Pourquoi les freins régénératifs du métro d'Oslo ne peuvent-ils partager de l'énergie avec d'autres trains que s'ils sont «à proximité»?


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J'ai lu sur Wikipedia que le métro d'Oslo dispose d'un freinage par récupération, mais pas de batteries pour stocker l'énergie. Par conséquent, l'énergie ne peut être utilisée que s'il existe un autre train "à proximité" pour utiliser l'énergie.

A quelle distance se trouve "à proximité"?

En raison du goulot d'étranglement du tunnel commun, toutes les lignes ont un intervalle de 15 minutes entre les départs. Cela signifie qu'il y a généralement plusieurs kilomètres entre chaque train, sauf dans les parties du réseau où plusieurs lignes partagent la même voie (comme le tunnel commun et certains autres tronçons).

  • Pourquoi l’énergie ne peut-elle pas être partagée sur plusieurs kilomètres?

  • Est-ce que la résistance dans les fils le long de la piste ne le rend pas la peine?

  • L'énergie ne pourrait-elle pas être réintroduite dans le réseau?


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@ Revetahw Pas vraiment. Les trains ont très peu de résistance au roulement et une grande inertie. Par conséquent, lorsque vous ne ressentez aucune accélération, vous êtes presque certain que le métro roule.
Agent_L

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@Agent_L n'oubliez pas la résistance de l'air. Tous les véhicules ont une vitesse maximale, atteinte uniquement à la vitesse maximale et pouvant être maintenue uniquement à la vitesse maximale. En d'autres termes, l'accélération diminue à mesure que la vitesse augmente, pour atteindre éventuellement zéro, mais pas la consommation d'énergie.
phoog

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@phoog Bien sûr, il y a une résistance à l'air (dans un tunnel beaucoup plus haut que sur la surface). Tout ce que je dis, c'est qu'un train roulant à 50 km / h risque de perdre quelques km / h sur un kilomètre ou deux - et c'est déjà la prochaine gare. Ainsi, le train accélère à pleine puissance jusqu'à atteindre la vitesse désirée, longe la plus grande partie de la distance (moteurs déconnectés, puissance tirée par exemple par des feux) et freine fort à la gare suivante. Les nouveaux modèles avec électronique de puissance ont un contrôle précis de la puissance, mais les anciens ne disposent que de peu de paramètres discrets. Seulement deux, 25% (moteurs en série) et 100% (moteurs parallèles) suffisent.
Agent_L

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@phood Lorsqu'il s'agit de vitesse maximale, les trains sont limités par leurs moteurs série DC. Ils ont la propriété amusante d’obtenir moins de vitesse (mais plus de couple) plus ils sont chargés. Tout va bien, mais finalement la vitesse du moteur est limitée par la résistance du train. Comment vas-tu plus vite? Vous shuntez une partie du stator, diminuez ainsi la puissance, mais augmentez la vitesse maximale. Aussi drôle que cela puisse paraître, s'entraîner à pleine vitesse a moins de puissance disponible que dans les ralentissements. Les composants électriques n'ont rien à voir avec les gaz (c'est vrai pour les simples entraînements à courant continu, les moteurs alternatifs à commutation électronique sont totalement différents).
Agent_L

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@Agent_L Je ne connais pas les règles d'exploitation à Oslo, mais à New York, la manette des gaz reste généralement au maximum, à moins que le train ne freine. Il n'y a pas de roue libre sauf dans des contextes nécessitant une vitesse réduite (commutateurs, courbes, déclassements, signaux restrictifs, etc.). Il est donc très courant de rencontrer des situations dans lesquelles les passagers ne ressentent aucune accélération, voire très peu, alors que les gaz sont au maximum.
phoog

Réponses:


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Est-ce que la résistance dans les fils le long de la piste ne le rend pas la peine?

Ce sera un facteur. L'article indique que chaque ensemble comprend 12 moteurs de 140 kW, soit un total de 1680 kW (1,68 MW) pour chaque train. Le système fonctionne en 750 V CC et utilise exceptionnellement un troisième rail dans certaines sections et des lignes aériennes dans d’autres. À ces niveaux de puissance, des courants de l'ordre de 2000 A seront impliqués, de sorte que la résistance de ligne devient un problème. La résistance de ligne peut également être un facteur dans le fonctionnement et les temps de déclenchement du disjoncteur et impose des contraintes supplémentaires sur la longueur maximale d'une section.

Un autre facteur à retenir est que les centrales (transformateurs / redresseurs / filtres et disjoncteurs) seront réparties le long de la ligne avec des isolateurs sectionnels entre chaque centrale. Dans ce cas, le courant ne peut pas circuler d'une section à l'autre. Je soupçonne que c'est la vraie raison de la contrainte "à proximité".

L'énergie ne pourrait-elle pas être réintroduite dans le réseau?

