Mạng cao áp và trạm điện kéo - Pgs.Ts.Đàm Quốc Trụ phần 5 docx

MCA&T§K
•
69

Mô men chống uốn riêng khi ñặt nằm thanh cái: W
p
= 10
–9
bh
2
/6 khi ñặt dựng
thanh cái lên: W
n
= 10
–9
b
2
h/6

Hình 3–27. Sơ ñồ bố trí hệ thanh cái 3 pha, thanh cái dựng
Trong ñó: h,b. Chiều cao và chiều rộng thanh cái (mm)
l. Khoảng cách giữa các sứ cách ñiện (mm)
a. Khoảng cách giữa các pha (mm)
ðiều kiện ñộ bền cơ học của dây dẫn khi chạy qua 1 dòng ñiện xung kích:

σ
tt

≤σ
chp

σ
chp
– ứng suất cho phép trong vật liệu dây dẫn. MN/m
2

ứng suất cho phép khi uốn cong ñối với thanh cái bằng ñồng lấy 170, nhôm là 80,
thép –190 MN/m
2

3.4. TÁC DỤNG NHIỆT CỦA DÒNG ðIỆN NGẮN MẠCH
Dòng ñiện chạy trong dây trần hoặc dây bọc cách ñiện ñều toả ra một nhiệt lượng
do 2 chế ñộ phát nóng: dòng ñiện làm việc và dòng ñiện ngắn mạch. Mục ñích của tính
toán nhiệt là xác ñịnh nhiệt ñộ phát nóng dây dẫn khi có dòng ñiện chạy qua dài hạn ở
chế ñộ làm việc bình thường và dòng ñiện ngắn mạch tức thời và so sánh chúng với
nhiệt ñộ cực ñại cho phép ñối với các dây dẫn làm việc dài hạn
a) Chế ñộ làm việc dài hạn
Dòng ñiện chạy trong dây dẫn lâu dài dẫn ñến chế ñộ phát nóng ổn ñịnh của dây
dẫn. Trong chế ñộ này nhiệt lượng toả ra trong dây dẫn Q bằng tổng nhiệt lượng làm
nóng dây dẫn Q
1
và nhiệt lượng Q
2
khuếch tán ra môi trường xung quanh
dQ = dQ
1
+ dQ
2

Trong ñó: dQ
1
– Vi phân nhiệt lượng làm nóng dây dẫn có khối lượng G, nhiệt
dung riêng c, và ñộ tăng nhiệt ñộ d
τ

dQ
1
= Gcd
τ

dQ
2
– Vi phân nhiệt lượng toả ra môi trường bên ngoài trong thời gian
dt, với hệ số truyền nhiệt k (W/cm
2
.K); F – diện tích bề mặt dây
dẫn(cm
2
); ñộ chênh nhiệt giữa bề mặt với môi trường
τ
(K).
dQ
2
= kF
τ
dt

70
•

MCA&
TðK
Coi ñiện tử dây dẫn r không ñổi, dòng ñiện trong dây dẫn I: dQ = I
2
rdt
Gcd
τ
+ kF
τ
dt = I
2
rdt
Giải phương trình vi phân có

τ
=








−
−
Gc
kFt
e

kF
rI
1
2

Trong ñó: t – thời gian, giây
ðặt Gc/(kF) = T ñược gọi là hằng số thời gian của dây dẫn và bằng tỷ số khả năng
hấp thụ nhiệt của dây dẫn với khả năng truyền nhiệt của nó. Tại chế ñộ xác lập khi t = ∞
ñộ tăng nhiệt ñộ bằng τ
y
=
kF
rI
2
và cuối cùng phương trình ñốt nóng dây dẫn có dạng:









−=
T
t
y
e1
ττ

Hình 3–28. ðồ thị phát nóng và làm nguội dây dẫn khi làm việc bình thường
Khi ngắt mạch, dQ = 0 –> dQ
1
=dQ
2
–> GC dτ + kFτdt =0. Giải phương trình vi
phân có
τ = τ
y

T
t
e
−

Trên hình 3–28 là ñồ thị nhiệt ñộ ñốt nóng và làm nguội của dây dẫn từ thời ñiểm
ñóng mạch ñiện ñến thời ñiểm ngắt mạch
b) Phát nóng dây dẫn bởi dòng ñiện ngắn mạch
Khi ngắn mạch dòng ñiện ngắn mạch xuất hiện trong khoảnh khắc từ một vài
phần trăm giây ñến một vài giây. Trong khoảng thời gian nhỏ như vậy không kịp xẩy ra
quá trình truyền nhiệt ra môi trường, toàn bộ nhiệt lượng làm tăng nhiệt ñộ của dây dẫn.
Quá trình phát nóng dây dẫn như thế không truyền nhiệt ñuợc gọi là ñoản nhiệt. Phương
trình cân bằng nhiệt của quá trình ñoản nhiệt có dạng sau ñây:
i
2
nmt
.rdt = Gcd
θ
nm

