A No. 261, XL Special vonat Butte-tól nyugatra
                          Richard Steinheimer felvétele [2]-ből




Vasút villamosítás Amerikában



A tengeren túl a teljes vasúti vonalhossznak csak kis százaléka villamosított. Komoly szükségszerűség kellett ahhoz, hogy egy amerikai nagyvasút a hálózatát, vagy annak egy részét villamosítsa.

A Baltimore & Ohio (B&O) vasút a Baltimore-i nagyállomásáról emelkedő alagútban induló vonalát 1895. május 1-én villamosította, ez lett  Amerikában (és talán a világon is) az első nagyvasúti villamos vonal.

New Yorkban a New York Central (NYC) vasút new yorki, manhattani pályaudvarának, a Grand Central Terminálnak a felszín alatti vágányain 1902. január 8-án súlyos vasúti baleset történt, ezt követően a városvezetés törvényt hozott, hogy nem járathat "föld alatti pályán füstöt kibocsátó vontató" A NYC villamosította a pályaudvarát és a három bejáróvonalát, és a New Haven vasút is villamos vontatással érte el a new yorki Grand Central Terminal-t.

A Pennsylvania vasút 1910. augusztus 1-ére elkészült manhattani Pennsylvania állomása pedig már eleve villamos üzemre épült, de a vasút nem állt meg itt, villamosította a távolsági vonalait dél felé Washingtonig, nyugatra Harrisburg felé és több köztes vonalat is.
Leányvállalata, a Long Island Rail Road pedig a lakott területen haladó vonalait villamosította.

A Great Northern vasút a Cascade hegységben, a meredek pálya, a hosszú alagutakban és hóvédő falak alatt haladó vonalát villamosította.

Az Illinois Central vasút bejáró vonalat épített Chicagóban és az elővárosaiba, itt a lakóházak közelsége, meg a sok vonat, kevés vágányú városi végállomás miatt gyors vonatfordulásra volt szükség, ezt könnyebb villamos motorvonatokkal megvalósítani, ezért az IC villamosította a bejáró vonalát.

Volt egy vasút, amelyik kényszerítő ok nélkül, műszaki és gazdasági megfontolásból villamosította két hosszú nyíltvonali szakaszát. Ez volt a Milwaukee Road, mely a Chicagótól a Csendes-óceán partjáig haladó fővonalának két szakaszát is villamosította, úgy, hogy ez a két szakasz nem ért össze! Köztük hagyományos, gőzmozdonyos vontatással vitte a vonatokat.




A Milwaukee vasút rövid története

 

A Milwaukee Road 1851. február 25-én kezdte meg vasúti működését, akkor Milwaukee & Mississippi Railroad néven. Az első hivatalos, 20 mérföldes útját Milwaukee és a wisconsini Waukesha között tette meg. A következő 50 évben a vasút gyorsan nőtt, főleg más vasutak felvásárlásával és beolvasztásával. A XX. század elején az akkorra Chicago, Milwaukee & St. Paul nevű vasútnak 6.000 mérföldes pályája volt. A híres Rockefeller családhoz is kapcsolódó, a középnyugati farm-övezetet kiszolgáló sikeres vasút igazgatósága Chicagóban volt.

A következő húsz évben mind a Northern Pacific (NP), mind a Great Northern (GN) kiépítette a vonalát Chicagótól a Csendes-óceánig, ezzel megindult a konkurenciaharc a társaságok között. Akkor a Milwaukee rövid neve St. Paul volt, és félt, hogy ha nem lesz vonala nyugatra, veszélyben a jövője, a nyugati szállításokban függeni fog a Union Pacific-től (UP), a Northern Pacific-től vagy a Great Northerntől. Azt tervezte, hogy a nyugati vonalát a Chicago & North Western vasúttal közösen építi ki. A megbeszélések nem hoztak megegyezést, a St. Paulnak egyedül kellett belevágnia a munkába.

1906-ban indult az építkezés, olyan vonalon, mely öt hegységet vágott át, de rövidebb és gyorsabb lett, mint a vetélytársaié. 1909-re készült el, anélkül, hogy az állam föld juttatással segítette volna a vasutat, és a költség több mint ötszöröse lett az elején megállapított mérnöki árnak.


