Mạng cao áp và trạm điện kéo - Pgs.Ts.Đàm Quốc Trụ phần 1 ppt

PGS. TS. ðÀM QU C TR (CH BIÊN)
TS. LÊ M NH VI T

M NG CAO ÁP
&TR M ðI N KÉO
DÙNG CHO CHUYÊN NGÀNH
TRANG B ðI N – ðI N T CÔNG NGHI P VÀ GIAO THÔNG
V NT I

NHÀ XU T B N GIAO THÔNG V N T I
HÀ N I 2008


* Thông tin v các tác gi .

.H và tên : ðàm Qu c Tr .
Năm sinh ; 1936 .
Cơ quan công tác :
+ ð i h c Giao thông V n t i (1968-1998).
+ Khoa Cơ-ði n ð i h c Kinh doanh và Công ngh (1998 -hi n nay ):
Email :

.H và tên : Lê M nh Vi t .
Năm sinh ; 1949 .
Cơ quan công tác :
B mơn Trang b đi n.Khoa ði n -đi n t .
ð i h c Giao thông V n t i (1971-hi n nay ) .

Email :

*Ph m vi và ñ i tư ng s d ng giáo trình .
1/Giáo trình có th dùng tham kh o cho các ngành :
Giao thơng đi n khí hố đư ng dài và đơ th .
Thơng tin tín hi u ðưòng s t cao t c .
V n t i ðư ng s t ði n khí hố .
Cung c p đi n cho giao thơng cao t c và đơ th .
ðư ng h m và Mêtro .
Kinh t V n t i ðư ng s t cao t c .
Cơ khí chuyên dùng vè ð u máy và toa xe .
ði u khi n V n t i ðư ng s t đi n khí hố .
Kinh t xây d ng giao thơng đư ng s t.
Xây d ng cơng trình Giao thơng ðư ng s t .
2/ /Giáo trình có th dùng các tr ơng :
-ð i h c giao thông V n t i .
-ð i h c giao thơng Thành ph H chí Minh .
-T t c các trư ng Cao ñ ng v Giao thông và V n t i ðư ng s t.
3/ Yêu c u ki n th c trư c khi h c ho c đ c tham kháo giáo
trình này :
- Lý thuy t M ch ñi n
- Cơ ng d ng
- Máy ñi n
- Cung c p ñi n

• Tra c u theo t khố .
B.
C.

. Bi u ñ ñi n th m ch ray

127-

Các d ng giao thơng đi n

9

Câu h i ơn t p ,ki m tra đánh giá chương 1.

13

Câu h i ơn t p ,ki m tra đánh giá chương 2.

30

Câu h i ơn t p ,ki m tra ñánh giá chương 3.

73

Câu h i ơn t p ,ki m tra đánh giá chương 4.

94

Câu h i ơn t p ,ki m tra đánh giá chương 5.

131

Câu h i ôn t p ,ki m tra ñánh giá chương 6.

155

Các sơ ñ cung c p đi n phía ngồi.

Các phương pháp tính tốn dịng đi n ng n m ch
Các sơ ñ cung c p đi n phía trong cho giao thơng đi n dịng ñi n m t chi u.
Các sơ ñ m ng ñi n kéo 2 dây.
Các sơ ñ cung c p đi n phía trong cho giao thơng đi n dịng ñi n xoay chi u.

1752212224-

MCA&TðK • 3


D.

Các sơ ñ tr m ñi n kéo.
Các sơ ñ m ng đi n kéo.
Các phương pháp tính tốn m ng ñi n kéo.
C c m y bi n p tr m ñi n k o dũng ñi n xoay chi u.
C c b bi n ñ i c a tr m ñi n k o dũng ñi n 1 chi u.
Các ñ i lư ng ñi n ñ c trưng s làm vi c c a các h th ng cung c p đi n
cho giao thơng v n t i
Dịng đi n và phát nóng .
Dịng đi n rị m ch đư ng ray
Dịng đi n rị và các tính ch t:
Dây d n ti p xúc
Dây cáp ñ , cáp mang
Dây cáp tăng cư ng
ði n áp và t n th t ñi n áp
ð tin c y các k t c u h th ng cung c p ñi n.

2427106
79

80
9797
125126137138138
10029

P.
Phân lo i và các sơ ñ c u trúc TðK
Phân lo i TðK
Phương pháp ph t i dịng phân b đ u
Phương pháp phân tích t ng h p.
K. Khái quát
Kh o sát sơ ñ c u trúc ño n ñư ng s t h th ng dịng đi n 1 chi u,
đi n áp 3,3 kv
K t c u n i v i c t và các ph ki n c a h th n treo dây ti p xúc
Khái qt v tính tốn h treo dây .
Khái ni m,phân lo i h th ng m ng dây ti p xúc.
L.
Lo i dây treo trên khơng
M. . M ng đi n kéo dịng đi n 1 chi u
. M ng đi n kéo dịng đi n xoay chi u.
, M ng ti p xúc trên ray .
N.
Nh ng yêu c u chung v ñ tin c y c a h th ng cung c p ñi n.
Nh ng nguyên t c d tr các ph n t c a h th ng cung c p ñi n.
Ng n m ch trong h th ng 3 pha dịng đi n xoay chi u
Ng n m ch 1 pha trong h th ng v i trung tính ti p ñ t
Ng n m ch 2 pha trong lư i đi n v i trung tính ti p ñ t và cách ly
Ng n m ch 3 pha trong lư i đi n v i trung tính ti p ñ t và cách ly
Ng n m ch trong m ng ñi n kéo
H.

H dây treo ñơn gi n
H dây treo ph c h p

3131110113120
35139142
131
131121125
136
292946464951120141141-


P.

