Elektrifisering av New York, New Haven og Hartford Railroad - Electrification of the New York, New Haven, and Hartford Railroad
The New York, New Haven og Hartford Railroad banebrytende elektrifisering av hovedlinjen jernbaner ved hjelp av høyspent vekselstrøm, enkelt-fase overliggende kjedelinje . Det elektrifiserte hovedlinjen mellom Stamford, Connecticut og Woodlawn, New York , i 1907, og utvidet elektrifiseringen til New Haven, Connecticut , i 1914. Selv om enfaset AC-jernbanelektrifisering har blitt vanlig, var New Haves system enestående på byggetid. Betydningen av denne elektrifiseringen ble anerkjent i 1982 av dens betegnelse som et National Historic Engineering Landmark av American Society of Mechanical Engineers (ASME) .
Innledende eksperimenter
New Haven prøvde flere eksperimenter med lavspenning DC-elektrifisering i tiåret før elektrifiseringen av hovedledningen. Disse inkluderte:
- 1895 elektrifisering av 11 km linje mellom Nantasket Junction og Pemberton, Massachusetts ved bruk av kontaktledninger i kobber på 600-700 Vdc.
- Denne linjen ble utvidet ytterligere 5,5 km til East Weymouth rundt 1896.
- Tredje jernbanes elektrifisering mellom Hartford , New Britain og Berlin , totalt 20 km i 1896. Dette tredjeskinnesystemet var unikt; den besto av en invertert V ( vinkel ) tverrsnittsskinne, montert på tverrbåndene mellom løpeskinnene , og ble totalt avslørt.
Det tredje jernbanesystemet resulterte, ikke overraskende, i en rekke ulykker. Det resulterte også i et dekret fra Connecticut Høyesterett 13. juni 1906 som forbød bruk av tredje jernbanelektrifisering i staten. New Haven ble tvunget av denne beslutningen til å designe hovedlinjens elektrifiseringssystem ved hjelp av overliggende kontaktledninger.
Flere forskjellige systemkombinasjoner av spenning og frekvens ble vurdert i den første designen. På grunn av de relativt store avstandene som ble involvert, ble overføring ved høye spenninger ved hjelp av vekselstrøm anerkjent som uunngåelig. En arkitektur som ligner på kommersielle DC -verktøy og urbane jernbaner ble vurdert ved å bruke høyspentoverføringslinjer, roterende omformere og overliggende DC -kontaktledninger. Studiene av tiden antok en elektrisk effektivitet på bare 75 prosent for denne arkitekturen.
Den høyeste spenningen som generatorer kunne konstrueres pålitelig for på dette tidspunktet var omtrent 22 kV. En mellomliggende design ble vurdert ved å bruke 22 kV overføringslinjer, transformatorstasjoner for å redusere ledningsspenningen til mellom 3 og 6 kV, og transformatorer på motorene til 560 V som kreves av trekkmotorene. Jernbanen innså at den kunne spare betydelige kapitalkostnader hvis den mellomliggende substitusjonen ble utelatt og lokomotiver mottok nettspenning på rundt 11 kV.
Original arkitektur fra 1907 med direkte feed
New Haven sin elektrifisering var den første i sitt slag; ingen tidligere jernbane hadde praktisk erfaring med å drive et høyspentfordelingssystem over en dampbane. Mange av systemets ultimate spesifikasjoner var et resultat av utdannede designbeslutninger basert på tilstanden til den elektriske teknologien i 1907.
Forslag ble innhentet fra General Electric (GE) og Westinghouse . Begge selskapene leverte en rekke AC- og DC -ordninger, selv om GE favoriserte DC -elektrifisering. Men New Haven valgte enfaset vekselstrøm ved 11 kV, 25 Hz. som foreslått av Westinghouse, som hadde forsket på AC-elektrifisering av jernbaner siden 1895 og i forbindelse med Baldwin leverte Baldwin-Westinghouse-lokomotiver . Senere leverte GE også noen lokomotiver.
Spenning
Designerne vurderte flere spenninger for overføringssegmentet i systemet, inkludert 3-6 kV, 11 kV og 22 kV. Til syvende og sist ble overførings- og koblingssystemene kombinert til et transformatorfritt system som utnyttet samme spenning fra generatorens utgang til kontaktledningen til lokomotivstrømsavtaker. Ettersom 11 kV var den høyeste spenningen som kunne oppnås direkte fra utgangen til generatorene fra 1907, ble 11 kV valgt som overførings- og koblingsspenning for systemet.