Seattle Union Station az Airport Way felüljáróról

Craig Williams felvétele, Warren Wing gyűjteményéből [1]-ből

A fejpályaudvar átmenő vágányán a Milwaukee-nek egy E3 villamos mozdony vontatta vonata halad át. A fénykép dátuma ismeretlen.






Mire a vonal elér Washington állam keleti határáig, három hegységen, a Belt, a Rocky és a Bitterroot Mountains-en kell átvágnia. Onnan a tengerpartig még kettőn, a Saddle és a Cascade Mountains-en.

A St. Paul vasút először 1907-ben a hegységen átvezető vonalán tanulmányozta a villamosítást, és 1914-ben kötötte az első szerződést. A vonalépítés és a villamosítás magas költsége 1925-ben csődbe juttatta a St. Pault. 1927-re a bankok úgy látták, hogy úgy van esélyük visszakapni a pénzüket, ha újra szervezik. Az "új" vasút neve Chicago, Milwaukee, St. Paul & Pacific lett, és Milwaukee Road rövid néven hívták.
 A Milwaukee vasút Pacific Extension-je (meghosszabbítása a Csendes-óceánig) az építéstől az 1980-as megszűnéséig egyvágányú, kis forgalmú vonal volt, train orderekkel (írásbeli utasításokkal) irányították, automatikus blokkrendszert építettek ki a vonalon, de központi vonalirányítást sosem. Működése alatt néhány fejlesztést, mint nyomvonal áthelyezéseket végeztek itt, de nagyobb átépítést, bővítést nem. A vonalat gyengébben tartották karban, mint a Union Pacific, a Northern Pacific vagy a Great Northern vasutak a saját vonalait.




A villamosítás rendszere

 
A felsővezeték és a karbantartása




A General Electric gyártmányú Troubleshooter (felsővezetéki hibakereső és -elhárító), X935019 valahol a Coast Division-ön

Az Electrification Department Collection felvétele [1]-ből
A készítés dátuma ismeretlen



A Milwaukee Road villamos rendszere 654 vonalmérföld felső- és áram hozzávezető vezetéket, 22 villamos alállomást, nagyfeszültségű vezetéket és körülbelül 40.000 faoszlopot tartalmazott. 1914-ben 3.000 V-os egyenfeszültségű rendszernek tervezték, nehéz vonatokat is vontató nagy villamos mozdonyok számára.

A felsővezték dupla munkavezetékes volt. Egy acél tartóvezeték két egymás melletti hornyolt réz munkavezetéket tartott. A vastag réz vezetékek nagy áramerősségek vezetésére voltak alkalmasak, több mozdonytípus is nagy terhelésnél 3-4.000 A áramot is felvehetett.

A felsővezeték szabványos magassága a sínkorona fölött 24 láb és 2 hüvelyk (7,37 m) volt, ez lehetővé tette, hogy a fékező kézi jelzést adhasson a vagon tetejéről, anélkül, hogy hozzáérne a felsővezetékhez. Ez az érték kisebb volt olyan hidakon, aluljárókban vagy alagutakban, ahol nem lehetett tartani a szabványos magasságot. A minimális magasság 18 láb és 9 hüvelyk (5,72 m) volt, amit az 1950-es években 19 lábra (5,79 m-re) növeltek, hogy a háromszintes autószállítók is elférjenek alatta. Ezt a nagyobb magasságot néhol úgy érték el, hogy egyes alagutak alapját mélyítették.

Tipikus felsővezetékes vonal, a Snoqualmie alagúttól keletre

Laurence Wylie felvétele [1]-ből



A felsővezeték kihúzásakor megkérdezték a munkák fiatal főnökét, Laurence Wylie-t, hogy miért nem telítették (creosete) a cédrus oszlopokat. Azt felelte: "Elég ideig tartanak majd, ennek a villamos rendszernek a várható élettartama 30 év."
 Jó és rossz jósnak is bizonyult. A Milwaukee villamos rendszere az 1910-es évektől a 70-es évekig tartott, vagyis vagy 60 éven keresztül, igaz, hogy akkorra a cédrus oszlopok már telített fenyőgerenda támaszt kaptak.




Tipikus Milwaukee felsővezeték tartó. Eleinte a felsővezetéket közvetlenül a tartórúdhoz rögzítették, később egy kart iktattak be.



