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[工程技术]为什么高压输电要提高电压来减少损耗？如果是根据Q=（U2/R）t来看的话，提高电压反而Q增大了？ |
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为什么高压输电要提高电压来减少损耗？如果是根据Q=（U2/R）t来看的话，提高电压反而Q增大了？ 关注问题?写回答 [img_log] 电路 电气工程 高电压与绝缘技术 为什么高压输电要提高电压来减少损耗？如果是根据Q=（U2/R）t来看的话，提高电压反而Q增大了？ |
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民科最大的问题在于，直接套用简单的公式和概念，而不清楚其中每个符号的物理意义。所以，作为有基本科学素养的工程师，每当我得出奇怪的结论时，我会一遍遍去检查自己所建立的模型，而不是怀疑理论基础，因为我相信，所有非前沿的技术问题，别人早已解决过N多遍了，我想不明白是自己的水平不行！ 给中学生的答案：在输送功率一定的情况下，提升输送电压，可以减小输送电流（ PT=↑U⋅↓I" role="presentation">PT=↑U?↓IP_T=↑U \cdot↓I ）；而输送线路的电阻是恒定的，电流减小后，电线的功率损耗自然也就减小了（ ↓PL=↓I2R" role="presentation">↓PL=↓I2R↓P_L=↓I^{2} R ）。 如果你不满足于此，还想弄清楚，为什么提高电压的同时还能保持输送功率一定（这应该也是题主的疑惑点），要做什么措施才能实现降低输送电流的目的，而不是把功率一定当作一个前提条件，请继续往下读，我尝试用简化的模型，说清楚输电网络是怎么回事，这需要一点点变压器的知识，但也不难，用的全部是中学的欧姆定律，请相信自己！ 八卦一下，有不少热心的知友看不懂我下面稍有深度的分析，甚至有直接喷我是民科的，叫嚣说欧姆定律不适合非阻性电路，我觉得很好笑。首先，感抗和容抗公式都是用欧姆定律推导出来的，学过大学《电路分析》的都知道；然后，电力系统的变压器接近于理想变压器，电网也在推PFC，用电设施都很注意电抗平衡避免无功功率，整体输电网络基本接近于阻性。是非对错留待各位自己评判！ 回到题主的问题，题主得到这样的结论，是因为在你潜意识中，是以下面的模型来推论的：在单相交流电路中，只有一个孤零零的电阻 R0（假设火线和零线的线阻合二为一为总线阻 ），如下图。根据 P =U2/R，提高电压，线阻不变，功率 P 必然提高，能耗Q必然也增大了！ |
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但是，我们的输电模型实际上并不是这样的，我们的目的是要输送电源，而不是把电能全部耗在线阻 R0 上。事实上，在输电模型中，R0 既不是主角也不是配角，最多只能算群演路人，它不可能获得很多资源。 我们的输电模型简化后大约是下面这样的，输电回路接了一个变压器，耦合出了另一个用电回路，后端接了很多电器，每个电器我们可以认为是一个电阻（R3、R4、R5），每家每户的电器都是并联接入用电回路的，所以电器越多，并联后的阻值就越小，在电压基本一定（单相220V）的前提下，用电回路的电流就越大。所以我们通常说的，负载越大，是电阻越小的意思。 |
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我知道你看到这样的电路，心里慌得一匹，没关系，我们可以继续简化为你熟悉的样子。 电力系统用的变压器，线圈很大匝数很多（电感非常大），耦合得也很紧，可以看作是一个理想的变压器，没错，就是我们中学学过的那个最简单的变压器！理想变压器是一个很神奇的器件，它通过磁场传递能量给后端，后端需要多少电能，前端线圈就会给多少电能。前后端的电压比等于匝数比 n，假如前后端的匝数是1000 : 1，前端电压是220KV，后端电压就是220V。因为前后端传递的功率总能保持一致，根据 P=UI，前后端的电流比值就反过来了，变成了 1 : 1000 。更进一步，根据 R=U2/P" role="presentation">R=U2/PR=U^2/P ，我们可以推导出，前后端的电阻比是匝数比的平方，即 1000000 : 1。本段看不懂没关系，你只需要知道电阻比的结论，因为用上它，我们就可以把后端的电阻，等效变换到前端去，从而把电路中的变压器干掉，让电路回归简单！假如后端所有电器并联后的总电阻是 R=1Ω，变换到前端输电回路后，电阻就变成了RL=n2⋅R=1000000" role="presentation">RL=n2?R=1000000R_L=n^2 \cdot R = 1000000 Ω。 等效变换后，我们从输电回路看，变压器消失了，后端用电回路中的电阻（负载），搬到前端后，电阻被放大1000000 倍，如下图： |
