Perché i freni rigenerativi della metropolitana di Oslo possono condividere l'energia con altri treni solo se sono "vicini"?


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Ho letto su Wikipedia che la metropolitana di Oslo ha una frenata rigenerativa, ma nessuna batteria per immagazzinare energia. Pertanto, l'energia può essere utilizzata solo se esiste un altro treno "nelle vicinanze" per utilizzare l'energia.

Quanto dista "nelle vicinanze"?

A causa del collo di bottiglia del tunnel comune, tutte le linee hanno intervalli di 15 minuti tra le partenze. Ciò significa che di solito ci sono diversi chilometri tra ciascun treno, tranne per le parti della rete in cui più linee condividono lo stesso binario (come il tunnel comune e alcuni altri tratti).

  • Perché l'energia non può essere condivisa su quei diversi chilometri?

  • La resistenza nei fili lungo il binario non ne vale la pena?

  • Non è possibile invece reinserire l'energia nella rete?


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@Revetahw Non proprio. I treni hanno pochissima resistenza al rotolamento e molta inerzia, quindi ogni volta che non senti l'accelerazione è quasi certo che la metropolitana costeggi.
Agent_L

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@Agent_L non dimenticare la resistenza dell'aria. Ogni veicolo ha una velocità massima, che viene raggiunta solo alla massima velocità, e può essere mantenuta solo alla massima velocità. In altre parole, l'accelerazione diminuisce all'aumentare della velocità, raggiungendo infine lo zero, ma non il consumo di energia.
phoog

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@phoog Certo, c'è resistenza all'aria (in un tunnel molto più alto che in superficie). Sto solo dicendo che un treno che viaggia a 50 km / h può perdere solo pochi km / h in un chilometro o due - e questa è già la prossima stazione. Quindi, il treno accelera a piena potenza fino a raggiungere la velocità desiderata, costeggia per la maggior parte della distanza (motori scollegati, potenza assorbita ad esempio dalle luci) e frena forte alla stazione successiva. Le scorte più recenti con l'elettronica di potenza hanno un ottimo controllo della potenza, ma quelle vecchie hanno solo poche impostazioni discrete. Sono sufficienti solo due, il 25% (motori in serie) e il 100% (motori paralleli).
Agent_L

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@phood Per quanto riguarda la velocità massima, i treni sono limitati dai motori della serie DC. Hanno la proprietà divertente di ottenere meno velocità (ma più coppia) più vengono caricati. Va tutto bene, ma alla fine la velocità del motore è limitata dalla resistenza del treno. Come vai più veloce? Si shunt parte dello statore, quindi si riduce la potenza, ma aumenta la velocità massima. Quindi, per quanto possa sembrare divertente, allenarsi a tutta velocità ha meno energia disponibile rispetto a quando si va lenti. I componenti elettrici non hanno nulla a che fare con l'acceleratore (questo è vero per i semplici convertitori DC, i motori AC commutati elettronicamente sono completamente diversi).
Agent_L

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@Agent_L Non conosco le regole di funzionamento a Oslo, ma a New York l'acceleratore rimane generalmente al massimo a meno che il treno non stia frenando. Non ci sono coste tranne in contesti che richiedono velocità ridotta (interruttori, curve, downgrade, segnali restrittivi, ecc.). Quindi è molto comune avere situazioni in cui i passeggeri non avvertono accelerazione o molto poco, ma l'acceleratore è al massimo.
phoog

Risposte:


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La resistenza nei fili lungo il binario non ne vale la pena?

Questo sarà un fattore. L'articolo afferma che ogni set ha 12 motori da 140 kW per un totale di 1680 kW (1,68 MW) per ogni treno. Il sistema è a 750 V CC e, insolitamente, utilizza la terza rotaia in alcune sezioni e le linee aeree in altre. A quei livelli di potenza saranno coinvolte le correnti dell'ordine del 2000 A, quindi la resistenza di linea diventa certamente un problema. La resistenza di linea può anche essere un fattore nel funzionamento dell'interruttore e nei tempi di intervento e porre ulteriori vincoli sulla lunghezza massima di una sezione.

Un altro fattore da ricordare è che le centrali elettriche (sostanzialmente trasformatori / raddrizzatori / filtri e interruttori automatici) saranno sparse lungo la linea con isolatori sezionali tra ciascuna centrale elettrica. In questo caso la corrente non può fluire da una sezione alla successiva. Sospetto che questa sia la vera ragione del vincolo "vicino".

Non è possibile invece reinserire l'energia nella rete?

Potrebbe, ma richiederebbe che gli inverter convertano CC in CA e questi non sarebbero economici a quei livelli di potenza e il ciclo di lavoro (la quantità di tempo di rigenerazione coinvolta) potrebbe non renderli utili.


