Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11852:2017 về Ứng dụng đường sắt - Điện áp nguồn của hệ thống sức kéo điện

• Số hiệu: TCVN11852:2017
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2017

Hệ thống điện	Điện áp không thường xuyên thấp nhất	Điện áp thường xuyên thấp nhất	Điện áp danh nghĩa	Điện áp thường xuyên cao nhất	Điện áp không thường xuyên cao nhất
	Umin2	Umin1	Un	Umax1	Umax2
	V	V	V	V	V
Một chiều (giá trị trung bình)	500	500	750	900	1 000
	1 000	1 000	1 500	1 800	1 950
	2 000	2 000	3 000	3 600	3 900
Xoay chiều (giá trị hiệu dụng)	11 000	12 000	15 000 ^a	17 250	18 000
	17 500	19 000	25 000 ^b	27 500	29 000
^a 16,7 Hz. ^b 50 Hz và 60 Hz

Các yêu cầu sau đây phải được đáp ứng:

a) khoảng thời gian khi điện áp nằm giữa U_min1 và U_min2 không được vượt quá 2 min; khoảng thời gian khi điện áp nằm giữa U_max1 và U_max2 không được vượt quá 5 min;

b) điện áp của thanh cái tại trạm biến áp ở điều kiện không tải phải nhỏ hơn hoặc bằng U_max1. Đối với trạm biến áp một chiều, có thể chấp nhận điện áp ở điều kiện không tải nhỏ hơn hoặc bằng U_max2, với điều kiện khi xuất hiện đoàn tàu, điện áp tại cần lấy điện của đoàn tàu này phù hợp với Bảng 1 và các yêu cầu của nó.

c) trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp phải nằm trong dải U_min1 ≤ U ≤ U_max2;

d) trong điều kiện vận hành không bình thường, điện áp nằm trong dải U_min2 ≤ U ≤ U_min1 trong Bảng 1 không được gây ra bất kỳ hư hại hoặc hỏng hóc nào;

CHÚ THÍCH: Việc sử dụng thiết bị giới hạn công suất tàu trên phương tiện giao thông đường sắt có thể giới hạn sự xuất hiện của điện áp thấp trên mạch tiếp xúc (xem IEC 62313).

e) nếu các điện áp nằm giữa U_max1 và U_max2, sau đó phải có một mức điện áp thấp hơn hoặc bằng U_max1, trong một khoảng thời gian không xác định;

f) các điện áp nằm giữa U_max1 và U_max2 chỉ được phép đạt đến đối với các điều kiện không thường xuyên như

• Hãm tái sinh,

...

...

...

g) điện áp vận hành thấp nhất; trong điều kiện vận hành không bình thường, U_min2 giới hạn thấp nhất của điện áp mạch tiếp xúc mà phương tiện giao thông đường sắt được thiết kế để vận hành.

Các giá trị đặt được khuyến cáo cho rơ-le ngắt điện áp thấp trong hệ thống lắp đặt điện cố định hoặc trên phương tiện giao thông đường sắt là từ 85 % đến 95 % của U_min2.

4.2  Tần số

Tần số của hệ thống sức kéo điện 50 Hz và 60 Hz được đưa vào từ lưới điện ba pha.

CHÚ THÍCH 1: Do vậy, các giá trị được nêu trong EN 50160 có thể áp dụng ở Châu Âu.

Tần số của hệ thống sức kéo điện 16,7 Hz (trừ đối với bộ chuyển đổi đồng bộ - đồng bộ) không được đưa vào từ lưới điện ba pha.

CHÚ THÍCH 2: Về hệ thống sức kéo điện 16,7 Hz, nói một cách chính xác thì tần số này tương ứng với  Hz. Để đơn giản hóa cách gọi tên hệ thống, tần số được thống nhất là 16,7 Hz. Cách gọi tên này được sử dụng trong tiêu chuẩn này.

Các tần số trên hệ thống điện đường sắt xoay chiều và các giới hạn cho phép được cho dưới đây.

