نظام الطاقة الجرية بتردد 25 هرتز التابع لهيئة النقل في جنوب شرق بنسلفانيا

تدير هيئة النقل في جنوب شرق بنسلفانيا (SEPTA) نظام طاقة جر بتردد 25 هرتز في محيط فيلادلفيا . هذا النظام، الذي ورثته SEPTA من شركة ريدينغ ، مشابه لنظام 25 هرتز الذي بنته شركة سكك حديد بنسلفانيا (PRR) وتديره حاليًا شركة أمتراك ، ولكنه منفصل عنه كهربائيًا . تستطيع قطارات SEPTA السير على كلا النظامين لأن الجهد والتردد المُقدمين للقاطرة متطابقان تقريبًا.

تمتلك SEPTA جميع محطات ريدينغ الفرعية السابقة. كما تمتلك العديد من المحطات الفرعية التي تشكل جزءًا كهربائيًا من نظام Amtrak بتردد 25 هرتز، بما في ذلك محطات PRR الفرعية السابقة على طول خط ميديا/واوا وخط تشيستنت هيل الغربي ، ومحطة فرعية أحدث تقع شمال محطة شارع 30 مباشرة .

قامت شركة ريدينغ بتزويد خطوطها بالكهرباء بين محطة ريدينغ في فيلادلفيا، بنسلفانيا ، ونوريستاون ، ودويليستاون ، وتشيستنت هيل ، وهاتبرو ، وويست ترينتون في عام 1931. وتم توسيع نطاق التزويد بالكهرباء ليشمل خط فوكس تشيس في سبتمبر 1966. وتم تمديد التزويد بالكهرباء مرة أخرى من هاتبرو إلى وارمينستر في أوائل السبعينيات. ^{[ 1 ]}

استخدم نظام سكة حديد ريدينغ أسلاكًا معلقة مكهربة بجهد 12 كيلوفولت وتردد 25 هرتز، على غرار نظام سكة حديد بنسلفانيا المنافس الذي بدأ كهربة خطوطه عام 1915 وتوسع خطه الرئيسي في ثلاثينيات القرن العشرين. وعلى عكس نظام سكة حديد بنسلفانيا، الذي تضمن مصادر طاقة متعددة وشبكة نقل واسعة النطاق ذات جهد عالٍ، كان نظام ريدينغ يعتمد كليًا على محطة المحول الدوار في واين جانكشن لتزويده بالكهرباء . ورغم تغير ملكية وتشغيل النظام، إلا أنه ظل دون تغيير جوهري باستثناء استبدال محطة المحول الدوار في واين جانكشن بمحول حلقي إلكتروني عام 1986.

صُمم نظام كهربة ريدينغ لتشغيل القطارات متعددة الوحدات في الضواحي ، ولم يكن مُلزماً بدعم عمليات نقل الركاب أو الشحن على الخط الرئيسي لشركة سكة حديد بنسلفانيا المنافسة . ورغم عدم الحاجة إلى نظام معقد من خطوط نقل الجهد العالي، إلا أن حجم النظام كان كافياً لاستلزام استخدام مغذيات توزيع من مصدر الطاقة بتردد 25 هرتز في محطة واين جانكشن. وُضعت المغذيات على جهد 24 كيلوفولت ، أي ضعف جهد الجر. تحمل معظم خطوط السكك الحديدية مغذياً واحداً أو اثنين مُثبتين أعلى أعمدة دعم نظام التغذية الكهربائية. ويمكن تمييز مغذيات محطة التحويل هذه ذات جهد 24 كيلوفولت عن مغذيات الجر ذات جهد 12 كيلوفولت باستخدام عوازل رباعية الأجزاء بدلاً من العوازل ثلاثية الأجزاء.

تغذي خطوط الجهد العالي 24 كيلوفولت شبكةً من 11 محطة فرعية (12 محطة مع محطة تحويل واين جانكشن) موزعة على مسافات تتراوح بين 13 و16 كيلومترًا على طول خطوط السكك الحديدية المكهربة. معظم الفروع قصيرة بما يكفي لتتطلب محطة فرعية واحدة فقط قرب نهاية الخط، بينما خطا مين وغرب ترينتون طويلان بما يكفي ليتطلبا محطات فرعية وسيطة. في كل محطة فرعية، تُمرر مغذيات الجهد العالي 24 كيلوفولت عبر محولات ذاتية لخفض الجهد إلى جهد الجر البالغ 12 كيلوفولت ، والذي يمر بعد ذلك عبر قواطع الدائرة قبل تغذيته إلى أسلاك التغذية العلوية. 

