Elektryfikacja kolei New York, New Haven i Hartford Railroad - Electrification of the New York, New Haven, and Hartford Railroad
New York, New Haven i Hartford Railroad pionierem elektryfikacji głównych linii kolejowych za pomocą wysokiego napięcia prądu przemiennego jednofazowe napowietrznej sieci trakcyjnej . W 1907 r. zelektryfikował swoją główną linię między Stamford w stanie Connecticut i Woodlawn w stanie Nowy Jork , a w 1914 r. rozszerzył elektryfikację na New Haven w stanie Connecticut. czas budowy. Znaczenie tej elektryfikacji zostało uznane w 1982 r. przez jej oznaczenie jako National Historic Landmark Engineering przez Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechanicznych (ASME) .
Eksperymenty wstępne
New Haven przeprowadziło kilka eksperymentów z elektryfikacją niskonapięciową prądem stałym w dekadzie poprzedzającej elektryfikację napowietrznych linii głównych. Należą do nich:
- 1895 elektryfikacja 6,8 mil (11 km) linii między Nantasket Junction i Pemberton w stanie Massachusetts przy użyciu napowietrznego miedzianego przewodu jezdnego przy napięciu 600-700 V DC.
- Linia ta została przedłużona o dodatkowe 3,4 mil (5,5 km) do East Weymouth około 1896 roku.
- Elektryfikacja trzeciej szyny między Hartford , New Britain i Berlin , w sumie 12 mil (20 km) w 1896 roku. Ten system trzeciej szyny był wyjątkowy; składał się z szyny o przekroju odwróconej litery V ( kątowej ), zamontowanej na poprzeczkach pomiędzy szynami jezdnymi i był całkowicie odsłonięty.
Trzeci system kolei spowodował, co nie jest zaskoczeniem, wiele wypadków. Zaowocowało to również dekretem Sądu Najwyższego Connecticut z 13 czerwca 1906 r. zakazującym korzystania z elektryfikacji trzeciej linii w obrębie stanu. New Haven zostało zmuszone tą decyzją do zaprojektowania systemu elektryfikacji głównej linii z wykorzystaniem sieci trakcyjnej.
W początkowym projekcie uwzględniono kilka różnych kombinacji systemów napięcia i częstotliwości. Ze względu na stosunkowo duże odległości, przesył przy wysokich napięciach przy użyciu prądu przemiennego uznano za nieunikniony. Rozważano architekturę podobną do komercyjnych mediów prądu stałego i kolei miejskich wykorzystujących linie przesyłowe wysokiego napięcia, przekształtniki obrotowe i napowietrzną sieć trakcyjną prądu stałego. Badania z tamtych czasów zakładały, że wydajność elektryczna tej architektury wynosi tylko 75 procent.
Najwyższe napięcie, dla którego można było w tym czasie niezawodnie zaprojektować generatory, wynosiło około 22 kV. Rozważano projekt pośredni z wykorzystaniem linii przesyłowych 22 kV, podstacji w celu obniżenia napięcia sieci trakcyjnej do 3–6 kV oraz transformatorów w silnikach do 560 V wymaganych przez silniki trakcyjne. Kolej zdała sobie sprawę, że może zaoszczędzić znaczne koszty kapitałowe, jeśli pominięta zostanie pośrednia zamiana, a lokomotywy otrzymają napięcie sieciowe o wartości około 11 kV.
Oryginalna architektura z bezpośrednim zasilaniem z 1907 r.
Elektryfikacja New Haven była pierwszą tego rodzaju; żadna poprzednia kolej nie miała praktycznego doświadczenia w obsłudze systemu dystrybucji wysokiego napięcia nad koleją parową. Wiele ostatecznych specyfikacji systemu było wynikiem świadomych decyzji projektowych opartych na stanie technologii elektrycznej w 1907 roku.
