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

Chia sẻ: Sadsadas Dsadsadsa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Mạng cao áp và trạm điện kéo" được viết trên cơ sở nội dung môn học cùng tên dùng cho ngành diện "Trang bị điện điện tử công nghiệp và giao thông vận tải" của Khoa điện điện tử, trường đại học giao thông vận tải và đã được hội đồng ngành thông qua.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mạng cao áp và trạm điện kéo - Pgs.Ts.Đàm Quốc Trụ phần 1

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 : damquoc_tru@yahoo.com .H và tên : Lê M nh Vi t . Năm sinh ; 1949 . Cơ quan công tác : B môn Trang b ñi n.Khoa ði n -ñi n t . ð i h c Giao thông V n t i (1971-hi n nay ) . Email : bmtbd@uct.edu.vn
*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 thông ñi n khí hoá ñư ng dài và ñô th . - Thông tin tín hi u ðưòng s t cao t c . - V n t i ðư ng s t ði n khí hoá . - Cung c p ñi n cho giao thông cao t c và ñô 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 ñi n khí hoá . - Kinh t xây d ng giao thông ñư ng s t. - Xây d ng công trình Giao thông 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 thông 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 ñ 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 khoá . B. . Bi u ñ ñi n th m ch ray 127- C. Các d ng giao thông ñi n 9 Câu h i ôn t p ,ki m tra ñánh giá chương 1. 13 Câu h i ôn t p ,ki m tra ñánh giá chương 2. 30 Câu h i ôn t p ,ki m tra ñánh giá chương 3. 73 Câu h i ôn t p ,ki m tra ñánh giá chương 4. 94 Câu h i ôn t p ,ki m tra ñánh giá chương 5. 131 155 Câu h i ôn t p ,ki m tra ñánh giá chương 6. Các sơ ñ cung c p ñi n phía ngoài. 17- Các phương pháp tính toán dòng ñi n ng n m ch 52- Các sơ ñ cung c p ñi n phía trong cho giao thông ñi n dòng ñi n m t chi u. 21- Các sơ ñ m ng ñi n kéo 2 dây. 22- Các sơ ñ cung c p ñi n phía trong cho giao thông ñi n dòng ñi n xoay chi u. 24- MCA&TðK • 3
Các sơ ñ tr m ñi n kéo. 24- Các sơ ñ m ng ñi n kéo. 27- Các phương pháp tính toán m ng ñi n kéo. 106 C c m y bi n p tr m ñi n k o dũng ñi n xoay chi u. 79 C c b bi n ñ i c a tr m ñi n k o dũng ñi n 1 chi u. 80 Các ñ i lư ng ñi n ñ c trưng s làm vi c c a các h th ng cung c p ñi n cho giao thông v n t i 97- D. Dòng ñi n và phát nóng . 97 Dòng ñi n rò m ch ñư ng ray 125- Dòng ñi n rò và các tính ch t: 126- Dây d n ti p xúc 137- Dây cáp ñ , cáp mang 138- Dây cáp tăng cư ng 138 ði n áp và t n th t ñi n áp 100- ð tin c y các k t c u h th ng cung c p ñi n. 29 P. Phân lo i và các sơ ñ c u trúc TðK 31- Phân lo i TðK 31- Phương pháp ph t i dòng phân b ñ u 110- Phương pháp phân tích t ng h p. 113- K. Khái quát 120 Kh o sát sơ ñ c u trúc ño n ñư ng s t h th ng dòng ñi n 1 chi u, ñi n áp 3,3 kv 35- 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 139- Khái quát v tính toán h treo dây . 142 Khái ni m,phân lo i h th ng m ng dây ti p xúc. 131 L. Lo i dây treo trên không 131- M. . M ng ñi n kéo dòng ñi n 1 chi u 121- . M ng ñi n kéo dòng ñi n xoay chi u. 125 , M ng ti p xúc trên ray . 136 N. Nh ng yêu c u chung v ñ tin c y c a h th ng cung c p ñi n. 29- Nh ng nguyên t c d tr các ph n t c a h th ng cung c p ñi n. 29- Ng n m ch trong h th ng 3 pha dòng ñi n xoay chi u 46- Ng n m ch 1 pha trong h th ng v i trung tính ti p ñ t 46- Ng n m ch 2 pha trong lư i ñi n v i trung tính ti p ñ t và cách ly 49- Ng n m ch 3 pha trong lư i ñi n v i trung tính ti p ñ t và cách ly 51- Ng n m ch trong m ng ñi n kéo 120- H. H dây treo ñơn gi n 141- H dây treo ph c h p 141-