Phân tích h th ng dây ti p xúc
Phân tích h dây treo .
Ph t i tính tốn đ n dây d n và cáp c a h treo dây ti p xúc.
Phương trình đ võng c a dây d n.
S. Sơ ñ t ng th cung c p ñi n.
Sơ ñ c u trúc tr m ñi n kéo 1 chi u.
Sơ đ c u trúc TðK dịng xoay chi u trên ñư ng s t ch y ñi n.
Sơ ñ cung c p ñi n xoay chi u 15 kv t n s th p 16 2/3 Hz 27
Sơ đ cung c p đi n cho giao thơng ñi n ñư ng s t xoay chi u 27,5 kV
Sơ ñ c u trúc c a TðK dùng cho xe ñi n ng m(metro)
Sơ ñ c u trúc TðK tàu ñi n bánh s t và xe ñi n bánh hơi
S cách ñi n .
Sơ lư c v giao thơng đi n
T.
Tính tốn h treo m t xích .
T ng quan v h th ng cung c p ñi n cho giao thơng đư ng s t
Tác đ ng ñi n ñ ng c a dòng ñi n ng n m ch

Tác d ng nhi t c a dòng ñi n ng n m ch
Tr m ñi n k o tàu đi n ng m.
Tính tốn cơ h c c a h treo dây ti p xúc
Tr m ñi n k o c a giao th ng thành ph .
Tr m ñi n k o dũng ñi n xoay chi u.
Tr m ñi n k o dũng ñi n m t chi u.
Tính đ i x ng c a 3 pha và các sóng hài lư i đi n
T ng quan chung v các phương pháp
Tính tốn cung c p đi n k trên c s l ch ch y tàu
trong
h
th ng m ng dây
T ng quan
các ph n t
137
Tính tốn đàn h i c a lư i ti p xúc
Tính tốn ch u gió bão c a h th ng lư i dây ti p xúc
TðK dòng 1 chi u 3,3 kV trên ñư ng s t, ñư ng chung chuy n
ñi n áp 110 kV, 220 kV.
X. Xây d ng các đư ng cong dịng đi n tiêu th b i đồn tàu
và l ch ch y tàu.
V. V t li u s d ng trong m ng đi n kéo và các đ c tính đi n và cơ c a chúng

139139
139
145
16
213334384043138
7149
14636785

142
89
74
76
103106106ti p xúc.
15215431107
94-

MCA&TðK • 5


L I NĨI ð U
Giáo trình” M ng cao áp và Tr m ñi n kéo “ñư c vi t trên cơ s n i dung môn
h c cùng tên dùng cho chuyên ngành “ Trang b ñi n–ñi n t Công nghi p và Giao
thông v n t i “ c a Khoa ði n–ði n t ,Trư ng ð i h c Giao thông v n t i và đã đư c
H i đ ng ngành thơng qua. N i dung giáo trình g m 6 chương bao quát h t các n i
dung chính v “H th ng cao áp phân ph i vịng ngồi “và các ki n th c chung nh t v
“Tr m ñi n kéo,m ng cung c p ñi n kéo cùng lư i dây ti p xúc “cho giao thơng đi n
qu c gia và đơ th .Giáo trình v cơ b n mang tính ch t đ nh tính lý thuy t,tuy v y các
ki n th c v i ñ y ñ nh ng công th c lý thuy t và th c nghi m ñã ñư c ki m ch ng,nó
cho phép áp d ng vào các bài tốn như: bài t p l n,thi t k mơn h c và ñ án t t
nghi p.Hơn th n a,ph m vi ng d ng còn r t r ng,đó là trong các nghiên c u,thi t
k ,khai thác, v n hành h th ng cung c p ñi n cho Giao thơng đi n đi n khí hố.
Các tác gi d a trên nh ng kinh nghi m th c ti n và gi ng d y ñào t o chuyên
ngành “ði n giao thông thành ph “ nh ng năm 70–80 c a th k trư c c a Trư ng ð i
h c Giao thông ðư ng s t,ñư ng b (Tên Trư ng ð i h c Giao thông V n t i lúc b y
gi ), cùng v i nh ng nghiên c u hi n t i d a trên các tài li u m i nh t ( nư c ngoài)
v lĩnh v c này, đ đưa vào giáo trình nh ng n i dung cơ b n và hi n ñ i nh t.
V i tinh th n hư ng t i vi c ñào t o ð i h c theo tín ch ,giáo trình đư c th hi n
v i các n i dung trình bày th t rõ ràng cho ngư i ñ c và ng n g n khúc tri t cho t ng

n i dung.Nhi u b ng bi u mang tính cơng ngh đư c d n ra ñ mong mu n giúp cho
ñ c gi d dàng ng d ng trong các bài toán th c t .
Các s li u tham kh o,trích d n ñư c s d ng t nhi u sách và t p chí đã cơng b
cơng khai trên th trư ng và m ng internet (như trong ph n tài li u ñã nh c t i), nhưng
chúng ñã ñư c l a ch n nghiên c u,phân tích cho m c đích ph c v n i dung c a giáo
trình yêu c u.
V i l n ñ u biên so n trong hoàn c nh: nư c ta hi n nay chưa có m t km ñư ng
giao thông ñi n nào (m c dù Hà n i trư c đây có t u đi n và tàu ñi n bánh hơi, m
than Qu ng ninh có gng ch y đi n t th i Pháp thu c đ n ngày nay)và cũng chưa có
m t tài li u nào v n i dung này Vi t nam,cho nên ch c ch c giáo trình này cịn nhi u
thi u sót v c n i dung v hỡnh th c.
Giáo trình do PGS-TS Đ m Quốc Trụ chủ biên v viết các chơng 1,2, 4. TS Lê Mạnh Việt
viết các chơng 3,5,6 v hiệu chỉnh, ho n thiện to n bộ giáo trình . Cỏc tỏc gi và H i ñ ng

ngành mong mu n nh n đư c m i s góp ý c a các b n ñ c,nh t là các ñ ng nghi p
ho c các cán b k thu t,chuyên gia liên quan t i lĩnh v c này. M i ý ki n xin ñư c
g i v : H i ñ ng nghành ði n–ñi n t Khoa ði n–ði n t Trư ng ð i h c Giao thông
V n t i Hà N i,xin chân thành c m ơn.
Các tác gi