Propozycje otrzymano od General Electric (GE) i Westinghouse . Obie firmy przedstawiły różne schematy AC i DC, chociaż GE opowiadało się za elektryfikacją DC. Ale New Haven wybrał jednofazowy prąd przemienny o napięciu 11 kV, 25 Hz. zgodnie z propozycją Westinghouse, który od 1895 roku zajmował się badaniami nad elektryfikacją kolei AC i we współpracy z firmą Baldwin dostarczał lokomotywy Baldwin-Westinghouse . Później GE dostarczyło także niektóre lokomotywy.
Napięcie
Projektanci uwzględnili kilka napięć dla segmentu przesyłowego systemu, w tym 3-6 kV, 11 kV i 22 kV. Ostatecznie systemy transmisji i sieci trakcyjnej zostały połączone w system beztransformatorowy, który wykorzystywał to samo napięcie z wyjścia generatora przez sieć trakcyjną do pantografu lokomotywy. Ponieważ 11 kV było najwyższym napięciem, jakie można było uzyskać bezpośrednio z wyjścia generatorów z 1907 r., jako napięcie przesyłowe i sieciowe systemu wybrano 11 kV.
Częstotliwość
New Haven rozważało zastosowanie w elektryfikacji dwóch różnych częstotliwości roboczych: 15 Hz i 25 Hz. Chociaż 15 Hz było pożądane z punktu widzenia inżynierii, ponieważ umożliwiłoby to zmniejszenie rozmiaru silnika, niższe straty indukcyjne i wyższy współczynnik mocy silnika, wybór tej częstotliwości był postrzegany przez kolej jako „przerwa w rozstawie”, co ogranicza komercyjne perspektywy ich systemu. 25 Hz już w 1907 r. stało się standardem komercyjnym, a kolej eksploatowała już wiele elektrowni tramwajowych na 25 Hz i wyposażyła wiele swoich sklepów w silniki 25 Hz; w ten sposób kolej wybrała standard 25 Hz.
Łańcuchowy
New Haven nie miało precedensu do naśladowania przy projektowaniu systemu sieci trakcyjnej. Napowietrzna sieć trakcyjna była wcześniej domeną drezyn, z wyjątkiem kilku kolei trójfazowych w Europie. Nie było wcześniejszego doświadczenia w eksploatacji kolei dużych prędkości z napowietrznym systemem jezdnym. Sieć trakcyjna zaprojektowana przez New Haven była unikalnym, stosunkowo sztywnym trójkątnym przekrojem poprzecznym.
Trójkątny przekrój sieci jezdnej zastosowany w pierwotnej elektryfikacji został powtórzony tylko przez jedną inną kolej. Londyn, Brighton and South Coast Railway stosować podobną trójkątnej sieci trakcyjnej od 1909 aż do 1929 roku w New Haven w 1914 rozszerzeń zrezygnować z trójkątnej konstrukcji sieci trakcyjnej.
Rozstaw podpór łańcuchowych ustalono na 300 stóp (91 m). Opierało się to na utrzymaniu odchylenia linii prostej od środka toru w granicach 8,5 cala (220 mm) z promieniem krzywizny wynoszącym 3 stopnie, co było najwęższym łukiem między końcówkami oryginalnego systemu w Woodlawn i Stamford.
Generatory
Generatory w elektrowni Cos Cob zostały zaprojektowane tak, aby dostarczać energię jednofazową bezpośrednio do sieci trakcyjnej. Byli również zobowiązani do dostarczania energii trójfazowej zarówno do samego New Haven do użytku wzdłuż linii, jak i do stacji wytwórczej New York Central (NYC) Port Morris, aby zrekompensować NYC energię zużywaną przez pociągi New Haven na Trzecia linia kolejowa Nowego Jorku dostarczała do Grand Central Terminal . Generatory Cos Cob były maszynami trójfazowymi, ale podłączonymi do jednoczesnego zasilania zarówno trójfazowego, jak i jednofazowego.
Zmieniona architektura autotransformatora z 1914 r.
Chociaż kolej uznała elektryfikację z 1907 r. za bardzo udaną, dwa problemy wymagały ostatecznego przeprojektowania systemu przesyłowego. Pierwszym z nich były zakłócenia elektromagnetyczne w sąsiednich, równoległych przewodach telegraficznych i telefonicznych, spowodowane wysokimi prądami w sieci trakcyjnej.
