Système d'alimentation de traction 25 Hz de SEPTA - SEPTA's 25 Hz traction power system

Poste SEPTA Lansdale.

La Southeastern Pennsylvania Transportation Authority (SEPTA) exploite un système de traction à 25 Hz à proximité de Philadelphie , en Pennsylvanie , dont elle a hérité du Reading Railroad . Ce système est distinct mais similaire au système conçu par le Pennsylvania Railroad , qui est maintenant exploité par Amtrak . Les trains de SEPTA peuvent rouler sur l'un ou l'autre des systèmes car la tension et la fréquence présentées à la locomotive sont essentiellement identiques. Cependant, le système ex-Reading n'est pas connecté électriquement au système ex-PRR.

SEPTA possède toutes les sous-stations décrites ici. Bien que SEPTA possède également d'anciennes sous-stations PRR le long de la ligne Media / Elwyn et de la ligne Chestnut Hill West , ainsi qu'une nouvelle sous-station juste au nord de 30th Street Station , ces installations font partie électriquement du système d'alimentation de traction 25 Hz d' Amtrak .

Histoire

Infrastructure électrique d'électrification à Lansdale, Pennsylvanie . Les départs 24 kV (haut) sont dirigés dans la sous-station et les départs 12 kV (bas) retournent à la caténaire.

Le Reading Railroad a électrifié ses lignes entre Reading Terminal à Philadelphie, en Pennsylvanie , et Norristown , Doylestown , Chestnut Hill , Hatboro et West Trenton en 1931. L'électrification a été étendue pour inclure la Fox Chase Line en septembre 1966. L'électrification a de nouveau été étendue de Hatboro à Warminster au début des années 1970.

Le système de Reading utilisait une caténaire électrifiée à 12 kV 25 Hz comme l' électrification initiale de la Pennsylvania Railroad en 1915 et l'expansion de la ligne principale des années 1930. Contrairement au système du PRR, qui comprenait plusieurs sources d'énergie et un vaste réseau de transport à haute tension, l'électrification de Reading était fournie uniquement par la station de conversion rotative de Wayne Junction . Bien que la propriété et le fonctionnement du système aient changé, le système est resté essentiellement inchangé, à l'exception du remplacement de la station de conversion rotative de Wayne Junction par un cycloconvertisseur à semi-conducteurs en 1986.

Architecture du système de transmission

Le système d'électrification Reading a été conçu pour les opérations de banlieue MU et n'a pas eu à prendre en charge le passager de la ligne principale ou à travers les opérations de fret du rival Pennsylvania Railroad . Bien qu'un système complexe de lignes de transport à haute tension n'était pas nécessaire, le système était suffisamment grand pour nécessiter l'utilisation de lignes de distribution à partir de l' alimentation électrique de 25 Hz à Wayne Junction. Les départs étaient réglés à 24 kV , soit le double de la tension de traction. La plupart des lignes de chemin de fer porteraient un ou deux mangeoires attachées au sommet des mâts de support de caténaire. Ces départs de poste 24 kV se distinguent des départs de traction 12 kV par l'utilisation d'isolateurs à quatre segments par opposition à des isolateurs à trois segments.

Un schéma simple du schéma de distribution de l'autotransformateur Reading.

Les lignes 24 kV alimentent un réseau de 11 sous-stations (12 dont le poste de départ de Wayne Junction) situés tous les 8 à 10 miles (13 à 16 km) le long des voies ferrées électrifiées. La plupart des embranchements sont suffisamment courts pour ne nécessiter qu'une seule sous-station près de l'extrémité de la ligne, mais les lignes principale et ouest de Trenton sont suffisamment longues pour nécessiter des sous-stations intermédiaires. A chaque sous-station, les départs 24 kV sont alimentés par des autotransformateurs pour être réduits à la tension de traction de 12 kV , qui est ensuite passée à travers des disjoncteurs avant d'être introduits dans les fils caténaires aériens.

