Elettrificazione della ferrovia di New York, New Haven e Hartford - Electrification of the New York, New Haven, and Hartford Railroad

Una locomotiva elettrica New Haven EP-1 , circa 1907. Notare il piccolo pantografo DC tra i due pantografi AC più grandi.

La New York, New Haven e Hartford Railroad ha aperto la strada all'elettrificazione delle linee ferroviarie principali utilizzando catenarie aeree ad alta tensione, corrente alternata e monofase . Ha elettrificato la sua linea principale tra Stamford, Connecticut e Woodlawn, New York , nel 1907, e ha esteso l'elettrificazione a New Haven, Connecticut , nel 1914. Mentre l'elettrificazione della ferrovia in corrente alternata monofase è diventata comune, il sistema di New Haven era senza precedenti al tempo di costruzione. L'importanza di questa elettrificazione è stata riconosciuta nel 1982 dalla sua designazione come National Historic Engineering Landmark dall'American Society of Mechanical Engineers (ASME) .

Esperimenti iniziali

New HavenCatBridge.png

Il New Haven tentò diversi esperimenti con l'elettrificazione CC a bassa tensione nel decennio precedente l'elettrificazione aerea della linea principale. Questi includevano:

  • 1895 elettrificazione di 6,8 mi (11 km) di linea tra Nantasket Junction e Pemberton, Massachusetts utilizzando un filo di contatto in rame a 600-700 Vdc.
  • Questa linea è stata estesa di ulteriori 3,4 miglia (5,5 km) a East Weymouth intorno al 1896.
  • Elettrificazione della terza rotaia tra Hartford , New Britain e Berlino , per un totale di 20 km (12 miglia) nel 1896. Questo sistema di terza rotaia era unico; era costituito da un binario a sezione trasversale a V ( angolo ) rovesciato , montato sui tiranti trasversali tra i binari di scorrimento , ed era totalmente a vista.

Il terzo sistema ferroviario ha provocato, non a caso, una serie di incidenti. Risultò anche in un decreto della Corte Suprema del Connecticut il 13 giugno 1906 che vietava l'uso dell'elettrificazione della terza ferrovia all'interno dello stato. La New Haven è stata costretta da questa decisione a progettare il proprio sistema di elettrificazione della linea principale utilizzando una catenaria aerea.

Nella progettazione iniziale sono state considerate diverse combinazioni di sistemi di tensione e frequenza. A causa delle distanze relativamente grandi coinvolte, la trasmissione ad alta tensione utilizzando la corrente alternata è stata riconosciuta come inevitabile. È stata considerata un'architettura simile alle utenze commerciali in corrente continua e alle ferrovie urbane utilizzando linee di trasmissione ad alta tensione, convertitori rotanti e catenaria aerea in corrente continua. Gli studi dell'epoca ipotizzavano un'efficienza elettrica di solo il 75% per questa architettura.

La tensione più alta per la quale i generatori potevano essere progettati in modo affidabile in questo momento era di circa 22 kV. È stato considerato un progetto intermedio utilizzando linee di trasmissione a 22 kV, sottostazioni per ridurre la tensione della catenaria tra 3 e 6 kV e trasformatori sui motori ai 560 V richiesti dai motori di trazione. La ferrovia si è resa conto che avrebbe potuto risparmiare un notevole costo di capitale se la sostituzione intermedia fosse stata omessa e le locomotive avessero ricevuto una tensione di linea a circa 11 kV.

Architettura ad alimentazione diretta originale del 1907

Architettura ad alimentazione diretta implementata nel 1907 e schematica degli interruttori del ponte a catenaria nel progetto del 1907.

L'elettrificazione del New Haven è stata la prima del suo genere; nessuna ferrovia precedente aveva esperienza pratica nella gestione di un sistema di distribuzione ad alta tensione sopra una ferrovia a vapore. Molte delle specifiche finali del sistema erano il risultato di decisioni di progettazione istruite basate sullo stato della tecnologia elettrica nel 1907.

Le proposte sono state ottenute da General Electric (GE) e Westinghouse . Entrambe le società hanno presentato una varietà di schemi AC e DC, sebbene GE fosse favorevole all'elettrificazione DC. Ma New Haven ha scelto la corrente alternata monofase a 11 kV, 25 Hz. come proposto da Westinghouse, che aveva studiato l'elettrificazione AC delle ferrovie dal 1895 e in associazione con Baldwin ha fornito locomotive Baldwin-Westinghouse . Successivamente GE ha fornito anche alcune locomotive.

Voltaggio

I progettisti hanno considerato diverse tensioni per il segmento di trasmissione del sistema, tra cui 3-6 kV, 11 kV e 22 kV. Alla fine, i sistemi di trasmissione e catenaria sono stati combinati in un sistema senza trasformatore, che utilizzava la stessa tensione dall'uscita del generatore alla catenaria al pantografo della locomotiva. Poiché 11 kV era la tensione più alta che si potesse ottenere direttamente dall'uscita dei generatori del 1907, fu scelto 11 kV come tensione di trasmissione e catenaria del sistema.

