SEPTAの25Hz牽引電力システム

南東ペンシルベニア交通局(SEPTA) は、フィラデルフィア近郊で、リーディング社から継承した25 Hz の牽引電力システムを運用しています。このシステムは、現在アムトラックによって運営されているペンシルバニア鉄道(PRR)が構築したシステムとは別ですが、類似しています。機関車に提供される電圧と周波数は基本的に同一であるため、SEPTA の列車はどちらのシステムでも走行できます。ただし、旧リーディングシステムは旧 PRR システムとは電気的に接続されていません。

ここで説明する変電所はすべて SEPTA が所有しています。SEPTA は、メディア/ワワ線とチェスナット ヒル西線沿いの旧 PRR 変電所、および30 番街駅のすぐ北にある新しい変電所も所有していますが、これらの施設は電気的にはアムトラックの 25 Hz 牽引電力システムの一部です。

リーディング会社は1931年にペンシルベニア州フィラデルフィアのリーディングターミナルとノリスタウン、ドイルズタウン、チェスナットヒル、ハットボロ、ウェストトレントン間の路線を電化した。1966年9月にはフォックスチェイス線まで電化が拡大された。1970年代初頭にはハットボロからウォーミンスターまで電化が再度拡大された。 ^{[1] [ページが必要]}

レディングのシステムは、競合相手のペンシルバニア鉄道の1915年の初期電化と1930年代の幹線拡張と同様に、 12kV 25Hzで電化された架線を使用していました。複数の電源と大規模な高電圧送電網を含むペンシルバニア鉄道のシステムとは異なり、レディングの電化はウェインジャンクションの回転変換所によってのみ供給されていました。システムの所有権と運用は変更されましたが、1986年にウェインジャンクションの回転変換所がソリッドステートサイクロコンバータに置き換えられたことを除いて、システムは基本的に変更されていません。

レディング電化システムは郊外のMU運用用に設計されており、ライバルであるペンシルバニア鉄道の幹線の旅客輸送や直通貨物輸送をサポートする必要はありませんでした。高圧送電線の複雑なシステムは不要でしたが、システムはウェインジャンクションの25 Hz電源からの配電フィーダーを使用する必要があるほど大規模でした。フィーダーは牽引電圧の2倍の24 kVに設定されていました。ほとんどの線路には、架線支持マストの上部に取り付けられた1つまたは2つのフィーダーが取り付けられていました。これらの24 kV変電所フィーダーは、3セグメントの絶縁体ではなく4セグメントの絶縁体を使用することで、 12 kV牽引フィーダーと区別できます。

24 kV の送電線は、電化鉄道線路沿いに 8 ～ 10 マイル (13 ～ 16 km) ごとに設置された 11 の変電所 (ウェイン ジャンクション開閉所を含むと 12) のネットワークに電力を供給します。ほとんどの支線は短いため、線路の終点近くに 1 つの変電所があれば十分ですが、本線とウェスト トレントン線は長いため、中間に変電所が必要です。各変電所では、24 kVの給電線が単巻変圧器を介して給電され、牽引電圧の12 kVに下げられ、遮断器を通過してから架空架線に給電されます。

24 kVと12 kV の成分は位相が 180° ずれているため、電力は実質的に36 kVで伝送されます。この設計には、PRR の従来の送配電方式に比べていくつかの利点があります。システム内の対地最高電圧は24 kVです。これは、はるかに大きな 80 フィート (24 m) の塔と、より大きな絶縁体と変圧器を必要とした PRR のシステムの 69 kV よりも大幅に低いものです。レディングのような小規模なシステムでは、この規模の送電インフラストラクチャは不要でした。第 2 に、システムでは、送電と配電の両方に12 kV架線を使用します。この架線二重使用により、2 本のワイヤのみで両方の機能を実行できます。対照的に、PRR のシステムでは、単相138 kV送電コンポーネント用に 2 本、12 kV架線フィーダ用に 1 本の、合計 3 本のワイヤが必要でした。

