Tài liệu Mạng cao áp và mạng điện kéo docx

MCA&TðK • 7 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CUNG CẤP ðIỆN CHO GIAO THÔNG ðIỆN 1.1. SƠ LƯỢC VỀ GIAO THÔNG ðIỆN Các lĩnh vực sử dụng giao thông ñiện bao gồm: giao thông ñường sắt có ñầu máy ñiện kéo các toa xe chở hàng hoặc chở khách, ñoàn tàu gồm các toa xe gắn môtơ ñiện thường dùng chở khách trên các ñường ngoại ô ở các thành phố lớn; giao thông thành phố có tàu ñiện bánh sắt, xe ñiện bánh hơi, tàu ñiện ngầm; giao thông công nghiệp có ñầu máy ñiện kéo các xe goòng chở than trong các hầm lò, ñầu máy ñiện kéo các toa xe chở nguyên vật liệu và công nhân trong các xí nghiệp. Tất cả các loại giao thông ñiện sử dụng trong các lĩnh vực nêu trên có chung một cơ sở nguyên lý làm việc và có thể biểu thị khái quát quá trình làm việc bằng sơ ñồ khối sau ñây: Hình 1.1 Trên sơ ñồ: Hình 1.1. 1. Nhà máy ñiện. 2. Trạm biến áp. 3. ðường dây cao áp 3 pha. 4. Trạm ñiện kéo. 5. Dây cung cấp (phía mạng tiếp xúc). 6. Dây về (nối ñất, nối ray). 7. Hệ thống dây tiếp xúc. 8. ðầu máy ñiện. 9. Cần tiếp ñiện. 2 1 4 3 5 6 7 8 9 ðC 10 10. ðường ray. Tất cả các loại giao thông ñiện (trên ñường ray) sử dụng trong các lĩnh vực nêu trên ñều dùng ñộng cơ ñiện kéo. Việc truyền tải năng lượng ñiện từ nhà máy ñiện tới các ñộng cơ ñiện kéo ñặt trên các ñầu máy hoặc các toa xe ñược thực hiện nhờ các trạm biến áp, các ñường dây cao áp với các cấp ñiện áp khác nhau và các trạm ñiện kéo. Trong các trạm ñiện kéo ñiện năng ñược biến ñổi theo từng loại dòng ñiện và ñiện áp phù hợp với loại ñộng cơ ñiện kéo trên ñầu máy, sau ñó theo hệ thống dây tiếp xúc ñiện ñược cung cấp ñến các ñộng cơ ñiện kéo. ðộng cơ ñiện kéo làm việc và theo hệ truyền ñộng làm chuyển ñộng các bánh xe của ñầu máy (mạch vòng của dòng ñiện là ñi theo ñường ray trở về trạm). Tầu ñiện bánh sắt ở Hà Nội ñược sử dụng từ những năm 1920, ñồng thời cũng trong khoảng thời gian ñó ñầu máy ñiện ñược áp dụng ñể chở than từ các hầm lò ñến bến Cửa Ông (Quảng Ninh) và các ñàu máy ñiện chở goòng trong khai thác than dưới hầm lò. Ngót 70 – 80 năm ở Việt Nam giao thông ñiện ở mỏ than Quảng Ninh cũng như ở Hà Nội ñã ñược khai thác. ðó là các hệ thống ñiện một chiều, nguồn ñiện là các máy phát ñiện một chiều, còn ñộng cơ ñiện kéo là ñộng cơ ñiện một chiều kíck từ nối tiếp. Từ sau ngày giải phóng (1954) ñến nay ñã sửa chữa và ñổi mới như thay các trạm phát ñiện bằng các trạm chỉnh lưu bán dẫn, riêng ở thành phố Hà Nội thì hệ thống giao thông ñiện ñã quá cũ và bị xoá bỏ hoàn toàn từ năm 1980. Áp dụng giao thông ñiện trong ngành ñường sắt, giao thông thành phố và vận tải công nghiệp có những ưu việt sau: 1. Giao thông ñiện cho phép nâng cao công suất kéo của ñầu máy tương ñối dễ dàng nhờ công suất lớn, tốc ñộ lớn nên khả năng chuyên chở và khả năng thông qua nhanh. 2. Hiệu suất của giao thông ñiện lớn. Nếu không tính ñến tổn hao ñiện năng trong hệ thống cung cấp ñiện cũng như tổn hao ở nhà máy ñiện (nhiệt ñiện) thì hiệu suất bằng 29,5 – 33,4%, trong khi ñó giao thông ñiêzen có trị số hiệu suất là 22,8 –23,8%. Như vậy hiệu suất của ñầu máy ñiện cao hơn của ñầu máy ñiêzen khoảng từ (6,7 – 9,6%). 