Hệ thống điện sử dụng trong đường sắt đô thị (metro)

CHUYÊN ĐỀ
HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG LĨNH VỰC ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ
I. Giới thiệu chung:
Những yêu cầu điện năng cơ bản trên đường tàu điện ngầm là động cơ điện
kéo tàu, thang máy, thang cuốn, máy bơm và quạt của hệ thống thông gió, các
hệ thống thông tin tín hiệu, điều khiển trung tâm, thiết bị cơ cấu vệ sinh-môi
trường, điện chiếu sáng trong các nhà ga, máy bán vé và thu phí tự động, các
thiết bị, nhà xưởng và các khu chức năng trong depot.
II. Hệ thống cung cấp điện năng:
1. Các trạm nguồn cung cấp:
- Cung cấp năng lượng trạm hạ thế có thể được tiến hành từ nguồn trung
tâm của hệ thống điện qua trạm kéo xây dựng ở mặt đất. Cung cấp như vậy
thuộc về hệ thống cung cấp trung tâm (tập trung) và cho phép giảm được chiều
dài tuyến cao áp, cũng như tránh được việc sử dụng các ô độc lập tại trung tâm
cung cấp đối với tải trọng không lớn của trạm hạ thế. Ngày nay hệ thống cung
cấp điện không tập trung (phân tán) được phổ biến rộng rãi trên đường tàu điện
ngầm. Trong hệ thống đó, người ta xây dựng trạm kéo-hạ áp đồng thời. Ưu việt
của trạm kéo như vậy là khi khoảng cách trạm kéo không cần sử dụng cáp dài
để liên kết các trạm với đường dây tiếp xúc và tuyến cáp cao áp giữa các trạm
kéo và hạ áp, giảm được sự hao hụt điện áp trong mạng kéo, giảm được sự
không ổn định, rò rỉ điện.
- Trạm nhận điện 110/22KV: Cung cấp điện cho đường tàu điện ngầm
được thực hiện từ hệ thống cung cấp điện thành phố bằng dòng 3 pha điện áp
15,22KV. Từ nguồn độc lập của hệ thống điện thành phố, nguồn chính từ trạm
điện 110/15,22KV (có ít nhất 02 trạm nhận điện), thường là loại lắp đặt ngoài
trời khí hoặc dầu. Trạm có công suất dự phòng sao cho một trong hai trạm có sự
cố mất điện, trạm còn lại vẫn đủ công suất cấp điện cho toàn bộ hệ thống, trong
chế độ hoạt động bình thường, mỗi trạm điện sẽ cung cấp một nữa công suất ước
tính, khi một trạm gặp sự cố, trạm còn lại có thể tăng công suất lên định mức
của trạm.
1

- Trạm điện sức kéo 22KVAC/1500VDC(750 VDC): Dòng điện cao áp từ
trạm điện đô thị theo tuyến cáp tới trạm phân phối trạm kéo và sau đó toả ra các
cụm riêng biệt. Biến đổi năng lượng điện cấu tạo từ các biến thế và nắn dòng.
Biến dòng điện xoay chiều sang dòng điện 1 chiều gọi là máy biến áp chỉnh lưu.
2
Các trạm biến áp kéo luôn sẵn sàng 100%. Các trạm biến áp kéo sẽ được bố trí
cách nhau khoảng 4 Km đảm bảo điện áp sụt và có khả năng cấp điện kéo dài
(trong trường hợp trạm biến áp kéo bị sự cố, hai trạm liền kề sẽ đảm nhiệm thay
vai trò cấp nguồn điện sức kéo). Đối với hệ thống cấp điện trên cao dùng 1500
VDC và hệ thống cấp điện ray thứ 3 là 750 VDC, điện áp sụt và công suất chỉnh
lưu (KW) được tính toán cho phù hợp, từ đó xác định số lượng băng chỉnh lưu
và công suất của mỗi băng ( hoạt động và dự phòng). Các trạm biến áp- chỉnh
lưu sẽ có vị trí tại các nhà ga. Các trạm biến áp - chỉnh lưu sẽ được lắp đặt trên
nền của các nhà ga ngầm. Trạm biến áp chỉnh lưu biến áp dòng điện xoay chiều
15KV,22KV thành dòng điện một chiều 1.500V và dòng điện một chiều này
được cung cấp cho đoàn tàu qua bộ ngắt điện một chiều tốc độ cao và các đường
dây tiếp xúc bên trên. Cực dương của dòng điện một chiều 1.500V được nối với
các đường dây tiếp xúc bên trên qua bộ ngắt điện một chiều tốc độ cao và cực
âm được nối với đường ray. Bộ ngắt điện một chiều tốc độ cao được sử dụng
cho việc cung cấp điện để vận hành đoàn tàu và bảo vệ dòng điện. Bộ ngắt điện
một chiều tốc độ cao sử dụng một chức năng ngắt dòng điện siêu tải để ngăn
dòng điện siêu tải và sự chập mạch ngay lập tức.
- Các trạm điện dịch vụ của ga và depot 6KV/380-220V, thường là loại
lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời. Hai mạch phân phối trung thế 6KV sẽ được
kéo dài đến depot để cung cấp nguồn cho các khu chức năng.
3
- Các trạm điện dịch vụ OCC 22KV/380-220V, thường là loại lắp đặt
trong nhà. Mạch vòng phân phối 22 KV sẽ được kéo dài tới toà nhà OCC để
cung cấp nguồn cho toà nhà OCC và toà nhà hành chính, nguồn cung cấp khẩn
cấp sẽ được lắp đặt bên cạnh trạm điện của OCC, nguồn điện khẩn cấp sẽ tự

