Hạ tầng đường sắtMY RAIL

Hệ thống điện kéo đường sắt

Hệ thống sử dụng năng lượng điện cho hệ thống động lực kéo, ví dụ dùng cho đường sắt, xe điện, xe đẩy, … được gọi là hệ thống điện kéo. Điện khí hóa chính là cấp nguồn cho hệ thống đầu máy điện. Nó có thể là AC hoặc DC hoặc nguồn cung cấp hỗn hợp.

Việc chọn loại điện khí hóa phụ thuộc vào một số yếu tố như nguồn điện tại khu vực xây dựng, hoặc các dịch vụ như dịch vụ đô thị, ngoại ô và tuyến chính, …

Ba loại chính của hệ thống điện kéo hiện nay như sau:

  • Hệ thống điện khí hóa một chiều (DC);
  • Hệ thống điện khí hóa xoay chiều (AC);
  • Hệ thống hỗn hợp.

Electrification-System-Types

Các loại hệ thống điện khí hóa

  1. Hệ thống điện khí hóa DC

Việc lựa chọn hệ thống điện khí hóa DC có nhiều ưu điểm, như cân nhắc về kích thước và trọng lượng, khả năng tăng tốc và phanh hãm nhanh của động cơ điện DC, chi phí thấp hơn so với hệ thống AC, tiêu thụ ít năng lượng hơn,…

Trong loại hình này, nguồn điện xoay chiều nhận được từ lưới điện được hạ áp và sau đó được chỉnh lưu chuyển đổi về DC.

DC-Traction-System

Loại hình điện kéo DC này cấp nguồn cho xe thông qua hai cách khác nhau:

  • Sử dụng ray 3 và ray 4 hoạt động ở điện áp thấp (600-1200V);
  • Sử dụng dây cấp nguồn trên cao điện áp cao (1500-3000V).

Các hệ thống cung cấp điện khí hóa DC bao gồm;

  • Nguồn cấp 300-500V cho các hệ thống đặc biệt như hệ thống pin.
  • 600-1200V cho đường sắt đô thị như xe điện và tàu điện ngầm nhẹ.
  • 1500-3000V cho các tuyến đường sắt nội đô tuyến chính như tàu điện ngầm “light metro” và tàu điện ngầm “heavy metro” hoặc tuyến đường sắt giữa trung tâm và các vùng ven.

Do mô-men khởi động lớn và khả năng điều khiển tốc độ dễ, các động cơ dòng DC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện kéo DC. Chúng có mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp và mô-men xoắn thấp ở tốc độ cao.

Ưu điểm:

  • Trong trường hợp tàu nặng cần tăng tốc thường xuyên và nhanh, động cơ kéo DC là lựa chọn tốt hơn so với động cơ AC.
  • Tàu DC tiêu thụ ít năng lượng hơn so với đơn vị AC để vận hành cùng điều kiện dịch vụ.
  • Các thiết bị trong hệ thống lực kéo DC ít tốn kém hơn, nhẹ hơn và hiệu quả hơn hệ thống lực kéo AC.
  • Nó không gây can nhiễu với các đường dây thông tin liên lạc gần đó.

Nhược điểm:

  • Chi phí xây dựng và duy tu bảo trì các trạm hạ áp, đổi điện AC-DC lớn và phải thực hiện thường xuyên.
  • Dây trên cao hoặc đường ray thứ ba phải tương đối lớn và nặng.
  • Tổn hao điện áp khi chiều dài tuyến đường chạy lớn.
  1. Hệ thống điện khí hóa AC

Ngày nay, một hệ thống điện kéo AC đã trở nên rất phổ biến và nó thường được sử dụng trong hầu hết các hệ thống lực kéo do một số ưu điểm, như khả năng tăng tốc hoặc giảm tốc nhanh chóng, điều khiển động cơ dễ dàng, số lượng trạm biến áp yêu cầu ít hơn, và dây cấp điện trên cao nhỏ và nhẹ hơn hệ thống DC, truyền dòng điện thấp ở điện áp cao, …

Các hệ thống cung cấp điện khí hóa AC bao gồm các hệ thống 1 pha, 3 pha và hỗn hợp. Các hệ thống một pha bao gồm nguồn cung cấp từ 11kV đến 15kV ở 16,7Hz và 25Hz để dễ dàng biến thiên tốc độ của động cơ AC. Nó sử dụng trạm hạ áp và bộ biến tần để chuyển đổi từ nguồn cao áp và tần số cố định.

Loại nguồn 1 pha 25KV/50Hz được sử dụng phổ biến nhất cho mô hình điện khí hóa AC. Nó được sử dụng cho các hệ thống chuyên chở nặng và các tuyến chính vì nó không yêu cầu chuyển đổi tần số. Đây là một trong những loại hệ thống hỗn hợp được sử dụng rộng rãi trong đó nguồn cung được chuyển đổi thành DC để điều khiển động cơ kéo DC.

AC-Traction-System

Hệ thống 3 pha là hệ thống sử dụng động cơ ba pha trên đầu máy, và nó hoạt động ở 3,3kV/16,7Hz. Hệ thống cấp điện cao áp sử dụng tần số 50 Hz được cấp tới động cơ điện thông qua các trạm biến áp và bộ biến tần. Hệ thống này sử dụng hai pha qua đường dây trên không, và đường ray là một pha khác, nhưng điều này đặt ra nhiều vấn đề tại các điểm giao cắt và nút giao.

Ưu điểm:

  • Yêu cầu sử dụng ít trạm biến áp;
  • Dây cấp điện dùng loại nhẹ hơn;
  • Giảm trọng lượng của hệ thống phụ trợ.
  • Giảm chi phí vốn của điện khí hóa.

Nhược điểm:

  • Chi phí điện khí hóa đáng kể.
  • Tăng chi phí bảo trì của tuyến đường sắt.
  • Dây trên cao ảnh hưởng tới việc giải phóng mặt bằng trong đường hầm.
  • Nâng cấp cần thêm chi phí, đặc biệt trong trường hợp có cầu và đường hầm.
  • Hệ thống điện kéo cần nguồn cấp liên tục không được gián đoạn.
  1. Hệ thống tổng hợp

Điện kéo sử dụng Hệ thống hỗn hợp (hoặc đa kênh) được sử dụng để cung cấp các hành trình liên tục dọc theo các tuyến đường được điện khí hóa bằng nhiều hệ thống. Một cách để thực hiện điều này là bằng cách thay đổi đầu máy xe lửa tại các trạm chuyển mạch. Các trạm này có dây trên cao có thể được chuyển đổi từ điện áp này sang điện áp khác. Một cách khác là sử dụng đầu máy đa hệ thống có thể hoạt động dưới một số điện áp và loại hiện tại khác nhau. Ở châu Âu, người ta thường sử dụng đầu máy bốn hệ thống. (1,5 kV DC, 3 kV DC, 15 kV 16⅔ Hz AC, 25 kV 50 Hz AC).

Show More

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button
Close