Электрификация железных дорог Нью-Йорка, Нью-Хейвена и Хартфорда - Electrification of the New York, New Haven, and Hartford Railroad
Нью - Йорк, Нью - Хейвен и Хартфорд железной дороги впервые электрификацию основных линий железных дорог с использованием высокого напряжения, переменного тока, однофазный подвесной контактной сети . Он электрифицировал свою магистраль между Стэмфордом, Коннектикут , и Вудлон, Нью-Йорк , в 1907 году, и расширил электрификацию до Нью-Хейвена, Коннектикут , в 1914 году. В то время как электрификация железных дорог с однофазным переменным током стала обычным явлением, система Нью-Хейвена была беспрецедентной в мире. время постройки. Значение этой электрификации было признано в 1982 году Американским обществом инженеров-механиков (ASME), признанным Национальным историческим памятником инженерной мысли .
Первоначальные эксперименты
В Нью-Хейвене было предпринято несколько экспериментов с электрификацией низковольтного постоянного тока за десятилетие, предшествовавшее электрификации воздушных линий. К ним относятся:
- 1895 г. Электрификация 11 км линии между Нантаскет Джанкшен и Пембертон, Массачусетс, с использованием медного контактного провода на высоте 600-700 В постоянного тока.
- Эта линия была продлена еще на 5,5 км до Ист-Уэймута примерно в 1896 году.
- Электрификация третьей железной дороги между Хартфордом , Новая Британия и Берлином , в общей сложности 12 миль (20 км) в 1896 году. Эта система третьей железной дороги была уникальной; он состоял из рельса с перевернутым V ( углом ) поперечного сечения, установленного на поперечных связях между ходовыми рельсами , и был полностью открыт.
Неудивительно, что третья железнодорожная система привела к ряду аварий. Это также привело к постановлению Верховного суда Коннектикута от 13 июня 1906 года, запрещающему использование электрификации третьей железной дороги в пределах штата. Это решение заставило New Haven спроектировать систему электрификации главной линии с использованием контактной сети.
В первоначальном проекте было рассмотрено несколько различных системных комбинаций напряжения и частоты. Из-за относительно больших расстояний передача высоких напряжений с использованием переменного тока была признана неизбежной. Была рассмотрена архитектура, аналогичная коммерческим коммунальным предприятиям постоянного тока и городским железным дорогам, с использованием линий передачи высокого напряжения, вращающихся преобразователей и контактной сети постоянного тока. Исследования того времени предполагали, что электрический КПД этой архитектуры составляет всего 75 процентов.
Наибольшее напряжение, на которое в то время могли быть надежно спроектированы генераторы, составляло около 22 кВ. Был рассмотрен промежуточный проект с использованием линий электропередачи 22 кВ, подстанций для снижения напряжения в контактной сети до 3–6 кВ и трансформаторов на двигателях до 560 В, необходимых для тяговых двигателей. Железная дорога поняла, что она может значительно сэкономить капитальные затраты, если не будет промежуточной замены и локомотивы будут получать линейное напряжение около 11 кВ.
Оригинальная архитектура с прямой подачей 1907 года
Электрификация Нью-Хейвена была первой в своем роде; ни одна из предыдущих железных дорог не имела практического опыта эксплуатации системы распределения высокого напряжения над паровой железной дорогой. Многие из окончательных технических характеристик системы были результатом продуманных проектных решений, основанных на состоянии электрических технологий в 1907 году.
Предложения поступили от General Electric (GE) и Westinghouse . Обе компании представили различные схемы переменного и постоянного тока, хотя GE выступала за электрификацию постоянного тока. Но Нью-Хейвен выбрал однофазный переменный ток 11 кВ, 25 Гц. по предложению Вестингауза, который исследовал электрификацию железных дорог переменным током с 1895 года и в сотрудничестве с Болдуином поставлял локомотивы Болдуина-Вестингауза . Позже GE также поставила несколько локомотивов.
Напряжение
Разработчики рассмотрели несколько напряжений для передающего сегмента системы, включая 3-6 кВ, 11 кВ и 22 кВ. В конечном итоге системы передачи и контактной сети были объединены в бестрансформаторную систему, в которой использовалось одно и то же напряжение от выхода генератора до контактной сети и пантографа локомотива. Поскольку 11 кВ было самым высоким напряжением, которое можно было получить непосредственно на выходе генераторов 1907 года, 11 кВ было выбрано в качестве напряжения передачи и контактной сети системы.
Частота
Нью-Хейвен рассматривал две разные рабочие частоты для использования при электрификации: 15 Гц и 25 Гц. Хотя 15 Гц было желательно с инженерной точки зрения, так как это обеспечило бы меньший размер двигателя, более низкие индуктивные потери и более высокий коэффициент мощности двигателя, выбор этой частоты рассматривался железной дорогой как сродни «перерыву в ширине колеи», что ограничивало коммерческие перспективы их системы. К 1907 году 25 Гц уже стало коммерческим стандартом, и железная дорога уже эксплуатировала ряд троллейбусных электростанций с частотой 25 Гц и оборудовала многие из своих цехов двигателями 25 Гц; Таким образом, железная дорога выбрала стандарт 25 Гц.
Контактная сеть
У Нью-Хейвена не было прецедентов при проектировании своей цепной сети. Верхняя контактная сеть раньше была областью троллейбусов, за исключением нескольких трехфазных железных дорог в Европе. Предыдущего опыта эксплуатации высокоскоростных железных дорог с воздушной контактной системой не существовало. Контактная сеть, спроектированная Нью-Хейвеном, имела уникальное, относительно жесткое треугольное поперечное сечение.
Треугольное поперечное сечение контактной сети, использовавшейся в первоначальной электрификации, было повторено только на одной другой железной дороге. Железная дорога Лондона, Брайтона и Южного побережья использовала аналогичную треугольную цепную цепь с 1909 по 1929 год. Расширения Нью-Хейвена 1914 года обходились без треугольной цепной линии.
Расстояние между опорами контактной сети было установлено на уровне 300 футов (91 м). Это было основано на сохранении отклонения прямой линии от центра пути в пределах 8,5 дюймов (220 мм) с радиусом изгиба 3 градуса, который был самым крутым изгибом между конечными точками исходной системы в Вудлоне и Стэмфорде.
Генераторы
Генераторы на электростанции Cos Cob были разработаны для подачи однофазной энергии непосредственно в контактную сеть. От них также требовалось подавать трехфазное электричество как в сам Нью-Хейвен для использования вдоль линий, так и в генерирующую станцию Порт-Моррис Нью-Йорка (Нью-Йорк), чтобы компенсировать Нью-Йорку мощность, потребляемую поездами Нью-Хейвена на третья железная дорога Нью-Йорка обслуживала линию до Центрального вокзала . Генераторы Cos Cob были трехфазными машинами, но были подключены для подачи как трехфазного, так и однофазного питания одновременно.
Пересмотренная архитектура автотрансформатора 1914 года
Хотя железная дорога считала электрификацию 1907 года весьма успешной, две проблемы потребовали окончательной модернизации системы передачи. Во-первых, это электромагнитные помехи в соседних, параллельных телеграфных и телефонных проводах, вызванные высокими токами в системе тягового электроснабжения.
Во-вторых, географический рост системы и развивающееся состояние электрических технологий создали потребность в более высоких напряжениях передачи. Железная дорога могла бы просто поднять рабочее напряжение всей системы, однако это потребовало бы модернизации всех изоляторов цепной цепи, чтобы выдерживать более высокий потенциал, и замены всего высоковольтного оборудования локомотива. И хотя более высокие напряжения передачи стали обычным явлением за семь лет с момента первоначальной электрификации, генераторы все еще были ограничены экономикой до максимального выходного напряжения около 11 кВ.
После нескольких лет изучения железная дорога решила, что система сбалансированного автотрансформатора .
Примечательно, что железная дорога сменила архитектуру системы передачи в течение четырех часов, хотя предварительные работы заняли предыдущие 18 месяцев. В воскресенье, 25 января 1914 года, в 2 часа ночи железная дорога полностью отключила энергосистему. Банды рабочих по всей системе изменили конфигурацию линий электропередачи в течение следующих 70 минут. Начался запуск системы, и к 5:30 утра электропоезда уже ехали по новой системе, снабженной автотрансформатором.
Подстанции
| Подстанция No. | Контактный мост No. | Имя | Построено | Координаты | Комментарии |
|---|---|---|---|---|---|
| Линия Нью-Хейвена | |||||
| 1114 | Cedar Hill | ||||
| 1104 | Милл Ривер (разрыв раздела) | ||||
| 1060 | Кедр ул. | 41 ° 17′37 ″ с.ш. 72 ° 55′50 ″ з.д. / 41.2937 ° с.ш. 72.9305 ° з.д. | |||
| 962 | Woodmont | ||||
| 863 | Девон | ||||
| 814 | Епископ авеню | ||||
| 736 | Burr Road | ||||
| 633 | Фермы Грина | ||||
| 524 | Южный Норуолк | ||||
| 465 | Дариен | 41 ° 04′38 ″ с.ш. 73 ° 28′07 ″ з.д. / 41,0773 ° с.ш. 73,4686 ° з.д. | |||
| 374 | Стэмфорд | ||||
| 296 | Гринвич | ||||
| 245 | Порт Честер | 41 ° 00′19 ″ с.ш., 73 ° 39′21 ″ з.д. / 41,0053 ° с.ш. 73,6559 ° з.д. | |||
| 193 | Рожь | ||||
| 126 | Мамаронец | 40 ° 56′48 ″ с.ш. 73 ° 44′41 ″ з.д. / 40,9467 ° с.ш. 73,7446 ° з.д. | |||
| SS22 | 72 | Нью-Рошель | 1914 г. | 40 ° 54′46 ″ с.ш. 73 ° 46′57 ″ з.д. / 40,9127 ° с.ш. 73,7826 ° з.д. | Преобразовано в 60 Гц c. 1986 г. |
| 0 | Woodlawn | ||||
| Река Гарлем и филиал Порт-Честер | |||||
| АТК 47 | 211H | Амтрак Нью-Рошель | 1987 г. | 40 ° 54′25 ″ с.ш. 73 ° 47′24 ″ з.д. / 40,9069 ° с.ш. 73,7900 ° з.д. | |
| SS14 | 149H | Мост Бейчестер / Пелхэм | 1914–1987 | ||
| SS12 | 139H | Вестчестер / Пелхэм Параллель | 1914–1987 | 40 ° 49′00 ″ с.ш., 73 ° 53′36 ″ з.д. / 40,8167 ° с.ш. 73,8933 ° з.д. | |
| АТК 46 | Амтрак Ван Нест | 1987 г. | 40 ° 50′31 ″ с.ш. 73 ° 51′48 ″ з.д. / 40,8420 ° с.ш. 73,8633 ° з.д. | ||
| SS8 | 84H | West Farms Junction | 1914–1987 гг. | 40 ° 50′05 ″ с.ш. 73 ° 52′46 ″ з.д. / 40,8347 ° с.ш. 73,8794 ° з.д. | Поставляется из Шерман-Крик ; позже от Con Ed Hell Gate GS. Подстанция и прилегающая к ней пассажирская станция снесены; участок занимает штрафстоянка. |
| SS4 | 58H | Oak Point | 1914–1987 | 40 ° 48′27 ″ с.ш. 73 ° 54′18 ″ з.д. / 40,8075 ° с.ш. 73,9049 ° з.д. | |
| SS3 | 42H | Bungay St | 1914? -1987 | Электроэнергия NH 3ph подается в порт Моррис GS в Нью-Йорке для компенсации потребления NH на линиях постоянного тока Нью-Йорка. | |
| SS1 | 2H | Река Гарлем | 1914-19 ?? | ||
| Нью-Йорк, Вестчестер и Бостонская железная дорога | |||||
| Columbus Ave Mt Vernon | |||||
| Белые равнины | |||||
| Соединяющая железная дорога Нью-Йорка | |||||
| АТК 45 | C68 | Бауэри-Бэй | 1918 г. | 40 ° 45′51 ″ с.ш., 73 ° 54′19 ″ з.д. / 40,7643 ° с.ш. 73,9054 ° з.д. | |
| Лонг-Айленд Рэйл Роуд Бэй Ридж Бранч | |||||
| 55 | Свежий пруд | 1927-19 ?? | |||
