El ensayo de electrificación del ferrocarril Seebach-Wettingen (1905-1909) fue un hito importante en el desarrollo de los ferrocarriles eléctricos . La Maschinenfabrik Oerlikon (MFO) demostró con el ensayo de corriente alterna monofásica Seebach-Wettingen la idoneidad de la corriente alterna monofásica de alta tensión para el funcionamiento de los ferrocarriles de larga distancia. Para ello, MFO electrificó a su propio coste la línea de los Ferrocarriles Federales Suizos (SBB) de 19,45 kilómetros de longitud desde Seebach hasta Wettingen con corriente alterna monofásica de 15.000 voltios.
En 1900, el uso de corriente continua (CC), generalmente a 500-600 voltios, para suministrar energía a tranvías y trenes eléctricos estaba bien establecido. Algunos ejemplos incluyen los tranvías en 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 utilizando corriente alterna (CA) trifásica a 3000 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 necesitaban dos cables aéreos y esto limitaba el voltaje porque los dos cables tenían que cruzarse en las uniones. El uso de CA monofásica, que solo 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 sus inicios y se experimentaban problemas de sobrecalentamiento y chispas excesivas en el conmutador .
En el ensayo Seebach-Wettingen se utilizaron dos enfoques diferentes. El primero consistía en suministrar energía a la frecuencia de red estándar de 50 Hz y utilizar un convertidor rotatorio en la locomotora para convertirla en corriente continua para los motores de tracción. El segundo consistía en 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 funcionó entre 1905 y 1909 y sirvió como prueba para la construcción de catenarias y pantógrafos que permitían el funcionamiento con una tensión de 15.000 V. Debido a la alta tensión, los vagones de pasajeros de madera estaban equipados con un dispositivo que protegía a los pasajeros de las consecuencias del contacto con catenarias caídas.
El 31 de mayo de 1902, por sugerencia de la MFO, los Ferrocarriles Federales Suizos (SBB) acordaron poner en funcionamiento en la línea Seebach-Wettingen una línea de prueba con corriente alterna monofásica de 15.000 voltios. Este sistema permitía una tensión de catenaria superior a la habitual en aquella época y, por tanto, una mayor distancia entre subestaciones , y una catenaria monofilar en lugar de bifilar, como se utilizaba con éxito en las líneas trifásicas del norte de Italia.
Como 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 rotatorio , que convertía la tensión de la catenaria de 15.000 voltios de corriente alterna en corriente continua para el funcionamiento de los motores de tracción . El sistema de convertidor rotatorio fue patentado, patente US754565 de 1904.[1]
Antes de que se pusiera en funcionamiento la vía de prueba, la MFO había finalizado la electrificación de la vía de conexión de aproximadamente 700 metros de longitud de su fábrica con la estación de Seebach y se habían iniciado las pruebas con la locomotora de convertidor. El 16 de enero de 1905 se iniciaron los viajes de prueba regulares entre Seebach y Affoltern según el horario establecido por SBB. Hasta el 10 de noviembre de 1905 se utilizó para estos viajes la locomotora de convertidor nº 1.
El funcionamiento de la locomotora de convertidor no duró mucho. En el verano de 1904, MFO presentó 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 bobinado de compensación, el motor monofásico en serie desarrollado por Hans Behn-Eschenburg en MFO tenía características similares a un motor de corriente continua y las chispas en el conmutador se reducían considerablemente. [1] [2]
La línea aérea de 50 hercios provocaba fuertes interferencias en la línea telefónica de Zúrich a Baden, que discurría paralela a la línea ferroviaria. La reducción de la frecuencia a 15 hercios supuso una mejora. La modificación de los motores y el uso de cables de par trenzado en la línea telefónica hicieron que las interferencias cesaran.
A pesar de los diferentes equipamientos eléctricos, las partes mecánicas de las locomotoras 1 y 2 eran similares, salvo que la 2 tenía dos cabinas de conducción. El 11 de noviembre de 1905 se cambió la alimentación de 50 Hz a 15 Hz y la locomotora 2 se hizo cargo de la explotación del tren. Para que la locomotora 1 pudiera seguir utilizándose, se reconstruyó con motores de corriente alterna de 15 Hz, a juego con la 2, y se eliminó el convertidor. Las dos locomotoras se convirtieron en el modelo para las locomotoras de corriente alterna de baja frecuencia, que se construyeron hasta la década de 1970 en Alemania, Austria, Suiza, Noruega y Suecia. El 2 de junio de 1906, la explotación de prueba se extendió a Regensdorf.
Por razones financieras, la MFO aceptó una propuesta de Siemens-Schuckert para participar en otros experimentos con una tercera locomotora. La locomotora nº 3 se entregó el 3 de agosto de 1907, pero el 7 de octubre de 1907 tuvo problemas de sobrecalentamiento.
En Maschinenfabrik Oerlikon se construyó una pequeña central 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 producción 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 una tensión de 230 voltios y una frecuencia de 50 hercios, en consonancia con la central eléctrica existente en la fábrica. La estación convertidora con reserva de corriente alterna estaba ubicada en un edificio especial, que se encontraba cerca de la planta de turbinas de vapor. Los dos grupos convertidores tenían una capacidad de 700 y 500 kilovatios. La batería de reserva 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 la tensión de la corriente monofásica de 700 a 15.000 voltios. La disposición exacta de la estación convertidora no está clara, pero la presencia de las baterías sugiere que utilizaba una conexión en serie . La corriente alterna trifásica se habría convertido en corriente continua y, luego, la corriente continua se habría convertido en corriente alterna monofásica.
En el tramo de Seebach a Regensdorf, la MFO probó una catenaria al costado de la vía. El colector de corriente montado en el techo de la locomotora, la llamada cola, consistía en un tubo ligeramente curvado con una banda de contacto reemplazable. El tubo se presionaba mediante una fuerza de resorte contra el cable de contacto y podía describir más de medio círculo, de modo que era posible el contacto con el cable de contacto desde arriba, desde un costado o desde abajo. Normalmente, el cable se encontraba al costado de la vía. El sistema resultó poco fiable a velocidades superiores a 50 km/h.
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 catenaria discurría aproximadamente 400 metros en paralelo a la línea lateral, de modo que el colector de corriente se podía cambiar durante la marcha. El cable de contacto se encontraba a seis metros por encima del carril, en la mitad de la vía. Para probar una altura baja del cable de contacto en túneles y pasos inferiores, el cable de contacto entre Otelfingen y Würenlos se colocó a solo 4,8 metros por encima de los carriles 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. La elevación 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 catenarias. Como se trataba de una línea secundaria con pendientes suaves, la SBB no consideró que fuera rentable su funcionamiento con electricidad. Las locomotoras n.º 1 y n.º 2 se almacenaron y, en 1919, se vendieron a la SBB. La locomotora n.º 3 regresó a Berlín y allí se convirtió en una locomotora de corriente continua. En 1944, fue destruida en un bombardeo.
A pesar del cese de las operaciones, el intento tuvo éxito. En 1907, MFO suministró vagones BCFe 4/4 a la Maggiatalbahn para operar a 5000 voltios, 20 hercios. En julio de 1910, la Compañía de Ferrocarriles Alpinos de Berna Berna - Lötschberg - Simplon (BLS) inauguró su pista de prueba 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 la BLS también adoptó esta frecuencia. El 15 de julio de 1913, la BLS inició el funcionamiento continuo entre Spiez y Brig utilizando 15.000 voltios, 16⅔ hercios. Ese mismo año, el Ferrocarril Rético inauguró su línea de la Engadina con 16⅔ Hertz, pero con una tensión de 11.000 voltios. A partir del 7 de julio de 1919, la SBB puso en funcionamiento su línea de conexión de Berna-Thun a Lötschbergstrecke con 15.000 voltios, 16⅔ Hertz y, a partir del 28 de mayo de 1922, los trenes de la línea de San Gotardo de la SBB empezaron a funcionar con electricidad.