يتم نقل الطاقة فعليًا بجهد 36 كيلوفولت ، نظرًا لوجود فرق طور 180 درجة بين مكوني الجهد 24 كيلوفولت و 12 كيلوفولت . يتميز هذا التصميم بعدة مزايا مقارنةً بنظام النقل والتوزيع التقليدي لشركة بنسلفانيا للسكك الحديدية (PRR). أعلى جهد في النظام، بالنسبة للأرض، هو 24 كيلوفولت . وهذا أقل بكثير من 69 كيلوفولت في نظام PRR، الذي تطلب أبراجًا أكبر بكثير بارتفاع 24 مترًا (80 قدمًا) وعوازل ومحولات أكبر. في نظام صغير مثل نظام ريدينغ، لم تكن بنية النقل بهذا الحجم ضرورية. ثانيًا، يستخدم النظام سلك التوصيل العلوي بجهد 12 كيلوفولت لكل من النقل والتوزيع. يتيح هذا الاستخدام المزدوج لسلك التوصيل العلوي أداء الوظيفتين بسلكين فقط. في المقابل، تطلب نظام PRR ثلاثة أسلاك: اثنان لمكون النقل أحادي الطور بجهد 138 كيلوفولت، وواحد لمغذي التوصيل العلوي بجهد 12 كيلوفولت . في كلا النظامين، يُستخدم السكة كمسار عودة لتيار الجر. 

يتم توليد جميع الطاقة بتردد 25 هرتز في نظام سكة حديد ريدينغ السابق في محطة تحويل الطاقة الثابتة في واين جانكشن . بُنيت هذه المحطة بين عامي 1985 و1990، وتتكون من ثلاث وحدات إلكترونية صلبة بقدرة 15 ميجا فولت أمبير ، تعتمد على محول التردد . قامت شركة ASEA ببناء النظام، وهو مشابه تقنيًا للمحول الذي تم تركيبه لاحقًا في محطة تحويل الطاقة التابعة لشركة أمتراك في جيريكو بارك .

استُبدلت محولات التيار بمولدين كهربائيين من طراز ويستنجهاوس إلكتريك، يعود تاريخهما إلى عام 1928 تقريبًا، وتبلغ قدرة كل منهما 21.4 ميجا فولت أمبير . وكانت هذه القدرة متاحة سابقًا لتزويد الطاقة من محطة سومرست الفرعية التابعة لشركة بيكو إنرجي ، والتي كانت تضم ثلاثة مولدات كهربائية تُستخدم عادةً لتزويد نظام الكهرباء لسكك حديد بنسلفانيا. وقد أُزيلت هذه القدرة، كما أُزيلت مولدات سومرست. ويعمل نظام ريدينغ السابق الآن بشكل مستقل تمامًا عن نظام الطاقة التابع لشركة أمتراك.

تتلقى محطة واين جانكشن طاقة كهربائية بتردد 60 هرتز وجهد 230 كيلوفولت من خطين احتياطيين متصلين بمحطات فرعية تابعة لشركة بيكو في وانيتا وتابور وبولاسكي. ويقوم محولان كهربائيان بقدرة 60 ميجا فولت أمبير وجهد 230/13.2 كيلوفولت بخفض الجهد لمحولات التردد الثابتة. وتتيح وصلات الربط إمكانية فصل أجزاء من نظام التغذية عن الخدمة لأغراض الصيانة.

في مارس 2015، مُنح عقد بقيمة 4,656,321 دولارًا أمريكيًا لشركة STV Incorporated ، لتقديم خدمات معمارية وهندسية لإعادة تأهيل محولات التردد الثابتة في محطة واين جانكشن، على أن تُنفذ الخدمات على مدى 60 شهرًا، ومن المقرر أن تبدأ في أبريل 2015 (وفقًا للعرض رقم 14-233-JHC). ^{[ 3 ]}

v ت هـ  مصادر طاقة بتردد 25 هرتز في نظام القراءة السابق
دويلزتاون لانسديل أمبلر هاتبرو ياردلي وودبورن شلالات نيشميني بيثايرز جينكينتاون-وينكوت تشيستنت هيل إيست مفترق طرق واين نورستاون فيرمونت إلى محطة ريدينغ شارع جيرارد وسيلة نقل الركاب إلى وسط المدينة نظام أمتراك 12 كيلو فولت 25 هرتز (سابقاً PRR)
أسطورة
XXX   خط سكة حديد سيبتا الإقليمي المحولات ومحطة التوزيع محطة فرعية محطة فرعية مستقبلية فاصل طوري

