MCA&TðK
•
35

9. Miếng ñệm trung tính;
10. ðệm không khí;
12. Thiết bị phân phối ñiện áp 10(35)kV;
13. Dây cung cấp phụ tải khu vực;
14. Dây tiếp xúc(TX);
15. Ray.
ðiện áp mạng ñiện 3 pha theo ñường vào (1) tới thiết bị phân phối (2) và ñến
MBA 3 pha 3 cuộn dây (3) ñấu Y/
∆
/
∆
, 110(220)/35(10)/27,5kV. ðiện áp ra cuộn thứ
cấp thứ nhất là 27,5kV cấp ñiện cho ñoàn tàu nhờ thiết bị phân phối 27,5kV (4), phi ñơ
7,8 của mạng tiếp xúc, phi ñơ ray 6 và mạng tiếp xúc
Trên ñoạn mạng ñiện kéo (giữa mạng TX và ray) sử dụng ñiện áp 1 pha từ các pha
khác nhau của dây quấn MBA ñấu
∆
: 7 là pha a, 8 là pha b, 6 là pha C. ðấu các ñoạn
của mạng dây TX với các pha a và b, có thể gây ngắn mạch MBA hạ áp, vì thế ñoạn dây
TX ñược cách ly bởi khoảng phân cách không khí (10), miếng ñệm trung tính 9.
3.1.4. SƠ ðỒ NGUYÊN TẮC CUNG CẤP ðIỆN CHO ðOÀN TÀU CHẠY ðIỆN
XOAY CHIỀU 15 KV TẦN SỐ THẤP 16 2/3 HZ (Hình 3–3)


10. Ray;
11. ðường dây 110kV.
Sử dụng tần số thấp vì ñoàn tàu dùng ñộng cơ xoay chiều có vành góp. Trên hình
vẽ, ñường dây cao áp 110kv ñấu vào MBA hạ áp 2 của TðK (ñường nét ñứt là trạm
ñiện kéo).
Từ dây quấn thứ cấp của MBA, ñiện áp 6,3kV cung cấp cho ñộng cơ ñiện ñồng
bộ. Trên trục của ñộng cơ có máy phát 1 pha (3). ðiện áp ra 5,7 kV với tần số 16 2/3 Hz
từ máy phát ñược tăng lên nhờ MBA (4) và ñưa lên thanh cái TðK. Một trong các
thanh cái, ñấu vào ray bởi phi ñơ 7. Các thanh cái khác nhờ các máy cắt 5 và các phi ñơ
của mạng dây TX 6 ñấu vào mạng tiếp xúc.
Số lượng lớn các MBA và các bộ biến ñổi truyền ñộng quay hạn chế sự ứng dụng
của hệ thống cung cấp ñiện loại này.
3.1.5. KHẢO SÁT SƠ ðỒ CẤU TRÚC ðOẠN ðƯỜNG SẮT CHẠY ðIỆN BẰNG
HỆ THỐNG DÒNG ðIỆN 1 CHIỀU, ðIỆN ÁP 3,3 KV (Hình 3 – 4)
Các ký hiệu trên hình 3–4
:

1. ðầu vào ñiện áp cung cấp
2,3,5,7,8,10,18. Thiết bị phân phối 220,110,35,10kV
4,19. Các máy biến áp hạ áp
6. Các thanh cái 35kV với máy cắt phân ñoạn
9. Bộ biến áp và chỉnh lưu
10,12,13. Thiết bị phân phối ñiện áp 1 chiều 3,3kV
14,15. Các khoảng cách không khí
16,17. ðoạn dây tiếp xúc của khu gian
20,23,29. Dao cách ly
21. Máy ngắn mạch
22. Bộ tách ly
24. Máy cắt phân ñoạn
25,26. Máy biến áp và ñương dây cung cấp sinh hoạt & không ñiện kéo