3. Trên ñầu máy ñiện không có các bộ phận làm việc ở nhiệt ñộ cao và chuyển ñộng tịnh tiến qua lại như ở ñầu máy ñiêzen, do vậy ít sửa chữa, giảm chi phí khai thác. 4. Do ñặc tính cơ ñiện, ñầu máy ñiện có gia tốc lớn hơn ñầu máy ñiêzen, do ñó sử dụng ñầu máy ñiện ở ñoạn ñường nhiều chỗ ñỗ rất thuận lợi. Vì vậy người ta thường dùng ñầu máy ñiện chạy ở các khu vực ngoại ô thành phố ñể chuyên chở hành khách. 5. ðộng cơ ñiện là loại ñộng cơ duy nhất mang tính chất biến ñổi năng lượng thuận nghịch. Vì vậy ñầu máy ñiện ở chế ñộ kéo nó là ñộng cơ tiêu thụ ñiện năng, ở chế ñộ hãm nó là máy phát ñiện ñưa ñiện năng trở về lưới. Nhờ phương pháp hãm tái sinh (thu hồi ñiện năng) khi xuống dốc hoặc khi giảm tốc ñộ, ñầu máy ñiện trả lại năng lượng ñiện cho hệ thống cung cấp ñiện năng. MCA&TðK • 9 6. Sử dụng dễ dàng tạo ñiều kiện ñể cải tạo kỹ thuật, các khâu khác như cơ khí hoá, tự ñộng hoá, công tác duy tu bảo dưỡng ñường sắt, xếp dỡ hàng hoá ở các kho bãi, ñiều khiển tự ñộng và ñiều khiển từ xa . cải thiện ñiều kiện lao ñộng cho cán bộ, công nhân viên ngành ñường giao thông. 7. Áp dụng giao thông ñiện trên ñường sắt rất có thể kết hợp giải quyết ñược việc ñiện khí hoá các lĩnh khác của nền kinh tế quốc dân nằm trong khu vực ñường sắt ñi qua trong phạm vi bán kính từ 30 ñến 60km (ở hai phía của ñường sắt) và khoảng từ 50 ñến 100km bán kính xung quanh trạm ñiện kéo. 8. ðầu máy ñiện kéo không có máy phát riêng ở trên ñầu máy cho nên so với ñầu máy ðiêzen thì nó nhẹ hơn, rẻ hơn và bền hơn. Cùng công suất ñầu máy, trọng lượng ñầu máy ñiêzen gấp 1,5 ñến 1,7 lần trọng lượng ñầu máy ñiện, giá thành cũng gần gấp ñôi so với ñầu máy ñiện. 9. ðầu máy ñiện không nhả hơi ñộc, không có khói bụi, thuận tiện cho việc giữ gìn vệ sinh môi trường cho hành khách, thành phố và khu dân cư ñường sắt ñi qua. Nhưng nhược ñiểm của ñầu máy ñiện so với ñầu máy ñiêzen có thể khái quát bằng những ñiểm sau ñây: 1. Áp dụng sức kéo ñiện phải bỏ vốn ñầu tư lớn cho hệ thống cung cấp năng lượng ñiện như ñường dây cao áp, trạm ñiện kéo, hệ thống dây tiếp xúc (cột, ñường dây .). Giá của một ñầu máy ñiện bình quân chỉ bằng 2/3 giá ñầu máy ñiêzen, nhưng ñầu tư cho mạng cung cấp ñiện gồm ñường dây cao áp, trạm ñiện kéo, hệ thống dây tiếp xúc (cột, ñường dây .) có giá thành bằng 2,5 lần giá ñầu máy. Như vậy phải có một khối lượng vận chuyển tương ñối lớn thì ñiện khí hoá mới có khả năng thực hiện ñược, vì khối lượng vận chuyển lớn cho phép hoàn vốn ñầu tư nhanh. 2. Tính cơ ñộng của ñầu máy ñiện yếu hơn so với ñầu máy ñiêzen.Nhất là khi xảy ra chiến tranh. Vì ngoài ñường sắt, công trình ñường sắt và bản thân ñầu máy còn có cả hệ thống mạng lưới cung cấp ñiện năng. 3. Sử dụng sức kéo ñiện gây nên những ảnh hưởng ñối với các hệ thống khác như ảnh hưởng ñiện từ trường ñối với ñường dây thông tin liên lạc, ảnh hưởng dòng ñiện rò, phá hoại các công trình ngầm dưới lòng ñất . Các ảnh hưởng ñó ñã ñược nghiên cứu và có các biện pháp khắc phục, giảm thiểu. 