La prueba de electrificación del ferrocarril Seebach-Wettingen (1905-1909) fue un hito importante en el desarrollo de los ferrocarriles eléctricos . Maschinenfabrik Oerlikon (MFO) demostró en el centro de pruebas de corriente alterna monofásica de Seebach-Wettingen la idoneidad de la corriente alterna monofásica de alta tensión para el funcionamiento de ferrocarriles de larga distancia. Para ello, MFO electrificó por su propia cuenta el tramo de 19,45 kilómetros de los Ferrocarriles Federales Suizos (SBB) entre Seebach y Wettingen con corriente alterna monofásica de 15.000 voltios.
En 1900, el uso de corriente continua (CC), generalmente de 500 a 600 voltios, para suministrar energía a tranvías y trenes eléctricos estaba bien establecido. Los ejemplos incluyen los tranvías de Budapest (desde 1887) y el ferrocarril aéreo de Liverpool (inaugurado en 1893). Esto era satisfactorio para los sistemas urbanos pero, para los ferrocarriles de larga distancia, era deseable un voltaje más alto para reducir las pérdidas de energía. La línea Valtellina de 106 km en Italia se electrificó mediante corriente alterna (CA) trifásica a 3.000 voltios y se inauguró el 4 de septiembre de 1902. El sistema fue diseñado por Kálmán Kandó y un equipo de Ganz Works en Budapest . Esto fue un avance pero el sistema trifásico tenía desventajas. Se requirieron dos cables aéreos y esto limitó el voltaje porque los dos cables tenían que cruzarse en las uniones. El uso de corriente alterna monofásica, que sólo requería un cable aéreo, se había visto frenado por la falta de motores adecuados. El sistema trifásico utilizaba motores de inducción , pero el motor universal monofásico estaba en su infancia y se experimentaban problemas de sobrecalentamiento y chispas excesivas en el conmutador .
El ensayo de Seebach-Wettingen utilizó dos enfoques diferentes. La primera fue suministrar energía a la frecuencia de red estándar de 50 Hz y utilizar un convertidor rotativo en la locomotora para convertirla en corriente continua para los motores de tracción. La segunda era utilizar una fuente de alimentación de baja frecuencia (15 Hz) para alimentar los motores universales de la locomotora. Se esperaba que la baja frecuencia minimizara los problemas de sobrecalentamiento y chispas y así fue.
La pista de pruebas estuvo en funcionamiento entre 1905 y 1909 y proporcionó evidencia para la construcción de líneas aéreas y pantógrafos para permitir el funcionamiento con un voltaje de 15.000. Debido al alto voltaje, los vagones de pasajeros de madera estaban equipados con un dispositivo que protegía a los pasajeros de las consecuencias del contacto con las líneas aéreas caídas.
A propuesta de MFO, los Ferrocarriles Federales Suizos (SBB) acordaron el 31 de mayo de 1902 establecer una operación de prueba en la ruta Seebach-Wettingen con corriente alterna monofásica de 15.000 voltios. Este sistema permitía una tensión de línea aérea más alta de lo habitual en ese momento y, por lo tanto, una mayor distancia entre las subestaciones , y una línea aérea de un solo cable en lugar de dos cables, como se usaba con éxito en rutas trifásicas en el norte de Italia.
Dado que los motores de tracción aún no podían funcionar con corriente alterna monofásica con la tecnología de la época, MFO construyó primero la locomotora piloto de cuatro ejes n.° 1 con un convertidor rotativo , que convertía la tensión de la línea aérea de 15.000 voltios CA en Corriente continua para el funcionamiento de los motores de tracción . Se patentó el sistema convertidor rotativo, patente US754565 de 1904.[1]
Antes de iniciar la operación de la vía de pruebas, MFO finalizó la electrificación de la vía de aproximadamente 700 metros de longitud que une su fábrica con la estación de Seebach y comenzaron las pruebas con la locomotora convertidora. El 16 de enero de 1905 se iniciaron los recorridos de prueba regulares entre Seebach y Affoltern con un calendario establecido por SBB. Para estos viajes, hasta el 10 de noviembre de 1905, se utilizó la locomotora convertidora nº 1.
El funcionamiento con la locomotora convertidora no duró mucho tiempo. En el verano de 1904, MFO introdujo la locomotora número 2, con motores de corriente alterna, pero utilizando 15 hercios en lugar de 50. Gracias a la frecuencia reducida, así como al devanado de compensación, el motor en serie monofásico desarrollado por Hans Behn-Eschenburg en MFO tenía características similares a un motor de corriente continua y se redujeron considerablemente las chispas en el conmutador. [1] [2]
La línea aérea de 50 Hz provocó fuertes interferencias en la línea telefónica de Zúrich a Baden, que discurría paralela a la vía ferroviaria. La reducción de la frecuencia a 15 hercios supuso una mejora. La modificación de los motores y el uso de cableado de par trenzado en la línea telefónica provocaron que cesaran las interferencias.
