アムトラックの60Hz牽引電力システム

アムトラックの60Hz牽引電力システムは、コネチカット州ニューヘイブン^{[注 1]}とマサチューセッツ州ボストンの間の北東回廊に沿って稼働しています。このシステムは1990年代後半にアムトラックによって構築され、北米の標準周波数である60Hzで25kVの交流電流で架空架線システムから機関車に電力を供給しています。このシステムは、サウスエンド電化システムとして知られるニューヨーク市とワシントンDC間を走るアムトラックの25Hz牽引電力システムとは対照的に、ノースエンド電化とも呼ばれています。

1992年、議会はアムトラック認可開発法案を可決し、アムトラックにニューヨーク市とボストン間の高速鉄道旅客サービスを確立するよう義務付けました。目標は、この路線の移動時間を4.5時間から3時間未満に短縮することでした。このサービスからの収益は、2003年までにアムトラックが運営上の自立を達成する上で重要な役割を果たすと予想されていました。アムトラックが高速鉄道サービスを開始する前に、ニューヘイブンとボストン間の155マイル（249 km）の鉄道路線を電化する必要がありました。以前は、ワシントンDCとコネチカット州ニューヘイブンの間で電化されたメトロライナーサービスが利用可能でした。ニューヘイブンでは、アムトラックはボストンへの旅を完了するためにディーゼル機関車に切り替える必要がありました。電化サービスで可能なより高い運行速度に加えて、アムトラックは機関車の切り替えに費やす時間も節約します。プロジェクトが完了するまでに、アムトラックはニューヘイブンとボストン間の路線の電化に6億ドル以上を費やすと予想されていました。^[1]電化に加えて大規模な線路とインフラの改善を含めると、このプロジェクトには16億ドルの費用がかかりました。^[2]

1995 年 12 月、アムトラックは、モリソン・クヌーセンの設計を検証して完成させ、電化システムを構築するため、バルフォア・ビーティー建設社/マサチューセッツ・エレクトリック・コンストラクション社 (BBC/MEC)に 3 億 2,100 万ドルの契約を発注しました。システムは 1999 年 6 月までに完成する予定で、電化システムの起工式は翌年の 7 月に行われました。

アムトラックの請負業者は、セントラル アーテリー プロジェクトのために大規模な作業が行われていたため、ボストン ターミナル エリアでの作業環境が厳しくなっていました。サウス ボストン ターミナル エリアだけで 500 人以上の従業員が関与し、大量の建設用重機や資材を現場で保管する必要がありました。セントラル アーテリー プロジェクトは、電化プロジェクトの開始前から進行中でした。ボストン ターミナル エリアの電化作業を複雑にするもう 1 つの要因は、大量の鉄道交通です。マサチューセッツ湾交通局(MBTA) の通勤列車 250 本以上とアムトラックの列車 20 本が毎日この地域を運行しています。その結果、電化作業のために線路を休止することが困難な場合もありました。

コネチカット州オールドセイブルックとミスティックの間にある5つの可動橋の電化工事もまた、それぞれに独自の電化設計と建設ソリューションが必要だったため、課題でした。これらの橋は、遊覧船、商用船、軍用車両が行き交う交通量の多い水路に架かっています。ほとんどの可動式高速道路橋とは異なり、これらの橋は通常は開いており、列車が接近するときのみ閉じられます。^[1]

数回の遅延の後、ニューヘイブンとボストン間の電気機関車によるサービスは2000年1月31日に開始されました。^[3]アムトラックは2000年12月11日に高速アセラエクスプレスサービスの運行を開始しました。 ^[4]

基本システム ユニットは、1 つ以上の平行な線路のセグメントで構成される基本電気セクションです。各線路には、機関車のパンタグラフ用の連続した接触線 (または架線またはトロリー線) と、電気的に独立した給電線があります。基本電気セクションはセクション ブレークによって分離されており、接触線と給電線はモーターで作動するエア スイッチで遮断され、障害が発生した場合や保守を可能にするためにセクションを分離できます。

電気セクションは、変電所と開閉所間の基本的な電気セクション、セクション ブレーク、エア スイッチ、および並列ステーションの集合です。

各変電所では、電力会社から供給される単相電力が変圧され、その変電所で終端する 2 つの電気セクションに注入されます。システムには 8 つの電気セクションがあり、各変電所に 2 つずつあります。変電所は、接触線と給電線を分割位相配置で駆動し、接地された走行レールに対して各線が 25 kV、線間の電圧が 50 kV になるようにします。

各電気セクション内の一定間隔で配置された並列ステーションでは、線路の架線がオートトランスの片側に接続され、給電線がオートトランスのもう一方の側に接続されます。オートトランスのセンタータップは、機関車からの電流を返す接地された走行レールに接続されます。並列ステーションは、このようにして、トロリ線に沿って両方向から機関車に給電し、マルチトラックシステムのすべてのトロリ線と給電線に負荷を分散することで、電圧降下を減らします。また、分相配置では、50 kV で動作することで効率が向上しますが、対地電圧は 25 kV のままです (北米の家庭では、同じ分相方式が使用されており、エアコンなどの高電力負荷に 240 V 電源の効率で給電しながら、120 V 電源の安全性の利点を維持しています)。