Frekvens
New Haven hadde vurdert to forskjellige driftsfrekvenser for bruk i elektrifiseringen: 15 Hz og 25 Hz. Selv om 15 Hz var ønskelig fra et ingeniørperspektiv, ettersom det ville gi en redusert motorstørrelse, lavere induktive tap og en høyere motoreffektfaktor, ble valg av denne frekvensen sett på av jernbanen som et "målebrudd", og dermed begrenset de kommersielle utsiktene for systemet deres. 25 Hz hadde allerede i 1907 blitt en kommersiell standard, og jernbanen drev allerede et antall trallehus på 25 Hz og hadde utstyrt mange av butikkene med 25 Hz motorer; dermed valgte jernbanen 25 Hz -standarden.
Kontaktledning
New Haven hadde ingen presedens å følge når han utformet sitt koblingssystem. Overliggende kontaktledninger hadde tidligere vært domenet til vogner, bortsett fra noen få trefasede jernbaner i Europa. Det eksisterte ingen tidligere erfaring med drift av høyhastighetsbaner med kontaktsystem. Rutenettet designet av New Haven var et unikt, relativt stivt trekantet tverrsnitt.
Det trekantede tverrsnittet av kontaktledningen som ble brukt i den opprinnelige elektrifiseringen, ble bare gjentatt av en annen jernbane. Den London, Brighton og South Coast Railway brukt en lignende trekantet kjøreledning fra 1909 til 1929. The New Haven er 1914 utvidelser utlevert med den trekantede kjøreledningen design.
Avstanden til kontaktledningsstøtte ble satt til 91 fot. Dette var basert på å holde den rette linjeavviket fra senteret til innenfor 220 mm med en kurveradius på 3 grader, som var den strammeste kurven mellom det originale systemets terminaler på Woodlawn og Stamford.
Generatorer
Generatorene på Cos Cob kraftstasjon ble designet for å levere enfaset strøm direkte til kontaktledningen. De ble også pålagt å levere trefaset strøm både til selve New Haven for bruk langs linjene, og til New York Centrals (NYC) Port Morris generasjonsstasjon for å kompensere NYC for strømmen som forbrukes av New Haven-tog på NYCs tredje skinne levert linje til Grand Central Terminal . Cos Cob-generatorene var trefasemaskiner, men kablet for å levere både trefaset og enfaset strøm samtidig.
Revidert autotransformatorarkitektur fra 1914
Selv om jernbanen anså elektrifiseringen fra 1907 som svært vellykket, krevde to problemer en endelig redesign av overføringssystemet. Den første var elektromagnetisk interferens i tilstøtende, parallelle telegraf- og telefonkabler forårsaket av høye strømmer i trekkraftsystemet.
Den andre var at systemets geografiske vekst og den elektriske teknologiens utviklende tilstand skapte et behov for høyere overføringsspenninger. Jernbanen kunne ganske enkelt ha økt driftsspenningen til hele systemet, men dette ville ha krevd at alle kontaktledningsisolatorene skulle oppgraderes for å tåle et høyere potensial og bytte av alt lokomotivets høyspenningsutstyr. Og mens høyere overføringsspenninger hadde blitt vanlig i de syv årene siden den første elektrifiseringen, var generatorer fortsatt begrenset av økonomi til en maksimal utgangsspenning på rundt 11 kV.
Løsningen jernbanen bestemte seg for, etter flere års studier, var et balansert autotransformatorsystem .
Det var bemerkelsesverdig at jernbanen endret overføringssystemarkitekturer innen fire timer, selv om forarbeidet hadde tatt de foregående 18 månedene. Søndag 25. januar 1914 stengte jernbanen hele strømsystemet klokken 02.00. Gjengene av arbeidere i hele systemet konfigurerte overføringslinjene i løpet av de neste 70 minuttene. Systemoppstart ble påbegynt, og klokken 05:30 kjørte elektriske tog over det nye systemet som ble levert av en autotransformator.