MCA&T§K
•
71

Trong ñó: i
nmt
– dòng ñiện ngắn mạch A
dt – khoảng thời gian nhỏ, s
d
θ
nm
– sự thay ñổi nhỏ của nhiệt ñộ phát nóng khi ngắn mạch, K
Biểu thức ñiện trở r qua ñiện trở suất
ρ
,
Ω
m của dây dẫn, ở ñây r =
ρ
(l/s) trong ñó
l – chiều dài dây dẫn, m; s– diện tích dây dẫn, mm
2
còn G là khối lượng dây dẫn, thể
hiện qua ñộ ñậm ñặc của vật liệu có: khối lượng riêng
ρ
mc
,r/cm
3
; phương trình cân bằng

nhiệt trong dạng sau ñây
i
2
nmt
ρ
(l/s)dt = c
ρ
mc
sld
θ
nm
(3.21)
Khi giải phương trình 3.21 cần chú ý rằng trong quá trình phát nóng dây dẫn ñiện
trở của nó thay ñổi phụ thuộc vào nhiệt ñộ ban ñầu
r
τ
=
ρ
0
(1+
αθ
)(1/s)
Trong ñó:
ρ
0
– ñiện trở suất của dây dẫn,
Ω
m

θ

– nhiệt ñộ

α
– hệ số nhiệt ñiện trở, K
–1

Nhiệt dung riêng thay ñổi c = c
0
(1+
βθ
)
c
0
nhiệt dung riêng của dây dẫn (Jun/kgK) ở nhiệt ñộ ban ñầu 0.

β
Hệ số nhiệt ñộ của truyền nhiệt, K
–1

Thực hiện một vài biến ñổi tương ứng trong phương trình (3.21) và lấy tích phân
vế trái của phương trình theo thời gian từ khi bắt ñầu xuất hiện ngắn mạch dòng ñiện
trong mạch (t=0) ñến thời ñiểm ngắt dòng ñiện ngắn mạch t
ngắt
, còn vế phải của phương
trình nhiệt ñộ trong giới hạn sự thay ñổi của nó sau thời gian ngắn mạch từ
θ
ñến
θ
k
, ta

nhận ñược

∫ ∫
+
+
=
ngat
t
mc
nmt
d
c
dti
s
0 0
0
0
2
2
1
1

1
θ
θ
αθ
βθ
ρ
ρ
(3.22)

Vế trái của phương trình (3.22) có thể coi như một xung nhiệt A
nm
bao trùm lên
dây dẫn bởi dòng ñiện ngắn mạch, tính toán vế phải của phương trình 3.22 ñược thực
hiện theo ñường cong trên hình 3.29 có nghĩa là nếu:

∫
=
ngat
t
0
nm
2
nmt
A dti thì có thể ñưa phương trình 3.22 về dạng sau ñây:

Hnm
AAA
s
−=
2
1
; S
2
=
H
nm
AA
A
−

Trong ñó: A – Xung nhiệt tương ứng với nhiệt ñộ ñốt nóng
A
H
– Xung nhiệt từ dòng ñiện phụ tải xảy ra khi ngắn mạch
Lời giải giải tích của phương trình 3.22 rất khó do những nguyên nhân như sau:
ðường cong dòng ñiện ngắn mạch có dạng phức tạp, ñiện dung riêng c và ñiện trở
riêng
ρ
trong quá trình ñốt nóng tự thay ñổi

72
•

MCA&
TðK
ðể tính toán thực tế ñưa ra khái niệm thời gian giả ñịnh t
gd
và dòng ñiện ngắn
mạch xác lập I
∞
, khi ñó vế phải của phương trình 3.22 có dạng

∫
∞
=
ngat
t
0
gd

22
nmt
tI dti (3.23)
Biểu thức 3.23 có thể mô tải bằng ñồ thị hình 3.30
Giả sử năng lượng dòng ñiện ngắn mạch sau thời gian t toả ra trong dây dẫn một
số lượng nhiệt Q
1
, khi mà với dòng ñiện xác lập I
∞
thì thời gian phải là t
gd
, khi ñó thoả
mãn ñiều kiện Q
1
= Q
2
, nghĩa là việc lựa chọn hằng số t
gd
, khi ñó nhờ tính toán, coi rằng
năng lượng xác lập của dòng ngắn mạch I
∞
trong dây dẫn ñược hiểu là cũng số nhiệt
lượng ấy phải suy giảm trong khoảng thời gian dài hạn t
d
. Chừng nào dòng ñiện ngắn
mạch bao gồm các thành phần chu kỳ và không chu kỳ thì thời gian chung gồm 2
thành phần:
t
gd
= t

gdck
+ t
gdkck

Trong ñó: t
gdck
– thời gian giả ñịnh chu kỳ;
t
gdkck
– thời gian giả ñịnh không chu kỳ.
Thời gian chu kỳ của dòng ngắn mạch ñược tính dựa trên ñường cong hình 3–31.
ở ñây thời gian thực ngắn mạch bằng tổng thời gian tác ñộng của thiết bị bảo vệ t
tñ
và
thời gian, tác ñộng của máy cắt cao áp t
mc
, nghĩa là t = t
tñ
+ t
mc
. Thời gian của dòng ñiện
ngắn mạch không chu kỳ có thể ñược xác ñịnh bằng giải tích và tính ñược theo công
thức sau:
t
at
=
2
I”
a
T

t
e
−


Hình 3–29.
ðường cong ñể xác ñịnh nhiệt ñộ phát nóng dây dẫn khi ngắn mạch
1. Thép A– Xung nhiệt
2. Nhôm
θ
max
– nhiệt ñộ phát nóng cực ñại dây dẫn
3. ðồng

MCA&T§K
•
73












Hình 3–30.