1.2. CÁC DẠNG GIAO THÔNG ðIỆN Giao thông ñiện có thể phân thành loại lấy ñiện từ mạng tiếp xúc và loại tự hành. Phổ biến, phát triển nhất là loại giao thông ñiện tiếp xúc tức nhận ñiện năng từ dây dẫn tiếp xúc tức là phải có một hệ thống cung cấp ñiện kéo bao gồm: mạng ñiện tiếp xúc, trạm ñiện kéo và hệ thống ñiều khiển cung cấp ñiện. Giao thông ñiện tự hành: ñiện năng cần thiết cho việc vận chuyển ñược sản sinh bởi máy phát ñiện ñặt trên ñầu máy (ñoàn tàu). ðiện năng sinh ra bởi các máy phát ñiện ñược ñưa ñến các ñộng cơ ñiện kéo. Khảo sát ñặc tính của từng dạng giao thông ñiện – giao thông ñiện tiếp xúc và giao thông ñiện tự hành, theo sơ ñồ hình 1.2. Phát triển và phổ biến nhất là giao thông ñiện với lưới ñiện tiếp xúc. ðặc biệt là giao thông ñiện trong vận tải ñường sắt và vận tải hành khách trong thành phố. Trên ñường sắt sức kéo dùng ñể dịch chuyển ñoàn tàu trên ñường ray gọi là ñầu máy. ðầu máy nhận năng lượng ñiện từ mạng dây tiếp xúc gọi là ñầu máy ñiện. ðầu máy ñiện chở hàng dùng ñể kéo các toa xe hàng nặng có lức kéo lớn nhưng tốc ñộ cực ñại không cao (nhỏ hơn 110Km/h), ñầu máy chở khách có tốc ñộ tương ñối cao (160,180Km/h và có thể ñạt 200Km/h và hơn nữa) Hình 1.2. Các dạng giao thông ñiện Dựa vào loại hình sức kéo ñiện ñược áp dụng, người ta phân thành ñầu máy ñiện 1 chiều, ñầu máy ñiện xoay chiều và ñầu máy ñiện hỗn hợp. Phần cơ của ñầu máy bao gồm thùng xe và giá ñỡ chuyển ñộng. Thùng xe gồm 1 hoặc 2 nhóm ñặt trên gầm xe có 2 hoặc 3 trục. Trên ñầu của thùng xe ñặt buồng lái tàu. Các ñộng cơ ñiện kéo ñặt trên giá ñỡ và qua chuyển ñộng bánh răng chuyền mô men quay cho trục bánh xe. Chuyển ñộng bánh răng cho phép nhận tốc ñộ quay của phần ứng ñộng cơ ñiện kéo cao hơn so với bánh xe dẫn ñộng ñầu máy. ðiều ñó có lợi vì với một kích thước nhất ñịnh công suất của ñộng cơ ñiện kéo càng lớn bao nhiêu thì tốc ñộ quay của nó cũng lớn bấy nhiêu. Kích thước giới hạn của ñộng cơ ñiện kéo phụ thuộc vào công suất của nó. Trên ñoàn tàu ñược giới hạn bởi ñường kính của bánh xe dẫn ñộng và chiều rộng của ñường ray. Vì thế sử dụng ñộng cơ ñiện kéo chuyển ñộng quay nhanh cho phép nhận lực kéo lớn. Thông thường mỗi một ñộng cơ ñiện kéo làm quay một cặp bánh xe dẫn ñộng vì thế truyền ñộng như vậy gọi là truyền ñộng ñiện. ðôi khi có thể sử dụng truyền ñộng cụm (nhóm), khi ñó một ñộng cơ ñiện kéo bảo ñảm làm chuyển ñộng quay 2 hoặc 3 trục. Khi chuyển ñộng, do dao ñộng phần cơ học, vị trí dặt Giao thông ñiện Tiếp xúc Tự hành ðường sắt – ðầu máy ñiện – ðầu tàu chạy ñiện – ðầu tàu ñiện tốc ñộ cao Thành phố – Xe ñi ện bánh sắt – Xe ñi ện bánh hơi – Xe ñiện ngầm ðường sắt – ðầu máy ðiêzen – ðầu máy chạy khí – ðoàn tàu ðiêzen Không ray – Vận tải ñiện bánh hơi – Vận chuyển hàng bánh hơi – Vận tải ñặc biệt MCA&TðK • 11 của ñộng cơ ñiện kéo và của bánh xe dẫn ñộng có thể thay ñổi (về khoảng cách) trong một giới hạn nhất ñịnh. Vì thế truyền ñộng sức kéo với tất cả các sự thay ñổi ñó cần phải ñảm bảo truyền ñộng tin cậy của mômen quay từ ñộng cơ ñiện kéo ñến cặp bánh xe dẫn ñộng. Các yêu cầu ñể có thể thực hiện ñược bằng biện pháp kỹ thuật là trên ñộng cơ ñiện kéo và và ứng dụng trong truyền ñộng ñiện kéo những phân tử ñàn hồi. Trên khung giá ñỡ ñặt bộ phận hãm cơ khí, các phần tử lò xo treo, những thiết bị cơ và ñiện còn lại, máy biến thế, các phần tử biến ñổi, khởi ñộng, hãm. Thiết bị ñiều khiển và các máy phụ ñặt ở trên thùng ñầu máy. Cần tiếp ñiện và một phần thiết bị ñặt ở trên nóc ñầu máy. Kết cấu ñại ña số các ñầu máy cho phép sử dụng nhiều ñơn vị ñầu máy như một tập hợp, trong ñó những ñầu máy riêng lẻ ñược nối với nhau ñể tăng sức kéo, còn chỗ ñiều khiển sử dụng trên hệ thống ñiều khiển của một ñầu máy (trong một