cấu trúc ký hiệu các thiết bị phân phối ñiện áp 110 kv là (2,3). Trang bị các máy cắt cao
áp, các dao cách ly, các thiết bị bảo vệ và các dụng cụ ño lường.
MBA hạ áp (4) ñóng mạch vào các thanh cái 110 kV. ðiện áp sơ cấp 110 kv hạ
xuống bởi các MBA ñến 10 kv và ñấu chung vào thanh cái 10 kv của thiết bị phân phối 7
của TðK 1.ðấu với thanh cái 10 Kv là MBA chỉnh lưu 9. ðiện áp chỉnh lưu ñưa tới thanh
cái dương "+" và thanh cái âm "–" của TðK cấp cho dây tiếp xúc (TX) và mạch ray.ðiện
áp chỉnh lưu ñấu vào các thanh cái "+" và “–“ của trạm ñiện kéo cấp chodây tiếp xúc và
mạch ray.ðấu các phi ñỏ vao thanh cái “+” thực hiện nhờ máy cắt 3,3 kv (13)
Sơ ñồ này minh hoạ ñầy ñủ TðK 1 và TðK2 từ ñó dẫn ra hệ thống cung cấp ñiện
của 1 ñoạn ñường sắt có 2 trạm ñiện kéo A và B. TðK 1 ñấu vào mạng dây tiếp xúc TX
của khu gian phía trái 16,còn phía phải từ khu gian 17 so với ga A và ñoạn dây tiếp xúc
riêng của ga A. ðoạn mạng dây TX của khu gian 17 từ phía kia nhận cung cấp ñiện
năng từ TðK 2 (có nghĩa là ñược cung cấp ñiện từ 2 phía).
Cấp ñiện cho phụ tải khu vực ñược thực hiện từ dây quấn MBA hạ áp ñiện áp 35
kV theo ñường dây 5 và thanh cái 6. Ngoài ra ñấu với thanh cái 10 kV là 2 MBA tự
dùng (trong sơ ñồ chỉ 1 MBA 25),nó ñảm bảo ñiện năng cho mạch ñiều khiển, hệ
thống tín hiệu, chiếu sáng, sưởi và các phụ tải ñộng lực của trạm ñiện.
Từ thanh cái 380 V của MBA 25 nhờ MBA tăng áp 27 ñiện áp ñưa vào ñường dây
3 pha riêng ñiện áp 10kV dọc theo ñường sắt và ñấu với TðK liền kề nhờ dao cách ly
29. ðường dây ñiện này cung cấp ñiện năng cho thiết bị tín hiệu, ñiều ñộ tập trung,
khoá liên ñộng nhờ MBA hạ áp 28.
– Sự khác nhau của các TðK2 và TðK3 so với TðK1 là về các sơ ñồ cung cấp
ñiện phía ngoài. Tại TðK trung gian TðK2 cung cấp ñiện từ ñường dây truyền tải ñiện
năng ñược thực hiện nhờ ñấu tách mạch 1 và mạch 2 của hệ thống dây cao áp. Trong sơ
ñồ nối kết cả 2 TðK ñược sử dụng máy ngắn mạch 21 và dao cách ly (DCL) 22. DCL
tác ñộng nhanh trước hết ngắt phần mạch ñiện ñể cắt khỏi lưới ñiện những MBA bị
hỏng hóc,mà phần mạch ñiện ñó không có máy ngắn mạch ở phía cao áp. Nhờ có các
máy ngắn mạch, ngắn mạch nhân tạo ñược tạo lập trong lưới cung cấp và càng ñảm bảo
tự ñộng bảo vệ tại nguồn cung cấp khi xảy ra sự cố ở MBA.
Trong sơ ñồ trên hình 3 –4 khi tác ñộng máy ngắn mạch 21 của các TðK 2 và

13. Máy tách ly
14. Máy ngắn mạch
15. Máy cắt phân ñoạn
17,18,19,20. Thiết bị trạm ñiện kéo TDK2 dòng ñiện 1 chiều
21,22. Các máy biến áp và dây cung cấp cho nhu cầu tự dùng
23,24,25. Các máy biến áp và thiết bị ñóng ñường tự ñộng
P
Π
1, T
Π
2. Các trạm phân phối
TDK1– TDK4. Các trạm ñiện kéo
T1, T2. Máy biến ñiện áp
ðấu các TðK xoay chiều vào lưới ñiện 110kV, 220 kV ñựơc thực hiện theo
nguyên tắc như ñấu các trạm ñiện kéo 1 chiều cùng loại. Trên hình 3–5 là sơ ñồ cung
cấp ñiện ñoạn ñường sắt ñiện khí hoá bằng dòng ñiện xoay chiều.
ðể cung cấp ñiện kéo ñược liên tục và cung cấp ñiện cho phụ tải không phải ñiện
kéo tại mỗi TðK ñặt 2 MBA 3 dây quấn 4. ðiện áp 10 (35) kv của biến áp hạ áp ñược
sử dụng ñể cấp ñiện cho phụ tải khu vực hoặc các trạm ñiện kéo ghép nối TðK 2. ðiện
áp 27,5 kv tác dụng lên thanh cái a,b,c của hệ thống cung cấp ñiện kéo.
ðể phụ tải ñều tất cả 3 pha của hệ thống cung cấp ñiện phía ngoài các khu ñoạn
mạng TX và ray ñấu với các pha khác nhau của thanh cái 27,5 kv.
.
.
Hình 3–5. Sơ ñồ cung cấp ñiện ñoạn ñường sắ ñiện khí hoá bằng dòng ñiện xoay chiều ñiện áp 27,5kV

