Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 13339:2021 Ứng dụng đường sắt - Cung cấp điện và phương tiện đường sắt - Tiêu chí kỹ thuật đối với sự phối hợp giữa cung cấp điện (trạm điện kéo) và phương tiện đường sắt

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13339:2021

ỨNG DỤNG ĐƯỜNG SẮT - CUNG CẤP ĐIỆN VÀ PHƯƠNG TIỆN ĐƯỜNG SẮT - TIÊU CHÍ KỸ THUẬT ĐỐI VỚI SỰ PHỐI HỢP GIỮA CUNG CẤP ĐIỆN (TRẠM ĐIỆN KÉO) VÀ PHƯƠNG TIỆN ĐƯỜNG SẮT

Railway applications - Power supply and Rolling stock - Technical criteria for the coordination between power supply (substation) and rolling stock

Lời nói đầu

TCVN 13339:2021 được xây dựng trên cơ sở tham khảo tiêu chuẩn EN 50388:2012.

TCVN 13339:2021 do Trường đại học Công nghệ Giao thông vận tải biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

ỨNG DỤNG ĐƯỜNG SẮT - CUNG CẤP ĐIỆN VÀ PHƯƠNG TIỆN ĐƯỜNG SẮT - TIÊU CHÍ KỸ THUẬT ĐỐI VỚI SỰ PHỐI HỢP GIỮA CUNG CẤP ĐIỆN (TRẠM ĐIỆN KÉO) VÀ PHƯƠNG TIỆN ĐƯỜNG SẮT

Railway applications - Power supply and Rolling stock - Technical criteria for the coordination between power supply (substation) and rolling stock

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về tính tương thích của phương tiện đường sắt với cơ sở hạ tầng đường sắt, đặc biệt liên quan đến:

- Việc phối hợp các nguyên tắc bảo vệ giữa nguồn cung cấp điện và các đơn nguyên kéo, đặc biệt là việc phân biệt sự cố đối với các trường hợp ngắn mạch;

- Việc phối hợp công suất của các thiết bị cố định trên tuyến và nhu cầu sử dụng điện của tàu;

- Việc phối hợp giữa hãm tái sinh của đơn nguyên kéo và nguồn tiếp nhận điện từ hãm tái sinh;

- Việc phối hợp để giảm ảnh hưởng của sóng hài.

Tiêu chuẩn này đưa ra các định nghĩa, các yêu cầu về chất lượng của nguồn cung cấp điện tại giao diện giữa các đơn nguyên kéo và các thiết bị lắp đặt cố định.

Tiêu chuẩn này quy định về giao diện giữa phương tiện đường sắt và các thiết bị điện kéo được lắp đặt cố định, liên quan đến hệ thống cung cấp điện. Sự tương tác giữa cần lấy điện và đường dây tiếp xúc trên cao được quy định trong EN 50367. Sự tương tác với hệ thống con “ra lệnh - điều khiển” (đặc biệt là hệ thống tín hiệu) không được quy định trong tiêu chuẩn này.

Các yêu cầu được quy định đối với các tuyến TSI (cả tuyến tốc độ cao và tuyến truyền thống) và các tuyến thông thường.

Đối với các tuyến thông thường, các giá trị nếu được quy định là dành cho các mạng lưới đường sắt Châu Âu hiện có. Ngoài ra, các giá trị lớn nhất quy định có thể áp dụng cho các phát triển trong tương lai về cơ sở hạ tầng của các mạng lưới đường sắt xuyên Châu Âu.

Các hệ thống điện kéo sau đây nằm trong phạm vi của tiêu chuẩn này:

- Lĩnh vực đường sắt;

- Các hệ thống vận tải khối lượng lớn có dẫn hướng được tích hợp vào đường sắt;

- Các hệ thống vận tải nguyên liệu được tích hợp vào đường sắt.

Tiêu chuẩn này không áp dụng đối với phương tiện đường sắt đã và đang vận hành khai thác thương mại.

Các thông tin về các thông số điện khí hóa, chẳng hạn như sau khi tham khảo ý kiến của các nhà sản xuất phương tiện đường sắt, cho phép các công ty vận hành tàu xác nhận rằng không có sự xáo trộn gián tiếp nào trên hệ thống điện khí hóa.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu ghi năm công bố thì áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

EN 50122-2:2010, Railway applications - Fixed installations - Electrical safety, earthing and the return circuit - Part 2: Provisions against the effects of stray currents caused by d.c. traction systems (Ứng dụng đường sắt - Lắp đặt cố định - An toàn điện, nối đất và mạch hồi lưu - Phần 2: Các biện pháp chống những ảnh hưởng của các dòng rò gây ra do các hệ thống điện kéo một chiều).

TCVN 13337-3:2021, Ứng dụng đường sắt - Lắp đặt cố định - An toàn điện, nối đất và mạch điện hồi lưu - Phần 3: Tương tác lẫn nhau giữa các hệ thống điện kéo xoay chiều và một chiều.

EN 50123-1:2003, Railway applications - Fixed installations - D.C. switchgear - Part 1: General (Ứng dụng đường sắt - Lắp đặt cố định - Thiết bị đóng cắt một chiều - Phần 1: Yêu cầu chung).

EN 50163:2004 + A1:2007, Railway applications - Supply voltages of traction systems (Ứng dụng đường sắt - Điện áp của nguồn cấp điện sức kéo).

EN 50367, Railway applications - Current collection systems - Technical criteria for the interaction between pantograph and overhead line (Ứng dụng đường sắt - Hệ thống gom điện - Tiêu chí kỹ thuật đối với sự tương tác giữa cần lấy điện và đường dây tiếp xúc trên cao).

TCVN 8095-811:2010 (IEC 60050-811:1991),. Từ vựng kỹ thuật điện quốc tế - Phần 811: Hệ thống kéo bằng điện.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này, áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Điều kiện vận hành bất thường (abnormal operating conditions)

Là mật độ chạy tàu quá cao hoặc các thiết bị cung cấp điện gián đoạn hoạt động vượt giới hạn tiêu chuẩn thiết kế.

Chú thích: Trong các điều kiện này, mật độ chạy tàu có thể không theo biểu đồ chạy tàu thiết kế.

3.2

Tuyến thông thường (classical line)

Là tuyến hiện đang hoạt động không phải là đối tượng của một dự án cải tạo, nâng cấp để làm cho tuyến đó phù hợp với các quy định TSI.

3.3

Đường dây tiếp xúc (contact line)

Là hệ thống đường dây dẫn điện để cung cấp điện cho phương tiện thông qua thiết bị gom điện.

[Nguồn: TCVN 8095-811-33-01]

3.4

Tàu đo (dimensioning train)

Là tàu có điện áp hiệu dụng trung bình nhỏ nhất.

3.5

Đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng (infrastructure manager)

Là đơn vị hoặc tổ chức chịu trách nhiệm cụ thể trong việc xây dựng và bảo trì cơ sở hạ tầng đường sắt.

Chú thích 1: Trách nhiệm của đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng có thể gồm quản lý các hệ thống an toàn và kiểm soát cơ sở hạ tầng. Chức năng của đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng trên toàn mạng lưới hay một phần mạng lưới đường sắt được chỉ định cho các đơn vị hoặc tổ chức khác nhau.

Chú thích 2: Trong quy định của TSI ở phần Năng lượng, đơn vị này được xem như là chủ sở hữu hoặc đơn vị giải quyết tranh chấp.

3.6

Vận tốc tuyến lớn nhất (maximum line speed)

Là vận tốc tuyến được phê duyệt vận hành.

3.7

Điện áp hiệu dụng trung bình trên cần lấy điện (mean useful voltage at the pantograph) U_{mean useful}

3.7.1

U_{mean useful} (khu vực) (zone)

Là điện áp thể hiện chất lượng của nguồn cung cấp điện theo khu vực địa lý trong khoảng thời gian có mật độ chạy tàu lớn nhất theo thời gian biểu chạy tàu.

3.7.2

U_{mean useful} (tàu) (train)

Là điện áp được xác định bằng tàu đo và cho phép đo sự ảnh hưởng đến hiệu năng của tàu một cách định lượng.

3.8

Dãn cách nhỏ nhất (minimum possible headway)

Là khoảng thời gian nhỏ nhất mà các tàu có thể vận hành dưới sự cho phép của hệ thống tín hiệu.

3.9

Tổng thành mới (new element)

Là một đơn nguyên kéo hoặc một tổng thành cung cấp điện mới, được cải tạo hoặc sửa đổi (phần cứng hoặc phần mềm) có thể ảnh hưởng đến hoạt động đồng bộ của hệ thống cung cấp điện.

Chú thích: Tổng thành mới này có thể được tích hợp trong mạng lưới cung cấp điện kéo hiện có với các đơn nguyên kéo, đối với thiết bị lắp đặt cố định là:

- Máy biến áp;

- Cấp điện cao thế;

- Các bộ lọc;

- Bộ biến đổi điện.

3.10

Điều kiện vận hành bình thường (normal operating conditions)

Là mật độ chạy tàu theo thời gian biểu thiết kế và phương án lập tàu được sử dụng để thiết kế các thiết bị lắp đặt cố định trong nguồn cung cấp điện.

Chú thích: Thiết bị cung cấp điện được vận hành theo các quy định thiết kế tiêu chuẩn. Các quy định đó có thể thay đổi tùy thuộc vào chính sách của đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng.

3.11

Đường dây tiếp xúc trên cao (overhead contact line)

Là đường dây tiếp xúc được bố trí lắp đặt bên trên (hoặc hai bên) giới hạn trên của khổ giới hạn phương tiện và cung cấp điện cho phương tiện thông qua thiết bị lấy điện được lắp phía trên mui phương tiện.

[Nguồn: TCVN 8095-811-33-02]

3.12

Hệ số công suất (power factor)

Chú thích 1: Trong tiêu chuẩn này, chỉ xem xét đến sóng cơ bản.

Chú thích 2: Đây cũng là hệ số chuyển vị cos φ.

3.13

Sổ đăng ký của cơ sở hạ tầng (register of infrastructure)

Theo quy định của TSI, là bộ tài liệu duy nhất được lập ra cho mỗi khu đoạn tuyến, các đặc tính của các tuyến liên quan tương ứng với tất cả hệ thống con bao gồm cả thiết bị lắp đặt cố định.

Chú thích: Danh sách các hạng mục có trong sổ đăng ký được mô tả trong các phụ lục của tiêu chuẩn TSI, phần Năng lượng.

3.14

Phương tiện đường sắt (rolling stock)

Là thuật ngữ chung bao gồm tất cả các phương tiện có hoặc không có động cơ chạy trên đường ray.

[Nguồn: TCVN 8095-811-02-01]

3.15

Khu đoạn cách ly hoặc khu đoạn trung gian (separation or neutral section)

Là một khu đoạn của đường dây tiếp xúc được cách ly tại một điểm ở mỗi đầu để ngăn cách với các khu đoạn dẫn điện kế tiếp có sự khác nhau về điện áp, pha hoặc tần số được liên kết với nhau để các thiết bị gom điện chạy qua.

3.16

Trạm điện kéo ((traction) substation)

Là một trong những thiết bị lắp đặt cố định có chức năng chính là cung cấp điện cho hệ thống đường dây tiếp xúc và tại đó trong một số trường hợp điện áp và tần số của hệ thống điện sơ cấp nguồn cấp được biến đổi thành điện áp và tần số của đường dây tiếp xúc.

