¿Por qué los frenos regenerativos del Metro de Oslo solo pueden compartir energía con otros trenes si están "cerca"?

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Me leer en la Wikipedia que el metro de Oslo dispone de frenado regenerativo, pero no hay baterías para almacenar la energía. Por lo tanto, la energía solo se puede utilizar si hay otro tren "cercano" para utilizar la energía.

¿A qué distancia está "cerca"?

Debido al cuello de botella del túnel común, todas las líneas tienen espacios de 15 minutos entre las salidas. Eso significa que generalmente hay varios kilómetros entre cada tren, excepto en las partes de la red donde varias líneas comparten la misma vía (como el túnel común y algunos otros tramos).

  • ¿Por qué no se puede compartir la energía en esos varios kilómetros?

  • ¿La resistencia en los cables a lo largo de la pista hace que no valga la pena?

  • ¿No podría la energía volver a la red?

Revetahw dice reinstalar a Mónica
fuente
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@Revetahw No realmente. Los trenes tienen muy poca resistencia a la rodadura y mucha inercia, por lo que siempre que no sientas aceleración es casi seguro que el metro está en inercia.
Agent_L
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@Agent_L no olvides la resistencia del aire. Cualquier vehículo tiene una velocidad máxima, que se alcanza solo con el acelerador máximo, y se puede mantener solo con el acelerador máximo. En otras palabras, la aceleración disminuye a medida que aumenta la velocidad, llegando finalmente a cero, pero el consumo de energía no.
phoog
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@phoog Claro, hay resistencia al aire (en un túnel mucho más alto que en la superficie). Todo lo que digo es que un tren que viaja a 50 km / h puede perder solo unos pocos km / h en un kilómetro o dos, y esa es la próxima estación. Por lo tanto, el tren acelera a plena potencia hasta que se alcanza la velocidad deseada, se desplaza por la mayor parte de la distancia (motores desconectados, potencia consumida, por ejemplo, por luces) y frena con fuerza en la siguiente estación. Las existencias más nuevas con electrónica de potencia tienen un control fino sobre la potencia, pero las antiguas tienen solo unas configuraciones discretas. Tan solo dos, 25% (motores en serie) y 100% (motores en paralelo) es suficiente.
Agent_L
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@phood Cuando se trata de la velocidad máxima, los trenes están limitados por sus motores de la serie DC. Tienen la propiedad divertida de obtener menos velocidad (pero más torque) cuanto más se cargan. Todo está bien, pero finalmente la velocidad del motor está limitada por la resistencia del tren. ¿Cómo vas más rápido? Usted deriva parte del estator, por lo tanto disminuye la potencia, pero aumenta la velocidad máxima. Entonces, por divertido que parezca, entrenar a toda velocidad tiene menos potencia disponible que cuando va despacio. . Las eléctricas tienen nada que ver con el acelerador (Eso es cierto para las unidades simples de CC, motores de CA conmutados electrónicamente son cosa completamente diferente.)
Agent_L
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@Agent_L No conozco las reglas de operación en Oslo, pero en Nueva York el acelerador generalmente permanece al máximo a menos que el tren esté frenando. No hay inercia, excepto en contextos que requieren una velocidad reducida (interruptores, curvas, degradaciones, señales restrictivas, etc.). Por lo tanto, es muy común tener situaciones en las que los pasajeros no sienten aceleración, o muy poco, pero el acelerador está al máximo.
phoog

Respuestas:

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¿La resistencia en los cables a lo largo de la pista hace que no valga la pena?

Ese será un factor. El artículo establece que cada conjunto tiene motores de 12 x 140 kW, lo que da un total de 1680 kW (1.68 MW) para cada conjunto de trenes. El sistema es de 750 V CC y, inusualmente, utiliza un tercer riel en algunas secciones y líneas aéreas en otras. A esos niveles de potencia estarán involucradas corrientes del orden de 2000 A, por lo que la resistencia de la línea ciertamente se convierte en un problema. La resistencia de la línea también puede ser un factor en la operación del interruptor automático y los tiempos de disparo y puede imponer restricciones adicionales sobre la longitud máxima de una sección.

Otro factor a recordar es que las estaciones de energía (básicamente transformadores / rectificadores / filtros y disyuntores) se extenderán a lo largo de la línea con aisladores seccionales entre cada estación de energía. En este caso, la corriente no puede fluir de una sección a la siguiente. Sospecho que esta es la verdadera razón de la restricción "cercana".

¿No podría la energía volver a la red?