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这个模型是相对准确的，尽管我们忽略了很多现实因素，但对于回答题主的问题，肯定是足够了。上图中，R0 是输送电线的总线阻， RL" role="presentation">RLR_L是我们的用电电器一个个并联后的等效总电阻。通常， RL" role="presentation">RLR_L 远大于 R0，电源电压大部分都加持到负载 RL" role="presentation">RLR_L上，总的电流 I 主要取决于负载的大小（并联电器的多少）。 好了，输电模型终于解释完了，现在我们回到问题本身，直接提高输电源端V1的电压，看看是否如我们期望的降低了损耗。因为 R0 和 RL" role="presentation">RLR_L 的比值相对不变，总电压提升的情况下，R0 仍会分到更高的电压，根据 P =U2/R，线阻的功率仍然上去了呀，说好的降损呢？ 不对，我们忽略了一个大前提！直接提高电压，负载端分得的电压 UL" role="presentation">ULU_L 也必然上升，根据 P =U2/R，负载获得的功率也增大了！在这个模型中，源端给负载端输送了更大的功率（更多的能量），虽然负载的电阻没变，但负载的功率提高了，或者说，负载增加了。就像货拉拉给你拉货，货物（负载）重了，司机的损耗（油钱车损）自然会增加。 所以我们不能单纯地增加源端的电压，这样没意义。我们得想办法在提升源端电压的同时，还要保持负载功率一定，那要怎么才能做到？根据 P =U2/R，在负载功率 P 不变时，我们提升电压，电阻 R 必须会增大！所以，我们想办法提高负载的电阻就行了，是不是很简单？但是等等，负载不是由用户并联接入的电器数目决定吗？你还能控制负载的大小？ 真实的负载我们自然控制不了，但不要忘了，在输电回路中的这个电阻 RL" role="presentation">RLR_L ，不是真实的电阻，而是通过变压器变换后，等效过来的电阻。我们上面提到一个重要结论，变压器前后端的电阻比等于匝数比的平方。所以现在，我们只需要把变压器前端的匝数提高，就能把负载的等效电阻提上去，即： ↑RL=↑n2⋅R" role="presentation">↑RL=↑n2?R↑R_L=↑n^2 \cdot R 这样，电阻 RL" role="presentation">RLR_L增大了，线阻不变的情况下，负载相对 R0 会分得更多的电压，线阻 R0 分得的电压变小了，其上的损耗功率 P0 =U02/R0 自然也变小了。题主你看，我用了同样的电压功率公式，但电压 U 的物理意义已经不一样了，你想象中的电压是指源端电压，我这里的电压是指线阻上的电压。 细心的你也许发现这个推论过程不对，因为源端的总电压提升了，虽然负载电压提升了，但线阻分去的电压不一定就变小啊，电源提升的电压幅度完全可以雨露均沾，也分给线阻一些些。我们从电压的角度分析，好像走进了死胡同。事实上，电压分析仍然是可以的，只是会复杂一些，雨露均沾仅仅是你的想象。 我们切换回电流的角度来分析就会简单很多，因为两个电阻是串联的，流经它们的电流相同。前面我们通过提升变压器的匝数比提高了前端的等效电阻，我们再不断提升源端电压（同时也提升了负载电压 UL" role="presentation">ULU_L），总能找到一个匝数比和源端电压的平衡点（自动化调压），来实现等效负载的功率 PL" role="presentation">PLP_L 始终保持不变。根据 PL=UL⋅I" role="presentation">PL=UL?IP_L = U_L \cdot I ，负载电压 UL" role="presentation">ULU_L提升的情况下，流经负载（或线阻R0）的电流 I 必然会下降，线阻上产生的功率损耗P0 =I2 x R0 一定是下降的，而且根据欧姆定律，线阻上产生的电压（降）也一定是变小的。所以，在源端提升的那部分电压，全部用来提升等效负载的端电压了，不仅如此，还会从线阻端挪一部分电压过来，所以线阻损耗会减小。所以你看，想象中的雨露均沾是不存在的，美人总能得到更多，在我们这个世界上，强者恒强，弱者更弱，年轻人要努力啊！ 总结：我们在提升源端电压（输电回路）的同时，也会调整变压器的匝数比，来提高等效负载的阻值 ，实现传输功率的一定，从而减小输送电流，最终降低线阻的功率损耗。 我是折腾总监，喜欢从第一性原理讲解一些有趣的技术，欢迎关注，让我们一起探讨学习，一起驰骋于浩瀚的知识海洋。 |