3.17

Tổng hệ số công suất λ (total power factor λ)

Chú thích: Hệ số biến dạng ʋ:

3.18

Đơn nguyên kéo (traction unit)

Là thuật ngữ chung bao gồm đầu máy, toa xe khách có động cơ hoặc tàu nhiều đơn nguyên.

[Nguồn: TCVN 8095-811-02-04]

3.19

Tàu (train)

Là tập hợp các phương tiện đường sắt được ghép nối với nhau, gồm các đầu máy kéo - đẩy.

3.20

Công suất tàu trên cần lấy điện (train power at the pantograph)

Là công suất hiệu dụng của tàu có tính đến công suất đối với kéo, hãm tái sinh và các thiết bị phụ.

3.21

Tuyến TSI (TSI line)

Tuyến đường sắt tốc độ cao hoặc tuyến đường sắt truyền thống là một phần của mạng lưới đường sắt xuyên Châu Âu (TEN) đáp ứng các yêu cầu tương ứng trong Tiêu chuẩn Chỉ dẫn kỹ thuật về tính tương thích (TSI).

Chú thích: Mạng lưới đường sắt tốc độ cao gồm:

- Cấp I: Các tuyến đường sắt tốc độ cao xây dựng đặc biệt với vận tốc bằng hoặc lớn hơn 250 km/h;

- Cấp II: Các tuyến đường sắt tốc độ cao được nâng cấp đặc biệt với vận tốc đạt 200 km/h;

- Cấp III: Các tuyến đường sắt tốc độ cao được nâng cấp đặc biệt có các tính năng đặc biệt do các hạn chế về địa hình, cứu hộ hoặc quy hoạch đô thị mà tốc độ phải được điều chỉnh theo từng trường hợp.

- Mạng lưới đường sắt truyền thống gồm:

a) Cấp IV: Mạng lưới đường sắt chính xuyên châu Âu (TEN) mới:

1) Vận chuyển hành khách và vận chuyển hỗn hợp: vận tốc lớn nhất 200 km/h;

2) Vận chuyển hàng hóa: vận tốc lớn nhất 140 km/h;

b) Cấp V: Tuyến đường sắt chính xuyên châu Âu được nâng cấp:

1) Vận chuyển hành khách và vận chuyển hỗn hợp: vận tốc lớn nhất 160 km/h;

2) Vận chuyển hàng hóa: vận tốc lớn nhất 100 km/h;

c) Cấp VI: tuyến đường sắt xuyên Châu Âu mới khác:

1) Vận chuyển hành khách và vận chuyển hỗn hợp: vận tốc lớn nhất 140 km/h;

2) Vận chuyển hàng hóa: vận tốc lớn nhất 100 km/h;

d) Cấp VII: Tuyến đường sắt xuyên Châu Âu nâng cấp khác:

1) Vận chuyển hành khách và vận chuyển hỗn hợp: vận tốc lớn nhất 120 km/h;

2) Vận chuyển hàng hóa: vận tốc lớn nhất 100 km/h;

3.22

Loại tuyến (type of line)

Việc phân loại các tuyến theo hàm của các tham số kỹ thuật được nêu trong 3.6, 3.8 và 3.20.

3.23

Phương tiện (vehicle)

Là thuật ngữ chung thể hiện bất kỳ một loại phương tiện đường sắt độc lập nào, ví dụ như đầu máy, toa xe khách hoặc toa xe hàng.

[Nguồn: TCVN 8095-811-02-02]

4  Khoảng thời gian mà các tham số có thể được tính trung bình hoặc tích hợp

Nếu các đơn vị vận hành tàu hoặc đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng sử dụng các tham số khác nhau đối với các phép tính, các biện pháp bảo vệ và lập kế hoạch của họ, thì các tham số này chỉ có hiệu quả nếu chúng được tính trung bình theo các khoảng thời gian được xác định chính xác. Hướng dẫn và khuyến nghị về các khoảng thời gian này được quy định trong Phụ lục A.

5  Khu đoạn cách ly

5.1  Khu đoạn cách ly pha

Tàu phải có khả năng di chuyển từ một khu đoạn của hệ thống điện xoay chiều đến một khu đoạn liền kề của cùng một hệ thống, thông qua một khu đoạn cách ly pha, mà không kết nối các pha khác nhau.

Công suất tiêu thụ điện năng của tàu (sức kéo, các thiết bị phụ và máy biến áp không tải) phải được đưa về 0 trước khi đi vào khu đoạn cách ly.

Đối với các tuyến TSI tốc độ cao, việc này phải thực hiện tự động.

Đối với các tuyến TSI đường sắt truyền thống và đối với các tuyến thông thường, nếu được yêu cầu từ đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng thì việc này phải thực hiện tự động. Nếu không được yêu cầu, ưu tiên vận hành tự động, nhưng cũng có thể sử dụng chế độ vận hành thủ công trên tàu.

Đối với những trường hợp cụ thể, yêu cầu phải hạ thấp cần lấy điện thì việc này phải được ghi lại trong sổ đăng ký của cơ sở hạ tầng.

Đối với các khu đoạn cách ly pha có chiều dài lớn hơn 8 m thì đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng phải quy định các biện pháp phù hợp để cho phép tàu khởi động lại khi đi dưới khu đoạn cách ly pha.

EN 50367 mô tả các đặc tính của một số thiết kế các khu đoạn cách ly pha.

Chú thích: Đối với các thiết kế khác của khu đoạn cách ly pha cho phép các tàu đi qua khu đoạn có điện (ví dụ: các khu đoạn được đóng cắt tự động hoặc thay đổi trên các “chuyển đoạn”), các yêu cầu trong khoản này có thể không áp dụng nếu chứng minh được độ tin cậy và tính tương thích với tất cả các tàu.

5.2  Khu đoạn cách ly hệ thống

5.2.1  Yêu cầu chung

Tàu phải có khả năng di chuyển từ một hệ thống cung cấp điện này sang một hệ thống cung cấp điện liền kề (cả hai hệ thống này nhận điện từ các nguồn khác nhau) mà không cần kết nối hai hệ thống đường dây tiếp xúc. Các tác động cần thiết (mở máy cắt chính, hạ thấp cần lấy điện, ...) phụ thuộc vào kiểu loại của cả hai hệ thống cung cấp điện cũng như việc bố trí cần lấy điện trên tàu và tốc độ chạy tàu.

Có hai khả năng xảy ra đối với các tàu vận hành qua các khu đoạn cách ly hệ thống:

1) Cần lấy điện được nâng lên và áp vào (các) dây tiếp xúc như được mô tả trong mục 5.2.2;

2) Cần lấy điện được hạ xuống và không chạm vào (các) dây tiếp xúc như được mô tả trong mục 5.2.3;

Đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng phải thực hiện lựa chọn giữa 1) và 2).

Các yêu cầu đối với thiết kế cơ sở hạ tầng và phương tiện đường sắt được mô tả trong các khoản sau.

5.2.2  Cần lấy điện nâng lên

Nếu tàu đi qua các khu đoạn cách ly hệ thống với các cần lấy điện được nâng lên áp vào (các) dây tiếp xúc, áp dụng các điều kiện sau đây:

- Các biện pháp phòng vệ phải được quy định trên cơ sở hạ tầng để tránh kết nối các đường dây tiếp xúc của cả hai hệ thống cung cấp điện liền kề nếu việc mở các máy cắt trên tàu bị sự cố.

- Đối với các tuyến cấp I, II và III, trên tàu, thiết bị phải tự động mở máy cắt trước khi đến khu đoạn cách ly và phải tự động nhận biết điện áp của hệ thống cung cấp điện mới trên cần lấy điện để chuyển các mạch tương ứng.

- Đối với các tuyến cấp IV đến VII và các tuyến thông thường, các yêu cầu đối với các tuyến cấp I, II và III có thể được áp dụng.

5.2.3  Cần lấy điện hạ xuống

Nếu tàu đi qua các khu đoạn cách ly hệ thống với các cần lấy điện được hạ xuống, áp dụng các điều kiện sau đây:

- Thiết kế khu đoạn cách ly giữa các hệ thống cung cấp điện khác nhau phải đảm bảo rằng trong trường hợp vô tình cần lấy điện áp vào đường dây tiếp xúc, thì phải tự động ngắt sự kết nối của đường dây tiếp xúc với hai hệ thống cung cấp điện và phải ngắt cả hai hệ thống cung cấp điện ngay tức thì, ví dụ như bằng cách phát hiện dòng ngắn mạch hoặc điện áp ngoài ý muốn.

- Đối với các tuyến cấp I, II và III, tại các khu đoạn cách ly hệ thống yêu cầu phải hạ cần lấy điện xuống, cần lấy điện phải được hạ xuống do tín hiệu điều khiển mà không cần tới sự can thiệp của lái tàu.

- Đối với các tuyến cấp IV đến VII và các tuyến thông thường, các yêu cầu đối với các tuyến cấp I, II và III có thể được áp dụng.

- EN 50367 mô tả thiết kế của các khu đoạn cách ly hệ thống cũng như các yêu cầu khác về chức năng của đường dây tiếp xúc trên cao và các cần lấy điện.

6  Hệ số công suất của tàu

6.1  Yêu cầu chung

Để tối ưu hóa hệ số công suất của tàu và từ đó nâng cao chất lượng hiệu năng của nguồn cung cấp điện, các yêu cầu từ các mục 6.2 đến 6.4 phải được áp dụng để thiết kế tàu.

Chú thích: Công suất điện dung hoặc công suất điện cảm từ tàu có thể được sử dụng để thay đổi điện áp đường dây tiếp xúc.

6.2  Hệ số công suất điện cảm

Phần này chỉ đề cập đến hệ số công suất điện cảm và mức tiêu thụ điện năng trong dải điện áp từ U_min1 đến U_max1 theo quy định trong EN 50163.

Bảng 1 đưa ra các yêu cầu đối với tổng hệ số công suất điện cảm của tàu λ. Để tính toán λ, chỉ tính đến điện áp cơ bản trên cần lấy điện.

Bảng 1 - Tổng hệ số công suất điện cảm của tàu λ

Ở chế độ hãm tái sinh, hệ số công suất điện cảm có thể cho phép giảm tự do để duy trì điện áp trong các mức giới hạn.

Chú thích 1: Một kiểu trình bày khác của Bảng 1 dưới dạng đồ họa được quy định trong Phụ lục E.

Chú thích 2: Trên các tuyến từ cấp III đến cấp VII, đối với phương tiện đường sắt hiện có trước khi ban hành tiêu chuẩn này, đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng có thể áp đặt các điều kiện, ví dụ: kinh tế, vận hành, giới hạn công suất để chấp nhận các tàu có khả năng tương thích có các hệ số công suất dưới mức giá trị quy định trong Bảng 1.

6.3  Hệ số công suất điện dung

Ở chế độ kéo và ở trạng đứng yên, các yêu cầu đối với hệ số công suất điện dung để duy trì điện áp trong các giới hạn là:

- Trong dải điện áp từ U_min1 đến U_max1 như được quy định trong EN 50163, các hệ số công suất điện dung không bị giới hạn;

- Trong dải điện áp từ U_min2 đến U_max2 như được quy định trong EN 50163, tàu không được hoạt động như tụ điện.

Ở chế độ hãm tái sinh, công suất điện dung, nếu có, phải được giới hạn ở mức 150 kvar trong dải điện áp từ U_min2 đến U_max2 như được quy định trong EN 50163.

Chú thích 1: Các hệ số công suất điện dung có thể gây ra quá áp và/hoặc hiệu ứng động học nên được xử lý theo Điều 10.

Chú thích 2: Hệ số công suất điện dung được quy định trong Phụ lục E.

6.4  Tiêu chí chấp nhận

Hệ số công suất có thể chấp nhận được nếu đạt được các giá trị trong Bảng 1 và các yêu cầu được quy định trong 6.3.

7  Giới hạn dòng điện của tàu

7.1  Dòng điện lớn nhất

Dữ liệu đặc trưng cho dòng điện lớn nhất cho phép trên mỗi tàu đối với toàn bộ mạng lưới đường sắt Châu Âu được quy định trong Phụ lục E.

Chú thích: Không cần thiết phải thiết kế cơ sở hạ tầng theo các thông số lớn nhất này, ví dụ: cho phép 800 A đối với điện áp 25 kV.

7.2  Điều chỉnh tự động

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận hành ổn định trên các mạng lưới cấp điện yếu hoặc trong các điều kiện vận hành bất thường, tàu phải được trang bị một thiết bị tự động điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng lớn nhất tùy thuộc vào điện áp đường dây tiếp xúc trong điều kiện ổn định. Hình 1 thể hiện dòng điện lớn nhất cho phép của tàu theo hàm điện áp của đường dây tiếp xúc.

Hình 1 không áp dụng đối với chế độ hãm tái sinh.

Trong đó:

U  Điện áp của đường dày tiếp xúc theo EN 50163.

I_max  Dòng điện lớn nhất mà tàu sử dụng ở điện áp định mức.

(1) Liên quan đến các giá trị cài đặt của rơ le hoặc bộ nhả điện áp giảm thấp, xem EN 50163:2004,4.1, Chú thích 2.

Hình 1 - Dòng điện lớn nhất của tàu theo điện áp

Giá trị của hệ số uốn a được quy định trong Bảng 2.

Chú thích: Mục đích của biểu đồ này không phải là để thiết kế công suất định mức của tàu.

Bảng 2 - Giá trị hệ số a

7.3  Thiết bị giới hạn công suất hoặc dòng điện

Để cho phép tàu hoạt động cả trong trường hợp đường dây cấp điện yếu và mạnh, cần phải trang bị trên phương tiện đường sắt các thiết bị lựa chọn dòng điện hoặc công suất để hạn chế công suất tiêu thụ điện của tàu phù hợp với công suất của đường dây cấp điện. Quy định này được áp dụng đối với tất cả các tuyến ngoại trừ các tuyến cấp I.

Đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng phải công bố giới hạn cần thiết của từng tuyến trong sổ đăng ký của cơ sở hạ tầng.

Chú thích: Việc cài đặt này có thể được thực hiện tự động.

7.4  Tiêu chí chấp nhận

Các hệ thống hoặc các thiết bị giới hạn dòng điện trên tàu có thể được chấp nhận nếu thỏa mãn các yêu cầu từ mục 7.1 đến mục 7.3.

8  Yêu cầu đối với hiệu năng của nguồn cung cấp điện

8.1  Yêu cầu chung

Tiến hành tính toán mật độ chạy tàu để đánh giá khả năng đạt được hiệu năng quy định của hệ thống cung cấp điện. Mục đích của việc tính toán như được nêu trong Phụ lục B, là để xác định các đặc tính của các thiết bị lắp đặt cố định.

Các thiết bị lắp đặt cố định này phải chịu được các điều kiện khắc nghiệt nhất, theo quy định trong thời gian biểu chạy tàu thiết kế, thỏa mãn:

- Khoảng thời gian hoạt động dày đặc nhất theo thời gian biểu, tương ứng với mật độ cao nhất;

- Các đặc tính của các loại tàu khác nhau, có tính đến các đơn nguyên kéo đã được chọn.

Chỉ số chất lượng U_{mean useful} được mô tả trong mục 8.2, được tính toán bằng mô phỏng và có thể được thẩm tra bằng các phép đo trên tàu với điều kiện khắc nghiệt.

Điện áp trên các cần lấy điện theo EN 50163 và U_{mean useful} có liên quan đến đánh giá này.

8.2  Mô tả

Điện áp hiệu dụng trung bình được tính toán bằng cách mô phỏng trên máy tính của một khu vực địa lý (khu vực đang xem xét) có tính đến tất cả các chuyến tàu dự kiến đi qua khu vực trong một khoảng thời gian thích hợp tương ứng với thời điểm có lưu lượng cao nhất trong bảng thời gian biểu chạy tàu.

Khoảng thời gian nhất định này phải đủ để tính cả phụ tải cao nhất trên mỗi khu đoạn có điện trong khu vực địa lý.

Phải xem xét đến các đặc tính về điện của cơ sở hạ tầng và từng loại tàu khác nhau trong mô phỏng.

Điện áp cơ bản trên cần lấy điện của mỗi tàu trong khu vực địa lý được phân tích ở từng bước thời gian mô phỏng. Đối với các hệ thống điện xoay chiều, sử dụng giá trị điện áp cơ bản hiệu dụng. Đối với hệ thống điện một chiều, sử dụng giá trị điện áp trung bình. Bước thời gian trong mô phỏng phải đủ ngắn để tính toán được tất cả các tình huống trong thời gian biểu chạy tàu.

Các giá trị điện áp từ mô phỏng được sử dụng để nghiên cứu:

3) U_{mean useful} (khu vực)

Đây là giá trị điện áp trung bình của tất cả các điện áp được phân tích trong mô phỏng và thể hiện chất lượng của nguồn cung cấp điện cho toàn bộ khu vực.

Tất cả các tàu trong khu vực địa lý, trong giai đoạn khảo sát ở thời điểm mật độ chạy tàu lớn nhất, đã có trong phân tích này liệu các tàu này đang ở chế độ kéo hay chế độ khác (đứng yên, kéo, hãm tái sinh, chạy đà) ở từng bước thời gian mô phỏng.

b) U_{mean useful} (tàu)

Đây là giá trị điện áp trung bình của tất cả các điện áp trong cùng một mô phỏng khi nghiên cứu về khu vực địa lý nhưng chỉ phân tích các giá trị điện áp cho mỗi tàu trong mô phỏng tại mỗi bước thời gian nếu tàu đang chịu tải kéo (bỏ qua các bước khi tàu đứng yên, hãm tái sinh, chạy đà).

Giá trị điện áp trung bình của các điện áp này giúp kiểm tra hiệu năng của từng tàu trong mô phỏng và kết quả là xác định được tàu đo, tức là tàu có khả năng tăng tốc bị hạn chế nhiều nhất do điện áp yếu.

8.3  Các giá trị Umean useful trên cần lấy điện

Các giá trị nhỏ nhất về điện áp hiệu dụng trung bình trên cần lấy điện trong các điều kiện vận hành bình thường phải tương ứng với các giá trị được quy định trong Bảng 3.

Bảng 3 - U_{mean useful} nhỏ nhất trên cần lấy điện

8.4  Mối quan hệ giữa Umean useful và Umin1

Nguồn cung cấp điện phải được thiết kế có điện sao cho các mô phỏng về U_{mean useful} trong các điều kiện vận hành bình thường không tạo ra các giá trị điện áp (giá trị hiệu dụng, giá trị trung bình) trên cần lấy điện của bất kỳ tàu nào thấp hơn giới hạn U_min1 đối với mật độ chạy tàu tương ứng với loại tuyến liên quan (xem Điều 9).

8.5  Tiêu chí chấp nhận

Thiết kế hệ thống điện khí hóa phải đảm bảo khả năng cung cấp điện để đạt được hiệu năng quy định trong 8.3 và 8.4. Do đó, thiết kế phải được xem xét chấp nhận nếu thỏa mãn các yêu cầu tại 8.3 và 8.4.

9  Loại tuyến và hệ thống điện khí hóa

Đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng phải công bố các tham số sau của tuyến:

- Tốc độ tuyến;

- Dãn cách nhỏ nhất;

- Công suất tàu lớn nhất.

Các hệ thống cung cấp điện đang được sử dụng tùy thuộc vào loại tuyến được thể hiện trong Bảng 4.

Bảng 4 - Hệ thống điện khí hóa là một hàm của loại tuyến

10  Sóng hài và hiệu ứng động học

10.1  Yêu cầu chung

Các đặc tính sóng hài của nguồn cung cấp điện và của phương tiện đường sắt trong hệ thống đường sắt quyết định đến việc tính toán xác định giá trị quá áp trong mạch cung cấp điện (đường dây tiếp xúc và mạch hồi lưu) và tính ổn định trong hệ thống này. Để đạt được tính tương thích hệ thống điện ở trạng thái ổn định và trạng thái động, quá áp sóng hài phải được giới hạn thấp hơn các giá trị tới hạn. Với các thiết bị bảo vệ đã được lắp đặt, quá áp gây ra sự gián đoạn hoạt động bình thường và nghiêm trọng hơn theo quan điểm vận hành từ khía cạnh an toàn và bảo mật. Phụ lục C đưa ra thông tin bổ sung về các hiện tượng nảy.

Các hiệu ứng vật lý sau đây gây ra quá áp.

a) Quá áp do mất ổn định hệ thống:

Các phương tiện đường sắt hiện đại sử dụng cấp điện động lực bằng biến tần và các hệ thống cấp điện phụ cũng như các bộ biến đổi tần số tĩnh, thực chất là những thiết bị chủ động có khả năng biến đổi năng lượng từ phổ tần số này sang phổ tần số khác. Quá trình biến đổi của các thiết bị này chủ yếu được tính toán xác định bởi các bộ điều khiển biển tần cũng như các thành phần bị động.

Bộ điều khiển phải được điều chỉnh hoặc trạng thái trở kháng của các thành phần bị động (mạng lưới cung cấp điện, phương tiện) phải được tối ưu hóa sao cho trong mọi điều kiện vận hành đều dẫn tới trạng thái ổn định. Trong một hệ thống không ổn định, các giá trị vật lý như điện áp và dòng điện có xu hướng hướng tiến đến vô cùng và gây ra tình trạng ngắt mạch trong thực tế. Trong các hệ thống phi tuyến tính, chúng có thể (trạng thái ổn định) dao động liên tục ở một hoặc một số tần số.

Vấn đề về tính ổn định luôn liên quan đến vòng lặp phản hồi trong một hệ thống, đặc biệt thông qua một hoặc một vài bộ điều khiển của một hoặc một số hệ thống điện con. Không có nguồn kích rõ ràng cần thiết để tạo dao động. Điều này phải được phân biệt trong trường hợp b được mô tả dưới đây, nếu tồn tại cả nguồn kích và đường truyền/khuếch đại.

Thông thường các dao động do sự không ổn định gây ra nằm trong dải tần số lên tới khoảng 1 000 Hz là băng thông của các bộ điều khiển có liên quan.

