mang cao ap va tram dien keo pgs ts dam quoc tru 164 trang 402

PGS TS ðÀM QUỐC TRỤ (CHỦ BIÊN) TS LÊ MẠNH VIỆT MẠNG CAO ÁP &TRẠM ðIỆN KÉO DÙNG CHO CHUYÊN NGÀNH TRANG BỊ ðIỆN – ðIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP VÀ GIAO THÔNG VẬN TẢI NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ NỘI 2008 * Thông tin tác giả Họ tên : ðàm Quốc Trụ Năm sinh ; 1936 Cơ quan công tác : + ðại học Giao thông Vận tải (1968-1998) + Khoa Cơ-ðiện ðại học Kinh doanh Công nghệ (1998 -hiện ): Email : damquoc_tru@yahoo.com Họ tên : Lê Mạnh Việt Năm sinh ; 1949 Cơ quan cơng tác : Bộ mơn Trang bị điện.Khoa ðiện -điện tử ðại học Giao thông Vận tải (1971-hiện ) Email : bmtbd@uct.edu.vn *Phạm vi ñối tượng sử dụng giáo trình 1/Giáo trình dùng tham khảo cho ngành : Giao thơng điện khí hố đường dài thị Thơng tin tín hiệu ðưòng sắt cao tốc Vận tải ðường sắt ðiện khí hố Cung cấp điện cho giao thơng cao tốc thị ðường hầm Mêtro Kinh tế Vận tải ðường sắt cao tốc Cơ khí chuyên dùng vè ðầu máy toa xe ðiều khiển Vận tải ðường sắt điện khí hố Kinh tế xây dựng giao thơng đường sắt Xây dựng cơng trình Giao thơng ðường sắt 2/ /Giáo trình dùng trừơng : -ðại học giao thông Vận tải -ðại học giao thông Thành phố Hồ chí Minh -Tất trường Cao đẳng Giao thông Vận tải ðường sắt 3/ Yêu cầu kiến thức trước học ñọc tham kháo giáo trình : - Lý thuyết Mạch điện - Cơ ứng dụng - Máy ñiện - Cung cấp ñiện • Tra cứu theo từ khoá B C Biểu ñồ ñiện mạch ray 127- Các dạng giao thơng điện Câu hỏi ơn tập ,kiểm tra đánh giá chương 13 Câu hỏi ôn tập ,kiểm tra ñánh giá chương 30 Câu hỏi ôn tập ,kiểm tra đánh giá chương 73 Câu hỏi ơn tập ,kiểm tra đánh giá chương 94 Câu hỏi ơn tập ,kiểm tra ñánh giá chương 131 Câu hỏi ôn tập ,kiểm tra ñánh giá chương 155 Các sơ đồ cung cấp điện phía ngồi Các phương pháp tính tốn dịng điện ngắn mạch Các sơ đồ cung cấp điện phía cho giao thơng điện dịng điện chiều Các sơ ñồ mạng ñiện kéo dây Các sơ đồ cung cấp điện phía cho giao thơng điện dịng điện xoay chiều 1752212224- MCA&TðK • D Các sơ ñồ trạm ñiện kéo Các sơ ñồ mạng điện kéo Các phương pháp tính tốn mạng điện kéo Cỏc mỏy biến ỏp trạm ñiện kộo dũng ñiện xoay chiều Cỏc biến ñổi trạm ñiện kộo dũng ñiện chiều Các ñại lượng ñiện ñặc trưng làm việc hệ thống cung cấp ñiện cho giao thơng vận tải Dịng điện phát nóng Dịng điện rị mạch đường ray Dịng điện rị tính chất: Dây dẫn tiếp xúc Dây cáp ñỡ, cáp mang Dây cáp tăng cường ðiện áp tổn thất ñiện áp ðộ tin cậy kết cấu hệ thống cung cấp ñiện 2427106 79 80 9797 125126137138138 10029 P Phân loại sơ ñồ cấu trúc TðK Phân loại TðK Phương pháp phụ tải dòng phân bố Phương pháp phân tích tổng hợp K Khái quát Khảo sát sơ ñồ cấu trúc ñoạn ñường sắt hệ thống dịng điện chiều, điện áp 3,3 kv Kết cấu nối với cột phụ kiện hệ thốn treo dây tiếp xúc Khái quát tính toán hệ treo dây Khái niệm,phân loại hệ thống mạng dây tiếp xúc L Loại dây treo không M Mạng điện kéo dịng điện chiều Mạng điện kéo dịng điện xoay chiều , Mạng tiếp xúc ray N Những yêu cầu chung ñộ tin cậy hệ thống cung cấp ñiện Những nguyên tắc dự trữ phần tử hệ thống cung cấp ñiện Ngắn mạch hệ thống pha dịng điện xoay chiều Ngắn mạch pha hệ thống với trung tính tiếp đất Ngắn mạch pha lưới điện với trung tính tiếp đất cách ly Ngắn mạch pha lưới ñiện với trung tính tiếp đất cách ly Ngắn mạch mạng ñiện kéo H Hệ dây treo ñơn giản Hệ dây treo phức hợp 3131110113120 35139142 131 131121125 136 292946464951120141141- P Phân tích hệ thống dây tiếp xúc Phân tích hệ dây treo Phụ tải tính tốn đến dây dẫn cáp hệ treo dây tiếp xúc Phương trình ñộ võng dây dẫn S Sơ ñồ tổng thể cung cấp ñiện Sơ ñồ cấu trúc trạm ñiện kéo chiều Sơ đồ cấu trúc TðK dịng xoay chiều ñường sắt chạy ñiện Sơ ñồ cung cấp ñiện xoay chiều 15 kv tần số thấp 16 2/3 Hz 27 Sơ đồ cung cấp điện cho giao thơng điện ñường sắt xoay chiều 