buồng lái của lái tầu). Khi hãm các ñầu máy sử dụng hãm ñiện (ñiện trở, tái sinh) và hãm cơ khí. hãm cơ khí ñược cấu tạo trên tất cả các ñoàn tàu chạy ñiện. Cùng các ñầu máy ñiện kéo các ñoàn tàu hàng, tàu khách chạy trên tuyến ñường dài thì các ñầu máy ñiện công nghiệp với các trọng tải khác nhau ñược sử dụng kéo các toa xe chở hàng trên các ñường sắt, các xí nghiệp công nghiệp lớn, các ñầu máy ñiện dồn dịch ñoàn tầu trên các ga ñường sắt, các ñầu máy chở quặng làm việc ở các mỏ than dưới lòng ñất. Trong các ñặc tính kỹ thuật của các ñoàn tàu chạy ñiện, công suất và lực kéo thường lấy theo chế ñộ làm việc giờ. Trong qúa trình làm việc thiết bị ñiện kéo phát nóng vì các tổn thất ñiện năng trong các phần tử của ñầu máy, nhiệt ñộ phát nóng của nó trở thành một thông số giới hạn. Tiêu chuẩn là công mà với công ñó nhiệt ñộ không vượt quá nhiệt ñộ cực ñại cho phép. Khi ñoàn tàu chạy ñiện làm việc, giới hạn theo phát nóng thường ñạt ñược trước hết trong các ñộng cơ ñiện kéo. Phát nóng các ñộng cơ phụ thuộc vào công suất mà với công suất ñó ñộng cơ làm việc và phụ thuộc vào ñộ dài thời gian làm việc của ñộng cơ. Công suất giờ của ñộng cơ ñiện kéo là công suất lớn nhất trên trục ñộng cơ, với công suất ñó ñộng cơ bắt ñầu làm việc từ nhiệt ñộ môi trường xung quanh, có thể làm việc trong thời gian một giờ không tăng nhiệt ñộ phát nóng của một bộ phận bất kỳ nào ñó lớn hơn nhiệt ñộ của môi trường vượt quá nhiệt ñộ cho phép (theo tiêu chuẩn quy phạm). Ngoài chế ñộ giờ ñồng thời xác ñịnh chế ñộ dài hạn, quan hệ tỷ lệ giữa công suất giờ và công suất dài hạn ñặc trưng cho khả năng quá tải của ñộng cơ ñiện kéo. Tốc ñộ cực ñại của ñoàn tầu chạy ñiện gọi là tốc ñộ cấu tạo. ðưa ra khái niệm như vậy ñược giải thích rằng tốc ñộ cấu tạo ñược xác ñịnh bởi tốc ñộ quay phần ứng của ñộng cơ ñi ện kéo ñạt giá trị cực ñại cho phép theo ñiều kiện ñộ gắn chặt dây quấn phần ứng. ðoàn tầu chạy ñiện là dạng các toa xe gắn môtơ nối móc với nhau và ñược cấp ñiện từ lưới ñiện tiếp xúc dùng vận chuyển hành khách. Thường thì ñoàn tầu chạy ñiện ñược sử dụng ở ngoại ô thành phố. Tốc ñộ ñoàn tầu chạy ñiện ngoại ô thành phố có thể ñạt 120 – 130km/h, và giữa các thành phố với nhau có thể ñạt tới 250km/h.Thông 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 và ñầu ñoàn tầu chạy ñiện có buồng lái cho người ñiều khiển và nhanh chóng quay nhanh ñoàn tầu ở những ga cuối. Những toa như vậy gọi là toa ñiều khiển. ðoàn tầu ñiện một chiều ñược sử dụng trên nhiều ñoạn ñường sắt với hệ thống ñiện khí hoá bằng dòng ñiện một chiều, ñối với hệ thống dòng ñiện xoay chiều một pha tần số công nghiệp ñiện áp 25kV có các ñoàn tầu ñiện xoay chiều sử dụng các ñộng cơ ñiện kéo một chiều với chỉnh lưu bán dẫn hoặc các ñộng cơ xoay chiều không ñồng bộ. Tất cả các ñoàn tầu chạy ñiện cùng với hãm cơ khí ñược lắp ñặt hệ thống hãm ñiện – hãm tái sinh và hãm ñiện trở. Hiệu quả của hãm tái sinh sẽ rất cao khi sử dụng các toa xe tự hành trên những không gian ngắn có mật ñộ vận chuyển lớn và cho phép tiết kiệm ñến 30% ñiện năng. ðường sắt tốc ñộ cao trên ñó cho phép các ñoàn tầu ñặc biệt chạy với tốc ñộ hơn 200km/h. Khái niệm ñường sắt tốc ñộ cao xuất hiện sau khi ñưa vào khai thác tuyến ñường sắt chuyên dụng ñầu tiên tại Nhật vào năm 1964. ðến năm 2001 