Đang tải... (xem toàn văn)
phần đã được Trường Đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh phê duyệt, sử dụng đào tạo trong khối kiến thức chuyên môn của chương trình đào tạo ngành Hệ thống điện giao thông. Giáo trình này, được sử dụng là môn học cơ sở trong chuyên ngành Hệ thống điện giao thông và các ngành học chuyên môn gần. Để học học phần này, sinh viên cần được học trước các học phần cơ bản như: Trang bị điện công nghiệp và hạ tầng giao thông, Đường sắt đô thị... và các môn học cơ sở như Lý thuyết mạch điện, Máy điện, Điện tử công suất. Giáo trình được biên soạn gồm 7 chương với nội dung theo trình tự logic khoa học: giới thiệu hệ thống giao thông và tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế cung cấp nguồn: phân loại tái giao thông đường sắt chạy điện; xác định tài và tính toán tài phù hợp theo từng loại đường sắt; cung cấp nguồn điện kéo dòng một chiều; cung cấp nguồn điện kéo dòng xoay chiều một pha 25 kV50Hz và 15 kV16,7Hz; và cuối cùng là xu hướng cung cấp nguồn cho giao thông đường bộ trong tương lai gần. Trong mỗi chương, có rất nhiều ví dụ và bài toán giúp sinh viên dễ nhận biết và tiếp cận với môi trường thực tế cho việc tính toán thiết kế cung cấp điện và vận hành hoạt động, bảo trì hệ thống. Cuối mỗi chương đều có các câu hỏi ôn tập theo từng cấp độ, nhằm giúp sinh viên không chỉ ôn lại kiến thức cốt lõi mà còn hiểu sâu và mở rộng tầm hiểu biết thực tế. Nguồn điện trong hệ thống giao thông gồm 7 chương, do TS. Lê Xuân Hồng trưởng bộ môn Hệ thống điện giao thông làm chủ biên. Nội dung các chương do ThS. Nguyễn Thái giảng viên của bộ môn Hệ thống điện giao thông và chủ biên đồng biên soạn. Nội dung biên soạn trong giáo trình này được nghiên cứu từ rất nhiều nguồn tài liệu khác nhau trong quá trình giảng dạy, không rập khuôn hay sao chép bất kỳ tài liệu nào khác. Trong quá trình biên soạn chắc chắn còn nhiều thiếu sót do khách quan và chủ quan, nhóm tác giả mong muốn nhận được ý kiến phê bình và góp ý quý giá từ sinh viên và đồng nghiệp cho lần tái bản sau.
TS LE XUAN HONG (CHU BIEN) ThS NGUYEN THAI GIAO TRINH NGUON DIEN TRONG HE THONG GIAO THONG THANH PHO HO CHi MINH - NAM 2023 TS LE XUAN HONG (Cha bién) ThS NGUYEN THAI GIAO TRINH NGUON DIEN TRONG HE THONG GIAO THONG (Dùng cho sinh viên hệ đại học chun ngành Hệ thống điện giao thơng) THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH - NĂM 2023 LOI NOI DAU Gido trinh “Nguon dién thong giao thông” biên soạn dựa đề cương học phân Trường Đại học Giao thơng vận tải thành phó Hồ Chí Minh phê duyệt, sử dụng đào tạo khối kiến thức chun mơn chương trình đào tạo ngành Hệ thống điện giao thơng Giáo trình này, sử dụng môn học sở chuyên ngành Hệ thống điện giao thông ngành học chuyên môn gân Để học học phân này, sinh viên cần học trước học phân như: Trang bị điện công nghiệp hạ tầng giao thông, Đường sắt đô thị môn học sở Lý thuyết mạch điện, Máy điện, Điện tử công suát Giáo trình biên soạn gồm chương với nội dung theo trình tự logie khoa học: giới thiệu hệ thống giao thông tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế cung cấp nguồn; phân loại tải giao thông đường sắt chạy điện; xác định tải tính tốn tải phù hợp theo loại đường sắt; cung cấp nguồn điện kéo dòng chiều; cung cấp nguồn điện kéo dòng xoay chiều pha 25 kW/50H: 15 kV/16,7Hz; va cuối xu hướng cung cap nguồn cho giao thông đường hương, lai gân Trong chương, có nhiễu ví dụ tốn giúp sinh viên dễ nhận biết tiếp cận với môi trường thực tế cho việc tính tốn thiết kế cung cấp điện vận hành hoạt động, bảo trì hệ thơng Cuối chương có câu hỏi ơn tập theo cấp độ, nhằm giúp sinh viên không ôn lại kiến thức cốt lõi mà hiểu sâu mở rộng tam hiểu biết thực tế “Nguôn điện hệ thống giao thông” gồm chương, TS Lê Xuân Hồng trưởng môn Hệ thống điện giao thông làm chủ biên Nội dung chương đo Thế Nguyễn Thái giảng viên môn Hệ thống điện giao thông chủ biên đồng biên soạn Nội dung biên soạn giáo trình nghiên cứu từ nhiễu ngn tài liệu khác q trình giảng dạy, không rập khuôn hay chép bắt kỳ tài liệu khác Trong trình biên soạn chắn nhiều thiếu sót khách quan chủ quan, nhóm tác giả mong muốn nhận đượcý kiên