27,5 kV Sơ ñồ cấu trúc TðK dùng cho xe ñiện ngầm(metro) Sơ ñồ cấu trúc TðK tàu ñiện bánh sắt xe ñiện bánh Sứ cách điện Sơ lược giao thơng điện T Tính tốn hệ treo mắt xích Tổng quan hệ thống cung cấp điện cho giao thơng ñường sắt Tác ñộng ñiện ñộng dòng ñiện ngắn mạch Tác dụng nhiệt dịng điện ngắn mạch Trạm điện kộo tàu điện ngầm Tính tốn học hệ treo dây tiếp xúc Trạm ñiện kộo giao thụng thành phố Trạm ñiện kộo dũng ñiện xoay chiều Trạm điện kộo dũng điện chiều Tính đối xứng pha sóng hài lưới điện Tổng quan chung phương pháp Tính tốn cung cấp điện k cở sở lịch chạy tàu hệ thống mạng dây Tổng quan phần tử 137 Tính tốn đàn hồi lưới tiếp xúc Tính tốn chịu gió bão hệ thống lưới dây tiếp xúc TðK dịng chiều 3,3 kV đường sắt, đường chung chuyển ñiện áp 110 kV, 220 kV X Xây dựng đường cong dịng điện tiêu thụ đồn tàu lịch chạy tàu V Vật liệu sử dụng mạng điện kéo đặc tính điện chúng 139139 139 145 16 213334384043138 7149 14636785 142 89 74 76 103106106tiếp xúc 15215431107 94- MCA&TðK • LỜI NĨI ðẦU Giáo trình” Mạng cao áp Trạm ñiện kéo “ñược viết sở nội dung môn học tên dùng cho chuyên ngành “ Trang bị điện–điện tử Cơng nghiệp Giao thơng vận tải “ Khoa ðiện–ðiện tử,Trường ðại học Giao thông vận tải Hội đồng ngành thơng qua Nội dung giáo trình gồm chương bao quát hết nội dung “Hệ thống cao áp phân phối vịng ngồi “và kiến thức chung “Trạm ñiện kéo,mạng cung cấp ñiện kéo lưới dây tiếp xúc “cho giao thơng điện quốc gia thị.Giáo trình mang tính chất định tính lý thuyết,tuy kiến thức với đầy đủ cơng thức lý thuyết thực nghiệm kiểm chứng,nó cho phép áp dụng vào toán như: tập lớn,thiết kế mơn học đồ án tốt nghiệp.Hơn nữa,phạm vi ứng dụng cịn rộng,đó nghiên cứu,thiết kế,khai thác, vận hành hệ thống cung cấp điện cho Giao thơng điện điện khí hố Các tác giả dựa kinh nghiệm thực tiễn giảng dạy đào tạo chun ngành “ðiện giao thơng thành phố “ năm 70–80 kỷ trước Trường ðại học Giao thơng ðường sắt,đường (Tên Trường ðại học Giao thông Vận tải lúc giờ), với nghiên cứu dựa tài liệu (ở nước ngoài) lĩnh vực này, ñể ñưa vào giáo trình nội dung ñại Với tinh thần hướng tới việc đào tạo ðại học theo tín chỉ,giáo trình thể với nội dung trình bày thật rõ ràng cho người ñọc ngắn gọn khúc triết cho nội dung.Nhiều bảng biểu mang tính cơng nghệ dẫn ñể mong muốn giúp cho ñộc giả dễ dàng ứng dụng toán thực tế Các số liệu tham khảo,trích dẫn sử dụng từ nhiều sách tạp chí cơng bố cơng khai thị trường mạng internet (như phần tài liệu ñã nhắc tới), chúng ñã ñược lựa chọn nghiên cứu,phân tích cho mục đích phục vụ nội dung giáo trình u cầu Với lần đầu biên soạn hồn cảnh: nước ta chưa có km đường giao thơng điện (mặc dù Hà nội trước ñây có tầu ñiện tàu ñiện bánh hơi,ở mỏ than Quảng ninh có gng chạy điện từ thời Pháp thuộc đến ngày nay)và chưa có tài liệu nội dung Việt nam,cho nên chắc giáo trình cịn nhiều thiếu sót ni dung v hỡnh thc Giáo trình PGS-TS Đàm Quốc Trụ chủ biên viết chơng 1,2, TS Lê Mạnh Việt viết chơng 3,5,6 hiệu chỉnh, hoàn thiện toàn giáo trình Cỏc tỏc giả Hội ñồng ngành mong muốn nhận ñược góp ý bạn đọc,nhất đồng nghiệp cán kỹ thuật,chuyên gia liên quan tới lĩnh vực Mọi ý kiến xin ñược gửi về: Hội ñồng nghành ðiện–ñiện tử Khoa ðiện–ðiện tử Trường ðại học Giao thông Vận tải Hà Nội,xin chân thành cảm ơn Các tác giả Chương TỔNG QUAN VỀ CUNG CẤP ðIỆN CHO GIAO THÔNG ðIỆN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ GIAO THÔNG ðIỆN Các lĩnh vực sử dụng giao thơng điện bao gồm: giao thơng đường sắt có đầu máy ñiện kéo toa xe chở hàng chở khách, đồn tàu gồm toa xe gắn mơtơ điện thường dùng chở khách đường ngoại thành phố lớn; giao thơng thành phố có tàu ñiện bánh sắt, xe ñiện bánh hơi, tàu ñiện ngầm; giao thơng cơng nghiệp có đầu máy điện kéo xe gng chở than hầm lị, đầu máy ñiện kéo toa xe chở nguyên vật liệu cơng nhân xí nghiệp Tất loại giao