

A Tăng điện áp lên đến 4 kV

B Tăng điện áp lên đến 8 kV

C Giảm điện áp xuống còn 1 kV

D Giảm điện áp xuống còn 0,5 kV [4]

Bài 5: Cần truyền tải công suất điện nhất định từ nhà máy đến nơi tiêu thụ bằng

dây dẫn có đường kính dây là d Thay thế dây truyền tải điện bằng một dây kháccùng chất liệu nhưng có đường kính 2d thì hiệu suất truyền tải là 91% Hỏi khi thay thế dây truyền tải bằng loại dây cùng chất liệu nhưng có đường kính 3d thì hiệu suất truyền tải điện khi đó là bao nhiêu?

Bài 6: Một nhà máy phát điện gồm 4 tổ máy có cùng công suất P hoạt động

đồng thời Điện sản xuất ra được đưa lên đường dây và truyền đến nơi tiêu thụ với hiệu suất truyền tải là 80% Khi một tổ máy ngừng hoạt động thì hiệu suất truyền tải khi đó là

Bài 7: Điện năng được truyền từ nơi phát đến một khu dân cư bằng đường dây

một pha với hiệu suất truyền tải là 90% Nếu công suất sử dụng điện của khu dân cư này tăng thêm 20% và giữ nguyên điện áp ở nơi phát thì hiệu suất truyền tải điện năng trên đường dây lúc này là bao nhiêu? Biết hao phí điện năng chỉ dotỏa nhiệt trên đường dây và không vượt quá 20% Coi điện áp luôn cùng pha vớidòng điện [3]

Hướng dẫn

Ta có c  os 1 nên:

2 2

2

0,877 0,108 0

Bài 1: Một trạm phát điện xoay chiều có công suất không đổi, truyền điện đi xa

với điện áp đưa lên đường dây là 200 kV thì tổn hao điện năng là 30% Biết hệ

số công suất đường dây bằng 1 Nếu tăng điện áp truyền tải lên 500 kV thì tổn hao điện năng là

A 12% B 75% C 24% D 4,8% [2]

Bài 2: Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2 kV và

công suất 200 kW Hiệu số chỉ của các công tơ điện ở trạm phát và ở nơi thu saumỗi ngày đêm chênh lệch nhau 480 kWh Hiệu suất của quá trình truyền tải điệnlà

A H = 95% B H = 90% C H = 85% D H = 80% [4]

Bài 3: Xét truyền tải điện trên một đường dây nhất định Nếu điện áp truyền tải

điện là 2 kV thì hiệu suất truyền tải là 80% Nếu tăng điện áp truyền tải lên 4 kVthì hiệu suất truyền tải điện đạt

A 95% B 90% C 97% D 85% [2]

Bài 4: Điện năng được truyền từ nơi phát đến một khu dân cư bằng đường dây

một pha với hiệu suất truyền tải là 90% Nếu công suất sử dụng điện của khu dân cư này tăng a% và giữ nguyên điện áp ở nơi phát thì hiệu suất truyền tải điện năng trên chính đường dây đó là 82% Tính a

2 1

2 1

1

Bài 1: Người ta truyền tải dòng điện xoay chiều một pha từ nhà máy điện đến

nơi tiêu thụ Khi điện áp ở nhà máy điện là 6 kV thì hiệu suất truyền tải là 73%

Để hiệu suất truyền tải là 97% thì điện áp ở nhà máy điện là

Bài 2: Hiệu suất truyền tải điện năng một công suất P từ máy phát đến nơi tiêu

thụ là 35% Dùng máy biến áp lí tưởng có tỉ số giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp

Bài 3: Người ta truyền tải điện năng đến một nơi tiêu thụ bằng đường dây một

pha có điện trở R Nếu điện áp hiệu dụng đưa lên hai đầu đường dây là

U = 20 kV thì hiệu suất truyền tải điện năng là 90% Để hiệu suất truyền tải tăngđến 95% mà công suất truyền đến nơi tiêu thụ vẫn không thay đổi thì cường độ dòng điện trên dây tải điện thay đổi thế nào, điện áp hiệu dụng đưa lên hai đầu đường dây bằng bao nhiêu? [3]

Hướng dẫn

Gọi công suất nơi tiêu thụ là P, điện trở dây dẫn là R, hao phí khi chưa thay đổi cường độ dòng điện là P1, sau khi thay đổi là P2

(hoặc cường độ dòng điện giảm 31,2%)

Vì công suất truyền đến nơi tiêu thụ không đổi nên áp dụng công thức:

Bài 4: Điện áp hiệu dụng giữa hai cực của một trạm phát điện cần tăng lên bao

nhiêu lần để giảm công suất hao phí trên đường dây tải điện n lần, với điều kiện công suất truyền đến tải tiêu thụ không đổi ? Biết rằng khi chưa tăng điện áp, độ giảm điện thế trên đường dây tải điện bằng xU (với U là điện áp hiệu dụng giữa hai cực của trạm phát điện) Coi cường độ dòng điện trong mạch luôn cùng pha với điện áp đặt lên đường dây Áp dụng số: n = 100; x = 0,15 [6]

1

Bài 5: Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa cần tăng điện áp của nguồn lên

bao nhiêu lần để giảm công suất hao phí trên đường dây đi n lần Giả thiết công suất nơi tiêu thụ nhận được không đổi, điện áp tức thời u cùng pha với dòng điệntức thời i Biết ban đầu độ giảm điện áp trên đường dây bằng xU t (với U t là điện

áp hiệu dụng của tải tiêu thụ) Áp dụng số: n = 100; x = 0,15 [7]

Hướng dẫn

Hiệu suất truyền tải điện trong trường hợp đầu: