Horyzonty Techniki 10/1962 str. 24–27 

Konstanty Erdman 

PAFAWAG i Elektryfikacja Kolei

frament pt.  "PRĄD STAŁY CZY PRĄD ZMIENNY" http://www.kolej.one.pl/_fervojoj/BIBLIO/FIRMY/PAFAWAG/PAFAWAG.HTM

Trzeba więc ten problem zbadać i od drugiej strony. Dlaczego PKP zajmują tak oporne stanowisko przeciwko postępowi technicznemu, jakim jest zastosowanie prądu zmiennego w trakcji kolejowej? 

Rozmowę na ten temat przeprowadziłem w Centralnym Ośrodku Badań i Rozwoju Techniki Kolejnictwa w Warszawie z docentem inż. Stanisławem Plewako, specjalistą w zakresie trakcji elektrycznej. 

— Zagadnienie jest skomplikowane — mówi docent Plewako — i dlatego decyzja PKP została poprzedzona długotrwałymi i wszechstronnymi badaniami i kalkulacjami, opiniami placówek naukowych oraz fachowych stowarzyszeń naukowo– technicznych NOT. Wyniki i opinie były jednoznaczne i jednomyślne: nie opłaca się wprowadzać prądu zmiennego na nasze linie kolejowe. Oczywiście, z punktu widzenia innych resortów, z punktu widzenia eksportu — można mieć na tę sprawę odmienne zapatrywania, ale dla kolei sprawa jest zupełnie jasna. 

— Widzi pan — ciągnie dalej docent Plewako — sprawa elektryfikacji trakcji kolejowej ma już swoją przeszło półwiekową historię. Początkowo elektryfikacja opierała się wyłącznie na prądzie stałym, po prostu dla tego, iż nie było wówczas odpowiednich silników prądu zmiennego. I to, nawiasem mówiąc, ówczesna elektryfikacja opierała się na prądzie o stosunkowo niskim napięciu: 1500 V. 

Kiedy w połowie lat trzydziestych prof. Roman Podoski zaczął u nas elektryfikację kolei od przebudowy węzła warszawskiego — zastosowane w Polsce napięcie 3000 V (oczywiście prądu stałego) było na owe czasy najnowocześniejszym rozwiązaniem. Nawet Anglia, ojczyzna firmy, przy pomocy której elektryfikowano węzeł warszawski, stosowała napięcie 1500 V. Także Szwecja. A jak pan wie, wysokość napięcia decyduje o przekroju przewodów: im większe napięcie, tym mniejszy przekrój. Z znowu 100 m przewodu miedzianego o przekroju 100 mm2 waży ok. 1 tony. W Polsce stosowaliśmy i nadal stosujemy przewody trakcyjne o łącznym przekroju 250 mm2, ale np. we Francji, gdzie stosowano napięcie 1500 V, przekroje przewodów wynosiły 800 mm2. Łatwo obliczyć, jakie to ilości ton miedzi trzeba było zawieszać w powietrzu, jak gęste były rzędy słupów trakcyjnych! 

Równolegle do trakcji kolejowej na prąd stały rozwijał się system oparty na prądzie zmiennym, z tym jednak, iż prąd ten, w zastosowaniu do trakcji kolejowej, musiał mieć obniżoną częstotliwość: zamiast zwykłych 50 Hz trzeba było stosować 16 2/3 lub najwyżej 25 Hz. Było to związane z niedoskonałością ówczesnego silnika komutatorowego. Ponieważ przetwarzanie prądu zmiennego na obniżoną częstotliwość stwarzało wielkie kłopoty (i koszty!), przeto marzeniem techników stało się wynalezienie silnika, który mógłby pracować na normalnym, zmiennym prądzie przemysłowym o zwykłej częstotliwości 50 Hz

Prace w tym kierunku były prowadzone od dawna w różnych krajach (m. in. na Węgrzech, w fabryce Ganza zostało znalezione praktyczne — choć jeszcze niedoskonałe — rozwiązanie takiego silnika, tzw Kandò), ale dobrych rozwiązań, nadających się do eksploatacji w trakcji kolejowej jeszcze wówczas nie było. 

Stan rzeczy w ostatnich latach przedwojennych przestawiał się tak, iż oba systemy, tzn. trakcja na prąd stały i trakcja na prąd zmienny, były uważane za mniej więcej równoważne, z lekką przewagą prądu stałego o napięciu 3000 V. Pewna przewaga prądu stałego wynikała z doskonałych własności silników prądu stałego i bardzo sprawnych prostowników rtęciowych. 

Ale postęp techniczny nie stoi w miejscu. 

Na parę lat przed wojną Niemcy posunęli próby z zastosowaniem do trakcji kolejowej prądu zmiennego o normalnej częstotliwości tak dalece, iż uruchomili niewielki odcinek linii kolejowej w Szwarcwaldzie (Badenia), wyposażając go w 4 lokomotywy doświadczalne 4 różnych, konkurencyjnych firm niemieckich. Wybuch wojny ograniczył te doświadczenia, a po wojnie Szwarcwald wraz z cała południowo-zachodnią częścią Niemiec dostał się pod okupację francuską. Dyrektor generalny kolei francuskich p. Armand zainteresował się doświadczeniami niemieckimi i szybko ocenił wielkie zalety stosowania prądu zmiennego o wysokim napięciu (25 000 V), bez konieczności przetwarzania prądu przemysłowego o częstotliwości 50 Hz na częstotliwość mniejszą. 

Armand stał się wkrótce promotorem dalszej rozbudowy elektryfikacji kolei francuskich na trakcję o prądzie zmiennym, przy tym bowiem systemie powstawała możliwość elektryfikacji nawet takich odcinków, których elektryfikacja prądem stałym 1500 V nie opłacała się ze względu na zbyt wysokie koszty urządzeń stałych (przede wszystkim sieci trakcyjnej).

Francuzi podjęli na nowo próby niemieckie, ale już z własnymi lokomotywami prototypowymi, a następnie uruchomili własny odcinek doświadczalny w Górnej Sabaudii. Próby te dały tak pomyślne rezultaty, że w 1953 roku Francja zdecydowała się na dalszą elektryfikację swych kolei wyłącznie prądem zmiennym, rozpoczynając szeroko zakrojone prace od północno-wschodniego okręgu przemysłowego. 

Od tej chwili datuje się „światowa moda” na prąd zmienny w trakcji kolejowej. Kraje które rozpoczynały dopiero elektryfikację swych kolei, decydowały się od razu na trakcję o prądzie zmiennym, natomiast niektóre państwa zaawansowane już w elektryfikacji prądem prądem stałym przeszły na dalszą rozbudowę elektryfikowanych szlaków prądem zmiennym, obok dawnej trakcji pracującej na prądzie stałym. Najdalej poszli Anglicy, którzy nawet przebudowali niektóre zelektryfikowane już odcinki prądem stałym 1500 V na trakcję o prądzie zmiennym wysokiego napięcia. Nie obyło się zresztą przy tym bez wielkich kontrowersji w łonie fachowców kolejowych! 

Jeśli wspomniałem o „światowej modzie” na stosowanie w trakcji kolejowej prądu zmiennego — zastrzega się docent Plewako — to nie dlatego, abym chciał pomniejszać zalety stosowania prądu zmiennego w trakcji kolejowej. Jest sprawą bezsporną, iż stosowanie tego rodzaju prądu ma swoje zalety i przynosi szereg korzyści, ale ma też i strony ujemne, nie mówiąc już o trudnościach technicznych, którym nasz przemysł wcale jeszcze nie sprostał. 

Najważniejsze jest jednak to, że stosowanie prądu zmiennego nie w każdych warunkach kalkuluje się. Jest ono ekonomiczne na długich odcinkach i na trasach o dużym nasileniu przewozów: wtedy można stosować bardzo długie zestawy kolejowe (powyżej 3000 t), co znów wymaga rozjazdów stacyjnych odpowiedniej długości. A trzeba pamiętać, że w Polsce mamy już około 1200 km zelektryfikowanych linii, tzw. 25% przewidzianych do elektryfikacji tras, ze elektryfikowano w pierwszym rzędzie linie zagęszczone i przebudowa tych linii nie wchodzi w rachubę jako zupełny nonsens gospodarczy. Kalkulowaliśmy bardzo szczegółowo, przeprowadziliśmy nawet wstępną kalkulację porównawczą elektryfikacji prądem zmiennym i prądem stałym odcinka Poznań — Szczecin… 

— Ciekawe, jakie rezultaty? 

— Przy prądzie zmiennym koszt inwestycji byłby niższy o jakieś 5–7%, również koszt eksploatacji wypada nieco niżej… 

— Więc jednak się kalkuluje! 

— Niezupełnie… Proszę uwzględnić kłopoty eksploatacyjne w miejscach styku dwóch systemów i prowadzenie podwójnej gospodarki taborem różnych systemów. Zresztą „oszczędności” te są tak niewielkie, że mogą się zmieścić w granicach błędu obliczeniowego. 

— A jak jest w Związku Radzieckim? 

— Tam panuje system mieszany. Węzeł moskiewski i szereg innych dawniej zelekryfikowanych odcinków pracuje na prądzie stałym. Przed kilku laty Rosjanie uruchomili odcinek doświadczalny na prądzie zmiennym Ożerelje — Pawielec i właśnie w Ożerelju jest punkt stykowy. Linię transsyberyjską elektryfikują prądem zmiennym. Ale u nich panują inne warunki: duże odległości, rzadkie stacje, masowe przewozy… U nas jest inaczej i dlatego PKP nie jest zainteresowana w budowie trakcji wysokonapięciowej na prąd zmienny. W warunkach polskich nie jest to potrzebne ani ekonomiczne. 

— Rozumiemy jednak — ciągnie dalej docent Plewako — potrzeby resortu przemysłu ciężkiego, konkretnie PAFAWAG–u. Kolej od dawna zgodziła się na zelektryfikowanie kilkudziesięciokilometrowej linii prądem zmiennym o wysokim napięciu, traktując ją jako poligon doświadczalny. PAFAWAG ma więc możność pokazania co umie i co może oraz podążania za światową modą. Musi jednak przedtem wyprodukować przynajmniej 1 prototyp lokomotywy. Przecież u nas dopiero teraz opanowano produkcję taboru na prąd stały, a w dziedzinie prądu zmiennego jesteśmy już spóźnieni o dobrych kilka lat! Czesi np. już są dość mocno zaawansowani w pracach przygotowawczych, a nawet uruchomili już odcinek próbny… Tak samo Węgrzy mają pewne osiągnięcia w dziedzinie trakcji na prąd zmienny. 

— PKP — o ile wiem — nie ustosunkowuje się nieprzychylnie do prądu zmiennego i nawet interesuje się bardzo nowymi osiągnięciami w tej dziedzinie, ale nie może sobie pozwolić na zaangażowanie w imprezach doświadczalnych, które mogłyby zaważyć na tempie i zakresie napiętego planu elektryfikacji naszych kolei… szczególnie w obliczu niepowodzeń, jakie w analogicznej sytuacji przeżyły koleje angielskie — kończy swą wypowiedź docent Plewako.