Các dao động tần số thấp dưới và xung quanh tần số cung cấp điện là kết quả của các đặc tính phi tuyến tính của các hệ thống biến đổi hiện đại. Các trường hợp tần số không ổn định cao hơn có thể được nghiên cứu trong chế độ tuyến tính.

b) Quá áp do sóng hài

Các bộ biến tần tĩnh cả bằng điều khiển góc pha cũng như chuyển mạch cưỡng bức được lắp đặt trên phương tiện đường sắt hoặc trong các hệ thống thiết bị cung cấp điện cố định, chúng tạo ra sóng hài dòng điện và điện áp mà có thể được biểu diễn dưới dạng giản lược bằng các dòng điện hoặc điện áp. Mỗi kiểu loại bộ biến đổi điện tạo ra một phổ dòng điện hoặc điện áp điển hình. Bộ biến đổi điện khi kết hợp với các thành phần bị động như các máy biến áp và các bộ lọc, cho thấy trạng thái nguồn và nội trở kháng điển hình.

Tất cả các hệ thống cung cấp điện đều có cộng hưởng, do cộng hưởng của đường truyền và cấp, và một số cũng do các thành phần bộ lọc bị động. Điều này dẫn đến sự khuếch đại sóng hài được các bộ biến đổi điện đưa vào hệ thống cung cấp điện. Sự khuếch đại hoặc triệt tiêu một phần xảy ra cả ở vị trí của bộ biến đổi điện, do trở kháng đường dây nhận biết từ bộ biến đổi điên và giữa vị trí của bộ biến đổi điện và các vị trí khác trong mạng lưới. Việc này bao gồm hoạt động truyền tải của chính nguồn cung cấp điện.

Sự khuếch đại sóng hài có thể dẫn đến quá áp đáng kể, hoặc trên phương tiện hoặc tại một vị trí hoàn toàn khác trong mạng lưới điện.

Hệ thống nguồn cung cấp điện có các đỉnh cộng hưởng do các tham số phân tán của nó - điện cảm và điện dung trên một đơn vị chiều dài. Trạng thái cộng hưởng thay đổi do sự có mặt của các đơn nguyên kéo. Những đỉnh cộng hưởng này có thể tạo ra dòng điện và điện áp cộng hưởng cực lớn. Tỷ lệ giữa dòng điện lớn nhất và nhỏ nhất được ghi lại theo đường dây tiếp xúc ở tần số cộng hưởng cụ thể có thể vượt quá 100. Đối với các phương tiện có bộ biến đổi điện loại bốn góc phần tư, dòng điện sóng hài trên cần lấy điện của phương tiện có thể tăng khoảng 3 lần do hiện tượng cộng hưởng trong mạng lưới cung cấp điện.

c) Hiện tượng khác:

Các hiện tượng kỹ thuật khác, phải được xem xét về tính tương thích của hệ thống điện giữa nguồn cung cấp điện và phương tiện đường sắt:

- Nhiều nút giao nhau về không,

- Tình trạng tăng vọt điện áp và sụt áp, chuyển tiếp điện áp,

- Các thay đổi về pha của điện áp nguồn,

- Dao động tần số thấp,

- Dòng điện rò một chiều ở mạch ghép nối một chiều/xoay chiều.

Tính theo quan điểm nhiễu, các ảnh hưởng sau đây có thể có liên quan:

- Trượt/lết bánh xe;

- Phụ tải phụ;

- Sự cố động học;

- Sóng hài từ bộ biến đổi điện phụ;

- Việc gom điện không tốt (từ thiết bị lấy điện), ví dụ: do băng hoặc tuyết;

- Gián đoạn nguồn cung cấp điện (ray tiếp xúc điện một chiều).

10.2  Quy trình chấp nhận đối với các tổng thành mới

Khi đưa vào bất kỳ tổng thành mới nào đều phải thực hiện theo quy trình chấp nhận, được định nghĩa tại 3.9, bằng cách xem xét kỹ tính tương thích theo quy định tại 10.3.

Khả năng tương thích giữa các đơn nguyên kéo hiện có và nguồn cung cấp điện hiện có cùng với (các) tổng thành mới phải được kiểm tra dựa trên các hiện tượng được mô tả trong 10.1.

Các đơn vị hoặc các bên liên quan gồm:

- Chủ sở hữu cơ sở hạ tầng hoặc đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng hiện có,

- Đơn vị vận hành giao thông hiện có,

- Khách hàng/chủ sở hữu (các) đơn nguyên kéo mới hoặc trang thiết bị hạ tầng mới,

- Nhà sản xuất - đơn vị cung cấp (các) đơn nguyên kéo mới hoặc trang thiết bị hạ tầng mới.

Một chỉ dẫn kỹ thuật chung đối với phương tiện đường sắt hoặc nguồn cung cấp điện để tránh hiện tượng quá áp trong mọi tình huống có thể là cực đoan và có thể không thực hiện được. Do đó, quy trình như được mô tả trong 10.3 phải được áp dụng để kiểm tra tính tương thích (nghiên cứu tính tương thích).

10.3  Nghiên cứu tính tương thích

Nghiên cứu tính tương thích, hoặc trường hợp tương thích, là một quá trình chứng minh tính tương thích của tổng thành mới (phương tiện đường sắt mới hoặc các tổng thành mới của cơ sở hạ tầng) với các đơn nguyên kéo và mạng lưới cung cấp điện hiện có. Quá trình này được thể hiện trong Hình 2 và được giải thích trong Bảng 5.

Khối lượng công việc cần thực hiện tùy thuộc vào rủi ro có trong tổng thành mới theo các hiện tượng được mô tả trong 10.2. Nếu, dựa trên kinh nghiệm trước đó, việc tích hợp không có rủi ro, thì việc này phải được ghi lại trong bản kế hoạch, chỉ là bước quá trình trong trường hợp này.

Sơ đồ dòng chảy này áp dụng đối với cả phương tiện đường sắt và cả các tổng thành cung cấp điện lắp đặt cố định.

Hình 2 Quy trình nghiên cứu tính tương thích của các hiệu ứng sóng hài và động học

Bảng 5 - Mô tả các bước

Kết quả là một bộ tài liệu mô tả phân tích lý thuyết và bằng chứng từ đo đạc chứng minh rằng các phương tiện và cơ sở hạ tầng tương thích về các dòng điện nhiễu truyền tải điện và tính ổn định.

10.4  Phương pháp và tiêu chí chấp nhận

Tiêu chí chấp nhận tổng thể đối với quá áp và tính ổn định là không có điện áp đỉnh cao hơn 30 000 V đối với các mạng lưới 15 000 V, 16.7 Hz và 50 000 V đối với các mạng lưới 25 000 V, 50 Hz sẽ xảy ra trên đường dây tiếp xúc ở bất kỳ điểm nào của mạng lưới cung cấp điện với điện áp U được quy định trong EN 50163 thấp hoặc bằng U_max2. Giá trị này là giá trị lớn nhất của dạng sóng điện áp bị biến dạng.

Chú thích 1: Đối với hệ thống điện một chiều, không có bất kỳ hiện tượng đặc biệt nào về tính ổn định hệ thống. Do đó, các giá trị đánh giá, được đề xuất như sau:

Đối với 750 V sử dụng 1 300 V

Đối với 1 500 V sử dụng 2 600 V

Đối với 3 000 V sử dụng 5 100 V

Các giá trị này được lấy từ Bảng A.1 của TCVN 13338-2:2021.

Những tiêu chí chấp nhận tổng thể này có thể áp dụng trong mọi trường hợp.

Do các tiêu chí chấp nhận tổng thể chỉ có thể được áp dụng cho hệ thống cung cấp điện hoàn chỉnh bao gồm (các) tổng thành mới: sẽ có ích khi đưa ra các hướng dẫn thiết kế cho (các) tổng thành mới giúp giảm rủi ro hư hỏng trong nghiên cứu tính tương thích.

Chú thích 2: Các giá trị trên chỉ để xác định một tiêu chí nhằm tìm ra các vấn đề về tính tương thích. Các giá trị này không dùng để xác định quá áp sóng hài lớn nhất cho phép đối với hoạt động vĩnh viễn. Trong trường hợp phải hoạt động trong thời gian dài, các giá trị trong phạm vi trên dẫn đến suy giảm cách điện và/hoặc hư hỏng về nhiệt trong cơ sở hạ tầng và các tổng thành của phương tiện. Trong trường hợp phải hoạt động trong thời gian ngắn hạn, nhưng xảy ra thường xuyên thì các giá trị điện áp sẽ làm cho tuổi thọ của các tổng thành bị rút ngắn.

11  Phối hợp bảo vệ

11.1  Yêu cầu chung

Các hệ thống bảo vệ trên các đơn nguyên kéo và tại các trạm điện kéo phải tương thích.

11.2  Bảo vệ chống ngắn mạch

Khả năng ngắt của máy cắt đối với một hệ thống điện khí hóa cụ thể sẽ xác định liệu các sự cố có thể được xử lý bằng máy cắt của đơn nguyên kéo hay không. Bảng 6 đưa ra cấp ngắn mạch lớn nhất giữa ray - đường dây tiếp xúc. Bảng 7 đưa ra hoạt động đối với các sự cố trong phạm vi đơn nguyên kẻo.

Bảng 6 - Cấp ngắn mạch lớn nhất giữa ray - đường dây tiếp xúc

Bảng 7 - Hành động trên các máy cắt khi có sự cố bên trong đơn nguyên kéo

Chú thích 1: Các đơn nguyên kéo mới và nâng cấp phải được trang bị máy cắt tốc độ cao có khả năng ngắt dòng ngắn mạch trong thời gian nhanh nhất có thể.

Chú thích 2: Ngắt mạch ngay tức thì có nghĩa là đối với máy cắt dòng điện cường độ cao hoặc máy cắt của trạm điện kéo hoặc máy cắt trên tàu phải hoạt động ngay tức thì không có sự chậm trễ. Nếu rơle sơ cấp không hoạt động, thì rơle thứ cấp (rơle bảo vệ dự phòng) phải hoạt động sau khoảng 300 ms. Như thông tin được dãn ra dưới đây, từ giai đoạn đầu và đến giai đoạn hiện đại nhất, khoảng thời gian dòng ngắn mạch cao nhất được nhận biết từ máy cắt trạm điện kéo được quy định như sau:

- Đối với điện xoay chiều 15 000 V, 16,7 Hz Khoảng 100 ms;

- Đối với điện xoay chiều 25 000 V, 50 Hz Khoảng 80 ms;

- Đối với điện một chiều 750 V, 1 500 V và 3 000 V Khoảng từ 20 ¸ 60 ms.

11.3  Tự động đóng lại một hoặc nhiều máy cắt trạm điện kéo và ảnh hưởng của việc mất điện áp lưới và cấp lại điện cho đơn nguyên kéo

11.3.1  Yêu cầu chung

Hệ thống tự động đóng lại các máy cắt (nếu có) tại trạm điện kéo có khả năng cấp điện lại cho đường dây tiếp xúc. Trong trường hợp như vậy, các máy cắt trạm điện kéo phải không được đóng lại trước khi ngắt các máy cắt trên các đơn nguyên kéo trong khu vực được cấp điện bởi trạm điện kéo.

Các máy cắt đơn nguyên kéo phải tự động ngắt trong vòng 3 giây sau khi mất điện áp lưới.

Chú thích 1: Đối với các giá trị được đề xuất ngắt mạch trong trường hợp điện áp tháp, xem EN 50163: 2004, 4.1, chú thích 2.