| 2 Ист Нью-Йорк (ФК) | 1927-19 ?? | Подключает одну фазу к / от 3 фазы PT & T / LIRR 25 Гц. | |||
| 54 | Восточный Нью-Йорк Swg. | 1927-19 ?? | |||
| 53 | New Lots Ave | 1927-19 ?? | |||
| 52 | Манхэттен Бич | 1927-19 ?? | |||
| 51 | 4th Ave Bay Ridge | 1927-19 ?? | |||
Линия адских ворот
Система Нью-Хейвена была расширена через мост Адских Врат до соединительной железной дороги Нью-Йорка после постройки линии. Система электрификации была расширением пересмотренной архитектуры автотрансформатора 11/22 кВ Нью-Хейвена. Первоначальная электрификация простиралась от главной линии Нью-Хейвена через мост Адских Врат до двора Бэй-Ридж. Линия к югу от Bowery Bay Junction была деэлектрифицирована в 1950-х годах. Линия между Нью-Рошель и Гарольдом Интерлокинг была передана компании Amtrak в 1976 году после роспуска Penn Central . Система электрификации продолжала контролироваться как часть бывшей системы Нью-Хейвена до перехода в 1987 году на работу с частотой 60 Гц.
Когда магистральная линия Нью-Хейвена была преобразована Metro-North на работу с частотой 60 Гц, линия Amtrak Hell Gate также была преобразована, но как изолированная система, питаемая от подстанции Van Nest. Управление контактной сетью было передано от Cos Cob диспетчеру нагрузки на станции Penn в Нью-Йорке . Хотя преобразование произошло после электрификации эпохи PRR , номера подстанций Amtrak 45-47 были присвоены для согласования с остальной схемой нумерации PRR.
Смотрите также
- Система тягового усилия 25 Гц Amtrak, созданная PRR примерно через два десятилетия после Нью-Хейвена.
- Система тягового усилия Amtrak 60 Гц Система Amtrak к востоку от Нью-Хейвена.
- Электровозы Болдуина-Вестингауза
- Metro-North Railroad Унаследовала систему в 1983 году от компании Conrail, которая, в свою очередь, получила ее в 1976 году от обанкротившегося Penn Central.
- Электрификация железных дорог в США
- Система тягового питания 25 Гц SEPTA Еще одна электрификация эпохи 1930-х годов
Сноски
использованная литература
Упорядочено по дате публикации.
Ранние эксперименты с электрической тягой
- Heft, NH (июнь 1897 г.). «Электрические железные дороги в системе Нью-Йорка, Нью-Хейвена и Хартфорда» . Уличный железнодорожный журнал . 13 (6): 329–339 . Проверено 13 июля 2011 года .
- Берч, Эдвард П. (1911). Электротяга для поездов . Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл. п. 27 . Проверено 13 июля 2011 года .
1907 Электрификация
- Ламме, Б.Г. (март 1906 г.). «Электрические системы переменного тока для тяжелого железнодорожного транспорта» . Железнодорожный век . 41 : 583–590 . Проверено 15 февраля 2011 года .
- МакГенри, EH (август 1907 г.). «Электрификация Нью-Йорка, Нью-Хейвена и Хартфорда» . Железнодорожный вестник . 43 : 177–184 . Проверено 15 декабря 2011 года .. Обсуждались решения, принятые в процессе проектирования, строительства контактной сети.