Cela pourrait être le cas, mais il faudrait que les convertisseurs convertissent le courant continu en courant alternatif, ce qui ne serait pas bon marché à ces niveaux de puissance et le cycle de travail (le temps de régénération impliqué) pourrait ne pas en valoir la peine.


Information additionnelle.

Les accélérations comprises entre 0 et 40 km / h sont limitées à 1,3 mètre par seconde au carré (4,3 ft / s2). Dans cette phase, le train en pleine charge utilise 5,0 kiloampères.

Donc, 5000 A maximum de courant par train. Je ne trouve pas de tableau de résistance pour les rails en acier, je ne peux donc pas estimer la chute de tension par km.


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Selon Wikipadia, il s’agit de 750 V DC.
Samedi

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Il est assez étrange que des batteries de condensateurs / batteries dans les arrêts de métro les plus centraux ne soient pas installées. Le cycle de service serait assez élevé, car les trains sont souvent espacés de 2 à 3 minutes dans les deux sens en heure de pointe.
Stian Yttervik le

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@StianYttervik Cela ne me dérangerait pas non plus d'avoir une banque d'alimentation secteur chez moi. La seule raison pour laquelle je n'en ai pas, c'est que je ne veux pas payer pour cela.
Dmitry Grigoryev le

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@StianYttervik Une électricité bon marché et des exigences de sécurité strictes (rendant coûteux tous les systèmes liés aux transports publics) font leur travail.
Dmitry Grigoryev le

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La production d'électricité en Norvège est à 95% d'origine hydroélectrique. C'est tellement bon marché que la consommation d'électricité est trois fois plus élevée que la moyenne européenne (par exemple, il est moins coûteux de chauffer votre maison avec de l'électricité qu'avec du gaz). Recycler quelques MW ne sera probablement pas une option économiquement judicieuse.
alephzero

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Pour des raisons évidentes, tout réseau ferroviaire est divisé en sections isolées et chacune d’elles est alimentée séparément du réseau moyenne ou haute tension par l’intermédiaire de son propre transformateur, disjoncteur et commutateur.

Deux trains d'une même section peuvent partager le pouvoir directement. Les trains de différentes sections ne peuvent le faire que par la grille. Étant donné que le métro d’Oslo utilise du courant continu et que les redresseurs sont généralement à sens unique, le partage de l’énergie via le réseau n’est pas possible et est donc limité aux trains de la même section.

L'image ci-dessous montre un isolateur de section dans une ligne aérienne de courant alternatif. Les sections sont alimentées par différentes phases du réseau triphasé haute tension pour l'équilibrage de la charge.

Phasentrenner source d'image


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"Les redresseurs sont généralement à sens unique" Pas seulement, toujours, toujours. Quelque chose qui va du courant continu au courant alternatif n’est par définition pas un redresseur mais un onduleur.
Accumulation du

Savez-vous quelle est la taille de ces sections?
Stig Hemmer le

Pouvez-vous élaborer sur les "raisons évidentes"? J'ai des idées, mais elles ne sont pas forcément évidentes pour tout le monde.
pericynthion le

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Chemin de fer électrique gars ici.

Propagation à longue distance

J'ai vu des fils de trolley de 600 V plonger à seulement 200 V à quatre milles de la sous-station sous une charge importante de ~ 300A à partir d'une seule voiture articulée. (Fil 4/0, 107 mm2, rails en retour).

Les troisièmes rails sont beaucoup plus costauds, mais les rames de métro sont beaucoup plus lourdes. Les sabots de troisième rail sont généralement fusionnés à 400 ampères (chaque sabot n'est pas en contact en même temps) avec un maximum de huit wagons. Oslo utilise de grandes voitures articulées composées électriquement de 3 voitures.

Si l'électricité régénérée passe par une sous-station, c'est encore plus désavantageux.

Je veux dire que la rame de métro pourrait pousser sa puissance régénérée de n'importe quelle distance si elle veut ou peut augmenter la tension sans limite. La régulation de moteur à courant continu non régulée peut agir comme une ancienne source à courant constant inductive, augmentant la tension jusqu'à ce que le courant passe. En brûler une bonne partie des pertes de transmission serait bien, c'est de "l'énergie libre". Cependant, il atteint les limites a) des équipements embarqués (non des moindres, la résistance d'isolement des moteurs) et b) du troisième rail . BART avait pour objectif de disposer d'un troisième rail de 1000 volts, mais a constaté que le pire scénario de pluie sur la poussière de freins provoquait des bouffées de chaleur spectaculaires, même dans leur climat tempéré. Ils ont reculé à 900 volts, mais c'est toujours gênant. Oslo est déjà à 750, pas beaucoup de marge.

En réalité, pour se régénérer de manière productive, il faut qu’un train à proximité tire déjà la tension et puisse engloutir ces amplis.