Chương 1

T NG QUAN V
CUNG C P ðI N CHO GIAO THÔNG ðI N
1.1. SƠ LƯ C V GIAO THÔNG ðI N
Các lĩnh v c s d ng giao thông ñi n bao g m: giao thông ñư ng s t có đ u máy
đi n kéo các toa xe ch hàng ho c ch khách, đồn tàu g m các toa xe g n mơtơ đi n
thư ng dùng ch khách trên các đư ng ngo i ơ các thành ph l n; giao thơng thành
ph có tàu đi n bánh s t, xe ñi n bánh hơi, tàu đi n ng m; giao thơng cơng nghi p có

đ u máy đi n kéo các xe gng ch than trong các h m lị, đ u máy đi n kéo các toa xe
ch nguyên v t li u và cơng nhân trong các xí nghi p.
T t c các lo i giao thơng đi n s d ng trong các lĩnh v c nêu trên có chung m t
cơ s nguyên lý làm vi c và có th bi u th khái quát quá trình làm vi c b ng sơ đ kh i
sau đây:
1

Hình 1.12
3

4
5

6

7

9
ðC

Trên sơ đ :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

8

10

Hình 1.1.

Nhà máy ñi n.
Tr m bi n áp.
ðư ng dây cao áp 3 pha.
Tr m ñi n kéo.
Dây cung c p (phía m ng ti p xúc).
Dây v (n i ñ t, n i ray).
H th ng dây ti p xúc.
ð u máy ñi n.
C n ti p ñi n.
MCA&TðK • 7


10. ðư ng ray.
T t c các lo i giao thơng đi n (trên đư ng ray) s d ng trong các lĩnh v c nêu
trên ñ u dùng ñ ng cơ ñi n kéo. Vi c truy n t i năng lư ng ñi n t nhà máy ñi n t i
các ñ ng cơ ñi n kéo ñ t trên các ñ u máy ho c các toa xe ñư c th c hi n nh các tr m
bi n áp, các ñư ng dây cao áp v i các c p ñi n áp khác nhau và các tr m ñi n kéo.
Trong các tr m ñi n kéo ñi n năng ñư c bi n ñ i theo t ng lo i dịng đi n và ñi n áp
phù h p v i lo i ñ ng cơ ñi n kéo trên ñ u máy, sau ñó theo h th ng dây ti p xúc ñi n
ñư c cung c p ñ n các ñ ng cơ ñi n kéo. ð ng cơ ñi n kéo làm vi c và theo h truy n
ñ ng làm chuy n ñ ng các bánh xe c a ñ u máy (m ch vịng c a dịng đi n là ñi theo
ñư ng ray tr v tr m).
T u ñi n bánh s t Hà N i ñư c s d ng t nh ng năm 1920, ñ ng th i cũng

trong kho ng th i gian đó đ u máy ñi n ñư c áp d ng ñ ch than t các h m lị đ n
b n C a Ơng (Qu ng Ninh) và các đàu máy ñi n ch goòng trong khai thác than dư i
h m lị.
Ngót 70 – 80 năm Vi t Nam giao thơng đi n m than Qu ng Ninh cũng như
Hà N i đã đư c khai thác. ðó là các h th ng ñi n m t chi u, ngu n ñi n là các máy
phát ñi n m t chi u, cịn đ ng cơ đi n kéo là ñ ng cơ ñi n m t chi u kíck t n i ti p.
T sau ngày gi i phóng (1954) ñ n nay ñã s a ch a và ñ i m i như thay các tr m phát
ñi n b ng các tr m ch nh lưu bán d n, riêng thành ph Hà N i thì h th ng giao thơng
đi n đã q cũ và b xố b hồn tồn t năm 1980.
Áp d ng giao thơng đi n trong ngành đư ng s t, giao thông thành ph và v n t i
công nghi p có nh ng ưu vi t sau:
1. Giao thơng đi n cho phép nâng cao công su t kéo c a đ u máy tương đ i d
dàng nh cơng su t l n, t c ñ l n nên kh năng chuyên ch và kh năng
thông qua nhanh.
2. Hi u su t c a giao thơng đi n l n. N u khơng tính đ n t n hao ñi n năng trong
h th ng cung c p ñi n cũng như t n hao nhà máy ñi n (nhi t đi n) thì hi u
su t b ng 29,5 – 33,4%, trong khi đó giao thơng điêzen có tr s hi u su t là
22,8 –23,8%. Như v y hi u su t c a ñ u máy ñi n cao hơn c a ñ u máy ñiêzen
kho ng t (6,7 – 9,6%).
3. Trên ñ u máy ñi n khơng có các b ph n làm vi c nhi t ñ cao và chuy n
ñ ng t nh ti n qua l i như ñ u máy ñiêzen, do v y ít s a ch a, gi m chi phí
khai thác.
4. Do đ c tính cơ đi n, ñ u máy ñi n có gia t c l n hơn đ u máy điêzen, do đó s
d ng ñ u máy ñi n ño n ñư ng nhi u ch đ r t thu n l i. Vì v y ngư i ta
thư ng dùng ñ u máy ñi n ch y các khu v c ngo i ô thành ph ñ chuyên
ch hành khách.
5. ð ng cơ ñi n là lo i ñ ng cơ duy nh t mang tính ch t bi n đ i năng lư ng
thu n ngh ch. Vì v y đ u máy đi n ch đ kéo nó là đ ng cơ tiêu th đi n
năng, ch đ hãm nó là máy phát ñi n ñưa ñi n năng tr v lư i. Nh
phương pháp hãm tái sinh (thu h i ñi n năng) khi xu ng d c ho c khi gi m t c

ñ , ñ u máy ñi n tr l i năng lư ng ñi n cho h th ng cung c p ñi n năng.