A pesar del diferente equipamiento eléctrico, las partes mecánicas de las locomotoras números 1 y 2 eran similares, excepto que la número 2 tenía dos cabinas de conducción. El 11 de noviembre de 1905 se cambió el suministro eléctrico de 50 Hercios a 15 Hercios y la locomotora nº 2 se hizo cargo del funcionamiento del tren. Para que la locomotora N° 1 pudiera seguir utilizándose, se reconstruyó con motores de corriente alterna de 15 Hz, a juego con la N° 2, y se eliminó el convertidor. Las dos locomotoras se convirtieron en el modelo para las locomotoras de corriente alterna de baja frecuencia, ya que se construyeron hasta los años 70 en Alemania, Austria, Suiza, Noruega y Suecia. El 2 de junio de 1906 la operación de prueba se amplió hasta Regensdorf.
Por motivos económicos, MFO aceptó la propuesta de Siemens-Schuckert de participar en nuevos experimentos con una tercera locomotora. La locomotora nº 3 se entregó el 3 de agosto de 1907, pero falló el 7 de octubre de 1907 por problemas de sobrecalentamiento.
En Maschinenfabrik Oerlikon se construyó una pequeña central eléctrica de vapor para suministrar la energía necesaria a la línea Seebach-Wettingen. Las calderas tubulares en las que se producía el vapor para la turbina tenían una superficie de calentamiento de 300 m² cada una y una potencia de 18.000 kilogramos de vapor por hora. La turbina de vapor de tres etapas funcionaba a 3.000 revoluciones por minuto. La corriente trifásica producida tenía un voltaje de 230 voltios y una frecuencia de 50 hercios para adaptarse a la central eléctrica existente en la fábrica. La estación convertidora con respaldo de CA se encontraba en un edificio especial, que se encontraba cerca de la planta de turbinas de vapor. Los dos grupos convertidores tenían una potencia de 700 y 500 kilovatios. La batería de respaldo de 375 elementos tenía una capacidad de 592 amperios hora. Junto a la sala de máquinas se encontraba la sala de transformadores, en la que cuatro transformadores aumentaban el voltaje de la corriente monofásica de 700 a 15.000 voltios. El diseño exacto de la estación convertidora no está claro, pero la presencia de las baterías sugiere que utilizaba una conexión espalda con espalda . La CA trifásica se habría convertido a CC y luego la CC se habría convertido a CA monofásica.
En el tramo de Seebach a Regensdorf, MFO probó una línea aérea al costado de la vía. El colector de corriente montado en el techo de la locomotora, la llamada cola, estaba formado por un tubo ligeramente curvado con una regleta de contacto reemplazable. El tubo se presionaba contra el hilo de contacto mediante la fuerza de un resorte y podía describir más de un semicírculo, de modo que era posible un contacto con el hilo de contacto desde arriba, desde un lado o desde abajo. Normalmente, el cable estaba ubicado al costado de la vía. El sistema resultó poco fiable a velocidades superiores a 50 km/hora.
En el tramo de Regensdorf a Wettingen, Siemens-Schuckert instaló una catenaria estándar y el 1 de diciembre de 1907 se puso en funcionamiento. A la salida de la estación de Regensdorf, la línea aérea discurría aproximadamente 400 metros paralela a la línea lateral para poder cambiar el colector de corriente durante la marcha. El cable de contacto se encontraba seis metros por encima del carril, por encima del centro de la vía. Para comprobar la baja altura del cable de contacto en túneles y pasos inferiores, el cable de contacto entre Otelfingen y Würenlos se tendió a sólo 4,8 metros por encima de las vías en una distancia de un kilómetro. El pantógrafo (colector de corriente) se podía utilizar en ambos sentidos de la marcha y podía seguir las diferencias de altura de la catenaria incluso a altas velocidades. El levantamiento del pantógrafo se realizó mediante aire comprimido.
A partir del 4 de julio de 1909, la línea Seebach-Wettingen volvió a funcionar con tracción a vapor y se desmantelaron las líneas aéreas. Al tratarse de una línea secundaria con pendientes suaves, SBB no consideró económica su funcionamiento eléctrico. Las locomotoras nº 1 y 2 se almacenaron y en 1919 se vendieron a SBB. La locomotora n° 3 regresó a Berlín y allí fue transformada en locomotora DC. En 1944 fue destruido en un bombardeo.
A pesar del cese de las operaciones, el intento tuvo éxito. En 1907, MFO suministró vagones BCFe 4/4 a Maggiatalbahn para que funcionaran a 5000 voltios, 20 Hertz. En julio de 1910, la Compañía de Ferrocarriles Alpinos de Berna Berna - Lötschberg - Simplon (BLS) inauguró su pista de pruebas Spiez-Frutigen electrificada a 15.000 voltios, 15 hercios. En 1913, Prusia , Baviera y Baden definieron conjuntamente una frecuencia de corriente de tracción de 16⅔ Hz, tras lo cual el BLS también adoptó esta frecuencia. El 15 de julio de 1913, el BLS inició un funcionamiento continuo entre Spiez y Brig utilizando 15.000 voltios, 16⅔ Hertz. Ese mismo año, el Ferrocarril Rético abrió su línea Engadina con 16⅔ Hercios, pero con una tensión de 11.000 voltios. A partir del 7 de julio de 1919, la SBB operó su línea de alimentación desde Bern-Thun hasta Lötschbergstrecke con 15.000 voltios, 16 ⅔ Hertz y a partir del 28 de mayo de 1922, los trenes de la SBB en la ruta del San Gotardo comenzaron a operar eléctricamente.