phê bình góp ý q giá từ sinh viên va dong nghiệp cho lần tải sau Địa liên hệ: Bộ môn Hệ thống điện giao: thông, Khoa Điện - Điện tử viễn thông Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phơ Hỗ Chí Minh, sơ 70, đường Tô Ký, phường Tân Chánh Hiệp, quận 12, Thành phô Hồ Chí Minh Mọi góp ý xin gửi về: Bộ môn Hệ thông điện giao thông Xin chân thành cảm ơn! Thành phó Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 Nhóm tác giả MUC LUC TOL NOD A i56 s01 6ö0 0E 0SSNGDI\GGi0ãStSUSHGHHGIIXRNSINGhSNGIQiutAnigasasaa ) 0980921 - AẠR,), ),),.HHH ), , BẢNG KÝ HIỆU, VIET TAT BẢNG KÝ HIỆU, VIẾT TẮT (Tiếng Anh) DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MUC BANG BIEU CHUONG GIGI THIEU 1.1 Gidi thigu chung điện khí hóa đường sắt . . -c:22cvvzrscccscee 14 1.2 Nguyên lý cung cấp nguồn điện cho khí hóa đường sắt 15 1.3 Yêu cầu chung cung cấp điện đường sắt .-.2 222+cc2222vzrserrrverrrrrrvee 17 1.4 Tiêu chuẩn thiết kế cung cấp điện tham khảo .- -:-¿25252cz2255s+2 18 VAM 'TiêG ChHẾH/HGHE/RƯỚẾ i6 ygis666 61223600016 340086066 L0 Auoegdbeaisagoiaoss 18 1.4.2 Tiêu chuẩn quốc tế CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG CHƯƠNG PHÂN LOẠI GIAO THÔNG ĐƯỜNG SÁT CHẠY ĐIỆN 2.1 Giớithiệu 2.2 Giao thông đường sắt đô thị . 22+++222E+++2222E12222211 222211 C EE crrrkr 22 2:2:1 Tàu điện bánh h0i::¿s:s:össsssssiixsz5085556008381808000 B018 5.008100/01300038.060ã68s08 22 2.2.2 Tàu điện bánh sắt : ::: 2.2.3 Đường sắt hạng nhẹ . -2222++22221221222111222211112221111220111 2.012 crre 26 2.2.4 Đường sắt ray đơn 22222222+++22222212122222221111111222711111112 12111111 re 29 2.2.5 Đường sắt vận chuyển nhanh khối lượng lớn — MRT - -: + 30 2.3 Đường sắt ngoại ô 2.4 Đường sắt địa phương 2.5 Đường sắt đường đài nhe 24 2.6 Đường sắt hỗn hợp tốc độ cao 2+2++2222++222211222221112222112 2.11 ccrrk 38 D7 Đường SSttÊS đỗ €RØbassosbonotoapooetsoopidgBioet040MSsqteUfeagplupNuang 39 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2222222222222 222221122222111222112222112 crrkr 4I GHUONGä CONG SUAT TIỂU THỨ bác eeeseooogetllGieVA0I0TLSH0l280000s08 42 3.1 Chuyển động tàu - ¿++2222++t222EE++2222111222211122222112 22211 ccrrkx 42 làm ố ẽẽ 42 3.1.2 Đường cong tốc độ - thời gian chuyền động -ccccccz+ccvcvzveccee 42 3.1.3 Các định nghĩa yếu tố ảnh hưởng tốc độ hành trình -+ 45 3.2 Chuyển động học tàu . -.-¿-5222++22222+22222112222221112222112 22211 ccrrev 49 3:2:1 Sức cân chuyên động TÂU:sssssasaggtooiagoiiRintdttidobdduiadiotisleaugis 49 3.2.2 Yêu cầu lực kéo, công SUẤT, 33: Như cầu công suấttiêWtHỤosssssseessoaoussanggadeobiatogoasglsadadaste 56 la cố ố 00 tt TH TH TT 1121121121101 2grre 53 58 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG .-. 222-©2222222222212222211222222112227112222212ecrxe 68 CHUONG CUNG CAP DIEN GIAO THÔNG ĐƯỜNG SÁT CHẠY ĐIỆN DÒNG I(9000901199001 AA (a7 71 71 4.2 Yéu cau chung 43 Hệ thống cung cấp điện 4.3.1 Trạm điện lớn 4.3.2 Mạng phân phối nội -.2 2¿+22E++2++2EEE+++2222111222211112222112222212eccrrk, 77 44 Cấu trúe trạm điện KẾO:sssssuuguuagnugapussaeagitsgtuigudoieogasgiesaa 80 4.5 Bộ chuyển đổi nguồn AC/DC không điều khin c2:2222cccccczz 81 4.5.1 Bộ chỉnh lưu sáu tia cuộn kháng trung tính ¿5+5 s+cvxseexeerervrxee 81 4.5.2 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha 4.5.3 Chỉnh lưu hai cầu ba pha nối tiếp -.2-22+ 222E22t2E21522222112222212erEe, 88 4.6 Mạng phân phối công suất sức kéo điện ©2z++222++ztzvrzvzcrrrrrx 93 4.6.1 Mạng phân phối nguồn cung cấp từ hướng 4.6.2 Mạng phân phối nguồn cung cấp từ hai hướng 4.6.3 Mạch hồi lưu 4:64 Tráni đóng cất phân đưẠH consisngbdossansidoiiilodaogaHidiiodotucggodsaa 96 74 94 4.7 Dòng điện kéo dién Ap tiép XUC cccesscsssesssssseeesssseesesssseeesssssesesssseeseessseeeeess 96 4:7.