La puissance est transmise, effectivement, à 36 kV car les composants 24 kV et 12 kV sont déphasés de 180 °. Cette conception présente plusieurs avantages par rapport au schéma de transport et de distribution plus traditionnel du PRR. La tension la plus élevée, par rapport à la terre, dans le système est de 24 kV . C'est beaucoup moins que les 69 kV observés dans le système du PRR, qui nécessitait des tours beaucoup plus grandes de 80 pieds (24 m) et des isolateurs et transformateurs plus gros. Sur un petit système comme celui de Reading, une infrastructure de transmission de cette envergure était inutile. Deuxièmement, le système utilise le fil caténaire de 12 kV pour la transmission et la distribution. Cette double utilisation du fil caténaire permet de réaliser les deux fonctions avec seulement deux fils. Le système du PRR, en revanche, nécessitait trois fils: deux pour le composant de transmission monophasé 138 kV et un pour le départ caténaire de 12 kV . Dans les deux systèmes, le rail est utilisé comme voie de retour pour le courant de traction.

Convertisseurs de fréquence statiques

Équipement d'autotransformateur original des années 1930 installé par le chemin de fer de Reading .

Toute la puissance de 25 Hz sur l'ancien système Reading est générée à l' usine de conversion statique de Wayne Junction . Cette usine a été construite entre 1985 et 1990 et se compose de trois modules à semi-conducteurs de 15 MVA à base de cycloconvertisseurs . Le système a été construit par ASEA et est techniquement similaire au convertisseur installé plus tard sur le convertisseur Amtrak Jericho Park .

Les onduleurs ont remplacé deux ca. 1928 Générateurs à moteur électrique Westinghouse, chacun évalué à 21,4 MVA . La capacité existait également autrefois pour fournir de l'énergie à partir de la sous-station Somerset de PECO Energy , qui avait trois moteurs-générateurs normalement utilisés pour alimenter le système d'électrification du Pennsylvania Railroad. Cette capacité a été supprimée, tout comme les moteurs-générateurs Somerset. L'ancien système Reading fonctionne désormais de manière totalement indépendante du système d'alimentation d'Amtrak.

Wayne Junction reçoit une puissance de 230 kV 60 Hz de deux lignes redondantes qui se connectent aux sous-stations PECO à Waneeta, Tabor et Pulaski. Deux transformateurs 60 MVA 230 / 13,2 kV réduisent la tension des convertisseurs de fréquence statiques. Les traverses permettent de retirer des parties du système d'alimentation du service pour la maintenance.

En mars 2015, un contrat d'une valeur de 4656321 $ a été attribué à STV Incorporated , pour la fourniture de services d'architecture et d'ingénierie pour la réhabilitation de convertisseurs de fréquence statiques à Wayne Junction, les services devant être exécutés sur une période de 60 mois devant débuter en avril 2015 ( par proposition n ° 14-233-JHC).

Sous-stations

v t e Sous-stations sur l'ancien système de lecture
Légende
Doylestown Lansdale Ambler Hatboro (Ligne Warminster) Yardley (Ligne West Trenton) Woodbourne (Futur sous-station) Neshaminy Falls Bethayres Jenkintown-Wyncote Chestnut Hill Est Wayne Junction Convertisseurs et Switchyard Norristown Fairmount Pause de phase Tunnel de connexion du centre-ville Système d'Amtrak 12 kV à 25 Hz

Chacune des anciennes sous-stations de Reading Railroad était équipée de transformateurs et de disjoncteurs de l' américain Brown Boveri . La plupart des transformateurs sont conçus pour fournir environ 2 MVA de puissance chacun (il existe quelques transformateurs de 4 MVA ). Chaque sous-station contenait également un certain nombre de disjoncteurs remplis d'huile pour déconnecter les lignes 12 kV et 24 kV sous charge. Les plus grandes sous-stations disposent également d'un petit bâtiment d'équipement et de maintenance pour loger tout équipement de contrôle ou transformateurs secondaires pour générer la puissance de signal de 100 Hz .

Remplacement et renouvellement

Du fait de la robustesse et de la simplicité des composants, jusqu'en 2010 tous les postes SEPTA étaient équipés de leur équipement d'origine, alors approchant les 80 ans de service.

Callowhill

Le poste de Callowhill a été le premier à remplacer, afin d'éliminer le besoin de maintenir les câbles aériens au-dessus de la ligne de chemin de fer abandonnée du viaduc de Reading en tant qu'alimentation des voies actives. Son remplaçant, le poste Fairmount, a été mis en service au 3ème trimestre 2010, avec deux autotransformateurs 12/24 kV 25 Hz monophasés 5 MVA ainsi que des disjoncteurs de chariot et autres appareillages de commutation.