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因为电能有除了发热以外的做功方式的情况下，热量损耗不能用 P=U2R" role="presentation">P=U2RP=\frac{U^2}{R}来计算。 电功率的基本计算公式是 W=UIt" role="presentation">W=UItW=UIt ，这里U是电压，I是电流。这个公式是根据单位时间内静电力做功计算得到的，原理是最基本的力做功的定义： W=F·s" role="presentation">W=F·sW=F·s ，这个公式可以看作是任何条件都能适用的基本定义。 公式 Q=U2Rt" role="presentation">Q=U2RtQ=\frac{U^2}{R}t是把焦耳定律 Q=I2Rt" role="presentation">Q=I2RtQ=I^2Rt 和欧姆定律 I=U/R" role="presentation">I=U/RI=U/R 联立起来得到的。其中欧姆定律的适用范围比较狭窄，只有纯电阻电路才能使用欧姆定律，而不能是电流其他形式的做功，比如电流推动电动机旋转、驱动电化学反应进行。 实际使用当中，电能主要是在终端被用电器使用掉了，真正在电线中转化为热量的只占很小的比例，所以整个电路并不适用欧姆定律，也就不能用焦耳定律+欧姆定律得到的公式计算。一种常见的变通措施是把电动机的反电动势换算成“等效电阻”。 用电器和热量损耗的总电功为W=UIt" role="presentation">W=UItW=UIt，其中Q=I2Rt" role="presentation">Q=I2RtQ=I^2Rt 是转化为热量浪费掉的（假设用电器里没有电加热装置），剩下的 W−Q=UIt−I2Rt" role="presentation">W?Q=UIt?I2RtW-Q=UIt-I^2Rt 才是用电器真正使用的。传输的总电能 UI" role="presentation">UIUI 是定值，转化为热量浪费掉的电能跟电流成正比，所以电流越小浪费掉的电能越少，要让电流 I" role="presentation">II尽量小，就要让电压 U" role="presentation">UU 尽量大。 一切物理公式都有适用条件，很多公式虽然涉及到的物理量是相同的，但是实际表示的含义不同，所以不能在不同条件下相互混用。 |
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如题主想使用Q=（U2/R）t计算输电线损耗，其中的U必须是导线实际压降。 而题主前面叙述的“提高电压”并非指提高导线压降。在这种情况下导线压降不能直接得到，需要用电流去计算，所以在这里更好用的公式是Q=I2Rt。 题主这问题算是中学生的常见错误。 |
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少了一个Δ！！！！ 正常的逻辑是这样的，是减少线路损耗，而不是减少做功。 线路损耗是流经线路上的电流产生的损耗（直流融冰除外）。 线路导线一定时，线路阻抗一定，在保证输送功率的前提下，提高电压，可以减小电流值，进而减少线路损耗。 |
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确实，提高电压Q会平方增大。 但实际电线上的电压很小，尤其输电电压提高之后所占比例变小，实际上损耗更小。 你提高的电压是两根输电线之间的电压，而不是作用在单根电线上的电压 |
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因为此u非彼u 这个公式用在导线上得是导线的分压。导线想要分压要和被变压器放大百万倍(220kv变220)的负载电阻抢电压，导线高呼不可战胜。而且这个电压你也测不出来。 电流是可以测出来的，降低线损一般考虑线上减少电流，走相同功率机端电压高线上电流才小。但手算线损也不会用电流算，而是用线上流淌的有功和无功算。具体参见电力系统稳态分析 |
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输电电压越高，损耗越少的前提是输送功率不变。 你那个Q=(U平方/R)t，没有功率不变的条件，U提高后电流也跟着提高了，功率大了，损耗自然大了，前提不一样。 |