Substasjoner
Understasjon nr. | Koblingsbro nr. | Navn | bygget | Koordinater | Kommentarer |
---|---|---|---|---|---|
New Haven Line | |||||
1114 | Cedar Hill | ||||
1104 | Mill River (seksjon pause) | ||||
1060 | Cedar St. | 41 ° 17′37 ″ N 72 ° 55′50 ″ W / 41,2937 ° N 72,9305 ° W | |||
962 | Woodmont | ||||
863 | Devon | ||||
814 | Bishop Ave | ||||
736 | Burr Road | ||||
633 | Green's Farms | ||||
524 | Sør -Norwalk | ||||
465 | Darien | 41 ° 04′38 ″ N 73 ° 28′07 ″ V / 41.0773 ° N 73.4686 ° W | |||
374 | Stamford | ||||
296 | Greenwich | ||||
245 | Port Chester | 41 ° 00′19 ″ N 73 ° 39′21 ″ V / 41.0053 ° N 73.6559 ° W | |||
193 | rug | ||||
126 | Mamaroneck | 40 ° 56′48 ″ N 73 ° 44′41 ″ V / 40,9467 ° N 73,7446 ° W | |||
SS22 | 72 | Nye Rochelle | 1914 | 40 ° 54′46 ″ N 73 ° 46′57 ″ W / 40,9127 ° N 73,7826 ° W | Konvertert til 60 Hz c. 1986 |
0 | Woodlawn | ||||
Harlem River og Port Chester Branch | |||||
ATK 47 | 211H | Amtrak New Rochelle | 1987 | 40 ° 54′25 ″ N 73 ° 47′24 ″ V / 40,9069 ° N 73,7900 ° W | |
SS14 | 149H | Baychester/Pelham Bridge | 1914–1987 | ||
SS12 | 139H | Westchester/Pelham Parallel | 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 | West Farms Junction | 1914-1987. | 40 ° 50′05 ″ N 73 ° 52′46 ″ V / 40,8347 ° N 73,8794 ° W | Leveres fra Sherman Creek ; senere fra Con Ed Hell Gate GS. Stasjonen og tilstøtende passasjerstasjon er revet; en tomt opptar området. |
SS4 | 58H | Oak Point | 1914–1987 | 40 ° 48′27 ″ N 73 ° 54′18 ″ V / 40,8075 ° N 73,9049 ° W | |
SS3 | 42H | Bungay St. | 1914? -1987 | NH 3ph strøm levert til NYCs Port Morris GS for å kompensere for NHs forbruk på NYC DC -linjer. | |
SS1 | 2H | Harlem River | 1914-19 ?? | ||
New York, Westchester og Boston Railway | |||||
Columbus Ave Mt Vernon | |||||
Hvite sletter | |||||
New York Connecting Railroad | |||||
ATK 45 | C68 | Bowery Bay | 1918 | 40 ° 45′51 ″ N 73 ° 54′19 ″ V / 40,7643 ° N 73,9054 ° W | |
Long Island Rail Road Bay Ridge Branch | |||||
55 | Fersk dam | 1927-19 ?? | |||
2 East New York (FC) | 1927-19 ?? | Kobler enkeltfasen til/fra PT & T/LIRRs 3 fase 25 Hz. | |||
54 | East New York Swg. | 1927-19 ?? | |||
53 | New Lots Ave | 1927-19 ?? | |||
52 | Manhattan Beach | 1927-19 ?? | |||
51 | 4th Ave Bay Ridge | 1927-19 ?? |
Hell Gate Line
New Haven's system ble utvidet over Hell Gate Bridge til New York Connecting Railroad etter linjens konstruksjon. Elektrifiseringssystemet var en forlengelse av New Haven's reviderte 11/22 kV autotransformatorarkitektur. Den opprinnelige elektrifiseringen strekker seg fra New Haven's hovedlinje, over Hell Gate Bridge, til Bay Ridge -tunet. Linjen sør for Bowery Bay Junction ble avelektrifisert på 1950-tallet. Linjen mellom New Rochelle og Harold Interlocking ble overført til Amtrak i 1976 ved oppløsning av Penn Central . Elektrifiseringssystemet fortsatte å bli kontrollert som en del av det tidligere New Haven-systemet frem til 1987-konverteringen til 60 Hz-drift.
Da New Haven hovedlinje ble konvertert av Metro-North til 60 Hz drift, ble Amtrak Hell Gate-linjen også konvertert, men som et isolert system drevet fra Van Nest-stasjonen. Kontroll av kontaktsystemet ble overført fra Cos Cob til Load Dispatcher på New York Penn Station . Selv om konvertering skjedde etter elektrifiseringen i PRR-tiden , ble Amtrak-stasjonene 45-47 tildelt for å være i samsvar med resten av PRR-nummereringsordningen.
Se også
- Amtraks 25 Hz trekkraftsystem Bygget av PRR omtrent to tiår etter New Haven's
- Amtraks 60 Hz trekkraftsystem Amtraks system øst for New Haven.
- Baldwin-Westinghouse elektriske lokomotiver
- Metro-North Railroad arvet systemet i 1983 fra Conrail, som igjen hadde mottatt det i 1976 fra konkursramte Penn Central.
- Jernbanelektrifisering i USA
- SEPTAs 25 Hz trekkraftsystem En annen elektrifisering fra 1930 -årene
Fotnoter
Referanser
Bestilt etter publiseringsdato.
Tidlige eksperimenter med elektrisk trekkraft
- Heft, NH (juni 1897). "Elektrisk jernbane på New York, New Haven & Hartford System" . Street Railway Journal . 13 (6): 329–339 . Hentet 13. juli 2011 .
- Burch, Edward P. (1911). Elektrisk trekkraft for jernbanetog . New York: McGraw-Hill Book Company. s. 27 . Hentet 13. juli 2011 .
1907 Elektrifisering
- Lamme, BG (mars 1906). "Vekselstrøm elektriske systemer for tung jernbanetjeneste" . Jernbanealder . 41 : 583–590 . Hentet 15. februar 2011 .
- McHenry, EH (august 1907). "Elektrifisering av New York, New Haven og Hartford" . The Railroad Gazette . 43 : 177–184 . Hentet 15. desember 2011 .. Diskuterte beslutninger tatt under designprosessen, kontaktledning.
1914 Autotransformer oppgradering
- "New York, New Haven & Hartford Railroad Electrification," Westinghouse Electric & Manufacturing Company Special Publication 1698 , juni 1914. To tegninger er tilgjengelig her .
- Arthur, W. (1914). "New Haven forbedrer metode for elektrisk drift" . Railway Age Gazette . 56 : 988–989 . Hentet 15. februar 2011 .
- "Reduksjon av induktiv forstyrrelse fra kraftlinjene til New Haven Railroad" . Electric Railway Journal . 43 (18): 960–966. 2. mai 1914 . Hentet 15. februar 2011 .
- "Minimering av induksjon fra enfaset jernbane" . Elektrisk verden . 63 (18): 984–986. 2. mai 1914 . Hentet 7. april 2011 .
- Austin, Edwin (1915). Enfasede elektriske jernbaner . New York: D. Van Nostrand. s. 252 –269 . Hentet 16. februar 2011 .
- "Kjøpt strøm til New Haven" . Electric Railway Journal . 46 (25): 1200–1204. 18. desember 1915 . Hentet 14. desember 2011 .
- "Feeding Heavy Single-Phase Load from Three-Phase Units" . Elektrisk verden . 66 (24): 1300–1302. 1915 . Hentet 14. februar 2011 .. Primært fokusert på detaljer om turbingeneratorer på Sherman Creek Generating Station.
- "West Farms Substation of New Haven Railroad" . Elektrisk verden . 66 (24): 1365–1367. 1915 . Hentet 14. februar 2011 .. Inkluderer en skjematisk oversikt over generator, transformator og sammenkoblingsarrangement.
- Torchio, P. (1916). "Tilførsel av enfaselast fra sentrale stasjoner". Transaksjoner fra American Institute of Electrical Engineers . 35 (2): 1293–1313. doi : 10.1109/T-AIEE.1916.4765431 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51632492 . Diskusjon om New Haven Substation på West Farms levert fra kommersielle kraftverk.
Senere artikler
- Morton, RB (oktober 1928). "Arrangementer av matere og utstyr for elektrifiserte jernbaner". Transaksjoner fra American Institute of Electrical Engineers . 47 (4): 1297–1301. doi : 10.1109/T-AIEE.1928.5055139 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51646729 .Diskuterer både originale og 1930 -talls vintage PRR -elektrifiseringssystemer sammen med NY Connecting RR -system.
- Savchak, MW (april 1990). New Haven linje kontaktledning erstatning . Tekniske artikler presentert på ASME/IEEE Joint Railroad Conference 1990. s. 91–94. doi : 10.1109/RRCON.1990.171665 . Drøfter noen detaljer om det unike New Haven -kontaktledningsdesignet og begrensninger ved erstatning forårsaket av avstanden mellom kontaktbroene.
- Friedlander, Gordon D. (juli 1968). "Jernbanelektrifisering: fortid, nåtid og fremtid Systemhistorie i USA". IEEE Spectrum . 5 (7): 50–65. doi : 10.1109/MSPEC.1968.5214536 . ISSN 0018-9235 . S2CID 51635585 .
- "Vekselstrøm -elektrifisering av New York, New Haven & Hartford Railroad 1907 - A National Historic Engineering Landmark" (PDF) . American Society of Mechanical Engineers og Institute of Electrical and Electronics Engineers . 1982. Arkivert fra originalen (PDF) 2007-08-03 . Hentet 28. april 2011 .
- Middleton, William D. (1974). Når dampbanene elektrifiserte . s. 76–80. ISBN 0-8902-4028-0.