P. Phân tích h th ng dây ti p xúc 139- Phân tích h dây treo . 139 Ph t i tính toán ñ n dây d n và cáp c a h treo dây ti p xúc. 139 Phương trình ñ võng c a dây d n. 145 S. Sơ ñ t ng th cung c p ñi n. 16 Sơ ñ c u trúc tr m ñi n kéo 1 chi u. 21- Sơ ñ c u trúc TðK dòng xoay chi u trên ñư ng s t ch y ñi n. 33- Sơ ñ cung c p ñi n xoay chi u 15 kv t n s th p 16 2/3 Hz 27 34- Sơ ñ cung c p ñi n cho giao thông ñi n ñư ng s t xoay chi u 27,5 kV 38- Sơ ñ c u trúc c a TðK dùng cho xe ñi n ng m(metro) 40- Sơ ñ c u trúc TðK tàu ñi n bánh s t và xe ñi n bánh hơi 43- S cách ñi n . 138 Sơ lư c v giao thông ñi n 7- T. Tính toán h treo m t xích . 149 T ng quan v h th ng cung c p ñi n cho giao thông ñư ng s t 14- Tác ñ ng ñi n ñ ng c a dòng ñi n ng n m ch 63- Tác d ng nhi t c a dòng ñi n ng n m ch 67- Tr m ñi n k o tàu ñi n ng m. 85 Tính toán cơ h c c a h treo dây ti p xúc 142 Tr m ñi n k o c a giao th ng thành ph . 89 Tr m ñi n k o dũng ñi n xoay chi u. 74 Tr m ñi n k o dũng ñi n m t chi u. 76 Tính ñ i x ng c a 3 pha và các sóng hài lư i ñi n 103- T ng quan chung v các phương pháp 106- Tính toán cung c p ñi n keó trên c s l ch ch y tàu 106- T ng quan các ph n t trong h th ng m ng dây ti p xúc. 137 Tính toán ñàn h i c a lư i ti p xúc 152- Tính toán ch u gió bão c a h th ng lư i dây ti p xúc 154- 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. 31- X. Xây d ng các ñư ng cong dòng ñi n tiêu th b i ñoàn tàu và l ch ch y tàu. 107 V. V t li u s d ng trong m ng ñi n kéo và các ñ c tính ñi n và cơ c a chúng 94- MCA&TðK • 5
L I NÓI 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 ñã ñư c H i ñ ng ngành thông 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 vòng ngoài “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 thông ñi n qu c gia và ñô th .Giáo trình v cơ b n mang tính ch t ñ 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 toán như: bài t p l n,thi t k môn h c và ñ án t t nghi p.Hơn th n a,ph m vi ng d ng còn r t r ng,ñó là trong các nghiên c u,thi t k ,khai thác, v n hành h th ng cung c p ñi n cho Giao thông ñi n ñi n khí hoá. 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, ñ ñưa 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 ñư 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 công ngh ñư 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 ñã công b công 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 ñích 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 ñây có t u ñi n và tàu ñi n bánh hơi, m than Qu ng ninh có goòng ch y ñi n t th i Pháp thu c ñ 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 còn nhi u thi u sót v c n i dung và hình th c. Gi¸o tr×nh do PGS-TS § m Quèc Trô chñ biªn v viÕt c¸c ch−¬ng 1,2, 4. TS Lª M¹nh ViÖt viÕt c¸c ch−¬ng 3,5,6 v hiÖu chØnh, ho n thiÖn to n bé gi¸o tr×nh . Các tác gi và H i ñ ng ngành mong mu n nh n ñư 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 ñ u máy ñi n kéo các toa xe ch hàng ho c ch khách, ñoàn tàu g m các toa xe g n môtơ ñi n thư ng dùng ch khách trên các ñư ng ngo i ô các thành ph l n; giao thông thành ph có tàu ñi n bánh s t, xe ñi n bánh hơi, tàu ñi n ng m; giao thông công nghi p có ñ u máy ñi n kéo các xe goòng ch than trong các h m lò, ñ u máy ñi n kéo các toa xe ch nguyên v t li u và công nhân trong các xí nghi p. T t c các lo i giao thông ñi 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 ñ kh i sau ñây: 1 Hình 1.12 3 4 7 5 6 9 8 ðC 10 Hình 1.1. Trên sơ ñ : 1. Nhà máy ñi n. 2. Tr m bi n áp. 3. ðư ng dây cao áp 3 pha. 4. Tr m ñi n kéo. 5. Dây cung c p (phía m ng ti p xúc). 6. Dây v (n i ñ t, n i ray). 7. H th ng dây ti p xúc. 8. ð u máy ñi n. 9. C n ti p ñi n. MCA&TðK • 7
10. ðư ng ray. T t c các lo i giao thông ñi n (trên ñư 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 dòng ñi 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 vòng c a dòng ñi 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 ñó ñ u máy ñi n ñư c áp d ng ñ ch than t các h m lò ñ n b n C a Ông (Qu ng Ninh) và các ñàu máy ñi n ch goòng trong khai thác than dư i h m lò. Ngót 70 – 80 năm Vi t Nam giao thông ñi n m than Qu ng Ninh cũng như Hà N i ñã ñư 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, còn ñ ng cơ ñi 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 thông ñi n ñã quá cũ và b xoá b hoàn toàn t năm 1980. Áp d ng giao thông ñi n trong ngành ñư ng s t, giao thông thành ph và v n t i công nghi p có nh ng ưu vi t sau: 1. Giao thông ñi n cho phép nâng cao công su t kéo c a ñ u máy tương ñ i d dàng nh công 