tại 15 nước trên thế giới ñã khai thác hơn 5000km ñường sắt tốc ñộ cao. Trong các thành phố, giao thông ñiện có các dạng sau: xe ñiện bánh sắt, xe ñiện bánh hơi, xe ñiện ngầm. Xe ñiện bánh sắt – một loại giao thông thành phố trên ray với sức kéo ñiện lấy năng lượng ñiện theo ñường dây tiếp xúc. ðường ray là bộ phận không tách rời của mạng ñiện kéo vì theo mạch ray dòng ñiện quay trở về trạm ñiện kéo theo ñường dây về. Xe ñiện gồm thùng xe trên giá ñỡ khung xe 2 trục, trên phần trước của thùng xe ñặt buồng lái cho lái tầu, phần còn lại là ghế ngồi của hành khách. Các ñộng cơ ñiện kéo ñặt trên giá ñỡ khung xe thường có số lượng ñộng cơ ñiện kéo bằng số lượng trục xe. Các thiết bị ñiện khác còn lại ñặt dưới gầm thùng xe hoặc trên nóc thùng xe. Ngoài toa xe gắn ñộng cơ ñiện kéo có thể móc thêm các toa xe không gắn ñộng cơ ñiện kéo, thường thường cứ một toa xe gắn ñộng cơ ñiện kéo nối với một hoặc hai toa xe không gắn ñộng cơ ñiện kéo. ðể cung cấp ñiện cho xe ñiện bánh sắt thường dùng hệ thống dòng ñiện một chiều với ñiện áp trên dây tiếp xúc la 550 hoặc 750V (ở Nga dùng ñiện áp 550V, ở ðức va Pháp là 750V), công suất các ñộng cơ ñiện kéo dao ñộng từ 45 ñến 80 KW. Thường thì sử dụng ñộng cơ ñiện 1 chiều, nhưng những năm gần ñây ñã áp dụng ñộng cơ ñiện xoay chiều không ñồng bộ. Xe ñiện bánh sắt áp dụng hãm cơ hoặc hãm ñiện từ và hệ thống hãm ñiện.Tốc ñộ xe ñiện bánh sắt nằm trong khoảng 50–90km/giờ. Xe ñiện bánh hơi là một dạng giao thông ñiện một ñường ray dùng ñể chuyên chở trên những tuyến ñường ôtô thông thường. Lưới ñiện tiếp xúc của xe ñiện bánh hơi có hai dây tiếp xúc. Năng lượng ñiện từ trạm ñiện kéo theo một dây dẫn tiếp xúc cung cấp cho toa xe ñiện chuyển ñộng và theo dòng tiếp xúc còn lại trở về trạm ñiện kéo. Cấu tạo cần tiếp ñiện của xe ñiện bánh hơi gồm 2 thanh cho phép xe ñiện bánh hơi lệch với trục của mạng dây tiếp xúc mà không có những cản trở gì ñáng kể. Vì thế về tính cơ ñộng xe ñiện bánh hơi hơn hẳn xe ñiện bánh sắt. MCA&TðK • 13 Tại các thành phố lưới tiếp xúc của xe ñiện bánh hơi ñược cung cấp dòng ñiện 1 chiều với ñiện áp 550V. ðộng cơ ñiện kéo ñặt ở dưới thùng xe của xe ñiện bánh hơi. Nhờ trục chủ ñộng và truyền ñộng bánh răng côn làm chuyển ñộng bánh xe dẫn ñộng. Thùng xe của xe ñiện bánh hơi có sự giống nhau rất lớn với xe buýt: Phần trước ñặt buồng lái cho tài xế, phần còn lại của thùng xe dành cho hành khách. Các bộ phận cơ khí và thiết bị ñiện khác ñặt ở dưới thùng xe, một phần nhỏ nhẹ ñặt ở trên ñầu xe. Một dạng vận chuyển hành khách công cộng tiện nghi và hiện ñại là xe ñiện ngầm (Mêtro), loại vận chuyển hành khách công cộng bằng ñường ray không ñi trên ñường phố. Thường thì ñường sắt Metro ñặt dưới lòng ñất mặc dù cũng có những ñoạn ñi trên mặt ñất. ðường xe ñiện ngầm ñầu tiên ñược xây dựng ở London (Anh) vào năm 1863, nhưng lúc ñó sức kéo là trên ñầu máy hơi nước. Sau này mới sử dụng sức kéo ñiện thì xe ñiện ngầm mới phát triển mạnh mẽ ở Mỹ, Nga và một số nước Tây Âu. ðiện năng cấp cho ñoàn tàu xe ñiện ngầm nhờ mạng ñiện kéo. Trong mạng ñiện kéo cần tiếp ñiện lấy ñiện từ ray tiếp xúc hoặc từ dây dẫn tiếp xúc.Vì kích thước giới hạn của ñường hầm nên việc lấy ñiện cho xe ñiện ngầm thường thực hiện qua ray thứ 3 (thường gọi là ray tiếp xúc) ñặt bên cạnh và song