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你误会了，高压输电并不是把高压电线“直接连接电阻发热”用的，所以这里不能用“U2/R” 如果直接把电器接在高压电线上，电器就会“原地爆炸”，非常危险！ 高压传输，对面也有一个“降压变压器” 变压器不是电阻，理想的变压器电阻应该是0 降压变压器的电流并不是用“高压传输电压U/R”算的，而是取决于变压器的“次级线圈”端连接的设备的总功率，因为电器都是接在降压变压器的次级线圈上 如果降压变压器没接任何电器，那么传输的时候电流理论值是0 |
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回答这个问题之前，先了解一下电能的传输过程： 电能的传输过程13 赞同 · 2 评论回答 |
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我们再来重温一下公式 R=U/I" role="presentation">R=U/IR=U/I ,导体的电阻可以由导体两端的电压和流过导体的电流计算得到。 而在高压输电过程中，升压变压器上的电压为相电压 U升相" role="presentation">升相U升相U_{升相} ，高压输电线上的电压为线电压 U线" role="presentation">线U线U_{线} ，为相电压的 3" role="presentation">3\sqrt{3} 倍，即 U线=3U升相" role="presentation">线升相U线=3U升相U_{线}=\sqrt{3}U_{升相} 。发电厂的发电功率是一定的，由公式 P=UI" role="presentation">P=UIP=UI 可知，升压变压器上的电流 I=P/U升相" role="presentation">升相I=P/U升相I=P/U_{升相} ，此电流也为高压输电线上的电流。 高压输电线上的损耗 Q=I2Rt=(P/U相)2Rt" role="presentation">相Q=I2Rt=(P/U相)2RtQ=I^{2}Rt=\left( P/U_{相} \right)^{2}Rt ，即提高电压可以减少高压输电线上的损耗。 |
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如果用Q=(U2/R)t" role="presentation">Q=(U2/R)tQ=\left(U^{2} \right/R)t 求出高压输电线上的损耗，要理解公式中的 U" role="presentation">UU 为高压输电线之间的电压降，为升压变压器与降压变压器之间的电压降，即 U=U_{升相}-U_{降相} ，由上述可知，当 U升相" role="presentation">升相U升相U_{升相} 增加，高压输电线上的损耗减少，易知， U升相−U降相" role="presentation">升相降相U升相?U降相U_{升相}-U_{降相} 减小，即 U" role="presentation">UU 减小。所以提高电压，由 Q=(U2/R)t=((U升相?U降相)2/R)tQ=\left(U^{2} \right/R)t=\left(\left( U_{升相}-U_{降相} \right)^{2} \right/R)t 可知，线路上的电压减小。 以上解答完毕，感谢相互沟通交流。 |
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你确定你说的是输电线？ 如果电能全部消耗在输电线上，输电线还有啥用？加热空气？ |
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简单来说，这个U是加在电阻两端得电压，不是你输电的电压。 |
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同等功率下，电压越高，电流越小；电流越小，在导线上的压降越低。而这个压降才是你公式里的U。 |
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这题问的，甚至连公式里各个字母的意思都没理解。。。。。 实在是不好解释原因。 问就是公式用错了，应该用I2R来计算 |