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 thông ñi n l n. N u không tính ñ 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 ñi n) thì hi u su t b ng 29,5 – 33,4%, trong khi ñó giao thông ñiêzen 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 không 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 ñ c tính cơ ñi n, ñ u máy ñi n có gia t c l n hơn ñ u máy ñiêzen, do ñó s d ng ñ u máy ñi n ño n ñư ng nhi u ch ñ 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 ñ i năng lư ng thu n ngh ch. Vì v y ñ u máy ñi n ch ñ kéo nó là ñ ng cơ tiêu th ñi n năng, ch ñ 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 hoá, t ñ ng hoá, công tác duy tu b o dư ng ñư ng s t, x p d hàng hoá các kho bãi, ñi u khi n t ñ ng và ñi u khi n t xa... c i thi n ñi u ki n lao ñ ng cho cán b , công nhân viên ngành ñư ng giao thông. 7. Áp d ng giao thông ñi n trên ñư ng s t r t có th k t h p gi i quy t ñư c vi c ñi n khí hoá 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 ñ n 60km ( hai phía c a ñư ng s t) và kho ng t 50 ñ n 100km bán kính xung quanh tr m ñi n kéo. 8. ð u máy ñi n kéo không có máy phát riêng trên ñ u máy cho nên so v i ñ 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 ñôi so v i ñ u máy ñi n. 9. ð u máy ñi n không nh hơi ñ c, không có khói b i, thu n ti n cho vi c gi gìn v sinh môi 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 ñ u máy ñi n bình quân 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 ñ u máy. Như v y ph i có m t kh i lư ng v n chuy n tương ñ i l n thì ñi n khí hoá m i có kh năng th c hi n ñư c, vì kh i lư ng v n chuy n l n cho phép hoàn v n ñ u tư nhanh. 2. Tính cơ ñ 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 ngoài ñư ng s t, công trình ñư ng s t và b n thân ñ u máy còn 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 ñ i v i ñư ng dây thông tin liên l c, nh hư ng dòng ñi n rò, phá ho i các công trình ng m dư i lòng ñ t... Các nh hư ng ñó ñã ñư c nghiên c u và có các bi n pháp kh c ph c, gi m thi u. 1.2. CÁC D NG GIAO THÔNG ðI N Giao thông ñi 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 ñ t trên ñ u máy (ñoàn 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 ñ c tính c a t ng d ng giao thông ñi n – giao thông ñi n ti p xúc và giao thông ñi n t hành, theo sơ ñ hình 1.2. Phát tri n và ph bi n nh t là giao thông ñi n v i lư i ñi n ti p xúc. ð c bi t là giao thông ñi 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 ñ d ch chuy n ñoàn 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 ñ kéo các toa xe hàng n ng có l c kéo l n nhưng t c ñ c c ñ i không cao (nh hơn 110Km/h), ñ u máy ch khách có t c ñ tương ñ i cao (160,180Km/h và có th ñ t 200Km/h và hơn n a) Giao thông ñi n Ti p xúc T hành Thành ph ðư ng s t Không ray ðư ng s t – ð u máy – Xe ñi n bánh – ð u máy ðiêzen – V n t i ñi n ñi n st – ð u máy ch y khí bánh hơi – ð u tàu ch y – Xe ñi n bánh – V n chuy n – ðoàn tàu ðiêzen ñi n hơi hàng bánh hơi – ð u tàu ñi n –V nt iñ c – Xe ñi n ng m t c ñ cao bi t Hình 1.2. Các d ng giao thông ñi 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 ñ 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 ñó có l i vì v i m t kích thư c nh t ñ nh công su t c a ñ ng cơ ñi n kéo càng l n bao nhiêu thì t c ñ 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 công su t c a nó. Trên ñoàn tàu ñư c gi i h n b i ñư ng kính c a bánh xe d n ñ ng và chi u r ng c a ñư 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 ñ ng vì th truy n ñ ng như v y g i là truy n ñ ng ñi n. ðôi khi có th s d ng truy n ñ 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 ñ 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 ñ ng có th thay ñ i (v kho ng cách) trong m t gi i h n nh t ñ nh. Vì th truy n ñ ng s c kéo v i t t c các s thay ñ i ñó c n ph i ñ m b o truy n ñ ng tin c y c a mômen quay t ñ ng cơ ñi n kéo ñ n c p bánh xe d n ñ ng. Các yêu c u ñ 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 ñi n còn 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 ñ t trên nóc ñ 