khởi động trong trường hợp mất nguồn điện 22KV. Nguồn điện khẩn cấp sẽ có
khả năng tự động chuyển công suất yêu cầu cần thiết, lên đến giá trị định mức
cần thiết trong vòng 20 giây khi mất điện áp từ các fi đơ vòng lặp 22KV được
xác nhận. Sự chuyển đổi từ nguồn điện lưới sang nguồn khẩn cấp sẽ được thực
4
hiện tự động nhờ bộ chuyển mạch và ngược lại được thực hiện bằng lệnh điều
khiển từ xa qua hệ thống SCADA, khi nguồn điện lưới được tái lập.
- Dòng điện 110KV được hạ áp xuống 15KV,22 KV tại trạm biến áp và
cung cấp cho các nhà ga hay các trạm phụ để cấp cho đoàn tàu hoạt động. Sử
dụng biến áp hai đầu 15KV.22KV do mạng trung thế của TPHCM là 15KV
đang chuyển đổi sang 22KV, tuy nhiên nhiều khả năng đến năm 2020 sẽ chưa
chuyễn xong. Do vậy, để dễ ứng cứu khi có sự cố cần đầu tư máy biến áp trung
thế hai cấp điện áp, việc này sẽ làm tăng giá thành máy biến áp lên khoảng 10%
(sử dụng máy biến thế 2 cấp 15KV và 22KV).
- Hệ thống nguồn tái sinh: Sử dụng nguồn năng lượng tái sinh từ một
đoàn tàu này để cung cấp cho đoàn tàu khác trong thời gian ít hoạt động như
sáng sớm và lúc nữa đêm là rất khó khăn. Nên sử dụng hệ thống tái sinh năng
lượng sử dụng Chopper kết hợp với nạp ắcquy.
2. Hệ thống nguồn sức kéo DC:
- Máy biến áp chỉnh lưu có đặt điểm là tải của các pha không đồng thời
mà luân phiên nhau theo sự làm việc của các dương cực của các bộ chỉnh lưu
thủy ngân hoặc bán dẫn đặt ở mạch thứ cấp của máy biến áp. Như vậy máy biến
áp luôn làm việc trong tình trạng không đối xứng. Do đó phải chọn sơ đồ nối
dây sao cho đảm bảo được điều kiện từ hoá bình thường của các trụ lõi thép và
giảm nhỏ chập mạch của điện áp và dòng điện chỉnh lưu. Muốn như vậy phải
tăng số pha của dây quấn thứ cấp (thường chọn số pha bằng 6) và ở phía thứ cấp
có đặt thêm cuộn cảm cân bằng.
- Các trạm biến áp- chỉnh lưu sẽ có vị trí tại các nhà ga. Các trạm biến
áp- chỉnh lưu sẽ được lắp đặt trên nền của các nhà ga ngầm. Trạm biến áp chỉnh
lưu biến áp dòng điện xoay chiều 15KV,22KV thành dòng điện một chiều

1.500V và dòng điện một chiều này được cung cấp cho đoàn tàu qua bộ ngắt
điện một chiều tốc độ cao và các đường dây tiếp xúc bên trên. Cực dương của
5
dòng điện một chiều 1.500V được nối với các đường dây tiếp xúc bên trên qua
bộ ngắt điện một chiều tốc độ cao và cực âm được nối với đường ray. Bộ ngắt
điện một chiều tốc độ cao được sử dụng cho việc cung cấp điện để vận hành
đoàn tàu và bảo vệ dòng điện. Bộ ngắt điện một chiều tốc độ cao sử dụng một
chức năng ngắt dòng điện siêu tải để ngăn dòng điện siêu tải và sự chập mạch
ngay lập tức.

