Mạng cao áp và trạm điện kéo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI TẬP ÔN TẬP MẠNG CAO ÁP VÀ TRẠM ĐIỆN KÉO HÀ NỘI Tháng 07 năm 2016 A Phần lý thuyết Câu Phân loại giao thông điện thành phố, trình bày ưu, nhược điểm giao thông điện với giao thông diezen a b Phân loại: Xe điện bánh Xe điện bánh sắt Xe điện ngầm Ưu,nhược điểm Ưu điểm: - Nguồn lượng cung cấp cho động điện kéo giao thông điện không giới hạn cho phép nâng cao công suất kéo đầu máy, tốc độ lớn giúp vận chuyển hang hóa hành khách thông qua nhanh, cho phép khối lượng vận chuyển với tốc độ lớn - Hiệu suất giao thông điện lớn - Giảm chi phí khai thác sửa chữa - Đầu máy điện có gia tốc lớn diezen nhiều nên thuận lợi sử dụng đoạn đường có nhiều bến đỗ - Có khả trả lượng điện lưới tàu có sử dụng động điện kéo nên hiệu suất cao - Áp dụng điện khí hóa đường sắt kết hợp giải điện khí hóa lĩnh vực khác of kinh tế quốc dân - Hiệu suất gtd lớn diezen,đầu máy điện nhẹ hơn,bền so vs đầu máy diezen - Đầu máy điện không nhả khí độc - Sử dụng phương tiện gtd dễ dàng giúp nâng cao cải tiến khí hậu đặc biệt với trình tự động hóa giao thông Nhược điểm - Vốn đầu tư lớn - Tính động đầu máy diezen - ảnh hưởng điện từ đến thiết bị thông tin lien lạc Page | Câu Vẽ sơ đồ trình bày đặc điểm sơ đồ mạng điện kéo xoay chiều pha tần số công nghiệp sử dụng mba pha cuộn dây đấu theo sơ đồ Y/∆ Đặc điểm: - Để đảm bảo khả làm việc song song hệ thống trạm điện kéo liền kề phần bên phải máy biến áp trạm điện kéo phải mắc pha giống phần bên trái trạm điện kéo phía trước - Để đảm bảo tính chất phụ tải cân pha phải chiụ tải nặng chu kỳ Câu Trình bày tác động điện động học dòng điện ngắn mạch - Ảnh hưởng dòng ngắn mạch : sảy ngắn mạch dòng điện ngắn mạch phần đẫn dòng thiết bị liên quan chịu lực học bị phá hủy.trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện thiết bị làm việc thường không lớn,tác dụng lực học chúng không đáng kể,nhưng xảy ngắn mạch dòng điện tăng lên hàng chục lần tác dụng lực học chúng đạt đếm giá trị nguy hiểm Xét lực tác động tương hỗ dây mang dòng điện i1 i2, chiều dài l đắt song song cách khoảng a: Page | Thì ta có lực tương hỗ sau: 𝑙 F=±2,04.i1.i2 .10-7 𝑎 Trong hệ thống dòng điện pha tác dụng lực điện động dây dẫn pha khác không đồng thông thường hệ thống 3pha đặt mặt phẳng cách khoảng đó,kết xuất khác lực điện động dây đẫn pha đầu pha ngoai cùng,lực điện động lớn tác động vào dây dẫn pha Xét hệ dẫn dây đặt song song cách khoảng a: Giả sử: IA =Imax.sinφ, IB = Imax.sin(φ – 120), IC = Imax.sin(φ +120) Ta có lực tác động vào dây dẫn A: 1 𝑎 2𝑎 FA = FAB + FAC = 2,04.10-7.(iA.iB + iA.iC ) =2,04.10-7.ia (iB + 0,5iC) 𝑎 𝑙 Vậy FAmax = ±1,65.I2max .10-7 𝑎 Tương tự la xét pha B: 𝑙 FBmax = ±1,76.I2max .10-7 𝑎 𝑙 Vậy lực tác dụng lớn la Fmax = 1,76.I2xk .10-7 𝑎 Page | Ixk = 1,8.