Ritkán, főleg állomások kétvágányú pályáján használt felsővezeték tartó oszlop







Felsővezeték felfüggesztés alagútban







Állomásokon esztétikai okokból fém felsővezeték tartót használtak
Tervrajzok [1]-ből





A felsővezeték oldalirányban legfeljebb 9 hüvelykkel (230 mm-rel) tért el a vágánytengelytől. Vizsgálatok azt mutatták, hogy az Európában szokásos felsővezetéki oldalirányú váltakozó eltérés nem szükséges. Az áramszedőn nem keletkezett bemélyedés, mert a mozdony normál oldalirányú mozgása és a felsővezeték mozgása elosztotta a kopást.

A legtöbb felsővezeték tartó 40 láb (12 m) hosszú, felfelé csökkenő átmérőjű vörös cédrus oszlop volt. Telepítésükkor nem telítették őket, így a '20-as évek közepére a föld alatti részük súlyosan korhadt. 1925 és '37 között telített tartókat ástak melléjük, hogy meghosszabbítsák az élettartamukat.
A telítetlen cédrus oszlopoknak a talajban lévő részük súlyosan rothadt, ezért 12x12-es telített fenyő tartóoszlopot ástak le és a felsővezeték tartót ehhez erősítették

Harold Hill felvétele [1]-ből, a felvétel időpontja ismeretlen



A segédtartók alkalmazása olyan sikeres volt, hogy a legtöbb cédrus oszlopot a '70-es évek második feléig nem kellett cserélni. Acél felsővezeték tartókat csak Butte, Seattle és Tacoma állomásán használtak, ott is csak esztétikai okból.

A szabványos felsővezeték tartó oszlop távolság 150 láb (45 m) volt, ami ívekben vagy állomásokon 90 lábig (27 m-ig) csökkenhetett. A kisebb oszloptávolság lehetővé tette a felsővezeték pontosabb vezetését.

A masszív felsővezetéki rendszernek nem ártott vihar vagy a rárakódott jég terhelése. A jég sosem vastagodott meg rajta, mert az áramszedők lekaparták. Cedar Falls környékén néhány évente mégis jeges lett a vezeték, és az áramszedő nem kapott energiát. Ilyenkor a dolgozók kimentek a vonalra és leverték a jeget.

A felsővezeték karbantartása folyamatos feladat volt. Nem voltak feszítősúlyok, ezért a vezetéket télen utána kellett engedni, nyáron meg húzni kellett rajta.
 Nem csak az időjárás vagy a karbantartás hiánya okozott felsővezeték iránytartási problémát. VIzsgálatok kimutatták, hogy  ha a vonat lassan halad be egy túlemelt vágányú ívbe, akkor az ív belső oldalán lévő sínszál lesüllyed. Ha túl gyorsan, akkor a külső oldalán lévő sín süllyed le. 

Egy hüvelyknyi sín süllyedés öt hüvelyknyi eltérést okoz a 24 láb magasan lévő felsővezetéken.

Másik problémaforrás, mikor a pálya karbantartói megváltoztatják a sínkoronák magasságát, vagy a pálya irányát. Ilyen munkák után újra be kell állítani a felsővezeték helyét.

Három munkás csoport kellett a Milwaukee villamos vonalainak a felsővezetékét karbantartani. Két csapat a 440 mérföldes Rocky Mountain Divisionön (a keleti villamos szakaszon) állomásozott, és egy a 214 mérföldes Coast Divisionön, a nyugati szakaszon. Minden csapatban volt egy előmunkás, három vonali szakember és több munkás.






Kezdetben a csapatok egy fedett teherkocsi tetejéről dolgoztak, amit egy gőzmozdony húzott. és a munkát csak lekapcsolt felsővezetéken végezhették.


Az eredeti felsővezeték-javító vonatok egyike

Az Electrification Department Collection felvétele [1]-ből
A készítés dátuma ismeretlen


Az EF-1 gőzmozdony ezt a javító kocsit, két raktár kocsit és egy caboose-t vontatott.

A gőzvontatású felsővezeték-karbantartó vonat lassúnak és drágának bizonyult.




Nagyobb felsővezeték szerelő munkához magas platformos vonatot állítottak össze

General Electric felvétel [2]-ből


Az első villamosított szakasz a kontinentális vízválasztó felé keletről érkező 20‰-es vonalon volt, Butte állomás közelében. A füstölő gőzmozdony és a szerelő vonat közé egy tehervagont tettek, a munkások egészségének védelmében.



Munkások a felsővezetéket állítják be a tehervagon tetejére szerelt platformról

Harold Theriault gyűjteményéből, [2]-ből


A dupla munkavezeték a két, a platformon álló munkás könyökmagasságában halad. A dupla függőleges összekötő sodrony 15 lábanként (4,5 m-enként) tartja a munkavezetéket. Néhány évi üzem után a Milwaukee úgy találta, hogy az áramszedő és a munkavezeték érintkezésének grafitos zsírral kenése gyakorlatilag megszünteti a munkavezeték kopását.






Egy közúti-vasúti javító teherautó, hidraulikus "cseresznyeszedő rúddal" (a felsővezeték megemelésére) és emelhető kosárral

Az Electrification Department Collection felvétele [1]-ből
 A Milwaukee Road hamar lecserélte a gőzös javító vonatot benzin-villamos motorkocsira, amit Troubleshooternek hívtak (lásd a képet a fejezet elején). A hibaelhárító motorkocsin hidraulikusan emelhető platform volt, a kocsiban pedig felsővezeték tekercs és alkatrészek, de volt konyha is a csapat számára. Később a munkacsoportba került egy mérnök, fékező és vonatvezető is.

1930-ban az idősödő, General Electric gyártmányú Troubleshootereket újabb, Pullman gyártmányúakra cserélték. Ezek 1949-ig működtek, ekkor közúti-vasúti teherautók vették át a feladatukat. A három Pullmant tíz ilyen jármű váltotta le. Ezek vonat érkezésekor elhagyhatták a pályát, és közúton térhettek haza. Ezekre már nem volt szükséges a vonatszemélyzet.



Munka az emelhető létrás közúti-vasúti teherautóról

Az Electrification Department Collection felvétele [1]-ből


A teherautóban hidraulikusan kitolható létra volt, a későbbi pedig kosaras autó lett, amiből a felsővezeték szerelők dolgozhattak. A kosártartó rúd elég erős volt, hogy 27 méterre is felemelkedjen.

Felsővezeték javítók mondták: "Egy vasúti baleset után a legkönnyebb munka a felsővezeték visszaállítása volt. A közúti-vasúti járművel mentünk a helyszínre és megjavítottuk a felsővezetéket, utána lefeküdtünk aludni a járműben, míg a balesetes csapat még a helyszínre sem ért!"






A villamos építő csapat Butte állomáson a síneket fúrja, hogy a sínszálakat villamosan is összekössék

Laurence Wylie felvétele [2]-ből







Sínek összekötése a montanai East Portálban

Itt a réz sodronyok végére húzott acél papucsokat hegesztették a sín oldalához.




A villamossággal veszélyes volt dolgozni, de a Milwaukee Road büszke volt a sikeres biztonsági intézkedéseire. Egy munkás mesélte: "Egyszer jött valaki Brazíliából, a Paulista vasúttól. Megmutattuk neki, hogyan dolgozunk, aztán elvittük a megbeszélésünkre, ahol a 'Safety First' (a biztonság az első) elvet hangsúlyoztuk.
 Meglepődött, még sosem hallott erről. Igaz, hogy mi sem régóta. Az első 33 évben 32 dolgozót ért áramütés. A biztonsági programunk indítása után a következő 26 évben csak egyet."




A villamos alállomások



Az alállomások több tégla épületből álló telepek voltak. Távoli erőművek nagyfeszültségét letranszformálták, ezzel szinkron motorokat hajtottak, a motorok tengelyének két végére két oldalról pedig egy-egy 1500 V-ot előállító egyenfeszültségű generátor csatlakozott. A két generátor kimenetét sorba kapcsolták, így jött létre a 3000 V névleges értékű vontatási feszültség.

A hegységekben magas hó hullott, ezért az épületek nyeregtetősek voltak. Az alállomásnak az egy emelet magas hóban is zavartalanul kellett működnie.