thơng điện sử dụng lĩnh vực nêu có chung sở nguyên lý làm việc biểu thị khái qt q trình làm việc sơ đồ khối sau đây: Hình 1.12 ðC Trên sơ ñồ: 10 Hình 1.1 Nhà máy điện Trạm biến áp ðường dây cao áp pha Trạm ñiện kéo Dây cung cấp (phía mạng tiếp xúc) Dây (nối đất, nối ray) Hệ thống dây tiếp xúc ðầu máy ñiện Cần tiếp điện MCA&TðK • 10 ðường ray Tất loại giao thơng điện (trên đường ray) sử dụng lĩnh vực nêu ñều dùng ñộng ñiện kéo Việc truyền tải lượng ñiện từ nhà máy ñiện tới ñộng ñiện kéo ñặt ñầu máy toa xe ñược thực nhờ trạm biến áp, ñường dây cao áp với cấp ñiện áp khác trạm ñiện kéo Trong trạm ñiện kéo ñiện ñược biến đổi theo loại dịng điện điện áp phù hợp với loại ñộng ñiện kéo ñầu máy, sau theo hệ thống dây tiếp xúc điện ñược cung cấp ñến ñộng ñiện kéo ðộng ñiện kéo làm việc theo hệ truyền ñộng làm chuyển ñộng bánh xe ñầu máy (mạch vịng dịng điện theo đường ray trở trạm) Tầu ñiện bánh sắt Hà Nội ñược sử dụng từ năm 1920, ñồng thời khoảng thời gian đầu máy điện áp dụng ñể chở than từ hầm lò ñến bến Cửa Ơng (Quảng Ninh) đàu máy điện chở gng khai thác than hầm lị Ngót 70 – 80 năm Việt Nam giao thơng điện mỏ than Quảng Ninh Hà Nội ñã ñược khai thác ðó hệ thống điện chiều, nguồn điện máy phát điện chiều, cịn ñộng ñiện kéo ñộng ñiện chiều kíck từ nối tiếp Từ sau ngày giải phóng (1954) ñến ñã sửa chữa ñổi thay trạm phát ñiện trạm chỉnh lưu bán dẫn, riêng thành phố Hà Nội hệ thống giao thơng điện q cũ bị xố bỏ hồn tồn từ năm 1980 Áp dụng giao thơng điện ngành đường sắt, giao thơng thành phố vận tải cơng nghiệp có ưu việt sau: Giao thơng điện cho phép nâng cao cơng suất kéo ñầu máy tương ñối dễ dàng nhờ công suất lớn, tốc ñộ lớn nên khả chuyên chở khả thông qua nhanh Hiệu suất giao thông điện lớn Nếu khơng tính đến tổn hao điện hệ thống cung cấp ñiện tổn hao nhà máy điện (nhiệt điện) hiệu suất 29,5 – 33,4%, giao thơng điêzen có trị số hiệu suất 22,8 –23,8% Như hiệu suất ñầu máy ñiện cao ñầu máy ñiêzen khoảng từ (6,7 – 9,6%) Trên ñầu máy điện khơng có phận làm việc nhiệt ñộ cao chuyển ñộng tịnh tiến qua lại đầu máy điêzen, sửa chữa, giảm chi phí khai thác Do đặc tính điện, ñầu máy ñiện có gia tốc lớn ñầu máy ñiêzen, ñó sử dụng ñầu máy ñiện ñoạn ñường nhiều chỗ ñỗ thuận lợi Vì người ta thường dùng ñầu máy ñiện chạy khu vực ngoại thành phố để chun chở hành khách ðộng ñiện loại ñộng mang tính chất biến đổi lượng thuận nghịch Vì đầu máy điện chế độ kéo ñộng tiêu thụ ñiện năng, chế ñộ hãm máy phát điện đưa điện trở lưới Nhờ phương pháp hãm tái sinh (thu hồi ñiện năng) xuống dốc giảm tốc ñộ, ñầu máy ñiện trả lại lượng ñiện cho hệ thống cung cấp ñiện 6 Sử dụng dễ dàng tạo ñiều kiện ñể cải tạo kỹ thuật, khâu khác khí hố, tự động hố, cơng tác tu bảo dưỡng đường sắt, xếp dỡ hàng hố kho bãi, ñiều khiển tự ñộng ñiều khiển từ xa cải thiện ñiều kiện lao ñộng cho cán bộ, cơng nhân viên ngành đường giao thơng Áp dụng giao thơng điện đường sắt kết hợp giải việc điện khí hố lĩnh khác kinh tế quốc dân nằm khu vực ñường sắt ñi qua phạm vi bán kính từ 30 đến 60km (ở hai phía ñường sắt) khoảng từ 50 ñến 100km bán kính xung quanh trạm ñiện kéo ðầu máy ñiện kéo khơng có máy phát riêng đầu máy so với đầu máy ðiêzen nhẹ hơn, rẻ bền Cùng cơng suất đầu máy, trọng lượng ñầu máy ñiêzen gấp 1,5 ñến 1,7 lần trọng lượng ñầu máy ñiện, giá thành gần gấp ñôi so với ñầu máy ñiện ðầu máy ñiện khơng nhả độc, khơng có khói bụi, thuận tiện cho việc giữ gìn vệ sinh mơi trường cho hành khách, thành phố khu dân cư ñường sắt ñi qua Nhưng nhược ñiểm ñầu máy ñiện so với ñầu máy ñiêzen khái quát ñiểm sau ñây: Áp dụng sức kéo ñiện phải bỏ vốn ñầu tư lớn cho hệ thống cung cấp lượng ñiện ñường dây cao áp, trạm ñiện kéo, hệ thống dây tiếp xúc (cột, ñường dây ) Giá đầu máy điện bình qn 2/3 giá ñầu máy ñiêzen, ñầu tư cho mạng cung cấp ñiện gồm ñường dây cao áp, trạm