√2.Inm Khi tính toán độ bền lực học ta phải tuân theo lực tác động dây pha Câu Trình bày yêu cầu chung độ tin cậy nguyên tắc trữ phần tử hệ cung cấp điện a Yêu cầu chung độ tin cậy hệ thống CCĐ - Chọn sơ đồ phù hợp để đạt độ tin cậy cần thiết,tính động cao,tính mềm dẻo,tính kinh tế,tính an toàn….tuy nhiên để đạt tất tiêu chí khó.vì số tiêu chí mâu thuẫn với - Độ tin cậy đánh giá theo số lượng trạm điện kéo tiếp tục hoạt động xảy ngừng hoạt động đường dây cao áp - Dự trữ phận riêng lẻ hệ thống phương pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy b Những nguyên tắc trữ phần tử hệ thống CCĐ - Dữ trữ thiết bị bổ xung để thay thiết bị tương ứng nguyên nhân ngừng hoạt động - Chọn thông số thiết bị vs trữ định,sao cho loại bỏ phần tử phận hệ thống không dẫn đến mạch ngưỡng cho phép phần tử,các khâu liên quan….biện pháp trữ số lượng chúng tiếp đến theo công suất - Riêng trữ TĐK thực dạng trạm điện kéo tự hành tổ máy dùng để thay tổ máy tương ứng TĐK - Tất phần tử hệ thống CCĐ trữ Câu Phân loại mạng tiếp xúc, trình bày đặc điểm vật liệu sử dụng Mạng tiếp xúc a Phân loại: Loại mạng dây treo không Theo kiểu phụ thuộc vào cách treo không: kiểu đơn giản (kiểu đơn giản treo cứng, kiểu đơn giản treo mềm có đàn hồi), kiểu xích (kiểu xích cứng, kiểu xích mềm với kiểu xích treo dây, kiểu xích treo mềm dây), treo kiểu phức hợp Theo cách neo dây: không bù, bù phần, bù toàn Page | Theo cách căng dây mặt phẳng mạng TX: treo thẳng đứng, căng nghiêng phần, căng nghiêng toàn phần Mạng tiếp xúc ray thứ đặt cạnh ray b Đặc điểm phần tử hệ thống mạng dây tiếp xúc Dây dẫn điện tiếp xúc Vật liệu: đồng, đồng thau, thép, lưỡng kim nhôm – đồng Hình dạng tiết diện: hình mang cá mang cá dẹt Diện tích tiết diện: 65, 80, 100mm2 dùng cho giao thông thành phố, mỏ, xí nghiệp; 120, 150mm2 dùng cho đường sắt Dây cáp đỡ, dây cáp mang Cấu tạo: kim loại nhiều sợi Vật liệu: đồng, nhôm, thép, lưỡng kim (thép nhôm) Dây cáp tăng cường: dây cấp điện từ trạm điện kéo mạng tiếp xúc dây thu hồi từ ray trạm sử dụng dậy nhôm hay dây thép Sứ cách điện: Có loại phổ biến: sứ căng dây, sứ treo dây, sứ Câu Trình bày đại lượng điện đặc trưng cho làm việc hệ thống CCĐ cho GTĐ (đối với mạng điện kéo) a Dòng điện phát nóng Dòng điện trung bình trị số trung bình cộng dòng điện sau khoảng thời gian tính toán Dòng điện hiệu dụng trị số dòng điện chiều (không đổi trị số) tương đương tác dụng nhiệt với dòng điện biến đổi theo thời gian sau khoảng thời gian xác định Giả thiết đối tượng phát nóng vật thể đồng với độ dẫn nhiệt vô lớn, xác định độ tăng nhiệt độ vật thể  so với nhiệt độ môi trường:     (1  et /T )   0et /T Trong đó:   nhiệt độ phát nóng xác lập, đo c T số nhiệt thời gian