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小朋友，高中物理有讲这个，等你上高中就懂了 |
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串联电路，线阻的分压和总电压不是一回事，只有电流是一致的，所以算线路电阻损耗的时候，用的是I2R，因为输入功率是恒定的，Q=UI，电压越高，电流越小，相应线路损耗也就越低了。 |
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基本概念你都搞错了，线路上的压和电压等级完全非一个概念 |
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这个答案不在《高电压与绝缘技术》，看《电力系统分析》这本课本去。 |
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居然还有这种问题，高中物理课本不是写的清清楚楚的 |
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p=ui，负荷一定，电压越大电流越小； q=i^2*r*t，电流越小损耗越小。 q=（u^2/r）*t里面的u是电压降落，不是实际电压等级。 |
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实际上提高系统输电电压，是为了在同样功率的前提下降低输电电流。 根据P=UI 同 同样的功率下，传输电压越高，传输电流就越小。而输电导体的发热功率P=I^2*R,发热功率就越小。 P=U^2/R这个公式里面的U含义是电压降，并不是指输电电压。 你想想，要是输电电压完全降低到线路里那用电器还能有电压了吗？ |
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我用接近初中课程的知识回答： 这里的U是元器两端的电压， 在这里，电塔元器两端的电压U=IR R不变。提高电压后，由于功率恒定，电网里的电流更小 那么这个电塔元器两端的电压U就会更小 最终结论是提升总压，则电塔元器上的分压更小了。 故Q降低了。 |
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首先我们很明确知道，我们使用的电都是来自于发电厂，这些发电厂的形式也是多种多样，例如火力发电厂，水电站，核电厂，风电厂以及光伏发电厂等等。那么目前由于成本以及维护费用这一块的原因，火力发电厂仍然是提供电力资源的主力军。 一般的，发电厂内发电机组的输出电压一般在千伏级，那么我们可以试想一下如果要为一个城市提供电力，站在发电厂的角度来考虑，到底发电厂需要输出多大的交流电压呢？是将发电机组输出的电压降压，保证用户端的电压为220V？还是将其升压到更高的电压输出，然后再在用户附近将其变压回220V市电呢？ |
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我们先来看看第一种方案，用户端直接接受来自发电厂的电压，不部署变压器在用户的附近： |
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我们可以看到，由于电缆过长导致100KM的电缆上的阻值有近30Ω，所以当发电厂输出220V市电的时候，由公式U=I*R，很显然电缆上会分担一部分电压，这会导致用户无法得到标准的220V市电。所以发电厂需要输出比220V更高的电压，来保证用户端可以得到标准的220V市电。 现在让我们从功率的角度考虑一下这个问题。用户需要220V市电以及10A的电流输出，那么我们需要保证用户得到的是220V的电压（在10A的供电电流下）。那么现在我们就可以根据我们需要输出的电流（10A）来计算电缆上的压降以及功率了： |
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那么在此情况下，可以看出电缆上耗费了近3000W的功率，甚至比用户需要的功率还要高，这说明发电厂输出的电能超过一半被浪费在了传输上！ |
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这对于实际应用来说实在是很不经济，因为电缆的功率损失导致效率的低下。这就是为什么我们需要高压交流输电系统，所以我们来看看第二种方案，发电厂将发电机组输出的电压升压到很高，然后传输出去，用户端部署变压器来得到220V市电： |