Khi cấp điện lại, máy cắt của đơn nguyên kéo không được đóng lại trong vòng 3 giây sau khi cấp điện lại.

Chú thích 2: Thời gian khi cấp điện lại cho phép đối với thử nghiệm trên đường dây đối với tình trạng ngắn mạch thường xuyên.

Chú thích 3: Để tránh dòng khởi động có cường độ cao tại trạm điện kéo do đồng thời tự động đóng lại mạch của các máy cắt trên đơn nguyên kéo cùng kiểu loại, cần thiết lắp đặt trên tàu một hệ thống cho phép trì hoãn thời gian ngẫu nhiên tự động đóng lại mạch trong khoảng hàng trăm ms.

11.3.2  Tự động đóng lại mạch sau khi xảy ra ngắn mạch dọc theo đường dây tiếp xúc

Tính năng tự động đóng lại của các máy cắt được sử dụng để cấp điện lại cho đường dây tiếp xúc và để khoanh vùng đoạn có sự cố trên tuyến.

Tính năng tự động đóng lại được sử dụng trực tiếp hoặc bằng cách kiểm tra thông qua bộ biến trở (hoặc thiết bị điện tử). Trình tự áp dụng như sau:

a) Tự động đóng lại thông qua kiểm tra đường dây tiếp xúc:

1) Ngắt máy cắt của đường dây tiếp xúc;

2) Chờ tất cả các phương tiện đường sắt trên khu đoạn tuyến mở máy cắt trên tàu, việc này phải được thực hiện trong vòng 3 giây sau khi ngắt máy cắt của đường dây tiếp xúc;

3) 5 giây sau khi ngắt máy cắt của đường dây tiếp xúc, kiểm tra đường dây bằng cách kiểm tra thông qua qua bộ biến trở (hoặc thiết bị điện tử);

4) Trong trường hợp việc phục hồi điện áp theo các giới hạn trong EN 50163, việc đóng lại các máy cắt chính phải được trì hoãn thêm 5 giây nữa (quy định vận hành đối với lái tàu) để đảm bảo các máy cắt của đường dây làm việc chính xác.

b) Tự động đóng lại trực tiếp:

1) Ngắt máy cắt của đường dây tiếp xúc;

2) Chờ tất cả các phương tiện đường sắt trên khu đoạn tuyến mở máy cắt trên tàu, việc này phải được thực hiện trong vòng 3 giây sau khi ngắt máy cắt của đường dây tiếp xúc;

3) Tối thiểu 5 giây sau khi đóng trở lại máy cắt của đường dây tiếp xúc (phù hợp với các chu trình làm việc được quy định trong EN 50123 đối với điện một chiều.

4) Đóng trở lại các máy cắt chính của phương tiện đường sắt khi đường dây tiếp xúc được cấp điện.

Nếu phương tiện đường sắt được vận hành theo cả hai nguyên tắc bảo vệ, thì việc đóng trở lại máy cắt chính (bước 4 ở trên) phải giống như đối với “đóng trở lại với thử nghiệm đường dây”, tức là có độ trễ.

Nếu được trang bị, hệ thống thử nghiệm trên đường dây phải tự thực hiện thử nghiệm trong vòng 3 giây.

11.4  Hệ thống điện khí hóa một chiều, dòng quá độ khi đóng mạch

Quy định này chỉ áp dụng đối với đơn nguyên kéo sử dụng điện một chiều có trang bị bộ lọc đầu vào và không có thiết bị nạp trước.

Khi máy cắt của đơn nguyên kéo đóng mạch bằng bộ lọc đầu vào (nếu được trang bị), dòng điện quá độ không được gây ra các tác động làm cho các thiết bị bảo vệ trong trạm điện kéo ngắt không đúng quy định. Thông tin cần thiết dùng để thiết kế các bộ lọc trang bị trên phương tiện phải nhận được từ các đơn vị quản lý hạ tầng liên quan.

Vi phân di/dt của dòng điện quá độ khi máy cắt của đơn nguyên kéo đóng phải thỏa mãn các yêu cầu sau với độ tự cảm của đường dây tiếp xúc và trạm điện kéo tối thiểu là 2 mH.

Không phụ thuộc vào giá trị di/dt khi máy cắt của đơn nguyên kéo đóng, di/dt phải đạt giá trị nhỏ hơn 20 A/ms trong vòng 20 ms sau khoảng thời gian di/dt đạt 60 A/ms.

11.5  Tiêu chí chấp nhận

Các đơn nguyên kéo phải được thiết kế phù hợp với các yêu cầu quy định tại Bảng 6 và 7 và tại 11.3 và 11.4 (đối với điện một chiều).

Hệ thống cung cấp điện phải thỏa mãn các yêu cầu quy định trong 11.3.

12  Hãm tái sinh

12.1  Yêu cầu chung khi sử dụng hãm tái sinh

12.1.1  Yêu cầu đối với đơn nguyên kéo

Tàu phải không cấp điện liên tục từ hãm tái sinh lên đường dây tiếp xúc nếu:

Xảy ra mất điện áp nguồn cung cấp hoặc ngắn mạch nối đất/ray - đường dây tiếp xúc trên cùng một khu đoạn được cấp điện bởi trạm điện kéo trong các điều kiện được mô tả trong 11.4;

Điện áp đường dây cao hơn U_max2 (xem EN 50163:2004, 4.1);

Đường dây tiếp xúc không thể tiêu thụ được điện năng từ hãm tái sinh.

Nếu không tiêu thụ được điện năng từ hãm tái sinh bởi các nguồn tiêu thụ khác thì phương tiện đường sắt phải chuyển sang sử dụng các hệ thống hãm khác.

12.1.2  Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp điện

Đối với tuyến dùng điện xoay chiều, hệ thống cung cấp điện phải được thiết kế để tiếp nhận được điện năng từ hãm tái sinh của phương tiện đường sắt.

Đối với tuyến dùng điện một chiều, hệ thống cung cấp điện có thể được thiết kế để tiếp nhận điện năng từ hãm tái sinh của các tàu. Khi điện từ hãm tái sinh không thể được tiêu thụ bởi các nguồn tiêu thụ khác của đường sắt thì đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng có thể yêu cầu tổ chức cung cấp điện tiếp nhận điện từ hãm tái sinh vào mạng lưới cung cấp điện chung hoặc đưa sang bất kỳ hệ thống nào khác có khả năng tiêu thụ điện năng.

Nếu không cho phép thực hiện hãm tái sinh thì phải ghi lại vào sổ đăng ký của cơ sở hạ tầng.

12.2  Sử dụng hãm tái sinh

Trong Bảng 8 là chế độ hãm tái sinh hiện đang được các đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng cho phép sử dụng trên mạng lưới đường sắt Châu Âu.

Bảng 8 - Sử dụng hãm tái sinh

12.3  Tiêu chí chấp nhận

Các đơn nguyên kéo phải thỏa mãn các yêu cầu tại 12.1.1.

13  Ảnh hưởng của vận hành thiết bị điện một chiều trên hệ thống điện xoay chiều

Trên các tuyến đường sắt dùng điện một chiều chạy song song với các tuyến đường sắt dùng điện xoay chiều và tại các khu đoạn cách ly hệ thống, có khả năng dòng điện một chiều chạy qua đường dây tiếp xúc của hệ thống điện xoay chiều. Điều này có thể dẫn đến dòng điện một chiều chạy qua các máy biến áp kết nối với các đường dây tiếp xúc điện xoay chiều, cả của các đơn nguyên kéo và cả của hệ thống cung cấp điện kéo.

Có dòng điện một chiều chạy trong các thiết bị điện xoay chiều chủ yếu là do các dòng điện vận hành và do cách điện của ray với đất trong mạch hồi lưu hệ thống điện một chiều. Để giới hạn các dòng điện một chiều trong các thiết bị điện xoay chiều đến giá trị có thể chấp nhận, phải thỏa mãn các yêu cầu quy định trong EN 50122-2:2010, từ Điều 5 đến Điều 9 và trong TCVN 13337-3:2021, tại 8.3.2 và 8.4.

Chú thích 1: Một dòng điện một chiều có cường độ 1 A trong máy biến áp của đơn nguyên kéo điện xoay chiều cho thấy không có ảnh hưởng xấu đến hiệu năng của phương tiện.

Chú thích 2: Trong điều kiện đóng băng, hồ quang điện giữa dây tiếp xúc và cần lấy điện có thể gây ra một thành phần điện một chiều trong các dòng điện kéo. Các phép đo đã chỉ ra rằng dòng điện một chiều trong một thời gian ngắn có thể đi qua phần sơ cấp máy biến áp kéo của đầu máy hoặc đơn nguyên kéo trong phạm vi từ 0 A đến 20 A. Không có ảnh hưởng bất lợi đến hiệu năng của phương tiện.

Chú thích 3: Các thành phần điện một chiều có thể ngắt bảo vệ tàu do dòng điện từ hóa.

Các giá trị được đề cập ở trên trong phần chú thích chỉ mang tính tham khảo và không chịu sự đánh giá.

14  Các phép thử

Các phép thử được đưa ra trong Bảng 9 có thể áp dụng.

Bảng 9 - Các phép thử 

15  Phương pháp thử nghiệm

15.1  Khu đoạn cách ly

15.1.1  Các phép thử đối với đơn nguyên kéo

Đánh giá thiết kế: Việc tuân thủ các trình tự được nêu tại 5.1 và 5.2 phải được chứng minh bằng cách kiểm tra sơ đồ lệnh điều khiển của đơn nguyên kéo ở giai đoạn thiết kế.

Thử nghiệm xuất xưởng: Các phép thử phải được tiến hành trên tuyến do phía đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng trang bị để cấp tín hiệu điều khiển đến đơn nguyên kéo phải được thực hiện để chứng minh việc tuân thủ các trình tự được mô tả trong 5.1 và 5.2.

15.1.2  Các phép thử đối với cơ sở hạ tầng

Ở giai đoạn thiết kế, việc tuân thủ các yêu cầu về chức năng được mô tả trong 5.1 và 5.2 phải được chứng minh bằng cách kiểm tra các sơ đồ điện, ở mức điện áp kéo và cấp lệnh điều khiển.

15.2  Hệ số công suất

Thử nghiệm kiểu loại đối với đơn nguyên kéo: Ở giai đoạn thẩm định đơn nguyên kéo, các phép đo trực tiếp trên tuyến được thực hiện tại bất kỳ điểm nào của lần thử kéo theo đường cong lực kéo phụ thuộc vào tốc độ. Công suất tiêu thụ, kể cả thiết bị phụ, các chế độ kéo hoặc chế độ hãm phải được ghi lại. Cần có đủ dữ liệu để thẩm tra Bảng 1.

Các giá trị của hệ số công suất phải được kiểm tra trên tàu với trợ giúp của hệ thống cấp điện, không giới hạn hiệu năng của tàu. Các kết quả đo phải được thực hiện theo quy định tại 6.2 và 6.3.

15.3  Giới hạn dòng điện của tàu

Thử nghiệm kiểu loại đối với đơn nguyên kéo: Các phép thử hoặc kiểm tra phải được thực hiện:

- Ở giai đoạn thiết kế, bằng cách kiểm tra các chức năng của lệnh điều khiển của đơn nguyên kéo và

- Ở giai đoạn thẩm định, bằng các phép đo trực tiếp. Trường hợp cần thiết, có thể kích hoạt ngắt điện các trạm điện kéo để đạt được điện áp đường dây tiếp xúc thấp.