East Portal alállomáson a dolgozók épületét (balra) már ellepte a hó

Adam Gratz Collection, [1]-ből


Azért volt szükség mechanikus, motor-generátoros egyenirányításra, mert 1914-ben még nem találták fel sem a higanygőzös, sem a szilárdtest egyenirányítót.

Az alállomás kezelője szabályozhatta a kimenő feszültséget nullától (álló szinkronmotor) a maximális értékig, ha a terhelés is megengedte. Mikor egy nehéz vonat mozdonya túl nagy áramot akart felvenni, ami túlterhelte a generátorokat, a kezelő csökkentette a feszültséget, így megvédte az áramfejlesztőket. A 3000V névleges feszültségű hálózaton a legkisebb üzemi feszültség 1800 V lehetett, amik mellett a mozdonyok még működhettek.

Hyak alállomás (jobbra) kezelője 1959 augusztusában ezt az utasítást írta:
-Tartsd a 3.400 V-ot minden vonat számára, ha a terhelés lehetővé teszi,
-kivéve a kelet felé haladó vonatoknak, ott nem szükséges 3.000 V-nál többet tartani míg megérkeznek Hyakbe (egyvágányú pálya, a szerző)
-Tarts 3.200 V-ot a személyvonatoknak,
- ...,
-Tarts 2.900 V-ot a 4.000 tonnás tehervonatoknak.

Edwin Johanson felvétele [1]-ből



A mozdonyt általában egyszerre egynél több alállomás táplálta. A kezelő változtatta a feszültséget, hogy kiegyenlítse a terhelést, vagy az egyik alállomás átvett terhelést a másiktól.

Ha a mozdony rekuperatív (visszatápláló) fékezést alkalmazott, ez nagyobb feszültséget adott a felsővezetékbe, mint amekkorát az alállomási generátorok keltettek, így azok motorként kezdtek működni, és hajtották a szinkronmotort. Az meg a transzformátoron keresztül villamos energiát töltött a hálózatba. Ez visszafelé forgatta a fogyasztásmérőt, csökkentve a vasút villamos energia költségét.
 A Milwaukee Road nagyfeszültségű hálózata 100 kV-os volt, a háromfázisú vezeték a vasúti pálya mellett haladt és összekötötte az alállomásokat. A 100 kV-ot közületi áramszolgáltatók adták, a Rocky Mountain Division számára a Montana Power Company, a Coast Division keleti részének ellátója a Washington Water Power volt, a nyugatié a Puget Sound Power & Light vállalat. Sok éven át egyedül a Milwaukee Road vezetéke kapcsolta össze a két áramtermelő hálózatát.




2.000 kW-os motor-generátor együttes egy Coast Division-i alállomáson

Laurence Wylie felvétele [1]-ből

A középen álló szinkronmotor jobbra-balra egy-egy generátort hajt, azok feszültségét sorbakapcsolták, úgy adták ki a felsővezetékre.

A kezelők azt mondták, hogy amikor járt, olyan hangja volt, mint egy óriási porszívónak.






A beérkező nagyfeszültség olajkapcsolói és transzformátorai

Gordon Rogers felvétele [1]-ből
Az alállomás kezelője és segédje a Cedar Falls-i alállomás vezérlő táblájánál

Laurence Wylie felvétele [1]-ből




A Milwaukee Road rendszerének névleges feszültsége 3.000 V volt, de tág tere volt a feszültség szabályozásának, alállomásonként is. A fogyasztás elemzéséhez minden alállomás 24 órában folyamatosan rögzítette a feszültség- és áram értéket. Ez a korong a montanai East Portal alállomása feszültségének időbeli változását mutatja 1969. május 10-én.

A nagyobb feszültség érték egy közeli, rekuperáló mozdony eredménye, vagy az alállomás távoli vonatot táplált. Az alacsony feszültségértéket pedig emelkedőn haladó nehéz vonat okozhatta.

