PGS. TS. ðÀM QUỐC TRỤ
(CHỦ BIÊN)

TS. LÊ MẠNH VIỆT MẠNG CAO ÁP
&TRẠM ðIỆN KÉODÙNG CHO CHUYÊN NGÀNH
TRANG BỊ ðIỆN – ðIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP VÀ GIAO THÔNG
VẬN TẢI
.Họ và tên :
Lê Mạnh Việt
.
Năm sinh ; 1949 .
Cơ quan công tác :
Bộ môn Trang bị ñiện.Khoa ðiện -ñiện tử .
ðại học Giao thông Vận tải (1971-hiện nay ) .
Email : MCA&TðK
•
3

*Phạm vi và ñối tượng sử dụng giáo trình .

1/Giáo trình có thể dùng tham khảo cho các ngành :
- Giao thông ñiện khí hoá ñường dài và ñô thị .
- Thông tin tín hiệu ðưòng sắt cao tốc .

Các sơ ñồ cung cấp ñiện phía ngoài. 17-
Các phương pháp tính toán dòng ñiện ngắn mạch 52-
Các sơ ñồ cung cấp ñiện phía trong cho giao thông ñiện dòng ñiện một chiều. 21-
Các sơ ñồ mạng ñiện kéo 2 dây. 22-
Các sơ ñồ cung cấp ñiện phía trong cho giao thông ñiện dòng ñiện xoay chiều. 24-
Các sơ ñồ trạm ñiện kéo. 24-
Các sơ ñồ mạng ñiện kéo. 27-
Các phương pháp tính toán mạng ñiện kéo. 106
Cỏc mỏy biến ỏp trạm ñiện kộo dũng ñiện xoay chiều. 79
Cỏc bộ biến ñổi của trạm ñiện kộo dũng ñiện 1 chiều. 80
Các ñại lượng ñiện ñặc trưng sự làm việc của các hệ thống cung cấp ñiện
cho giao thông vận tải 97-
D. Dòng ñiện và phát nóng . 97
Dòng ñiện rò mạch ñường ray 125-
Dòng ñiện rò và các tính chất: 126-
Dây dẫn tiếp xúc 137-
Dây cáp ñỡ, cáp mang 138-
Dây cáp tăng cường 138
ðiện áp và tổn thất ñiện áp 100-
ðộ tin cậy các kết cấu hệ thống cung cấp ñiện. 29
P.
Phân loại và các sơ ñồ cấu trúc TðK 31-
Phân loại TðK 31-
Phương pháp phụ tải dòng phân bố ñều 110-
Phương pháp phân tích tổng hợp. 113-
K. Khái quát 120
Khảo sát sơ ñồ cấu trúc ñoạn ñường sắt hệ thống dòng ñiện 1 chiều,
ñiện áp 3,3 kv 35-
Kết cấu nối với cột và các phụ kiện của hệ thốn treo dây tiếp xúc 139-
Khái quát về tính toán hệ treo dây . 142

Sơ ñồ cấu trúc TðK tàu ñiện bánh sắt và xe ñiện bánh hơi 43-
Sứ cách ñiện . 138
Sơ lược về giao thông ñiện 7-
T. Tính toán hệ treo mắt xích . 149
Tổng quan về hệ thống cung cấp ñiện cho giao thông ñường sắt 14-
Tác ñộng ñiện ñộng của dòng ñiện ngắn mạch 63-
Tác dụng nhiệt của dòng ñiện ngắn mạch 67-
Trạm ñiện kộo tàu ñiện ngầm. 85
Tính toán cơ học của hệ treo dây tiếp xúc 142
Trạm ñiện kộo của giao thụng thành phố . 89
Trạm ñiện kộo dũng ñiện xoay chiều. 74
Trạm ñiện kộo dũng ñiện một chiều. 76
Tính ñối xứng của 3 pha và các sóng hài lưới ñiện 103-
Tổng quan chung về các phương pháp 106-
Tính toán cung cấp ñiện keó trên cở sở lịch chạy tàu 106-
Tổng quan các ph
ần tử trong hệ thống mạng dây tiếp xúc.
137
Tính toán ñàn hồi của lưới tiếp xúc 152-
Tính toán chịu gió bão của hệ thống lưới dây tiếp xúc 154-