MCA&T§K
•
41


ðặc ñiểm của TðK và các sơ ñồ cung cấp ñiện cho xe ñiện ngầm (metro) liên
quan ñến chức năng của TðK. Người ta phân các TðK này theo phụ tải ñiện kéo và các
phụ tải sinh hoạt.
ðể cung cấp cho các phụ tải không phải ñiện kéo: các thang máy, thiết bị chiếu
sáng nhà ga, thiết bị thông gió và máy bơm, máy dọn vệ sinh… và những thiết bị khác
sử dụng những trạm hạ áp chuyên dụng hoặc phụ .
3.1.7. SƠ ðỒ CẤU TRÚC CỦA TðK DÙNG CHO XE ðIỆN NGẦM(METRO)
Trạm ñiện kéo ñảm bảo cung cấp ñiện lưới ñiện kéo theo hệ thống cung cấp tập
trung. Hệ thống cung cấp như vậy ñã phổ biến rộng rãi trong thời gian ñầu phát triển tàu
ñiện ngầm, các TðK ñã ñược xây dựng trên mặt ñất, khoảng cách giữa chúng khoảng 3

42
•

MCA&
TðK
ñến 3,5km. Nối những thanh cái trạm ñiện kéo với mạch ñiện ñường ray ñặt ở trong các
ñường hầm ñược thực hiện nhờ các ñường cáp ñặt trong các ống cáp bảo vệ.

Hình 3–6.
Sơ ñồ cấu trúc cung cấp ñiện
cho xe ñiện ngầm trong thệ thống cung cấp ñiện tập trung trạm ñiện kéo
1. ðầu vào ñiện áp cung cấp
2,3. Thiế bị phân phối ñiện áp 10kV
4. Máy ngắt catốt
5. Máy ngắt ñường dây
6,7. Dao cách ly có ñiều khiển dọc và ngang
TCC. Tâm cung cấp
Π
1,


Thiết bị phân phối máy cắt phân ñoạn;
4.

ðường dây ra hoặc thanh nối ngang cầu;
5.

TCC1 – TCC3. Trung tâm cấp ñiện.
Ta khảo sát hệ thống cung cấp ñiện cho xe ñiện ngầm. TðK cho xe ñiện ngầm
ñược ñấu với 2 nguồn ñiện áp 10KV. Các thiết bị phân phối 10KV ký hiệu 2 từ lối vào
1 có hệ thống thanh cái ñơn với các máy ngắt phân ñoạn thường mở. Các ñoạn làm việc
riêng rẽ và nhận cấp ñiện từ những nguồn khác nhau.
Các tổ biến ñổi TCC1 và TCC2 với các biên thế T1, T2 ñóng mạch vào 1 thanh
cái với ñiều kiện ñể phân biệt ñiện áp tác dụng vào những ñoạn từ nguồn khác nhau.
Trong trường hợp ñóng các tổ chỉnh lưu vào những ñoạn của các thanh cái có ñiện áp
khác nhau, tổ biến thế chỉnh lưu với ñiện áp cung cấp thấp cho lưới sẽ có phụ tải lớn.
Các phi ñơ của ñường dây cung cấp (ñiện áp 825V)ñược ñóng mạch tới ray tiếp
xúc “+” (nhờ máy ngắt 5 và các dao cách ly dọc 6). Các ñoạn ray tiếp xúc ñược nối với
nhau nhờ các dao cách ly ngang 7. Nhóm các dao cách ly dọc và ngang tạo thành trạm
chuyển mạch và ñảm bảo giúp cho cung cấp từ 2 phía trong chế ñộ bắt buộc(sự cố).
Các máy biến thế T3 ñến T7 ñóng mạch vào những ñoạn khác nhau của thanh cái
và vì sự khác nhau có thể của ñiện áp cung cấp làm cho việc song song ở phía ñiện áp
thấp là không ñược thực hiện (không ñóng mạch). Các máy biến thế T3 và T4 về cơ bản
dùng cho phụ tải chiếu sáng. Những phụ tải công suất lớn hơn,như thang máy
cuốn,ñược ñấu vào thanh cái của các máy biến thế sinh hoạt T6, T7. ðể cung cấp cho
các thiết bị ñiều khiển (tín hiệu hoá, ñiều khiển tập trung và ñóng khoá ñường tự ñộng)
tại TðK ñặt 1 hoặc 2 máy biến thế T5