Kết quả đo trực tiếp trên tuyến phải thỏa mãn các yêu cầu nêu trong 7.2 và 7.3.

15.4  Chỉ số chất lượng của nguồn cung cấp điện

Bảng 10 - U_{mean useful} (khu vực)

Bảng 11 - U_{mean useful} (tàu)

Bảng 12: Mối quan hệ giữa U_{mean useful} và U_min1

15.5  Hiệu ứng sóng hài và động học

Tất cả các thông tin cần thiết để đánh giá hiệu ứng sóng hài và động học được quy định trong 10.3 và 10.4.

Các phép thử phải chứng minh tính chuẩn xác của các mô phỏng được thực hiện trong bước 10 và được giới hạn trong các trường hợp cực đoan.

Hệ thống thiết bị kiểm tra đo lường sử dụng để ghi giá trị đỉnh biến dạng tín hiệu điện áp phải có dải tần thích hợp. Các giá trị hiệu dụng của điện áp tần số công nghiệp cũng phải được ghi lại theo giá trị đỉnh của biến dạng sóng điện áp.

15.6  Phối hợp bảo vệ

15.6.1  Bảo vệ chống ngắn mạch và tác động trên máy cắt

Trình tự logic kích hoạt ngắt mạch máy cắt đơn nguyên kéo phải được thẩm tra:

- Ở giai đoạn thiết kế bằng cách kiểm tra sơ đồ điện chức năng của đơn nguyên kéo;

- Khi phản hồi lại các sự cố hoặc để thẩm định khi nào thì đơn nguyên kéo sẽ vận hành, bằng cách tiến hành thử nghiệm ngắn mạch trên tàu và kiểm tra xem các mắt cắt khác có ngắt mạch đúng theo trình tự phù hợp với Bảng 7.

15.6.2  Hệ thống đóng mạch tự động tại trạm điện kéo

Thử nghiệm trên bất kỳ trạm điện kéo mới nào: Trong quá trình thử nghiệm khi đưa vào vận hành, các yêu cầu được quy định tại 11.3 phải được thẩm tra.

Nếu có, hệ thống thử nghiệm đường dây phải thực hiện trình tự các thử nghiệm trong khoảng thời gian 3 giây.

15.6.3  Mất điện áp đường dây và ảnh hưởng đến các đơn nguyên kéo

Thử nghiệm kiểu loại: Ở giai đoạn thiết kế của một đơn nguyên kéo, các yêu cầu dược quy định tại 11.3 phải được thẩm tra bằng cách kiểm tra các sơ đồ điện.

Thử nghiệm xuất xưởng: Các phép thử trực tiếp phải chứng minh sự phù hợp với các yêu cầu được quy định tại 11.3.

15.6.4  Đơn nguyên kéo một chiều, dòng điện quá độ trong quá trình đóng mạch

Thử nghiệm kiểu loại đối với đơn nguyên kéo: Ở giai đoạn thiết kế, các yêu cầu quy định trong 11.4 phải được thẩm tra bằng cách kiểm tra thiết kế điện của đơn nguyên kéo.

Ở giai đoạn thử nghiệm trực tiếp trên tuyến có độ tự cảm tối thiểu của đường dây tiếp xúc và trạm điện kéo là 2 mH, đơn nguyên kéo phải thực hiện các phép thử theo trình tự sau:

1) Kiểm tra xem bộ lọc trên tàu được xả chưa;

2) Đóng máy cắt chính và ghi lại dạng sóng dòng điện của máy cắt chính.

Các đặc tính của dòng điện xông này phải phù hợp với các giá trị được quy định tai 11.4.

15.7  Hãm tái sinh

15.7.1  Đơn nguyên kéo

Thử nghiệm kiểu loại: Ở giai đoạn thiết kế, phải tuân thủ các yêu cầu được quy định tại 12.1.1 về lệnh điều khiển của đơn nguyên kéo.

Thử nghiệm xuất xưởng: Trước khi đưa vào khai thác, phải thẩm tra việc tuân thủ các yêu cầu được quy định tại 12.1.1.

Do đó, trong khi thử nghiệm trên tuyến, các thiết bị cấp điện lắp đặt cố định phải được cấp điện hoặc ngắt điện từ trạm điện kéo.

Các phép thử trên tuyến phải chứng minh được ở chế độ hãm của đơn nguyên kéo, giá trị của U_max2 trên cần lấy điện không được vượt quá giá trị quy định.

15.7.2  Trạm điện kéo

Các thiết bị lắp đặt cố định của trạm điện kéo, ví dụ như thiết bị điều khiển và bảo vệ, phải truyền điện năng ngược trở lại vào mạng lưới cung cấp điện hoặc bằng bất kỳ phương pháp nào khác để tăng khả năng tiếp nhận của tuyến. Việc này cần được đánh giá bằng cách phân tích các sơ đồ kết nối.

Nếu cần, phải tiến hành các thử nghiệm kết hợp để thẩm tra tính khả năng làm việc chính xác của hệ thống bảo vệ trạm điện kéo khi đơn nguyên kéo thực hiện hãm tái sinh trên tuyến.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Các khoảng thời gian tích hợp để tính giá trị trung bình của các tham số

A.1  Yêu cầu chung

Đơn vị vận hành tàu hoặc đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng sử dụng các tham số đối với:

- Tính toán các đại lượng,

- Các biện pháp bảo vệ,

- Lập kế hoạch,

- …

Chứng chỉ hiệu quả nếu chúng được tính trung bình theo các khoảng thời gian được xác định chính xác. Vấn đề nêu trong điều này là xác định các khoảng thời gian mà trong đó các tham số này nên được tham khảo với mục đích đạt được sự so sánh đơn giản các tham số này đối với các khu đoạn khác nhau của cùng một tuyến đường sắt hoặc của các tuyến đường sắt khác nhau. Các khoảng thời gian tham chiếu được quy định tại Bảng A.1.

A.2  Khoảng thời gian tham chiếu mà các giá trị có thể được tính trung bình hoặc tích hợp

Bảng A.1 - Các giai đoạn tích hợp

Phụ lục 8

(Tham khảo)

Tiêu chí lựa chọn xác định điện áp trên cần lấy điện

Mục đích của việc xem xét đo đạc là để xác định các đặc tính của các thiết bị lắp đặt cố định.

Các thiết bị lắp đặt cố định này cần phải đáp ứng được các điều kiện cực đoan nhất quy định trong biểu đồ chạy tàu, bằng cách sau:

Thời gian có mật độ vận hành cao nhất theo thời gian biểu, tương ứng với mật độ trong giờ cao điểm;

Các đặc tính của các loại tàu khác nhau, có tính đến các đơn nguyên kéo đã được chọn.

Thiết kế các thiết bị lắp đặt cố định đối với cung cấp điện kéo có thể thực hiện được bằng cách mô phỏng thời gian biểu chạy tàu khắc nghiệt nhất có tính đến năng lượng tiêu thụ bởi mỗi đoàn tàu trong mỗi khoảng thời gian. Ngoài việc đo các thông số của thiết bị (máy biến áp, đường dây tiếp xúc, máy biến áp tự ngẫu, ví dụ 2 x 25 kV, và bộ biến điện một chiều) và khả năng tương thích với các hiệu năng cho phép tại các điểm đấu với điện áp cao thế, chất lượng của nguồn cung cấp điện là thông số chất lượng quan trọng đối với sơ đồ cấp điện.

Đường cong đặc tính lực kéo/tốc độ đối với một đơn nguyên kéo thay đổi phụ thuộc vào điện áp trên cần lấy điện. Xác định đường bao của đường cong đặc tính sức kéo/tốc độ khi điện áp giảm đạt được theo tỷ lệ đối với đường cong đặc tính định mức bằng phép ngoại suy trên giải tốc độ, với hệ số tỷ lệ thuận thấp hơn một chút so với tỷ lệ điện áp (U_{cần lấy diện} / U_{định mức}).

Các giá trị điện áp nhận được cho phép đạt được mức hiệu năng mong muốn. Ví dụ, để nghiên cứu điện khí hóa với điện áp 25 kV, có thể lựa chọn điện áp không thấp hơn 22,5 kV, theo thống kê không được giảm xuống dưới giới hạn tối thiểu 19 kV. Điện áp dưới 19 kV có thể có trong các khoảng thời gian giao thông bất thường, đặc biệt là với các đoàn tàu có dãn cách ngắn, hoặc trong trường hợp có tình huống đặc biệt mà không phải lúc nào cũng xuất hiện khi mô phỏng (trùng lặp với các luồng giao thông theo các hướng 1 và 2).

Tần số xuất hiện các tình huống với các hiệu năng suy giảm cả từ quan điểm sơ đồ cung cấp điện và sơ đồ chạy tàu, nên đánh giá với việc tính toán tổn thất hiệu năng cho phép.

Việc lựa chọn điện áp hiệu dụng trung bình chính xác sẽ đạt được các lợi thế sau:

Cho phép các đơn nguyên kéo hoạt động gàn với điện áp định mức của chúng (do đó tối ưu hóa hiệu suất và hiệu năng);

Đảm bảo rằng các giá trị điện áp nhỏ nhất thỏa mãn các giá trị quy định trọng các tiêu chuẩn;

Phản ánh thực tế rằng các thiết bị lắp đặt cố định cấp điện kéo có công suất bổ sung phù hợp và do đó, có thể tính toán nâng cao khối lượng vận chuyển;

Cho phép giải quyết các tình huống giao thông xáo trộn xác định.

Điện áp hiệu dụng trung bình trên cần lấy điện có thể được xác định bằng công thức như sau:

Trong đó:

T_i là khoảng thời gian tích hợp hoặc xem xét trên tàu thứ i;

n là số tàu được xem xét trong mô phỏng.

Đối với tuyến đường sắt điện khí hóa sử dụng điện xoay chiều:

U_pi là điện áp hiệu ở tần số cơ bản tại cần lấy điện của tàu thứ i;

|l_pi| là mô đun của dòng điện hiệu dụng tức thời ở tần số cơ bản khi cần lấy điện của tàu thứ i đi qua.

Đối với tuyến đường sắt điện khí hóa sử dụng điện một chiều:

U_pi là giá trị điện áp một chiều trung bình tức thời tại cần lấy điện của tàu thứ i;

|l_pi| là mô-đun của dòng điện một chiều trung bình tức thời khi cần lấy điện của tàu thứ i đi qua.

Công thức (B.1) thể hiện mối quan hệ giữa công suất trung bình được tính đối với tàu/tàu trong các chuỗi lực kéo của chúng và dòng trung bình tương ứng.

Một kết quả tương tự thu được bằng công thức sau phù hợp hơn với một số chương trình (phần mềm):

Trong đó:

n là số tàu được xem xét trong mô phỏng;

U_j,k (t) là điện áp (đối với điện xoay chiều: giá trị hiệu dụng của sóng cơ bản, đối với điện một chiều: giá trị trung bình);

M là số bước tính toán trong khoảng thời gian tích hợp;

N là số bước tổng hợp trên mô phỏng;

Δt là khoảng thời gian mà mỗi bước tính toán M được mô phỏng.