Frequenza

Il New Haven aveva preso in considerazione due diverse frequenze operative per l'uso nella loro elettrificazione: 15 Hz e 25 Hz. Sebbene 15 Hz fosse desiderabile da un punto di vista ingegneristico, in quanto avrebbe consentito una dimensione ridotta del motore, perdite induttive inferiori e un fattore di potenza del motore più elevato, la scelta di tale frequenza era vista dalla ferrovia come simile a una "rottura dello scartamento", limitando così le prospettive commerciali del loro sistema. 25 Hz erano già diventati nel 1907 uno standard commerciale, e la ferrovia gestiva già un certo numero di centrali elettriche a 25 Hz e aveva dotato molti dei suoi negozi di motori a 25 Hz; quindi, la ferrovia ha selezionato lo standard 25 Hz.

catenaria

Catenaria abbandonata lungo la linea principale della New Haven Railroad a Mount Vernon, New York . Il segmento a sud di Pelham ora utilizza una terza rotaia.

Il New Haven non aveva precedenti da seguire durante la progettazione del suo sistema di catenaria. La catenaria aerea era stata in precedenza il dominio dei tram, ad eccezione di alcune ferrovie trifase in Europa. Non esisteva alcuna esperienza precedente con la gestione di ferrovie ad alta velocità con un sistema di contatto aereo. La catenaria progettata dalla New Haven era una sezione trasversale triangolare unica e relativamente rigida.

La sezione triangolare della catenaria utilizzata nell'elettrificazione originale è stata ripetuta solo da un'altra ferrovia. La London, Brighton and South Coast Railway ha utilizzato una catenaria triangolare simile dal 1909 al 1929. Le estensioni del 1914 di New Haven hanno rinunciato al design della catenaria triangolare.

La distanza di supporto catenaria è stata fissata a 300 piedi (91 m). Questo si basava sul mantenimento della deviazione della linea retta dal centro della pista entro 8,5 pollici (220 mm) con un raggio di curvatura di 3 gradi, che era la curva più stretta tra i terminali del sistema originale a Woodlawn e Stamford.

Generatori

I generatori della Cos Cob Power Station sono stati progettati per fornire energia monofase direttamente alla catenaria. Erano inoltre tenuti a fornire energia trifase sia alla stessa New Haven per l'uso lungo le linee, sia alla stazione di generazione di Port Morris del New York Central (NYC) per compensare la New Haven per l'energia consumata dai treni di New Haven su la terza linea ferroviaria di New York fornita al Grand Central Terminal . I generatori Cos Cob erano macchine trifase, ma cablate per fornire contemporaneamente energia trifase e monofase.

Architettura dell'autotrasformatore del 1914 rivista

Schema del sistema New Haven dopo l'implementazione del 1914 delle sottostazioni di autotrasformatori.

Sebbene la ferrovia considerasse l'elettrificazione del 1907 un grande successo, due problemi richiedevano una riprogettazione definitiva del sistema di trasmissione. La prima era l'interferenza elettromagnetica nei cavi telefonici e telegrafici adiacenti, paralleli, causata dalle alte correnti nel sistema di alimentazione di trazione.

Il secondo era che la crescita geografica del sistema e lo stato in evoluzione della tecnologia elettrica creavano la necessità di tensioni di trasmissione più elevate. La ferrovia avrebbe potuto semplicemente aumentare la tensione di esercizio dell'intero sistema, tuttavia ciò avrebbe richiesto l'aggiornamento di tutti gli isolatori della catenaria per resistere a un potenziale più elevato e la sostituzione di tutte le apparecchiature ad alta tensione della locomotiva. E mentre tensioni di trasmissione più elevate erano diventate comuni nei sette anni dall'elettrificazione iniziale, i generatori erano ancora limitati dall'economia a una tensione di uscita massima di circa 11 kV.

La soluzione decisa dalla ferrovia, dopo diversi anni di studio, fu un sistema bilanciato di autotrasformatori .

Sorprendentemente, la ferrovia ha cambiato le architetture del sistema di trasmissione entro quattro ore, sebbene i lavori preliminari avessero richiesto i precedenti 18 mesi. Domenica 25 gennaio 1914, la ferrovia spense l'intero sistema di alimentazione alle 2 del mattino. Bande di lavoratori in tutto il sistema hanno riconfigurato le linee di trasmissione nei successivi 70 minuti. L'avvio del sistema è stato avviato e alle 5:30 del mattino i treni elettrici circolavano sul nuovo sistema dotato di autotrasformatore.