ðặc tính biến ñổi dòng ñiện ngắn mạch
a) Không có tự ñộng ñiều chỉnh kích từ
b) Với tự ñộng ñiều chỉnh kích từ














Hình 3–31.
Trị số thời gian giả ñịnh
của thành phần biến ñổi chu kỳ của dòng ñiện ngắn mạch khi có APB

β
’’– Quan hệ tỷ lệ I’’/I
∞
– tính theo ñơn vị tương ñối, do ñó

)1(2
5,0
2''
5,0

0
2
0
2
a
a
T
t
a
T
t
tt
nma
eTIdteIdti
−
−
−==
∫∫


74
•

MCA&
TðK
Hoặc )1("22
5,0
2''
5,0
0

22
0
2
aa
T
t
a
T
t
t
gdkck
t
nma
eTIdteItIdti
−−
∞
−===
∫∫

Từ ñó: t
gdkck
=
2
5,0
2''
)1(
∞
−
−
I

eTI
a
T
t
a
, với trị số trung bình T
a
= 0,05 giây và t = 0,01
giây có thể lấy
a
T
t
e
5,0
−
= 0. Thay
2
2
2''
''
β
=
∞
I
I
, nhận ñược t
gdkck
= 0,05
2
''

β
(3.24)
Chia vế phải và vế trái của biểu thức (3.24) cho s
2
, nhận ñược giá trị xung nhiệt
ngắn mạch, A
2
.giây/mm
2
.
A
nm
= A – A
H
= I
2
∞
.t
gd
/s
2
(3–25a)
Trong ñó A, A
H
– xung nhiệt tổng và xung nhiệt ở chế ñộ làm việc bình thường
A
2
giây/mm
2
, hoặc là

s
2
=
H
gd
AA
tI
−
∞
2
; s =
H
gd
AA
tI
−
∞
. (3–25b)
Bảng 3.2
. Nhiệt ñộ cho phép ñốt nóng thanh cái và dây cáp ở chế ñộ làm việc dài
hạn và khi chịu dòng ngắn mạch
Dạng dây dẫn
τ
cpdh,

0
C
τ
max
,

0
C
hằng số C
t
,
kA.giây
1/2
/mm
Thanh cái:
ðồng
Nhôm
Thép

+70
+70
+70

300
200
300

0,171
0,088
0,06
Cáp với cách ñiện dùng giấy
ứng với ñiện áp, kV
3
6
10
20 và 35

+80
+65
+60
+50


200
200
200
125


0,141/0,085
0,141/0,085
0,141/0,085
0,141/0,085
Cáp và các dây dẫn cách ly
bằng cách ñiện
PVC
XLPE


+55
+55


150
120

0,114/0,075
0,094/0,065
Ghi chú:
Hằng số C
t
– tính cho cáp với dây ñồng nằm ở tử số, còn nhôm nằm ở
mẫu số.
Cho nhiệt ñộ giới hạn của dòng ñiện khi ngắn mạch (bảng 3.2) và nhiệt ñộ giới
hạn của dòng ñiện ở chế ñộ làm việc bình thường, có thể thay sự khác nhau của xung

MCA&T§K
•
75

nhiệt bằng 1 hằng số C
t
=
H
AA −
. Khi ñó sẽ nhận ñược biểu thức như sau ñể xác ñịnh
tiết diện của dây dẫn:
s
min
=
gd
t
t
C

I
∞

Trong ñó: C
t
– hằng số
Tương ứng với biểu thức (3–25) A = A
H
+ A
nm
, A
nm
= I
∞
2
t
gd
/s
2

Những biểu thức trên dùng ñể xác ñịnh nhiệt ñộ của dây dẫn khi ngắn mạch theo
các ñường cong hình 3–29. Trình tự xác ñịnh nó như sau:
a, Nhờ nhiệt ñộ cho trước của dây dẫn ở chế ñộ ñịnh mức
θ
(trên hình 3–29) theo
ñường cong (ví dụ với dây ñồng) tìm ñược giá trị xung nhiệt của dòng ñiện AH, tương
ứng với nhiệt ñộ này.
b, Xác ñịnh xung nhiệt Anm của dòng ñiện ngắn mạch theo biểu thức (3–25)
c, Tìm xung nhiệt tổng A theo biểu thức (3–26)
d, Theo ñường cong ứng với giá trị A xác ñịnh ñược nhiệt ñộ của dây dẫn