ñiện kéo, hệ thống dây tiếp xúc (cột, đường dây ) có giá thành 2,5 lần giá ñầu máy Như phải có khối lượng vận chuyển tương đối lớn điện khí hố có khả thực được, khối lượng vận chuyển lớn cho phép hồn vốn đầu tư nhanh Tính động đầu máy ñiện yếu so với ñầu máy ñiêzen.Nhất xảy chiến tranh Vì ngồi đường sắt, cơng trình đường sắt thân đầu máy cịn có hệ thống mạng lưới cung cấp ñiện Sử dụng sức kéo ñiện gây nên ảnh hưởng ñối với hệ thống khác ảnh hưởng ñiện từ trường đường dây thơng tin liên lạc, ảnh hưởng dịng điện rị, phá hoại cơng trình ngầm lịng đất Các ảnh hưởng ñược nghiên cứu có biện pháp khắc phục, giảm thiểu 1.2 CÁC DẠNG GIAO THƠNG ðIỆN Giao thơng ñiện phân thành loại lấy ñiện từ mạng tiếp xúc loại tự hành Phổ biến, phát triển loại giao thơng điện tiếp xúc tức nhận ñiện từ dây dẫn tiếp xúc tức phải có hệ thống cung cấp điện kéo bao gồm: mạng ñiện tiếp xúc, trạm ñiện kéo hệ thống ñiều khiển cung cấp ñiện Giao thông ñiện tự hành: ñiện cần thiết cho việc vận chuyển ñược sản sinh máy phát điện đặt đầu máy (đồn tàu) ðiện sinh máy phát ñiện ñược ñưa ñến ñộng ñiện kéo MCA&TðK • Khảo sát đặc tính dạng giao thơng ñiện – giao thông ñiện tiếp xúc giao thông ñiện tự hành, theo sơ ñồ hình 1.2 Phát triển phổ biến giao thơng điện với lưới ñiện tiếp xúc ðặc biệt giao thông ñiện vận tải ñường sắt vận tải hành khách thành phố Trên ñường sắt sức kéo dùng ñể dịch chuyển đồn tàu đường ray gọi đầu máy ðầu máy nhận lượng ñiện từ mạng dây tiếp xúc gọi ñầu máy ñiện ðầu máy ñiện chở hàng dùng để kéo toa xe hàng nặng có lức kéo lớn tốc độ cực đại khơng cao (nhỏ 110Km/h), đầu máy chở khách có tốc độ tương đối cao (160,180Km/h đạt 200Km/h nữa) Giao thơng điện Tiếp xúc ðường sắt – ðầu máy ñiện – ðầu tàu chạy ñiện – ðầu tàu ñiện tốc ñộ cao Tự hành Thành phố ðường sắt Khơng ray – Xe điện bánh sắt – Xe ñiện bánh – Xe ñiện ngầm – ðầu máy ðiêzen – ðầu máy chạy khí – ðồn tàu ðiêzen – Vận tải ñiện bánh – Vận chuyển hàng bánh – Vận tải đặc biệt Hình 1.2 Các dạng giao thơng điện Dựa vào loại hình sức kéo ñiện ñược áp dụng, người ta phân thành ñầu máy ñiện chiều, ñầu máy ñiện xoay chiều ñầu máy ñiện hỗn hợp Phần ñầu máy bao gồm thùng xe giá ñỡ chuyển ñộng Thùng xe gồm nhóm đặt gầm xe có trục Trên ñầu thùng xe ñặt buồng lái tàu Các ñộng ñiện kéo ñặt giá đỡ qua chuyển động bánh chuyền mơ men quay cho trục bánh xe Chuyển ñộng bánh cho phép nhận tốc ñộ quay phần ứng ñộng ñiện kéo cao so với bánh xe dẫn động đầu máy ðiều có lợi với kích thước định cơng suất động điện kéo lớn tốc độ quay lớn nhiêu Kích thước giới hạn ñộng ñiện kéo phụ thuộc vào công suất Trên đồn tàu giới hạn đường kính bánh xe dẫn ñộng chiều rộng ñường ray Vì sử dụng động điện kéo chuyển ñộng quay nhanh cho phép nhận lực kéo lớn Thông thường ñộng ñiện kéo làm quay cặp bánh xe dẫn động truyền động gọi truyền động điện ðơi sử dụng truyền động cụm (nhóm), động ñiện kéo bảo ñảm làm chuyển ñộng quay trục Khi chuyển ñộng, dao ñộng phần học, vị trí dặt động điện kéo bánh xe dẫn động thay đổi (về khoảng cách) giới hạn định Vì truyền ñộng sức kéo với tất thay đổi cần phải đảm bảo truyền động tin cậy mơmen quay từ động điện kéo đến cặp bánh xe dẫn động Các u cầu để thực ñược biện pháp kỹ thuật ñộng ñiện kéo và ứng dụng truyền ñộng ñiện kéo phân tử ñàn hồi Trên khung giá đỡ đặt phận hãm khí, phần tử lò xo treo, thiết bị ñiện lại, máy biến thế, phần tử biến ñổi, khởi ñộng, hãm Thiết bị ñiều khiển máy phụ ñặt thùng ñầu máy Cần tiếp ñiện phần thiết bị ñặt ñầu máy Kết cấu ñại ña số ñầu máy cho phép sử dụng nhiều ñơn vị ñầu máy tập hợp, đầu máy riêng lẻ ñược nối với ñể tăng sức kéo, chỗ ñiều khiển sử dụng hệ thống ñiều khiển ñầu máy (trong buồng lái lái tầu) Khi hãm ñầu máy sử dụng hãm ñiện (ñiện trở, tái sinh) hãm khí hãm khí ñược cấu tạo tất ñoàn tàu chạy ñiện Cùng ñầu máy ñiện kéo ñoàn tàu hàng, tàu