phát nóng, đo s t thời gian từ lúc bắt đầu phát nóng, đo s  nhiệt độ phát nóng ban đầu, đo c Dòng điện cực đại tổng tất dòng điện khởi động số lượng đoàn tàu lớn nằm phân đoạn lưới tx khảo xát Page | Dòng điện ngắn mạch: xảy tượng ngắn mach xa TĐK , dòng điện ngắn mạch nhỏ dòng điện tự phát máy cắt phải có biện pháp bảo vệ đặc biệt b Điện áp tổn thất điện áp Điện áp cần tiếp điện đoàn tàu thay đổi phạm vi rộng Thay đổi điện áp thay đổi ngắn hạn lặp lại thay đổi dài hạn Tổn thất điện áp: hiệu số học điện áp điểm đầu điểm cuối lưới điện Đánh giá tổn thất điện áp tổn thất điện áp trung bình điện áp đến điểm cuối đoàn tàu điểm phân chia dòng điện trường hợp cung cấp phía Độ sụt áp: hiệu số vecto điện áp điểm đầu điểm cuối lưới điện c Tính đối xứng pha sóng hài lưới điện Trong lưới điện kéo chiều, chỉnh lưu TĐK đóng vai trò cân phụ tải theo pha hệ thống cao áp phía Tính chất đối xứng pha ko bị ảnh hưởng nhiều Trong lưới điện kéo xoay chiều tính đối xứng pha mạng cao áp phía thể rõ có pha chịu tải yếu so với pha lại Nguồn ảnh hưởng sóng hài: Do biến đổi tĩnh điện đặt TĐK đầu máy biến đổi dòng xoay chiều thành dòng chiều hay thiết bị phụ khác sinh Điện áp đầu biến đổi chứa nhiều thành phần phụ tải có sóng hài tần số bậc cao với biên độ khác Câu Trình bày khái quát tượng ngắn mạch mạng điện kéo điều kiện để trọn dòng điện đặt cho thiết bị bảo vệ Khái quát tượng ngắn mạch mạng điện kéo Nguyên nhân: Do phá hủy cách điện dây dẫn MTX, chặn ngang sứ cách điện điện áp, phá hủy tiếp xúc cần tiếp điện lưới tx, phá hủy cách điện đường dây cáp hồi lưu cung cấp Phân loại: - Theo khoảng cách so với TĐK: ngắn mạch gần TĐK ngắn mạch xa TĐK - Theo tính chất: ngắn mạch qua tx kim loại, qua tia lửa điện, qua tiếp đất mạch dòng điện dây tiếp xúc bị đứt rơi xuống đất, phá hủy cách điện lớp tx cáp Page | Vấn đề bảo vệ: Dòng điện ngắn mạch gần trạm lớn nhiều dòng phụ tải cực đại tạo nguy hiểm dây dẫn thiết bị điện tác dụng điện động tác dụng nhiệt Được bảo vệ hệ thống máy cắt tác dụng nhanh Dòng điện ngắn mạch xa trạm so với dòng điện phụ tải cực đại nhỏ, khó phân biệt với dòng điện đỉnh phụ tải trường hợp bình thường Điều kiện để trọn dòng điện đặt cho thiết bị bảo vệ  Đối với xe điện tàu điện thành phố 0,85Inmmin ≥ Idn ≥ 2IA + C Trong đó: 0,85: hệ số dự trữ IA: dòng điện trung bình đoạn cần bảo vệ lưới, A C: Hằng số 800A xe điện bánh hơi, 1000A toa loại xe điện bánh sắt 2000A toa xe điện bánh sắt  Đối với giao thông điện đường sắt Ittmax + 100 ≤ Idn ≤ Innmin – 200 Trong đó: Ittmax = IAkmax Câu Trình bày dòng điện rò biểu đồ điện ray Dòng điện rò: Dòng điện rò phần dòng điện hồi lưu rẽ nhánh xuống đất Nếu gần sát đường sắt đặt công trình ngầm kim loại phần dòng điện vào công trình ngầm trở mạch đường ray