旧リーディング システムの25 Hz電力はすべて、ウェイン ジャンクションスタティック コンバータ プラントで生成されます。このプラントは 1985 年から 1990 年にかけて建設され、3 つの15 MVAソリッド ステートサイクロコンバータ ベースのモジュールで構成されています。このシステムは ASEA によって構築され、後にアムトラックのジェリコ パークコンバータ に設置されたコンバータと技術的に似ています。

インバータは、それぞれ定格21.4 MVAの 1928 年頃のウェスティングハウス電気モーター発電機 2 台に代わるものです。以前は、 PECO エネルギーのサマーセット変電所から電力を供給する機能もありました。この変電所には、通常ペンシルバニア鉄道の電化システムに電力を供給するために使用される 3 台のモーター発電機がありました。この機能は、サマーセットのモーター発電機と同様に削除されました。旧リーディング システムは現在、アムトラックの電力システムから完全に独立して稼働しています。

ウェイン ジャンクションは、ワニータ、タボル、プラスキにある PECO 変電所に接続する 2 本の冗長ラインから230 kV 60 Hz の電力を受け取ります。2 台の60 MVA 230/13.2 kV変圧器が静的周波数変換器の電圧を下げます。クロス タイにより、保守のために供給システムの一部をサービスから外すことができます。

2015年3月、ウェインジャンクションの静止型周波数変換器の改修のための建築およびエンジニアリングサービスの提供について、 STV Incorporatedに4,656,321ドル相当の契約が授与されました。このサービスは、2015年4月に開始され、60か月間にわたって実行される予定です（提案番号14-233-JHCによる）。^[3]

かつてのレディング鉄道の各変電所には、 American Brown Boveri製の変圧器と遮断器が備え付けられていました。ほとんどの変圧器は、それぞれ約2 MVAの電力を供給するように定格設定されています ( 4 MVA の変圧器もいくつか存在します)。各変電所には、負荷がかかったときに12 kVと24 kV の両方のラインを切断するための油入遮断器もいくつかありました。大規模な変電所には、 100 Hz信号電力を 生成するための制御機器や二次変圧器を収容する小さな機器および保守棟もあります。

コンポーネントの堅牢性とシンプルさにより、2010 年まですべての SEPTA 変電所にオリジナルの機器が装備され、稼働年数が 80 年近くに達しました。

キャロウヒル変電所は、廃止されたレディング高架橋鉄道線路の架空線を現役線路への給電線として維持する必要性をなくすために、最初に交換の対象となった。その代替となるフェアマウント変電所は2010年第3四半期に稼働を開始し、^[4] 12/24 kV 25 Hz、単相5 MVAオートトランス2台とトロリーブレーカー、その他のスイッチギアを備えている。 ^[5]

ノリスタウン変電所は、景気刺激策の一環として、新しい変圧器、トロリーブレーカー、フィーダー、変電所開閉装置、保護リレー、構造オーバーホールを受けた。^[6]

2012年7月、米国運輸省はウェインジャンクション変電所の改修を支援するためにSEPTAに1,280万ドルのタイガーIV助成金を授与しました。^[7] SEPTAゼネラルマネージャーのジョセフ・M・ケイシー氏は、「私たちはこれらの資金を使って、交通の歴史博物館に展示されるべき機器を交換するつもりです」と述べています。

この助成金は変電所での式典で発表され、運輸長官レイ・ラフードも出席した。ラフード長官は「これは最も魅力的でもなければ、最も美しいものでもありませんが、最も重要なプロジェクトの一つです」と述べた。^[8]

ウェインジャンクションの3つの静的周波数変換器の更新は、冗長性を維持するために2010年代に3段階で行われる予定です。システムのセキュリティのために4番目の変換器が追加される予定です。^{[9] [S 1]}

2014年10月、SEPTAはウェインジャンクションの静止型周波数変換器の改修工事に関心のある請負業者に入札を要請した。^[10]

2014年9月、SEPTAはアンブラー変電所の改修工事に関心のある請負業者に入札を要請した。^{[11] 2014年10月、SEPTAはCarr & Duff, Inc. [12]}に799万ドルの契約を発注した。^[13]