3. Truyền động kéo:
- Việc sử dụng động cơ một chiều kích từ nối tiếp rất phổ biến trong truyền
động của đầu tàu điện kéo. Đặt tính mômen-tốc độ của nó là lý tưởng. Mômen
lớn ở tốc độ thấp và tốc độ lớn khi mômen nhỏ. Động cơ điện một chiều có khả
năng thay đổi tốc độ liên tục và dễ điều khiển, còn động cơ điện xoay chiều chỉ
phù hợp với các động cơ có tốc độ ít thay đổi, điều khiển bằng thiết bị điện tử có
giá trị kinh tế rất lớn.
- Ngoài một số hệ thống xoay chiều tần số thấp, đa số đường sắt chạy điện
được cung cấp bằng điện áp một chiều qua đường dây trên không hoặc qua ray
thứ ba. Hệ thống đường sắt ở thành phố có khoảng cách ngắn và mật độ giao
thông cao dùng hệ thống một chiều là thích hợp. Nhưng một số hệ thống đường
sắt, giữa các thành phố cách xa là hệ thống xoay chiều một pha lấy từ lưới điện
tần số 50 hoặc 60Hz và có điện áp khoảng 15KV,22KV,25KV.
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp dùng trong một số kiểu đầu máy
được cung cấp qua bộ chỉnh lưu và một biến áp hạ áp, trong đó phía sơ cấp nối
với nguồn xoay chiều cao áp. Ở các tốc độ thấp(điện áp thấp), việc điều khiển
tiến hành bằng cách điều chỉnh các đầu phân thế trên dây quấn sơ cấp. Ở các tốc
6
độ cao (có điện áp định mức) việc điều khiển được thực hiện bằng cách giảm
dòng điện kích từ.

- Trong hệ thống đường sắt, các thành phần điều hòa của đường dây cung
cấp rất lớn. Các cáp tín hiệu ở gần và song song với đường sắt cần được bọc kim
tốt để tránh các loại nhiễu. Vì nguồn điện là một pha nên có mặt tất cả các sóng
điều hòa.
- Bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristo tránh được dùng máy biến áp có
các đầu phân thế. Việc điều khiển chính xác lực kéo cho phép hệ bánh xe và ray
không trượt với nhau. Nhưng cần phải tránh hệ số công suất quá nhỏ và các
thành phần điều hòa quá lớn để giữ cho dòng điện trong đường dây nguồn ổn
định ở trị số cho phép.
- Hệ thống đường sắt có 4 động cơ kéo có thể dùng hai bộ biến đổi điện áp
một chiều làm việc song song vì điều khiển cần lệch pha nhau. Các thời điểm
đóng của hai bộ biến đổi lệch nhau tùy theo dạng sóng.
- Hãm hệ thống truyền động có bộ biến đổi điện áp một chiều có thể bằng
biến trở nối với mạch phần ứng và giữ dòng điện kích từ không đổi. Nhưng để
tiết kiệm năng lượng dùng hãm tái sinh trả lại năng lượng cho nguồn một chiều,
nghĩa là chiều dòng điện trên cuộn cảm phải giữ nguyên giống như khi làm việc
ở chế độ động cơ. Để đảm bảo khả năng tự kích từ, khi chuyễn sang chế độ máy
phát, nối dây phần ứng hay phần cảm cần phải đảo ngược lại.
- Mạng kéo trên đường tàu điện ngầm được chia ra mạng tiếp xúc và mạng
xả. Mạng tiếp xúc bao gồm đường dây tiếp xúc tuyến ga chính và tuyến ga liên
kết. Mạng xả là tuyến cáp xả.
- Sự phân nhánh mạng tiếp xúc bằng cách xây dựng trên đường dây tiếp
xúc khoảng không phủ lên bộ phận thu nhận dòng của một toa.Được tiến hành
trên các tuyến chính, tại những vị trí tiếp xúc với tuyến chính của đường cụt, các
tuyến liên kết giữa các đường và tuyến trong depot điện.
- Cung cấp điện cho các thiết bị tiêu thụ điện-băng tải, bơm,quạt,các tổ sửa
chữa di động… được tiến hành trực tiếp từ trạm hoặc từ tuyến cung cấp trục
chính tổng.
4. Lưới phân phối trung thế:
- Nguồn điện xoay chiều 15KV, 22KV từ hai trạm biến áp này được truyền

dẫn đến các phân trạm điện kéo hạ áp và chỉnh lưu sang dòng điện một chiều
1.500VDC (750VDC) để cung cấp cho động cơ điện một chiều trên tàu hoạt
động.
- Nguồn điện xoay chiều 15KV, 22KV từ hai trạm biến áp này cũng cung
cấp cho các trạm điện hạ thế biến áp từ 15KV,22KV xuống còn 380V,220V để
sử dụng cho các thiết bị điện như thang máy, thanh cuốn, quạt, máy bơm, các cơ
cấu tín hiệu, điều khiển trung tâm và thông tin, thiết bị vệ sinh môi trường, điện
chiếu sáng, v.v
- Các đường dây truyền dẫn này là đường dây trung thế 15KV,22KV.
Thường sử dụng dây nhôm trần lõi thép tiết diện khoảng 50-240MCM.
7
- Hệ thống phân phối mạch vòng điện áp 15KV, 22KV độc lập kèm theo
mạch liên kết tương hỗ lẫn nhau với chế độ dự phòng công suất 1+1 và 2+1 tuỳ
theo giai đoạn khai thác.
- Có hai hệ thống mạch vòng phân phối điện điện áp 22 KV độc lập kèm
theo mạch liên kết tương hỗ lẫn nhau.
Sơ đồ hệ thống phân phối 22KV
8

