Sistema di trazione a 60 Hz di Amtrak - Amtrak's 60 Hz traction power system
Amtrak gestisce un sistema di trazione a 60 Hz lungo il Northeast Corridor tra New Haven, Connecticut e Boston, Massachusetts . Questo sistema è stato costruito alla fine degli anni '90 e fornisce alle locomotive alimentazione da un sistema catenario aereo a 25 kV di corrente alternata con una frequenza di 60 Hz. Il sistema è anche comunemente noto come Northend Electrification , in contrasto con Southend Electrification che va da New York City a Washington, DC
Storia
Nel 1992, il Congresso ha approvato l' Amtrak Authorization and Development Act che impone ad Amtrak di istituire un servizio passeggeri ferroviario ad alta velocità tra New York City e Boston. L'obiettivo era ridurre il tempo di percorrenza in questo corridoio da 4,5 ore a meno di 3 ore. Si prevedeva che le entrate derivanti da questo servizio avrebbero svolto un ruolo fondamentale nell'aiutare Amtrak a raggiungere l'autosufficienza operativa entro il 2003. Prima che Amtrak potesse iniziare il servizio ferroviario ad alta velocità, è stato necessario elettrificare 155 miglia (249 km) di linea ferroviaria tra New Haven e Boston . In precedenza, il servizio Metroliner elettrificato era disponibile tra Washington, DC e New Haven, nel Connecticut. A New Haven, Amtrak ha dovuto passare a una locomotiva diesel per completare il viaggio a Boston. Oltre alle velocità operative più elevate possibili con il servizio elettrificato, Amtrak risparmia anche il tempo speso per cambiare locomotive. Al termine del progetto, si prevedeva che Amtrak avrebbe speso oltre 600 milioni di dollari per elettrificare la linea tra New Haven e Boston. Compresi ampi miglioramenti ai binari e alle infrastrutture oltre all'elettrificazione, il progetto è costato $ 1,6 miliardi.
Nel dicembre 1995, Amtrak ha assegnato un contratto da 321 milioni di dollari a Balfour Beatty Construction , Inc./Mass. Electric Construction (BBC / MEC) per verificare e completare il progetto Morrison-Knudsen e costruire il sistema di elettrificazione. Il sistema doveva essere completato entro giugno 1999; Nel luglio successivo si è svolta la cerimonia di inaugurazione del sistema di elettrificazione.
L'appaltatore di Amtrak ha dovuto affrontare un ambiente di lavoro difficile nell'area del terminal di Boston a causa dell'ampio lavoro intrapreso per il progetto Central Artery , che ha coinvolto oltre 500 dipendenti nella sola area del terminal di South Boston e ha comportato lo stoccaggio in loco di una grande quantità di costruzioni pesanti attrezzature e forniture. Il progetto Central Artery era in corso prima dell'inizio del progetto di elettrificazione. Un altro fattore che complica i lavori di elettrificazione nell'area del terminal di Boston è il grande volume di traffico ferroviario. Oltre 250 treni pendolari della Massachusetts Bay Transportation Authority (MBTA) e 20 treni Amtrak operano quotidianamente nell'area. Di conseguenza, a volte è stato difficile mettere fuori servizio il binario per lavorare sull'elettrificazione.
Anche i lavori di elettrificazione dei cinque ponti mobili tra Old Saybrook e Mystic nel Connecticut sono stati una sfida, poiché ognuno richiedeva una soluzione di progettazione e costruzione di elettrificazione unica. I ponti attraversano corsi d'acqua trafficati condivisi da imbarcazioni da diporto, vettori commerciali e traffico militare. A differenza della maggior parte dei ponti autostradali mobili, questi ponti sono generalmente aperti e chiusi solo per accogliere il traffico ferroviario in avvicinamento.
Dopo diversi ritardi, il 31 gennaio 2000 iniziò il servizio con locomotive elettriche tra New Haven e Boston. Amtrak iniziò a operare il suo servizio Acela Express ad alta velocità l'11 dicembre 2000.
Tipi di stazioni
Architettura di sistema
L'unità di base del sistema è una sezione elettrica elementare costituita da un segmento di uno o più binari paralleli, ciascuno con un filo di contatto contiguo (o catenaria o carrello) per il pantografo della locomotiva e un filo di alimentazione elettricamente separato. Le sezioni elettriche elementari sono separate da interruzioni di sezione in cui i fili di contatto e di alimentazione possono essere interrotti con interruttori pneumatici motorizzati per isolare una sezione in caso di guasto o per consentire la manutenzione.
Una sezione elettrica è una raccolta di sezioni elettriche elementari, interruzioni di sezione, scambi d'aria e stazioni di parallelo tra una sottostazione e una stazione di commutazione .
In ciascuna sottostazione, l'alimentazione monofase fornita dall'utilità viene trasformata e iniettata nelle due sezioni elettriche che terminano in quella sottostazione. Ci sono otto sezioni elettriche nel sistema, due per ogni sottostazione. Le sottostazioni guidano i fili di contatto e di alimentazione in una disposizione a fase divisa in modo che ogni filo sia a 25 kV rispetto alle rotaie di scorrimento messe a terra con 50 kV tra di loro.
Nelle stazioni di parallelismo periodicamente distanziate all'interno di ciascuna sezione elettrica i fili della catenaria dei binari sono collegati insieme ad un lato di un autotrasformatore e i fili di alimentazione sono collegati insieme all'altro lato dell'autotrasformatore. La presa centrale dell'autotrasformatore è collegata alle rotaie di scorrimento messe a terra che restituiscono la corrente dalle locomotive. Le stazioni di parallelismo riducono così le cadute di tensione alimentando una locomotiva da entrambe le direzioni lungo il suo filo di contatto e distribuendo il carico su tutti i fili di contatto e di alimentazione di un sistema multitraccia. La disposizione a fase divisa guadagna anche la maggiore efficienza di funzionamento a 50 kV mentre la tensione più alta rispetto a terra rimane solo 25 kV. (Lo stesso metodo a fase divisa viene utilizzato nelle case del Nord America per fornire carichi ad alta potenza come i condizionatori d'aria con l'efficienza di un'alimentazione a 240 V pur mantenendo i vantaggi di sicurezza di un'alimentazione a 120 V.)
Sottostazioni
Ci sono quattro sottostazioni tra New Haven e Boston:
- Branford, CT
- New London, CT
- Warwick, RI
- Sharon, MA
Ogni stazione contiene due trasformatori da 115 kV (monofase) a 50 kV (monofase con presa centrale) per convertire la tensione di trasmissione fornita dalla rete in una tensione di trazione di 50 kV. Sono installati interruttori automatici di uscita e una rete di filtri basata su condensatori. I banchi di filtri sopprimono le armoniche ad alta frequenza (che è qualsiasi cosa al di sopra di 60 Hz) sulle linee catenarie generate dagli inverter del motore di trazione allo stato solido delle locomotive. I filtri forniscono anche il supporto della potenza reattiva e correggono il fattore di potenza. L'elettrificazione a 60 Hz di Amtrak distribuisce l'alimentazione utilizzando ± 25 kV da terra tramite un rubinetto centrale dei trasformatori da 115/50 kV. Questo sistema è noto anche come 2 × 25 kV .
Cambio di stazione
Tre stazioni di smistamento sono l'equivalente di sottostazioni di livello di distribuzione, che trasformano l'elettricità a tensione più elevata in tensione a 25 kV, e si trovano lungo la linea che separa le diverse sezioni elettriche (zone di potenza):
- Westbrook, CT
- Richmond, RI
- Norton, MA
Le stazioni di commutazione contengono tre autotrasformatori simili alle stazioni di parallelo (che ne hanno uno) e dispongono anche di interruttori automatici aggiuntivi per consentire la segmentazione della catenaria e il collegamento incrociato tra le zone di potenza.
Le sezioni elettriche comprendono entrambi i binari tra una sottostazione e le stazioni di commutazione adiacenti. Normalmente nessuna potenza fluisce da un lato di una stazione di commutazione all'altro lato; è come due stazioni di parallelo adiacenti che servono diverse sezioni elettriche. Nel caso in cui una sottostazione venga messa fuori servizio, le stazioni di manovra sono dotate di interruttori automatici aggiuntivi che consentono di alimentare una sezione elettrica dalla sezione adiacente.
Poiché le stazioni di commutazione, come le sottostazioni, normalmente separano sezioni elettriche con diverse sorgenti di alimentazione (e quindi diversa fase o tensione), una sezione neutra occupa sempre il binario tra le due sezioni elettriche.
In caso di guasto in una sezione elettrica elementare, la stazione di commutazione può "retroalimentare" la porzione lontana del binario interessato dal binario non interessato, che la sottostazione di alimentazione alimenta all'estremità vicina.
Stazioni in parallelo
Diciotto stazioni di parallelismo si trovano a intervalli di circa sei miglia lungo la linea. Ciascuno contiene un singolo autotrasformatore (ad eccezione di Roxbury, che ne ha due), interruttori automatici, interruttori pneumatici motorizzati e un capannone di controllo. Gli autotrasformatori sono classificati a 10 MVA, impedenza 1,2%, due avvolgimenti, 27,5 kV.
Ciascun bus di stazione in parallelo è collegato alle catenarie e alle linee di alimentazione dei binari nord e sud tramite interruttori automatici. L'autotrasformatore è collegato alle sbarre tramite un interruttore automatico aggiuntivo. Gli interruttori di binario nelle stazioni di parallelismo scattano in caso di assenza di tensione. Pertanto, quando un guasto di linea fa scattare gli interruttori delle sottostazioni di alimentazione, anche le stazioni di parallelo si attivano. Questa azione separa elettricamente i due binari l'uno dall'altro e consente alla cabina di ripristinare automaticamente uno dei binari (quello non guasto). Dopo un ritardo di tempo variabile (per ridurre la corrente di spunto simultanea), i relè di sovratensione chiuderanno nuovamente gli interruttori di circuito di binario sul binario non guasto.
Elenco delle stazioni
Guarda anche
- Elettrificazione ferroviaria AC 25 kV
- Il sistema di alimentazione a trazione a 25 Hz di Amtrak opera lungo le porzioni meridionali del corridoio nord-orientale da New York a Washington
- Elettrificazione della ferrovia di New York, New Haven e Hartford , da New York a New Haven.
- Elenco dei sistemi di elettrificazione ferroviaria
- Collegamento ferroviario nord-sud
- Sistema di trazione a 25 Hz di SEPTA
Appunti
Riferimenti
Opere citate
- Natarajan, R .; Imece, AF; Popoff, J .; Agarwal, K .; Meliopoulos, S. (1999). "Approccio all'analisi della messa a terra a livello di sistema di Amtrak del Northend Electrification Project". Riunione estiva della società di ingegneria energetica, 1999 . 1 : 451–456. doi : 10.1109 / PESS.1999.784390 . ISBN 0-7803-5569-5 . S2CID 109580468 . doi : 10.1109 / PESS.1999.784390 .
- Dipartimento dei trasporti degli Stati Uniti: Federal Railroad Administration (ottobre 2006). "Monitoraggio dei campi elettromagnetici sul corridoio nord-est di Amtrak: misurazioni e analisi post-elettrificazione" (PDF) . Archiviata da quello originale (PDF) il 27 maggio 2010 . Estratto il 26 dicembre 2010 .
Ulteriore lettura
- Dichiarazione di impatto ambientale: volume 1 , volume 2 , volume 3
- Dipartimento dei trasporti degli Stati Uniti: Federal Railroad Administration (dicembre 1999). "Rapporto di verifica del progetto di elettrificazione ferroviaria ad alta velocità di Amtrak" . Archiviata dall'originale il 21 luglio 2011 . Estratto il 26 dicembre 2010 .
- Chance, EE (1997). "Compatibilità di sistema dell'HST". Railroad Conference, 1997., Atti del 1997 IEEE / ASME Joint : 1–9. doi : 10.1109 / RRCON.1997.581346 .
- Sutherland, PE; Waclawiak, M .; McGranaghan, MF (giugno 2005). "Analisi di armoniche, sfarfallio e squilibrio di carichi di trazione monofase variabili nel tempo su un sistema trifase" (PDF) . Atti della Conferenza Internazionale sui Transitori dei Sistemi Elettrici 2005 . S2CID 24727674 . IPST05 - 091. Archiviato (PDF) dall'originale il 18 luglio 2011.