6. S d ng d dàng t o ñi u ki n ñ c i t o k thu t, các khâu khác như cơ khí
hố, t đ ng hố, cơng tác duy tu b o dư ng đư ng s t, x p d hàng hố các
kho bãi, đi u khi n t ñ ng và ñi u khi n t xa... c i thi n ñi u ki n lao đ ng
cho cán b , cơng nhân viên ngành đư ng giao thơng.
7. Áp d ng giao thơng ñi n trên ñư ng s t r t có th k t h p gi i quy t ñư c vi c
đi n khí hố các lĩnh khác c a n n kinh t qu c dân n m trong khu v c ñư ng
s t ñi qua trong ph m vi bán kính t 30 đ n 60km ( hai phía c a đư ng s t)
và kho ng t 50 đ n 100km bán kính xung quanh tr m ñi n kéo.
8. ð u máy ñi n kéo khơng có máy phát riêng trên đ u máy cho nên so v i đ u
máy ðiêzen thì nó nh hơn, r hơn và b n hơn. Cùng công su t ñ u máy, tr ng
lư ng ñ u máy ñiêzen g p 1,5 ñ n 1,7 l n tr ng lư ng ñ u máy ñi n, giá thành
cũng g n g p đơi so v i đ u máy đi n.
9. ð u máy đi n khơng nh hơi đ c, khơng có khói b i, thu n ti n cho vi c gi
gìn v sinh mơi trư ng cho hành khách, thành ph và khu dân cư ñư ng s t ñi
qua.
Nhưng như c ñi m c a ñ u máy ñi n so v i ñ u máy ñiêzen có th khái quát
b ng nh ng ñi m sau ñây:
1. Áp d ng s c kéo ñi n ph i b v n ñ u tư l n cho h th ng cung c p năng
lư ng ñi n như ñư ng dây cao áp, tr m ñi n kéo, h th ng dây ti p xúc (c t,
ñư ng dây...). Giá c a m t đ u máy đi n bình qn ch b ng 2/3 giá ñ u máy
ñiêzen, nhưng ñ u tư cho m ng cung c p ñi n g m ñư ng dây cao áp, tr m
ñi n kéo, h th ng dây ti p xúc (c t, ñư ng dây...) có giá thành b ng 2,5 l n
giá đ u máy. Như v y ph i có m t kh i lư ng v n chuy n tương ñ i l n thì
đi n khí hố m i có kh năng th c hi n đư c, vì kh i lư ng v n chuy n l n
cho phép hồn v n đ u tư nhanh.
2. Tính cơ đ ng c a ñ u máy ñi n y u hơn so v i ñ u máy ñiêzen.Nh t là khi x y
ra chi n tranh. Vì ngồi đư ng s t, cơng trình đư ng s t và b n thân đ u máy

cịn có c h th ng m ng lư i cung c p ñi n năng.
3. S d ng s c kéo ñi n gây nên nh ng nh hư ng ñ i v i các h th ng khác như
nh hư ng ñi n t trư ng đ i v i đư ng dây thơng tin liên l c, nh hư ng
dịng đi n rị, phá ho i các cơng trình ng m dư i lịng đ t... Các nh hư ng đó
đã đư c nghiên c u và có các bi n pháp kh c ph c, gi m thi u.
1.2. CÁC D NG GIAO THƠNG ðI N
Giao thơng đi n có th phân thành lo i l y ñi n t m ng ti p xúc và lo i t hành.
Ph bi n, phát tri n nh t là lo i giao thông ñi n ti p xúc t c nh n ñi n năng t dây d n
ti p xúc t c là ph i có m t h th ng cung c p ñi n kéo bao g m: m ng ñi n ti p xúc,
tr m ñi n kéo và h th ng ñi u khi n cung c p ñi n.
Giao thông ñi n t hành: ñi n năng c n thi t cho vi c v n chuy n ñư c s n sinh
b i máy phát ñi n đ t trên đ u máy (đồn tàu). ði n năng sinh ra b i các máy phát ñi n
ñư c ñưa ñ n các ñ ng cơ ñi n kéo.

MCA&TðK • 9


Kh o sát đ c tính c a t ng d ng giao thơng đi n – giao thơng đi n ti p xúc và
giao thơng đi n t hành, theo sơ đ hình 1.2.
Phát tri n và ph bi n nh t là giao thơng đi n v i lư i ñi n ti p xúc. ð c bi t là
giao thơng đi n trong v n t i ñư ng s t và v n t i hành khách trong thành ph . Trên
ñư ng s t s c kéo dùng đ d ch chuy n đồn tàu trên ñư ng ray g i là ñ u máy. ð u
máy nh n năng lư ng ñi n t m ng dây ti p xúc g i là ñ u máy ñi n. ð u máy ñi n ch
hàng dùng đ kéo các toa xe hàng n ng có l c kéo l n nhưng t c ñ c c đ i khơng cao
(nh hơn 110Km/h), đ u máy ch khách có t c đ tương đ i cao (160,180Km/h và có
th đ t 200Km/h và hơn n a)
Giao thơng đi n