5. Nguồn điện dự phòng:
- Sẽ có hai nguồn điện lưới trung thế đi song song, một đường vận hành
và một đường dự phòng để đề phòng sự cố mất điện và duy tu sửa chữa.
- Ngoài ra ở mỗi nhà ga sẽ được lắp đặt máy phát điện diesel để đề
phòng mất điện lưới.
- Sử dụng các nguồn dự trữ như UPS, bình ắcqui, bóng đèn sạt điện tích
năng Nicken, tụ bù mắc nối tiếp với động cơ Để phòng trường hợp mất điện
toàn bộ đột ngột.
6. Hệ thống bảo vệ, Giám sát và điều khiển trạm biến áp :
- Các hệ thống bảo vệ an toàn điện và tiếp đất, bao gồm tiếp đất cho thiết
bị, cho cáp và các bộ phận kim loại không mang điện.

- Hệ thống SCADA giám sát các trạm nhận điện, trạm điện sức kéo và các
trạm điện dịch vụ.
- Trạm biến áp tiếp nhận và các trạm biến áp chỉnh lưu sẽ được vận hành
tự động và sẽ được giám sát cũng như điều khiển bởi một trung tâm kiểm soát
tại một khu vực riêng biệt.
- Hệ thống cung cấp và phân phối nguồn điện sẽ được điều khiển và giám
sát từ xa bởi hệ thống SCADA nằm trong OCC.
- Các sơ đồ liên khoá và các chương trình SCADA sẽ được cung cấp để
đảm bảo nguồn khẩn cấp không cung cấp ra các fi đơ của Công ty Điện lực
TP.HCM và/hoặc không có sự xung đột giữa hai nguồn cung cấp này.
7. Bảo vệ mạch điện kéo:
- Hàng năm trên thế giới, trong các hệ thống metro thường xuyên xãy ra
các vụ hỏa hoạn, các vụ hỏa hoạn này gây ra những tổn thất lớn về người và vật
9
chất. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến những thảm họa này nhưng xét các nguyên
nhân thuần túy do các thiết bị kỹ thuật gây ra thì các trường hợp đoản mạch
trong mạch điện kéo là nguy cơ lớn nhất dẫn tới hỏa hoạn. Việc xây dựng các
tuyến đường sắt đô thị ở Thành phố Hồ Chí Minh thì công tác nghiên cứu ứng
dụng các tiến bộ kỹ thuật lớn nhất để xây dựng và vận hành các hệ thống này là
rất cần thiết.
- Phương pháp bảo vệ mạch điện kéo chống dòng đoản mạch trong metro
trên cơ sở đo nửa tổng các dòng điện trong các phân trạm điện kéo liền kề.
Phương pháp bảo vệ mới này có nhiều đặt tính ưu việt hơn hẳn các phương pháp
khác và nó có thể giải quyết triệt để vấn đề bảo vệ chống dòng đoản mạch trong
mạch điện kéo metro. Các phương pháp khác chưa khắc phục triệt để vấn đề
“vùng chết”, Tức là vẫn tồn tại một vùng nằm giữa hai phân trạm điện kéo liền
kề mà tại đó khi có xuất hiện đoản mạch thì không có một máy ngắt nào của các
phân trạm điện kéo liền kề nhận biết được nên không ngắt điện áp ngay vì vậy
đoản mạch sẽ gây ra hỏa hoạn hoặc phá hủy các thiết bị. Để loại trừ hiện tượng
này người ta phải áp dụng thêm các biện pháp hỗ trợ như lắp đặt thêm các thiết