Í Tiểu chuấn điệN ÉPisessabersyoodidisetioegsigtdiiga\0xgi8ig94105000v3ici30xgsd84 96 Ki ca 98 4.7.3 Tinh dòng sụt áp mạng cung cấp nguồn từ hướng 101 4.7.4 Tính dịng sụt áp mạng cung cấp nguồn từ hai hướng 104 AB) MG tS6 Vi WaeaseansennndinniitiididinRinidgiiinneiidERTTRĐ11.0/00038m dg 000320 106 l9 100:1900.149.009e 111 CHUONG CUNG CAP DIEN GIAO THONG DUONG SAT CHAY DIEN 25 KV 9.090 ic ca .132))L)HBH.,Ỏ 114 Sel Yêu cầu chung 5.2 Hệ thống cung cấp điện 5:3 Cấu trúc trạm điện kéo -¿- 2+ s21 11221121112111011101112111011101110111 01121 1e 116 5.4 Mãy Biến'ãptramdiền KÉDcssuttoissaesGsiotbt@eoeEge3qisgibloiwotaosauuai 118 5.4.1 6.5008 5.4.2 Máy Biển 'áp tiệt BHR snsassxuaBticatdsadtopiensqt40Saisaixusg ta etigetrasdia 120 5.4.3 Máy biến áp thiếu — tam giác mở -c2c:¿++222222v+errrrrrrrrrxeecrree 122 5.4.4 Máy biến áp tam giác 5.4.5 Máy biến ap Scott 5.5 Hệ thống phân phối công suất kéo 5.5.1 H6 thong 5.5.2 Hệ thống có BT dọc tuyến Leer 5.5.3 Hệ thống có AT doc tuy€th s ccsccsssssssesssssseessssssesesessvesssssseeessssseseeesseesessseeseeease 5.6 hẩn0AHiienssiaeiironiiiitinaxinnitx01200621606110 95806610 00586101810010031160403/4080104093/818.2C 5.6.1 'TT4fï Phân đöRÏsusasstgitilitG\gHEDRRHSSNIWOIRGWINGGURICIGSRRIiiAGuMglwssgi 5.6.2 Trạm phân đoạn phụ Điện áp dòng mạng uc Tiêu chuẩn điện áp 3.7.2 Trở kháng đường truyền 3.7.3 Điện áp tiếp xúc dòng điện kéo 5.8 ;ãi TráiT VỤ ueceicrkcorrniatoidttiigti0110160203013663039901501531166666616G132ETGESSi/0015201148.g01000300 159 li NT 119 sneer tet wan ns enter eS tiếp xúc CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 22222222++22222E2YEE+trttEEEEEvrrrrrrrrrrrrree 163 CHƯƠNG CUNG CÁP ĐIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG SÁT CHẠY ĐIỆN 15KV 90/71 — ÀÀ 165 6.1 Giới thiệu 6.2 Hệ thống cung cấp điện kéo 2222 22222+2222121222211212221112227122 1e 6.2.1 Hệ thông tẬ0 UfRổ bon unnbliobttIÐttgoEIESRNDEIGASORSGIADERHbHngseg 6.2.2 u10 800 ni mm ẻ 6.3 Bộ biến đổi tần SỐ sszssissisrsooisiiniatiEidtetttgiBiibigitioitdtiitttsttpiiesenteini 6.3.1 Bộ biến đổi quay . : 2222222222222222221222222222111121 2.21211111112111 re 6.3.2 000020001000 SẺ SẼ“ “ốc 6.4 Hệ thống cung cấp công suất kéo 6.4.1 Hệ thống trực tiếp 6.4.2 Hệ thống có BT đọc tuyến -¿-:-222222222222222211112222221211112 2221111 e7 172 6.4.3 Hệ thống có AT dọc tuyến -2-2222¿+22EE+2+2EEEE2E222211212221121222111 221 cee 173 G.i Phanichia phan doaticsisssocsevsessscisorssnsxoreosrssnrvsnmanosenssencsntseeanenernsvenatesusmpansseen 174 6.5.1 Trạm phan đoạn 6.5.2 Trạm phân đoạn GÂU HỘI ON TẬP CHƯƠNG n6 tiag 02a ga Gia tia tin G4 i0686/0088 066 176 CHƯƠNG CUNG CÁP ĐIỆN GIAO THÔNG SỨC KÉO ĐIỆN 171 2)8/9)/68:90 cd}34äŸ 7.1 — Giới thiệu 7.2 _ Hệ thống cung cấp điện kéo mạng tiếp xúc 7.2.1 Hệ thông nguồn cung cấp 7.2.2 Hệ thông phân phối công suất kéo 7.3 Hệ thống không tiếp xúc 7.3.1 Hệ thông nguồn cung cấp :- 7.3.2 Hệ thống phân phối công suất kéo CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 22¿+2222+2+22221212221112222211122221112 21211 BANG KY HIEU, VIET TAT STT Ký hiệu Giải thích A,B,C/ LAnc AC Các pha A,B,C/ đường cung cấp Dong xoay chiéu B/BS Thanh cái, trạm điện kéo BSS Tram điện lớn 10 CLS CTS D/L Mạng tiếp xúc Động lực tập trung Khoang cach 12 12 DTS/EMU DTT Động lực phân tán Máy hạ áp ba pha 13 DMU Hai chế d6 diesel — dién dong luc phan tan 11 AT BT CB DC Máy biến áp AT Máy biến áp BT Máy cắt Dòng chiều 14 15 F FL Day cap 4m (-25kV) Đường dây phân phôi điện kéo 16 FP Trạm cấp điện kéo 18 HV Cao áp 21 |Lpc 17 20 HSCB Máy cắt tốc độ cao DC IPT Truyền tải điện cảm ứng LF Mạch cấp (điện kéo) 23 24 25 LV MS MSW Trung áp/ Sơ cấp thấp áp Động đồng ba pha Đóng ngắt mạch 27 NC/NO Thường đóng/thường mở 29 30 OCS SR Mạng tiếp xúc treo cao Chỉnh lưu 22 26 28 31 |MTr |NS SII Liên kết DC Phía thứ cấp điện kéo Phan trung tinh Nghịch lưu pha AC 32 TPS Trạm điện kéo 33 34 TTr Usa Usp Uce Máy hạ áp pha TPS Dién ap pha A, B, C Nguồn cung cấp ngoài, kết nối từ đường dây truyền tải phân phối khu vực nơi có tuyến đường qua Cấp điện áp yếu tố quan trọng để đảm bảo độ tin cậy va chi phi đầu tư xây dựng hợp lý Thông thường, điện áp cung cập ngồi có giới hạn từ 11 kV đến 22 kV, điều tùy thuộc vào tiêu chuẩn quoc gia va mang lưới điện có khu vực Tuy nhiên, cách đáng tin cậy dựa kinh nghiệm đường sắt, trạm điện kéo yêu cầu cấp điện áp cung cấp tối thiểu 10 kV với đường dây cung cập đám bảo lực tin cậy an ninh cung cấp Để làm điều này, chúng cân có đường dây cung cấp riêng biệt chạy dọc tuyến thông qua nhiều trạm hạ áp dọc tuyến tùy