Het probleem van de verschillende stelsels van elektrische tractie

1 2

In het begin was de elektrische tractie slechts een middel om plaatselijk sommige technische moeilijkheden te overbruggen: tractiemoeilijkheden bij het bestijgen van steile hellingen, moeilijkheden met de verluchting bij de doorrit van tunnels, enz.

Langzamerhand bleek zij eveneens een middel om exploitatiebezuinigingen te verwezenlijken zelfs op lijnen met een licht profiel, op voorwaarde dat er een voldoende trafiek zou zijn om de financiële rendabiliteit van de installaties te verzekeren. Omstreeks 1900, werd de start gegeven aan de ontwikkeling van de elektrische tractie op de spoorwegnetten.

 De verschillende stelsels en hun oorsprong.

De toepassingen van de elektriciteit zijn op een verbazende wijze toegenomen. De produktie van elektrische energie wordt geconcentreerd in elektrische centrales die hoe langer hoe krachtiger worden en over de verschillende landen verspreid liggen. Deze centrales leveren elektrische energie in de vorm van wisselstroom met een frequentie van 50 periodes per seconde (wisselstroom betekent dat de stroom verandert en van richting wisselt, in tegenstelling met gelijkstroom die een constante stroom aanduidt; frequentie 50 betekent dat de cyclus der veranderingen zich 50 maal per seconde op een gelijkaardige wijze herhaalt).

Voor de meeste toepassingen van de elektriciteit, is deze stroom geschikt en wordt hij als dusdanig verbruikt, nadat hij eventueel aangepast werd aan de verbruiksspanning door het eenvoudig middel der transformatoren. Voor sommige toepassingen is hij evenwel niet geschikt: de stroom moet dan omgezet worden. Dit is het geval met de elektrische tractie.

In feite, werpt de elektrische tractie twee problemen op: dat van het vervoer van de elektrische energie tot aan de stroomafnemer en dat van het verbruik van die energie in het voertuig.

Zij die zich, in het begin, bijzonder beziggehouden hebben met het probleem van het verbruik, met het probleem van de beste locomotief, hebben de motor met gelijkstroom gekozen. Dit was - en hij is het nog - de beste tractiemotor. Daarna moesten zij het probleem van het vervoer van de gelijkstroom aanpakken; daar de omzetting van de gelijkstroomspanning niet op een eenvoudige manier kon gebeuren, moest de bovenleiding gevoed worden op de spanning van de locomotief, dus tegen een relatief lage spanning: 1.500 V of 3.000 V.

Zij die zich, integendeel, bijzonder beziggehouden hadden met het vervoer van de energie, hebben de wisselstroom aangenomen; daar de omzetting van de spanning hier zeer gemakkelijk mogeïijk is, konden zij de contactleiding voeden met een hoge spanning: 15.000 V of 25.000 V en de spanning verlagen op het ogenblik dat ze in de locomotief gevoerd wordt door het eenvoudig middel van de transformator. Daarna moesten zij een goede tractiemotor zoeken te bouwen: dat was niet - en is nog altijd niet - gemakkelijk.

De Zwitsers waren de eersten in Europa om de elektrische tractie over hun ganse grondgebied uit te breiden omstreeks 1900-1910 ; op dat tijdstip was het onmogelijk gelijkstroom op een redelijke spanning te vervoeren, terwijl, daarentegen, het vervoer van wisselstroom op een hoge spanning zeer gemakkelijk kon gebeuren. Zij kozen dus de wisselstroom, maar slaagden er slechts in de tractiemotor te doen werken door een lagere frequentie te gebruiken dan de industriële frequentie van 50 periodes, nl. 16 2/3 periodes per seconde, het derde van 50.

Zo ontstond het 1e stelsel : wisselstroom op 15.000 V spanning - frequentie 16 2/3 - toegepast in Zwitserland, in Oostenrijk, in de Scandinavische landen en door een van onze naburen, nl. Duitsland. Omstreeks 1920 vatte Frankrijk de elektrificatie aan van zijn net in het gedeelte gelegen ten zuiden van Parijs; wegens de stand van de techniek en de toenmalige economische omstandigheden viel de keuze op een nieuw stelsel, het tweede : gelijkstroom op 1.500 V spanning. Het gedeelte van Frankrijk ten zuiden van Parijs werd volgens dit stelsel geëlektrificeerd: hetzelfde gebeurde in Nederland.

Daar deze spanning van 1.500 V tamelijk laag bleek voor het vervoer, werd de vooruitgang gericht op de verhoging van deze spanning en zo ontstond het 3e stelsel: gelijkstroom op 3.000 V spanning. Dit stelsel hebben wij aangenomen voor de elektrificatie van ons net, die een aanvang nam in 1935 met de lijn Brussel - Antwerpen; dit stelsel werd eveneens aangenomen door Italië, Rusland, Polen en Joegoslavië.

Vanaf het ontstaan van de elektrische tractie heeft men getracht de stroom te gebruiken zoals hij geleverd wordt, d.w.z, in de vorm van wisselstroom met frequentie 50, doch zonder succes. Omstreeks 1950 bleek het evenwel dat de technische moeilijkheden konden overwonnen worden die tot op dat ogenblik een belemmering waren voor de bouw van goede locomotieven gevoed met wisselstroom op frequentie 50. De ondervinding zou nochtans uitwijzen dat het wenselijk was die locomotieven uit te rusten met gelijkstroommotoren en erop apparaten te voorzien voor het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom: dat is het 4e stelsel: wisselstroom op 25.000 V spanning - frequentie 50. Volgens dit stelsel wordt thans het gedeelte van het Franse net ten noorden van Parijs geëlektrificeerd, dus het gedeelte langs onze zuidergrens; dit systeem werd eveneens gekozen door Portugal, Turkije, Groot-Brittannië en gedeeltelijk door Rusland.

 De ontmoeting der stelsels: de overgangspunten.

Wanneer een net een beslissing treft over een elektrificatieprogramma dan kiest het tevens het stelsel dat, op dat ogenblik, het best op technisch en economisch gebied geschikt blijkt. Het komt niet noodzakelijk tot dezelfde besluiten als zijn buurman zodat er een verscheidenheid van stelsels ontstaat.

Het nadeel van deze verscheidenheid ligt in het feit dat de stelsels niet kunnen “vermengd” worden. Op het punt waar twee verschillende stelsels samenkomen, moeten ingewikkelde overgangsstations opgericht worden; de “tweestromige” stations waar de twee stelsels gelijktijdig voorkomen, maken de exploitatie van het station zeer moeilijk en gevaarlijk. Er kan overigens geen sprake van zijn op een gedeelte van het reeds geëlektrificeerde net het stelsel te wijzigen, zonder uitgaven aan te gaan die bijna zo hoog zijn als die welke nodig waren voor de eerste elektrificatie.

Zulks betekent dat een net, dat zijn elektrificatie begon volgens een bepaald stelsel, ertoe gehouden is door te gaan met hetzelfde stelsel toe te passen.

Alleen in bijzondere gevallen, zoals voor netten die een degelijk aan het probleem aangepaste vorm en exploitatiewijze vertonen, kan men twee stelsels in hetzelfde land gelijktijdig laten bestaan, zonder de exploitatie te veel te belemmeren. Dit is, bijvoorbeeld, het geval met Rusland waar de afstanden groot zijn, en met Frankrijk waar het gedeelte ten noorden en het gedeelte ten zuiden van Parijs, die volgens verschillende stelsels geëlektrificeerd werden, praktisch geen verbinding met elkaar hebben.

1 2