θ
nm

76
•

MCA&
TðK
Câu hỏi ôn tập kiểm tra ñánh giá chương 3.
1/Phân loại trạm ñiện kéo .
2/Cấu trúc trạm ñiện kéo cho giao thông ñiện dòng một chiều ñường dài .
3/Cấu trúc trạm ñiện kéo cho giao thông ñiện xoay chiều ñường dài tần số
công nghiệp 50hz.
4/Cấu trúc trạm ñiện kéo cho giao thông ñiện xoay chiều ñường dài tần số
nhỏ hơn 50hz.
5/Cấu trúc hệ thống cung cấp ñiện giao thông ñường sắt ñường dài dòng ñiện
một chiều .
6/Cấu trúc hệ thống cung cấp ñiện giao thông ñường sắt ñường dài dòng ñiện
xoay chiều tần số 50 hz .
7/Cấu trúc trạm ñiện kéo cấp ñiện cho xe ñiện ngầm.
8/Cấu trúc hệ thống cung cấp ñiện giao thông vòng ngoài (cao áp) cho xe ñiện
ngầm .
9/Cấu trúc trạm ñiện kéo cấp ñiện cho tàu ñiện bánh sắt và tàu ñiện bánh hơi
(600v) với 1 và nhiều tổ máy .
10/Cấu trúc trạm ñiện kéo cấp ñiện cho tàu ñiện bánh sắt và tàu ñiện bánh hơi
(600v) với 1 và nhiều tổ máy có sử dụng chỉnh lưu ñiều khiển .
11/Các loại sự cố ngắn mạch trong lưới ñiện 3 pha và các ñặc ñiểm của nó .
12/Các phương pháp tính toán ngắn mạch hệ thống 3 pha và các ñặc ñiểm của
từng phương pháp .
13/Tính toán ngắn mach ở thiết bi dưói 1000 v .

14/Tác ñộng ñiện ñộng của dòng ñiện ngắn mạch .
15/Tác ñộng nhiệt của dòng ñiện ngắn mạch .










MCA&T§K
•
77

Chương 4
CẤU TRÚC TRẠM ðIỆN KÉO (TðK)
4.1. TRẠM ðIỆN KÉO DÒNG ðIỆN XOAY CHIỀU
Sơ dồ nguyên tắc của một trong các trạm ñường sắt ñiện khí hóa hệ thống dòng
ñiện xoay chiều 25kV với 2 trạm ñiện kéo TðK1 và TðK2 ñược thể hiện trên hình 4–1.

Hình 4–1:
Cung cấp ñiện ñoạn ñường sắt ñiện khí hoá bằng dòng ñiện xoay chiều 25kV
Trong sơ ñồ gồm:
1– ðưòng dây vào ñiện áp cung cấp cao áp 110kV,
2 – Thiết bị phân phối 110 kV,
3 – Máy biến thế hạ áp 110/27,5 kV,
4 và 5 – Thiết bị phân phối 27,5kv
7,8 và 9 – ðường dây mạng ñiện kéo tương ứng với các pha a,b và c,

10 – Dây cung cấp cho phụ tải riêng,
11 và13 – Dây cung cấp cho phụ tải không ñiện kéo
14 – ðường dây 2 dây trên không và ray,
6 –Máy biến thế cho nhu cầu riêng,
D©y tiÕp xóc
Ray ®−êng s¾t
Ga B
Tr¹m §K II
TruyÒn t¶i
L−íi ®iÖn
§§K
Ga A
§M§
Tr¹m §K I
27,5 kB
380 B
10 kB
27,5 kB
CC2D
110 kB
A
B
C
22
19
20
1921
22
23
18

7
8
8
9
5
b
a
C
6
4
11
12
13
3
4
4
10
15
16
17
CC2D
14
a
b
C
14
14
6
4
11

12
13
3
2
1
10
15
14

78
•

MCA&
TðK
15 và16 – Máy biến thế và ñường dây cung cấp cho tự ñộng và ñiều khiển
xa (tín hiệu chạy tàu ),
17 – Dao cách ly,
18, 20 và 22 –Khu ñoạn lưới dây tiếp xúc,
19 – Khoảng cách không khí (cách ly hai khu ñoạn dây tiếp xúc),
21 – Tấm trung tính trong khoảng cách không khí,
23 – Cần tiếp ñiện của ñầu máy,
ððK – ðường dây cao áp cung cấp cho thiết bị tự ñộng ñiều khiển ñóng
ñường tự ñộng,
CC2D – Hệ thống 2 dây trời và ray,
A, B và C – Các pha của ñường dây cao áp,
a,b và c – Các pha của máy biến thế.
ðMð – ðầu máy ñiện
Các trạm ñiện kéo ñược ñặt gần nhà ga A và B. ðường dây truyền tải ñiện năng
110kV ñảm bảo cung cấp cho TðK1 và TðK2. Theo lộ dây cao áp 1 qua thiết bị phân
phối 2 110kV, ñiện áp sơ cấp ñặt vào máy biến thế hạ áp 3 pha 3 cuộn dây (3).

Hai máy biến thế của mỗi trạm ñiện kéo, ñôi khi là 3 MBA(trên so ñồ 3 MBA chỉ
thể hiện 1MBA). Các MBA làm việc riêng rẽ và cấp ñiện cho từng ñoạn khác nhau của
mạng dây tiếp xúc. Trong các MBA ñiện áp sơ cấp 110kV ñược giảm ñến 27,5KV ở
một dây quấn thứ cấp dùng cho ñiện kéo và giảm ñến 35kV hoặc 10kV ở dây quấn thứ
cấp thứ 2.
Bằng các thiết bị phân phối lộ thiên 12 (10kV) trong ñó bao gồm máy biến thế hạ
áp bởi thanh ngang 13, ñường dây cung cấp ñiện 11 thực hiện cung cáp ñiện cho phụ tải
phi ñiện kéo (các phụ tải khu vực ñường sắt ñã qua).
ðể ñặt tải ñồng ñều cho cả 3 pha của hệ thống cao áp cung cấp phía ngoài (DCA),
dây quấn sơ cấp của các máy biến thế và các pha của DCA nối với nhau một cách luân
phiên. Nếu kí hiệu các pha của DCA bằng chữ “ca” và các pha của máy biến thế “BT”
thì ta nhận ñược cách ñấu nối A
ca
–C
BT
, B
ca
–B
BT
, C
ca
–A
BT
, cho TðK1 và A
ca
–B
BT
, B
ca
–