khách chạy tuyến đường dài ñầu máy ñiện công nghiệp với trọng tải khác ñược sử dụng kéo toa xe chở hàng đường sắt, xí nghiệp cơng nghiệp lớn, đầu máy điện dồn dịch đồn tầu ga ñường sắt, ñầu máy chở quặng làm việc mỏ than lịng đất Trong đặc tính kỹ thuật đồn tàu chạy điện, cơng suất lực kéo thường lấy theo chế ñộ làm việc Trong qúa trình làm việc thiết bị điện kéo phát nóng tổn thất điện phần tử đầu máy, nhiệt độ phát nóng trở thành thơng số giới hạn Tiêu chuẩn cơng mà với cơng nhiệt độ khơng vượt q nhiệt độ cực đại cho phép Khi đồn tàu chạy điện làm việc, giới hạn theo phát nóng thường ñạt ñược trước hết ñộng ñiện kéo Phát nóng động phụ thuộc vào cơng suất mà với cơng suất động làm việc phụ thuộc vào ñộ dài thời gian làm việc động Cơng suất động điện kéo cơng suất lớn trục động cơ, với cơng suất động bắt đầu làm việc từ nhiệt độ mơi trường xung quanh, làm việc thời gian khơng tăng nhiệt độ phát nóng phận lớn nhiệt độ mơi trường vượt q nhiệt ñộ cho phép (theo tiêu chuẩn quy phạm) Ngoài chế ñộ ñồng thời xác ñịnh chế ñộ dài hạn, quan hệ tỷ lệ công suất công suất dài hạn ñặc trưng cho khả tải ñộng ñiện kéo Tốc ñộ cực ñại ñoàn tầu chạy ñiện gọi tốc ñộ cấu tạo ðưa khái niệm giải thích tốc ñộ cấu tạo ñược xác ñịnh tốc ñộ quay phần ứng ñộng ñiện kéo ñạt giá trị cực ñại cho phép theo ñiều kiện ñộ gắn chặt dây quấn phần ứng ðồn tầu chạy điện dạng toa xe gắn mơtơ nối móc với ñược cấp ñiện từ lưới ñiện tiếp xúc dùng vận chuyển hành khách Thường đồn tầu chạy điện ñược sử dụng ngoại ô thành phố Tốc ñộ đồn tầu chạy điện ngoại thành phố ñạt 120 – 130km/h, thành phố với đạt tới 250km/h.Thơng MCA&TðK • 11 thường ñoàn tầu chạy ñiện cho phép thành lập từ 4,6,8,9,11 toa phụ thuộc vào lưu lượng hành khách Các toa xe cuối đầu đồn tầu chạy điện có buồng lái cho người điều khiển nhanh chóng quay nhanh ñoàn tầu ga cuối Những toa gọi toa điều khiển ðồn tầu điện chiều ñược sử dụng nhiều ñoạn ñường sắt với hệ thống điện khí hố dịng điện chiều, hệ thống dịng điện xoay chiều pha tần số cơng nghiệp điện áp 25kV có đồn tầu ñiện xoay chiều sử dụng ñộng ñiện kéo chiều với chỉnh lưu bán dẫn ñộng xoay chiều khơng đồng Tất đồn tầu chạy điện với hãm khí lắp ñặt hệ thống hãm ñiện – hãm tái sinh hãm ñiện trở Hiệu hãm tái sinh cao sử dụng toa xe tự hành khơng gian ngắn có mật độ vận chuyển lớn cho phép tiết kiệm ñến 30% ñiện ðường sắt tốc độ cao cho phép ñoàn tầu ñặc biệt chạy với tốc ñộ 200km/h Khái niệm ñường sắt tốc ñộ cao xuất sau ñưa vào khai thác tuyến ñường sắt chuyên dụng ñầu tiên Nhật vào năm 1964 ðến năm 2001 15 nước giới ñã khai thác 5000km ñường sắt tốc ñộ cao Trong thành phố, giao thơng điện có dạng sau: xe điện bánh sắt, xe ñiện bánh hơi, xe ñiện ngầm Xe ñiện bánh sắt – loại giao thông thành phố ray với sức kéo ñiện lấy lượng ñiện theo ñường dây tiếp xúc ðường ray phận không tách rời mạng điện kéo theo mạch ray dịng điện quay trở trạm điện kéo theo đường dây Xe ñiện gồm thùng xe giá ñỡ khung xe trục, phần trước thùng xe ñặt buồng lái cho lái tầu, phần lại ghế ngồi hành khách Các ñộng ñiện kéo ñặt giá ñỡ khung xe thường có số lượng ñộng ñiện kéo số lượng trục xe Các thiết bị điện khác cịn lại đặt gầm thùng xe thùng xe Ngồi toa xe gắn ñộng ñiện kéo móc thêm toa xe khơng gắn động điện kéo, thường thường toa xe gắn ñộng ñiện kéo nối với hai toa xe khơng gắn động điện kéo ðể cung cấp ñiện cho xe ñiện bánh sắt thường dùng hệ thống dịng điện chiều với điện áp dây tiếp xúc la 550 750V (ở Nga dùng ñiện áp 550V, ðức va Pháp 750V), cơng suất động điện kéo dao động từ 45 đến 80 KW Thường sử dụng động ñiện chiều, năm gần ñây ñã áp dụng động điện xoay chiều khơng đồng Xe ñiện bánh sắt áp dụng hãm hãm ñiện từ hệ thống hãm ñiện.Tốc ñộ xe ñiện bánh sắt nằm khoảng 50–90km/giờ Xe ñiện bánh dạng giao thơng điện đường ray dùng ñể chuyên chở tuyến ñường ôtô thông thường Lưới điện tiếp xúc xe điện bánh có hai dây tiếp xúc Năng lượng ñiện từ trạm ñiện kéo theo dây dẫn tiếp xúc cung cấp cho toa xe điện chuyển động theo dịng tiếp xúc cịn lại trở trạm điện kéo Cấu tạo cần tiếp ñiện xe ñiện bánh gồm cho phép xe ñiện bánh lệch với trục mạng dây tiếp xúc mà khơng có cản trở đáng kể Vì tính động xe ñiện bánh hẳn xe ñiện bánh sắt Tại thành phố lưới tiếp xúc xe ñiện bánh cung cấp dịng điện chiều với điện áp 550V ðộng ñiện kéo ñặt thùng xe xe ñiện bánh Nhờ trục chủ ñộng truyền động bánh làm chuyển động bánh xe dẫn ñộng Thùng xe xe ñiện bánh có giống lớn với xe buýt: Phần trước đặt buồng lái cho tài xế, phần cịn lại thùng xe dành cho hành khách Các phận khí thiết bị điện khác đặt thùng xe, phần nhỏ nhẹ ñặt ñầu xe Một dạng vận chuyển hành khách công cộng tiện nghi ñại xe ñiện ngầm (Mêtro), loại vận chuyển hành khách cơng cộng đường ray khơng ñi ñường phố Thường ñường sắt Metro ñặt lịng đất có đoạn mặt ñất ðường xe ñiện ngầm ñầu tiên ñược xây dựng London (Anh) vào năm 1863, lúc ñó sức kéo ñầu máy nước Sau sử dụng sức kéo điện xe điện ngầm phát triển mạnh mẽ Mỹ, Nga số nước Tây Âu ðiện cấp cho đồn tàu xe ñiện ngầm nhờ mạng ñiện kéo Trong mạng ñiện kéo cần tiếp ñiện lấy ñiện từ ray tiếp xúc từ dây dẫn tiếp xúc.Vì kích thước giới hạn ñường hầm nên việc lấy ñiện cho xe ñiện ngầm thường thực qua ray thứ (thường gọi ray tiếp xúc) ñặt bên cạnh song song với ñường ray chạy tàu (tàu ñiện ngầm Nga thùng cao mặt ray khoảng 160mm) Công suất động điện kéo đồn tàu điện ngầm vào khoảng 110kw, tốc ñộ cực ñại thường ñạt 90–100km/h ðặc ñiểm dạng tàu xe ñiện ngầm cho phép khoảng cách chạy tàu nhỏ khoảng 20–30 giây với tốc ñộ tự ñộng ñiều khiển chạy tàu cao Giao thơng ray khơng bánh xe nâng tốc ñộ chạy tầu lên cao, vận chuyển thành phố nước với tiện nghi an tồn tuyệt đối Chuyển động đồn tàu đảm bảo động điện tuyến tính Sử dụng giao thơng điện ray u cầu cao mức ñộ tự ñộng hoá với sử dụng hệ thống vi xử lý ñiều khiển chế ñộ chạy tàu Câu hỏi ơn tập,kiểm tra đánh giá chương 1/ Mơ hình sơ đồ khối hệ thống giao thơng ñiện 2/ Các dạng giao thông ñiện 3/ Tốc ñộ cấp ñiện áp phương tiện giao thơng điện 4/ Hình ảnh giao thơng điện quốc gia phát triển 5/Tình hình Giao thơng điện Việt nam kỷ qua MCA&TðK • 13 Chương HỆ THỐNG CUNG CẤP ðIỆN CHO GIAO THÔNG ðƯỜNG SẮT 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ðIỆN CHO GIAO THÔNG ðƯỜNG SẮT Hệ thống cung cấp điện cho giao thơng nhận điện từ hệ thống lượng tổ hợp nhà máy ñiện, trạm biến áp, lưới ñiện nối với thành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối ñiện Phần ñiện hệ thống lượng bao gồm máy phát nhà máy ñiện, ñường dây cao áp truyền tải ñiện năng, trạm ñiện mạng luới phân phối ñiện ñấu nối chúng phụ tải tiêu thụ ñiện Khi nối tất nhà máy ñiện, trạm biến áp ñiện lực ñường dây truyền tải ñiện thành hệ thống lượng việc phân phối truyền tải ñiện hiệu giảm chi phí cho sản xuất điện năng, giảm tổn thất ñiện tăng hiệu suất hệ thống ñiện Trên hình 2.1 dẫn ví dụ sơ ñồ cấu trúc phần ñiện hệ thống lượng ðiện áp phát nhà máy điện khơng vượt 21KV nên ñể truyền tải ñiện ñi xa phải qua trạm biến áp tăng áp lên 35; 110; 220KV ñưa ñiện ñến trạm phân phối giảm áp ñến mức ñộ cần thiết qua mạng hạ áp truyền tải ñiện ñến hộ tiêu thụ Các trạm điện kéo giao thơng điện ñược cấp ñiện từ trạm ñiện tương ứng hệ thống ñiện ñược gọi trung tâm cấp ñiện ðường dây truyền tải ñiện từ trung tâm cấp điện đến trạm điện kéo giao thơng ñiện thường có cấp ñiện 110 220KV Các trạm ñiện kéo mà giao thông thành phố thường nhận ñiện theo ñường cáp ñiện với ñiện áp 6, 10KV Các trạm ñiện kéo biến ñổi ñiện theo loại dịng điện mức điện áp để cung cấp cho ñoàn tàu chạy ñiện Từ trạm ñiện kéo theo ñường dây cấp ñiện mạng dây tiếp xúc qua cần tiếp ñiện trượt theo dây tiếp xúc, ñến