2. Преимущества .

• Экономичность.

  • Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.

  • Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.

  • Меньшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности снижаются токи в фазах (по сравнению с однофазными цепями).

• Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на энергогенерирующую установку, что значительно снижает срок её службы.

• Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электрического двигателя и ряда других электротехнических устройств. Двигатели 3-фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно- или 2-фазные, и имеют высокие показатели экономичности.

• Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений — фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении на «звезду» или «треугольник».

• Возможность резкого уменьшения мерцания и стробоскопического эффекта светильников на люминесцентных лампах путём размещения в одном светильнике трёх ламп (или групп ламп), питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы наиболее распространены в современной электроэнергетике.

3. Недостатки .

Для монтажа четвертой линии требуется дополнительные затраты.

4. Область применения

Передача электроэнергии на дальние расстояния по трехфазным цепям более выгодна чем передача энергии по однофазным цепям, кроме того трехфазные синхронные генераторы и двигатели, трехфазные асинхронные двигатели и трансформаторы, более просты в производстве, экономичны и надежны в эксплуатации. В трехфазных системах достаточно просто получить вращающееся магнитное поле, воздействие которого на проводники с током положено в основу принципа работы асинхронных и синхронных электродвигателей.

5. Режимы работы

Симметричный режим трехфазной цепи

На рис. 7 приведены топографическая диаграмма и векторная диаграмма токов при симметричном режиме для схемы на рис. 4 и индуктивном характере нагрузки (j > 0).  Ток в нейтральном проводе отсутствует:   поэтому при симметричном приемнике нейтральный провод не применяют. Линейные напряжения определяются как разности фазных напряжений:   Из равнобедренного треугольника ANВ имеем:  

На рис. 8 приведены векторные диаграммы напряжений и токов при симметричном режиме и j > 0 для схемы рис. 5. Линейные токи определяются как разности фазных токов:   

Активная мощность симметричного трехфазного приемника   Принимая во внимание, что при соединении ветвей приемника звездой   а при соединении ветвей приемника треугольником   получим независимо от вида соединения   Следует помнить, что в этом выражении j - сдвиг по фазе между фазным напряжением и фазным током. Аналогично для реактивной и полной мощностей симметричного трехфазного приемника имеем   Определим суммарную мгновенную мощность трехфазного приемника при симметричном режиме. Запишем мгновенные значения фазных напряжений и токов, приняв начальную фазу напряжения uА равной нулю:   и выражения для мгновенных значений мощностей каждой фазы приемника:   При суммировании мгновенных значений мощностей отдельных фаз вторые слагаемые в сумме дадут нуль. Поэтому суммарная мгновенная мощность   не зависит от времени и равна активной мощности. Многофазные цепи, в которых мгновенное значение мощности постоянно, называются уравновешенными. Заметим, что в двухфазной симметричной цепи (рис. 9) с несимметричной системой ЭДС источника питания (см. рис. 3, б) система токов также несимметрична, однако цепь является уравновешенной, так как сумма мгновенных значений мощностей в фазах постоянна. Это можно показать тем же путем, каким была показана уравновешенность симметричной трехфазной цепи. Постоянство мгновенных значений мощности создает благоприятные условия для работы генераторов и двигателей с точки зрения их механической нагрузки, так как отсутствуют пульсации вращающего момента, наблюдающиеся у однофазных генераторов и двигателей. Рассматривая симметричные режимы связанных трехфазных цепей, легко показать преимущество последних в экономическом отношении по сравнению с несвязанными трехфазными системами цепей. У несвязанной трехфазной системы цепей шесть проводов с токами Iл = Iф. Трехфазная цепь без нейтрального провода, которая питает те же самые приемники, соединенные звездой, имеется только три провода с теми же токами Iл = Iф и линейными напряжениями, в корень из трех раз большими линейных напряжений в несвязанной трехфазной системе цепей, для которой Uл = Uф. В случае соединения приемников треугольником также получается вдвое меньше проводов, чем в несвязанной трехфазной системе цепей (три вместо шести), при этом токи в линейных проводах больше фазных токов не в 2 раза, а только в корень из трех раз. Это позволяет уменьшить затраты материала на провода.

Несимметричный режим трехфазной цепи

Несимметричный режим возникает при неодинаковых сопротивлениях (как по величине, так и по характеру) нагрузки. В городских электрических сетях особо опасным является обрыв нулевого провода при неравенстве сопротивлений в фазах.

На рис. 1 показана в упрощенном виде схема питания электроприемников линии напряжением 0,4 кВ. Линия подключена ко вторичной обмотке силового трансформатора Т, соединенной в Y.

Рис. 1.

Упрощенная схема питания электроприемников линии напряжением 0,4 кВ с оборванным нулевым проводом

Пусть суммарные проводимости нагрузки в фазах приемников не равны между собой:

Суммарные проводимости в фазах вычисляются как суммы проводимостей нагрузки по всем участкам линии, например,

где Y_HB1, Y_HB2, ... — полные проводимости нагрузок Н1, Н2,... в фазе В.

Примем для простоты, что все проводимости в фазах имеют одинаковый характер, т. е. cos φ_A = cos φ_в = cos φ_с = cos φ. Тогда при обрыве нулевого провода напряжение на его концах равно

где Ú_A, Ú_B, Ú_C — векторы фазных напряжений источника питания.

Векторная диаграмма напряжений одного из случаев при обрыве нулевого провода приведена на рис. 2.

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений при обрыве нулевого провода

В сетях напряжением 0,4 кВ часто встречается случай, когда при коротком замыкании фазного и нулевого проводов предохранитель не срабатывает, а перегорает нулевой провод, например, в месте его присоединения к нейтрали трансформатора (рис. 3, а).

Рис. 3. Обрыв нулевого провода при КЗ

Векторная диаграмма напряжений в этом случае имеет вид, изображенный на рис. 3б. Хотя звезда фазных напряжений трансформатора симметрична, напряжения у приемников существенно отличаются от нормальных. В рассматриваемом случае на приемники, подключенные к фазе А, напряжение не подается, т. к. провод этой фазы соединен с нулевым проводом, а фазы В и С оказываются под линейным напряжением 0,4 кВ. Очевидно, что однофазные приемники этих фаз будут повреждаться, поскольку, по сравнению с нормальным режимом, напряжения на них увеличились в √3 ≈ 1,73 раз.

Следует подчеркнуть, что симметрирование нагрузок исключает появление недопустимых напряжений у однофазных приемников при обрыве нулевого провода без КЗ фазного и нулевого проводов. Однако в случае короткого замыкания фазного и нулевого проводов, при отказе предохранителя и перегорании вместо последнего в каком-либо месте нулевого провода исключить повреждение однофазных приемников нельзя.

Поэтому правильный выбор предохранителей (и автоматов) снижает вероятность повреждений однофазных приемников при обрыве нулевого провода.