TðK dòng 1 chiều 3,3 kV trên ñường sắt, ñường chung chuyển
ñiện áp 110 kV, 220 kV. 31-
X. Xây dựng các ñường cong dòng ñiện tiêu thụ bởi ñoàn tàu
và lịch chạy tàu. 107
V. Vật liệu sử dụng trong mạng ñiện kéo và các ñặc tính ñiện và cơ của chúng 94-


giao thụng ủin no (mc dự H ni trc ủõy cú tu ủin v tu ủin bỏnh hi, m
than Qung ninh cú goũng chy ủin t thi Phỏp thuc ủn ngy nay)v cng cha cú
mt ti liu no v ni dung ny Vit nam,cho nờn chc chc giỏo trỡnh ny cũn nhiu
thiu sút v c ni dung v hỡnh thc.
Giáo trình do PGS-TS Đàm Quốc Trụ chủ biên và viết các chơng 1,2, 4. TS Lê Mạnh Việt
viết các chơng 3,5,6 và hiệu chỉnh, hoàn thiện toàn bộ giáo trình . Cỏc tỏc gi v Hi ủng
ngnh mong mun nhn ủc mi s gúp ý ca cỏc bn ủc,nht l cỏc ủng nghip
hoc cỏc cỏn b k thut,chuyờn gia liờn quan ti lnh vc ny. Mi ý kin xin ủc
gi v: Hi ủng nghnh inủin t Khoa inin t Trng i hc Giao thụng
Vn ti H Ni,xin chõn thnh cm n.
Cỏc tỏc gi
MCA&TðK
•
7
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ
CUNG CẤP ðIỆN CHO GIAO THÔNG ðIỆN
1.1. SƠ LƯỢC VỀ GIAO THÔNG ðIỆN
Các lĩnh vực sử dụng giao thông ñiện bao gồm: giao thông ñường sắt có ñầu máy
ñiện kéo các toa xe chở hàng hoặc chở khách, ñoàn tàu gồm các toa xe gắn môtơ ñiện
thường dùng chở khách trên các ñường ngoại ô ở các thành phố lớn; giao thông thành
phố có tàu ñiện bánh sắt, xe ñiện bánh hơi, tàu ñiện ngầm; giao thông công nghiệp có
ñầu máy ñiện kéo các xe goòng chở than trong các hầm lò, ñầu máy ñiện kéo các toa xe
chở nguyên vật liệu và công nhân trong các xí nghiệp.

3

5

6

7

8

9

ðC

10

10. ðường ray.
Tất cả các loại giao thông ñiện (trên ñường ray) sử dụng trong các lĩnh vực nêu
trên ñều dùng ñộng cơ ñiện kéo. Việc truyền tải năng lượng ñiện từ nhà máy ñiện tới
các ñộng cơ ñiện kéo ñặt trên các ñầu máy hoặc các toa xe ñược thực hiện nhờ các trạm
biến áp, các ñường dây cao áp với các cấp ñiện áp khác nhau và các trạm ñiện kéo.
Trong các trạm ñiện kéo ñiện năng ñược biến ñổi theo từng loại dòng ñiện và ñiện áp
phù hợp với loại ñộng cơ ñiện kéo trên ñầu máy, sau ñó theo hệ thống dây tiếp xúc ñiện
ñược cung cấp ñến các ñộng cơ ñiện kéo. ðộng cơ ñiện kéo làm việc và theo hệ truyền
ñộng làm chuyển ñộng các bánh xe của ñầu máy (mạch vòng của dòng ñiện là ñi theo
ñường ray trở về trạm).
Tầu ñiện bánh sắt ở Hà Nội ñược sử dụng từ những năm 1920, ñồng thời cũng
trong khoảng thời gian ñó ñầu máy ñiện ñược áp dụng ñể chở than từ các hầm lò ñến
bến Cửa Ông (Quảng Ninh) và các ñàu máy ñiện chở goòng trong khai thác than dưới
hầm lò.

