Por que os freios regenerativos do metrô de Oslo somente compartilham energia com outros trens se eles estão “próximos”?

I ler na Wikipedia que o Metro Oslo tem travagem regenerativa, mas sem baterias para armazenar a energia. Portanto, a energia só pode ser utilizada se houver outro trem "próximo" para utilizar a energia.

Qual é a distância "nas proximidades"?

Devido ao gargalo do túnel comum, todas as linhas têm intervalos de 15 minutos entre as partidas. Isso significa que normalmente há vários quilômetros entre cada trem, exceto nas partes da rede em que várias linhas compartilham a mesma via (como o túnel comum e outros trechos).

• Por que a energia não pode ser compartilhada nesses vários quilômetros?

• A resistência nos fios ao longo da pista não está valendo a pena?

• A energia não poderia ser devolvida à rede?

A resistência nos fios ao longo da pista não está valendo a pena?

Esse será um fator. O artigo afirma que cada conjunto possui motores de 12 x 140 kW, totalizando 1680 kW (1,68 MW) para cada conjunto de trens. O sistema é de 750 V DC e, extraordinariamente, usa o terceiro trilho em algumas seções e as linhas aéreas em outras. Nesses níveis de energia, correntes da ordem de 2000 A estarão envolvidas, de modo que a resistência da linha certamente se torna um problema. A resistência da linha também pode ser um fator na operação do disjuntor e nos tempos de disparo e impõe restrições adicionais ao comprimento máximo de uma seção.

Outro fator a ser lembrado é que as centrais elétricas (basicamente transformadores / retificadores / filtros e disjuntores) se espalharão ao longo da linha com isoladores seccionais entre cada central elétrica. Nesse caso, a corrente não pode fluir de uma seção para a próxima. Suspeito que essa seja a verdadeira razão da restrição "próxima".

A energia não poderia ser devolvida à rede?

Poderia, mas seria necessário que os inversores convertessem CC em CA e isso não seria barato nesses níveis de potência, e o ciclo de trabalho (a quantidade de tempo de regeneração envolvido) pode não fazer com que valham a pena.

Informação adicional.

• OS MX3000 .

A aceleração no intervalo de 0 a 40 quilômetros por hora (0 a 25 mph) é limitada a 1,3 metros por segundo ao quadrado (4,3 pés / s2). Nesta fase, o trem totalmente carregado usa 5,0 kiloampere.

Então, 5000 A de corrente máxima por trem. Não encontro tabelas de resistência para trilhos de aço, portanto não posso fornecer uma estimativa da queda de tensão por km.

Por razões óbvias, qualquer rede ferroviária é dividida em seções isoladas e cada uma delas é alimentada separadamente da rede de média ou alta tensão por meio de seu próprio transformador, disjuntor e chave.

Dois trens na mesma seção podem compartilhar energia diretamente. Os trens em diferentes seções só podem fazê-lo através da grade. Como o metrô de Oslo usa corrente contínua e os retificadores geralmente são unidirecionais, o compartilhamento de energia através da rede não está disponível e, portanto, limitado a trens na mesma seção.

A imagem abaixo mostra um isolador de seção em uma linha aérea CA. As seções são alimentadas por diferentes fases da grade trifásica de alta tensão para balanceamento de carga.

fonte da imagem

Tipo ferroviário elétrico aqui.

Propagação a longa distância

Eu vi o fio do carrinho de 600V descer para apenas 200V a quatro milhas da subestação sob uma carga pesada de ~ 300A de um único carro articulado. (Fio 4/0, 107 mm2, trilhos como retorno).

Os terceiros trilhos são muito mais robustos, mas os trens do metrô são muito mais pesados. Normalmente, os terceiros calçados ferroviários são fundidos a 400 amperes (por sapato, e nem todos os sapatos estão em contato ao mesmo tempo) com até 8 carros. Oslo opera grandes carros articulados que são eletricamente 3 carros.

Se a eletricidade regenerada passa por uma subestação, fica ainda mais em desvantagem.

Quero dizer, o trem do metrô pode empurrar sua energia regenerada a qualquer distância, se estiver disposto ou puder aumentar a tensão sem limite. Não regulado, a regeneração do motor DC pode atuar como uma fonte de corrente constante indutiva antiga, aumentando a tensão até que a corrente flua. Queimar grande parte das perdas de transmissão seria bom, é "energia livre". No entanto, atinge os limites de a) equipamento de bordo (pelo menos, força de isolamento nos motores) eb) do terceiro trilho . O BART pretendia ter um terceiro trilho de 1000 volts, mas descobriu que o pior cenário de chuva no pó de freio causava flash-overs espetaculares, mesmo em seu clima temperado. Eles recuaram para 900 volts, mas ainda é problemático. Oslo já está em 750, não há muito espaço.

Realmente, para se regenerar produtivamente, é necessário que haja um trem por perto já diminuindo a tensão e capaz de engolir esses amplificadores.

Regenere na grade

Isso é difícil, até porque alguns megawatts de energia injetados por alguns segundos não são tão úteis para a rede.

Além disso, a regeneração DC-AC em si é difícil, com grandes inversores de silício necessários em todas as subestações.

Na Era de Ouro, os conversores rotativos eram perfeitamente capazes de uma regeneração DC-CA eficiente (na verdade, eles tinham circuitos para impedir a regeneração acidental, por exemplo, a rede local de uma subestação com uma queda de energia, fazendo com que fosse transportado de outra subestação através do fio do carrinho) . As ferrovias elétricas tinham mais distribuição de energia CA própria. E a tensão do terceiro trilho era de apenas 600V, portanto, havia mais espaço. No entanto, os carros não eram capazes disso: os trens do metrô eram muito simples naquela época, com apenas 7 a 12 fios nas linhas de controle entre carros.

Os conversores rotativos foram abolidos assim que os retificadores de arco de mercúrio se tornaram disponíveis, e até mesmo aqueles desapareceram na época dos primeiros carros regenerados.

Eu não espero nenhum ressurgimento de conversores rotativos (mais é uma pena, pois eles são simples para cães, na verdade , corrigem o fator de potência na rede local e podem ser competitivos por serem simples). Portanto, tudo se resume a inversores grandes e complexos. Dado o ganho financeiro limitado com a venda de energia, apenas sistemas muito avançados (alta P&D) como o BART estão mergulhando na recuperação da rede a partir da DC.

Quando você está freando, seu objetivo principal é se livrar da energia extra, para que você não se importe com a eficiência com que será usada. Mesmo que as perdas resistivas sejam próximas de 100%, ter freio regenerativo é melhor do que ter somente freios mecânicos. Portanto, certamente não se trata de resistência da linha de energia, apenas sobre o que a rede elétrica pode suportar.

Por que a energia não pode ser compartilhada nesses vários quilômetros?

No caso simples de seções isoladas, é uma troca entre o comprimento de um trecho de linha em que a frenagem regenerativa é possível e o comprimento de um trecho de linha afetado por uma falha elétrica. Ou seja, se toda a rede elétrica pudesse ser usada para frenagem regenerativa, uma única falha também derrubaria toda a rede.

Soluções mais complexas são realmente possíveis teoricamente, mas não economicamente.

A energia não poderia ser devolvida à rede?

Alimentar a energia da rede com consumo estável de energia aumentará a tensão muito rapidamente, e as usinas de energia típicas não conseguirão moldar sua produção com rapidez suficiente para compensar. Se a rede local não puder lidar com tais picos de sobretensão, não há sentido em construir inversores. E mesmo que a rede possa lidar com energia extra recebida, a solução pode não ser economicamente viável.