44
•

Hình 3–8. Sơ ñồ cấu trúc trạm ñiện kéo nhiều tổ máy của giao thông ñiện thành phố
1 và 2. Lối vào làm việc và dự trữ ñiện áp cung cấp;
3. Tổ phân phối 10kV;

MCA&T§K
•
45

4 và 5. Tổ chỉnh lưu làm việc và dự trữ;
6 và 7. Biến áp chỉnh lưu làm việc và dự trữ cho nhu cầu tự dùng;
8. Dao cách ly 600V;
9 và 10. Thiết bị phân phối ñiện áp 600V với máy cắt ñường dây và dự trữ;
11,12. Dao cách ly – 600V;
TD – Nhu cầu sinh hoạt;
TCdt – Thanh cái dự trữ 600V.
Máy biến thế làm việc và dự trữ 6 và 7 của nhu cầu tự dùng (TD) và ñầu vào
công suất nhỏ cho thành phố ñảm bảo sự làm việc của các phụ tải dùng nội bộ. MBA dự
trữ tự dùng ñóng mạch vào ñầu vào dự trữ trước máy ngắt cao áp. Khi sử dụng sơ ñồ
cung cấp ñiện phía ngoài, máy biến thế dự phòng tự dùng có thể lấy ñiện lối vào dự trữ
từ mạng ñiện thành phố ñiện áp 220 hoặc 380 V với máy biến thế hạ áp 380/220V
TðK 1 tổ máy không có dự trữ,loại trừ thiết bị cấp ñiện cho nhu cầu sinh hoạt. Dự
trữ ñược thực hiện theo công suất của thiết bị lắp ñặt tính ñến lấy tải trong chế ñộ bắt
buộc cho những TðK kề bên.
TðK làm việc trong hệ thống cung cấp ñiện phân tán cấp ñiện cho mạng dây tiếp

4. Chỉnh lưu; 5. Dao cách ly;
6,7. Thiết bị phân phối ñiện áp +600V với máy cắt trự tiếp và phân ñoạn;
8,10. Các phân ñoạn mạng tiếp xúc; 9. Cách ñiện phân ñoạn;
11. Cầu chì; 12. Máy biến áp sinh hoạt;
13,14. Dao cách ly các thanh cái –600V;
TD. Thanh cái của nhu cầu tự dùng.
Hình 3–10. Các sơ ñồ trạm ñiện kéo 1 tổ máy (a) nhiều tổ máy
(b) với bộ chỉnh lưu ñiều khiển.
1. ðầu vào của ñiện áp cung cấp;

ðưa vào khai thác những bộ biến ñổi hiện ñại cho phép giảm diện tích của TðK,
ñơn giản gói thiết bị, giảm chi phí khai thác, bảo dưỡng thiết bị
3.2. Ngắn mạch trong hệ thống 3 pha dòng ñiện xoay chiều
3.2.1. Các dạng ngắn mạch trong lưới ñiện
Trong lưới ñiện 3 pha xoay chiều ñược phân thành các hệ thống:
– Làm việc với trung tính cách ly
– Trung tính tiếp ñất trực tiếp
– Trung tính tiếp ñất qua cuộn cảm (cuộn kháng dập tắt hồ quang– cuộn pêtexen)
Ngắn mạch ñược hiểu là sự ngắn những phần dẫn ñiện của các pha thiết bị ñiện
với nhau hoặc là với ñất. ở chế ñộ ngắn mạch dòng ñiện trong các pha lưới ñiện tăng lên
ñột ngột ñến trị số gấp nhiều lần vượt quá dòng ñiện cực ñại ở chế ñộ làm việc bình

48
•

MCA&
TðK
thường. ở chế ñộ làm việc sự cố của lưới ñiện khi ñó những phần mang ñiện và thiết bị
ñiện sẽ bị tác ñộng ñiện ñộng (cơ học) và tác ñộng nhiệt rất lớn.
Nguyên nhân cơ bản của ngắn mạch (NM) là hư hỏng cách ñiện của các phần dẫn
ñiện vì chúng bị lão hoá, hư hỏng ñường cáp ñiện trong thời gian tiến hành công việc
ñào ñắp ñất, hư hỏng do quá ñiện áp. Trong các nguyên nhân ngắn mạch thường gặp
hơn phải kể ñến gãy, ñổ cột ñiện hoặc ñứt ñường dây tải ñiện, nối ngang các phần dẫn
ñiện bởi chim chóc hoặc xúc vật, tác ñộng sai sót của các nhân viên vận hành
Trong lưới ñiện 3 pha xoay chiều ñược phân thành 5 dạng ngắn mạch cơ bản
(Hình 3–11).
– Ngắn mạch 1 pha NM(1)
– Ngắn mạch 2 pha (NM(2)
– Hai pha tiếp ñất tại 1 ñiểm NM(2,1)
– Ngắn mạch 3 pha NM(3)