bị đắt tiền như máy ngắt, máy phân li điều này dẫn đến độ tin cậy của cả hệ
thống giảm đi, không những thế còn làm xuất hiện sự ngắt mạch giả tạo làm cho
đoàn tàu phải ngừng ngoài ý muốn dẫn đến sai lệch lịch chạy tàu, tạo nên những
khó khăn trong vận hành hệ thống. Phương pháp bảo vệ mạch điện kéo trên cho
phép loại trừ hoàn toàn “vùng chết” mà không cần dùng đến các thiết bị hỗ trợ
cũng như giảm rất nhiều số lần ngắt mạch giả tạo.
Các trạm biến áp- chỉnh lưu sẽ có vị trí tại các nhà ga. Các trạm biến áp-
chỉnh lưu sẽ được lắp đặt trên nền của các nhà ga ngầm. Trạm biến áp chỉnh lưu
biến áp dòng điện xoay chiều 15KV,22KV thành dòng điện một chiều 1.500V
và dòng điện một chiều này được cung cấp cho đoàn tàu qua bộ ngắt điện một
chiều tốc độ cao và các đường dây tiếp xúc bên trên. Cực dương của dòng điện
một chiều 1.500V được nối với các đường dây tiếp xúc bên trên qua bộ ngắt
điện một chiều tốc độ cao và cực âm được nối với đường ray. Bộ ngắt điện một
chiều tốc độ cao được sử dụng cho việc cung cấp điện để vận hành đoàn tàu và
bảo vệ dòng điện. Bộ ngắt điện một chiều tốc độ cao sử dụng một chức năng
ngắt dòng điện siêu tải để ngăn dòng điện siêu tải và sự chập mạch ngay lập tức.
II. Hệ thống tiếp xúc điện:
1. Đường dây tiếp xúc bên trên (Overhead):
- Đường dây tiếp xúc bên trên cung cấp điện cho các đoàn tàu bên trong
đường hầm, những đoạn đường trên cao, trên mặt đất và Depot, nguồn điện
được cung cấp cho các đoàn tàu bởi đường dây tiếp xúc bên trên có điện áp
1.500V(+20%/-30%). Đường dây tiếp xúc bên trên được sử dụng trong đường
hầm sẽ có dạng hình chữ T, được làm bằng nhôm, kết nối chặt với một khung
bằng đồng có dạng hình khe(170mm2), đường dây bên trên có công suất
3.000W.
- Phần mở của đường dây tiếp xúc bên trên sẽ bao gồm đường dây truyền
điện, đường dây treo, các phụ kiện, các chuổi cách điện và các tuyến nhánh, các
10
phần hợp thành sẽ được quyết định bởi điều kiện vận hành đoàn tàu, như tốc độ
vận hành tối đa, thời gian giãn cách tối thiểu và giảm điện áp. Khung bằng đồng

kết chặt sẽ được sử dụng cho dây truyền điện cho tuyến chính và khung bằng
thép được sử dụng bên trong Depot, thông thường, một giá đỡ có thể di chuyển
được sử dụng để hỗ trợ cho các đường dây truyền điện, đường dây treo.
- Một thiết bị phân chia FCO, LBS sẽ được sử dụng để tạo thành từng phần
của dây tiếp xúc bên trên, điều này sẽ cho phép ngắt dòng điện tại phần đã được
xác định để bảo trì và có thể được sử dụng để tách riêng một phần có thể gây ra
tai nạn hoặc khó khăn.
- Mỗi hướng đường ray sẽ có bộ ngắt điện một chiều 1.500V riêng để hỗ trợ
và bảo vệ. Dây tiếp xúc bên trên sẽ được chia ra tại những đoạn ở trước mỗi
trạm biến áp đang hoạt động.
Hệ thống dây trên cao dùng để cung cấp điện cho đoàn tàu. Đường dây tiếp
xúc được treo phía trên đường ray chạy tàu nhờ một hệ thống các cột, dây treo
khá phức tạp.
Đường dây tiếp xúc trên cao (Overhead Catenary)
11
Mặt cắt ngang của đường dây tiếp xúc
Điện được cấp cho đoàn tàu thông qua cần lấy điện (Pantograph). Cần lấy
điện được thiết kế nhằm duy trì sự tiếp xúc với đường dây để việc cung cấp điện
cho đoàn tàu không bị gián đoạn. Thường có hai loại cần tiếp điện: loại sử dụng
khí nén hoặc loại sử dụng lò xo.
Cần tiếp điện (Pantograh)
Có nhiều cách để thiết kế đường dây tiếp xúc, tùy thuộc vào từng hệ thống,
tuổi thọ, tốc độ yêu cầu của đoàn tàu. Trường hợp ở trong đường hầm thì sử
dụng hệ thống treo cố định (Tương tự như ray thứ 3 nhưng được bố trí trên cao).
Một số hệ thống treo đường dây tiếp xúc
- Hệ thống được đặt trên cao nên khó có khả năng tiếp xúc với hành khách
và nhân viên.Do đó hệ thống có độ an toàn cao hơn so với đường ray thứ 3. Nhờ
những cải tiến về thiết kế, công nghệ nên khả năng tiếp xúc giữa đường dây dẫn
và cần lấy điện được tăng lên đáng kể. Hệ thống sử dụng điện áp một chiều
1500V, Khoảng cách cấp điện cao nên số trạm biến áp thấp, tổn thất điện năng

