Електрифікація залізниць в США: післявоєнний оптимізм

Перша частина – Електрифікація залізниць в США: електровози в дизельну епоху

Хоча війна й відклала будь-які проєкти електрифікації, вона допомогла прискорити деякі технологічні розробки, які обіцяли зробити електричну тягу більш привабливою, ніж будь-коли раніше.

Безумовно, найбільш важливим питанням було створення працездатних випрямлячів для локомотивів, що дозволило вирішити кілька давніх проблем. Довгий час у галузі обговорювались переваги однофазного змінного струму в порівнянні з постійним струмом. Змінний струм при високій напрузі забезпечував менші втрати енергії, в той час як тягові двигуни постійного струму при напрузі до 1000 В забезпечували найкращі характеристики управління та продуктивності електровоза. Випрямляч, здатний ефективного перетворення змінного струму в постійний, міг би об’єднати кращі якості обох систем. Раніше для потужних однофазних тягових двигунів електровозів змінного струму було необхідним використання низької частоти. А при наявності на локомотивах випрямлячів контактна мережа може отримувати живлення безпосередньо від енергосистеми на промисловій частоті 60 Гц, що виключає необхідність в дорогих перетворювальних підстанціях і окремих лініях електропередачі.

Передбачалося, що ще однією перешкодою для електрифікації буде нерівномірне навантаження фаз трифазної енергосистеми загального користування, яке виникає при живленні потужних однофазних тягових мереж залізниць. Однак, зростання споживання електроенергії після Другої світової війни звело до мінімуму цю потенційну проблему, і загроза незбалансованого енергоспоживання перестала бути основним стримуючим фактором.

Навіть розвиток тепловозної тяги, яка в кінці 1930-х років стала основним конкурентом електрифікації, приніс розробки, які вважалися корисними і для електротяги. Оскільки дизельні локомотиви були, в кінці кінців, просто електровозами з власною силовою установкою, вони включали в себе ряд компонентів, ідентичних звичайним електровозам. Таким чином, методи масового виробництва, вперше застосовані виробниками тепловозів, дозволили розробити міцні, ефективні та недорогі тягові двигуни, візки, системи тягового приводу, органи управління та інші компоненти, які в повній мірі могли були застосовані і на електровозах.

Дизельні локомотиви могли допомогти також в іншому випадку. До появи тепловозів усі економічні переваги електрифікації могли бути реалізовані тільки за рахунок повної заміни паровозів та їх дорогого обслуговування і ремонту. Однак, в цьому випадку потрібно було б електрифікувати всі другорядні колії на станціях, а також відгалуження і малодіяльні ділянки, що призвело б до додаткових затрат. Але, експлуатуючи на таких другорядних коліях тепловози, які потребують менш дорогого обслуговування, стало можливим обмежити електрифікацію лише головними коліями.

Електрифікація залізниць
Електровоз EF-4 № Е21, Ейвері, Айдахо, серпень 1971. Drew Jacksich

Враховуючи всі ці переваги та розвиток нових технологій, в післявоєнні роки в США багато говорили про відновлення електрифікації. Вивчаючи потенціальний ринок незабаром після війни, Ерл Білл, менеджер підрозділу залізничного рухомого складу компанії General Electric, визначив проєкти електрифікації загальною протяжністю 1200 миль, які на той час розглядалися. Більшість з них являли собою продовження існуючих ділянок, включаючи розширення електрифікації лінії PRR від Гаррісбурга до Піттсбурга, давно відкладену електрифікацію ділянки Нью-Хейвен — Бостон, продовження електрифікації залізниці Great Northern в Сіетл і — найдовша ділянка — від станції Хармон до Буффало, залізниця New York Central. Обговорювалась також електрифікація лінії залізниці Denver & Rio Grande Western через Скелясті гори.

На Тихоокеанському північному заході говорили про низькі тарифи на електроенергію федеральних гідроелектростанцій і державні інвестиції в будівництво системи електропостачання для 8000 миль залізниць. З іншого боку, федеральна корпорація Tennessee Valley Authority розглядала електрифікацію залізниць як новий потенційний ринок для своїх електростанцій.

«На теперішній час спостерігається достатній інтерес до електрифікації, тому, якщо проєкти будуть втілені в життя, виробники електровозів не зможуть вести бізнес», — прокоментував Білл (імовірно, мова йшла про неможливість задовольнити зростаючий попит на нові електровози — прим. перекл.).

З новими технологіями прийшли нові локомотиви

Хоча негайних дій по відношенню до нової електрифікації зроблено не було, на існуючих лініях вдалося впровадити ряд нових технологій.

Електрифікація залізниць
Електровоз W-1 № 5019, Ері, Пенсильванія, 26 червня 1947. digitalrailartist.com

Перші замовлені після війни електровози являли собою, по суті, «стару» технологію. Маючи потребу в додатковому тяговому рухомому складі для своїх електрифікованих на однофазному змінному струмі ліній, залізниці Virginian та Great Northern замовили у GE локомотиви, які стали одними з найбільших електровозів, побудованих коли-небудь. Замість того, щоб зробити спробу застосувати нову і ще не випробувану технологію випрямляча, перетворення змінного струму контактної мережі в постійний струм низької напруги, який живить тягові двигуни, в обох замовленнях використали стару систему мотор-генераторів для досягнення тієї ж мети. Два обтічних W-1 залізниці Great Northern, поставлені в 1947 році, були величезними: довжина 101 фут, маса 360 тонн, колісна формула B-D+D-B, тривала потужність 5000 к. с. Цей локомотив вважається найбільшим за всю історію побудованим односекційним електровозом. Чотири EL-2B залізниці Virginian, також обтічні, складалися з двох секцій B+B-B+B загальною довжиною 150 футів, 8 дюймів і масою 517 тонн. Електровоз EL-2B мав потужність 6800 к. с.

Електрифікація залізниць
Електровоз EL-2B № 127, Роанок, Віргінія, 1 липня 1959. John Dziobko

Якими б вражаючими не були ці нові локомотиви, вони залишалися «технологічними динозаврами». Обидва основні постачальники електровозів — GE та Westinghouse — незабаром представили нові експериментальні локомотиви для PRR, які розглядались як прототипи для очікуваного нового ринку електрифікації залізниць.

У 1951 році залізниця PRR придбала у GE шість електровозів серії E2b, які мали кузов вагонного типу і колісну формулу B-B, базуючись на сучасній практиці виробництва тепловозів та ідеях, розроблених інженерами GE для «стандартного» локомотива для нової електрифікації США. Однак, замість прогресивної схеми випрямляча з тяговими двигунами постійного струму, GE застосувала колекторні двигуни змінного струму, аналогічні тим, що використовувались на більш ранніх електровозах PRR. Працюючи як двосекційний локомотив, E2b мав тривалу потужність 5000 к. с.

У 1949 році залізниця PRR в якості експерименту обладнала один з вагонів електропоїзда серії MP54 ігнітронним (ртутним) випрямлячем. Випробування показали обнадійливі результати, тому така технологія була обрана для чотирьох дослідних електровозів потужністю 6000 к. с., побудованих заводами Baldwin-Lima-Hamilton і Westinghouse у 1951-1952 рр. Загалом ідентичні, два електровози класу E3b мали колісну формулу B-B-B, а два електровози E3c — формулу C‑C.

Електрифікація залізниць
Електропоїзд MP54, головний вагон № 832, Херрісон, Нью-Джерсі, квітень 1972. Tom Nelligan

Обидва експериментальних зразка працювали добре, але особливо вдалою виявилась конструкція ігнітронного випрямляча фірми Westinghouse. У той час як PRR відклала заміну свого старіючого парку локомотивів P5a майже на десять років, інші електрифіковані залізниці згодом прийняли нову технологію. Першою з них стала New Haven, замовивши в 1954 році 100 вагонів електропоїздів моделі Pullman-Standard, оснащених ігнітронними випрямлячами Westinghouse.

Незважаючи на успіх Westinghouse з експериментальними блоками ігнітронних випрямлячів, GE також виконала всі замовлення на локомотиви. У 1955 році компанія побудувала 10 електровозів Е40 потужністю 4000 к. с. для залізниці New Haven, яка згодом присвоїла їм серію EP5. Ці електровози були першими серійними локомотивами з випрямними установками, які експлуатувалися в США. Virginian взяла приклад з New Haven, замовивши у GE 12 шестивісних (C-C) електровозів потужністю 3300 к. с. з ігнітронними випрямлячами. Електровоз E33 (серія EL-C на залізниці Virginian) важив 174 тонни і мав кузов капотного типу, типовий для американських тепловозів класу road switcher (маневрово-вивізний). Починаючи з 1960 р., GE виконала своє останнє крупне замовлення на електровози — 66 локомотивів серії Е44 потужністю 4400 к. с., які, по суті, були удосконаленою версією Е33. Останні п’ять побудованих секцій мали нові випрямлячі на кремнієвих діодах з повітряним охолодженням, вони були простіше, ніж ігнітронні випрямлячі. Це дозволило збільшити потужність електровоза до 5000 к. с. Згодом такими випрямлячами було переобладнано весь парк E44.

Електровози E44 мали вражаючі експлуатаційні характеристики і вміло продемонстрували можливості сучасної електричної тяги. 66 таких локомотивів були призначені для заміни всіх 92 одиниць старих P5a залізниці PRR. На практиці вони довели, що можуть виконувати більш ніж вдвічі більшу роботу на одиницю в місяць, ніж P5. Ще до встановлення модернізованих випрямлячів електровози E44 могли перевозити на 20 % більший тоннаж вантажів, ніж P5 або GG1. Готовність електровозів до експлуатації навіть в період обкатки складала майже 92 %. Витрати на технічне обслуговування становили тільки одну третину від витрат на P5 або 25 % від витрат на обслуговування тепловоза в тих самих умовах експлуатації.

Електрифікація залізниць
Електровоз EP5 № 370, Нью-Хейвен, Коннектикут, 1960-е гг. www.american-rails.com

Залізниця Pennsylvania Railroad придбала свій перший електропоїзд, обладнаний випрямлячем, в 1958 році, а протягом наступного десятиліття великий парк аналогічних вагонів було замовлено як для приміських поїздів PRR і Reading Lines в Філадельфії, так і для ліній PRR в штаті Нью-Джерсі.

William D. Middleton. Classic Trains, spring 2001, p. 22-29.
Оригінал публікації: ctr.trains.com/rapid/2017/04/electric-railroads

Алексей Краснов

Переклад і підбір ілюстрацій: Олексій Краснов
Фото: www.railpictures.net, en.wikipedia.org, www.american-rails.com, digitalrailartist.com.
Жовтень 2020 р.