d. Ngắn mạch không tải máy biến áp trong lưới ñiện với trung tính nối ñất
Khi ngắn mạch tạo thành mạch ganvanic (vòng dòng) qua pha bị ngắn mạch
xuống ñất và về trung tính của nguồn (Hình 3–12a). Dưới tác dụng của ñiện áp của pha
c bị hư hỏng trong mạch ñiện
Dòng ñiện ngắn mạch (NM):

)1(
)1(
nm
c
nm
z
U
I =

(3.1)
Uc – ñiện áp của pha C nguồn cung cấp;
znm(1) – tổng trở của mạch ngắn mạch 1 pha.
Vì ñiện trở của mạch ngắn mạch không lớn, dòng trong dây dẫn của NM qua vị
trí sự cố sẽ ñạt rất lớn, có thể gây nguy hiểm cho bộ phận dẫn ñiện cũng như thiết bị
trạm ñiện kéo. Trên hình 3.12 b,c là sơ ñồ tính toán và ñồ thị véc tơ dòng ñiện và ñiện
áp cho trường hợp ñơn giản nhất. Góc lệch pha giữa Uc và dòng ngắn mạch là
)1(
nm
ϕ
:





50
•

MCA&
TðK
Trong các trường hợp phức tạp hơn, ví dụ như khi ñóng mạch không tải máy biến
thế của phụ tải có trung tính tiếp ñất ñược tạo ra những vòng dây bổ sung qua máy biến
thế và ñất theo dây dẫn của các pha khác của lưới ñiện. Vì thế khi xảy ra ngắn mạch 1
pha của pha không hư hỏng dòng ñiện sự cố cũng ñi qua. Trong trường hợp này ñiện trở
và dòng ngắn mạch có thể xác ñịnh khi sử dụng phương pháp các thành phần ñối xứng
(tại ñây không xem xét).
3.2.3. Ngắn mạch 1 pha tiếp ñất trong lưới trung tính cách ly
Trên hình 3–13 là sơ ñồ ñơn giản mạch 3 pha với trung tính cách ly (3–13a) và ñồ
thị véc tơ dòng và áp tại ñiểm ngắn mạch: trước khi ngắn mạch (chế ñộ không tải của
lưới) và sau khi ngắn mạch (hình 3–13b).
Hình 3–13. Ngắn mạch 1 pha với ñất trong lưới ñiện với trung tính cách ly
a,c– các sơ ñồ lưới ñiện với trung tính cách ly và tiếp ñất qua cuộn dập tắt hồ
quang ñiện
b,c– các ñồ thị vức tơ dòng và áp khi ngắn mạch 1 pha trong các sơ ñồ a,c
Với trung tính nguồn ký hiệu: 0, với trung tính phụ tải ký hiệu: 0’, còn ñiện thế
ñất ký hiệu: 3 (Mass)
Mỗi pha của lưới ñiện ñối với ñất có trị số ñiện dung nào ñó phân bố ñều theo
chiều dài ñường dây. Với mục ñích ñơn giản hoá việc xem xét quá trình làm việc của
lưới ñiện tụ ñiện ñược phân bố mỗi pha CA, CB, CC ñược coi như tập trung ở giữa
ñường dây.

MCA&T§K
•
51


ω
– Tần số dòng ñiện Hz;
C– ðiện dung F.
Trong trường hợp ñóng mạch với ñất, ví dụ pha C, mất ñi sự ñối xứng. Dây dẫn
ñóng mạch với ñất có ñiện thế ñất. Tụ ñiện của pha hư hỏng sẽ bị phân dòng, ñiện áp
trung tính tương ứng với ñất ñược tăng lên ñến trị số ñiện áp pha, còn ñiện áp các pha
không hư hỏng trở thành ñiện áp dây theo tụ ñiện pha A và B, sẽ lệch nhau 1 góc 60
o
,
còn trị số của chúng tăng lên 3 lần:
I
CA
= I
CB
= 3

C
P
X
U
, còn dòng ñiện tổng
I
C
∑
(1)
=
3

3


phép ñối với hệ thống, còn khó khăn ñảm bảo mức ñộ cần thiết của cách ñiện ñến ñiện