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 ñó nh ng ñ u máy riêng l ñư c n i v i nhau ñ tăng s c kéo, còn ch ñi 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 ñư 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 ñư ng dài thì các ñ u máy ñi n công 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 công nghi p l n, các ñ u máy ñi n d n d ch ñoàn t u trên các ga ñư ng s t, các ñ u máy ch qu ng làm vi c các m than dư i lòng ñ t. Trong các ñ c tính k thu t c a các ñoàn 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 ñi n kéo phát nóng vì các t n th t ñi n năng trong các ph n t c a ñ u máy, nhi t ñ phát nóng c a nó tr thành m t thông s gi i h n. Tiêu chu n là công mà v i công ñó nhi t ñ không vư t quá nhi t ñ 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 ñ ng cơ ñi n kéo. Phát nóng các ñ ng cơ ph thu c vào công su t mà v i công su t ñó ñ ng cơ làm vi c và ph thu c vào ñ dài th i gian làm vi c c a ñ ng cơ. Công su t gi c a ñ ng cơ ñi n kéo là công su t l n nh t trên tr c ñ ng cơ, v i công su t ñó ñ ng cơ b t ñ u làm vi c t nhi t ñ môi trư ng xung quanh, có th làm vi c trong th i gian m t gi không tăng nhi t ñ phát nóng c a m t b ph n b t kỳ nào ñó l n hơn nhi t ñ c a môi trư ng vư t quá nhi t ñ cho phép (theo tiêu chu n quy ph m). Ngoài ch ñ gi ñ 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 ñ c c ñ i c a ñoàn t u ch y ñi n g i là t c ñ c u t o. ðưa ra khái ni m như v y ñư 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. ðoàn t u ch y ñi n là d ng các toa xe g n môtơ n i móc v i nhau và ñư c c p ñi n t lư i ñi n ti p xúc dùng v n chuy n hành khách. Thư ng thì ñoàn t u ch y ñi n ñư c s d ng ngo i ô thành ph . T c ñ ñoàn t u ch y ñi n ngo i ô thành ph có th ñ t 120 – 130km/h, và gi a các thành ph v i nhau có th ñ t t i 250km/h.Thông MCA&TðK • 11
thư ng ñoàn t u ch y ñi 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 ñ u ñoàn t u ch y ñi n có bu ng lái cho ngư i ñi u khi n và nhanh chóng quay nhanh ñoàn t u nh ng ga cu i. Nh ng toa như v y g i là toa ñi u khi n. ðoàn t u ñi n m t chi u ñư c s d ng trên nhi u ño n ñư ng s t v i h th ng ñi n khí hoá b ng dòng ñi n m t chi u, ñ i v i h th ng dòng ñi n xoay chi u m t pha t n s công nghi p ñi n áp 25kV có các ñoàn t u ñi 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 không ñ ng b . T t c các ñoàn t u ch y ñi n cùng v i hãm cơ khí ñư c l p ñ 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 không 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 ñ cao trên ñó cho phép các ñoàn t u ñ 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 ñi 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 ñi n kéo vì theo m ch ray dòng ñi 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 ñ ng cơ ñi n kéo b ng s lư ng tr c xe. Các thi t b ñi n khác còn l i ñ t dư i g m thùng xe ho c trên nóc thùng xe. Ngoài toa xe g n ñ ng cơ ñi n kéo có th móc thêm các toa xe không g n ñ ng cơ ñi 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 không g n ñ ng cơ ñi n kéo. ð cung c p ñi n cho xe ñi n bánh s t thư ng dùng h th ng dòng ñi 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 ñ 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 ñi n xoay chi u không ñ 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 ñư ng ôtô thông thư ng. Lư i ñi n ti p xúc c a xe ñi 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 không có nh ng c n tr gì ñáng k . Vì th v tính cơ ñ ng xe ñi 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 dòng ñi n 1 chi u v i ñi 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 ñư ng ray không ñi trên ñư ng ph . Thư ng thì ñư ng s t Metro ñ t dư i lòng ñ 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 ñi n thì xe ñi 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 ñoàn tàu xe ñi n ng m nh m ng ñi n kéo. Trong m ng ñi n 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 i 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 3 (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 n ng m c a Nga thùng cao hơn m t ray kho ng 160mm). 