•
9

6. Sử dụng dễ dàng tạo ñiều kiện ñể cải tạo kỹ thuật, các khâu khác như cơ khí
hoá, tự ñộng hoá, công tác duy tu bảo dưỡng ñường sắt, xếp dỡ hàng hoá ở các
kho bãi, ñiều khiển tự ñộng và ñiều khiển từ xa cải thiện ñiều kiện lao ñộng
cho cán bộ, công nhân viên ngành ñường giao thông.
7. Áp dụng giao thông ñiện trên ñường sắt rất có thể kết hợp giải quyết ñược việc
ñiện khí hoá các lĩnh khác của nền kinh tế quốc dân nằm trong khu vực ñường
sắt ñi qua trong phạm vi bán kính từ 30 ñến 60km (ở hai phía của ñường sắt)
và khoảng từ 50 ñến 100km bán kính xung quanh trạm ñiện kéo.
8. ðầu máy ñiện kéo không có máy phát riêng ở trên ñầu máy cho nên so với ñầu
máy ðiêzen thì nó nhẹ hơn, rẻ hơn và bền hơn. Cùng công suất ñầu máy, trọng
lượng ñầu máy ñiêzen gấp 1,5 ñến 1,7 lần trọng lượng ñầu máy ñiện, giá thành
cũng gần gấp ñôi so với ñầu máy ñiện.
9. ðầu máy ñiện không nhả hơi ñộc, không có khói bụi, thuận tiện cho việc giữ
gìn vệ sinh môi trường cho hành khách, thành phố và khu dân cư ñường sắt ñi
qua.
Nhưng nhược ñiểm của ñầu máy ñiện so với ñầu máy ñiêzen có thể khái quát
bằng những ñiểm sau ñây:
1. Áp dụng sức kéo ñiện phải bỏ vốn ñầu tư lớn cho hệ thống cung cấp năng
lượng ñiện như ñường dây cao áp, trạm ñiện kéo, hệ thống dây tiếp xúc (cột,
ñường dây ). Giá của một ñầu máy ñiện bình quân chỉ bằng 2/3 giá ñầu máy
ñiêzen, nhưng ñầu tư cho mạng cung cấp ñiện gồm ñường dây cao áp, trạm
ñiện kéo, hệ thống dây tiếp xúc (cột, ñường dây ) có giá thành bằng 2,5 lần
giá ñầu máy. Như vậy phải có một khối lượng vận chuyển tương ñối lớn thì
ñiện khí hoá mới có khả năng thực hiện ñược, vì khối lượng vận chuyển lớn
cho phép hoàn vốn ñầu tư nhanh.
2. Tính cơ ñộng của ñầu máy ñiện yếu hơn so với ñầu máy ñiêzen.Nhất là khi xảy
ra chiến tranh. Vì ngoài ñường sắt, công trình ñường sắt và bản thân ñầu máy

ứng ñộng cơ ñiện kéo cao hơn so với bánh xe dẫn ñộng ñầu máy. ðiều ñó có lợi vì với
một kích thước nhất ñịnh công suất của ñộng cơ ñiện kéo càng lớn bao nhiêu thì tốc ñộ
quay của nó cũng lớn bấy nhiêu. Kích thước giới hạn của ñộng cơ ñiện kéo phụ thuộc
vào công suất của nó. Trên ñoàn tàu ñược giới hạn bởi ñường kính của bánh xe dẫn
ñộng và chiều rộng của ñường ray. Vì thế sử dụng ñộng cơ ñiện kéo chuyển ñộng quay
nhanh cho phép nhận lực kéo lớn. Thông thường mỗi một ñộng cơ ñiện kéo làm quay
một cặp bánh xe dẫn ñộng vì thế truyền ñộng như vậy gọi là truyền ñộng ñiện. ðôi khi
có thể sử dụng truyền ñộng cụm (nhóm), khi ñó một ñộng cơ ñiện kéo bảo ñảm làm
chuyển ñộng quay 2 hoặc 3 trục. Khi chuyển ñộng, do dao ñộng phần cơ học, vị trí dặt
Giao thông ñiện
Tiếp xúc Tự hành
ðường sắt
– ðầu máy
ñiện
– ðầu tàu chạy
ñiện
– ðầu tàu ñiện
tốc ñộ cao