song với ñường ray chạy tàu (tàu ñiện ngầm của Nga thùng cao hơn mặt ray khoảng 160mm). Công suất của ñộng cơ ñiện kéo ñoàn tàu ñiện 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 rất nhỏ khoảng 20–30 giây nhưng với tốc ñộ tự ñộng ñiều khiển chạy tàu rất cao. Giao thông 1 ray không bánh xe có thể nâng tốc ñộ chạy tầu lên rất cao, vận chuyển giữa các thành phố và các nước với tiện nghi và an toàn tuyệt ñối Chuyển ñộng của ñoàn tàu ñược ñảm bảo bởi ñộng cơ ñiện tuyến tính. Sử dụng giao thông ñiện 1 ray yêu cầu rất cao về mức ñộ tự ñộng hoá với sử dụng hệ thống vi xử lý ñiều khiển các chế ñộ chạy tàu. Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 1. 1/ Mô hình sơ ñồ khối của một hệ thống giao thông ñiện . 2/ Các dạng giao thông ñiện . 3/ Tốc ñộ và cấp ñiện áp của các phương tiện giao thông ñiện . 4/ Hình ảnh giao thông ñiện trên các quốc gia phát triển . 5/Tình hình Giao thông ñiện ở Việt nam trong thế kỷ qua . Chương 2 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 ñiện cho giao thông nhận ñiện năng từ hệ thống năng lượng là tổ hợp các nhà máy ñiện, trạm biến áp, lưới ñiện nối với nhau thành một hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối ñiện năng. Phần ñiện của hệ thống năng lượng bao gồm các máy phát của các nhà máy ñiện, ñường dây cao áp truyền tải ñiện năng, các trạm ñiện và mạng luới phân phối ñiện và ñấu nối chúng là các phụ tải tiêu thụ ñiện năng. Khi nối tất cả các nhà máy ñiện, trạm biến áp ñiện lực và các ñường dây truyền tải ñiện năng thành một hệ thống năng lượng và do ñó việc phân phối và truyền tải ñiện năng hiệu quả và giảm chi phí cho sản xuất ñiện năng, giảm tổn thất ñiện năng và tăng hiệu suất của hệ thống ñiện năng. Trên hình 2.1 dẫn 1 ví dụ về sơ ñồ cấu trúc phần ñiện của hệ thống năng lượng. ðiện áp phát ra của các nhà máy ñiện không vượt quá 21KV nên ñể truyền tải ñiện năng ñi xa phải qua các trạm biến áp tăng áp lên 35; 110; 220KV ñưa ñiện năng ñến các trạm phân phối giảm áp ñến mức ñộ cần thiết và qua mạng hạ áp truyền tải ñiện năng ñến các hộ tiêu thụ. Các trạm ñiện kéo của giao thông ñiện ñược cấp ñiện từ các trạm ñiện tương ứng của hệ thống ñiện năng ñược gọi là trung tâm cấp ñiện. ðường dây truyền tải ñiện năng từ trung tâm cấp ñiện ñến các trạm ñiện kéo của giao thông ñiện thường có cấp ñiện 110 hoặc 220KV. Các trạm ñiện kéo mà giao thông thành phố thường nhận ñiện năng theo ñường cáp ñiện với ñiện áp 6, 10KV. Các trạm ñiện kéo biến ñổi ñiện năng theo loại dòng ñiện và mức ñiện áp ñể cung cấp cho ñoàn tàu chạy ñiện. Từ trạm ñiện kéo theo ñường dây cấp ñiện là mạng dây tiếp xúc và qua cần tiếp ñiện trượt theo dây tiếp xúc, sẽ ñến các ñộng cơ ñiện kéo. Qua ñường ray hoặc là theo dây tiếp xúc dòng ñiện trở về trạm ñiện kéo. Ở các nước khác nhau trên thế giới các loại sức kéo ñiện với truyền dẫn ñiện năng theo dây dẫn sử dụng hệ thống dây ñiện một chiều (không ñổi) và hệ thống dây ñiện xoay chiều (biến ñổi). Hệ thống dòng ñiện một chiều – Dòng ñiện 3 pha tần số công nghiệp tại các trạm ñiện kéo biến ñổi thành dòng ñiện (một chiều) có ñiện áp phù hợp với ñiện áp ñộng cơ ñiện kéo trên ñoàn tàu (ñầu máy). Trong giao thông ñường sắt hệ thống dây ñiện một chiều sử dụng cấp ñiện áp 3000V. Trong giao thông công nghiệp cũng dùng hệ thống