Ti p xúc

ðư ng s t
– ð u máy
ñi n
– ð u tàu ch y
ñi n
– ð u tàu ñi n
t c ñ cao

T hành

Thành ph

ðư ng s t

Khơng ray

– Xe đi n bánh
s t
– Xe đi n bánh
hơi
– Xe ñi n ng m

– ð u máy ðiêzen
– ð u máy ch y khí
– ðồn tàu ðiêzen

– V n t i ñi n
bánh hơi
– V n chuy n
hàng bánh hơi

–V nt iđ c
bi t

Hình 1.2. Các d ng giao thơng đi n
D a vào lo i hình s c kéo ñi n ñư c áp d ng, ngư i ta phân thành ñ u máy ñi n 1
chi u, ñ u máy ñi n xoay chi u và ñ u máy ñi n h n h p.
Ph n cơ c a ñ u máy bao g m thùng xe và giá ñ chuy n ñ ng. Thùng xe g m 1
ho c 2 nhóm đ t trên g m xe có 2 ho c 3 tr c. Trên ñ u c a thùng xe ñ t bu ng lái tàu.
Các ñ ng cơ ñi n kéo ñ t trên giá ñ và qua chuy n ñ ng bánh răng chuy n mô men
quay cho tr c bánh xe. Chuy n ñ ng bánh răng cho phép nh n t c ñ quay c a ph n
ng ñ ng cơ ñi n kéo cao hơn so v i bánh xe d n ñ ng ñ u máy. ði u đó có l i vì v i
m t kích thư c nh t đ nh cơng su t c a ñ ng cơ ñi n kéo càng l n bao nhiêu thì t c đ
quay c a nó cũng l n b y nhiêu. Kích thư c gi i h n c a ñ ng cơ ñi n kéo ph thu c
vào cơng su t c a nó. Trên đồn tàu ñư c gi i h n b i ñư ng kính c a bánh xe d n
đ ng và chi u r ng c a đư ng ray. Vì th s d ng ñ ng cơ ñi n kéo chuy n ñ ng quay
nhanh cho phép nh n l c kéo l n. Thông thư ng m i m t ñ ng cơ ñi n kéo làm quay
m t c p bánh xe d n đ ng vì th truy n ñ ng như v y g i là truy n đ ng đi n. ðơi khi
có th s d ng truy n đ ng c m (nhóm), khi ñó m t ñ ng cơ ñi n kéo b o ñ m làm
chuy n ñ ng quay 2 ho c 3 tr c. Khi chuy n ñ ng, do dao đ ng ph n cơ h c, v trí d t


c a ñ ng cơ ñi n kéo và c a bánh xe d n đ ng có th thay ñ i (v kho ng cách) trong
m t gi i h n nh t đ nh. Vì th truy n ñ ng s c kéo v i t t c các s thay đ i đó c n
ph i đ m b o truy n ñ ng tin c y c a mơmen quay t đ ng cơ đi n kéo ñ n c p bánh xe
d n ñ ng. Các u c u đ có th th c hi n ñư c b ng bi n pháp k thu t là trên ñ ng cơ
ñi n kéo và và ng d ng trong truy n ñ ng ñi n kéo nh ng phân t ñàn h i.
Trên khung giá ñ ñ t b ph n hãm cơ khí, các ph n t lò xo treo, nh ng thi t b
cơ và đi n cịn l i, máy bi n th , các ph n t bi n ñ i, kh i ñ ng, hãm. Thi t b ñi u
khi n và các máy ph ñ t trên thùng ñ u máy. C n ti p ñi n và m t ph n thi t b đ t
trên nóc đ u máy.

K t c u ñ i ña s các ñ u máy cho phép s d ng nhi u ñơn v ñ u máy như m t
t p h p, trong đó nh ng đ u máy riêng l ñư c n i v i nhau ñ tăng s c kéo, cịn ch
đi u khi n s d ng trên h th ng ñi u khi n c a m t ñ u máy (trong m t bu ng lái c a
lái t u). Khi hãm các ñ u máy s d ng hãm ñi n (ñi n tr , tái sinh) và hãm cơ khí. hãm
cơ khí đư c c u t o trên t t c các ñoàn tàu ch y ñi n.
Cùng các ñ u máy ñi n kéo các ñoàn tàu hàng, tàu khách ch y trên tuy n đư ng
dài thì các đ u máy đi n cơng nghi p v i các tr ng t i khác nhau ñư c s d ng kéo các
toa xe ch hàng trên các ñư ng s t, các xí nghi p cơng nghi p l n, các đ u máy đi n
d n d ch đồn t u trên các ga ñư ng s t, các ñ u máy ch qu ng làm vi c các m than
dư i lịng đ t.
Trong các đ c tính k thu t c a các đồn tàu ch y ñi n, công su t và l c kéo
thư ng l y theo ch ñ làm vi c gi . Trong qúa trình làm vi c thi t b đi n kéo phát
nóng vì các t n th t đi n năng trong các ph n t c a ñ u máy, nhi t đ phát nóng c a nó
tr thành m t thông s gi i h n. Tiêu chu n là cơng mà v i cơng đó nhi t đ khơng
vư t q nhi t đ c c ñ i cho phép. Khi ñoàn tàu ch y ñi n làm vi c, gi i h n theo phát
nóng thư ng ñ t ñư c trư c h t trong các đ ng cơ đi n kéo. Phát nóng các đ ng cơ ph
thu c vào cơng su t mà v i cơng su t đó đ ng cơ làm vi c và ph thu c vào ñ dài th i
gian làm vi c c a đ ng cơ.
Cơng su t gi c a ñ ng cơ ñi n kéo là công su t l n nh t trên tr c đ ng cơ, v i
cơng su t đó ñ ng cơ b t ñ u làm vi c t nhi t đ mơi trư ng xung quanh, có th làm
vi c trong th i gian m t gi khơng tăng nhi t đ phát nóng c a m t b ph n b t kỳ nào
đó l n hơn nhi t đ c a mơi trư ng vư t quá nhi t ñ cho phép (theo tiêu chu n
quy ph m).
Ngồi ch đ gi đ ng th i xác ñ nh ch ñ dài h n, quan h t l gi a công su t
gi và công su t dài h n ñ c trưng cho kh năng quá t i c a ñ ng cơ ñi n kéo.
T c đ c c đ i c a đồn t u ch y ñi n g i là t c ñ c u t o. ðưa ra khái ni m như
v y đư c gi i thích r ng t c ñ c u t o ñư c xác ñ nh b i t c ñ quay ph n ng c a
ñ ng cơ ñi n kéo ñ t giá tr c c ñ i cho phép theo ñi u ki n ñ g n ch t dây qu n
ph n ng.
ðồn t u ch y đi n là d ng các toa xe g n môtơ n i móc v i nhau và đư c c p