Модернизация автотрансформатора 1914 г.
- «Электрификация железных дорог Нью-Йорка, Нью-Хейвена и Хартфорда », Специальная публикация Westinghouse Electric & Manufacturing Company 1698 , июнь 1914 г. Два рисунка доступны здесь .
- Артур, В. (1914). «Нью-Хейвен совершенствует методы работы с электричеством» . Вестник эпохи железных дорог . 56 : 988–989 . Проверено 15 февраля 2011 года .
- «Уменьшение индуктивных помех от линий электропередач Нью-Хейвенской железной дороги» . Журнал "ЭлектрЖД" . 43 (18): 960–966. 2 мая 1914 года . Проверено 15 февраля 2011 года .
- «Минимизация индукции от однофазной железной дороги» . Электрический мир . 63 (18): 984–986. 2 мая 1914 года . Проверено 7 апреля 2011 года .
- Остин, Эдвин (1915). Однофазные электрические железные дороги . Нью-Йорк: Д. Ван Ностранд. стр. 252 -269 . Проверено 16 февраля 2011 года .
- «Покупная мощность для Нью-Хейвена» . Журнал "ЭлектрЖД" . 46 (25): 1200–1204. 18 декабря 1915 . Проверено 14 декабря 2011 года .
- «Питание большой однофазной нагрузки от трехфазных устройств» . Электрический мир . 66 (24): 1300–1302. 1915 . Проверено 14 февраля 2011 года .. Основное внимание уделялось деталям турбогенератора на электростанции Шерман-Крик.
- "Подстанция West Farms железной дороги Нью-Хейвен" . Электрический мир . 66 (24): 1365–1367. 1915 . Проверено 14 февраля 2011 года .. Включает схему генератора, трансформатора и соединения.
- Торкио, П. (1916). «Поставка однофазных нагрузок с центральных станций». Труды Американского института инженеров-электриков . 35 (2): 1293–1313. DOI : 10,1109 / Т-AIEE.1916.4765431 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51632492 . Обсуждение подстанции Нью-Хейвен на Западных фермах, питаемой от коммерческих электростанций.
Последующие статьи
- Мортон, РБ (октябрь 1928 г.). «Устройства фидеров и оборудования для электрифицированных железных дорог». Труды Американского института инженеров-электриков . 47 (4): 1297–1301. DOI : 10,1109 / Т-AIEE.1928.5055139 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51646729 .Обсуждаются как оригинальные, так и винтажные системы электрификации PRR 1930-х годов, а также система NY Connecting RR.
- Савчак, М.В. (апрель 1990 г.). Замена контактной сети на линии Нью-Хейвен . Технические документы, представленные на совместной железнодорожной конференции ASME / IEEE в 1990 году. С. 91–94. DOI : 10,1109 / RRCON.1990.171665 . Обсуждаются некоторые детали уникальной конструкции контактной сети Нью-Хейвена и ограничения на ее замену, вызванные расстоянием между цепными мостами.
- Фридлендер, Гордон Д. (июль 1968 г.). "Электрификация железных дорог: прошлое, настоящее и будущее История систем в Соединенных Штатах". IEEE Spectrum . 5 (7): 50–65. DOI : 10.1109 / MSPEC.1968.5214536 . ISSN 0018-9235 . S2CID 51635585 .
- "Электрификация переменного тока железной дороги Нью-Йорка, Нью-Хейвена и Хартфорда 1907 - национальный исторический памятник инженерной мысли" (PDF) . Американское общество инженеров-механиков и Институт инженеров по электротехнике и электронике . 1982. Архивировано из оригинального (PDF) 03.08.2007 . Проверено 28 апреля 2011 года .
- Миддлтон, Уильям Д. (1974). Когда электрифицировали паровые железные дороги . С. 76–80. ISBN 0-8902-4028-0.