Kép [1]-ből



Amikor a Milwaukee vasút megkötötte az áramellátási szerződést a szolgáltatókkal, azoknak még korlátozott áramfejlesztő képességük volt. Féltek, hogy a vasút nagy fogyasztása leterheli a hálózatot, és ez hatással lesz más fogyasztókra is. Hogy ezt elkerüljék, és határolják a vasút villamos fogyasztás számláját is, 1920-ban a vasút Power Indicating and Limiting Sytem-et, teljesítmény mérő és határoló rendszert alkalmazott. Csak néhány évig működött, mert a vasút fogyasztása sosem érte el a várt magas értéket. Ezért a vasút leszerelte, és újratárgyalta az áramellátási szerződéseket. Az áramszolgáltatók alacsony áramdíjat kértek az év nagy részén, kivéve október 16-ától február 15-éig a 17 és 18 órás tartományban. Így a villamos energia tarifájának átlaga 0,00544 USA dollár lett kWh-nként.

Bár a vasút a hálózatról nem vett fel sok energiát, az alállomások nagy áramerősségeket adtak le. Az alállomásokat úgy tervezték, hogy egy generátor-motor-generátor egység dolgozik, a másik tartalék. A tehervonatok nehezebbé válásával azonban a másik egységet is be kellett indítani, sőt, a fogyasztás túl is terhelte őket. Az egységek 2 óra időtartamra 150%-ig túlterhelhetők voltak.

A II. világháború után a villamos rendszer teljesítménye probléma lett. A dízelmozdonyok jobban teljesítettek az 5.000 tonnás tehervonatokkal, mint a villanygépek. Nem csak azért, mert a villanyok megöregedtek, hanem mert a villamos rendszer sem tudott elegendő energiát szolgáltatni.
 A Milwaukee Road elektromos rendszerének a főnöke úgy látta, hogy a villany szűkét csak hatalmas beruházással lehetne megoldani. Más szakértők azt javasolták, hogy növeljék meg a rendszer feszültségét, de ezt elvetették, mert túl kockázatosnak találták. A következtetés: a villamos üzem elavult.

A vasút új villamos főnöke olcsóbb változtatásokat tett: megnövelte az alállomások feszültségét a névleges 3.000 V-ról a 3.200 - 3.600 V-os tartományba. Ez segített, de nem oldotta meg a problémát.

A költségcsökkentés másik módja a rendszer teljes automatizálása lett volna. Minden alállomás három fő 24 órás jelenlétét kívánta, távvezérléssel munkaerő költséget takaríthattak volna meg. Több alállomás távvezérlését építették ki, de a teljes rendszerre sosem fejezték be. A GE és a Westinghouse felkínálta az összes alállomás átépítését és automatizálását, de az eredmény nem hozta volna be a beruházás árát.

A vasút folyamatosan kereste a költségcsökkentés módját, és használt berendezéseket keresett. A Cleveland Union Terminal (interurban vasúthálózat központja) akkoriban szerelte le a villamos rendszerét, és a Milwaukee megvett két óriási, szintén 3.000 V-os motor-generátor egységet. Ez sem hozott teljes megoldást. de segített fenntartani az üzemet.




A Cleveland Union Terminal-ből az egyik motor-generátor egységet Janney-ben helyezték üzembe.

Janney alállomás a Pipestone Pass emelkedőjének adott villamos energiát, emellett vezérlő táblája volt Morel, Gold Creek és Ravenna alállomások távvezérléséhez. Ide érkezett az 1955-ben a Cleveland Unon Terminaltől vásárolt motor-generátor egység (jobbra). Az alállomáson 3.500 kVA-es transzformátort állítottak be, hogy ellássák a 3.000 kW-os egységet.


A szinkronmotor adattáblája

Rajta a szöveg: Figyelem! Telepítés vagy üzembehelyezés előtt olvasd el a GEH 136 C utasítást!

Úgy látszik, ott is dívik az a mérnöki hozzáállás, hogy "Bekapcsoljuk, ha nem működik, kapcsolgatjuk és tekergetjük, és amikor füstöl, elolvassuk a használati utasítást."

Ismeretlen szerző fényképei [2]-ből










Források:

 

  • Noel T. Holley: The Milwaukee Electrics [1]
  • Richard Steinheimer: The Electric Way Across the Mountains [2]
  • Bill Marvel: Under Milwukee Wires [3]
  • Comprehensive RAILROAD ATLAS of North America  [4]
 manhattani       

  2021. augusztus 23.  


Hamarosan: 2. rész, Mozdonyok, hómarók és a forgalom