Po drugie, rozwój geograficzny systemu i ewoluujący stan technologii elektrycznej stworzyły potrzebę wyższych napięć przesyłowych. Linia kolejowa mogła po prostu podnieść napięcie robocze całego systemu, jednak wymagałoby to modernizacji wszystkich izolatorów sieci trakcyjnej, aby wytrzymywały wyższy potencjał, oraz wymiany całego wyposażenia lokomotywy wysokiego napięcia. I chociaż wyższe napięcia przesyłowe stały się powszechne w ciągu siedmiu lat od początkowej elektryfikacji, generatory nadal były ograniczone ekonomicznie do maksymalnego napięcia wyjściowego około 11 kV.
Rozwiązaniem, na które zdecydowała się kolej, po kilku latach badań, był zrównoważony układ autotransformatorowy .
Co ciekawe, kolej zmieniła architekturę systemu przesyłowego w ciągu czterech godzin, chociaż wstępne prace zajęły poprzednie 18 miesięcy. W niedzielę 25 stycznia 1914 r. o godzinie 2 nad ranem linia wyłączyła cały system elektroenergetyczny. Gangi pracowników w całym systemie rekonfigurowały linie przesyłowe w ciągu następnych 70 minut. Rozpoczęto rozruch systemu i do godziny 5:30 pociągi elektryczne przejeżdżały przez nowy, zasilany autotransformatorem system.
Podstacje
Nr podstacji | Nr mostu trakcyjnego | Nazwa | Wybudowany | Współrzędne | Uwagi |
---|---|---|---|---|---|
Linia New Haven | |||||
1114 | Cedrowe Wzgórze | ||||
1104 | Rzeka Młyńska (Przerwa Odcinka) | ||||
1060 | Św. | 41°17′37″N 72°55′50″W / 41,2937 ° N 72,9305° W | |||
962 | Woodmont | ||||
863 | Devon | ||||
814 | Biskup Ave | ||||
736 | Burr Road | ||||
633 | Farmy Greena | ||||
524 | Południowy Norwalk | ||||
465 | Darien | 41°04′38″N 73°28′07″W / 41,0773°N 73,4686°W | |||
374 | Stamford | ||||
296 | Greenwicz | ||||
245 | Port Chester | 41°00′19″N 73°39′21″W / 41,0053°N 73,6559°W | |||
193 | żyto | ||||
126 | Mamaroneck | 40 ° 56′48 "N 73 ° 44′41" W / 40,9467°N 73,7446°W | |||
SS22 | 72 | Nowa Rochelle | 1914 | 40°54′46″N 73°46′57″W / 40,9127°N 73,7826°W | Przeliczone na 60 Hz 1986 |
0 | Woodlawn | ||||
Harlem River i Port Chester Oddział | |||||
ATK 47 | 211H | Amtrak New Rochelle | 1987 | 40°54′25″N 73°47′24″W / 40,9069°N 73,7900°W | |
SS14 | 149H | Baychester/Pelham Bridge | 1914-1987 | ||
SS12 | 139H | Równolegle Westchester/Pelham | 1914-1987 | 40°49′00″N 73°53′36″W / 40,8167°N 73,8933°W | |
ATK 46 | Amtrak Van Nest | 1987 | 40 ° 50′31 "N 73 ° 51′48" W / 40,8420°N 73,8633°W | ||
SS8 | 84H | Węzeł West Farms | 1914-1987. | 40°50′05″N 73°52′46″W / 40,8347°N 73,8794°W | Dostarczane z Sherman Creek ; później z Con Ed Hell Gate GS. Podstacja i przyległa stacja pasażerska zostały zburzone; teren zajmuje skonfiskowana partia. |
SS4 | 58H | Dąb Point | 1914-1987 | 40°48′27″N 73°54′18″W / 40,8075 ° N 73,9049 ° W | |
SS3 | 42H | ulica Bungay | 1914?-1987 | Trójfazowa moc NH dostarczana do portu Morris GS w Nowym Jorku w celu zrekompensowania zużycia NH na liniach NYC DC. | |
SS1 | 2H | Rzeka Harlem | 1914-19?? | ||
New York, Westchester i Boston Railway | |||||