Thành phố
– Xe ñi
ện bánh
sắt
– Xe ñi
ện bánh
hơi
– Xe ñiện ngầm

ðường sắt
– ðầu máy ðiêzen

cơ khí ñược cấu tạo trên tất cả các ñoàn tàu chạy ñiện.
Cùng các ñầu máy ñiện kéo các ñoàn tàu hàng, tàu khách chạy trên tuyến ñường
dài thì các ñầu máy ñiện công nghiệp với các trọng tải khác nhau ñược sử dụng kéo các
toa xe chở hàng trên các ñường sắt, các xí nghiệp công nghiệp lớn, các ñầu máy ñiện
dồn dịch ñoàn tầu trên các ga ñường sắt, các ñầu máy chở quặng làm việc ở các mỏ than
dưới lòng ñất.
Trong các ñặc tính kỹ thuật của các ñoàn tàu chạy ñiện, công suất và lực kéo
thường lấy theo chế ñộ làm việc giờ. Trong qúa trình làm việc thiết bị ñiện kéo phát
nóng vì các tổn thất ñiện năng trong các phần tử của ñầu máy, nhiệt ñộ phát nóng của nó
trở thành một thông số giới hạn. Tiêu chuẩn là công mà với công ñó nhiệt ñộ không
vượt quá nhiệt ñộ cực ñại cho phép. Khi ñoàn tàu chạy ñiện làm việc, giới hạn theo phát
nóng thường ñạt ñược trước hết trong các ñộng cơ ñiện kéo. Phát nóng các ñộng cơ phụ
thuộc vào công suất mà với công suất ñó ñộng cơ làm việc và phụ thuộc vào ñộ dài thời
gian làm việc của ñộng cơ.
Công suất giờ của ñộng cơ ñiện kéo là công suất lớn nhất trên trục ñộng cơ, với
công suất ñó ñộng cơ bắt ñầu làm việc từ nhiệt ñộ môi trường xung quanh, có thể làm
việc trong thời gian một giờ không tăng nhiệt ñộ phát nóng của một bộ phận bất kỳ nào
ñó lớn hơn nhiệt ñộ của môi trường vượt quá nhiệt ñộ cho phép (theo tiêu chuẩn
quy phạm).
Ngoài chế ñộ giờ ñồng thời xác ñịnh chế ñộ dài hạn, quan hệ tỷ lệ giữa công suất
giờ và công suất dài hạn ñặc trưng cho khả năng quá tải của ñộng cơ ñiện kéo.
Tốc ñộ cực ñại của ñoàn tầu chạy ñiện gọi là tốc ñộ cấu tạo. ðưa ra khái niệm như
vậy ñược giải thích rằng tốc ñộ cấu tạo ñược xác ñịnh bởi tốc ñộ quay phần ứng của
ñộng cơ ñi
ện kéo ñạt giá trị cực ñại cho phép theo ñiều kiện ñộ gắn chặt dây quấn
phần ứng.
ðoàn tầu chạy ñiện là dạng các toa xe gắn môtơ nối móc với nhau và ñược cấp
ñiện từ lưới ñiện tiếp xúc dùng vận chuyển hành khách. Thường thì ñoàn tầu chạy ñiện
ñược sử dụng ở ngoại ô thành phố. Tốc ñộ ñoàn tầu chạy ñiện ngoại ô thành phố có thể
ñạt 120 – 130km/h, và giữa các thành phố với nhau có thể ñạt tới 250km/h.Thông