đi n t lư i ñi n ti p xúc dùng v n chuy n hành khách. Thư ng thì đồn t u ch y ñi n
ñư c s d ng ngo i ơ thành ph . T c đ đồn t u ch y đi n ngo i ơ thành ph có th
đ t 120 – 130km/h, và gi a các thành ph v i nhau có th đ t t i 250km/h.Thơng
MCA&TðK • 11


thư ng đồn t u ch y đi n cho phép thành l p t 4,6,8,9,11 toa ph thu c vào lưu lư ng
hành khách.
Các toa xe cu i và đ u đồn t u ch y đi n có bu ng lái cho ngư i ñi u khi n và
nhanh chóng quay nhanh đồn t u nh ng ga cu i. Nh ng toa như v y g i là toa đi u
khi n. ðồn t u đi n m t chi u ñư c s d ng trên nhi u ño n ñư ng s t v i h th ng
đi n khí hố b ng dịng đi n m t chi u, ñ i v i h th ng dịng đi n xoay chi u m t pha
t n s cơng nghi p đi n áp 25kV có các đồn t u đi n xoay chi u s d ng các ñ ng cơ
ñi n kéo m t chi u v i ch nh lưu bán d n ho c các ñ ng cơ xoay chi u khơng đ ng b .
T t c các đồn t u ch y ñi n cùng v i hãm cơ khí đư c l p đ t h th ng hãm ñi n –
hãm tái sinh và hãm ñi n tr . Hi u qu c a hãm tái sinh s r t cao khi s d ng các toa
xe t hành trên nh ng khơng gian ng n có m t ñ v n chuy n l n và cho phép ti t ki m
ñ n 30% ñi n năng.
ðư ng s t t c đ cao trên đó cho phép các đồn t u đ c bi t ch y v i t c ñ hơn
200km/h. Khái ni m ñư ng s t t c ñ cao xu t hi n sau khi ñưa vào khai thác tuy n
ñư ng s t chuyên d ng ñ u tiên t i Nh t vào năm 1964. ð n năm 2001 t i 15 nư c trên
th gi i ñã khai thác hơn 5000km ñư ng s t t c ñ cao.
Trong các thành ph , giao thông ñi n có các d ng sau: xe đi n bánh s t, xe ñi n
bánh hơi, xe ñi n ng m.
Xe ñi n bánh s t – m t lo i giao thông thành ph trên ray v i s c kéo ñi n l y
năng lư ng ñi n theo ñư ng dây ti p xúc. ðư ng ray là b ph n không tách r i c a
m ng đi n kéo vì theo m ch ray dịng đi n quay tr v tr m ñi n kéo theo ñư ng dây
v .
Xe ñi n g m thùng xe trên giá ñ khung xe 2 tr c, trên ph n trư c c a thùng xe
ñ t bu ng lái cho lái t u, ph n còn l i là gh ng i c a hành khách. Các ñ ng cơ ñi n kéo

ñ t trên giá ñ khung xe thư ng có s lư ng đ ng cơ ñi n kéo b ng s lư ng tr c xe.
Các thi t b đi n khác cịn l i ñ t dư i g m thùng xe ho c trên nóc thùng xe. Ngồi toa
xe g n đ ng cơ đi n kéo có th móc thêm các toa xe khơng g n đ ng cơ đi n kéo,
thư ng thư ng c m t toa xe g n ñ ng cơ ñi n kéo n i v i m t ho c hai toa xe khơng
g n đ ng cơ ñi n kéo.
ð cung c p ñi n cho xe ñi n bánh s t thư ng dùng h th ng dịng đi n m t chi u
v i ñi n áp trên dây ti p xúc la 550 ho c 750V ( Nga dùng ñi n áp 550V, ð c va
Pháp là 750V), công su t các ñ ng cơ ñi n kéo dao ñ ng t 45 đ n 80 KW. Thư ng thì
s d ng ñ ng cơ ñi n 1 chi u, nhưng nh ng năm g n ñây ñã áp d ng ñ ng cơ đi n xoay
chi u khơng đ ng b . Xe ñi n bánh s t áp d ng hãm cơ ho c hãm ñi n t và h th ng
hãm ñi n.T c ñ xe ñi n bánh s t n m trong kho ng 50–90km/gi .
Xe ñi n bánh hơi là m t d ng giao thông ñi n m t ñư ng ray dùng ñ chuyên ch
trên nh ng tuy n đư ng ơtơ thơng thư ng. Lư i ñi n ti p xúc c a xe đi n bánh hơi có
hai dây ti p xúc. Năng lư ng ñi n t tr m ñi n kéo theo m t dây d n ti p xúc cung c p
cho toa xe ñi n chuy n ñ ng và theo dòng ti p xúc còn l i tr v tr m ñi n kéo. C u t o
c n ti p ñi n c a xe ñi n bánh hơi g m 2 thanh cho phép xe ñi n bánh hơi l ch v i tr c
c a m ng dây ti p xúc mà khơng có nh ng c n tr gì đáng k . Vì th v tính cơ đ ng xe
đi n bánh hơi hơn h n xe ñi n bánh s t.


T i các thành ph lư i ti p xúc c a xe ñi n bánh hơi ñư c cung c p dịng đi n 1
chi u v i đi n áp 550V. ð ng cơ ñi n kéo ñ t dư i thùng xe c a xe ñi n bánh hơi.
Nh tr c ch ñ ng và truy n ñ ng bánh răng côn làm chuy n ñ ng bánh xe d n ñ ng.
Thùng xe c a xe ñi n bánh hơi có s gi ng nhau r t l n v i xe buýt: Ph n trư c ñ t
bu ng lái cho tài x , ph n còn l i c a thùng xe dành cho hành khách. Các b ph n cơ
khí và thi t b ñi n khác ñ t dư i thùng xe, m t ph n nh nh ñ t trên ñ u xe.
M t d ng v n chuy n hành khách công c ng ti n nghi và hi n ñ i là xe ñi n ng m
(Mêtro), lo i v n chuy n hành khách công c ng b ng đư ng ray khơng đi trên đư ng
ph . Thư ng thì đư ng s t Metro đ t dư i lịng đ t m c dù cũng có nh ng ño n ñi trên
m t ñ t. ðư ng xe ñi n ng m ñ u tiên ñư c xây d ng London (Anh) vào năm 1863,