Chú thích: Δt nên đủ ngắn để tính đến tất cả các tình huống trong thời gian biểu chạy tàu.

Các công thức (B.1) và (B.2) ở trên được sử dụng để xem xét:

a) Một khu vực địa lý (tức là một phần của mạng lưới đường sắt mà chúng ta muốn xem xét) trong một khoảng thời gian xác định, có tính đến tất cả các tàu đi qua khu vực đó, cho dù chúng có ở chế độ kéo hay không (đứng yên, kéo, hãm tái sinh, chạy đà); Do đó giá trị U_{mean useful} thể hiện chỉ số chất lượng điện cung cấp cho toàn bộ khu vực;

b) Điện áp hiệu dụng trung bình trên cần lấy điện của mỗi tàu được tách biệt; Chỉ tính đến các khoảng thời gian tàu trong chế độ kéo.

Trong trường hợp này, trong Công thức (B.1) và (B.2), n bằng 1.

Giá trị này được quy định để kiểm tra hiệu năng của từng tàu trong mô phỏng và kết quả là xác định tàu đo.

Phụ lục C

(Tham khảo)

Điều tra các đặc tính sóng hài và các quá áp liên quan

C.1  Yêu cầu chung

Các vi phạm lớn về điện áp cung cấp xảy ra nếu tổng trở kháng/điện áp cho phép của nguồn cấp điện và của các phương tiện hiện có phần thực âm và phần ảo bằng 0 tại điểm cấp điện trong một tần số xác định, được gọi là tần số cộng hưởng. Điều kiện này là đủ từ quan điểm toán học. Phần ảo của trở kháng có thể được tạo ra chỉ bởi nguồn cấp điện chung hoặc bằng độ tự cảm đường dây cung cấp điện và máy biến áp của trạm điện kéo và điện dung đầu vào tương ứng của bộ biến đổi điện bốn góc phần tư của phương tiện với bộ lọc đầu vào sơ cấp tương ứng. Để dự đoán chính xác liệu hệ thống hoàn chỉnh có ổn định hay không, quan trọng là phải biết hệ số suy giảm chính xác ở tần số cộng hưởng. Hệ số suy giảm là âm khi không ổn định. Về nguyên tắc, có thể xảy ra các dao động đồng thời ở một số tần số.

C.2  Quá áp do mất ổn định hệ thống

C.2.1  Tiêu chí về tính tương thích

Khi xem một đơn nguyên kéo như là một đối tượng điện duy nhất (ranh giới là các cần lấy điện - các bánh xe), phương pháp phù hợp nhất là tạo ra các hạn chế đối với việc nhập tham số đầu vào của phương tiện, bao gồm tác động của tất cả các bộ điều khiển bên trong phương tiện. Điều này có thể được thực hiện bằng cách xác định các vùng được phép cho cường độ và pha, hoặc tốt hơn cho phần thực và phần ảo, phần thực trực tiếp xác định phần đóng góp giảm xung và/hoặc kích thích. Điều này phản ánh rằng không có nguồn mất ổn định nhưng việc mất ổn định luôn là một vấn đề về truyền tải. Các yêu cầu đối với tần số thấp, trong đó các hiệu ứng phi tuyến tính đóng vai trò quan trọng, sẽ dẫn đến các yêu cầu bổ sung. Những hiểu biết về các hiệu ứng này vẫn còn hạn chế.

Việc xác định các yêu cầu đối với phương tiện, như được mô tả ở trên, đầu tiên là phải xác định tiêu chí mất ổn định bên trong đối với toàn bộ hệ thống cung cấp điện và phân chúng ra thành giao diện giữa chúng với phương tiện.

Để tránh mất ổn định cộng hưởng, đối với các tần số lớn hơn giá trị quy định (được quy định bởi đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng), phương tiện phải trong trạng thái bị động, tức là: Re (Y(f)) > 0, với giá trị pha Y(f) trong khoảng giữa - 90° đến + 90°.

C.2.2  Đo đạc và thẩm định

Ở cấp độ một phương tiện, các phép thử có thể được thực hiện bằng cách mô phỏng, thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm trên đường. Việc đo công suất đầu vào của phương tiện phụ thuộc vào tần số yêu cầu của nguồn cấp điện mà trong đó điện áp thử nghiệm có tần số cao hơn tần số điện áp của nguồn cung cấp chính. Nói chung, điều này có thể thực hiện được bằng sự hỗ trợ của các thiết bị khác và đã được thực hiện trước đó. Việc tiến hành các phép đo phi tuyến có thể rất khó khăn vì thông thường nó phụ thuộc vào điểm vận hành của phương tiện.

Các thử nghiệm tính tương thích giữa một phương tiện và nguồn cung cấp điện chủ yếu là để xem xét tính ổn định có được duy trì hay không. Sự mất ổn định có thể được phát hiện hoặc bằng cách ngắt các thiết bị bảo vệ hoặc quan sát các dao động không mong muốn. Rất khó để đo khoảng cách đối với biên độ ổn định. Sự suy giảm của quá trình quá độ có thể đưa ra một con số gần đúng.

Thẩm tra các mô hình cung cấp điện là khó khăn vì cần phải có khối lượng lớn dữ liệu hệ thống và do đó hạn chế các điều kiện vận hành bình thường.

C.3  Quá áp do sóng hài

C.3.1  Tiêu chí về tính tương thích

Về nguyên tắc, điều có giá trị như đối với tính ổn định: Vì tất cả các mạng lưới cung cấp điện đều có cả đầu vào và hoạt động truyền tải, nên tất cả các vấn đề bên trong mạng lưới (như khuếch đại sóng hài giữa các vị trí khác nhau trong mạng lưới) phải được giải quyết trước tiên.

Để kiểm tra tính tương thích, nhà sản xuất phương tiện đường sắt nên lấy các thông tin sau từ đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng:

Nguồn điện áp sóng hài bên trong của nguồn cung cấp điện. Điều này bao gồm sóng hài do chính nguồn cung cấp điện (trạm điện kéo) tạo ra cũng như sóng hài các phương tiện khác tạo ra. Điều này có thể được thực hiện bằng việc xác định phổ điện áp cho phép lớn nhất và phổ điện áp dự kiến điển hình trên cần lấy điện của phương tiện;

Khả năng thông qua phụ thuộc vào tần số của nguồn cung cấp điện, nhận biết theo vị trí của phương tiện. Đầu vào đối với các điều kiện tương ứng của lưới điện (bao gồm cả các phương tiện hiện có). Cần phải tham khảo các thông tin về nguồn phổ điện áp phải được tạo ra (ví dụ: Một phổ xác định của nguồn có chứa sóng hài cao chỉ có thể có liên quan khi kết hợp với độ dẫn mạng yếu).

Theo thông lệ thì dòng điện của phương tiện không được vượt quá các giới hạn nhất định của dòng điện sóng hài phụ thuộc vào tần số (đường bao sóng hài). Trường hợp sóng hài được xác định liên quan với thiết bị tín hiệu, một cách tiếp cận tương tự là có thể giới hạn quá áp. Vì vậy, nên áp dụng rộng rãi hơn sóng hài hạn chế.

C.3.2  Đo đạc và thẩm định

Việc đo dòng điện sóng hài và và điện áp sóng hài là thường xuyên. Các phép đo đồng thời tại các vị trí khác nhau cho phép đưa ra một số kết luận. Ngoài ra có thể đánh giá một cách định lượng về việc truyền tải của mạng lưới cung cấp điện và độ chính xác của các yêu cầu về chất lượng được đặt ra đối với phương tiện mới.

C.4  Các ví dụ

C.4.1  Yêu cầu chung

Trong mục này đưa ra các ví dụ về điện áp (và dòng điện) dạng sóng từ các hiện tượng đã trải qua tạo ra quá áp. Các hiện tượng được phân loại theo mô tả trong phụ lục này và tại Điều 10.

C.4.2  Quá áp do mất ổn định hệ thống

a) Mất ổn định cộng hưởng điện

Một thành phần điện áp chồng lên điện áp xoay chiều cơ bản. Dải tần số điển hình của dao động lớn hơn tần số cơ bản ba lần trở lên. Sở dĩ xuất hiện điều này là do sự tương tác giữa đầu máy sử dụng bộ biến đổi điện bốn góc phần tư và cộng hưởng hệ thống (hệ thống cung cấp điện với các phương tiện có hoặc không có bộ lọc).

Hình C.1 - Điện áp đường dây

Dao động công suất tần số thấp

Điện áp và dòng điện của tuyến đường sắt dùng điện xoay chiều thể hiện biên độ và điều chế pha. Tần số điều chế điển hình là từ 10 % đến 30 % tần số cơ bản. Nó được tạo ra bởi sự tương tác giữa các phương tiện sử dụng bộ biến đổi điện bốn góc phần tư và các hệ thống cung cấp điện.

C.4.3  Quá áp do sóng hài

Biến dạng điện áp lặp

a) Được tạo ra bởi việc chuyển mạch bộ chỉnh lưu thyristor của phương tiện trong các cộng hưởng nguồn cung cấp điện có tần số cao hơn. Sau mỗi đỉnh điện áp tiếp theo là một dạng sóng quá độ với đội suy giảm lớn tương ứng.

b) Được tạo ra bởi tần số chuyển mạch của bộ biến đổi điều chế độ rộng xung (PWM). Bội số của tần số chuyển mạch giảm cùng với tần số cộng hưởng nguồn cung cấp điện và gây ra dao động mạnh ở tần số này với suy giảm thấp tương ứng.

Ví dụ:

Hình C.6 - Điện áp đường dây

Phụ lục D

(Tham khảo)

Dữ liệu liên quan đến đánh giá tính tương thích của sóng hài và các hiệu ứng động học

D.1  Đặc tính của các thiết bị lắp đặt cố định trong nguồn cung cấp điện kéo

Để có được đặc tính đầy đủ và chuyên sâu của các thiết bị lắp đặt cố định trong nguồn cung cấp điện là một nỗ lực rất lớn. Hơn nữa, không thể quy định một đặc tính chung và đơn giản cho tất cả các loại thiết bị lắp đặt cố định phù hợp với nghiên cứu tính tương thích, xem 10.3.

Tuy nhiên, như một hướng dẫn cho các tình huống và cấu hình điển hình của các thiết bị lắp đặt cố định, Bảng D.1 và Bảng D.2 mô tả các đặc tính của các nguồn cung cấp điện xoay chiều và một chiều, chủ yếu về mặt trở kháng, với các giá trị điển hình, lớn nhất và nhỏ nhất theo quan điểm của đơn nguyên kéo.

Các giá trị cụ thể của các hệ thống có các đặc tính khác với các hệ thống được quy định trong Bảng D.1 và Bảng D.2 nên được quy định bởi đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng.

Các giá trị quy định trong Bảng D.1 và Bảng D.2 có giá trị đối với các thiết bị lắp đặt không dùng cấp với điện áp cung cấp có chiều dài đáng kể (50 m cho các đoạn). Trong trường hợp khác, đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng nên quy định vị trí và đặc tính của cấp.

Bảng D.1 - Đặc tính của tuyến điện khí hóa xoay chiều

Bảng D.1 - Đặc tính của tuyến điện khí hóa một chiều

D2.  Đặc tính của tàu

Bảng D.3 và Bảng D.4 mô tả tương ứng các đặc tính của các đơn nguyên kéo sử dụng điện xoay chiều và điện một chiều, chủ yếu là về trở kháng, đã tiến hành sóng hài nhiễu và ổn định theo quan điểm của nguồn cung cấp điện kéo.