Columbus Ave Mt Vernon | |||||
Białe Równiny | |||||
Nowojorska kolej łącząca | |||||
ATK 45 | C68 | Zatoka Bowery | 1918 | 40°45′51″N 73°54′19″W / 40,7643°N 73,9054°W | |
Oddział Long Island Rail Road Bay Ridge | |||||
55 | Świeży staw | 1927-19?? | |||
2 Wschodni Nowy Jork (FC) | 1927-19?? | Łączy pojedynczą fazę do/z 3 faz PT&T/LIRR 25 Hz. | |||
54 | Wschodni Nowy Jork Swg. | 1927-19?? | |||
53 | Nowe partie Ave | 1927-19?? | |||
52 | Plaża Manhattan | 1927-19?? | |||
51 | 4th Ave Bay Ridge | 1927-19?? |
Linia Bramy Piekieł
System New Haven został rozszerzony przez Hell Gate Bridge do New York Connecting Railroad po zbudowaniu linii. System elektryfikacji był rozszerzeniem zrewidowanej architektury autotransformatorów 11/22 kV w New Haven. Oryginalna elektryfikacja rozciągała się od głównej linii New Haven, przez most Hell Gate, do stoczni Bay Ridge. Linia na południe od Bowery Bay Junction została odelektryzowana w latach 50. XX wieku. Linia między New Rochelle i Harold Interlocking została przeniesiona do Amtrak w 1976 roku po rozwiązaniu Penn Central . System elektryfikacji był nadal kontrolowany jako część dawnego systemu New Haven do czasu konwersji w 1987 r. na działanie 60 Hz.
Kiedy główna linia New Haven została przebudowana przez Metro-North na działanie 60 Hz, linia Amtrak Hell Gate również została przebudowana, ale jako izolowany system zasilany z podstacji Van Nest. Sterowanie systemem sieciowym przeniesiono z Cos Cob do Load Dispatcher w New York Penn Station . Chociaż konwersja nastąpiła po elektryfikacji epoki PRR , numery podstacji Amtrak 45-47 zostały przypisane w celu zachowania spójności z resztą schematu numeracji PRR.
Zobacz też
- System zasilania trakcyjnego Amtrak 25 Hz zbudowany przez PRR około dwie dekady po New Haven
- System zasilania trakcyjnego Amtrak 60 Hz System Amtrak na wschód od New Haven.
- Lokomotywy elektryczne Baldwin-Westinghouse
- Metro-North Railroad odziedziczył system w 1983 roku po firmie Conrail, która z kolei otrzymała go w 1976 roku od zbankrutowanego Penn Central.
- Elektryfikacja kolei w Stanach Zjednoczonych
- System zasilania trakcyjnego SEPTA 25 Hz Kolejna elektryfikacja z lat 30. XX wieku
Przypisy
Bibliografia
Uporządkowane według daty publikacji.
Wczesne eksperymenty z trakcją elektryczną
- Heft, NH (czerwiec 1897). „Elektryczne kolejnictwo w systemie New York, New Haven i Hartford” . Dziennik kolei ulicznej . 13 (6): 329–339 . Źródło 13 lipca 2011 .
- Burch, Edward P. (1911). Trakcja elektryczna dla pociągów kolejowych . Nowy Jork: McGraw-Hill Book Company. P. 27 . Źródło 13 lipca 2011 .
Elektryfikacja 1907
- Lamme, BG (marzec 1906). „Układy elektryczne prądu przemiennego do obsługi kolei ciężkich” . Wiek kolei . 41 : 583–590 . Źródło 15 lutego 2011 .
- McHenry, EH (sierpień 1907). „Elektryfikacja Nowego Jorku, New Haven i Hartford” . Gazeta Kolejowa . 43 :177-184 . Źródło 15 grudnia 2011 .. Omówiono decyzje podjęte w procesie projektowania, budowa sieci trakcyjnej.