sottostazioni

Schema degli interruttori del ponte della catenaria e dell'autotrasformatore dopo l'aggiornamento del 1914.
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Sottostazioni del sistema di elettrificazione di New York, New Haven e Hartford
Sottostazione n. Ponte di catenaria n. Nome Costruito Coordinate Commenti
Linea New Haven
1114 Cedar Hill
1104 Mill River (interruzione di sezione)
1060 cedro st. 41°17′37″N 72°55′50″W / 41,2937°N 72.9305°W / 41.2937; -72.9305 ( Sottostazione di Cedar St. (New Haven) )
962 Woodmont
863 Devon
814 Vescovo Ave
736 Burr Road
633 Fattorie di Green
524 South Norwalk
465 Darien 41°04′38″N 73°28′07″W / 41,0773°N 73,4686°W / 41.0773; -73.4686 ( Sottostazione Darien (New Haven) )
374 Stamford
296 Greenwich
245 Porto Chester 41°00′19″N 73°39′21″W / 41.0053°N 73.6559°W / 41.0053; -73.6559 ( Sottostazione di Port Chester (New Haven) )
193 Segale
126 Mamaroneck 40°56′48″N 73°44′41″W / 40,9467°N 73,7446°W / 40,9467; -73.7446 ( Sottostazione Mamaroneck (New Haven) )
SS22 72 Nuova Rochelle 1914 40°54′46″ N 73°46′57″ W / 40,9127°N 73,7826°W / 40,9127; -73.7826 ( Sottostazione New Rochelle (New Haven) ) Convertito a 60 Hz c. 1986
0 Woodlawn
Harlem River e Port Chester Branch
ATT 47 211H Amtrak New Rochelle 1987 40°54′25″N 73°47′24″W / 40,9069°N 73.7900°W / 40.9069; -73.7900 ( Nuova Sottostazione Rochelle 47 )
SS14 149H Ponte Baychester/Pelham 1914–1987
SS12 139H Westchester/Pelham Parallel 1914–1987 40°49'00"N 73°53'36"W / 40,8167°N 73,8933°W / 40,8167; -73.8933 ( Sottostazione di Westchester (New Haven) )
ATT 46 Amtrak Van Nest 1987 40°50′31″N 73°51′48″W / 40,8420°N 73,8633°W / 40,8420; -73.8633 ( Sottostazione Van Nest 46 )
SS8 84H Giunzione West Farms 1914-1987. 40°50′05″N 73°52′46″W / 40,8347°N 73,8794°W / 40,8347; -73.8794 ( Sottostazione di West Farms (New Haven) (demolita) ) Fornito da Sherman Creek ; più tardi da Con Ed Hell Gate GS. La sottostazione e l'adiacente stazione passeggeri sono state demolite; un lotto sequestrato occupa il sito.
SS4 58H Punto di quercia 1914–1987 40°48′27"N 73°54′18"W / 40,8075°N 73,9049°W / 40,8075; -73.9049 ( Sottostazione Oak Point (New Haven) )
SS3 42H Bungay St 1914?-1987 Alimentazione NH 3ph fornita al Port Morris GS di New York per compensare il consumo di NH sulle linee CC di New York.
SS1 2H fiume di Harlem 1914-19??
Ferrovie di New York, Westchester e Boston
Columbus Ave Mt Vernon
pianure bianche
Ferrovia di collegamento di New York
ATT 45 C68 Bowery Bay 1918 40°45′51″N 73°54′19″W / 40,7643°N 73,9054°W / 40.7643; -73.9054 ( Sottostazione 45 di Bowery Bay )
Long Island Rail Road Bay Ridge Branch
55 Stagno fresco 1927-19??
2 New York est (FC) 1927-19?? Collega la monofase a/dalla trifase 25 Hz di PT&T/LIRR.
54 East New York Swg. 1927-19??
53 Nuovi lotti Ave 1927-19??
52 Manhattan Beach 1927-19??
51 4th Avenue Bay Ridge 1927-19??

Linea Hell Gate

Mappa che mostra le posizioni delle sottostazioni lungo la New York Connecting Railroad.
Schema della sottostazione New Lots lungo la New York Connecting Railroad.

Il sistema di New Haven è stato esteso attraverso l' Hell Gate Bridge fino alla New York Connecting Railroad al momento della costruzione della linea. Il sistema di elettrificazione era un'estensione dell'architettura riveduta dell'autotrasformatore 11/22 kV di New Haven. L'elettrificazione originale si estendeva dalla linea principale di New Haven, attraverso l'Hell Gate Bridge, fino al cantiere di Bay Ridge. La linea a sud di Bowery Bay Junction è stata diselettrizzata negli anni '50. La linea tra New Rochelle e la Harold Interlocking fu trasferita all'Amtrak nel 1976 dopo lo scioglimento della Penn Central . Il sistema di elettrificazione continuò ad essere controllato come una parte dell'ex sistema di New Haven fino alla conversione del 1987 al funzionamento a 60 Hz.

Quando la linea principale di New Haven è stata convertita da Metro-North a 60 Hz, anche la linea Amtrak Hell Gate è stata convertita, ma come sistema isolato alimentato dalla sottostazione Van Nest. Il controllo del sistema catenaria è stato trasferito da Cos Cob al Load Dispatcher presso la New York Penn Station . Sebbene la conversione sia avvenuta dopo l' elettrificazione dell'era PRR , i numeri della sottostazione Amtrak 45-47 sono stati assegnati per coerenza con il resto dello schema di numerazione PRR.

Guarda anche

Note a piè di pagina

Riferimenti

Ordinato per data di pubblicazione.

Primi esperimenti con trazione elettrica

1907 Elettrificazione

1914 Aggiornamento dell'autotrasformatore

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