Trong điều kiện vận hành bình thường, giá trị trung bình của tần số cơ bản được đo trong 10 s phải nằm trong dải của mạng điện cao áp.

...

...

...

50 Hz ± 1 % (tức là 49,5 Hz đến 50,5 Hz) đối với 99,5 % một năm

50 Hz + 4 %/ - 6 % (tức là 47 % đến 52 %) đối với 100 % thời gian

• Đối với hệ thống không có kết nối đồng bộ đến một hệ thống liên kết (ví dụ hệ thống cấp điện trên các đảo):

50 Hz ± 2 % (tức là 49 Hz đến 51 Hz) đối với 95 % một tuần

50 Hz ± 15 % (tức là 42,5 Hz đến 57,5 Hz) đối với 100 % thời gian

Đối với hệ thống sức kéo điện 60 Hz, các giá trị giới hạn đối với biến đổi tần số là từ 59 Hz đến 61 Hz.

CHÚ THÍCH 3: Các điều kiện đặc biệt đối với Trung Quốc, xem Phụ lục B.

Đối với hệ thống sức kéo điện 16,7 Hz, giá trị là:

• Đối với hệ thống có kết nối đồng bộ đến một hệ thống liên kết:

...

...

...

16,7 Hz + 4 %/ - 6 % (tức là 15,67 % đến 17,33 %) đối với 100 % thời gian

• Đối với hệ thống không có kết nối đồng bộ đến một hệ thống liên kết (ví dụ hệ thống cấp điện trên các đảo):

16,7 Hz ± 2 % (tức là 16,33 Hz đến 17 Hz) trong suốt 95 % một tuần

16,7 Hz ± 15 % (tức là 14,16 Hz đến 19,16 Hz) trong suốt 100 % thời gian

• Đối với hệ thống kết nối đến mạng lưới liên kết 16,7 Hz của đường sắt:

16,7 Hz + 2 %/ - 3 % (tức là 16,17 Hz đến 17 Hz) trong suốt 100 % thời gian

CHÚ THÍCH 4: Trong thực tế, biến thiên tần số được kiểm soát chặt chẽ hơn ở một số quốc gia và vùng lãnh thổ như Châu Âu và Nhật. Các phương tiện sẽ chỉ hoạt động trong dung sai tần số đối với 15 000 V/16,7 Hz từ 16,17 Hz đến 17 Hz và đối với 25 000 V/50 Hz từ 49 Hz đến 51 Hz. Nếu tần số nằm ngoài dải này, tính năng của các phương tiện có thể giảm xuống hoặc bộ điều khiển phương tiện có thể bị mất kết nối.

Ảnh hưởng của biến thiên tần số có thể được kiểm tra bởi người vận hành đường sắt để đảm bảo không có các hậu quả có hại lên việc truyền tín hiệu của tàu.

Đối với các tần số truyền động khác, áp dụng các quy định quốc gia.

...

...

...

Áp dụng các thử nghiệm được quy định trong Bảng 2, tùy thuộc vào loại đường dây và dựa trên nhu cầu.

Bảng 2 - Thử nghiệm

Phép thử

Yêu cầu kỹ thuật

Phương pháp thử nghiệm

Loại thử nghiệm

Điện áp trên đường dây

4.1

6.1.1 Phương tiện giao thông đường sắt

...

...

...

6.1.2 Hệ thống lắp đặt điện cố định

Phép đo

Tần số

4.2

6.2 Chỉ đối với 16,7 Hz ^a

Thử nghiệm theo dõi liên tục

^a Thử nghiệm chỉ cần thiết đối với hệ thống 16,7 Hz mà không được cấp điện bởi ít nhất một bộ chuyển đổi điện quay đồng bộ - đồng bộ (= kết nối đồng bộ đến hệ thống liên kết).

CHÚ THÍCH: Phụ lục C mô tả các thử nghiệm liên quan đến sự thay đổi điện áp.