2016年10月31日、変電所の2台の主変圧器のうち1台が焼損し、1週間後にランズデールとアンブラー両変電所の更新のためにすでに用意されていた新しい変圧器の1台に予定より早く交換されました。^[14]

1990 年代にドイルズタウン変電所で火災が発生し、変電所は使用不能になりました。2013 年に変電所が修復されるまで、ランズデールの東にあるドイルズタウン支線はランズデール変電所からのみ電力供給を受ける必要がありました。この 10 マイル (16 km) の線路区間の「片端給電」により、支線で同時に走行できる MU の数が制限され、また、最大速度と加速度も制限されました。

変電所は2015年4月に新しい12/24kV単巻変圧器を導入した。^[15]

ペンシルベニア州による交通専用資金源の承認を受けて、SEPTAは2013年12月に、5段階に分けて、残っている旧リーディング変電所のすべてを改修または交換する資本予算計画を発表した。第1段階は、ジェンキンタウン変電所の交換とアンブラー変電所の稼働部品の改修で、最終設計は2013年末までに完了していた。^{[9] [16]}

2014年11月、SEPTAは4つの変電所（ランズデール、ベセアズ、チェスナットヒルイースト、ハットボロ）の改修工事に関心のある請負業者に入札を依頼しました。^[17]エンジニアリング設計作業には2年、建設にはさらに3年かかると予想されています。

SEPTAはまた、ネシャミニーフォールズ変電所とヤードリー変電所間の距離が、12kV 25Hzシステムにおける変電所間の最適距離である5マイル（8.0km）のほぼ2倍であるため、2020年秋までにウッドボーン駅の近くに新しい変電所を建設する計画である。^{[S 2]}

• 鉄道電化システム
• アムトラックの25Hz牽引電力システム

• Doub, CL (1931 年 3 月)。「郊外電化の理解のための電力供給設備」。米国電気学会誌。50 ( 1 )。米国電気電子学会 (IEEE): 240–245。doi :10.1109/  T -AIEE.1931.5055770。ISSN 0096-3860。S2CID 51646983  。

• Kneschke, Tristan A. (1985 年 3 月)。「SEPTA の Wayne Junction 変電所用静的周波数コンバータ」。IEEE Transactions on Industry Applications。IA -21 (2)。 米国電気電子技術者協会 (IEEE): 295–300。doi : 10.1109 /TIA.1985.349628。ISSN 0093-9994。S2CID 17134542  。

• Fischer, RB (1990 年 4 月)。「SEPTA の 25 Hz 通勤鉄道システムへの静的周波数コンバータの導入」。1990年の ASME/IEEE 合同鉄道会議で発表された技術論文。電気電子技術者協会 (IEEE): 149–155。doi :10.1109/RRCON.1990.171673。S2CID 111289944  。

• Kneschke, TA; Hong, JP; Naqvi, W. (1994 年 3 月)。「SEPTA の地域鉄道部門牽引電力システムの負荷フロー調査と概念的システム設計」。IEEE / ASME合同鉄道会議議事録。電気電子技術者協会 (IEEE)。pp. 81–95。doi :10.1109/RRCON.1994.289017。ISBN 978-0-7803-1890-8.S2CID 109631300  。

• Kneschke, TA; Hong, JP; Natarajan, R.; Naqvi, W. (1995 年 4 月)。「SEPTA の鉄道配電システムのインピーダンス計算」。1995年 IEEE/ASME合同鉄道会議議事録。電気電子技術者協会 (IEEE)。pp. 79–85。doi :10.1109/ RRCON.1995.395166。ISBN 978-0-7803-2556-2.S2CID 110918186  。

• Kneschke, T.; Naqvi, W. (1997 年 3 月)。「SEPTA の地域鉄道電力システムのアップグレード」。1997 IEEE / ASME 合同鉄道会議議事録。電気電子技術者協会 (IEEE)。pp. 35–47。doi :10.1109/RRCON.1997.581350。ISBN 978-0-7803-3854-8.S2CID 109984985  。