ñộng ñiện kéo Qua ñường ray theo dây tiếp xúc dịng điện trở trạm điện kéo Ở nước khác giới loại sức kéo ñiện với truyền dẫn ñiện theo dây dẫn sử dụng hệ thống dây ñiện chiều (khơng đổi) hệ thống dây điện xoay chiều (biến ñổi) Hệ thống dòng ñiện chiều – Dòng ñiện pha tần số cơng nghiệp trạm điện kéo biến đổi thành dịng điện (một chiều) có điện áp phù hợp với ñiện áp ñộng ñiện kéo đồn tàu (đầu máy) Trong giao thơng đường sắt hệ thống dây ñiện chiều sử dụng cấp ñiện áp 3000V Trong giao thông công nghiệp dùng hệ thống dây ñiện chiều với cấp ñiện áp 1500V 750V Tăng ñiện áp mạng dây tiếp xúc lợi giảm tổn thất điện mạng ñiện kéo tăng ñược khoảng cách trạm điện kéo Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống lượng Nhà máy ñiện (Thuỷ ñiện,nhiệt ñiện…); Trạm biến áp phân phối; Máy bù ñồng bộ; Các ñường dây truyền tải ñiện năng; Cấp ñiện cho nhu cầu tự dùng nhà máy điện Hình 2.2 Sơ đồ chung cấp điện cho đồn tàu chạy điện đường sắt điện khí hố + 1: Tâm cấp ñiện (Trạm biến áp hệ thống ñiện lực); +2: ðường dây cao áp 1; 2’: ðường dây cao áp 2; MCA&TðK • 15 +3: Máy biến áp (Trạm ñiện kéo); +4: Bộ chỉnh lưu; +5: Dây cung cấp; +6: Dây về; +7: Mạng dây tiếp xúc; +8: ðồn tàu chạy điện; +9: ðường ray Cung cấp điện cho đồn tàu chạy điện tiếp xúc hình 2.2 Hệ thống dịng điện xoay chiều pha tần số cơng nghiệp (50Hz) – Dịng điện pha tần số công nghiệp nhờ máy biến áp trạm ñiện kéo biến ñổi ñiện áp ñạt mức theo yêu cầu phù hợp lưới tiếp xúc dạng dây ñiện pha Hệ thống xoay chiều pha tần số cơng nghiệp phổ biến với mức điện áp 25KV Trên đầu máy kéo điện đồn tàu chạy ñiện, máy biến áp giảm ñiện áp, sau ñó chỉnh lưu dịng điện để cung cấp cho động ñiện kéo chiều 2.2 SƠ ðỒ TỔNG THỂ CUNG CẤP ðIỆN Trên hình 2.1 sơ đồ tổng thể cung cấp điện phía ngồi cho đường sắt đơn chạy ñiện Trên sơ ñồ nối với nguồn cấp ñiện nhà máy ñiện trạm biến áp khu vực hệ thống ñiện quốc gia ðường truyền tải ñiện pha cấp cho trạm ñiện kéo (trạm biến áp trạm biến áp chỉnh lưu) ðiện áp đường dây cao áp từ 6kw đến 35kv,110kv 220kv, phụ thuộc vào loại ñường sắt chạy ñiện, công suất tiêu thụ khoảng cách nguồn cung cấp ñiện Phần hệ thống cung cấp ñiện từ nguồn ñến trạm ñiện kéo gọi cung cấp ñịên phía ngồi, phần cịn lại cung cấp điện phía cho ñường sắt chạy ñiện 1 11 3 3 10 Hình 2.3 Sơ đồ tổng thể cung cấp điện phía ngồi cho đường sắt đơn chạy điện Nhà máy ñiện (Trạm biến áp khu vực); ðường dây cao áp 110 kV; Trạm ñiện kéo; Dây cung cấp; Dây về; Dây tiếp xúc; Mạch ray; ðầu máy ñiện; Cần tiếp ñiện; 10 Phần cách ly; 11 Thiết bị nối Như hình 2.3 đồn tầu chuyển động nhờ cần tiếp ñiện nối với mạng dây tiếp xúc Như thiết bị đấu điện, lưới điện tiếp xúc thực dây tiếp xúc hệ dây treo mắt xích tiếp xúc Nếu phụ tải điện kéo lớn ñến mức tiết diện hệ dây treo tiếp xúc đủ lớn phải đặt nhiều dây song song với nó(dạng tăng cường) Như mạng tiếp xúc trường hợp chúng thiết bị dẫn điện có trở (điện trở, điện kháng hay tổng trở) tổ hợp dây tiếp xúc dây tăng cường với cáp treo cứng, dây dẫn phụ hệ dây xích treo tiếp xúc Các ñầu máy ñiện toa xe tự hành qua bánh xe nối điện vơí mạch ray Mạch ray vật dẫn ñiện ñược hiểu tổ hợp ñường ray, mối nối ñường ray nối ngang giữâ ñường ray thiết bị khác ñưa dây dẫn ñiện dọc ñường ray phân bố ñều dòng ñiện ñường ray riêng rẽ ðường ray khơng cách điện với đất đất xem dây dẫn song song, theo có phần dịng điện chảy qua.Phần dịng điện rẽ mạch từ ray xuống đất gọi dịng điện rị Dịng điện rị qua cơng trình kim loại ngầm ñất chỗ ñi kim loại tạo thành ăn mịn kim loại Các đầu máy ñiện toa xe tự hành nhờ có bánh xe nối ñiện với mạch ñường ray Mạch ñường ray thiết bị dẫn điện hiểu tổ hợp ñường ray, mối nối ray, nối ñiện ngang ray nối ngang ñường sắt ñồng thời thiết bị bảo ñảm dẫn ñiện qua mạch ray phân bố ñều dòng ñiện đường ray riêng biệt Giao thơng điện khơng