6  Phương pháp thử

...

...

...

6.1.1  Phương tiện giao thông đường sắt

Phương tiện giao thông đường sắt phải được thử nghiệm như mô tả trong Điều 9 của IEC 61133:2006.

6.1.2  Hệ thống lắp đặt điện cố định (xem Bảng 3)

Bảng 3 - Phép đo điện áp trên đường dây

Thiết bị

Thời điểm

Phương pháp

Điều kiện chấp nhận

Trạm biến áp

...

...

...

Khi khai thác

• Máy ghi điện áp đối với tần số cơ bản hoặc

• Máy ghi dữ liệu số với dải tần số lớn hơn hoặc bằng 2 kHz lấy trung bình trong 1 s

• Phép đo trong khoảng thời gian 1 min

Xem 4.1 khoản c)

Nếu một thiết bị ổn định điện áp được lắp đặt dọc theo đường dây

Đo trên phần thiết bị không tải và ở điều kiện vận hành bình thường

Khi khai thác và vận hành

Không tải => xem trạm biến áp

...

...

...

Không tải => xem trạm biến áp

Khi vận hành => xem phép đo đột xuất

Phép đo đột xuất tại hiện trường khi xuất hiện vấn đề

Khi gặp sự cố

• Máy ghi điện áp đối với tần số cơ bản hoặc

• Máy ghi dữ liệu số với dải tần số lớn hơn hoặc bằng 2 kHz lấy trung bình trong 1 s

• Phép đo trong khoảng thời gian tối thiểu 1 h đến tối đa 1 tuần

• Tất cả các giá trị lớn hơn hoặc bằng U_min2.

• Tất cả khoảng thời gian mà điện áp thấp hơn U_min1 là nhỏ hơn hoặc bằng khoảng thời gian được nêu trong 4.1 khoản a)

...

...

...

• Tất cả khoảng thời gian mà điện áp cao hơn U_max1 là nhỏ hơn hoặc bằng khoảng thời gian được nêu trong 4.1 khoản b)

• Tất cả các giá trị nhỏ hơn hoặc bằng U_max2.

6.2  Phép đo tần số trên đường dây

Bảng 4 - Phép đo tần số trên đường dây

Thiết bị

Thời điểm

Phương pháp

Điều kiện chấp nhận

Theo dõi liên tục

...

...

...

Theo dõi liên tục liên quan đến điều khiển tần số vòng kín trong trạm điện hoặc ở trung tâm điều hành mạng lưới.

Khi khai thác và vận hành

Máy ghi dữ liệu số với dải tần số ≥ 2 kHz

Tất cả các giá trị tần số nằm trong dải được cho trong 4.2.

Phụ lục A

(quy định)

Giá trị lớn nhất của điện áp U theo thời gian (xem Hình A.1)

...

...

...

Vùng A và B không được thể hiện trên hình vẽ này, xem IEC 62497-2.

Vùng C Quá điện áp dài hạn

Sự biến thiên của tỷ số U/U_max2 theo thời gian được xác định bởi

U = U_max2 x t^-k

trong đó

t là thời gian tính bằng giây (0,02 s ≤ t ≤ 1 s);

k là hệ số được cho trong Bảng A.1.

Biểu diễn trên trục tọa độ logarit của phương trình này là một đường thẳng. Độ dốc được cho bởi k.

Vùng D Điện áp không thường xuyên cao nhất U_max2

...

...

...

Hình A.1 - Giá trị lớn nhất của điện áp U theo thời gian

Bảng A.1 đưa ra các giá trị k, U_max1, U_max2 và U_max3 trong khi các giá trị giữa U_max2 và U_max3 được tính bằng công thức được cho ở trên.

Bảng A.1 - Quá điện áp

Điện áp danh nghĩa U_n
V

750

1 500

3 000

15 000

25 000

...

...

...

0,061 1

0,067 6

0,067 3

0,076 7

0,074 1

U_max1

900

1 800

3 600

...

...