Vùng Anot vùng đoạn đường sắt có dòng điện rẽ nhánh từ ray vào đất đường ray có điện cao điện đất Vùng Catot: phần mạch ray mà dòng từ đất trở có điện thấp đất Hiệu ứng song song với đất ảnh hưởng không lớn đến tổn thất điện áp cần tiếp điện đoàn tàu, song dòng điện rò vào đất ảnh hưởng đến công trình ngầm trình ăn mòn kim loại vị trí từ công trình ngầm Page | Biểu đồ điện ray: L: Chiều dài khu đoạn ip: trị số dòng điện phụ tải phân bố x: tọa độ điểm tính toán U p : tổn thất điện áp mạng đường ray U x : tổn thất điện áp điểm tính toán roP: điện trở mạch ray x0: hoành độ mặt cắt trung bình U ( p 3) x : điện ray tương ứng với điện không đất +S, -S: điện tích tương ứng trị số dòng điện y3, x1: trục phản ảnh mức điện đất Câu Trình bày tác động nhiệt học dòng điện ngắn mạch Ứng dụng để tính toán nhiệt độ cuối vật dẫn Dòng điêṇ cha ̣y dây trầ n hoă ̣c dây bo ̣c cách điê ̣n đề u tỏa mô ̣t lươ ̣ng nhiêṭ chế phát nóng, dòng điêṇ làm viê ̣c và dòng điêṇ ngắ n ma ̣ch Mu ̣c đích của Page | tiń h toán nhiêṭ là xác đinh ̣ nhiê ̣t đô ̣ phát nóng của dây dẫn có dòng điê ̣n cha ̣y qua dài ̣n ở chế đô ̣ làm viê ̣c bình thường và dòng ngắ n mach tức thời và so sánh chúng với nhiêṭ đô ̣ cực đa ̣i cho phép đố i với các dây dẫn làm viêc̣ làm viê ̣c dài ̣n để cho ̣n dây dẫn đảm bảo với nhiê ̣t đô ̣ phát nóng làm viê ̣c -Về phát nhiêṭ ở chế đô ̣ làm viê ̣c dài ̣n Dòng điêṇ dây dẫn lâu dài dẫn đế n chế đô ̣ phát nóng ổ n đinh ̣ của dây dẫn Trong chế đô ̣ này nhiê ̣t lươ ̣ng tỏa dây dẫn Q bằ ng tổ ng các nhiê ̣t lươ ̣ng làm nóng dây dẫn Q1 và nhiê ̣t lươ ̣ng Q2 khuyế ch tán môi trường xung quanh mà dQ = dQ1 + dQ2 đó dQ1 vi phân nhiêṭ lươ ̣ng làm nóng dây dẫn có khố i lươ ̣ng G, nhiêṭ dung riêng c, và đô ̣ tăng nhiêṭ đô ̣ dτ dQ1 = G.c dτ dQ2 là vi phân nhiê ̣t lươ ̣ng tỏa môi trương bên ngoài thời gian dt, với ̣ số truyề n nhiêṭ k (W/cm2.K), F là diê ̣n tích bề mă ̣t dây dẫn (cm2), đô ̣ chênh lê ̣ch nhiê ̣t giữa với bề mă ̣t môi trường τ (K) dQ2 = k.F τdt Coi điê ̣n từ của dây dẫn r không đổ i, dòng điêṇ dây dẫn I dQ = I2.r dt Giải phương trình vi phân ta có: τ = 𝐼 𝑟 𝑘𝐹 𝑘𝐹 𝐺𝑐 (1-𝑒 ) Trong đó t là thời gian giây Đă ̣t T = Gc/kF đươ ̣c go ̣i là hằ ng số thời gian của dây dẫn bằ ng tỷ số khả hấ p thu ̣ nhiêṭ của dây dẫn với khả truyề n nhiêṭ của nó Ta ̣i chế đô ̣ xác lâ ̣p t = ∞, đô ̣ tăng nhiê ̣t đô ̣ bằ ng τy = 𝐼 𝑟 𝑘𝐹 và cuố i cùng phương triǹ h đó có da ̣ng τ = τy (1-𝑒 𝑇) Page | Khi ngắ n ma ̣ch dQ = => dQ1 = dQ2 => G.c.𝜏 + k.F τ.dt = Giảo phương triǹ h ta có: τ = τy.𝑒 𝑇 -Phát nóng dây dẫn bởi dòng điê ̣n ngắ n ma ̣ch Khi ngắ n ma ̣ch dòng điêṇ ngắ n ma ̣ch xuấ t hiêṇ khoảnh khắ c từ mô ̣t vài phầ n trăm giây đế n vài giây Trong khảng thời gian vâ ̣y không kip̣ xẩ y quá trình truyề n nhiê ̣t môi trường Toàn bô ̣ nhiêṭ lươ ̣ng làm tăng nhiêṭ đô ̣ của dây dẫn Quá trình phát nóng dây dẫn thể không truyề n nhiê ̣t đươ ̣c go ̣i là đoản nhiêt.