A
BT
, C
ca
–C
BT
cho TðK2.
Từ dây quấn thứ cấp của máy biến thế ñiện áp 27,5kV nèi lên mạng dây tiếp xúc
và ray. Từ pha C theo phi ñơ cung cấp 7 ñiện áp
nèi vµo ray
. Lưới tiếp xúc của nha ga A
20 và của khu gian phía cuối trái nhà ga nối với thanh cái của pha A qua
®−êng d©y

27,5kV. Lưới tiếp xúc của khu gian 22 phía phải nhà ga A ñấu với thanh cái pha B.
ðể ñấu khu ñoạn mạng tiếp xúc với cùng một pha (ñối với TðK1 ñấu với pha a),
lưới tiếp xúc ñược phân ñoạn bởi khoảng cách không khí 19. ðấu các ñoạn
liÒn kÒ tíi

những pha khác nhau a và b có thể dẫn ñến ngắn mạch các pha của máy biến thế, vì thế
những khu ñoạn như trên ñược phân
t¸ch
bởi 2 khoảng cách không khí 19 và thanh
trung tính 21. Với thanh trung tính 21 loại trừ cả trường hợp ngắn mạch sự cố của các
pha a và b của máy biến thế hạ áp 3 bởi các thanh tiếp ñiện của ñoàn tàu khi ñi qua các
khu gian như vậy của lưới tiếp xúc. Chiều dài của thanh trung tính cần phải lớn hơn
khoảng cách giữa các cần tiếp ñiện ngoài cùng của ñàu máy ñiện hoặc ñoàn tàu tự hành.

MCA&TĐK

79

Trờn ủon li tip xỳc 22 gia cỏc nh ga A v B ủin ỏp ủc cung
cấp
t 2
TK1 v TK2. Vi ủiu ủú li ủin khớ ủc cung cp t 2 phớa.
T thanh cỏi 27,5kV ủin nng ủc cp cho cỏc ph ti nhu cu riờng ca TK
(cung cp cho mch ủiu khin, tu ủin, chiu sỏng, si m) v cỏc ph ti khụng
phi ủin kộo(thit b ủo lng). Cỏc mỏy bin ỏp cho nhu cu riờng khụng phi ủin
kộo,
về
nguyờn tc khụng ớt
hơn 2 để
ủm bo cung cp ủin nng cho mch ủiu khin,
khúa ủng liờn ủng, chiu sỏng. ủn gin trờn s ủ 41 cú mt mỏy bin th cho
nhu cu riờng 6 ủúng
m

ch đờng dây
27,5kV (trờn s ủ khụng ch rừ). T thanh cỏi
380V theo dõy dn 10 cung cp d phũng, ủin nng ủc cp cho cỏc ph ti ca nhu
cu riờng cũn qua mỏy bin th 15 v ủng thụng tin liờn lc 16 cỏc mỏy bin ỏp cụng
sut nh v cỏc t rle cho cỏc khúa ủng liờn ủng (Hỡnh 38).
ủm bo d tr cung cp ủin, cỏc thit b ủúng ủng t ủng v khúa liờn
ủng
đóng
mch vo cỏc ga lin k. iu ủú to kh nng cung cp cho ủng dõy t
trm ủin kộo bt kỡ TK1 hoc TK2 theo s ủ cung cp ủin 2 phớa khi dao cỏch li
ủúng mch 17. Khi dao cỏch li m 17 thit b ủúng ủng t ủng v khúa liờn ủng ủt
ti mi ga ủc cung cp t h thng riờng ca mình (h thng cho nhu cu riờng) theo

s ủ cung cp 1 phớa.
Nhng ph ti khụng phi ủin kộo dùng cho cụng tỏc khai thỏc ủng, nú ủi qua
đờng dây
27,5 vi cỏc mỏy ngt và nhn ủin nng theo h thng 2 dõy
tr

i với ray
.
Hai dõy ca mi trm ủt trờn ct dõy tip xỳc, chỳng liên quan vi nhau bi dao cỏch li.
Mỏy bin th
hạ áp đ

u
vi cỏc dõy dn ny v ray. ch ủ lm vic bỡnh thng mt
na trỏi ca h thng 2 dõy
tr

i với ray
ủc cp ủin t TK1, cũn na bờn phi ủc
cp ủin t TK 2, dao cỏch ly m. Khi ngt mt trong cỏc trm ủin kộo ngi ta ủúng
dao cỏch ly, v tt c ủng dõy ca h thng 2 dõy
tri với ray
nhn ủin nng t trm
ủin kộo ủang lm vic.
4.2. TRM IN KẫO DềNG IN MT CHIU
S ủ nguyờn tc cung cp ủin ủon ủng st ủin khớ húa cho h thng dũng
ủin mt chiu 3kV th hin trờn hỡnh 42. Khu gian ủc cung cp ủin nng do 2
trm ủin kộo TK1 v TK2.
Đấu
vo ủng