...

27 500

U_max2

1000

1 950

3 900

18 000

29 000

U_max3

1 270

...

...

...

5 075

24 300

38 750

CHÚ THÍCH: Đối với hệ thống một chiều, về giới hạn U_max3 và giới hạn thời gian liên quan 20 ms, quá độ đóng cắt của các cầu dao mạch điện trên phương tiện giao thông đường sắt có thể khiến những giới hạn này bị vượt quá. Từ kinh nghiệm và phép đo, các giá trị lên đến 4 x U_n tồn tại lên đến 100 ms phải được ghi lại. Các giá trị này có thể tác động đến các thiết bị chính trên phương tiện giao thông đường sắt như mạch điện đầu vào của bộ chuyển đổi. Thiết bị sức kéo điện không thể được bảo vệ khỏi các quá điện áp đỉnh này. Thông tin này chỉ để tham khảo và không phải để thử nghiệm.

Phụ lục B

(quy định)

Các giá trị thay thế của hệ thống nguồn cấp điện sức kéo

Ở một số quốc gia, điện áp của hệ thống nguồn cấp điện dùng cho sức kéo điện được nêu trong Bảng 1 được sử dụng với các dung sai khác hoặc được sửa đổi hoặc sử dụng các hệ thống nguồn cấp điện dùng cho sức kéo điện khác. Bảng B.1 dưới đây mô tả những hệ thống nguồn cấp điện sức kéo thay thế và địa điểm sử dụng chúng.

...

...

...

Hệ thống điện

Điện áp không thường xuyên thấp nhất

Điện áp thường xuyên thấp nhất

Điện áp danh nghĩa

Điện áp thường xuyên cao nhất

Điện áp không thường xuyên cao nhất

Quốc gia

U_min2

U_min1

...

...

...

U_max1

U_max2

V

V

V

V

V

...

...

...

(giá trị trung bình)

400

400

600

720

800

Các hệ thống hiện có ^a

360

360

...

...

...

720

800

Nhật Bản

400 ^d

500

750

900

1 000

UK ^g

...

...

...

450

750

900

1 000

Nhật Bản

900

900

1 500

1 800

...

...

...

Nhật Bản

2 000

2 000

3 000

3 600

3 800

Bỉ

...

...

...

Hoa Kỳ^b

8 750

10 000

12 500

13 750

15 000

...

...

...

16 000

16 000

20 000^h

22 000

24 000

Nhật Bản

20 000

22 500

25 000^i

...

...

...

32 000

Nhật Bản

12 500^d^,^f/
14 000^d^,e

19 000

25 000

27 500

29 000

UK ^g

17 500

...

...

...

25 000

27 500

30 000

Hoa Kỳ

17 500

19 000

25 000

27 500

30 500

...

...

...

17 500

19 000

25 000

27 500

29 000

Châu Âu

35 000

40 000

50 000

...

...

...

60 000

Hoa Kỳ và Nga

^a Hệ thống sức kéo điện một chiều trong tương lai dùng cho tàu điện mặt đất hoặc đường sắt địa phương nên phù hợp với điện áp danh nghĩa hệ thống là 750 V, 1 500 V hoặc 3 000 V.

^b 25 Hz, xem Bảng 2 của IEEE Std 16.

^c 60 Hz, xem Bảng 2 của IEEE Std 16.

^d Đối với các mạng lưới hiện có, mà không phù hợp với tiêu chuẩn này, các giá trị của điện áp không thường xuyên thấp nhất U_min2, đối với tải trọng giao thông bình thường nhưng tại nơi mà thiết bị nguồn cấp điện mất điện ngoài thiết kế của tiêu chuẩn này, thì phải như sau:

^e Điện áp nhỏ nhất mà tàu vẫn phải tiếp tục vận hành trong khoảng thời gian đến 10 min mà không bị hư hại;

^fĐiện áp nhỏ nhất mà tàu vẫn phải tiếp tục vận hành trong khoảng thời gian đến 2 min mà không bị hư hại.