كانت كل محطة فرعية من محطات سكة حديد ريدينغ السابقة مجهزة بمحولات وقواطع دوائر كهربائية من شركة أمريكان براون بوفيري . معظم المحولات مصممة لتوفير طاقة تبلغ حوالي 2 ميغا فولت أمبير لكل منها (يوجد عدد قليل من المحولات بقدرة 4 ميغا فولت أمبير ). كما احتوت كل محطة فرعية على عدد من قواطع الدوائر الكهربائية المملوءة بالزيت لفصل خطوط الجهد 12 كيلوفولت و 24 كيلوفولت تحت الحمل. وتضم المحطات الفرعية الأكبر حجماً مبنى صغيراً للمعدات والصيانة لإيواء أي معدات تحكم أو محولات ثانوية لتوليد طاقة الإشارة بتردد 100 هرتز .

• نظام كهربة السكك الحديدية
• نظام الطاقة الجرية لشركة أمتراك بتردد 25 هرتز

• دوب، سي إل (مارس 1931). "مرافق إمداد الطاقة لتزويد ضواحي ريدينغ بالكهرباء". معاملات المعهد الأمريكي للمهندسين الكهربائيين . 50 (1): 240-245 . doi : 10.1109/T-AIEE.1931.5055770 . ISSN 0096-3860 . S2CID 51646983 .  

• كنيشكه، تريستان أ. (مارس 1985). "محول تردد ثابت لمحطة واين جانكشن الفرعية للجر التابعة لهيئة النقل الإقليمية لجنوب شرق بنسلفانيا". معاملات IEEE في تطبيقات الصناعة . IA-21 (2): 295-300 . doi : 10.1109/TIA.1985.349628 . ISSN 0093-9994 . S2CID 17134542 .  

• فيشر، آر بي (أبريل 1990). "إدخال محولات التردد الثابتة في نظام سكك حديد الركاب التابع لهيئة النقل الإقليمية لجنوب شرق بنسلفانيا (SEPTA) بتردد 25 هرتز". المؤتمر المشترك للسكك الحديدية بين الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) ومعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) . الصفحات 149-155 . doi : 10.1109/RRCON.1990.171673 . S2CID 111289944 .  

• كنيشكه، ت. أ.؛ هونغ، ج. ب.؛ نقفي، و. (مارس 1994). "دراسة تدفق الأحمال والتصميم المفاهيمي لنظام الطاقة الجرّية لقسم السكك الحديدية الإقليمية التابع لهيئة النقل الإقليمية لجنوب شرق بنسلفانيا (SEPTA)". وقائع المؤتمر المشترك للسكك الحديدية التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات/الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين . الصفحات 81-95 . doi : 10.1109/RRCON.1994.289017 . ISBN  978-0-7803-1890-8. S2CID 109631300 . 

• كنيشكه، ت. أ.؛ هونغ، ج. ب.؛ ناتاراجان، ر.؛ نقفي، و. (أبريل 1995). "حسابات المعاوقة لنظام توزيع الطاقة بالسكك الحديدية التابع لهيئة النقل الإقليمية لجنوب شرق بنسلفانيا (SEPTA)". وقائع المؤتمر المشترك للسكك الحديدية لعام 1995 بين معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) والجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) . الصفحات 79-85 . doi : 10.1109/RRCON.1995.395166 . ISBN  978-0-7803-2556-2. S2CID 110918186 . 

• كنيشكه، ت.؛ نقفي، و. (مارس 1997). "تحديث نظام الطاقة للسكك الحديدية الإقليمية التابع لهيئة النقل الإقليمية لجنوب شرق بنسلفانيا (SEPTA)". وقائع المؤتمر المشترك للسكك الحديدية لعام 1997 بين معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) والجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) . الصفحات 35-47 . doi : 10.1109/RRCON.1997.581350 . ISBN  978-0-7803-3854-8. S2CID 109984985 .