dây
truyn ti ủin nng DCA 110kV l
cỏc trm ủin kộo vi cỏc l vo 1. in ỏp s cỏp 110kV tỏc dng vo mỏy bin th h
ỏp 3 qua cỏc thit b phõn phi l thiờn ủng
dây
110kV2. Bng mỏy bin th ny ủin
ỏp s cp gim ủn 10kV v sau ủú qua cỏc thit b phõn phi 4 nối lên thanh cỏi 10kV.
B bin ủi,bao gm mỏy bin th ủin kộo 5 v chnh lu 6, cho dũng ủin chnh
lu vi ủin ỏp 3,3kV l ra
nối lên
thanh cỏi dng v thanh cỏi õm.Cỏc thit b phõn
phi ca thanh cỏi dng 7 v thanh cỏi õm 8 ủc ủt trong nh cng nh ngoi tri
ca trm ủin kộo.
Mng ủin kộo ủon ủng st ủc to bi ủng ray v cỏc li tip xỳc phõn
ủon nhờ cỏc khong cỏch khụng khớ 21 trờn cỏc ga A, B v khu gian 22.
Li tip xỳc ni vi thanh cỏi + bi cỏc dõy cung cp(phi ủ 10 ca li tip
xỳc) qua cỏc mỏy ngt ca cỏc thit b phõn phi 9,
còn ray phi
ủ ray 24
nối

với

thanh cỏi õm ca trm ủin kộo. Nh th, cn tip ủin 23 trờn ủon tu s
nhận đợc

ủin ỏp 3,3kV.

80
•

MCA&
TðK
Các thiết bị của hệ thông nhu cầu riêng, các tủ ñóng khóa ñường tự ñộng và phụ
tải môtơ ñược cung cấp ñiện năng từ thanh cái 10kV của máy biến thế
h¹ ¸p
14 và theo
mạch 15
vµo
mạch16,18. Dự phòng cung cấp ñiện cho các thiết bị ñóng khóa ñường tự
ñộng tương tự như hệ thống cung cấp ñiện xoay chiều.
Các phụ tải không phải ñiện kéo ñược ñặt dọc 2 bên tuyến ñường sắt nhận cung
cấp ñiện năng từ ñường dây cao áp DCA 10kV phân ñoạn bằng dao cách li 19.
Hình 4–2 Cung cấp ñiện cho ñoạn ñường sắt ñiện khí hoá bằng hệ thống
dßng
ñiện một chiều ñiện áp 3kV
Lộ vào
Thiết bị phân phối 110kV
Máy biến thế hạ áp
Thiết bị phân phối 10kV
Máy biến áp ñiện kéo
Chỉnh lưu
7–9 Thiét bị phân phối 3,3kV
10. Phi ñơ mạng tiếp xúc
11–13 Thanh cái, thiết bị phân phối và ñường dây cung cấp của TðK cho phụ tải
khu vực
14. Máy biến thế cho nhu cầu riêng
15. Dây cung cấp cho phụ tải dùng riêng của TðK
16,18. Máy biến áp cho T§K (Tủ ñiều khiển)
17,19. Các dao cách ly

20,22. Khu ñoạn mạng ñiện kéo
21. Khoảng cách không khí
23. Cần tiếp ñiện
24. Phi ñơ ray
TðK1, TðK2– Trạm ñiện kéo (T
Π
1, T
Π
2)
B
Π
10kV ñường dây 3 pha ñiện áp 10kV
BD – ðường dây cấp ñiện cho công tác bảo dưỡng ñường sắt

MCA&T§K • 81

.

Hình 4–2. Cung cấp ñiện cho ñoạn ñường sắt ñiện khí hoá bằng hệ thống dây ñiện một chiều ñiện áp 3kV


82
•

MCA&
TðK
Các trạm ñiện kéo công nghiệp và khu vực ñấu vào dây quấn thứ cấp thứ 35kV
của máy biến thế hạ áp 3 nhờ nối ngay
vµo thanh c¸i 11
(thanh cái trạm ñiện cho phụ tải

khu vực) và ñường dây cung cấp 13.
Sự khác biệt
nhÊt
của trạm ñiện kéo dòng ñiện một chiều với ñiện áp sơ cấp 35 và
10kV là biến dòng 1 mức. Từ nguồn ñiện áp sơ cấp, ví dụ như trạm khu vực với ñường
dây truyền tải ñiện năng ñiện áp tương ứng, như trạm ñiện kéo gốc, dòng ñiện qua lối
vào và thiết bị phân phối, ñiện áp
®Æt
trực tiếp ñến tổ chỉnh lưu. Tiếp theo truyền tải
dòng ñiện chỉnh lưu vào mạng ñiện kéo, bảo ñảm cung cấp ñiện năng cho hệ thống nhu
cầu riêng và thiết bị
trªn
ñường tương tự như hệ thống các trạm ñiện kéo với biến thế 2
mức như ñã trình bày ở phần trên.
4.3. CÁC MÁY BIẾN ÁP TRẠM ðIỆN KÉO DÒNG ðIỆN XOAY CHIỀU
ðối với sức kéo ñiện bằng dòng xoay chiều có thể sử dụng máy biến thế hạ áp 1
pha hoặc 3 pha. Các máy biến áp 1 pha chỉ sử dụng khi ñiện khí hóa ñường sắt bằng hệ
thống 2x25kV.
Víi
các trạm ñiện kéo di ñộng ñược sử dung các máy biến thế 3 pha 2 dây quấn
ñiện áp 110/27,5kV (trong phần này không xét ñến).
Trong bảng 4.3 là các ñặc tính kĩ thuật của các máy biến thế 3 pha 3 dây quấn,
còn trong bảng 4.4 là ñặc tính kĩ thuật của các máy biến thế 1 pha.
Bảng 4.3.
ðặc tính kỹ thuật MBA 3 pha 3 dây quấn
ðiện áp ñịnh mức,
kV
ðiện áp ngắn mạch
%, u
nm