thấp hơn so với đường ray thứ 3. Việc thiết kế đường dây tại cái điểm giao cắt
12
đơn giản đảm bảo được việc truyền điện liên tục. So với đường dây thứ 3 thì cấu
trúc của hệ thống phức tạp hơn, gồm nhiều bộ phận hợp thành. Do sự phức tạp
như vậy dẫn đến tăng chi phí đầu tư ban đầu. Bảo dưỡng khó khăn do đường dây
nằm trên cao, phải có các thiết bị chuyên dùng, chi phí bảo dưỡng cao. Yếu tố
thẩm mỹ kém hơn so với đường ray thứ 3, chiếm dụng không gian bên trên đoàn
tàu, ảnh hưởng đến cảnh quan đô thị.
- Hệ thống đường tiếp xúc trên không bảo gồm các đường cung cấp điện,
lấy nguồn từ trạm biến áp điện kéo và cấp điện cho các đầu máy tàu điện qua
cần lấy điện. Mục đích chính là nhằm cung cấp nguồn điện ổn định cho đầu
máy.
Lắp đặt cho phần đường hầm:
13
Lắp đặt cho phần trên cao:
Bộ giá đỡ treo cứng (cố định):
14
Bộ giá đỡ có khớp nối
15
Cột và xà dạng thép ống
Hệ thống treo cứng:
- Sử dụng trong các đường hầm nói riêng và đường tàu điện ngầm nói
chung. Dây tiếp xúc được gắn vào chi tiết kẹp tại phần dưới cùng của bộ giá treo
hình chữ T.
- Do dây tiếp xúc không có tính co giãn nên hệ thống này không thể áp
dụng cho tuyến có tốc độ cao.
- Phương tiện cung cấp nguồn điện từ trạm điện sức kéo đến đường dây
tiếp xúc.
- Số sợi cáp sử dụng và tiết điện cáp được quyết định dựa trên việc xem xét
nhiều yếu tố khác nhau như sụt áp và sự tăng nhiệt độ làm việc.

16
- Khoảng cách tiêu chuẩn cho đường dây nguồn, điện DC, là 250m. Tuy
nhiên có thể còn ngắn hơn tuỳ thuộc vào dòng tải và các yếu tố khác.
- Hệ thống ray truyền dẫn bằng thép kết hợp với bản kim loại hợp kim
nhôm
Hiện nay, hệ thống này đã được đặc biệt quan tâm và áp dụng.
- Nó được hỗ trợ bởi 2 tấm bản kim loại bằng nhôm bắt sát vào bề mặt bên
trái và phải của ray truyền dẫn có chức năng tăng cường tính dẫn điện cho phần
thân chính của thanh ray dẫn.
- Khi bề mặt ma sát và phần thân chính được làm bằng vật liệu đồng, thì sẽ
tăng cường độ bền hơn bời vì không có sự ăn mòn do việc tiếp xúc của các bộ
phận bằng kim loại với nước rò gỉ. Tuy nhiên giá thành sẽ cao hơn so với vật
liệu làm bằng nhôm.
- Sử dụng loại dây có tiết diện cắt ngang từ 200mm 2 đến 510mm 2.
- Khả năng dẫn điện và lực kéo nhỏ hơn so với loại dây đồng (kéo nguội có
lõi thép chịu lực), hệ số nở dài thì lớn hơn, giá thành thấp hơn.
17
- Khả năng chịu tải trọng kéo giảm bởi trọng lượng của dây nhẹ. Dây này
không thể sử dụng ở nơi gần các nhà máy hoá chất (nơi sản sinh khí gas) và
trong đường hầm (nơi xuất hiện sự rò gỉ nước), bởi vì sự ăn mòn dây dẫn sẽ Sử
dụng loại dây có tiết diện cắt ngang từ 100mm 2 đến 325mm 2.
Khả năng dẫn điện của dây là 97% và tiết diện mặt cắt ngang chỉ bằng
60% so dây nhôm.
- Trọng lượng riêng của dây bằng 3.2 lần dây nhôm. Nhuưvậy, để tải 1
dòng điện tương đương với dây nhôm thì khối lượng dây đồng sẽ lớn hơn gấp 2
lần.
Lực kéo lớn hơn so với dây nhôm. Và giá thành cũng cao hơn.
Cột bê tông
- Việc lựa chọn các kết cấu cột phụ thuộc vào hình dạng và sức bền cơ
được tính cho một vị trí cột đứng độc lập

- Đây là kết cấu chống đỡ sử dụng phổ biến nhất , dùng dạng bêtông dự
ứng lực trước, bằng phương pháp quay ly tâm và vì thế có đời sống bán cố định,
sự rạn nứt ít khi xảy ra và độ uốn cong là nhỏ.
18
Cột thép khung
Sử dụng các loại cột thép lắp ghép, thép góc, thép tấm hình chữ H.
Cột thép ống
Sử dụng nhiều dạng nguyên vật liệu thép ống
Hiện nay, kết cấu này được sử dụng với khối lượng lớn trong tuyến
Shinkansen ở Nhật.
Sử dụng làm cột điện đặt trên kết cấu móng của cầu cạn trên cao.
19
Kết cấu này được sử dụng khi có yêu cầu về sử dụng vật liệu chỉ được xử
lý đơn giản
Khi nhu cầu cung cấp với số lượng lớn thì giá thành sẽ thấp hơn rất nhiều.
Nền móng được xử lý tuỳ theo mỗi hình thức cột sử dụng.
2. Hệ thống cấp điện bằng đường ray thứ 3 (Sau đây sẽ gọi tắt là hệ
thống ray thứ 3):
Đường ray thứ 3
Hệ thống ray thứ 3 được lắp đặt ngay cạnh hệ thống ray chạy tàu. Trên tàu
sử dụng hệ thống này được trang bị một bộ phận lấy điện được gọi là đế tiếp
điện (shoe)
Một loại đế tiếp điện.
20
Hệ thống sử dụng điện áp một chiều 600 hoặc 750 V (chủ yếu là 750 V).
Tốc độ đoàn tàu cho phép chỉ khoảng 70 km/h, tuy nhiên với những công nghệ
mới thì đoàn tàu có thể đạt tốc độ trên 100 km/h.
Có nhiều cách bố trí ray thứ 3 đơn giản nhất là cách tiếp xúc bên trên (top
contact). Mỗi cách bố trí phải có tấm cách ly để đảm bảo an toàn cho người và
ngăn chặn các vật thể lạ xâm nhập.

Cách bố trí ray thứ 3
Chi phí đầu tư cho hệ thống ray thứ 3 thấp hơn so với hệ thống tiếp
điện trên cao. Có nhiều khả năng lắp đặt để phù hợp với không gian và giảm
được kích thước các công trình (như là công trình hầm) do đó giảm được các chi
phí liên quan. Do không yêu cầu phải có đường dây điện bên trên đoàn tàu nên
không làm ảnh hưởng nhiều đến cảnh quan đô thị đặc biệt là các đoạn đi ngoài
21
trời.Ray thứ 3 có thể chịu được lực tiếp xúc lớn hơn so với hệ thống tiếp xúc
trên cao. Do được lắp đặt gần với đường ray chạy tàu nên thuận tiện cho việc
thao tác bảo trì, bảo dưỡng. Do ray thứ 3 được đặt gần đường ray nên khả năng
xâm phạm đến khu vực tiếp điện lớn hơn so với đường dây trên cao. Có thể gây
nguy hiểm chết người do đó cần phải có các biện pháp bảo vệ cách ly hiệu quả.
Đồng thời do được đặt gần đường ray chạy tàu nên dễ có khả năng xảy ra hiện
tượng phóng điện gây nguy hiểm. Hệ thống đường ray thứ 3 sử dụng nguồn điện
có điện áp thấp, lý do vì có thể xảy ra hiện tượng phóng điện từ ray dẫn điện
sang đường ray chạy tàu. Đồng thời hệ thống sử dụng dòng điện có cường độ
cao (đôi lúc lên đến 3000A) do đó tổn thất điện áp (trên một đơn vị chiều dài) là
rất lớn. Điều đó có nghĩa là khoảng cách giữa các trạm cấp điện phụ phải được
rút ngắn làm tăng chi phí vận hành. Tốc độ vận hành của đoàn tàu sử dụng hệ
thống bị giới hạn. Đường ray tiếp xúc bị ngắt quãng tại các điểm giao cắt, do đó
cần phải có nhiều đế tiếp điện được lắp đặt dọc theo đoàn tàu để đảm bảo lấy
điện liên tục. Các vật thể lạ có thể rơi vào đường ray dẫn điện làm ảnh hưởng
đến khả năng tiếp xúc của ray với đế tiếp điện. Cần phải có các tấm cách ly để
hạn chế việc này hoặc sử dụng cách tiếp xúc bên dưới để giảm ảnh hưởng đến
tiếp xúc.
3. So sánh hai phương án cấp điện cho đoàn tàu:
Trong công văn số SDC-MLT00066-E ngày 30/07/08 của Công ty
SYSTRA có đưa ra một loạt các ưu điểm của hệ thống ray thứ 3 và đề nghị sử
dụng công nghệ này cho tuyến Metro Hà Nội. Đồng thời SYSTRA cũng đưa ra
một bảng so sánh và đánh giá các ưu nhược điểm của hai hệ thống.