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从这幅图中可以看到发电机组输出的电压被升到很高，然后在输出端经过降压后得到标准的220V市电。假设变压器上导致的功率损失我们忽略不计，发电机组和升压变压器距离很近，导线电阻忽略不计，降压变压器距离用户很近，同样忽略导线电阻。那么当用户需要220V市电以及10A的电流输出时，我们可以计算一下电缆上的压降以及损耗功率： |
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由于当功率不变的情况下，电压越高导致电流越小，所以在这个例子中，采用高压交流输电系统情况下，在导线上损耗的功率占总输出功率中很小的部分，因此整个系统的效率得到成倍的提高。那么通过提高传输电压可以尽量的减少电缆线上的压降，以减少由于电缆线电阻导致的功率损失。 不过在这个例子中我并没有涉及到变压器的功率损失，在实际应用中变压器会由于铁损、铜损、磁滞等等原因导致功率损耗。我在这里只是想展现出输电线上电压不同对整体效率的影响，所以变压器损耗不计算在内。 高压交流输电的确解决了许多问题，例如位于湖北宜昌市的三峡水电站，是世界上最大的水利工程，其输出电压近500KV交流电，极高的电压可以最大限度的减少消耗，提高效率。其输出电力送达华中五省（湖北，湖南，河南，江西以及重庆），以及一千多公里外的华东城市群等等。这么庞大的电力供应，任何在电力传输途中遇到的问题都会被放大化，导致极高的损失。 |
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货车拉的越多油耗越大， 但是， 货车司机还是喜欢尽量多拉，甚至超重。 ——————— 在古代，运输1万斤粮食到前线。 如果你找100个人，每人负重100斤，每人每天吃掉3斤，30天运到之后，基本所剩无几。 如果你找小推车，人员减半，负重增加一倍，每人每天吃掉3斤，30天运到之后，还能省下不少。 如果你找艘船，只需3名船员，每人每天吃掉3斤，30天运到之后，去掉增加的装卸费，还能剩下90%多。 ——————— 特高压就像那艘船 ———————— 假如输送1亿度电。 如果采用220V电压输电，从三峡大坝到郑州，基本所剩无几了。 如果采用500KV高压输电，到了郑州还能剩下90%多。 输送电压升高，损耗增大， 但是， 相比于多输送出去的电能，增加这点损耗还是很划算的。 |
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这也能上热搜，电气专业表示有点尴尬。 你这里都用一个计算Q的公式，提高的U是系统的额定电压，而计算线路损失时用的u是电压降，你把两个U用混了。电压降=线路电流x线路电阻。降低电压电阻就是加大导线截面，这里不说。降低线路电流就是根据：功率=额定电压x线路电流。总结：为了传输相同的功率，额定电压越大，线路电流越小；在线路电阻不变的情况下，线路电流越小，电压降越小。 |
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因为数学是数学，物理是物理。 你高中学的欧姆定律，很大程度叫数学，不叫物理。 高压输电线路里边，你用仪器去量，电压很高，电流很小，是不是很神奇？功率不变的情况下，功率P=U*I，I=U/R，既然功率不变，电压升高电流必然减小（能量守恒），那么电流减小必然是电阻增大了对吧。这个电阻还不是一般的电阻，还是高压传输线里的“传输电阻”。 你高中学的那些数学公式告诉你，线阻增加了，输电损耗增加，你看，这个就是数学上的谬误。数学公式只是对客观世界的抽象，并不能代表客观世界。 但是你把高压输电线减下来拿去测电阻，发现铜线的电阻并没有增高。发现公式里的矛盾没？ 电阻这个东西，不仅仅指材料本身的电阻，导体在磁场下，磁通量改变的时候，是会给导体增加“电阻”的。举个例子，保持电压不变，你去测一段铜线的电阻，通上电之后电流很大电阻很小，但是把这坨铜线缠绕在电机上同样的电压给电机做功，电流就会变小。 变压器也是如此，磁通量的改变，在不同数量的线圈里遭遇到的“物理磁电阻效应”的强度是不一样的，为什么把电压变高要多绕几圈铜线，仔细想想这个道理。 输电的损耗，可以简单理解为电线发热。电线发热功率P热=R线*I的平方，其中R线是电缆本身的电阻，由磁场产生的电阻并没有热做功。 所以说你麦克斯韦方程背得再熟，有些东西一样不理解。 |
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