Informazioni aggiuntive.

L'accelerazione nell'intervallo da 0 a 40 chilometri all'ora (da 0 a 25 mph) è limitata a 1,3 metri al secondo quadrato (4,3 piedi / s2). In questa fase, il treno a pieno carico utilizza 5,0 chiloampere.

Quindi, 5000 A di corrente massima per treno. Non riesco a trovare alcuna tabella di resistenza per binari in acciaio, quindi non posso fornire una stima della caduta di tensione per km.


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Secondo Wikipadia è 750 V DC.
UweD,

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È abbastanza strano che non siano installati banchi di condensatori / batterie nelle fermate più centrali della metropolitana. Avrebbe un ciclo di lavoro piuttosto elevato, poiché i treni sono spesso a 2-3 minuti di distanza in entrambe le direzioni nelle ore di punta.
Stian Yttervik

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@StianYttervik Anche a me non dispiacerebbe una banca di alimentazione principale a casa mia. L'unico motivo per cui non ne ho uno è che non voglio pagarlo.
Dmitry Grigoryev il

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@StianYttervik Elettricità economica e severi requisiti di sicurezza (che rendono costosi tutti i sistemi relativi ai trasporti pubblici) fanno il loro lavoro.
Dmitry Grigoryev il

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Il 95% della produzione elettrica norvegese è idroelettrica. È così economico che il consumo di elettricità è 3 volte superiore alla media europea (ad esempio, è più economico riscaldare la casa con l'elettricità che con il gas). Il riciclaggio di alcuni MW non è probabilmente un'opzione economicamente ragionevole.
alephzero,

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Per ovvie ragioni, qualsiasi rete ferroviaria è divisa in sezioni isolate e ognuna di queste è alimentata separatamente dalla rete di media o alta tensione attraverso il proprio trasformatore, interruttore e interruttore.

Due treni all'interno della stessa sezione possono condividere direttamente l'energia. I treni in diverse sezioni possono farlo solo attraverso la griglia. Poiché la metropolitana di Oslo utilizza DC e i raddrizzatori sono generalmente a senso unico, la condivisione della potenza attraverso la rete non è disponibile e quindi limitata ai treni all'interno della stessa sezione.

L'immagine seguente mostra un isolatore di sezione in una linea aerea AC. Le sezioni sono alimentate da diverse fasi della rete trifase ad alta tensione per il bilanciamento del carico.

Phasentrenner fonte dell'immagine


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"i raddrizzatori sono di solito a senso unico" Non solo di solito, sempre. Qualcosa che va da CC ad CA non è per definizione un raddrizzatore ma un inverter.
Accumulazione il

Sai quanto sono grandi queste sezioni?
Stig Hemmer,

Puoi approfondire le "ovvie ragioni"? Ho alcune idee, ma non sono necessariamente ovvie per tutti.
pericynthion,

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Ragazzo delle ferrovie elettriche qui.

Propagazione a lunga distanza

Ho visto il filo del carrello da 600 V immergersi a soli 200 V quattro miglia dalla sottostazione sotto un carico pesante di ~ 300 A da una singola auto articolata. (Filo 4/0, 107 mm2, rotaie come ritorno).

Le terze rotaie sono molto più robuste, ma i treni della metropolitana sono molto più pesanti. In genere le scarpe della terza rotaia sono fuse a 400 amp (per scarpa, e non tutte le scarpe sono in contatto contemporaneamente) con un massimo di 8 auto. Oslo gestisce grandi macchine articolate che sono elettricamente 3 macchine.

Se l'elettricità rigenerata passa attraverso una sottostazione, è ancora più svantaggiata.

Voglio dire, il treno della metropolitana potrebbe spingere la sua energia rigenerata a qualsiasi distanza se è disposto o in grado di aumentare la tensione senza limiti. Non regolato, il rigenerazione del motore CC può agire come una vecchia sorgente di corrente costante induttiva, aumentando la tensione fino a quando la corrente scorre. Bruciare gran parte di esso nelle perdite di trasmissione andrebbe bene, è "energia libera". Tuttavia colpisce i limiti di a) equipaggiamento di bordo (non ultimo, resistenza di isolamento nei motori) eb) terza rotaia . BART mirava ad avere una terza rotaia da 1000 volt, ma ha scoperto che lo scenario peggiore di pioggia sulla polvere dei freni ha causato spettacolari flash-over anche nel loro clima temperato. Hanno arretrato a 900 volt ma è ancora problematico. Oslo è già a 750, non molto headroom.