nhưng lúc ñó s c kéo là trên ñ u máy hơi nư c. Sau này m i s d ng s c kéo đi n thì
xe đi n ng m m i phát tri n m nh m M , Nga và m t s nư c Tây Âu.
ði n năng c p cho đồn tàu xe đi n ng m nh m ng ñi n kéo. Trong m ng ñi
kéo c n ti p ñi n l y ñi n t ray ti p xúc ho c t dây d n ti p xúc.Vì kích thư c gi
h n c a ñư ng h m nên vi c l y ñi n cho xe ñi n ng m thư ng th c hi n qua ray th
(thư ng g i là ray ti p xúc) ñ t bên c nh và song song v i ñư ng ray ch y tàu (tàu ñi
ng m c a Nga thùng cao hơn m t ray kho ng 160mm).

n
i
3
n

Công su t c a ñ ng cơ ñi n kéo ñoàn tàu ñi n ng m vào kho ng 110kw, t c ñ
c c ñ i thư ng ñ t 90–100km/h. ð c ñi m d ng tàu xe ñi n ng m cho phép kho ng
cách ch y tàu r t nh kho ng 20–30 giây nhưng v i t c ñ t ñ ng ñi u khi n ch y tàu
r t cao.
Giao thơng 1 ray khơng bánh xe có th nâng t c ñ ch y t u lên r t cao, v n
chuy n gi a các thành ph và các nư c v i ti n nghi và an tồn tuy t đ i.. Chuy n đ ng
c a ñoàn tàu ñư c ñ m b o b i ñ ng cơ ñi n tuy n tính. S d ng giao thơng đi n 1 ray
u c u r t cao v m c đ t đ ng hố v i s d ng h th ng vi x lý ñi u khi n các ch
ñ ch y tàu.

Câu h i ơn t p,ki m tra đánh giá chương 1.
1/ Mơ hình sơ đ kh i c a m t h th ng giao thơng đi n .
2/ Các d ng giao thơng đi n .
3/ T c đ và c p ñi n áp c a các phương ti n giao thơng đi n .
4/ Hình nh giao thơng đi n trên các qu c gia phát tri n .

5/Tình hình Giao thơng đi n

Vi t nam trong th k qua .

MCA&TðK • 13


Chương 2
H TH NG CUNG C P ðI N
CHO GIAO THÔNG ðƯ NG S T

2.1. T NG QUAN V
ðƯ NG S T

H

TH NG CUNG C P ðI N CHO GIAO THƠNG

H th ng cung c p đi n cho giao thơng nh n đi n năng t h th ng năng lư ng là
t h p các nhà máy ñi n, tr m bi n áp, lư i ñi n n i v i nhau thành m t h th ng s n
xu t, truy n t i, phân ph i ñi n năng. Ph n ñi n c a h th ng năng lư ng bao g m các
máy phát c a các nhà máy ñi n, ñư ng dây cao áp truy n t i ñi n năng, các tr m ñi n
và m ng lu i phân ph i ñi n và ñ u n i chúng là các ph t i tiêu th ñi n năng. Khi n i
t t c các nhà máy ñi n, tr m bi n áp ñi n l c và các ñư ng dây truy n t i ñi n năng
thành m t h th ng năng lư ng và do đó vi c phân ph i và truy n t i ñi n năng hi u
qu và gi m chi phí cho s n xu t đi n năng, gi m t n th t ñi n năng và tăng hi u su t
c a h th ng ñi n năng. Trên hình 2.1 d n 1 ví d v sơ ñ c u trúc ph n ñi n c a h
th ng năng lư ng.
ði n áp phát ra c a các nhà máy đi n khơng vư t quá 21KV nên ñ truy n t i
ñi n năng ñi xa ph i qua các tr m bi n áp tăng áp lên 35; 110; 220KV ñưa ñi n năng
ñ n các tr m phân ph i gi m áp ñ n m c ñ c n thi t và qua m ng h áp truy n t i ñi n

năng ñ n các h tiêu th .
Các tr m đi n kéo c a giao thơng đi n ñư c c p ñi n t các tr m ñi n tương ng
c a h th ng ñi n năng ñư c g i là trung tâm c p ñi n. ðư ng dây truy n t i ñi n năng
t trung tâm c p ñi n ñ n các tr m ñi n kéo c a giao thơng đi n thư ng có c p đi n 110
ho c 220KV. Các tr m ñi n kéo mà giao thơng thành ph thư ng nh n đi n năng theo
ñư ng cáp ñi n v i ñi n áp 6, 10KV. Các tr m ñi n kéo bi n đ i đi n năng theo lo i
dịng đi n và m c ñi n áp ñ cung c p cho đồn tàu ch y đi n. T tr m ñi n kéo theo
ñư ng dây c p ñi n là m ng dây ti p xúc và qua c n ti p ñi n trư t theo dây ti p xúc, s
ñ n các ñ ng cơ ñi n kéo. Qua ñư ng ray ho c là theo dây ti p xúc dịng đi n tr v
tr m ñi n kéo.
các nư c khác nhau trên th gi i các lo i s c kéo ñi n v i truy n d n ñi n năng
theo dây d n s d ng h th ng dây ñi n m t chi u (khơng đ i) và h th ng dây ñi n
xoay chi u (bi n ñ i).
H th ng dịng đi n m t chi u – Dịng đi n 3 pha t n s cơng nghi p t i các tr m
ñi n kéo bi n ñ i thành dòng ñi n (m t chi u) có đi n áp phù h p v i đi n áp đ ng cơ
đi n kéo trên đồn tàu (đ u máy). Trong giao thơng đư ng s t h th ng dây ñi n m t
chi u s d ng c p ñi n áp 3000V. Trong giao thơng cơng nghi p cũng dùng h th ng
dây đi n m t chi u v i c p ñi n áp 1500V và 750V. Tăng ñi n áp c a m ng dây ti p
xúc s l i hơn vì gi m t n th t đi n năng trong m ng ñi n kéo và tăng ñư c kho ng
cách gi a các tr m ñi n kéo.