1914 Modernizacja autotransformatora
- „New York, New Haven & Hartford Railroad Electrification”, publikacja specjalna Westinghouse Electric & Manufacturing Company 1698 , czerwiec 1914. Dwa rysunki są dostępne tutaj .
- Artur, W. (1914). „New Haven udoskonala sposób działania elektrycznego” . Gazeta Wieku Kolejowego . 56 : 988-989 . Źródło 15 lutego 2011 .
- „Redukcja zakłóceń indukcyjnych z linii energetycznych New Haven Railroad” . Dziennik Kolei Elektrycznych . 43 (18): 960-966. 2 maja 1914 . Źródło 15 lutego 2011 .
- „Minimalizowanie indukcji z kolei jednofazowej” . Świat elektryczny . 63 (18): 984-986. 2 maja 1914 . Źródło 7 kwietnia 2011 .
- Austin, Edwin (1915). Koleje elektryczne jednofazowe . Nowy Jork: D. Van Nostrand. s. 252 -269 . Pobrano 16 lutego 2011 .
- „Władza nabyta dla New Haven” . Dziennik Kolei Elektrycznych . 46 (25): 1200–1204. 18 grudnia 1915 . Źródło 14 grudnia 2011 .
- "Zasilanie ciężkiego obciążenia jednofazowego z jednostek trójfazowych" . Świat elektryczny . 66 (24): 1300–1302. 1915 . Źródło 14 lutego 2011 .. Skoncentrowano się przede wszystkim na szczegółach turbiny w Sherman Creek Generating Station.
- „Podstacja West Farms linii kolejowej New Haven” . Świat elektryczny . 66 (24): 1365-1367. 1915 . Źródło 14 lutego 2011 .. Zawiera schemat generatora, transformatora i układu połączeń.
- Torchio, P. (1916). „Dostawa odbiorników jednofazowych ze stacji centralnych”. Transakcje Amerykańskiego Instytutu Inżynierów Elektryków . 35 (2): 1293–1313. doi : 10.1109/T-AIEE.1916.4765431 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51632492 . Omówienie podstacji New Haven w West Farms zasilanej z komercyjnych elektrowni.
Późniejsze artykuły
- Morton, RB (październik 1928). „Układy podajników i urządzeń dla zelektryfikowanych kolei”. Transakcje Amerykańskiego Instytutu Inżynierów Elektryków . 47 (4): 1297–1301. doi : 10.1109/T-AIEE.1928.5055139 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51646729 .Omówiono zarówno oryginalne, jak i zabytkowe systemy elektryfikacji PRR z lat 30. XX wieku wraz z systemem NY Connecting RR.
- Savchak, MW (kwiecień 1990). Wymiana sieci trakcyjnej New Haven . Dokumenty techniczne przedstawione na Wspólnej Konferencji Kolejowej ASME/IEEE w 1990 roku. s. 91-94. doi : 10.1109/RRCON.1990.171665 . Omówiono niektóre szczegóły dotyczące unikalnego projektu sieci trakcyjnej New Haven i ograniczeń związanych z jej wymianą, spowodowanych rozstawem mostów w sieciach trakcyjnych.
- Friedlander, Gordon D. (lipiec 1968). „Elektryfikacja kolei: przeszłość, teraźniejszość i przyszłość Historia systemów w Stanach Zjednoczonych”. Widmo IEEE . 5 (7): 50–65. doi : 10.1109/MSPEC.1968.5214536 . ISSN 0018-9235 . S2CID 51635585 .
- „Prąd naprzemienny elektryfikacji New York, New Haven & Hartford Railroad 1907 - National Historic Landmark Engineering” (PDF) . Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechaników oraz Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników . 1982. Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 2007-08-03 . Źródło 28 kwietnia 2011 .
- Middleton, William D. (1974). Kiedy koleje parowe zelektryfikowały . s. 76-80. Numer ISBN 0-8902-4028-0.