%
Loại MBA
CA HA1

HA2
Tổ nối dây
CA HA1 HA2
115 38,5 27,5
Y/Y/
∆
–0–11
17 10,5 6
TK 25000/110
115 27,5 11
Y/
∆
/
∆
–11–11
10,5 17 6
115 38,5 27,5
Y/Y/
∆
–0–11
17 10,5 6
TK 40000/110
115 27,5 11
Y/
∆
/

∆
–11–11
10,5 17 6
TK 32000/110
115 38,5 27,5
Y/Y/
∆
–0–11
17 10,5 6
TK 25000/220
230 –– 27,5
Y/
∆
–11
–– 12 ––
230 38,5 27,5
Y/Y/
∆
–0–11
22 12,5 9,5
TK 40000/220
230 27,5 11
Y/
∆
/
∆
–11–11
12,5 22 9,5

MCA&TĐK

83

Bng 4.4.
c tớnh k thut MBA 1 pha 3 dõy qun
Cụng sut ủnh
mc, MVA
in ỏp ủnh mc,
kV
Loi MBA
CA HA CA HA
in ỏp
ngn mch
%, u
nm
%
T ni
dõy
OP 16000/220 16 88 230 27,527,5 12,5
1/11
00
OP 16000/110
16 88 115 27,527,5 10,5
1/10
00
AO 10000/55 10 55 29 1,5 1 auto
AO 16000/55 16 55 29 1,5 1 auto
minh ha cỏc loi mỏy bin th ủc s dng cỏc kớ hiu bng ch: T ba pha;
O 1pha; P vi dõy qun b dc D lm mỏt bng du bin ỏp;TS vi du bin
ỏp lu chuyn cng bc qua nc lm mỏt;DTS lu chuyn du lm mỏt bng qut

giú; H ủiu chnh ủin ỏp di ti; T ba dõy qun; DS thuc ủng st; M du;
A bin ỏp t ngu.
Dõy qun s cp ca mỏy bin ỏp 3 pha ủu hỡnh sao, cỏc dõy qun th cp ủin
ỏp 27,5kV v 10kV ủu hỡnh tam giỏc, cũn th cp 35kV ủu hỡnh sao. nh C ca
tam giỏc dõy qun ủin kộo ủc ủu vi ray cũn cỏc ủnh a, b ủu vi cỏc ủon khỏc
nhau ca mng ủin kộo (hỡnh 41). Nh phn trờn ủó ch ra rng ủu cỏc pha ca dõy
qun s cp vi DCA v cỏc pha
của dây quấn điện kéo b,c
vi mng dõy tip xỳc
cần
thay đổi
ln lt th t pha cho phộp cõn bng dũng ủin v ủin ỏp cỏc pha mỏy bin
ỏp. Trong thc t khụng th ủt ủc s ủi xng hon ton bi vỡ ph ti cỏc pha ca
mỏy bin ỏp ph thuc vo ph ti ủin kộo
theo gánh (các pha)
ca ủon cung cp.
iu ủú dn ủn lm xut hin dũng ủin v ủin ỏp th t ngc khụng ủi xng,dn
ủn gim mụ men cc ủi v tng phỏt núng ca ủng c ủin kộo.
Trong cỏc trm ủin kộo h thng cung cp ủin 2x25kV ủc ủt cỏc mỏy bin
ỏp 1 pha
đặc thù
vi dõy qun th cp, vi lm mỏt bng du bin ỏp v t ủiu chnh
ủin ỏp di ti trờn dõy qun th cp 27,5kV.
Trong các trạm điện kéo đặc thù có thể
dùng
cỏc mỏy bin th t ngu ủ gim ủin ỏp
50kV đầu vào
thnh vựng thay ủi rng
hn t 20,5 ủn 31,5kV.
4.4. CC B BIN I CA TRM IN KẫO DềNG IN 1 CHIU

Cỏc b bin ủi bao gm mỏy bin th ủin kộo v chnh lu.Trong cỏc trm ủin
kộo cung cp ủin nng cho ủon tu vi hóm tỏi sinh,
ngời ta bố trí thiết bị thu đợc

nng lng d tha
của bộ đảo mạch tái sinh hoặc bộ nghịch
lu. Trong trng hp ny
b bin ủi gm mỏy bin
thế phụ
, hoc cỏc mỏy bin th ủc bit v ni múc vo cỏc
cun dõy chnh lu.
S dng nhiu trong cỏc trm ủin kộo ca giao thụng ủng st l cỏc b bin
ủi vi cỏc b chnh lu cu v chnh lu ủim 0. Cỏc mỏy bin th dựng ủ cung cp
cho cỏc b chnh lu theo s ủ ủim 0 ủu dõy qun s cp CO thnh hỡnh sao v