Podría, pero requeriría inversores para convertir CC en CA y estos no serían baratos en esos niveles de potencia y el ciclo de trabajo (la cantidad de tiempo de regeneración involucrado) puede no hacer que valga la pena.


Información Adicional.

La aceleración en el rango de 0 a 40 kilómetros por hora (0 a 25 mph) está limitada a 1.3 metros por segundo al cuadrado (4.3 pies / s2). En esta fase, el tren completamente cargado utiliza 5.0 kiloamperios.

Entonces, 5000 A de corriente máxima por tren. No puedo encontrar ninguna tabla de resistencia para rieles de acero, así que no puedo proporcionar una estimación de la caída de voltaje por km.

Transistor
fuente
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Según Wikipadia es de 750 V CC.
UweD
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Es bastante extraño que los bancos de condensadores / baterías en las paradas de metro más centrales no estén instalados. Tendría un ciclo de trabajo bastante alto, ya que los trenes a menudo están separados por 2-3 minutos en ambas direcciones en las horas pico.
Stian Yttervik
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@StianYttervik Tampoco me importaría un banco de energía eléctrica en mi casa. La única razón por la que no tengo uno es porque no quiero pagarlo.
Dmitry Grigoryev
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@StianYttervik La electricidad barata y los estrictos requisitos de seguridad (hacen que todos los sistemas relacionados con el transporte público sean caros) hacen su trabajo.
Dmitry Grigoryev
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El 95% de la generación de electricidad de Noruega es hidroeléctrica. Es tan barato que el uso de electricidad es 3 veces mayor que el promedio europeo (por ejemplo, es más barato calentar su casa con electricidad que con gas). Reciclar unos pocos MW probablemente no sea una opción económicamente sensata.
alephzero
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Por razones obvias, cualquier red ferroviaria se divide en secciones aisladas y cada una de ellas se alimenta por separado de la red de media o alta tensión a través de su propio transformador, disyuntor e interruptor.

Dos trenes dentro de la misma sección pueden compartir potencia directamente. Los trenes en diferentes secciones solo pueden hacerlo a través de la cuadrícula. Dado que el Metro de Oslo usa CC y los rectificadores suelen ser unidireccionales, el uso compartido de energía a través de la red no está disponible y, por lo tanto, se limita a los trenes dentro de la misma sección.

La imagen a continuación muestra un aislador de sección en una línea aérea de CA. Las secciones están alimentadas por diferentes fases de la red trifásica de alto voltaje para el equilibrio de carga.

Phasentrenner fuente de imagen

Rainer P.
fuente
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"los rectificadores suelen ser unidireccionales" No solo habitualmente, siempre. Algo que va de CC a CA no es, por definición, un rectificador sino un inversor.
Acumulación
¿Sabes qué tan grandes son estas secciones?
Stig Hemmer
¿Puedes dar más detalles sobre las "razones obvias"? Tengo algunas ideas, pero no son necesariamente obvias para todos.
periciction
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Tipo de ferrocarril eléctrico aquí.

Propagación a larga distancia

He visto que el cable del carro de 600V se sumerge a solo 200V a cuatro millas de la subestación bajo una carga pesada de ~ 300A desde un solo automóvil articulado. (Cable 4/0, 107 mm2, rieles como retorno).

Los terceros rieles son mucho más robustos, pero los trenes subterráneos son mucho más pesados. Por lo general, las zapatas del tercer riel se fusionan a 400 amperios (por zapata, y no todas las zapatas están en contacto a la vez) con hasta 8 autos. Oslo maneja grandes autos articulados que son eléctricamente 3 autos.

Si la electricidad regenerada pasa por una subestación, está aún más en desventaja.

Quiero decir que el tren subterráneo podría impulsar su potencia regenerada a cualquier distancia si está dispuesto o puede aumentar el voltaje sin límite. La regeneración del motor de CC no regulada puede actuar como una vieja fuente inductiva de corriente constante, aumentando el voltaje hasta que fluya la corriente. Quemar gran parte en pérdidas de transmisión estaría bien, es "energía libre". Sin embargo, alcanza los límites de a) equipo a bordo (no menos importante, resistencia de aislamiento en motores) yb) el tercer riel . BART pretendía tener un tercer riel de 1000 voltios, pero descubrió que el peor de los casos de lluvia en el polvo de los frenos causó destellos espectaculares incluso en su clima templado. Retrocedieron a 900 voltios, pero sigue siendo problemático. Oslo ya está en 750, no hay mucho espacio para la cabeza.