theo chiều dài tuyến, nhiên, yêu cầu tối thiêu hai trạm hạ áp kiểu Các trạm gọi trạm hạ áp trung tâm, nguồn sơ cấp phô biến từ 35 kV đến 77 kV hạ áp xuống cấp điệnááp phổ biến từ 10 kV đến 22 kV 35 kV Điện áp cấp 11 kV đến 22 kV truyền dọc tuyến đường với đường dây mạch vịng khép kín Trạm điện kéo, tương tự đường sắt trạm điện có nhiệm vụ chỉnh lưu điện áp ba pha dịng xoay chiều tần số cơng nghiệp sang điện áp dòng chiều Cấu trúc trạm gồm chỉnh lưu, biến tần nghịch lưu hãm tái sinh, tủ điện cung cấp nguồn dòng xoay chiều, tủ điện phân phối dòng chiều thành phần điện liên quan khác Bộ chỉnh lưu gồm hai thành phần máy biến áp chỉnh lưu chỉnh lưu Mỗi trạm điện kéo trang bị tối thiểu hai chuyên đổi AC/DC (máy biến áp chỉnh lưu chỉnh lưu), trường hợp vận hành bình thường làm việc, lại chế độ dự phịng trường hợp tăng tải chu ky Máy sang cap nguôn áp máy biến chỉnh lưu biến áp chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi cấp điện áp sơ cấp, trung áp điện áp thấp phù hợp cho mạch chỉnh lưu Phía sơ câp máy biến áp kết nối với đầu vào ba pha từ IL kV đến 22 kV tan sé cơng nghiệp Phía thứ cấp áp cung cấp điện áp với số pha phù hợp cho mạch chỉnh lưu, mạch ba pha tam giác, mạch chỉnh lưu tia sáu pha Mỗi máy biến áp làm việc với chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp dòng xoay chiều ba pha thành điện áp dòng chiều (DC) điện áp yêu cầu Các chỉnh lưu có thé 1a loai ding diode khơng điều khiển, loại có điều khiển dùng thyristor IGBT Thông thường, phổ biến với loại chỉnh lưu khơng điều khiển dùng diode Bộ chỉnh lưu cầu xung, 12 xung 24 xung, thông thường 12 xung sử dụng phô biến trạm điện kéo DC giới Điện áp đầu chỉnh lưu cấp đến hệ thống mạng tiếp xúc, thông qua hàng loạt thiết bị dong ngắt bảo vệ mạch phân phối Các sơ đồ kết nối mạch chỉnh lưu AC/DC phổ biến sơ đồ sao/tam giác, tam giác/sao kiểu nối tiếp song song, kiểu tia ba pha kép Công suất trạm điện kéo dòng chiều phổ biến tir MW dén 10 MW cho chỉnh lưu tùy thuộc tải, lưu lượng tải khoảng cách trạm điện kéo công nghệ Khoảng cách hai trạm điện kéo chung cho tất khoảng 2,0 km đến 4,0 km xa lên đến 5,0 km cho loại tiếp Xúc treo cao Tủ điện phân phối bao gồm cầu dao đóng dương, cáp dẫn cực âm, âm cực âm), DC chứa thiết bị khí cụ điện phía dịng chiều, cắt cực đương (+), cầu dao đóng cắt cực âm (-), cáp dẫn cực cực dương, cực âm, cáp nối hồi lưu (từ dây cầu dao phụ tải mạch phân phối, máy cắt tốc độ cao mạch phân 181 phối, thiết bị đo lường điện áp DC, thiết bị đo lường dòng DC, chống sét van Hệ thống này, thiết bị khí cụ điện trạm điện kéo lắp đặt tủ kín nhà (kể chỉnh lưu điện áp AC/DC) Các cầu dao đóng cắt cực âm cực dương trước DC có nhiệm vụ đóng ngắt kết nối khơng tải Máy cắt DC tốc độ cao có nhiệm vụ bảo vệ q dịng cơ, q áp thấp áp, lắp đặt sau chung mạch phân phối Các cầu dao phụ tải lắp đặt sau máy cắt tốc độ cao, có buồng dập hồ quang nêu lắp đặt tủ kín, đóng ngắt có tải Các thiết bị đo lường phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng điều khiên đóng ngắt bảo vệ Tủ điện xoay chiều chứa thành phần phía nguồn xoay chiều, bao gồm hai mạch cấp vào mạch cấp đến chỉnh lưu, xoay | chiéu, dao cach ly, may cắt khí SF6, biến điện áp (PT), biến dong (CT), dao cach ly nối đất, chống sét thiết bị khác phục vụ cho giám sát điều khiển nguồn từ xa (SCADA), có khơng máy biến áp tự dùng 7.2.2 Hệ thống phân phối công suất kéo Hệ thống mạng tiếp xúc treo cao Phân phối cơng suất kéo dịng điện kéo thơng qua mạng tiếp xúc treo cao Cau trúc lắp đặt cho hệ thống yêu cầu tốc độ cao lên đến 120 km/h cho phép xe tự động tiếp xúc ngất vận tốc 90 kmh Bồ trí lắp đặt kiểu cột hai bên đường, kiểu cột đường, kiểu bồ trí cột bên đường Mạng tiếp xúc tương tự hệ thống tàu điện bánh hơi, với hai dây cực âm dây cực dương, hệ thống đường bánh nên dòng điện trở truyền dẫn theo đường dây thứ hai, tương ứng phương tiện trang bị cần tiép xúc hai cực, đường dây mạng tiếp xúc Khoảng cách phân chia phân đoạn trạm điện kéo trung bình 1,0 km phương pháp cung cấp nguồn từ hướng với cấp điện áp 600 V DC định mức, xa lên đến 5,0 km phương pháp cung cấp nguồn từ hai hướng với cấp điệná áp định mức 