Hình 2.1. Sơ đ c u trúc h th ng năng lư ng
1.
2.
3.
4.
5.

Nhà máy ñi n (Thu ñi n,nhi t ñi n…);

Tr m bi n áp phân ph i;
Máy bù ñ ng b ;
Các ñư ng dây truy n t i ñi n năng;
C p ñi n cho các nhu c u t dùng c a nhà máy đi n.

Hình 2.2. Sơ đ chung c p đi n cho đồn tàu ch y ñi n trên ñư ng s t đi n khí hố
+ 1: Tâm c p đi n (Tr m bi n áp h th ng ñi n l c);
+2: ðư ng dây cao áp 1; 2’: ðư ng dây cao áp 2;
MCA&TðK • 15


+3: Máy bi n áp (Tr m ñi n kéo);
+4: B ch nh lưu;
+5: Dây cung c p;
+6: Dây v ;
+7: M ng dây ti p xúc;
+8: ðoàn tàu ch y ñi n;
+9: ðư ng ray.
Cung c p ñi n cho đồn tàu ch y đi n ti p xúc như hình 2.2.
H th ng dịng đi n xoay chi u m t pha t n s công nghi p (50Hz) – Dịng đi n
3 pha t n s cơng nghi p nh các máy bi n áp t i các tr m ñi n kéo bi n ñ i ñi n áp ñ t
m c theo yêu c u phù h p lư i ti p xúc dư i d ng dây ñi n m t pha. H th ng xoay
chi u 1 pha t n s công nghi p ph bi n v i m c ñi n áp 25KV. Trên các ñ u máy kéo
ñi n ho c đồn tàu ch y đi n, máy bi n áp gi m đi n áp, sau đó ch nh lưu dịng đi n đ
cung c p cho các đ ng cơ ñi n kéo m t chi u.
2.2. SƠ ð

T NG TH CUNG C P ðI N

Trên hình 2.1 là sơ ñ t ng th cung c p ñi n phía ngồi cho đư ng s t đơn ch y

ñi n. Trên sơ ñ n i v i ngu n c p ñi n là nhà máy ñi n ho c tr m bi n áp khu v c c a
h th ng ñi n qu c gia. ðư ng truy n t i ñi n năng 3 pha c p cho các tr m ñi n kéo
(tr m bi n áp này là tr m bi n áp ch nh lưu). ði n áp c a ñư ng dây cao áp có th t
6kw đ n 35kv,110kv ho c 220kv, ph thu c vào lo i ñư ng s t ch y đi n, cơng su t
tiêu th và kho ng cách ngu n cung c p ñi n. Ph n h th ng cung c p ñi n t ngu n
ñ n tr m ñi n kéo g i là cung c p đ ên phía ngồi, ph n cịn l i là cung c p đi n phía
trong cho đư ng s t ch y đi n.

1

1

2

3
5

3
4

11

6

3

3

3

3

3

10

9
8

7

Hình 2.3. Sơ đ t ng th cung c p đi n phía ngồi cho đư ng s t đơn ch y ñi n
1. Nhà máy ñi n (Tr m bi n áp khu v c);
2. ðư ng dây cao áp 110 kV;


3. Tr m ñi n kéo;
4. Dây cung c p;
5. Dây v ;
6. Dây ti p xúc;
7. M ch ray;
8. ð u máy ñi n;
9. C n ti p ñi n;
10. Ph n cách ly;
11. Thi t b n i.
Như trong hình 2.3 đồn t u chuy n đ ng nh c n ti p ñi n n i v i m ng dây ti p
xúc. Như m t thi t b ñ u ñi n, lư i ñi n ti p xúc có th th c hi n m t dây ti p xúc
ho c m t h dây treo m t xích ti p xúc. N u ph t i ñi n kéo l n ñ n m c ti t di n c a
m t h dây treo ti p xúc ch đ l n thì ph i ñ t nhi u dây song song v i nó(d ng tăng
cư ng). Như v y m ng ti p xúc trong t ng trư ng h p chúng như m t thi t b d n đi n

có tr (ñi n tr , ñi n kháng hay t ng 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 đi 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 đ u dịng đi n gi a các ñư ng ray riêng r .
ðư ng ray không cách ñi n v i ñ t và ñ t ñư c xem như m t dây d n song song,
theo đó có m t ph n dịng đi n ch y qua.Ph n này c a dịng đi n r m ch t ray xu ng
ñ t g i là dịng đi n rị. Dịng đi n rị đi qua các cơng trình kim lo i ng m dư i ñ t và
ch ñi ra c a kim lo i t o thành ăn mịn kim lo i.
Các đ u máy đi n và toa xe t hành nh có các bánh xe n i ñi n v i m ch ñư ng
ray. M ch ñư ng ray như m t thi t b d n đi n có th hi u là t h p các ñư ng ray, m i
n i ray, n i ñi n ngang gi a 2 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 đ u dịng ñi n gi a các ñư ng ray riêng
bi t. Giao thơng đi n khơng 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 đư c s d ng khơng 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 c trong h th ng cung
c p ñi n xoay chi u. Thi t b n i các dây d n hút v v i m ch ray g i là ñi m hút v .
T h p các dây hút v g i là m ng dây hút v . Dây ti p xúc, dây hút v , dây cung c p
và m ch ñi n ñư ng ray t o thành m ng ñi n kéo.
T t c các ph n t ñ nh nghĩa
trên cho ta khái ni m v giao thơng đi n m t
chi u, giao thơng đi n xoay chi u, xe ñi n ng m. Giao thơng đi n khơng ray khác ch
là thay vào đư ng ray là m t ñư ng dây d n ti p xúc th 2, như v y m ng ti p xúc
ñư c th c hi n v i 2 dây d n.

MCA&TðK • 17