Davvero, per rigenerarsi in modo produttivo, ci deve essere un treno vicino che sta già abbassando la tensione e in grado di divorare quegli amplificatori.

Rigenera sulla griglia

Questo è difficile, anche perché un paio di megawatt di potenza iniettata per alcuni secondi non è poi così utile alla griglia.

Inoltre, la rigenerazione CC-CA stessa è dura, con grandi inverter di silicio richiesti in ogni sottostazione.

Nell'età dell'oro, i convertitori rotanti erano perfettamente in grado di rigenerare DC-AC efficiente (in realtà, avevano circuiti per prevenire la rigenerazione accidentale, ad esempio la griglia locale di una sottostazione con un brownout, causando il backfed da un'altra sottostazione tramite il filo del carrello) . Le ferrovie elettriche avevano più della propria distribuzione di corrente alternata. E la tensione della terza rotaia era solo di 600 V, quindi più spazio per la testa. Tuttavia, le auto non erano in grado di farlo: i treni della metropolitana erano molto semplici all'epoca, con solo 7-12 fili sulle linee di controllo inter-auto.

I convertitori rotanti furono aboliti non appena furono disponibili i raddrizzatori ad arco di mercurio, e anche quelli furono eliminati al tempo delle prime auto rigenerate.

Non mi aspetto alcuna rinascita nei convertitori rotanti (più è un peccato, dal momento che sono semplici da cani, in realtà sono corretti i fattori di potenza nella rete locale e possono essere competitivi poiché sono semplici). Quindi si tratta di inverter complessi e di grandi dimensioni. Dato il limitato guadagno finanziario derivante dalla vendita di energia elettrica, solo i sistemi molto avanzati (alta R&S) come BART stanno immergendo le dita dei piedi nella rigenerazione della rete da DC.


Grazie per la risposta. Cosa significa essere un "ragazzo delle ferrovie elettriche"?
Revetahw dice di reintegrare Monica il

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Bene, ho lavorato sul filo del carrello in una ferrovia del patrimonio e mi tengo aggiornato sugli avvenimenti delle ferrovie elettriche negli Stati Uniti (che, dato il livello di attività, non è difficile) anche per la conservazione.
Harper - Ripristina Monica il

"Non mi aspetto alcuna rinascita nei convertitori rotanti (più è un peccato ..." -> dati questi possibili vantaggi, sarebbe bello sapere perché non ti aspetti alcuna rinascita
hmijail

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@hmijail Perché l'imbarcazione è andata persa. In questi giorni è abbastanza difficile trovare un negozio in grado di ricostruire in modo competente un grande motore a corrente continua, per non parlare del design-costruire un motore molto più grande.
Harper - Ripristina Monica il

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Quando stai frenando, il tuo obiettivo principale è quello di sbarazzarti dell'energia extra, quindi non ti interessa davvero quanto sarà usato in modo efficiente. Anche se le perdite resistive sono vicine al 100%, avere un freno rigenerativo è meglio che avere solo freni meccanici. Quindi non si tratta certo della resistenza della linea di alimentazione, ma solo di ciò che può gestire la rete elettrica.

Perché l'energia non può essere condivisa su quei diversi chilometri?

Nel caso semplice di sezioni isolate, è un compromesso tra la lunghezza di un tratto di linea in cui è possibile la frenata rigenerativa e la lunghezza di un tratto di linea influenzata da un guasto elettrico. Ad esempio, se l'intera rete di alimentazione potesse essere utilizzata per la frenata a recupero di energia, un singolo guasto porterebbe anche alla caduta dell'intera rete.

In teoria sono possibili soluzioni più complesse, ma non economicamente.

Non è possibile invece reinserire l'energia nella rete?

Alimentare l'energia nella rete con un consumo di energia stabile aumenterà la tensione molto rapidamente e le centrali elettriche tipiche non saranno in grado di modellare la loro produzione abbastanza velocemente da compensare. Se la rete locale non è in grado di gestire tali picchi di sovratensione, non ha senso costruire inverter. E anche se la rete è in grado di gestire ulteriore energia in entrata, la soluzione potrebbe non essere economicamente valida.


"Anche se le perdite resistive sono vicine al 100%, avere un freno rigenerativo è meglio che avere solo freni meccanici." Dal punto di vista della frenata, sì, ma dal punto di vista dell'utilizzo dell'energia, ciò non è necessariamente vero.
Accumulazione il

@Acccumulation Why? In che modo la frenata rigenerativa può essere peggiore in termini di utilizzo di energia?
Revetahw dice di reintegrare Monica il

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@Revetahw L'affermazione originale era che era meglio, quindi la negazione non sarebbe necessariamente che è peggio, ma solo che non è migliore.
Accumulazione

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