dây ñiện một chiều với cấp ñiện áp 1500V và 750V. Tăng ñiện áp của mạng dây tiếp xúc sẽ lợi hơn vì giảm tổn thất ñiện năng trong mạng ñiện kéo và tăng ñược khoảng cách giữa các trạm ñiện kéo. MCA&TðK • 15 Hình 2.1. Sơ ñồ cấu trúc hệ thống năng lượng 1. Nhà máy ñiện (Thuỷ ñiện,nhiệt ñiện…); 2. Trạm biến áp phân phối; 3. Máy bù ñồng bộ; 4. Các ñường dây truyền tải ñiện năng; 5. Cấp ñiện cho các nhu cầu tự dùng của nhà máy ñiện. Hình 2.2. Sơ ñồ chung cấp ñiện cho ñoàn tàu chạy ñiện trên ñường sắt ñiện khí hoá + 1: Tâm cấp ñiện (Trạm biến áp hệ thống ñiện lực); +2: ðường dây cao áp 1; 2’: ðường dây cao áp 2; +3: Máy biến áp (Trạm ñiện kéo); +4: Bộ chỉnh lưu; +5: Dây cung cấp; +6: Dây về; +7: Mạng dây tiếp xúc; +8: ðoàn tàu chạy ñiện; +9: ðường ray. Cung cấp ñiện cho ñoàn tàu chạy ñiện tiếp xúc như hình 2.2. Hệ thống dòng ñiện xoay chiều một pha tần số công nghiệp (50Hz) – Dòng ñiện 3 pha tần số công nghiệp nhờ các máy biến áp tại các trạm ñiện kéo biến ñổi ñiện áp ñạt mức theo yêu cầu phù hợp lưới tiếp xúc dưới dạng dây ñiện một pha. Hệ thống xoay chiều 1 pha tần số công nghiệp phổ biến với mức ñiện áp 25KV. Trên các ñầu máy kéo ñiện hoặc ñoàn tàu chạy ñiện, máy biến áp giảm ñiện áp, sau ñó chỉnh lưu dòng ñiện ñể cung cấp cho các ñộng cơ ñiện kéo một chiều. 2.2. SƠ ðỒ TỔNG THỂ CUNG CẤP ðIỆN Trên hình 2.1 là sơ ñồ tổng thể cung cấp ñiện phía ngoài cho ñường sắt ñơn chạy ñiện. Trên sơ ñồ nối với nguồn cấp ñiện là nhà máy ñiện hoặc trạm biến áp khu vực của hệ thống ñiện quốc gia. ðường truyền tải ñiện năng 3 pha cấp cho các trạm ñiện kéo (trạm biến áp này là trạm biến áp chỉnh lưu). ðiện áp của ñường dây cao áp có thể từ 6kw ñến 35kv,110kv hoặc 220kv, phụ thuộc vào loại ñường sắt chạy ñiện, công suất tiêu thụ và khoảng cách nguồn cung cấp ñiện. Phần hệ thống cung cấp ñiện từ nguồn ñến trạm ñiện kéo gọi là cung cấp ñịên phía ngoài, phần còn lại là cung cấp ñiện phía trong cho ñường sắt chạy ñiện. Hình 2.3. Sơ ñồ tổng thể cung cấp ñiện phía ngoài cho ñường sắt ñơn chạy ñiện 1. Nhà máy ñiện (Trạm biến áp khu vực); 2. ðường dây cao áp 110 kV; 3 3 3 3 3 3 5 4 11 3 10 6 2 7 8 9 1 1 [...]... ng dây cao áp ít hơn ñ ng th i ñ tin c y cao hơn khi có s hư h ng x y ra t i ngu n MCA&TðK • 19 1 1 2 2 2 2 Sơ ñ 6 3 Trư ng h p có h th ng kép dây cao áp( ñư ng dây 2 m ch) v i sơ ñ 7,8 và 9 T t c các sơ ñ trình bày trên ñ u có th áp d ng l i theo d ng cao áp kép, trong trư ng h p ñó ñ tin c y s cao hơn các sơ ñ 8,9 các tr m ñi n kéo còn ñư c n i theo 2 d ng: trung gian n i thông su t(tr m 3,6) và tr... ñ tin c y cao hơn khi x y ra hư h ng 1 ngu n cung c p Song n u 1 hư h ng x y ra trên dây cao áp thì toàn b tr m ñi n kéo ng ng ho t ñ ng 1 1 2 2 2 2 Sơ ñ 5 2 Cung c p 2 phía n i móc (Sơ ñ 6) So v i sơ ñ 2 trên thì thêm m t ño n dây cao áp n i t tr m ñi n kéo phía cu i bên ph i t i ngu n ñi n 2, nên s hư h ng x y ra m t ñi m b t kỳ trên dây cao áp không làm ng ng ho t ñ ng b t kỳ tr m ñi n kéo nào So... dây cao áp kép gi a hai tr m ñi n kéo n i thông su t, s không gây ra ng ng ho t ñ ng tr m ñi n kéo nào c Hư h ng x y ra ñ ng th i trên c 2 m ch c a h th ng ñư ng dây cao áp kép thì s gây ra ng ng ho t ñ ng trong m t th i gian dài m t tr m ñi n kéo n i móc v i tr m x y ra s c Theo kinh nghi m khai thác ñư ng s t ch y ñi n c a nhi u nư c thì s lư ng các tr m ñi n kéo trung gian gi a 2 tr m ñi n kéo. .. ra m t ñi m b t kỳ trên DCA s làm ng ng ho t ñ ngcác tr m ñi n kéo phía bên ph i 1 2 2 2 2 Sơ ñ 2 3 Cung c p m t phía n i hình tia.