Norristown

La sous-station de Norristown a reçu de nouveaux transformateurs, disjoncteurs de chariot, départs, appareillage de commutation de sous-station, relais de protection et une révision structurelle dans un projet de relance .

Wayne Junction

En juillet 2012, le département américain des transports a accordé à SEPTA une subvention Tiger IV de 12,8 millions de dollars pour aider à rénover la sous-station Wayne Junction. Pour reprendre les mots du directeur général de SEPTA, Joseph M. Casey, «Nous avons l'intention d'utiliser ces ressources pour remplacer l'équipement qui devrait être exposé dans un musée d'histoire du transit».

La subvention a été annoncée lors d'une cérémonie à la sous-station à laquelle assistait le secrétaire aux transports Ray LaHood , qui a déclaré: «Ce n'est pas le plus sexy, ce n'est pas le plus joli, mais c'est l'un des projets les plus importants».

Le renouvellement des trois convertisseurs de fréquence statiques de Wayne Junction devrait avoir lieu au cours des années 2010, en trois étapes afin de maintenir la redondance. Un quatrième convertisseur doit être ajouté pour la sécurité du système.

En octobre 2014, SEPTA a demandé aux entrepreneurs intéressés de soumettre des offres pour la réhabilitation des convertisseurs de fréquence statiques à Wayne Junction.

Ambler

En septembre 2014, la SEPTA a demandé aux entrepreneurs intéressés de soumettre des offres pour la réhabilitation du poste d'Ambler. En octobre 2014, SEPTA a attribué un contrat de 7,99 millions de dollars à Carr & Duff, Inc. pour les travaux.

Lansdale

Le 31 octobre 2016, l'un des deux principaux transformateurs de la sous-station a brûlé et a été remplacé plus tôt que prévu une semaine plus tard par l'un des nouveaux transformateurs déjà disponibles pour les renouvellements de la sous-station à Lansdale et à Ambler.

Doylestown

Dans les années 1990, un incendie au poste de Doylestown l'a rendu inopérant. Jusqu'à ce que la sous-station soit réparée en 2013, la succursale de Doylestown à l'est de Lansdale devait être alimentée exclusivement à partir de la sous-station de Lansdale. Cette "alimentation à une extrémité" d'une section de voie de 16 km (10 milles) limitait le nombre d'UM pouvant fonctionner simultanément sur la branche et limitait également leur vitesse et leur accélération maximales.

La sous-station a reçu un nouvel autotransformateur 12/24 kV en avril 2015.

Autres sous-stations

Avec le passage d'une source de financement dédié au transport par le Commonwealth de Pennsylvanie, SEPTA a annoncé en décembre 2013 un plan de budget d'investissement qui comprend le renouvellement ou le remplacement de toutes les anciennes sous-stations de Reading, en cinq phases. La première phase comprend le remplacement du poste de Jenkintown et le renouvellement des composants actifs du poste d'Ambler, projets pour lesquels la conception finale avait été achevée fin 2013.

En novembre 2014, SEPTA a demandé aux entrepreneurs intéressés de présenter des offres pour la réhabilitation de quatre sous-stations (Lansdale, Bethayres, Chestnut Hill East et Hatboro). Les travaux de conception technique devraient durer deux ans et la construction trois ans supplémentaires.

SEPTA prévoit également de construire une nouvelle sous-station près de la station Woodbourne d'ici l'automne 2020, car la distance entre les sous-stations de Neshaminy Falls et de Yardley est presque le double de la distance optimale de 8,0 km entre les sous-stations sur un système 12 kV 25 Hz.

Voir également

• Système d'électrification ferroviaire
• Système d'alimentation de traction 25 Hz d'Amtrak

Notes de bas de page

Général

Reconstruire pour l'avenir (programme de sous-stations)

Les références

• Doub, CL (mars 1931). "Installations d'alimentation électrique pour lire l'électrification de banlieue". Transactions de l'American Institute of Electrical Engineers . Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE). 50 (1): 240–245. doi : 10.1109 / T-AIEE.1931.5055770 . ISSN   0096-3860 . S2CID   51646983 .

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