với ñiện áp trên dây tiếp xúc la 550 hoặc 750V (ở Nga dùng ñiện áp 550V, ở ðức va
Pháp là 750V), công suất các ñộng cơ ñiện kéo dao ñộng từ 45 ñến 80 KW. Thường thì
sử dụng ñộng cơ ñiện 1 chiều, nhưng những năm gần ñây ñã áp dụng ñộng cơ ñiện xoay
chiều không ñồng bộ. Xe ñiện bánh sắt áp dụng hãm cơ hoặc hãm ñiện từ và hệ thống
hãm ñiện.Tốc ñộ xe ñiện bánh sắt nằm trong khoảng 50–90km/giờ.
Xe ñiện bánh hơi là một dạng giao thông ñiện một ñường ray dùng ñể chuyên chở
trên những tuyến ñường ôtô thông thường. Lưới ñiện tiếp xúc của xe ñiện bánh hơi có
hai dây tiếp xúc. Năng lượng ñiện từ trạm ñiện kéo theo một dây dẫn tiếp xúc cung cấp
cho toa xe ñiện chuyển ñộng và theo dòng tiếp xúc còn lại trở về trạm ñiện kéo. Cấu tạo
cần tiếp ñiện của xe ñiện bánh hơi gồm 2 thanh cho phép xe ñiện bánh hơi lệch với trục
của mạng dây tiếp xúc mà không có những cản trở gì ñáng kể. Vì thế về tính cơ ñộng xe
ñiện bánh hơi hơn hẳn xe ñiện bánh sắt.

MCA&TðK
•
13

Tại các thành phố lưới tiếp xúc của xe ñiện bánh hơi ñược cung cấp dòng ñiện 1
chiều với ñiện áp 550V. ðộng cơ ñiện kéo ñặt ở dưới thùng xe của xe ñiện bánh hơi.
Nhờ trục chủ ñộng và truyền ñộng bánh răng côn làm chuyển ñộng bánh xe dẫn ñộng.
Thùng xe của xe ñiện bánh hơi có sự giống nhau rất lớn với xe buýt: Phần trước ñặt
buồng lái cho tài xế, phần còn lại của thùng xe dành cho hành khách. Các bộ phận cơ
khí và thiết bị ñiện khác ñặt ở dưới thùng xe, một phần nhỏ nhẹ ñặt ở trên ñầu xe.
Một dạng vận chuyển hành khách công cộng tiện nghi và hiện ñại là xe ñiện ngầm
(Mêtro), loại vận chuyển hành khách công cộng bằng ñường ray không ñi trên ñường
phố. Thường thì ñường sắt Metro ñặt dưới lòng ñất mặc dù cũng có những ñoạn ñi trên
mặt ñất. ðường xe ñiện ngầm ñầu tiên ñược xây dựng ở London (Anh) vào năm 1863,
nhưng lúc ñó sức kéo là trên ñầu máy hơi nước. Sau này mới sử dụng sức kéo ñiện thì
xe ñiện ngầm mới phát triển mạnh mẽ ở Mỹ, Nga và một số nước Tây Âu.
ðiện năng cấp cho ñoàn tàu xe ñiện ngầm nhờ mạng ñiện kéo. Trong mạng ñiện