ニューヘイブンとボストンの間には 4 つの変電所があります。

• ブランフォード、コネチカット州
• ニューロンドン、コネチカット州
• ワーウィック、ロードアイランド州
• マサチューセッツ州シャロン

各駅には、電力会社が供給する送電電圧を 50 kV の牽引電圧に変換する 115 kV (単相) から 50 kV (センタータップ付き単相) への変圧器が 2 台あります。出力回路ブレーカーとコンデンサベースのフィルタ ネットワークが設置されています。フィルタ バンクは、機関車のソリッド ステート牽引モーター インバータによって発生する架線上の高周波 (つまり 60 Hz を超える) の高調波を抑制します。また、フィルタは無効電力をサポートし、力率を修正します。アムトラックの 60 Hz 電化は、115/50 kV 変圧器のセンタータップを介して、地上から ±25 kV を使用して配電します。このシステムは2 × 25 kVとも呼ばれます。

3 つのスイッチング ステーションは配電レベルの変電所に相当し、高電圧の電気を 25 kV の電圧に変換し、異なる電気セクション (電力ゾーン) を分離するラインに沿って配置されています。

• ウェストブルック、コネチカット州
• リッチモンド、ロードアイランド州
• ノートン、マサチューセッツ州

スイッチングステーションには、並列ステーション（1 つ）と同様の 3 つのオートトランスフォーマーが含まれており、さらに、架線の分割と電力ゾーン間の相互接続を可能にする追加の回路ブレーカーも備わっています。

電気セクションは、変電所と隣接する開閉所の間の両方の線路を網羅しています。通常、開閉所の片側から反対側へ電力が流れることはありません。これは、異なる電気セクションにサービスを提供する 2 つの隣接する並列ステーションのようなものです。変電所が使用停止になった場合に備えて、開閉所には追加の回路ブレーカーがあり、隣接するセクションから電気セクションに電力を供給できます。

変電所と同様に、開閉所では通常、異なる電源（したがって位相または電圧が異なる）を持つ電気セクションが分離されるため、2つの電気セクション間の線路には常に中性セクション^{[注 2]}が存在します。

1 つの基本電気セクションで障害が発生した場合、スイッチング ステーションは、影響を受けていない線路から影響を受けた線路の遠端に「バックフィード」することができ、供給変電所は近端に電力を供給します。

18の並列ステーションは、線路沿いに約6マイル間隔で設置されています^[6]。各ステーションには、1台のオートトランス（2台あるロクスベリーを除く）、自動遮断器、電動エアスイッチ、制御室があります。オートトランスの定格は10MVA、1.2%インピーダンス、2巻線、27.5kVです。^[7]

各並列ステーションのバスは、自動遮断器を介して北と南の両方の線路架線とフィーダー ラインに接続されています。オートトランスフォーマーは、追加の遮断器によってバス バーに接続されています。並列ステーションのトラック遮断器は、無電圧を感知すると作動します。したがって、ライン障害によって供給変電所の遮断器が作動すると、並列ステーションも作動します。この動作により、2 つのトラックが電気的に分離され、変電所はトラックの 1 つ (障害のないトラック) を自動的に復旧できます。可変時間遅延 (同時突入電流を減らすため) の後、過電圧リレーが障害のないトラックのトラック遮断器を再び閉じます。

• 25 kV AC鉄道電化
• アムトラックの25Hz牽引電力システムは、ニューヨークからワシントンまでの北東回廊の南部に沿って運行されています。
• ニューヨークからニューヘイブンまでのニューヨーク・ニューヘイブン・ハートフォード鉄道の電化。
• 鉄道電化システム一覧
• 南北鉄道リンク
• SEPTA の 25 Hz 牽引電力システム

• Natarajan, R.; Imece, AF; Popoff, J.; Agarwal, K.; Meliopoulos, S. (1999) 「Amtrak の Northend Electrification Project のシステム全体の停止の分析へのアプローチ」 199 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting。会議議事録(Cat. No.99CH36364)。第 1 巻。pp. 451–456。doi :10.1109/PESS.1999.784390。ISBN 0-7803-5569-5.S2CID 109580468  。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ) doi :10.1109/PESS.1999.784390.
• 米国運輸省: 連邦鉄道局 (2006 年 10 月)。「アムトラックの北東回廊における EMF モニタリング: 電化後の測定と分析」(PDF) 。2010年 5 月 27 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2010 年12 月 26 日閲覧。

• 環境影響評価書: 第 1 巻、第 2 巻、第 3 巻
• 米国運輸省: 連邦鉄道局 (1999 年 12 月)。「アムトラックの高速鉄道電化プロジェクトの監査報告書」。2011 年 7 月 21 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年12 月 26 日閲覧。
• Chance, EE (1997)。「HST のシステム互換性」。鉄道会議、1997 年、1997 IEEE/ASME 合同会議議事録: 1–9。 土井：10.1109/RRCON.1997.581346。
• Sutherland, PE; Waclawiak, M.; McGranaghan, MF (2005 年 6 月)。「三相システムにおける時間変動単相牽引負荷の高調波、フリッカー、不平衡の解析」(PDF)。2005年国際電力システム過渡会議議事録。S2CID 24727674。IPST05  - 091。2011年 7 月 18 日のオリジナルからアーカイブ(PDF) 。