Elektryfikacja kolei New York, New Haven i Hartford Railroad - Electrification of the New York, New Haven, and Hartford Railroad

New Haven EP-1 lokomotywa elektryczna, circa 1907. Uwaga mała pantografu DC pomiędzy dwoma większymi pantografów AC.

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

NewHavenCatBridge.png

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.

Architektura bezpośredniego zasilania wdrożona w 1907 roku i schemat wyłączników mostka trakcyjnego w projekcie z 1907 roku.

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

Opuszczona sieć trakcyjna wzdłuż głównej linii kolejowej New Haven w Mount Vernon w stanie Nowy Jork . Odcinek na południe od Pelham korzysta teraz z trzeciej szyny.

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.

Schemat systemu New Haven po wdrożeniu w 1914 r. podstacji autotransformatorowych.

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

Schemat wyłączników mostka trakcyjnego i autotransformatora po modernizacji z 1914 roku.
Mapuj wszystkie współrzędne za pomocą: OpenStreetMap 
Pobierz współrzędne jako: KML
Podstacje systemu elektroenergetycznego w Nowym Jorku, New Haven i Hartford
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 / 41.2937; -72.9305 ( Podstacja Cedar St. (New Haven) )
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 / 41.0773; -73,4686 ( Podstacja Darien (Nowa Przystań) )
374 Stamford
296 Greenwicz
245 Port Chester 41°00′19″N 73°39′21″W / 41,0053°N 73,6559°W / 41.0053; -73,6559 ( Podstacja Port Chester (New Haven) )
193 żyto
126 Mamaroneck 40 ° 56′48 "N 73 ° 44′41" W / 40,9467°N 73,7446°W / 40,9467; -73,7446 ( Podstacja Mamaroneck (New Haven) )
SS22 72 Nowa Rochelle 1914 40°54′46″N 73°46′57″W / 40,9127°N 73,7826°W / 40.9127; -73,7826 ( Podstacja New Rochelle (New Haven) ) 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 / 40,9069; -73.7900 ( Podstacja New Rochelle 47 )
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 / 40,8167; -73,8933 ( Podstacja Westchester (New Haven) )
ATK 46 Amtrak Van Nest 1987 40 ° 50′31 "N 73 ° 51′48" W / 40,8420°N 73,8633°W / 40.8420; -73,8633 ( Podstacja Van Nest 46 )
SS8 84H Węzeł West Farms 1914-1987. 40°50′05″N 73°52′46″W / 40,8347°N 73,8794°W / 40,8347; -73,8794 ( Podstacja West Farms (New Haven) (rozebrana) ) 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 / 40,8075; -73,9049 ( Podstacja Oak Point (New Haven) )
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 / 40,7643; -73,9054 ( Podstacja Bowery Bay 45 )
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

Mapa pokazująca lokalizacje podstacji wzdłuż New York Connecting Railroad.
Schemat podstacji New Lots wzdłuż nowojorskiej linii kolejowej.

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

Przypisy

Bibliografia

Uporządkowane według daty publikacji.

Wczesne eksperymenty z trakcją elektryczną

Elektryfikacja 1907

1914 Modernizacja autotransformatora

Późniejsze artykuły