El sistema de energía de tracción de 60 Hz de Amtrak opera a lo largo del Corredor Noreste entre New Haven, Connecticut , [nota 1] y Boston, Massachusetts . Este sistema fue construido por Amtrak a finales de la década de 1990 y suministra energía a las locomotoras desde un sistema de catenaria aérea a 25 kV de corriente alterna con 60 Hz, la frecuencia estándar en América del Norte. El sistema también se conoce como Northend Electrification , en contraste con el sistema de energía de tracción de 25 Hz de Amtrak que corre entre la ciudad de Nueva York y Washington, DC, que se conoce como el sistema Southend Electrification.
En 1992, el Congreso aprobó la Ley de Autorización y Desarrollo de Amtrak que exigía a Amtrak establecer un servicio ferroviario de pasajeros de alta velocidad entre la ciudad de Nueva York y Boston. El objetivo era reducir el tiempo de viaje en este corredor de 4,5 horas a menos de 3 horas. Se esperaba que los ingresos de este servicio desempeñaran un papel fundamental para ayudar a Amtrak a lograr la autosuficiencia operativa en 2003. Antes de que Amtrak pudiera comenzar el servicio ferroviario de alta velocidad, se tuvieron que electrificar 155 millas (249 km) de línea ferroviaria entre New Haven y Boston. . Anteriormente, el servicio Metroliner electrificado estaba disponible entre Washington, DC y New Haven, Connecticut. En New Haven, Amtrak tuvo que cambiar a una locomotora diésel para completar el viaje a Boston. Además de las mayores velocidades de operación posibles con el servicio electrificado, Amtrak también ahorra el tiempo que dedicaba a cambiar de locomotora. Cuando se completó el proyecto, se esperaba que Amtrak hubiera gastado más de 600 millones de dólares para electrificar la línea entre New Haven y Boston. [1] Incluyendo amplias mejoras en las vías y la infraestructura además de la electrificación, el proyecto costó 1.600 millones de dólares. [2]
En diciembre de 1995, Amtrak adjudicó un contrato de 321 millones de dólares a Balfour Beatty Construction , Inc./Mass. Electric Construction (BBC/MEC) para verificar y completar el diseño de Morrison-Knudsen y construir el sistema de electrificación. El sistema debía estar terminado en junio de 1999; La ceremonia de inauguración del sistema de electrificación tuvo lugar en julio siguiente.
El contratista de Amtrak enfrentó un ambiente de trabajo difícil en el área de la terminal de Boston debido al extenso trabajo que se estaba llevando a cabo para el proyecto de la Arteria Central , que involucró a más de 500 empleados solo en el área de la terminal de South Boston e implicó el almacenamiento en el sitio de una gran cantidad de material de construcción pesado. equipos y suministros. El proyecto de la Arteria Central estaba en marcha antes de que comenzara el proyecto de electrificación. Otro factor que complica las obras de electrificación en el área terminal de Boston es el gran volumen de tráfico ferroviario. Más de 250 trenes de cercanías de la Autoridad de Transporte de la Bahía de Massachusetts (MBTA) y 20 trenes Amtrak operan diariamente en el área. Como resultado, a veces era difícil sacar la vía del servicio para trabajar en la electrificación.
El trabajo de electrificación en los cinco puentes móviles entre Old Saybrook y Mystic en Connecticut también fue un desafío, ya que cada uno requería un diseño de electrificación y una solución de construcción únicos. Los puentes abarcan vías fluviales muy transitadas compartidas por embarcaciones de recreo, transportistas comerciales y tráfico militar. A diferencia de la mayoría de los puentes de carreteras móviles, estos puentes suelen estar abiertos y cerrados sólo para dar cabida al tráfico de trenes que se aproxima. [1]
Después de varios retrasos, el servicio con locomotoras eléctricas entre New Haven y Boston comenzó el 31 de enero de 2000. [3] Amtrak comenzó a operar su servicio Acela Express de mayor velocidad el 11 de diciembre de 2000. [4]
La unidad básica del sistema es una sección eléctrica elemental que consta de un segmento de una o más vías paralelas, cada una con un cable de contacto contiguo (o catenaria o carro) para el pantógrafo de la locomotora y un cable de alimentación eléctricamente separado. Las secciones eléctricas elementales están separadas por cortes de sección donde los cables de contacto y de alimentación se pueden interrumpir con interruptores neumáticos operados por motor para aislar una sección en caso de falla o para permitir el mantenimiento.
Una sección eléctrica es una colección de secciones eléctricas elementales, interruptores de sección, interruptores de aire y estaciones de paralelo entre una subestación y una estación de conmutación .
En cada subestación, la energía monofásica suministrada por la empresa de servicios públicos se transforma e inyecta en las dos secciones eléctricas que terminan en esa subestación. El sistema cuenta con ocho secciones eléctricas, dos por cada subestación. Las subestaciones conducen los cables de contacto y alimentación en una disposición de fase dividida de modo que cada cable esté a 25 kV con respecto a los carriles puestos a tierra con 50 kV entre ellos.
En estaciones en paralelo periódicamente espaciadas dentro de cada sección eléctrica, los cables de catenaria de las vías se conectan entre sí a un lado de un autotransformador y los cables de alimentación se conectan entre sí al otro lado del autotransformador. La toma central del autotransformador está conectada a los carriles rodantes puestos a tierra que devuelven la corriente de las locomotoras. Las estaciones de paralelismo reducen así las caídas de tensión alimentando una locomotora desde ambas direcciones a lo largo de su cable de contacto y distribuyendo la carga entre todos los cables de contacto y alimentación de un sistema multivía. La disposición de fase dividida también gana en eficiencia al operar a 50 kV, mientras que el voltaje más alto con respecto a tierra sigue siendo de solo 25 kV. (El mismo método de fase dividida se utiliza en los hogares de América del Norte para suministrar cargas de alta potencia, como acondicionadores de aire, con la eficiencia de un suministro de 240 V y al mismo tiempo conservar las ventajas de seguridad de un suministro de 120 V).
Hay cuatro subestaciones entre New Haven y Boston:
Cada estación contiene dos transformadores de 115 kV (monofásicos) a 50 kV (monofásicos con toma central) para convertir el voltaje de transmisión suministrado por la empresa de servicios públicos a un voltaje de tracción de 50 kV. Se instalan disyuntores de salida y una red de filtros basada en condensadores. Los bancos de filtros suprimen los armónicos de alta frecuencia (es decir, cualquier cosa por encima de 60 Hz) en las líneas de catenaria generadas por los inversores de motor de tracción de estado sólido de las locomotoras. Los filtros también proporcionan soporte de potencia reactiva y corrigen el factor de potencia. La electrificación de 60 Hz de Amtrak distribuye energía usando ±25 kV desde tierra a través de una derivación central de los transformadores de 115/50 kV. Este sistema también se conoce como 2×25 kV .
Tres estaciones de conmutación equivalen a subestaciones a nivel de distribución, que transforman la electricidad de mayor tensión a la tensión de 25 kV, y están ubicadas a lo largo de la línea que separa los diferentes tramos eléctricos (zonas de potencia):
Las estaciones de conmutación contienen tres autotransformadores similares a las estaciones de paralelo (que tienen uno), y además cuentan con disyuntores adicionales para permitir la segmentación de catenaria y la conexión cruzada entre zonas de potencia.
Las secciones eléctricas abarcan ambas vías entre una subestación y las estaciones de conmutación adyacentes. Normalmente no fluye energía de un lado de una estación de conmutación al otro lado; es como dos estaciones paralelas adyacentes que sirven a diferentes secciones eléctricas. En caso de que una subestación quede fuera de servicio, las estaciones de conmutación cuentan con disyuntores adicionales que permiten alimentar una sección eléctrica desde la sección adyacente.
Dado que las estaciones de conmutación, al igual que las subestaciones, normalmente separan secciones eléctricas con diferentes fuentes de suministro (y, por lo tanto, diferentes fases o voltajes), una sección neutra [nota 2] siempre ocupa la vía entre las dos secciones eléctricas.
En caso de una falla en una sección eléctrica elemental, la estación de conmutación puede "realimentar" la parte más alejada de la vía afectada desde la vía no afectada, a la que la subestación de suministro alimenta el extremo más cercano.
Dieciocho estaciones paralelas están ubicadas a intervalos de aproximadamente seis millas [6] a lo largo de la línea. Cada uno contiene un solo autotransformador (con la excepción de Roxbury, que tiene dos), disyuntores automáticos, interruptores de aire operados por motor y un cobertizo de control. Los autotransformadores tienen una potencia nominal de 10 MVA, 1,2% de impedancia, dos devanados, 27,5 kV. [7]
Cada autobús de la estación en paralelo está conectado a las líneas de alimentación y catenaria de las vías norte y sur mediante disyuntores automáticos. El autotransformador está conectado a las barras colectoras mediante un disyuntor adicional. Los interruptores de vía en las estaciones en paralelo se disparan al detectar falta de tensión. Por lo tanto, cuando una falla en la línea hace que se disparen los disyuntores de la subestación suministradora, las estaciones en paralelo también se disparan. Esta acción separa eléctricamente las dos vías y permite que la subestación restablezca automáticamente una de las vías (la que no está en falla). Después de un retardo de tiempo variable (para reducir la corriente de entrada simultánea), los relés de sobretensión volverán a cerrar los disyuntores de la vía sin falla.
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ) doi :10.1109/PESS.1999.784390.