Regen sur la grille

C'est difficile, notamment parce que quelques mégawatts de puissance injectée pendant quelques secondes ne sont pas très utiles au réseau.

En outre, la régénération CC-CA est dure en soi, avec de grands inverseurs en silicium requis dans chaque sous-station.

À l'âge d'or, les convertisseurs rotatifs étaient parfaitement capables de générer une régénération CC-CA efficace (en fait, ils disposaient de circuits pour empêcher une régénération accidentelle, par exemple le réseau local d'une sous-station ayant une baisse de tension, ce qui la faisait retourner par une autre sous-station via le fil de trolley) . Les chemins de fer électriques avaient plus de leur propre distribution de courant alternatif. Et la tension du troisième rail n’était que de 600 V, donc plus de marge. Cependant, les voitures n'en étaient pas capables: les rames de métro étaient très simples à l'époque, avec seulement 7 à 12 fils sur les lignes de contrôle inter-wagons.

Les convertisseurs rotatifs ont été supprimés dès que des redresseurs à arc au mercure sont devenus disponibles, et même ceux-ci avaient disparu au moment des premières voitures à régénération.

Je ne m'attends pas à une résurgence des convertisseurs rotatifs (d'autant plus qu'ils sont simples, ils constituent un facteur de puissance correct dans le réseau local et peuvent être compétitifs car ils sont simples). Il s’agit donc de gros onduleurs complexes. Compte tenu des gains financiers limités générés par la vente d’électricité, seuls des systèmes très avancés (R & D) tels que BART s’intéressent de plus en plus à la régénération du réseau depuis DC.


Merci d'avoir répondu. Qu'est-ce que cela signifie d'être un "gars des chemins de fer électriques"?
Revetahw dit Réintégrer Monica le

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Eh bien, j'ai travaillé sur des câbles de tramway sur une voie ferrée patrimoniale et je suis toujours au courant de ce qui se passe aux chemins de fer électriques aux États-Unis (ce qui, compte tenu du niveau d'activité, n'est pas difficile), y compris en matière de conservation.
Harper - Réintégrer Monica le

"Je ne m'attends pas à une résurgence des convertisseurs rotatifs (plus dommage encore ..." -> étant donné ces avantages possibles, il serait bien de savoir pourquoi vous ne vous attendez pas à une résurgence
hmijail

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@hmijail Parce que l'engin a été perdu. De nos jours, il est déjà assez difficile de trouver un magasin capable de reconstruire avec compétence un grand moteur à courant continu, sans parler de la conception-construction d'un très grand moteur.
Harper - Réintégrer Monica le

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Lorsque vous freinez, votre objectif principal est de vous débarrasser de l’énergie supplémentaire, de sorte que vous ne vous souciez pas vraiment de l’utilisation efficace de celle-ci. Même si les pertes résistives sont proches de 100%, il est préférable d’avoir un frein à récupération que de ne disposer que de freins mécaniques. Il ne s’agit donc certainement pas de la résistance des lignes électriques, mais seulement de ce que le réseau électrique peut gérer.

Pourquoi l’énergie ne peut-elle pas être partagée sur plusieurs kilomètres?

Dans le cas simple des sections isolées, il s'agit d'un compromis entre la longueur d'une ligne où un freinage par récupération est possible et la longueur d'une ligne affectée par une panne électrique. En d’autres termes, si l’ensemble du réseau électrique pouvait être utilisé pour le freinage par récupération, une seule défaillance entraînerait également la panne de tout le réseau.

Des solutions plus complexes sont en effet possibles théoriquement, mais pas économiquement.

L'énergie ne pourrait-elle pas être réintroduite dans le réseau?

L'alimentation dans le réseau avec une consommation d'énergie stable augmentera la tension très rapidement, et les centrales classiques ne seront pas en mesure de modeler leur production suffisamment rapidement pour compenser. Si le réseau local ne peut pas gérer de telles pointes de surtension, il ne sert à rien de construire des onduleurs. Et même si le réseau peut gérer un apport d’énergie supplémentaire, la solution risque de ne pas être viable sur le plan économique.


"Même si les pertes résistives sont proches de 100%, il est préférable d’avoir un frein à récupération que de ne disposer que de freins mécaniques." Du point de vue du freinage, oui, mais du point de vue de l'utilisation de l'énergie, ce n'est pas nécessairement vrai.
Accumulation le

@ Accumulation Pourquoi? Comment le freinage régénératif peut-il être pire en termes d'utilisation d'énergie?
Revetahw dit Réintégrer Monica le

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@Revetahw La revendication initiale était que c'était mieux, donc la négation ne serait pas nécessairement que c'est pire, mais juste que ce n'est pas mieux.
Accumulation le

@ Accumulation je vois.
Revetahw dit Réintégrer Monica le
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