ray có mạng tiếp xúc dây Mạch điện đường ray nối với trạm ñiện kéo nhờ dây dẫn gọi là: dây hút Khái niệm cụm từ cung cấp hút sử dụng khơng phụ thuộc vào cực dây dẫn mạch ray hệ thống cung cấp ñiện chiều hệ thống cung cấp ñiện xoay chiều Thiết bị nối dây dẫn hút với mạch ray gọi ñiểm hút Tổ hợp dây hút gọi mạng dây hút Dây tiếp xúc, dây hút về, dây cung cấp mạch ñiện ñường ray tạo thành mạng ñiện kéo Tất phần tử ñịnh nghĩa cho ta khái niệm giao thơng điện chiều, giao thơng điện xoay chiều, xe điện ngầm Giao thơng điện khơng ray khác chỗ thay vào ñường ray ñường dây dẫn tiếp xúc thứ 2, mạng tiếp xúc ñược thực với dây dẫn MCA&TðK • 17 2.3 CÁC SƠ ðỒ CUNG CẤP ðIỆN PHÍA NGỒI (hình 2–4) Các sơ đồ cung cấp điện phía ngồi cho giao thơng điện ña dạng phụ thuộc vào yêu cầu ñộ tin cậy, ñiều kiện nơi ñường sắt ñi qua quy ñịnh thiết kế Trong sơ ñồ sau từ ñến trạm ñiện kéo ñược cấp ñiện từ nguồn Các sơ ñồ từ tới trạm ñiện kéo ñược cấp từ nguồn Khảo sát sơ ñồ theo thứ tự hình vẽ: a Trường hợp có nguồn cung cấp Cung cấp phía cách nối móc (Sơ ñồ 1) ðộ tin cậy sơ ñồ hư hóng xảy điểm hệ thống dây cao áp (DCA) pha làm cho tất trạm ñiện kéo ngừng hoạt ñộng Trong sơ ñồ với ký hiệu: Nhà máy ñiện (hoặc trạm biến áp khu vực) Trạm ñiện kéo 2 2 Sơ ñồ Cung cấp phía cách nối thơng (Sơ đồ 2) ðộ tin cậy cố xảy ñầu ñường dây cao áp tồn trạm điện kéo (TðK) ngừng hoạt động, cịn có hư hỏng xảy ñiểm DCA làm ngừng hoạt ñộngcác trạm điện kéo phía bên phải 2 2 Sơ đồ Cung cấp phía nối hình tia.(Sơ đồ 3) ðộ tin cậy cao hai phương pháp sơ ñồ 1, Vì xảy hư hỏng điểm dây cao áp ngừng hoạt động trạm điện kéo Tuy nhiên có nhược điểm là: số lượng dây cao áp lớn, không kinh tế 1 2 2 Sơ ñồ Cung cấp điện phía khép kín.(sơ đồ 4) ðộ tin cậy lớn sơ đồ hư hỏng xảy ñiểm ñường dây cao áp khơng có trạm điện kéo phải ngừng hoạt ñộng Số lượng dây cao áp lớn hớn so với sơ ñồ 1, nhỏ nhiều so với sơ ñồ 2 2 Sơ đồ b Trường hợp có hai nguồn cung cấp Các nhà máy ñiện trạm biến áp khu vực ñược nối với thành hệ thống ñiện lưới quốc gia Song sử dụng nguồn ñiện từ hai nhà máy ñiện hai trạm biến áp khu vực ñể cấp ñiện cho ñoạn ñường sắt chạy điện Có thể sử dụng sơ đồ sau Cung cấp phía nối móc(sơ đồ 5) So với sơ ñồ cung cấp 1, cung cấp (sơ ñồ 5) có ñộ tin cậy cao xảy hư hỏng nguồn cung cấp Song hư hỏng xảy dây cao áp tồn trạm điện kéo ngừng hoạt động 1 2 2 Sơ ñồ Cung cấp phía nối móc (Sơ đồ 6) So với sơ đồ thêm đoạn dây cao áp nối từ trạm điện kéo phía cuối bên phải tới nguồn ñiện 2, nên hư hỏng xảy điểm dây cao áp khơng làm ngừng hoạt ñộng trạm ñiện kéo So với sơ đồ sơ đồ có ưu điểm số lượng dây cao áp đồng thời độ tin cậy cao có hư hỏng xảy nguồn MCA&TðK • 19 1 2 2 Sơ ñồ Trường hợp có hệ thống kép dây cao áp(đường dây mạch) với sơ ñồ 7,8 Tất sơ đồ trình bày áp dụng lại theo dạng cao áp kép, trường hợp độ tin cậy cao sơ đồ 8,9 trạm điện kéo cịn nối theo dạng: trung gian nối thông suốt(trạm 3,6) trạm trung gian nối móc(trạm 5,4), với trạm gốc 1 2 2 Sơ ñồ 2 2 Sơ ñồ Phụ tải kéo ñiện phụ tải loại ñảm bảo cấp ñiện liên tục không bị gián ñoạn, cố ñiện phải ñảm bảo hai yêu cầu sau ñây: – Phụ tải ñược cấp ñiện từ hai nguồn ñộc lập – ðảm bảo ñiện dự trữ cần thiết phải ñược cấp từ hệ thống dây cao áp kép ... ðại học Kinh doanh Công nghệ (1998 -hiện ): Email : damquoc _tru@ yahoo.com Họ tên : Lê Mạnh Việt Năm sinh ; 1949 Cơ quan công tác : Bộ mơn Trang bị điện.Khoa ðiện -điện tử ðại học Giao thông... hệ thống kép dây cao áp(ñường dây mạch) với sơ ñồ 7,8 Tất sơ ñồ trình bày áp dụng lại theo dạng cao áp kép, trường hợp độ tin cậy cao sơ ñồ 8,9 trạm điện kéo cịn nối theo dạng: trung gian nối thông... điện xoay chiều Ngắn mạch pha hệ thống với trung tính tiếp ñất Ngắn mạch pha lưới ñiện với trung tính tiếp đất cách ly Ngắn mạch pha lưới điện với trung tính tiếp đất cách ly Ngắn mạch mạng ñiện