750 V DC Tuy nhiên, khoảng cách ngắn xa cụ thể phụ thuộc vào lưu lượng tải phương pháp lắp đặt mạng phân phối hệ thống tiếp xúc, với điều kiện điện áp thấp cho phép 400 V DC hệ thống 600 V DC, 500 V DC hệ thống 750 V DC So dé phân phối cung cấp dịng điện kéo mơ tả hình 7.2: hành sụt - Sơ Sơ áp Sơ đỗ phân phối kiều nguồn từ hướng, sơ đồ cầu trúc đơn giản dé vận bảo vệ, nhiên nhược điểm cấu trúc sụt áp lớn; đồ phân phối kiểu nguồn cung cấp từ hai hướng, cấu trúc có ưu điểm lớn nhỏ, nhiên cài đặt bảo vệ phức tạp; đồ phân phối kiểu nguồn cung cấp trung tâm, cấu trúc có ưu điểm lớn số thiết bị đóng ngắt bảo vệ hơn, nhiên cài đặt bảo vệ phức tạp, hạn chế cô lập phân đoạn cần kiểm tra sửa chữa định kỳ, cô bất thường Hệ thống ray dẫn mặt đất Ở hệ thống ray dẫn điện mặt đất nói chung, trạm điện kéo cung cấp công suất cho hai phân đoạn hai hướng (bên trái bên phải trạm) Mỗi phân đoạn có hộp điều khiển đóng ngắt cung cấp nguồn cho nhiều đoạn Hệ thống ray dan điện mặt đất SỬ dụng sô hệ thống cho tàu điện bánh sắt đường sắt hạng nhẹ sô năm qua theo công nghệ Alstom APS rât thành công 182 Tuy nhiên, kỹ thuật công nghệ cho xe điện bánh phiên khác phù hợp với chiều dài phương tiện thực nghiệm đánh giá tốt Ở hệ thống Alstom APS trạm điện kéo có cơng suất trung bình 0,5 MW/km, công suất lớn đoạn I MW cho tàu điện bánh sắt với tần suất phút/tàu/hướng, đoạn dài m Đối với hệ thống xe bánh hơi, công suất _cho trạm điện kéo từ MW/km đến 10 MW/km với tần suất giây/xe công suất đoạn 130 kW, đoạn dài 19 m, đường nhiều xe Trong trường hợp này, phân đoạn đóng điện mạch cực dương có phương tiện noi đất khơng có phương tiện chạy qua, mạch dây dẫn luôn trạng thái dẫn phân đoạn nguồn Đối với bánh hơi, nguồn cung câp dịng chiều với hai dây dẫn cực dương dây dẫn cực âm, nên thiết bị loại để tiếp xúc hai cực, đặt gầm xe Đối với công nghệ Elways ERS, sử dụng cho nguồn cung cấp dòng xoay chiều (800 V ÁC - 1.000 V AC) dòng chiều 750 V DC Trong trường hợp ngn chiều phận chỉnh lưu lắp đặt trạm AC, phân đoạn cung cập có chiều đài 50 m Sơ đồ phân phối cơng suất cho đường sắt đường mô tả hình 7.3 cho đường sắt 7.4 cho đường 7.3 Hệ thống không tiếp xúc 7.3.1 Hệ thống nguồn cung cấp Cơ cau trúc hệ thống khơng tiếp xúc (IPT) gồm có ba thành phần: nguồn cung cấp, phát thu tân số Nguồn cung cấp ngoài, kết nối từ đường day truyền tải phân phối khu vực nơi có tuyến đường qua Cấp điện áp yếu tố quan trọng dé dam bao độ tin cậy chi phi đầu tư xây dựng hợp lý Thông thường, điện áp cung cấp ngồi có giới hạn từ 11 kV dén 22 kV, điều tùy thuộc vào tiêu chuẩn quốc gia mạng lưới điện có khu vực Tuy nhiên, cách dang tin cdynhất dựa kinh nghiệm đường sắt, trạm điện kéo yêu cầu cấp điện áp cung cấp tối thiểu 10 kV với đường dây cung cấp đảm bảo lực tin cậy an ninh cung cấp Đề làm điều này, chúng cân có đường dây cung cấp riêng biệt chạy dọc tuyến thông qua nhiều trạm hạ áp dọc tuyến tùy theo chiều dai tuyến, nhiên, yêu cầu tối thiểu hai trạm hạ áp kiểu Các trạm gọi trạm hạ áp trung tâm, có cấp điện áp phổ biến sơ cấp từ 35 kV đến 77 kV hạ áp từ 10 kV đến 22 kV 35 kV Điện áp hạ ap tir 11 kV dén 35 kV sé truyền dọc tuyến đường với đường mạch vịng khép kín Đối với hệ thơng chun đổi thơng qua đường dây phân phối dịng chiều trạm điện kéo tương tự đường sắt trạm điện có nhiệm vụ chỉnh lưu điện áp ba pha dòng xoay chiều tần số cơng nghiệp sang điện áp dịng chiều Cấu trúc trạm gôm chỉnh lưu, tủ điện cung cập nguôn dòng xoay chiều, tủ điện phân phối dòng chiều thành phần điện liên quan khác Bộ chỉnh lưu gồm hai thành phần máy biến áp chỉnh lưu chỉnh lưu Mỗi trạm điện kéo trang bị tối thiểu hai chuyển đổi AC/DC (máy biến áp chỉnh lưu chỉnh lưu), trường hợp vận hành bình thường làm việc, lại chế độ chờ trường hợp cô 183 TPS: @ŒœP N(-) Cuối phân đoạn N(-)| |G)P b TPSa Cuối phân đoạn ® oO N(-)| |(H)P Đà Cuỗi phân đoạn E=.113 = So tị @ ====== = ———+5 Hình 7.2 Sơ đồ phân bố cung cấp dòng cho đường cao tốc chạy điện: a Từ hướng, b Từ hai hướng c Trung tâm Trong đó: (1) đải phân cách, (2) dây cực âm, (3) dây cực dương, TPS trạm điện kéo, N cực âm P cực dương 184 TPSa N(-) TPSn+ G)P N(-) (4) P Hình 7.3 Sơ đồ phân bố cung cấp nguồn cho tàu điện bánh sắt nguôn cung cấp từ hai ¡ hướng: a Sơ đồ cung cap nguồn tong quát, b Sơ đồ phân phối đơn lẻ c Sơ đồ phân phối kép Trong đó: (1) dây cực âm, (2) day cực dương, (3) hộp điều khiển ngudn, (4) doan con, (5) phan trung tính, TPS trạm điện kéo, N cực âm P cực dương 185 TPS, N(-) TPSn+1 G)P N(-) G)P Hinh 7.4 So đồ phân bố cung cấp nguồn cho xe điện bánh nguồn cung cấp từ hai hướng: a Sơ đồ cung cấp nguồn tong quat, b Sơ đồ phân phối đường hai xe hướng Trong đó: (1) cực âm, (2) dây cực dương, (3) hộp điều khiển nguồn, (4) đoạn con, (5) phần trung tinh, (6) dai phan cach TPS trạm điện kéo, N cực âm P cực dương 186 750V 0V Đối với hệ thống chuyển đổi dùng trực tiếp nguồn Xoay chiều sử dụng đường dây mạch vịng khép kín có câp điện áp I1 kV đên 35 kV câp cho máy biên áp chỉnh lưu phát Tủ điện xoay chiều chứa thành phần phía nguồn xoay chiều, bao gồm hai mạch cấp vào mach cấp đến chỉnh lưu, xoay ( chiéu, dao cach ly, may cat SF6, bién dién ap (PT), bién dong (CT), dao cach ly nối đất, chống sét thiết bị khác phục vụ cho giám sát điều khiển nguồn từ xa, có khơng máy biến áp tự dùng Máy biến áp chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi cấp điện áp sơ cap trung ap sang cập điện áp thấp phù hợp cho mạch chỉnh lưu Phía sơ câp máy biến áp kết nói với ngn áp đầu vào ba pha từ IIkV đến 35 kV tần số cơng nghiệp Phía thứ cấp máy biến áp cung cấp điện áp với số pha phù hợp cho mạch chỉnh lưu, mạch chỉnh lưu ba pha tam giác, mạch chỉnh lưu tia sáu pha Mỗi máy biến áp làm việc với chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp dòng xoay chiều ba pha thành điện áp dòng chiều (DC) điện áp yêu cầu Các chỉnh lưu loại dùng điode khơng điều khiển, loại có điều khiển dùng thyristor IGBT Thông thường, phổ biến với loại chỉnh lưu khơng điều khiển dùng diode Bộ chỉnh lưu cầu xung, 12 xung 24 xung, thông thường 12 trạm điện kéo DC giới Điệnááp đầu hệ thống đường dây cung cấp dòng chiều dọc tuyến, nghịch lưu tần số cao phát thông qua cac thiết bị hàng loạt thiết bị đóng ngất bảo vệ mạch phân phối) chỉnh lưu AC/DC phổ biến sau: xung sử dụng phổ biến chỉnh lưu cấp đến cung cấp trực tiếp cho trung gian (liên kết DC, Các sơ đồ kết nối mạch - Sơ đồ kết nỗi máy biến áp sử dụng sao/tam giác, tam giác/tam giác, tam giác/sao cho mạch cầu ba pha ba pha; - So dé tam giác/sao — tam giác, sao/sao — tam giác — tam giác/ tam giác — cho hai mạch cầu ba pha mắc nối tiếp song song Công suất trạm điện kéo dịng chiều phơ biến từ MW dén MW cho chỉnh lưu tùy thuộc lưu lượng tải khoảng cách trạm điện kéo, kiêu phân phôi công suât cuộn phát Tủ điện phân phối DC chứa thiết bị khí cụ điện phía dịng chiều, bao gồm cầu dao đóng cắt cực đơi (cực đương cực âm), cáp dẫn cực dương, cáp dẫn cực âm, cực dương, cực âm, cầu đao phụ tải mạch phân phối, máy cắt tốc độ cao mạch phân phối, thiết bị đo lường điện áp dòng DC, chống sét van Các thiết bị khí cụ điện trạm điện kéo IPT câp điện áp 750 V DC lắp đặt trongtủ kín Các cầu dao đóng cắt cực đơi trước DC có nhiệm vụ đóng ngất kết nối khơng tai May cat DC tốc độ cao có nhiệm vụ bảo vệ dòng cố, lắp đặt sau chung mạch phân phối Các cầu dao phụ tải lấp đặt sau máy cắt tốc độ cao, có buồng đập hỗ quang nêu lắp đặt tủ kín, đóng ngắt có tải Các thiết bị đo lường phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng điều khiển đóng ngất bảo vệ Bộ phát bao bao gồm thành phần: nghịch lưu điện áp xoay chiều tần số cao (vài kH đên vài chục kHz (20 kHz — 90 kHz), mạch bù LC, phát tân sô cao cuộn dây 187 Ls mạch từ (lõi sắt từ tính cao) Day thành phần có định nhúng đường Bộ thu bao gồm thành phần: chỉnh lưu điện áp xoay chiều tần số cao từ vài kH đến vài chục kHz (20 kHz — 90 kHz), mạch bù LC, nhận tần số cao cuộn day Lr mạch từ (lõi sắt từ tính cao) Đây thành phần di động gắn phương tiện giao thơng Trong trường hợp ví dụ hình 7.5, chuyển đổiở động ốt, cầu H DC/AC tương tự phía xe nêu muốn điều khiển chủ ¡ động phía nhận Ngồi đưa vào đầu cuối chỉnh lưu DC bo mạch Ị i i i lécm — DC/AC Vac, ° : =e = = = dẳ a KC Ro Us = = = Bộ phận phat li ACIDC lie, gut | Ls©¡© =Ì lạ La i i i phía nhận chỉnh lưu thụ gửi có thê sử dụng ra, chuyền đổi DC/DC diode hệ thống lưu trữ pin R lý ES Ur Ia Uae, hut => =————————-——-————- Bộ phận nhận > Hình 7.5 Sơ đồ cấu trúc mạch phát mạch nhận IPT Ký hiệu: Uae, in Điện áp chiều vào Uae, out Điện áp chiều lạc, In Điện áp chiều vào Tác, Out Điện áp chiều AC/DC Nghịch lưu tần số cao DC/AC _ Nghịch lưu tần số cao 1s, Us Dong, dién ap bén phat Cin Lién két DC vao Ci, Li,Ri Mach bu bén phat Ls Cuộn phat tan sé cao Cs I, Ur C2, L2,R2 Lr Lién két DC Dòng, điện áp nhận Mach bù bên nhận Cuộn nhận tần số cao Công suất phát tùy thuộc vào cơng nghệ, nhìn chung công suất nhỏ 50 kW va phổ biến 200 kW hiệu suất từ 92% đến 94%, tùy vào khoảng cách thu phát, ví dụ trường hợp Momentum Dynamics, tổng hiệu suất (từ cuộn phát đến pin) 300 kW từ 92% đến 94% khoảng cách khơng khí khoảng 7" (19 cm) 188 7.3.2 Hệ thống phân phối công suất kéo Cơ hệ thống phân phối mô tả vị trí lắp đặt cuộn phát với khoảng cách phù hợp chiều đài kích thước phát số lượng cuộn phát lắp đặt kề thành chuỗi Bộ phát (cuộn dây phát) lắp đặt đường ray chạy tàu, nên đường với hệ thống điều khiển giám sát trung tâm đóng ngất tập trung phân tán Các phận hệ thông gồm chuyền đổi công suất, phát công suất nhận công suất lắp đặt phương tiện Các thiết bị phát kết nối với nguồn cung cung cấp AC DC theo cấu trúc phân bơ khác nhau, có loại sơ đô phân bô Sơ đồ phân bố chuyển mạch tập trung, chuyển đổi tần số cao trạm trung tâm với mạch phân bố riêng đến điểm phát kiểm soát đóng mở trạm trung tâm, hình 7.6a Đặc trưng loại tất hệ thống điều khiển nghịch lưu DC/AC tập trung vị trí trung tâm, điều nhược điểm hệ thơng với nhiều bó cáp (dây phát cáp điều khiển) chiều dài gia tăng đến vi trí cuối so với trạm trung tâm Sơ đồ phân bố chuyển mạch phân tán hình 7.6b, trạm chuyền đổi trung tâm với đường dây trục chính, rẽ nhánh điểm phat với khóa đóng mở chỗ thơng qua điều khiển trung tâm Đối với loại chuyển mạch phân tán ưu điểm lớn hệ thống giảm sô lượng cáp điện từ nguồn trung tâm đến vị trí lắp đặt cơng suất lớn so với hệ thống tập trung Tuy nhiên, nhược điểm loại tổn thất điện đường dây cung cấp Loại chuyển mạch phân đoạn ray X: đường ray cung cấp điện phân đoạn (ray — X) hình 7.6c, bao gồm phân đoạn cung cấp, thành phần tự động đóng cắt bù đường tín hiệu điều khiển liên kết nối tiếp Ưu điểm nỗi bật loại chuyên mạch phân đoạn sử dụng nghịch lưu trung tâm cung cấp cho nhiều phân đoạn thông qua điều khiển đóng cắt phân đoạn phát phương tiện, nên đường ray cung cấp có phân đoạn làm việc phát phương tiện Với ưu điểm phương pháp giảm tổng chiều dai cáp cung cap điện mặt đất, giảm chi phí hệ thống đảm bảo xạ điện từ đáp ứng tiêu chuân Loại thí nghiệm đề xuất lõi sắt từ loại I Sơ đồ phân bố cơng nghệ Primove, hình 7.7, đường dây cung cấp điện áp 750 V DC cho tat trạm phát Tại đây, nghịch lưu DC/AC tai chỗ, nghịch lưu tần số 20kHz cung cấp cho phát công suất Sơ đồ cung cấp trực tiếp, hình 7.8, hệ thống chuyền đơi trực tiếp từ hệ thống AC ba pha tan số công nghiệp sang DC nghịch lưu AC tần số mong muốn cấp trực tiếp cho cuộn phát 189 Hình 7.6 Sơ đồ phân bố bán cung cấp nguồn công nghệ IPT: a Sơ đồ phân bố tập trung, b Sơ đồ phân bố phân tán c Sơ đồ phân bố kiểu ray X (6G KAIST) Trong đó: (1) nguồn cung cấp xoay chiều ba pha, (2) chỉnh lưu có điều khiên, (3) nghịch lưu, (4) mạch bù, (5) điều khiển, (6) đóng ngất, (7) cuộn phát, (8) phát 190 B 750 V DC B 750 V DC Hình 7.7 Sơ đồ phân bố cung cấp nguồn công nghệ Primove IPT: a Nguồn cung cấp dòng chiều b Sơ đồ phân bố cơng suất kéo (tram phat) Trong đó: (1) đường dây cung cấp DC, (2) cực đương, (3) dây cực âm, (4) công suất bên phát, (5) cuộn phát, (6) phát hiện, B 750 V DC, TPS trạm điện kéo chiêu, N cực âm, P cực dương St.IPT tram phat 191 Hình 7.8 Sơ đồ phân bố cung cấp nguồn công nghệ IPT trực tiếp: a Sơ đồ cuộn phát kiểu đĩa, b Sơ đồ cn phát kiểu ray Trong đó: (1) nguồn cung cấp xoay chiều ba pha, (2) chỉnh lưu có điều khién, (3) nghich lưu, (4) mạch bù, (5) điều khiển, (6) đóng ngất, (7) cuộn phát, (8) phát Vi du tinh hình sử dụng cơng nghệ IPT cho hệ thống giao thông điện đường phát triên mạnh Châu Âu: -_Ý quốc gia tiên phong cho