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

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?

¿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.

• OS MX3000 .

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.

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.

fuente de imagen

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.

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.