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 thông 1 ray không 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 toàn tuy t ñ i.. Chuy n ñ 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 thông ñi n 1 ray yêu c u r t cao v m c ñ t ñ ng hoá v i s d ng h th ng vi x lý ñi u khi n các ch ñ ch y tàu. Câu h i ôn t p,ki m tra ñánh giá chương 1. 1/ Mô hình sơ ñ kh i c a m t h th ng giao thông ñi n . 2/ Các d ng giao thông ñi n . 3/ T c ñ và c p ñi n áp c a các phương ti n giao thông ñi n . 4/ Hình nh giao thông ñi n trên các qu c gia phát tri n . 5/Tình hình Giao thông ñi 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 H TH NG CUNG C P ðI N CHO GIAO THÔNG ðƯ NG S T H th ng cung c p ñi n cho giao thông nh n ñi 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 ñó 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 ñi 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 ñi n không 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 ñi n kéo c a giao thông ñi 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 thông ñi n thư ng có c p ñi n 110 ho c 220KV. Các tr m ñi n kéo mà giao thông thành ph thư ng nh n ñi n năng theo ñư ng cáp ñi n v i ñi n áp 6, 10KV. Các tr m ñi n kéo bi n ñ i ñi n năng theo lo i dòng ñi n và m c ñi n áp ñ cung c p cho ñoàn tàu ch y ñi 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 dòng ñi 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 (không ñ i) và h th ng dây ñi n xoay chi u (bi n ñ i). H th ng dòng ñi n m t chi u – Dòng ñi n 3 pha t n s công nghi p t i các tr m ñi n kéo bi n ñ i thành dòng ñi n (m t chi u) có ñi n áp phù h p v i ñi n áp ñ ng cơ ñi n kéo trên ñoàn tàu (ñ u máy). Trong giao thông ñư ng s t h th ng dây ñi n m t chi u s d ng c p ñi n áp 3000V. Trong giao thông công nghi p cũng dùng h th ng dây ñi 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 ñi 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 ñ c u trúc h th ng năng lư ng 1. Nhà máy ñi n (Thu ñi n,nhi t ñi n…); 2. Tr m bi n áp phân ph i; 3. Máy bù ñ ng b ; 4. Các ñư ng dây truy n t i ñi n năng; 5. C p ñi n cho các nhu c u t dùng c a nhà máy ñi n. Hình 2.2. Sơ ñ chung c p ñi n cho ñoàn tàu ch y ñi n trên ñư ng s t ñi n khí hoá + 1: Tâm c p ñi 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 ñoàn tàu ch y ñi n ti p xúc như hình 2.2. H th ng dòng ñi n xoay chi u m t pha t n s công nghi p (50Hz) – Dòng ñi n 3 pha t n s công 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 ñoàn tàu ch y ñi n, máy bi n áp gi m ñi n áp, sau ñó ch nh lưu dòng ñi n ñ cung c p cho các ñ 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 ngoài cho ñư ng s t ñơn 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 ñ n 35kv,110kv ho c 220kv, ph thu c vào lo i ñư ng s t ch y ñi n, công 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 ñ ên phía ngoài, ph n còn l i là cung c p ñi n phía trong cho ñư ng s t ch y ñi n. 1 1 2 3 3 3 3 3 3 4 5 11 3 6 10 9 8 7 Hình 2.3. Sơ ñ t ng th cung c p ñi n phía ngoài cho ñư ng s t ñơn 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 ñoàn t u chuy n ñ 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 ñ 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 ñi 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 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 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 ñó có m t ph n dòng ñi n ch y qua.Ph n này c a dòng ñi n r m ch t ray xu ng ñ t g i là dòng ñi n rò. Dòng ñi n rò ñi qua các công trình kim lo i ng m dư i ñ t và ch ñi ra c a kim lo i t o thành ăn mòn kim lo i. Các ñ u máy ñi 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 ñi 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 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 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 thông ñi n m t chi u, giao thông ñi n xoay chi u, xe ñi n ng m. Giao thông ñi n không ray khác ch là thay vào ñư 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