thơng IPT khu vực có khoảng 40 xe buýt điện Genova va Torino da su dung céng nghé IPT Conductix — Wampfler 60 kW 120 kW với hiệu suất truyền lượng 95% sử dụng từ năm 2002 — 2003 đến nay; - Tiếp sau Bi với dự án DRIVE Flanders Lommel vào tháng 10 năm 2010 Bombardier Primove tiến hành xe buýt Van Hool công nghệ Bombardier Primove IPT; - Tính đến năm 2017 xe buýt điện IPT Châu Âu có quốc gia triển khai với tuyến xe buýt điện IPT, ví dụ như: quan vận tải Flemish De Lijn (Bì) thức vào hoạt động xe buýt A308 Van Hool tuyến 12 Bruges cung cấp điện không dây công nghệ Bombardier Promovie IPT 200 kW (năm 2015), năm 2016 hội dong quan Stockholms (Thuy Dién) vào vận hành thử nghiệm tuyến xe buýt điện IPT xe Scania dịng Citywide LE 4x2 tuyến số 755 Sưdertälje Tuyến sử dụng công nghệ Bombardier Promovie IPT 200 kW tai tram dừng đón trả khách với thời gian sạc nhanh phút, công suất pin 56kWh, tháng năm 2015 quan vận tải khu vực Rhine — Neckar (Đức) thức vào hoạt động tuyến xe buýt số 63 khu vực Mannheim, tuyến sử dụng xe bt Hess dịng Swiss Primove cơng nghệ sạc khơng dây Bombardier Promovie IPT 200 kW với thời gian sạc nhanh tuyến thời gian dừng trạm đón trả khách 30 giây đến phút sạc qua đêm 14 phút 192 CAU HOI ON TAP CHUONG Cau Tại điện khí hóa đường xu hướng tương lai? Cau Điều ảnh hưởng đến tiến trình điện khí hóa đường bộ? Cau Các cơng nghệ có cho tiễn trình điện khí hóa đường bộ? Cau Những đặc trưng hệ thống cung cấp điện tiếp xúc qua đường dây treo cao? Cau Những đặc trưng hệ thống cung cấp điện tiếp xúc qua đường dẫn mặt đât? Cau Những đặc trưng hệ thống cung cấp điện không tiếp xúc phương tiện giao thơng? Giải thích ngun lý cung cấp nguồn cho xe tải điện đường cao tốc? Giải thích nguyên lý cung cấp nguồn cho xe buýt chạy điện thông qua đường dân điện mặt đât? Cau Giải thích nguyên lý cung cấp nguồn cho tàu điện bánh sắt điện thông qua đường dân điện mặt đât? Cau 10 Giải thích nguyên lý cung cấp nguồn cho xe điện bánh xe buýt thông qua hệ thông không tiêp xúc? Cau 11 Giải thích nguyên lý cung cấp nguồn cho tàu điện bánh sắt điện thông qua hệ thông không tiêp xúc? Cau 12 Mơ tả giải thích ngun tắc làm việc chuyền đổi cung cấp nguồn không tiếp xúc kiêu tập trung? Cau 13 Mô tả giải thích nguyên tắc làm việc chuyên đổi cung cấp nguồn không tiệp xúc kiêu phân tán? Cau 14 Mơ tả giải thích ngun tắc làm việc chuyển đổi cung cấp nguồn không tiêp xúc kiêu đơn lẽ? Cau 15 Mơ tả giải thích nguyên tắc làm việc chuyền đổi cung cấp nguồn không tiêp xúc loại Primove IPT? Cau 16 Mô tả giải thích nguyên tắc làm việc phát khơng dây? Cau 17 Mơ tả giải thích nguyên tắc làm việc thu không dây? Cau 18 Chiều dai đoạn hệ thống tiếp xúc mặt đất cho xe điện bánh có ý nghĩa gì? Cau 19 Chiều dài đoạn hệ thống tiếp xúc mặt đất cho tàu điện bánh sắt có ý nghĩa gì? 193 TAI LIEU THAM KHAO LH Andreas Steimel DỊ Christos N Pyrgidis “Railway Transportation System: Designs, Contruction and Operation” CRC Press Taylor & Francis Group 2016 Dusan Teodorovic, Milan Janic “Transportation Engineering: Theory, l3] [4] [5] [6] “Electric Traction: Motive Power and Energy Supply” [TM InnoTech Medien 2" edition 2019 Practice, and Modeling” Elsevier 2017 Friedrich Kiessling, Rainer Puschmann, Axel Schmieder, Egid Schneider “Contact Lines for Electric Railways: Planning, Design, Implementation, Maintenance” Publicis Corporate Publishing 3rd edition 2018 Morris Brenna, Federica Foiadelli, Dario Zaninelli “Electrical Railway Transportation Systems” IEEE Press John Wiley & Son 1“ edition 2018 Satish Chandra, M.M Agarwal “Railway Engineering” Oxford University Press First published 2007 Ứ] TCRP “Transit Capacity and Quality of Service Manual” Research Board Washington, D.C 2013 Transportation [8] V A Profillidis edition 2016 Routledge [9] Vukan R Vuchic “Urban Transit System and Technology” John Wiley & Sons 194 2007 “Railway Management and Engineering” 4th TS LE XUAN HONG (Chi bién) ThS NGUYEN THAI GIAO TRINH NGUON DIEN TRONG HE THONG GIAO THONG (Lưu hành nội bộ) TRUONG DAI HQC GIAO THONG VAN TAI THANH PHO HO CHi MINH Sé6 - V6 Oanh, Phuong 25, Quan Binh Thanh, TP Hồ Chí Minh Phát hành năm 2023