La Great Northern Z-1 fue una clase de diez locomotoras eléctricas construidas para el Great Northern Railway [2] Se utilizaron para trabajar en la ruta a través del segundo túnel Cascade . Fueron construidas entre 1926 y 1928 por Baldwin Locomotive Works , con locomotoras eléctricas Westinghouse, y permanecieron en servicio hasta la dieselización en 1956. Cada una tenía 1.830 caballos de fuerza (1.360 kW) con una disposición de ruedas 1-D-1 , aunque siempre se utilizaron en pares acoplados.
La ruta hacia el oeste desde Wenatchee hasta Seattle debía cruzar las cascadas del norte por el paso Stevens . La ruta inicial, de 1893, había sido muy empinada y requería varias curvas cerradas . Como también se trataba de una zona montañosa con inviernos severos, se construyó el túnel Cascade para evitarlos y se inauguró en 1900.
El Great Northern Railway fue impulsado a vapor desde el principio, más tarde por diésel, y en general no adoptó la energía eléctrica. Sin embargo, los problemas con la mala ventilación dentro del túnel de 2,6 millas (4,2 km) de largo llevaron a un plan de electrificación temprana con cuatro locomotoras de caja de CA trifásica , introducidas en 1909. La electrificación solo se utilizó para una corta distancia, a través del propio túnel. El plan de electrificación aquí era inusual, aunque no único en ese momento, [i] utilizando CA trifásica con dos cables aéreos y colectores de corriente de postes de trolebús .
En 1910, una avalancha causó 96 muertes entre los pasajeros y la tripulación de un tren atrapado por los ventisqueros en la estación de Wellington , junto al portal oeste del túnel. [3] Se comenzó a construir un nuevo túnel, más largo, de 12,6 km, para evitar las malas condiciones invernales en cada extremo. Este túnel se inauguró el 12 de enero de 1929 [4] y continúa en uso en la actualidad. La estación de Wellington primero se renombró como Tye, luego se abandonó y se reubicó en una nueva ubicación en Skykomish . En 1926 se decidió que, en lugar de simplemente trabajar a través del túnel con tracción eléctrica, ahora se usaría en todo el tramo de 73 millas desde Skykomish hasta Cascade. [5]
Las locomotoras que trabajaban en el primer túnel habían utilizado un sistema de electrificación trifásica. La nueva electrificación ampliada debía sustituirlo por un sistema monofásico de Westinghouse [5] , a la misma frecuencia de 25 Hz pero con el voltaje aumentado de 6,6 kV a 11 kV. Esto ya lo había demostrado Westinghouse con la New Haven EP-1 y en el ferrocarril Detroit, Toledo and Ironton . Como ahora solo había un único cable aéreo, la corriente podía recogerse mediante pantógrafos de diamante , en lugar de postes de trolebús. Los aisladores y los espacios libres se diseñaron de modo que el voltaje de electrificación pudiera duplicarse potencialmente a 22 kV en el futuro. [5]
Baldwin y Westinghouse construyeron una serie de locomotoras basadas en suministros eléctricos similares , incluidas varias para el ferrocarril de New Haven .
Las locomotoras se construyeron como pares de unidades acopladas de forma semipermanente y siempre se utilizaron como tales. Eran locomotoras con cabina de caja , con una carrocería rectangular sencilla sobre un bastidor rígido. Los cuatro ejes motrices se transportaban en este bastidor, montados en guías de buje separadas para la suspensión, pero con motores de tracción separados y sin acoplamiento mecánico entre ellos, lo que daba una disposición 1′Do1′ . Se proporcionó una cabina de control en cada extremo, aunque solo se equipó una. La intención había sido que si las locomotoras se utilizaban como unidades separadas en el futuro, la segunda cabina podría equiparse para permitir la circulación en la otra dirección.
Cada locomotora estaba equipada con dos pantógrafos, aunque sólo se utilizaba uno a la vez y el otro estaba destinado a ser de repuesto. Como se utilizaban como pares acoplados, la barra colectora de alta tensión del pantógrafo de las dos unidades estaba unida entre sí para dar una mayor longitud de conexión al cable de catenaria. [6]
Un transformador de alto voltaje en cada unidad reducía el voltaje de la línea y luego alimentaba un grupo electrógeno que actuaba como rectificador . Este uso de generadores de motor se consideraría un rasgo característico de todos los sistemas eléctricos de Great Northern Railway. El generador principal tenía una potencia nominal de 600 V CC y 1500 kW. También se proporcionaron generadores adicionales: un generador de 125 V y 75 kW suministraba excitación de campo para el generador principal y algunos suministros auxiliares. Se utilizó un tercer generador para proporcionar campo al motor de tracción durante el frenado regenerativo y solo se energizaba durante el frenado. Un devanado adicional en el motor actuaba como generador de CA, utilizado para alimentar los dos ventiladores de ventilación del motor de tracción y un tercer ventilador para el transformador principal. Esto proporcionó CA trifásica al principio, para el arranque, y luego cambió a monofásica. [6] Una batería de plomo-ácido podía alimentar el equipo de control e iluminación con la energía principal interrumpida y también era necesaria para arrancar el motor-generador, ya que este no se iniciaba solo con el suministro de CA. [6]
El frenado regenerativo se había utilizado desde el principio en los vagones con cabina trifásica, aunque se había disipado mediante un banco de carga en la central eléctrica; con la electrificación monofásica, ahora podía reutilizarse en otro tren o incorporarse a la red de suministro. [7]
Se instaló un equipo de control electroneumático de múltiples unidades Westinghouse HBFR. Normalmente, este equipo se utilizaba para operar las locomotoras como pares acoplados permanentemente, pero estos pares también podían acoplarse entre sí y operarse desde una sola cabina. [6]
Se utilizaron cuatro motores de tracción de corriente continua montados en el morro, uno por eje. El accionamiento se realizaba mediante un piñón del motor conectado a un engranaje flexible en el semieje. Los motores siempre estaban conectados en paralelo. [6] Muchas locomotoras Do de cuatro ejes similares utilizaban un sistema de conmutación de los motores de circuitos paralelos a circuitos en serie o en serie-paralelo para su control principal entre el arranque y el funcionamiento. Sin embargo, en el caso de la Great Northern, la flexibilidad del sistema motor-generador y su control sobre el devanado del campo de excitación ofrecían un mejor control. El campo del motor podía funcionar con devanado en serie o con excitación separada del generador con características de corriente constante o de potencia constante. [5]
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El primer par de locomotoras Z-1 llegó en diciembre de 1926, seguido por un segundo par un mes después, ambos antes de la apertura del nuevo túnel. Estos reemplazaron primero a las locomotoras trifásicas con cabina de caja al volver a cablear el antiguo túnel como monofásico. La tensión de electrificación se conectó el 5 de marzo de 1927. [5] Después de este tiempo, las cabinas de caja se retiraron y las Z-1 tomaron el control. Estos dos primeros pares de locomotoras operaron casi todo el servicio durante 1927, con un kilometraje de alrededor de 50.000 cada uno por año. [5] Los tiempos de tránsito se redujeron de 4 horas con un tren de 2.500 toneladas en dirección este a 1 hora y 45 minutos con un tren de 3.500 toneladas. Los extremos de la sección electrificada están a una elevación similar de alrededor de 750 pies, con el pico de la línea en el portal oriental del túnel a 2.800 pies. La subida en dirección este es de 20 millas con una pendiente constante del 2,2%, y luego una distancia similar a través del túnel con una pendiente del 1,56%. La subida en dirección oeste es más larga y con una pendiente más variada, con 50 millas entre Wenatchee y el portal del túnel, con una pendiente máxima del 2,2%. La velocidad nominal de las locomotoras era tal que podían utilizar toda su potencia al subir cualquier pendiente de más del 0,7% [5]
La primera de las ocho locomotoras Y-1 llegó a finales de 1927 y sirvió junto a las Z-1. La Y-1 era una locomotora 1-C +C-1 (o (1′Co)+(Co1′) como UIC) más potente (3000 caballos de fuerza (2200 kW)) y más pesada (518 250 libras (235 070 kg), y se utilizaban individualmente en lugar de en pares.
El nuevo túnel Cascade se inauguró el 12 de enero de 1929. Para entonces ya se habían entregado los cinco pares de Z-1, así como cuatro de Y-1.
Al principio, Great Northern utilizó el color verde Pullman para sus locomotoras eléctricas. Cuando llegaron las unidades con cabina W-1 en 1947, se pintaron con un nuevo esquema de color naranja y verde "Empire Builder" separados por líneas doradas. Las demás locomotoras eléctricas se repintaron más tarde con estos colores Empire Builder, pero no las más antiguas, las Z-1.
Después de la Segunda Guerra Mundial, se tomó la decisión, al igual que muchos otros ferrocarriles eléctricos estadounidenses que funcionaban con equipos de la década de 1920, de convertir el sistema de transporte en diésel en lugar de renovar el sistema de electrificación. Esto permitiría el transporte directo con las mismas locomotoras, en lugar de alternar entre vapor y electricidad. Sin embargo, era necesario mejorar la ventilación del túnel, y se construyó una caseta de ventilación forzada alrededor del portal este, alimentada por la misma corriente de tracción. Esto implicó proporcionar una puerta cerrada al portal del túnel para controlar el flujo de aire, que se abría automáticamente cuando se acercaba un tren.
Todas las Z-1 fueron retiradas y desguazadas en agosto de 1956. [1] Las demás locomotoras eléctricas GN se vendieron a otros ferrocarriles.