Dựa trên bảng so sánh này, liên danh NJPT đã đưa ra những góp ý được
trình bày trong công văn số LMAUR/NJPT/0808E-443 ngày 27/08/08. Các ý
kiến của NJPT có phần nghiêng về phía hệ thống tiếp điện trên cao hơn.
22
So sánh hệ thống tiếp điện bằng đường ray thứ 3 và hệ thống tiếp điện trên cao:
Tiêu chí Ray thứ 3 (Third rail) Trên cao (Overhead) Đánh giá
Third rail Overhead
Kết cấu
và sự ổn
định
SYSTRA
Cấu trúc đơn giản, độ ổn định cao, có thể
điều khiển được mà không bị ngắt điện.
Có cấu trúc liên hợp phức tạp,
hệ thống nằm trên cao,tiềm ẩn
khả năng bị ngắt điện.
4 3
NJPT
Đúng điều này chỉ đúng tại các khu giữa
hai ga. Tuy nhiên hệ thống ray thứ 3 có
những khó khăn nhất định ở các ga cuối
và những bãi đỗ tàu đòi hỏi phải có ghi
trong thiết kế và thi công. Điều quan
trọng là phải thiết lập được một kết cấu
an toàn hay điều kiện làm việc với hệ
thống ray thứ 3 dùng điện cao áp trên
mặt đất.
Không. Kết cấu của hệ thống
điện trên cao không quá phức
tạp. Nó đơn giản hơn ray thứ

3 tại cái ga cuối và những bãi
đỗ tàu. Về độ an toàn, hệ
thống tiếp điện trên cao ưu
việt hơn ray thứ 3.
3 4
Nhận xét
NJPT đúng về thiết kế trong ga cuối và
bãi đỗ tàu, nhưng xét về tổng thể thì kết
cấu của hệ thống ray thứ 3 vẫn đơn giản
hơn.
Kết cấu của hệ thống tiếp điện
trên cao phức tạp hơn ray thứ
3. Yếu tố an toàn chưa xét đến
ở đây.
4 3
SYSTRA Không đề cập. Không đề cập. - -
23
NJPT Tối đa 80 km/h. Hơn 100 km/h. 2 4
Nhận xét
Tốc độ tối đa của hệ thống ray thứ 3 thấp
hơn tiếp điện trên cao. Nhưng xét trên
các tuyến đường sắt đô thị với tốc độ vận
hành tàu không cao thì yếu tố này không
ảnh hưởng lớn. Tốc độ đoàn tàu của cả
hai phương pháp hiện nay đã đươc cải
thiện nhiều.
Như cột bên trái.
3 4
Thi công
và vận

hành
SYSTRA Lắp ráp, thi công xây dựng và vận hành
đơn giản.
Lắp ráp , xây dựng và vận
hành phức tạp.
4 3
NJPT
Không đơn giản. Cần có hệ thống và các
thiết bị bảo vệ an toàn. Công tác điều
chỉnh phải tiến hành đồng thời với công
tác bảo dưỡng đường ray. Khó khăn
trong việc đảm bảo an toàn công cộng tại
những chổ giao nhau.
Không phức tạp. Công tác
điều chỉnh và bảo dưỡng
khác có thể tiến hành độc lập
với công tác bảo dưỡng
đường ray. Có ít sự cố tại các
điểm giao cắt.
2 4
Nhận xét
Thi công đơn giản hơn, trong thiết kế đã
bao gồm các biện pháp an toàn. Phức tạp
tạp tại các điểm giao nhau. Không rõ ý
kiến của NJPT về việc điều chỉnh và bảo
dưỡng (trình bày trong tiêu chí khác).
Thi công phức tạp hơn.
Nhưng tại các chổ giao nhau
thì đơn giản và an toàn hơn.
3 3

24
Chiếm
dụng
không
gian
SYSTRA
Lắp đặt gần đường ray, không chiếm
không gian trên cao.
Chiếm dụng không gian trên
cao. Kích thước hầm tăng lên
và tăng chi phi.
4 2
NJPT
Đúng. Vì thế nhiều đoạn đường sắt ngầm
sử dụng đường ray thứ 3.
Sử dụng hệ thống treo cứng
để tiết kiệm không gian trong
đường hầm.Những tuyến
đường sắt có chiều dài lớn
thường dùng hệ thống tiếp
điện trên cao để tăng vận tốc.
4 4
Nhận xét
Đúng như hai bên trình bày hệ thống ray
thứ 3 được sử dụng để tiết kiệm không
gian, đặc biệt trong đường hầm.
Đúng như NJPT trình bày,
việc sử dụng hệ thống treo
cứng giảm không gian trong
đường hầm.

4 3
SYSTRA
Tối ưu hóa đường kính hầm, vốn đầu tư
thấp. Không có thay đổi về đầu máy toa
xe.
Kích thước đường hầm tăng,
vốn đầu tư cao. Không có
thay đổi về kích thước đầu
máy toa xe.
4 3
25