Eletrificação da ferrovia de Nova York, New Haven e Hartford - Electrification of the New York, New Haven, and Hartford Railroad
A New York, New Haven e Hartford Railroad foi pioneira na eletrificação de ferrovias de linhas principais usando catenária aérea monofásica de alta tensão e corrente alternada . Ele eletrificou sua linha principal entre Stamford, Connecticut e Woodlawn, Nova York , em 1907, e estendeu a eletrificação para New Haven, Connecticut , em 1914. Embora a eletrificação de ferrovia CA monofásica tenha se tornado comum, o sistema de New Haven era sem precedentes no tempo de construção. A importância desta eletrificação foi reconhecida em 1982 por sua designação como um marco histórico de engenharia nacional pela American Society of Mechanical Engineers (ASME) .
Experimentos iniciais
O New Haven tentou vários experimentos com eletrificação CC de baixa tensão na década anterior à sua eletrificação aérea de linha principal. Estes incluíam:
- Eletrificação de 1895 de 6,8 mi (11 km) de linha entre Nantasket Junction e Pemberton, Massachusetts usando fio de contato de cobre suspenso a 600-700 Vdc.
- Esta linha foi estendida mais 3,4 mi (5,5 km) para East Weymouth por volta de 1896.
- Eletrificação do terceiro trilho entre Hartford , New Britain e Berlim , um total de 12 milhas (20 km) em 1896. Este sistema de terceiro trilho era único; consistia em um trilho de seção transversal em V invertido ( angular ), montado nas travessas entre os trilhos de rolamento e estava totalmente exposto.
O terceiro sistema ferroviário resultou, não surpreendentemente, em uma série de acidentes. Também resultou em um decreto da Suprema Corte de Connecticut em 13 de junho de 1906 proibindo o uso de eletrificação de terceiro trilho dentro do estado. A New Haven foi forçada por esta decisão a projetar seu sistema de eletrificação de linha principal usando catenária aérea.
Várias combinações diferentes de sistemas de tensão e frequência foram consideradas no projeto inicial. Devido às distâncias relativamente grandes envolvidas, a transmissão em altas tensões usando corrente alternada foi reconhecida como inevitável. Uma arquitetura semelhante a utilitários comerciais CC e ferrovias urbanas foi considerada usando linhas de transmissão de alta tensão, conversores rotativos e catenária CC aérea. Os estudos da época pressupunham uma eficiência elétrica de apenas 75 por cento para esta arquitetura.
A tensão mais alta para a qual os geradores podiam ser projetados com segurança neste momento era de cerca de 22 kV. Um projeto intermediário foi considerado usando linhas de transmissão de 22 kV, subestações para reduzir a tensão catenária para entre 3 e 6 kV e transformadores nos motores para os 560 V exigidos pelos motores de tração. A ferrovia percebeu que poderia economizar um custo de capital significativo se a substituição intermediária fosse omitida e as locomotivas recebessem tensão de linha em torno de 11 kV.
Arquitetura original de alimentação direta de 1907
A eletrificação do New Haven foi a primeira de seu tipo; nenhuma ferrovia anterior tinha experiência prática em operar um sistema de distribuição de alta tensão acima de uma ferrovia a vapor. Muitas das especificações definitivas do sistema foram o resultado de decisões de projeto educadas com base no estado da tecnologia elétrica em 1907.
As propostas foram obtidas na General Electric (GE) e na Westinghouse . Ambas as empresas enviaram uma variedade de esquemas CA e CC, embora a GE favorecesse a eletrificação CC. Mas New Haven escolheu CA monofásica a 11 kV, 25 Hz. conforme proposto por Westinghouse, que pesquisava a eletrificação AC de ferrovias desde 1895 e, em associação com a Baldwin, forneceu as locomotivas Baldwin-Westinghouse . Mais tarde, a GE também forneceu algumas locomotivas.
Voltagem
Os projetistas consideraram várias tensões para o segmento de transmissão do sistema, incluindo 3-6 kV, 11 kV e 22 kV. Em última análise, os sistemas de transmissão e catenária foram combinados em um sistema sem transformador, que utilizou a mesma voltagem de saída do gerador para catenária para o pantógrafo da locomotiva. Como 11 kV era a tensão mais alta que poderia ser obtida diretamente da saída dos geradores de 1907, 11 kV foi selecionado como a tensão de transmissão e catenária do sistema.
Frequência
O New Haven considerou duas frequências operacionais diferentes para uso em sua eletrificação: 15 Hz e 25 Hz. Embora 15 Hz fosse desejável do ponto de vista da engenharia, já que proporcionaria um tamanho de motor reduzido, perdas indutivas menores e um fator de potência do motor mais alto, a escolha dessa frequência foi vista pela ferrovia como semelhante a uma "quebra na bitola", limitando assim as perspectivas comerciais de seu sistema. 25 Hz já havia se tornado um padrão comercial em 1907, e a ferrovia já operava várias casas de força de bondes a 25 Hz e equipou muitas de suas lojas com motores de 25 Hz; assim, a ferrovia selecionou o padrão de 25 Hz.
Catenária
O New Haven não tinha precedentes a seguir ao projetar seu sistema de catenária. Antigamente, a catenária aérea era domínio dos bondes, com exceção de algumas ferrovias trifásicas na Europa. Nenhuma experiência anterior existia com a operação de ferrovias de alta velocidade com um sistema de contato aéreo. A catenária projetada por New Haven era uma seção transversal triangular única e relativamente rígida.
A seção transversal triangular da catenária usada na eletrificação original foi repetida apenas por uma outra ferrovia. A London, Brighton and South Coast Railway usou uma catenária triangular semelhante de 1909 até 1929. As extensões de 1914 de New Haven dispensaram o design da catenária triangular.
O espaçamento do suporte da catenária foi definido em 300 pés (91 m). Isso foi baseado em manter o desvio de linha reta do centro da pista em 8,5 polegadas (220 mm) com um raio de curva de 3 graus, que era a curva mais estreita entre os terminais do sistema original em Woodlawn e Stamford.
Geradores
Os geradores da Usina Cos Cob foram projetados para fornecer energia monofásica diretamente para a catenária. Eles também foram obrigados a fornecer energia trifásica para o próprio New Haven para uso ao longo das linhas e para a estação geradora de Port Morris da Central de Nova York (NYC) para compensar a cidade de Nova York pela energia consumida pelos trens de New Haven em a linha de fornecimento de terceiro trilho de Nova York para o Terminal Grand Central . Os geradores Cos Cob eram máquinas trifásicas, mas cabeados para fornecer energia trifásica e monofásica simultaneamente.
Arquitetura revisada do autotransformador de 1914
Embora a ferrovia considerasse a eletrificação de 1907 muito bem-sucedida, dois problemas exigiam um redesenho final do sistema de transmissão. O primeiro foi a interferência eletromagnética em fios telegráficos e telefônicos adjacentes, paralela, causada pelas altas correntes no sistema de força de tração.
A segunda foi que o crescimento geográfico do sistema e o estado de evolução da tecnologia elétrica criaram a necessidade de tensões de transmissão mais altas. A ferrovia poderia simplesmente ter aumentado a tensão de operação de todo o sistema, porém isso exigiria que todos os isoladores da catenária fossem atualizados para suportar um potencial maior e a substituição de todos os equipamentos de alta tensão da locomotiva. E embora tensões de transmissão mais altas tenham se tornado comuns nos sete anos desde a eletrificação inicial, os geradores ainda eram limitados pela economia a uma tensão máxima de saída de cerca de 11 kV.
A solução decidida pela ferrovia, após vários anos de estudo, foi um sistema autotransformador balanceado .
Surpreendentemente, a ferrovia mudou a arquitetura do sistema de transmissão em quatro horas, embora o trabalho preliminar tenha levado os 18 meses anteriores. No domingo, 25 de janeiro de 1914, a ferrovia desligou todo o sistema de energia às 2 da manhã. Gangues de trabalhadores em todo o sistema reconfiguraram as linhas de transmissão nos próximos 70 minutos. A inicialização do sistema foi iniciada e às 5h30, os trens elétricos estavam operando com o novo sistema fornecido com autotransformador.
Subestações
No. da subestação | Ponte catenária nº | Nome | Construído | Coordenadas | Comentários |
---|---|---|---|---|---|
Linha New Haven | |||||
1114 | Cedar Hill | ||||
1104 | Mill River (quebra de seção) | ||||
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 | South Norwalk | ||||
465 | Darien | 41 ° 04′38 ″ N 73 ° 28′07 ″ W / 41,0773 ° N 73,4686 ° W | |||
374 | Stamford | ||||
296 | Greenwich | ||||
245 | Port Chester | 41 ° 00 19 ″ N 73 ° 39 21 ″ W / 41,0053 ° N 73,6559 ° W | |||
193 | Centeio | ||||
126 | Mamaroneck | 40 ° 56′48 ″ N 73 ° 44′41 ″ W / 40,9467 ° N 73,7446 ° W | |||
SS22 | 72 | New Rochelle | 1914 | 40 ° 54 46 ″ N 73 ° 46 57 ″ W / 40,9127 ° N 73,7826 ° W | Convertido para 60 Hz c. 1986 |
0 | Woodlawn | ||||
Harlem River e Port Chester Branch | |||||
ATK 47 | 211H | Amtrak New Rochelle | 1987 | 40 ° 54 25 ″ N 73 ° 47 24 ″ W / 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 ″ W / 40,8347 ° N 73,8794 ° W | Fornecido por Sherman Creek ; mais tarde, de Con Ed Hell Gate GS. A subestação e a estação de passageiros adjacente foram demolidas; um lote apreendido ocupa o local. |
SS4 | 58H | Oak Point | 1914–1987 | 40 ° 48 27 ″ N 73 ° 54 18 ″ W / 40,8075 ° N 73,9049 ° W | |
SS3 | 42H | Bungay St | 1914? -1987 | NH 3ph de energia fornecida ao Port Morris GS de Nova York para compensar o consumo de NH nas linhas DC de Nova York. | |
SS1 | 2h | Rio Harlem | 1914-19 ?? | ||
Ferrovia de Nova York, Westchester e Boston | |||||
Columbus Ave Mt Vernon | |||||
planícies brancas | |||||
Ferrovia de conexão de Nova York | |||||
ATK 45 | C68 | Bowery Bay | 1918 | 40 ° 45 51 ″ N 73 ° 54 19 ″ W / 40,7643 ° N 73,9054 ° W | |
Long Island Rail Road Bay Ridge Branch | |||||
55 | Fresh Pond | 1927-19 ?? | |||
2 East New York (FC) | 1927-19 ?? | Conecta a fase única de / para PT & T / LIRR trifásico 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
O sistema de New Haven foi estendido através da Hell Gate Bridge até a New York Connecting Railroad na construção da linha. O sistema de eletrificação foi uma extensão da arquitetura revisada do autotransformador de 11/22 kV de New Haven. A eletrificação original se estendeu da linha principal de New Haven, através da Hell Gate Bridge, até o pátio de Bay Ridge. A linha ao sul de Bowery Bay Junction foi deseletrificada na década de 1950. A linha entre New Rochelle e Harold Interlocking foi transferida para a Amtrak em 1976 após a dissolução da Penn Central . O sistema de eletrificação continuou a ser controlado como uma parte do sistema ex-New Haven até a conversão de 1987 para a operação de 60 Hz.
Quando a linha principal de New Haven foi convertida pela Metro-North para operação em 60 Hz, a linha Amtrak Hell Gate também foi convertida, mas como um sistema isolado alimentado pela subestação Van Nest. O controle do sistema de catenária foi transferido de Cos Cob para o Load Dispatcher na Penn Station de Nova York . Embora a conversão tenha ocorrido após a eletrificação da era PRR , os números da subestação Amtrak 45-47 foram atribuídos para consistência com o restante do esquema de numeração do PRR.
Veja também
- Sistema de força de tração de 25 Hz da Amtrak construído pela PRR cerca de duas décadas após a de New Haven
- Sistema de energia de tração de 60 Hz da Amtrak Sistema da Amtrak a leste de New Haven.
- Locomotivas elétricas Baldwin-Westinghouse
- A Metro-North Railroad herdou o sistema em 1983 da Conrail, que por sua vez o recebeu em 1976 da falida Penn Central.
- Eletrificação ferroviária nos Estados Unidos
- Sistema de força de tração de 25 Hz da SEPTA Outra eletrificação da era dos anos 1930
Notas de rodapé
Referências
Ordenado pela data de publicação.
Experimentos iniciais com tração elétrica
- Heft, NH (junho de 1897). "Electric Railroading no New York, New Haven & Hartford System" . Street Railway Journal . 13 (6): 329–339 . Recuperado em 13 de julho de 2011 .
- Burch, Edward P. (1911). Tração Elétrica para Trens Ferroviários . Nova York: McGraw-Hill Book Company. p. 27 . Recuperado em 13 de julho de 2011 .
1907 Eletrificação
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- McHenry, EH (agosto de 1907). "Eletrificação de New York, New Haven e Hartford" . The Railroad Gazette . 43 : 177–184 . Recuperado em 15 de dezembro de 2011 .. Decisões discutidas durante o processo de design, construção da catenária.
Atualização do Autotransformador de 1914
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- "Redução da interferência indutiva das linhas de transmissão da ferrovia de New Haven" . Electric Railway Journal . 43 (18): 960–966. 2 de maio de 1914 . Recuperado em 15 de fevereiro de 2011 .
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Artigos posteriores
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