Realmente, para regenerarse productivamente, debe haber un tren cerca que ya baje el voltaje y pueda engullir esos amplificadores.

Regen en la cuadrícula

Esto es difícil, sobre todo porque un par de megavatios de potencia inyectada durante unos segundos no es tan útil para la red.

Además, la regeneración DC-AC en sí misma es difícil, con grandes inversores de silicio necesarios en cada subestación.

En la Edad de Oro, los convertidores rotativos eran perfectamente capaces de una regeneración eficiente de CC-CA (de hecho, tenían circuitos para evitar la regeneración accidental, por ejemplo, la red local de una subestación tiene un apagón, lo que hace que se alimente desde otra subestación a través del cable del trole) . Los ferrocarriles eléctricos tenían más de su propia distribución de energía CA. Y el voltaje del tercer riel era de solo 600V, por lo que tenía más espacio libre. Sin embargo, los automóviles no eran capaces de hacerlo: los trenes subterráneos eran muy simples en aquel entonces, con solo 7-12 cables en las líneas de control entre automóviles.

Los convertidores rotativos fueron abolidos tan pronto como los rectificadores de arco de mercurio estuvieron disponibles, e incluso esos desaparecieron en el momento de los primeros autos regenerados.

No espero ningún resurgimiento en los convertidores rotativos (es una pena, ya que son simples, tienen un factor de potencia correcto en la red local y pueden ser competitivos ya que son simples). Por lo tanto, se trata de inversores grandes y complejos. Dada la limitada ganancia financiera de la devolución del poder de venta, solo los sistemas muy avanzados (alta I + D) como BART están sumergiendo sus dedos en la regeneración de la red de DC.

Harper - Restablece a Monica
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Gracias por la respuesta. ¿Qué significa ser un "tipo de ferrocarril eléctrico"?
Revetahw dice reinstalar a Monica
2
Bueno, he trabajado en cables de tranvía en un ferrocarril tradicional, y me mantengo al día con los acontecimientos de los ferrocarriles eléctricos en los EE. UU. (Que, dado el nivel de actividad, no es difícil), incluida la preservación.
Harper - Restablece a Monica
"No espero ningún resurgimiento en los convertidores rotativos (más lástima ..." -> dadas esas posibles ventajas, sería bueno saber por qué no esperas ningún resurgimiento
hmijail
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@hmijail Porque la nave se ha perdido. Ya es bastante difícil encontrar un taller que pueda reconstruir de manera competente un gran motor de CC, y mucho menos diseñar-construir un lote mucho más grande que el motor.
Harper - Restablece a Mónica
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Cuando está frenando, su objetivo principal es deshacerse de la energía extra, por lo que realmente no le importa cuán eficientemente se utilizará. Incluso si las pérdidas resistivas son cercanas al 100%, tener un freno regenerativo es mejor que tener solo frenos mecánicos. Por lo tanto, no se trata de la resistencia de la línea eléctrica, solo de lo que la red eléctrica puede manejar.

¿Por qué no se puede compartir la energía en esos varios kilómetros?

En el caso simple de secciones aisladas, es una compensación entre la longitud de un tramo de línea donde es posible el frenado regenerativo y la longitud de un tramo de línea afectada por una falla eléctrica. Es decir, si toda la red de energía se pudiera utilizar para el frenado regenerativo, una sola falla también provocaría la caída de toda la red.

De hecho, las soluciones más complejas son posibles teóricamente, pero no económicamente.

¿No podría la energía volver a la red?

Alimentar la energía en la red con un consumo de energía estable elevará el voltaje muy rápidamente, y las plantas de energía típicas no podrán moldear su salida lo suficientemente rápido como para compensar. Si la red local no puede manejar tales picos de sobretensión, no tiene sentido construir inversores. E incluso si la red puede manejar energía entrante adicional, la solución puede no ser económicamente viable.

Dmitry Grigoryev
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"Incluso si las pérdidas resistivas son cercanas al 100%, tener un freno regenerativo es mejor que tener solo frenos mecánicos". Desde una perspectiva de frenado, sí, pero desde una perspectiva de utilización de energía, eso no es necesariamente cierto.
Acumulación
@ Acumulación ¿Por qué? ¿Cómo puede ser peor el frenado regenerativo en términos de utilización de energía?
Revetahw dice reinstalar a Mónica el
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@Revetahw La afirmación original era que es mejor, por lo que la negación no sería necesariamente que sea peor, sino que no es mejor.
Acumulación
@Acumulación veo.
Revetahw dice reinstalar a Mónica el