^gĐối với các mạng lưới hiện có mà không có điều khoản về hệ thống điều chỉnh điện áp, có thể vượt quá U_max1.

...

...

...

^iCó thể được sử dụng trên đường dây, nơi mà những hạn chế về địa hình như khu vực đồi núi và/hoặc đường hầm dưới biển khiến khoảng cách giữa các trạm biến áp dài hơn, và mật độ giao thông cao hơn.

Nếu việc sử dụng điện áp 25 000 V thay thế là có thể dự đoán trước, thì cần lưu ý rằng cơ sở hạ tầng và phương tiện giao thông đường sắt thích nghi với các tiêu chuẩn khác đối với 25 000 V không thể áp dụng trực tiếp.

Ở Trung Quốc, dung sai của 50 Hz phải là ± 0,2 Hz, và khi công suất hệ thống thấp hơn, dung sai có thể là ± 0,5 Hz thay vì các giá trị được cho trong 4.2 đối với hệ thống sức kéo điện 50 Hz.

Phụ lục C

(tham khảo)

Thay đổi, gián đoạn và méo điện áp

C.1  Thay đổi điện áp đột ngột

Thay đổi điện áp đột ngột trong các dải được thiết lập trong Bảng 1 là một phần vốn có của điện khí hóa đường sắt do thay đổi trong tải sức kéo điện, cấu hình của lưới cấp điện sức kéo hoặc cấu hình của lưới điện công cộng hoặc lưới cấp điện đường sắt.

...

...

...

Sụt điện áp gây ra do sự cố trên mạch tiếp xúc hoặc trên hệ thống phân phối điện công cộng.

Phần lớn sụt điện áp có thời gian nhỏ hơn 1 s và có độ sâu nhỏ hơn 50 % U_n.

C.3  Gián đoạn điện áp thời gian ngắn

Trong điều kiện vận hành bình thường, gián đoạn điện áp thời gian ngắn thường do sự nhả máy ngắt và thao tác tự phục hồi sau khi phát hiện ra sự cố. Chu trình tự phục hồi được mô tả trong các tiêu chuẩn về thiết bị đóng cắt (IEC 61992, IEC 62505).

Thông tin cũng được cho trong IEC 62313.

Hàng năm, việc gián đoạn điện áp thời gian ngắn của điện áp nguồn nằm trong khoảng từ vài chục lần cho đến hàng trăm lần. Khoảng thời gian của xấp xỉ 70 % số lần gián đoạn điện áp này có thể nhỏ hơn 10 s.

C.4  Gián đoạn điện áp thời gian dài

Các sự cố gián đoạn điện áp thường do các vấn đề hoặc hành động bên ngoài mà không thể ngăn ngừa bởi nhà quản lý cơ sở hạ tầng.

Không thể đưa ra các giá trị điển hình cho thời gian gián đoạn điện áp thời gian dài.

...

...

...

Các giá trị chỉ thị không được cho đối với gián đoạn điện áp chuẩn bị trước, bởi vì chúng được thông báo trước.

C.5  Méo điện áp (xoay chiều và một chiều)

Điện áp bị méo bởi tải sức kéo điện và tải phụ trợ, trạm biến áp chuyển đổi và hệ thống phân phối điện công cộng.

Điều này dẫn đến sóng hài tần số cao và thấp có thể bao gồm, chỉ đối với xoay chiều, lệch (quá độ) vá có nhiều hơn các điểm về không.

C.6  Thử nghiệm

C.6.1  Quy định chung

Các tham số biến đổi điện áp được quy định trong Điều C.1, C.2, C.3 và C.4 (kỹ thuật). Thử nghiệm và các yêu cầu chấp nhận được liệt kê chi tiết dưới đây.

C.6.2  Phương tiện giao thông đường sắt

Các yêu cầu đối với thử nghiệm phương tiện giao thông đường sắt sau khi hoàn thiện kết cấu và trước khi đưa vào vận hành được quy định trong Điều 9 của IEC 61133:2006. Xem thêm các tiêu chuẩn sản phẩm.

