Électrification des chemins de fer de New York, New Haven et Hartford - Electrification of the New York, New Haven, and Hartford Railroad
Le New York, New Haven and Hartford Railroad a été le pionnier de l' électrification des voies ferrées principales à l'aide d'une caténaire aérienne monophasée à haute tension et à courant alternatif . Il a électrifié sa ligne principale entre Stamford, Connecticut , et Woodlawn, New York , en 1907, et a étendu l'électrification à New Haven, Connecticut , en 1914. Alors que l'électrification monophasée du chemin de fer à courant alternatif est devenue monnaie courante, le système de New Haven était sans précédent au moment de la construction. L'importance de cette électrification a été reconnue en 1982 par sa désignation comme monument historique national d'ingénierie par l' American Society of Mechanical Engineers (ASME) .
Premières expériences
Le New Haven a tenté plusieurs expériences d'électrification CC à basse tension au cours de la décennie précédant l'électrification aérienne de sa ligne principale. Ceux-ci comprenaient :
- 1895 électrification de 6,8 mi (11 km) de ligne entre Nantasket Junction et Pemberton, Massachusetts en utilisant un fil de contact en cuivre aérien à 600-700 Vdc.
- Cette ligne a été prolongée de 3,4 mi (5,5 km) supplémentaires jusqu'à East Weymouth vers 1896.
- Électrification du troisième rail entre Hartford , Nouvelle-Bretagne et Berlin , un total de 20 km (12 mi) en 1896. Ce système de troisième rail était unique ; il se composait d'un rail à section transversale en V inversé (en angle ), monté sur les traverses entre les rails de roulement , et était totalement exposé.
Le troisième système ferroviaire a entraîné, sans surprise, un certain nombre d'accidents. Cela a également abouti à un décret de la Cour suprême du Connecticut le 13 juin 1906 interdisant l'utilisation d'une troisième électrification ferroviaire au sein de l'État. Le New Haven a été contraint par cette décision de concevoir son système d'électrification de la ligne principale en utilisant une caténaire aérienne.
Plusieurs combinaisons de systèmes différents de tension et de fréquence ont été prises en compte dans la conception initiale. En raison des distances relativement importantes impliquées, la transmission à haute tension utilisant un courant alternatif a été reconnue comme étant inévitable. Une architecture similaire aux services publics CC commerciaux et aux chemins de fer urbains a été envisagée en utilisant des lignes de transmission à haute tension, des convertisseurs rotatifs et une caténaire CC aérienne. Les études de l'époque supposaient un rendement électrique de seulement 75 % pour cette architecture.
La tension la plus élevée pour laquelle les générateurs pouvaient être conçus de manière fiable à cette époque était d'environ 22 kV. Une conception intermédiaire a été envisagée en utilisant des lignes de transport de 22 kV, des sous-stations pour réduire la tension des caténaires entre 3 et 6 kV et des transformateurs sur les moteurs aux 560 V requis par les moteurs de traction. Le chemin de fer s'est rendu compte qu'il pourrait économiser des coûts d'investissement importants si la substitution intermédiaire était omise et que les locomotives recevaient une tension de ligne d'environ 11 kV.
Architecture à alimentation directe originale de 1907
L'électrification de New Haven était la première du genre ; aucun chemin de fer antérieur n'avait d'expérience pratique dans l'exploitation d'un système de distribution à haute tension au-dessus d'un chemin de fer à vapeur. Bon nombre des spécifications ultimes du système étaient le résultat de décisions de conception éclairées basées sur l'état de la technologie électrique en 1907.
Des propositions ont été obtenues de General Electric (GE) et de Westinghouse . Les deux sociétés ont soumis une variété de schémas CA et CC, bien que GE ait favorisé l'électrification CC. Mais New Haven a choisi le courant alternatif monophasé à 11 kV, 25 Hz. comme proposé par Westinghouse, qui avait fait des recherches sur l'électrification AC des chemins de fer depuis 1895 et en association avec Baldwin a fourni des locomotives Baldwin-Westinghouse . Plus tard, GE a également fourni quelques locomotives.
Tension
Les concepteurs ont envisagé plusieurs tensions pour le segment de transmission du système, notamment 3-6 kV, 11 kV et 22 kV. En fin de compte, les systèmes de transmission et de caténaire ont été combinés en un système sans transformateur, qui utilisait la même tension de la sortie du générateur à la caténaire au pantographe de la locomotive. Comme 11 kV était la tension la plus élevée qui pouvait être obtenue directement à partir de la sortie des générateurs de 1907, 11 kV a été choisi comme tension de transmission et de caténaire du système.
La fréquence
Le New Haven avait envisagé deux fréquences de fonctionnement différentes pour leur électrification : 15 Hz et 25 Hz. Bien que 15 Hz soit souhaitable du point de vue de l'ingénierie, car cela permettrait une taille de moteur réduite, des pertes inductives plus faibles et un facteur de puissance moteur plus élevé, le choix de cette fréquence était considéré par le chemin de fer comme une "rupture de jauge", limitant ainsi les perspectives commerciales de leur système. Le 25 Hz était déjà devenu en 1907 une norme commerciale, et le chemin de fer exploitait déjà un certain nombre de centrales électriques à chariots à 25 Hz et avait équipé nombre de ses magasins de moteurs 25 Hz ; ainsi, le chemin de fer a choisi la norme 25 Hz.
Caténaire
Le New Haven n'avait aucun précédent à suivre lors de la conception de son système caténaire. La caténaire aérienne était auparavant le domaine des chariots, à l'exception de quelques chemins de fer triphasés en Europe. Aucune expérience préalable n'existait dans l'exploitation de chemins de fer à grande vitesse avec un système de contact aérien. La caténaire conçue par le New Haven était une section transversale triangulaire unique et relativement rigide.
La section triangulaire de la caténaire utilisée dans l'électrification d'origine n'a été répétée que par un autre chemin de fer. Le London, Brighton and South Coast Railway a utilisé une caténaire triangulaire similaire de 1909 à 1929. Les extensions de New Haven en 1914 ont renoncé à la conception de caténaire triangulaire.
L'espacement des supports caténaires a été fixé à 300 pieds (91 m). Ceci était basé sur le maintien de la déviation en ligne droite du centre de la voie à moins de 8,5 pouces (220 mm) avec un rayon de courbe de 3 degrés, qui était la courbe la plus étroite entre les terminus du système d'origine à Woodlawn et Stamford.
Générateurs
Les générateurs de la centrale électrique de Cos Cob ont été conçus pour fournir une alimentation monophasée directement à la caténaire. Ils étaient également tenus de fournir une alimentation triphasée à la fois au New Haven lui-même pour une utilisation le long des lignes, et à la centrale de New York Central (NYC) Port Morris pour compenser le NYC pour la puissance consommée par les trains de New Haven sur la ligne fournie par le troisième rail de New York jusqu'à Grand Central Terminal . Les générateurs Cos Cob étaient des machines triphasées, mais câblées pour fournir simultanément une alimentation triphasée et monophasée.
Architecture révisée de l'autotransformateur de 1914
Bien que le chemin de fer ait considéré l'électrification de 1907 très réussie, deux problèmes ont nécessité une refonte ultime du système de transmission. Le premier était les interférences électromagnétiques dans les câbles télégraphiques et téléphoniques parallèles adjacents causées par les courants élevés dans le système d'alimentation de traction.
La seconde était que la croissance géographique du système et l'état évolutif de la technologie électrique ont créé un besoin pour des tensions de transmission plus élevées. Le chemin de fer aurait pu simplement augmenter la tension de fonctionnement de l'ensemble du système, mais cela aurait nécessité la mise à niveau de tous les isolateurs caténaires pour résister à un potentiel plus élevé et le remplacement de tout l'équipement haute tension de la locomotive. Et tandis que des tensions de transmission plus élevées étaient devenues courantes au cours des sept années écoulées depuis l'électrification initiale, les générateurs étaient toujours limités par des raisons économiques à une tension de sortie maximale d'environ 11 kV.
La solution retenue par le chemin de fer, après plusieurs années d'études, a été un système d' autotransformateur équilibré .
Remarquablement, le chemin de fer a changé les architectures du système de transmission en quatre heures, bien que les travaux préliminaires aient pris les 18 mois précédents. Le dimanche 25 janvier 1914, le chemin de fer a coupé tout le système électrique à 2 heures du matin. Des bandes de travailleurs dans tout le système ont reconfiguré les lignes de transmission au cours des 70 minutes suivantes. Le démarrage du système a commencé et à 5 h 30, les trains électriques circulaient sur le nouveau système alimenté par autotransformateur.
Sous-stations
| N° de sous-station | Pont caténaire n° | Nom | Construit | Coordonnées | commentaires |
|---|---|---|---|---|---|
| Nouvelle ligne Haven | |||||
| 1114 | Colline des cèdres | ||||
| 1104 | Rivière Mill (coupure de section) | ||||
| 1060 | Rue du Cèdre | 41°17′37″N 72°55′50″O / 41.2937°N 72.9305°W | |||
| 962 | Woodmont | ||||
| 863 | Devon | ||||
| 814 | Avenue Bishop | ||||
| 736 | Route des bavures | ||||
| 633 | Les fermes vertes | ||||
| 524 | Norwalk sud | ||||
| 465 | Darien | 41°04′38″N 73°28′07″O / 41.0773°N 73.4686°O | |||
| 374 | Stamford | ||||
| 296 | Greenwich | ||||
| 245 | Chester | 41°00′19″N 73°39′21″O / 41.0053°N 73.6559°W | |||
| 193 | Seigle | ||||
| 126 | Mamaroneck | 40°56′48″N 73°44′41″O / 40,9467°N 73,7446°O | |||
| SS22 | 72 | Nouvelle Rochelle | 1914 | 40°54′46″N 73°46′57″O / 40,9127°N 73,7826°W | Converti à 60 Hz c. 1986 |
| 0 | Pelouse | ||||
| Branche Harlem River et Port Chester | |||||
| ATQ 47 | 211H | Amtrak New Rochelle | 1987 | 40°54′25″N 73°47′24″O / 40.9069°N 73.7900°O | |
| SS14 | 149H | Pont de Baychester/Pelham | 1914-1987 | ||
| SS12 | 139H | Parallèle Westchester/Pelham | 1914-1987 | 40°49′00″N 73°53′36″O / 40,8167°N 73,8933°W | |
| ATK 46 | Amtrak Van Nest | 1987 | 40°50′31″N 73°51′48″O / 40.8420°N 73.8633°O | ||
| SS8 | 84H | Jonction des fermes ouest | 1914-1987. | 40°50′05″N 73°52′46″O / 40,8347°N 73,8794°W | Fourni à partir de Sherman Creek ; plus tard de Con Ed Hell Gate GS. La sous-station et la gare de voyageurs adjacente ont été démolies ; une fourrière occupe le site. |
| SS4 | 58H | Pointe de Chêne | 1914-1987 | 40°48′27″N 73°54′18″O / 40,8075°N 73,9049°W | |
| SS3 | 42H | Rue Bungay | 1914 ?-1987 | Alimentation NH 3ph fournie au Port Morris GS de NYC pour compenser la consommation de NH sur les lignes DC de NYC. | |
| SS1 | 2H | Rivière Harlem | 1914-19 ?? | ||
| New York, Westchester et Boston Railway | |||||
| Columbus Ave Mt Vernon | |||||
| plaines blanches | |||||
| Chemin de fer de connexion de New York | |||||
| ATQ 45 | C68 | Baie Bowery | 1918 | 40°45′51″N 73°54′19″O / 40,7643°N 73,9054°W | |
| Long Island Rail Road , succursale de Bay Ridge | |||||
| 55 | Étang frais | 1927-19 ?? | |||
| 2 Est de New York (FC) | 1927-19 ?? | Connecte le monophasé vers/depuis le PT&T/LIRR triphasé 25 Hz. | |||
| 54 | Est de New York Swg. | 1927-19 ?? | |||
| 53 | Avenue des Nouveaux Lots | 1927-19 ?? | |||
| 52 | Plage de Manhattan | 1927-19 ?? | |||
| 51 | Crête de la baie de la 4e avenue | 1927-19 ?? | |||
Ligne Hell Gate
Le système de New Haven a été étendu à travers le Hell Gate Bridge jusqu'au New York Connecting Railroad lors de la construction de la ligne. Le système d'électrification était une extension de l'architecture révisée de l'autotransformateur 11/22 kV de New Haven. L'électrification d'origine s'étendait de la ligne principale de New Haven, à travers le pont Hell Gate, jusqu'à la cour de Bay Ridge. La ligne au sud de Bowery Bay Junction a été désélectrifiée dans les années 1950. La ligne entre New Rochelle et Harold Interlocking a été transférée à Amtrak en 1976 lors de la dissolution de Penn Central . Le système d'électrification a continué à être contrôlé en tant que partie de l'ancien système de New Haven jusqu'à la conversion de 1987 en fonctionnement à 60 Hz.
Lorsque la ligne principale de New Haven a été convertie par Metro-North à un fonctionnement à 60 Hz, la ligne Amtrak Hell Gate a également été convertie, mais en tant que système isolé alimenté par la sous-station Van Nest. Le contrôle du système caténaire a été transféré de Cos Cob au Load Dispatcher à New York Penn Station . Bien que la conversion ait eu lieu à la suite de l' électrification de l'ère PRR , les numéros de sous-station Amtrak 45-47 ont été attribués par souci de cohérence avec le reste du schéma de numérotation PRR.
Voir également
- Système d'alimentation de traction 25 Hz d'Amtrak Construit par PRR environ deux décennies après celui de New Haven
- Système d'alimentation de traction 60 Hz d' Amtrak Le système d'Amtrak à l'est de New Haven.
- Locomotives électriques Baldwin-Westinghouse
- Metro-North Railroad a hérité du système en 1983 de Conrail, qui à son tour l'avait reçu en 1976 de la faillite Penn Central.
- Électrification des chemins de fer aux États-Unis
- Système d'alimentation de traction 25 Hz de SEPTA Une autre électrification des années 1930
Notes de bas de page
Les références
Trié par date de publication.
Premières expériences avec la traction électrique
- Heft, NH (juin 1897). "Les chemins de fer électriques sur le système de New York, New Haven et Hartford" . Journal des chemins de fer de la rue . 13 (6) : 329-339 . Consulté le 13 juillet 2011 .
- Burch, Edward P. (1911). Traction électrique pour trains ferroviaires . New York : McGraw-Hill Book Company. p. 27 . Consulté le 13 juillet 2011 .
1907 Électrification
- Lamme, BG (mars 1906). "Systèmes électriques à courant alternatif pour le service ferroviaire lourd" . Âge du chemin de fer . 41 : 583–590 . Consulté le 15 février 2011 .
- McHenry, EH (août 1907). "L'électrification de New York, New Haven et Hartford" . La Gazette des chemins de fer . 43 : 177-184 . Consulté le 15 décembre 2011 .. Discussion des décisions prises au cours du processus de conception, construction de la caténaire.
1914 Mise à niveau de l'autotransformateur
- "New York, New Haven & Hartford Railroad Electrification," Westinghouse Electric & Manufacturing Company Special Publication 1698 , juin 1914. Deux dessins sont disponibles ici .
- Arthur, W. (1914). " New Haven améliore la méthode de fonctionnement électrique " . Gazette de l'âge des chemins de fer . 56 : 988-989 . Consulté le 15 février 2011 .
- "Réduction des interférences inductives des lignes électriques du chemin de fer de New Haven" . Journal du chemin de fer électrique . 43 (18) : 960-966. 2 mai 1914 . Consulté le 15 février 2011 .
- "Minimiser l'induction du chemin de fer monophasé" . Monde électrique . 63 (18) : 984-986. 2 mai 1914 . Consulté le 7 avril 2011 .
- Austin, Edwin (1915). Chemins de fer électriques monophasés . New York : D. Van Nostrand. p. 252 –269 . Consulté le 16 février 2011 .
- « Puissance achetée pour le nouveau refuge » . Journal du chemin de fer électrique . 46 (25) : 1200-1204. 18 décembre 1915 . Consulté le 14 décembre 2011 .
- « Alimentation d'une charge monophasée lourde à partir d'unités triphasées » . Monde électrique . 66 (24) : 1300-1302. 1915 . Consulté le 14 février 2011 .. Principalement axé sur les détails du turbogénérateur à la centrale électrique de Sherman Creek.
- " Sous-station de fermes occidentales de chemin de fer de New Haven " . Monde électrique . 66 (24) : 1365-1367. 1915 . Consulté le 14 février 2011 .. Comprend un schéma du générateur, du transformateur et de l'arrangement d'interconnexion.
- Torchio, P. (1916). "Fourniture de charges monophasées des gares centrales". Transactions de l'American Institute of Electrical Engineers . 35 (2) : 1293-1313. doi : 10.1109/T-AIEE.1916.4765431 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51632492 . Discussion sur la sous-station de New Haven à West Farms alimentée par des centrales électriques commerciales.
Articles ultérieurs
- Morton, RB (octobre 1928). « Aménagements de lignes d'alimentation et d'équipements pour les chemins de fer électrifiés ». Transactions de l'American Institute of Electrical Engineers . 47 (4) : 1297-1301. doi : 10.1109/T-AIEE.1928.5055139 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51646729 .Discute des systèmes d'électrification PRR d'origine et des années 1930 ainsi que du système NY Connecting RR.
- Savchak, MW (avril 1990). Remplacement de la caténaire de la ligne New Haven . Documents techniques présentés à la conférence ferroviaire conjointe ASME/IEEE de 1990. p. 91-94. doi : 10.1109/RRCON.1990.171665 . Discute de certains détails de la conception unique de la caténaire de New Haven et des contraintes de son remplacement causées par l'espacement du pont caténaire.
- Friedlander, Gordon D. (juillet 1968). « Électrification des chemins de fer : histoire passée, présente et future des systèmes aux États-Unis ». Spectre IEEE . 5 (7) : 50-65. doi : 10.1109/MSPEC.1968.5214536 . ISSN 0018-9235 . S2CID 51635585 .
- "Électrification à courant alternatif du New York, New Haven & Hartford Railroad 1907 - Un monument historique national d'ingénierie" (PDF) . Société américaine des ingénieurs mécaniciens et l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens . 1982. Archivé de l'original (PDF) le 2007-08-03 . Consulté le 28 avril 2011 .
- Middleton, William D. (1974). Quand les chemins de fer à vapeur se sont électrifiés . p. 76-80. ISBN 0-8902-4028-0.