và mạng luới phân phối ñiện và ñấu nối chúng là các phụ tải tiêu thụ ñiện năng. Khi nối
tất cả các nhà máy ñiện, trạm biến áp ñiện lực và các ñường dây truyền tải ñiện năng
thành một hệ thống năng lượng và do ñó việc phân phối và truyền tải ñiện năng hiệu
quả và giảm chi phí cho sản xuất ñiện năng, giảm tổn thất ñiện năng và tăng hiệu suất
của hệ thống ñiện năng. Trên hình 2.1 dẫn 1 ví dụ về sơ ñồ cấu trúc phần ñiện của hệ
thống năng lượng.
ðiện áp phát ra của các nhà máy ñiện không vượt quá 21KV nên ñể truyền tải
ñiện năng ñi xa phải qua các trạm biến áp tăng áp lên 35; 110; 220KV ñưa ñiện năng
ñến các trạm phân phối giảm áp ñến mức ñộ cần thiết và qua mạng hạ áp truyền tải ñiện
năng ñến các hộ tiêu thụ.
Các trạm ñiện kéo của giao thông ñiện ñược cấp ñiện từ các trạm ñiện tương ứng
của hệ thống ñiện năng ñược gọi là trung tâm cấp ñiện. ðường dây truyền tải ñiện năng
từ trung tâm cấp ñiện ñến các trạm ñiện kéo của giao thông ñiện thường có cấp ñiện 110
hoặc 220KV. Các trạm ñiện kéo mà giao thông thành phố thường nhận ñiện năng theo
ñường cáp ñiện với ñiện áp 6, 10KV. Các trạm ñiện kéo biến ñổi ñiện năng theo loại
dòng ñiện và mức ñiện áp ñể cung cấp cho ñoàn tàu chạy ñiện. Từ trạm ñiện kéo theo
ñường dây cấp ñiện là mạng dây tiếp xúc và qua cần tiếp ñiện trượt theo dây tiếp xúc, sẽ
ñến các ñộng cơ ñiện kéo. Qua ñường ray hoặc là theo dây tiếp xúc dòng ñiện trở về
trạm ñiện kéo.
Ở các nước khác nhau trên thế giới các loại sức kéo ñiện với truyền dẫn ñiện năng
theo dây dẫn sử dụng hệ thống dây ñiện một chiều (không ñổi) và hệ thống dây ñiện
xoay chiều (biến ñổi).
Hệ thống dòng ñiện một chiều – Dòng ñiện 3 pha tần số công nghiệp tại các trạm
ñiện kéo biến ñổi thành dòng ñiện (một chiều) có ñiện áp phù hợp với ñiện áp ñộng cơ
ñiện kéo trên ñoàn tàu (ñầu máy). Trong giao thông ñường sắt hệ thống dây ñiện một
chiều sử dụng cấp ñiện áp 3000V. Trong giao thông công nghiệp cũng dùng hệ thống
dây ñiện một chiều với cấp ñiện áp 1500V và 750V. Tăng ñiện áp của mạng dây tiếp
xúc sẽ lợi hơn vì giảm tổn thất ñiện năng trong mạng ñiện kéo và tăng ñược khoảng
cách giữa các trạm ñiện kéo.


2.2. SƠ ðỒ TỔNG THỂ CUNG CẤP ðIỆN
Trên hình 2.1 là sơ ñồ tổng thể cung cấp ñiện phía ngoài cho ñường sắt ñơn chạy
ñiện. Trên sơ ñồ nối với nguồn cấp ñiện là nhà máy ñiện hoặc trạm biến áp khu vực của
hệ thống ñiện quốc gia. ðường truyền tải ñiện năng 3 pha cấp cho các trạm ñiện kéo
(trạm biến áp này là trạm biến áp chỉnh lưu). ðiện áp của ñường dây cao áp có thể từ
6kw ñến 35kv,110kv hoặc 220kv, phụ thuộc vào loại ñường sắt chạy ñiện, công suất
tiêu thụ và khoảng cách nguồn cung cấp ñiện. Phần hệ thống cung cấp ñiện từ nguồn
ñến trạm ñiện kéo gọi là cung cấp ñịên phía ngoài, phần còn lại là cung cấp ñiện phía
trong cho ñường sắt chạy ñiện. Hình 2.3. Sơ ñồ tổng thể cung cấp ñiện phía ngoài cho ñường sắt ñơn chạy ñiện
1. Nhà máy ñiện (Trạm biến áp khu vực);
2. ðường dây cao áp 110 kV;
3 3 3 3 3 3
5
4
11 3
10
6
2
7
8
9
1 1

MCA&TðK
•
17


Mạch ñiện ñường ray nối với trạm ñiện kéo nhờ các dây dẫn gọi là: dây hút về.
Khái niệm cụm từ cung cấp và hút về ñược sử dụng không phụ thuộc vào cực của dây
dẫn của mạch ray trong hệ thống cung cấp ñiện một chiều và cả trong hệ thống cung
cấp ñiện xoay chiều. Thiết bị nối các dây dẫn hút về với mạch ray gọi là ñiểm hút về.
Tổ hợp các dây hút về gọi là mạng dây hút về. Dây tiếp xúc, dây hút về, dây cung cấp
và mạch ñiện ñường ray tạo thành mạng ñiện kéo.
Tất cả các phần tử ñịnh nghĩa ở trên cho ta khái niệm về giao thông ñiện một
chiều, giao thông ñiện xoay chiều, xe ñiện ngầm. Giao thông ñiện không ray khác ở chỗ
là thay vào ñường ray là một ñường dây dẫn tiếp xúc thứ 2, như vậy mạng tiếp xúc
ñược thực hiện với 2 dây dẫn.