...

...

...

Bảng C.1 - Phép đo biến thiên điện áp và gián đoạn điện áp

Thiết bị

Thời điểm

Phương pháp

Phép đo đột xuất

Tại hiện trường, nơi xảy ra trục trặc

Khi xảy ra trục trặc

• Các Điều C.1, C.2, C.3 và C.4 (kỹ thuật) không yêu cầu bất kỳ thử nghiệm điển hình hoặc thử nghiệm thường xuyên cụ thể nào. Tuy nhiên, sau khi đưa vào vận hành, nếu có vấn đề được ghi lại liên quan đến chất lượng điện áp, thì sau đó điện áp nên được theo dõi trong một khoảng thời gian đại diện sau khi đưa vào vận hành hoàn toàn. Các kết quả này nên được phân tích như sau.

• Thay đổi nhanh điện áp và sụt điện áp trên mạch tiếp xúc. Ghi lại các điện áp thấp hơn U_min2 và phân tích dữ liệu để cho ra mức điện áp theo tỷ lệ phần trăm của U_n và khoảng thời gian tính bằng ms.

...

...

...

• Gián đoạn điện áp thời gian ngắn và gián đoạn điện áp thời gian dài

Ghi lại tất cả sự gián đoạn điện áp và ghi lại thời gian của mỗi lần.

Lập bảng gián đoạn điện áp bằng số theo dải thời gian sau:

- < 10s

- 10 s -1 min

- 1 min - 3 min

- >3 min

Lưu tâm đến các lần gián đoạn điện áp vượt quá 3 min nhưng không quan tâm đến các lần mất điện chuẩn bị trước.

...

...

...

[1] IEC 60038, IEC Standard voltages

[2] IEC 60050-811, International Electrotechnical vocabulary (IEV) - Chapter 811: Electric traction

[3] IEC 60913, Railway applications - Fixed installations - Electric traction overhead contact lines

[4] IEC 61992 (all parts), Railway applications - Fixed installations - DC switchgear

[5] IEC 62313, Railway applications - Power supply and rolling stock - Technical criteria for the coordination between power supply (substation) and rolling stock

[6] IEC 62505 (all parts), Railway applications - Fixed installations - Particular requirements for a.c. switchgear

[7] EN 50123 (all parts), Railway applications - Fixed installations - DC switchgear

[8] EN 50124-1, Railway applications - Insulation co-ordination - Part 1: Basic requirements - Clearances and creepage distances for all electrical and electronic equipment

[9] EN 50124-2, Railway applications - Insulation co-ordination - Part 2: Overvoltages and related protection

...

...

...

[11] EN 50160:1999, Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems

[12] EN 50163:2004, Railway applications - Supply voltages of traction systems

[13] EN 50388, Railway applications - Power supply and rolling stock - Technical criteria for the coordination between power supply (substation) and rolling stock to achieve interoperability

[14] UIC 550-OR, Power supply installations for passenger stock

[15] UIC 550-2-OR, Power supply systems for passenger coaches - Type testing

[16] IEEE Std 16, 2004, IEEE standard for Electrical and Electronic Control Apparatus on Rail Vehicles

[17] Technical specification for interoperability, TSI Energy subsystem, for conventional rail and high speed rail in European Union

MỤC LỤC

...

...

...

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Điện áp và tần số của hệ thống sức kéo điện

5  Thử nghiệm

6  Phương pháp thử

Phụ lục A (quy định) - Giá trị lớn nhất của điện áp U theo thời gian (xem Hình A.1)

Phụ lục B (quy định) - Các giá trị thay thế của hệ thống nguồn cấp điện sức kéo

Phụ lục C (tham khảo) - Thay đổi, gián đoạn và méo điện áp

...

...

...

1) Hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia đã có TCVN 11854:2017 tương đương với IEC 61133:2016.