84
•

MCA&
TðK
dây quấn ñiện kéo BO thành “2 sao ngược với cuộn kháng cân bằng”. Trong máy biến
thế ñể chỉnh lưu với các sơ ñồ cầu,dây quấn lưới cũng ñấu “hình sao”, còn dây quấn
chỉnh lưu – “ thành hình tam giác”(hình 4–3).
So với những máy biến thế hạ áp thông thường, những bộ biến ñổi ñược phân biệt
theo cấu trúc. Dây quấn chỉnh lưu của các máy biến thế chịu các tải nhiệt ñộ và ñộng
học lớn hơn khi gặp dao ñộng của dòng ñiện ở chế ñộ ngắn mạch.

a) b)
Hình 4–3.
Sơ ñồ bộ biến ñổi với dây quấn chỉnh lưu
của máy biến thế “hai sao ngược với cuộn kháng cân bằng” (a) và “ tam giác” (b)
VD1–VD6. Các van chỉnh lưu
R – Phụ tải
T – Máy biến thế
ðể nâng cao ñộ bền ñộng học và nhiệt học của dây quấn cần tăng kích thước của
chúng, giảm mật ñộ dòng ñiện trong chúng từ 3 4,5 ñến 2,5 3,0 A/mm
2
. Trong các
máy biến thế áp dụng việc kẹp chặt các dây quấn gồm các cuộn dây ñấu song song. Dây
quấn thứ cấp ñặt trên dây quấn sơ cấp ñể cải thiện ñiều kiện làm mát.
Những ñặc tính kĩ thuật của các bộ biến thế chỉnh lưu trình bày trong bảng 4.5 (kí
hiệu các biến thế P–chỉnh lưu bán dẫn; Y – ñối với khí hậu ôn hòa; 1– ñể ñặt bên
ngoài trời).
Máy biến thế TPDP–12500/10JY1 gồm cuộn dây më réng với c¸ch nối dây quấn
chỉnh lưu thành “hình sao” và “ hình tam giác”, tức có sơ ñồ chỉnh lưu 12 xung. Các
van chỉnh lưu có thể ñấu nối tiếp và song song.
ðể chỉnh lưu dòng ñiện xoay chiều thành 1 chiều cung cấp cho ñoàn tàu chạy
bằng dòng ñiện chạy 1 chiều trên các tuyến ñường sắt chính tuyến hoặc ñường sắt ngoại
ô người ta dùng các bộ chỉnh lưu bán dẫn – các diode hoặc là tiristor.
Trong khai ñược sử dụng nhiều nhất là các bộ chỉnh lưu và làm mát bằng không
khí tự nhiên YBKE–1 và PBE–3, với làm mát bằng dầu BKMB–1 vµ làm mát nằng
không khí tự nhiên PDE–5, PBKE–2,PBKE–3. Trên những tuyến ñường sắt có ñoàn tàu

chạy ñiện với hãm tái
sinh ng−êi ta thªm c¸c bé
chỉnh lưu thu hồi BIPE.

MCA&T§K
•
85

Các van chỉnh lưu làm việc theo sơ ñồ cầu hoặc sơ ñồ
”hai sao ng−îc víi cuén
kh¸ng c©n b»ng
“ tương ứng với cấu trúc và sơ ñồ máy biến áp của nó. Phụ thuộc vào
kết cấu và biện pháp làm mát, các van chỉnh lưu của các bộ biến ñổi ñã ñược tính toán
cho việc ñặt trong nhà hay ñặt ngoài trời của TðK.
Với sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn,
ng−êi ta ®
chế tạo và ñưa vào khai thác sử
dụng chỉnh lưu BTPEð–3150–3,3k–Y1 (chỉnh lưu 3 pha với làm mát tự nhiên, diode –
dòng ñịnh mức 3150A và ñiện áp ñịnh mức 3,3 kV ñể ở ngoài trời trong mặt bằng trạm
ñiện kéo). Chỉnh lưu ñược tạo thành từ các ñiốt DL–133–500–14(500A, 14–20 lớp) bè
trÝ vµo 6 tủ. Trong mỗi tủ ñặt 48 ñiốt với bộ làm mát, các tụ ñiện và các biến trở. Cấu
trúc như vậy cho phép thực hiện chỉnh lưu theo sơ ñồ nối tiếp hoặc song song 12 van,
cũng như vậy theo sơ ñồ cầu hoặc sơ ñồ tia.
Bảng 4–5.
Các bộ chỉnh lưu biến thế
ðiện áp ñịnh mức MBA, kV
Tên bộ chỉnh
lưu – biến thế
Công suất ñịnh
mức biến áp,

kVA
CA HA
ðiện áp ngắn
mạch %
–12500/10 11800 6; 10 1,52 7
6300/35 4640 6; 10; 35 3,02 9,5
16000/10 11840 6; 10 3,02 6,1
12500/10 11400 6,3; 10,5 2,61; 1,305 8,2


Hình 4–4
. Sơ ñồ tổ biến ñổi với chỉnh lưu BTPED–3150–3,3K–Y1