̣ Phường trình cân bằ ng nhiê ̣t của quá trình cân bằ ng nhiêṭ của quá trình đoản nhiê ̣t có da ̣ng sau: Page | 10 B Phần sơ đồ Câu Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động sơ đồ TĐK giao thông điện thành phố: Nguyên lý hoạt động: Điện áp từ nhà máy điện đưa tới TĐK thông đường dây cao áp.quá trạm biến áp để giảm điện áp đến điện áp cần dùng.đoàn tàu chuyển động nhờ cần tiếp điện nối với mạng dây tiếp xúc Các đầu máy điện to axe tự hành qua bánh xe nối điện với ray.mạch ray vật dẫn điện hiểu tổ hợp đường ray.điện cung cấp cho tàu chay qua ray trở lưới điện tiếp xúc thông qua đường hồi lưu Page | 11 Câu Trình bày cầu tạo, nguyên lý hoạt động sơ đồ TĐK sử dụng dòng điện chiều Mô hình dùng dòng điện chiều: Nguyên lý hoạt động: dòng điện pha tần số công nghiệp nhờ máy biện áp TĐK biến đổi điện áp đạt mức theo yêu cầu phù hợp vs lưới tiếp xúc dạng dây điện pha tần số CN vs mức điện áp phổ biến 25Kv Trên đầu máy kéo điện đoàn tàu chạy điện, máy biến áp giảm điện áp, sau chỉnh lưu dòng điện để cung cấp cho động điện kéo chiều Page | 12 Câu Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động TĐK sử dụng dòng điện xoay chiều Mô hình dùng dòng điện xoay chiều: Nguyên lý hoạt động: Như TĐK chiều.nhưng không thông qua chỉnh lưu.điện áp đc giảm đến điện áp cho phép để cung cấp cho động điện kéo xoay chiều Page | 13 [...]... sơ đồ TĐK giao thông điện thành phố: Nguyên lý hoạt động: Điện áp từ nhà máy điện được đưa tới TĐK thông quá đường dây cao áp. quá các trạm biến áp để giảm điện áp đến điện áp cần dùng.đoàn tàu chuyển động nhờ cần tiếp điện nối với mạng dây tiếp xúc Các đầu máy điện và các to axe tự hành qua các bánh xe nối điện với ray.mạch ray như 1 vật dẫn điện được hiểu là tổ hợp các đường ray .điện được cung cấp cho... máy kéo điện hoặc đoàn tàu chạy điện, máy biến áp giảm điện áp, sau đó chỉnh lưu dòng điện để cung cấp cho các động cơ điện kéo 1 chiều Page | 12 Câu 3 Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của TĐK sử dụng dòng điện xoay chiều Mô hình dùng dòng điện xoay chiều: Nguyên lý hoạt động: Như TĐK 1 chiều.nhưng không thông qua chỉnh lưu .điện áp đc giảm đến điện áp cho phép để cung cấp cho các động cơ điện kéo. .. chay qua ray và trở về lưới điện tiếp xúc thông qua đường hồi lưu Page | 11 Câu 2 Trình bày cầu tạo, nguyên lý hoạt động của sơ đồ TĐK sử dụng dòng điện 1 chiều Mô hình dùng dòng điện 1 chiều: Nguyên lý hoạt động: dòng điện 3 pha tần số công nghiệp nhờ các máy biện áp tại các TĐK biến đổi điện áp đạt mức theo yêu cầu phù hợp vs lưới tiếp xúc dưới dạng dây điện 1 pha tần số CN vs mức điện áp phổ biến