(Sơ ñ 3) ð tin c y kém nhưng cao hơn hai phương pháp sơ ñ 1, 2 Vì n u x y ra hư h ng m t ñi m nào ñó trên dây cao áp thì ch ng ng ho t ñ ng m t tr m ñi n kéo Tuy nhiên cũng có như c ñi m là: s lư ng dây cao áp l n, không kinh t 1 2 2 2 2 Sơ ñ 3 4 Cung c p ñi n m t phía... hóng có th x y ra m t ñi m b t kỳ trên h th ng dây cao áp (DCA) 3 pha cũng làm cho t t c các tr m ñi n kéo ng ng ho t ñ ng Trong các sơ ñ v i ký hi u: 1 Nhà máy ñi n (ho c tr m bi n áp khu v c) 2 Tr m ñi n kéo 1 2 2 2 2 Sơ ñ 1 2 Cung c p m t phía b ng cách n i thông (Sơ ñ 2) ð tin c y kém vì n u s c x y ra ñ u ñư ng dây cao áp thì toàn b tr m ñi n kéo (TðK) ng ng ho t ñ ng, còn n u có s hư h ng x y... b t kỳ trên ñư ng dây cao áp s không có m t tr m ñi n kéo nào ph i ng ng ho t ñ ng S lư ng dây cao áp l n h n so v i các sơ ñ 1, 2 nhưng nh hơn nhi u so v i sơ ñ 3 1 2 2 2 2 Sơ ñ 4 b Trư ng h p có hai ngu n cung c p Các nhà máy ñi n ho c tr m bi n áp khu v c ñư c n i v i nhau thành m t h th ng ñi n lư i qu c gia Song ch s d ng ngu n ñi n t hai nhà máy ñi n ho c hai tr m bi n áp khu v c ñ c p ñi n cho... tr ) là m t t h p các dây ti p xúc và dây tăng cư ng cùng v i cáp treo c ng, nh ng dây d n ph c a h dây xích treo ti p xúc Các ñ u máy ñi n và các toa xe t hành qua bánh xe n i ñi n vơí m ch ray M ch ray như m t v t d n ñi n ñư c hi u là t h p các ñư ng ray, m i n i các ñư ng ray và n i ngang gi â các ñư ng ray và các thi t b khác ñưa dây d n ñi n d c các ñư ng ray và phân b ñ u dòng ñi n gi a các ñư... tr m g c 1 và 2 1 1 2 2 2 2 Sơ ñ 7 1 2 1 2 2 2 Sơ ñ 8 Ph t i kéo ñi n là ph t i lo i 1 ñ m b o c p ñi n liên t c không b gián ño n, b t kỳ s c nào v ñi n cho nên ph i ñ m b o hai yêu c u chính sau ñây: – Ph t i ñư c c p ñi n năng t hai ngu n ñ c l p – ð m b o ñi n năng d tr c n thi t ph i ñư c c p t h th ng dây cao áp kép Tr m ñi n kéo khu v c N i v i ngu n 2 DCA Sơ ñ 9 1 3 5 6 4 2 + TðK 3 và 6 là tr... ray và n i ngang gi a các ñư ng s t ñ ng th i là các thi t b b o ñ m d n ñi n qua m ch ray và phân b ñ u dòng ñi n gi a các ñư ng ray riêng bi t Giao thông ñi n không ray có m ng ti p xúc 2 dây M ch ñi n ñư ng ray n i v i tr m ñi n kéo nh các dây d n g i là: dây hút v Khái ni m c m t cung c p và hút v ñư c s d ng không ph thu c vào c c c a dây d n c a m ch ray trong h th ng cung c p ñi n m t chi u và. .. a 2 tr m ñi n kéo g c như sau: Xoay chi u m t pha v i ñi n áp h th ng ñi n lư i là 110KV s lư ng tr m ñi n kéo trung gian là 3 Xoay chi u m t pha v i ñi n áp h th ng ñi n lư i là 220KV s lư ng tr m ñi n kéo trung 2.4 CÁC SƠ ð CUNG C P ðI N PHÍA TRONG CHO GIAO THÔNG ðI N DÒNG ðI N M T CHI U 2.4.1 SƠ ð C U TRÚC TR M ðI N KÉO 1 CHI U Tr m ñi n kéo dòng ñi n m t chi u lúc ñ u là ch nh lưu thu ngân, t sau . ñường dây cao áp với các cấp ñiện áp khác nhau và các trạm ñiện kéo. Trong các trạm ñiện kéo ñiện năng ñược biến ñổi theo từng loại dòng ñiện và ñiện áp phù. 1: Tâm cấp ñiện (Trạm biến áp hệ thống ñiện lực); +2: ðường dây cao áp 1; 2’: ðường dây cao áp 2; +3: Máy biến áp (Trạm ñiện kéo) ; +4: Bộ chỉnh lưu; +5: