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 fines de la década de 1990 y suministra energía a las locomotoras desde un sistema de catenaria aérea a 25 kV de corriente alterna a 60 Hz, la frecuencia estándar en América del Norte. El sistema también se conoce como Electrificación Northend , 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 de Electrificación Southend.
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 electrificado de Metroliner 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 operativas posibles con el servicio electrificado, Amtrak también ahorra el tiempo que dedicaba a cambiar de locomotora. Para cuando se completó el proyecto, se esperaba que Amtrak hubiera gastado más de $600 millones 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 inicio de las obras del sistema de electrificación tuvo lugar en julio del año siguiente.
El contratista de Amtrak se enfrentó a un entorno de trabajo difícil en el área de la terminal de Boston debido al extenso trabajo que se estaba realizando para el proyecto de la arteria central , que involucraba a más de 500 empleados solo en el área de la terminal de South Boston y que implicaba el almacenamiento en el lugar de una gran cantidad de equipo pesado de construcción y suministros. El proyecto de la arteria central estaba en curso antes de que comenzara el proyecto de electrificación. Otro factor que complica el trabajo de electrificación en el área de la 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 de Amtrak operan a través del área diariamente. Como resultado, sacar las vías del servicio para trabajar en la electrificación a veces era difícil.
Los trabajos de electrificación de los cinco puentes móviles entre Old Saybrook y Mystic en Connecticut también fueron un desafío, ya que cada uno requería un diseño de electrificación y una solución de construcción únicos. Los puentes cruzan vías fluviales muy transitadas que comparten embarcaciones de recreo, transporte comercial y tráfico militar. A diferencia de la mayoría de los puentes móviles para carreteras, estos puentes suelen estar abiertos y se cierran solo para dar cabida al tráfico ferroviario 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 (o catenaria o trole) contiguo 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 pueden interrumpirse con interruptores neumáticos accionados por motor para aislar una sección en caso de avería o para permitir el mantenimiento.
Una sección eléctrica es una colección de secciones eléctricas elementales, cortes de sección, interruptores de aire y estaciones en paralelo entre una subestación y una estación de conmutación .
En cada subestación, la energía monofásica suministrada por la empresa de servicios públicos se transforma y se inyecta en las dos secciones eléctricas que terminan en esa subestación. Hay ocho secciones eléctricas en el sistema, dos para cada subestación. Las subestaciones accionan 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 rieles de funcionamiento puestos a tierra con 50 kV entre ellos.
En estaciones de conexión en paralelo espaciadas periódicamente dentro de cada sección eléctrica, los cables catenarios de las vías están conectados entre sí a un lado de un autotransformador y los cables de alimentación están conectados entre sí al otro lado del autotransformador. La toma central del autotransformador está conectada a los rieles de rodadura conectados a tierra que devuelven la corriente desde las locomotoras. Las estaciones de conexión en paralelo reducen así las caídas de tensión al alimentar una locomotora desde ambas direcciones a lo largo de su cable de contacto y distribuir la carga entre todos los cables de contacto y alimentación de un sistema multivía. La disposición de fase dividida también obtiene la mayor eficiencia de operar a 50 kV mientras que la tensión más alta con respecto a tierra sigue siendo de solo 25 kV. (El mismo método de fase dividida se utiliza en los hogares norteamericanos para suministrar cargas de alta potencia, como los acondicionadores de aire, con la eficiencia de un suministro de 240 V, manteniendo al mismo tiempo 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 (monofásico) a 50 kV (monofásico con toma central) para convertir el voltaje de transmisión suministrado por la empresa de servicios públicos en un voltaje de tracción de 50 kV. Se instalan disyuntores de salida y una red de filtros basados en capacitores. Los bancos de filtros suprimen los armónicos de alta frecuencia (es decir, cualquier valor por encima de 60 Hz) en las líneas catenarias generadas por los inversores de motor de tracción de estado sólido de las locomotoras. Los filtros también brindan soporte de potencia reactiva y corrigen el factor de potencia. La electrificación de 60 Hz de Amtrak distribuye energía utilizando ±25 kV desde tierra a través de una toma central de los transformadores de 115/50 kV. Este sistema también se conoce como 2 × 25 kV .
Tres estaciones de conmutación son el equivalente a subestaciones de nivel de distribución, que transforman la electricidad de mayor voltaje a la tensión de 25 kV, y están ubicadas a lo largo de la línea que separa las diferentes secciones eléctricas (zonas de potencia):
Las estaciones de conmutación contienen tres autotransformadores similares a las estaciones de paralelismo (que tienen uno), y también tienen disyuntores adicionales para permitir la segmentación de la 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 adyacentes en paralelo que dan servicio a diferentes secciones eléctricas. En caso de que una subestación quede fuera de servicio, las estaciones de conmutación tienen 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 falla en una sección eléctrica elemental, la estación de conmutación puede 'realimentar' la porción más alejada de la vía afectada desde la vía no afectada, mientras que la subestación de suministro alimenta el extremo más cercano.
A lo largo de la línea hay dieciocho estaciones en paralelo a intervalos de aproximadamente seis millas [6] . Cada una contiene un solo autotransformador (con excepción de Roxbury, que tiene dos), disyuntores automáticos, interruptores de aire accionados por motor y una caseta de control. Los autotransformadores tienen una potencia nominal de 10 MVA, 1,2 % de impedancia, dos devanados y 27,5 kV. [7]
Cada barra colectora de la estación de conexión en paralelo está conectada a las líneas de alimentación y catenaria de las vías norte y sur a través de disyuntores automáticos. El autotransformador está conectado a las barras colectoras mediante un disyuntor adicional. Los disyuntores de las estaciones de conexión en paralelo se disparan al detectar que no hay tensión. Por lo tanto, cuando una falla en la línea hace que se disparen los disyuntores de la subestación de suministro, las estaciones de conexión 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 tiene fallas). Después de un retardo de tiempo variable (para reducir la corriente de entrada simultánea), los relés de sobretensión volverán a apagar los disyuntores de las vías en la vía que no tiene fallas.
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ) doi :10.1109/PESS.1999.784390.