Các giá trị cụ thể của các phương tiện có các đặc tính khác với các giá trị được quy định trong Bảng D.3 và D.4 nên được quy định bởi đơn vị vận hành với mật độ hiện có cho đương vị quản lý cơ sở hạ tầng.

Bảng D.3 - Đặc tính của một tàu sử dụng điện xoay chiều liên quan đến trở kháng, sóng hài và tính ổn định

Bảng D.4 - Đặc tính của tàu sử dụng điện một chiều liên quan đến trở kháng, sóng hài và tính ổn định

Phụ lục E

(Tham khảo)

Tổng hệ số công suất điện cảm và điện dung

Thay thế cho các yêu cầu trong Điều 6, Hình E.1 có thể được sử dụng cho các yêu cầu này. Ngoài ra trong Phụ lục này chỉ xem xét đến tần số cơ bản.

Văn bản sau đây chỉ hợp lệ đối với điện áp nhỏ hơn hoặc bằng U_max1 theo quy định trong EN 50163.

Các yêu cầu được trình bày trong Hình E.1, không đúng về mặt toán học với các yêu cầu trong Điều 6, nhưng đối với tất cả các trường hợp thực tế, các yêu cầu này sẽ cho kết quả mong muốn. Các yêu cầu trong Phụ lục này cũng khá dễ dàng để thẩm tra bằng chạy thử đơn giản. Đáp ứng các yêu cầu trong Phụ lục này sẽ dẫn đến thỏa mãn Điều 6 cho tất cả các trường hợp thực tế.

Trong đó:

A là khu vực không mong muốn đối với điện áp đường dây dưới điện áp cấp điện bình thường;

B là khu vực cấm đối với điện áp đường dây dưới U_max1;

C là khu vực cấm;

D là khu vực không mong muốn đối với điện áp đường dây trên điện áp cấp điện bình thường;

P (kéo) là công suất kéo;

P (hãm) là công suất hãm;

Q (ind) là công suất phản kháng quy nạp;

Q (cap) là công suất phản kháng điện dung;

1 là giới hạn điện dung mong muốn, xem bên dưới đối với chế độ kéo; đối với chế độ tái sinh là 150 kvar

Chú thích - Tất cả các khu vực màu trắng xung quanh trục P được cho phép mà không cần phải xem xét. Chỉ tần số cơ bản được xem xét.

Hình E.1 - Hệ số công suất cho phép so với công suất làm việc và công suất phản kháng (P và Q) của tàu

Chú thích: đối với các hệ thống 50 Hz, giới hạn mong muốn của công suất phản kháng điện dung ở công suất làm việc thấp ở chế độ kéo là 700 kvar và đối với các hệ thống 16,7 Hz, giới hạn mong muốn tương tự là 150 kvar. Giới hạn cảm ứng ở công suất hoạt động tháp là như nhau cho cả hai hệ thống 50 Hz và 16,7 Hz là 150 kvar.

Hình E.1 là hợp lệ đối với tàu ở tất cả các tình huống thông thường, ngoại trừ trong khoảng thời gian ngắn (ví dụ: khi chuyển từ chế độ kéo sang chế độ hãm và ngược lại), khi hệ số công suất có thể vượt quá các giới hạn, tức là chỉ số này hợp lệ đối với các giá trị hiệu dụng tức thời trong điều kiện bình thường, nhưng loại trừ trạng thái quá độ. Cũng loại trừ đối với tàu trong bãi hoặc tại đề pô, xem bên dưới. Một ngoại lệ khác là trong điều kiện băng giá và mức tiêu thụ điện năng thấp khi một lượng điện cảm ứng nhất định (hơn 150 kvar) có thể được rút ra tạm thời để duy trì dòng điện liên tục.

Ở trạng thái đứng yên hoặc không suất bằng không, nên sử dụng các giá trị ở phía bên phải của trục Q.

Ngoài ra, những điều sau đây là hợp lệ:

- Không được phép có hệ số công suất điện dung ở điện áp đường dây trên U_max1;

- Đối với bãi hoặc đề pô, hệ số công suất của sóng cơ bản phải bằng hoặc lớn hơn 0,8 (cảm ứng) khi tàu đang kéo với công suất kéo bị tắt và công suất hoạt động được rút ra lớn hơn 200 kW.

Chú thích 1: Ngay cả khi hệ số công suất được phép giảm tự do (tự cảm) trong quá trình hãm tái sinh (hãm điện), theo Điều 6, để giữ điện áp trong giới hạn, điều mong muốn là hệ số công suất không được cảm ứng (dưới 0, 95) khi điện áp xuống dưới điện áp cấp điện bình thường.

Chú thích 2: Các hệ số công suất điện dung có thể dẫn đến quá điện áp, vượt quá giới hạn ổn định truyền tải điện hoặc các hiệu ứng động khác và phải được xử lý theo Điều 10. Tuy nhiên, đối với điện áp thấp, có thể mong muốn với một hệ số công suất điện dung nhất định, miễn là sự ổn định được duy trì. Hơn nữa, được phép nhưng không kỳ vọng sẽ sử dụng hệ số công suất điện dung ở điện áp mạch so với điện áp cấp điện bình thường. Lý do không kỳ vọng là để đảm bảo khả năng hãm điện của các phương tiện khác trong các mạng lưới yếu. Chú ý, ngay khi bộ biến tần kéo trên tàu đang vận hành, có thể bù cho bất kỳ bộ lọc cuối cùng nào.

Chú thích 3: Giới hạn 150 kvar (cảm ứng) tương ứng với 200 kw tại hệ số công suất 0,8.

Phụ lục F

(Tham khảo)

Dòng điện của tàu cho phép lớn nhất

Dòng điện của tàu cho phép lớn nhất bao gồm cả các thiết bị phụ đối với các mạng lưới đường sắt Châu Âu hiện có, được quy định trong Bảng F.1.

Các mức áp dụng cả trong chế độ kéo và hãm tái sinh. Các giá trị dòng điện của tàu cao hơn hoặc thấp hơn được quy định trong sổ đăng ký của cơ sở hạ tầng (xem 7.3) cho từng đường dây khi được yêu cầu.

Chú thích: Để ngăn chặn quá tải của hệ thống năng lượng phụ, các giá trị được quy định trong Bảng F.1 được quy định đối với phương tiện đường sắt và không quy định đối với thiết kế hệ thống năng lượng phụ với tải liên tục.

Bảng F.1 - Dòng điện của tàu cho phép lớn nhất

Phụ lục G

(Tham khảo)

Các điều kiện của các quốc gia cụ thể

Điều kiện quốc gia cụ thể: Tính quốc gia hoặc thông lệ không thể thay đổi ngay cả trong một thời gian dài, ví dụ: điều kiện khí hậu, điều kiện nối đất điện.

Chú thích: Nếu ảnh hưởng đến sóng hài, thì đó là một phần của tiêu chuẩn Châu Âu.

Đối với các quốc gia có liên quan đến các điều kiện cụ thể của quốc gia mình thì áp dụng các điều khoản trong tiêu chuẩn này mang tính chất bắt buộc, ngược lại đối với các quốc gia khác, các điều khoản trong tiêu chuẩn này có thể mang tính chất tham khảo.

Điều khoản  Điều kiện quốc gia cụ thể

7.2

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] EN 50119, Railway applications - Fixed installations - Electric traction overhead contact lines

[2] EN 50121 (all parts), Railway applications - Electromagnetic compatibility

[3] EN 50122-1, Railway applications - Fixed installations - Electrical safety earthing and the return circuit - Part 1: Protective provisions against electric shock

[4] TCVN 13338-2:2021, Ứng dụng đường sắt - Phối hợp cách điện - Phần 2: Quá áp và các bảo vệ liên quan

[5] EN 50238, Railway applications - Compatibility between rolling stock and train detection systems

[6] EN ISO 3166-1:1997, Codes for the representation of names of countries and their subdivisions - Part 1: Country codes (ISO 3166-1:1997)

[7] UIC 795, Minimum installed power - Line categories

[8] UIC 796, Voltage at the Pantograph

[9] UIC 797, Coordination of electrical protection substations-traction units

[10] UIC 798, Integration periods over which parameters can be averaged

MỤC LỤC

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Khoảng thời gian mà các tham số có thể được tính trung bình hoặc tích hợp

5  Khu đoạn cách ly

5.1  Khu đoạn cách ly pha

5.2  Khu đoạn cách ly hệ thống

6  Hệ số công suất của tàu

6.1  Yêu cầu chung

6.2  Hệ số công suất điện cảm

6.3  Hệ số công suất điện dung

6.4  Tiêu chí chấp nhận

7  Giới hạn dòng điện của tàu

7.1  Dòng điện lớn nhất

7.2  Điều chỉnh tự động

7.3  Thiết bị giới hạn công suất hoặc dòng điện

7.4  Tiêu chí chấp nhận

8  Yêu cầu đối với hiệu năng của nguồn cung cấp điện

8.1  Yêu cầu chung

8.2  Mô tả

8.3  Các giá trị U_{mean useful} trên cần lấy điện

8.4  Mối quan hệ giữa U_{mean useful} và U_min1

8.5  Tiêu chí chấp nhận

9  Loại tuyến và hệ thống điện khí hóa

10  Sóng hài và hiệu ứng động học

10.1  Yêu cầu chung

10.2  Quy trình chấp nhận đối với các tổng thành mới

10.3  Nghiên cứu tính tương thích

10.4  Phương pháp và tiêu chí chấp nhận

11  Phối hợp bảo vệ

11.1  Yêu cầu chung

11.2  Bảo vệ chống ngắn mạch

11.3  Tự động đóng lại máy cắt trạm điện kéo và ảnh hưởng của việc mất điện áp lưới

11.4  Hệ thống điện khí hóa một chiều, dòng quá độ khi đóng mạch

11.5  Tiêu chí chấp nhận

12  Hãm tái sinh

12.1  Yêu cầu chung khi sử dụng hãm tái sinh

12.2  Sử dụng hãm tái sinh

12.3  Tiêu chí chấp nhận

13  Ảnh hưởng của vận hành thiết bị điện một chiều trên hệ thống điện xoay chiều

14  Các phép thử

15  Phương pháp thử nghiệm

15.1  Khu đoạn cách ly

15.2  Hệ số công suất

15.3  Giới hạn dòng điện của tàu

15.4  Chỉ số chất lượng của nguồn cung cấp điện

15.5  Hiệu ứng sóng hài và động học

15.6  Phối hợp bảo vệ

15.7  Hãm tái sinh

Phụ lục A - Các khoảng thời gian tích hợp để tính giá trị trung bình của các tham số

Phụ lục B - Tiêu chí lựa chọn xác định điện áp trên cần lấy điện

Phụ lục C - Điều tra các đặc tính sóng hài và các quá áp liên quan

Phụ lục D - Dữ liệu liên quan đến đánh giá tính tương thích của sóng hài và các hiệu ứng động học

Phụ lục E - Tổng hệ số công suất điện cảm và điện dung

Phụ lục F - Dòng điện của tàu cho phép lớn nhất

Phụ lục G - Các điều kiện của các quốc gia cụ thể

Thư mục tài liệu tham khảo