Wisselstroom tegenover gelijkstroom

[janieburton]

Ik heb ooit ergens gelezen dat wisselstroom voordelen heeft tegenover gelijkstroom voor het aandrijven van elektrische locomotieven en treinstellen.

En hoe hoger de wisselstroom hoe beter. En er is ook iets met phasen dat blijkbaar ook een invloed heeft.

Dan is mijn vraag waarom gebruikt de NMBS/CFL 3000V gelijkstroom en Nederland 1500V gelijkstroom en waarom niet wisselstroom zoals in de omliggende landen? (en ik dacht ook in Italië dat men 3000V gelijkstroom gebruikt)

En wat is dan het voordeel van het gebruik van gelijkstroom tegenover de wisselstroom in de omliggende landen.

[Ben]

Het heeft te maken met de stroomafname. In meer en meer landen zie je het 3rail wisselstroom systeem opkomen om de hoge graad van betrouwbaarheid door de sleper en middencontacten.










_{Bron: agj.net}

Gr, Ben.

[oli 11/01]

+1

[AtMoPo]

De Schelde, is dat ook wisselstroom?
Want de ene keer gaat de stroom op en de andere keer af.

[Chrisrail]

.

[Huugooke]

Als je een serieus antwoord wil:
Al die verschillende spanningen zijn een erfenis uit het verleden. Moderne locs vormen die spanning om in "iets" dat voor die loc bruikbaar is. Vroeger werd de keuze bepaald door de aandrijving van de loc. Gelijkstroommotor? Wisselstroommotor?
Er zijn zelfs lijnen geweest met meerdere rijdraden.
Zoals gezegd is met de ontwikkeling van de elektronica niet meer zo belangrijk welke spanning er wordt aangeboden.
Hoge spanningen zijn bijvoorbeeld in het voordeel bij lange lijnen: hoe hoger de spanning hoe minder het verlies op lange afstanden. Maar ook hogere eisen qua isolatie.
Misschien dat daarom NL heeft gekozen voor die lage spanning 

[dani]

en om op die fasen terug te komen : hoe meer fasen, des te meer vermogen je kan leveren.

Maar elke fase vereist zijn eigen "medium" of drager, dus meer draden en kabels.

Bj spoor is het meestal beperkt tot  1 fase per lijn, maar in de centrale kunnen meerdere fasen aanwezig zijn, verdeeld over de lijnen.

[PietB]

Voor tractie was jaren geleden gelijkstroom het beste (goedkoopste) toepasbaar.
Het regelen van motor snelheid werd veelal dmv weerstanden gedaan.
Dat was zeer inefficient, er kwam veel warmte vrij.
Het gebruik van Choppers werd in de jaren 70 gebruikelijk.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_tractie

Deze choppers schakelen in een seconde meerdere keren de rijstroom aan en uit die naar de motor(en) gaan.
Eigenlijk het zelfde principe als de decoders in onze modellen.

Dit is zo'n Nederlands treinstel.

Omdat de werking van de chopper bij het optrekken van deze treinen heel goed hoorbaar is, noemt men deze trein ook wel 'de doedelzak'
https://www.youtube.com/watch?v=wUqVBGdNTBM

Het nadeel van gelijkspanning is dat je het opwekt uit het wisselspanning net, door middel van gelijkrichting.
Dus in Nederland eerst op transformeren naar een hogere spanning(rond de 1100 volt) - gelijkrichten en op de rijdraad zetten.
Bij een wisselspanning hoef je alleen maar omhoog te transformeren en op de rijdraad te zetten.
Dat levert weer een besparing in baan infrastructuur op.
En de treinen die uitgerust zijn met een chopper kunnen ook goed rijden op een wisselspanning.

Waar om er voor 1500 volt is gekozen weet ik niet, maar dat het NS/Prorail danig in de weg zit blijkt duidelijk uit dit artikel: https://www.prorail.nl/nieuws/meer-spanning-op-het-spoor
Maar om dan weer te kiezen voor 3000Volt dc is weer een uitbreiding van het 3000Volt reservaat.
Het is aan één kant wel begrijpelijk, alle materieel kan zonder meer of met een relatief kleine aanpassing op deze spanning rijden en een prettige bijkomstigheid is dat er vlotter kan worden opgetrokken.
Of dat nu weer het reizigers comfort verhoogt is maar de vraag.

De overstap naar 15 of 25 kv wisselspanning vergt een te grote (financiele en operationele) inspanning.

grt Piet.

[celtjan]

De eerste caténaires verschenen in Franktijk op de lijnen ten zuiden en zuid westen van Parijs en kwam onder 1,5KV=.
Daar heerst nu nog altijd, net als in Nederland hoofdzakelijk de 1,5KV=.
Als gevolg van onderzoeken, kwam er dus naar voor dat je bij 25KV~. Hogere vermogens kan ontwikkelen.
Als vb: Zo kwam de noordelijke en oostelijke regio's van het Franse net onder de 25KV~
Met de decennia wissel 70's/80's, kwam men toe aan de modernisering van de Elektrische locomotievenpark bij de SNCF:

De BB7200 'mono' voor de diensten ten zuiden en zuid westen van Parijs: 1,5KV= 4040Kw vermogen > 160 km/u
Tijdens de leveringen pikte de NS haar wagonnetje aan en bestelde toen gelijkaardige machines 1600/1700/1800
Zo hoefden ze hier geen nieuwe ontwikkelingskosten te betalen.
De BB22200 is de 'Bi' courante versie: 25KV~ 4140Kw vermogen > 200 Km/u; onder 1,5Kv= 4040Kw vermogen 160Km/u
Deze loc's kan men dan over het ganse Franse net inzetten.
De BB15000 dan weer is een 'mono' versie : 25Kv~ 4240Kw vermogen > 180Km/u
Deze loc's zijn vooral ingezet voor de sneltreinen ten oosten van Parijs richting Luxemburg-Nancy-Straatsburg-Basel.

Indien ik het goed voor heb, werd er voor de elektrificatie van de elektrificatie van de lijn 73 tijdens de jaren '90, als eerste niet TGV lijn in België, gebruik gemaakt van een nieuwe techniek met enkele portalen, om later eventueel om te kunnen schakelen naar de 25KV~. Later zijn dan de lijnen van Rivage naar Gouvy en de Athus Meuze wel onder de 25Kv~ gebracht.

Gr,
Jan

[Havoc]

Je moet gewoon eerst terug gaan in de tijd.

In het begin waren gelijkstroom motoren het gemakkelijkste regelbaar en het meest geëvolueerd. Zoals hierboven al aangehaald. Ook spanningen moesten relatief laag gehouden worden wegens de beschikbare isolatoren (in de motoren). Dus de oudste netten gebruikten gelijkstroom.

Alhoewel de helemaal in het begin er ook 3-fase gebruikt werd met 3 stroomafnemers die langs de zijkant van de draad werkten (een ramp voor wissels). En in Italië is lang 2-fase gebruikt met 2 draden naast elkaar en een pantograaf met 2 sleepstukken.

Voordeel van wisselstroom is echter dat de spanning gemakkelijk omhoog en omlaag gebracht kan worden met transformatoren. Maar lange tijd waren moteren het probleem.

Een oplossing hiervoor was het gebruik van wisslspanning met lage frequentie zoals bvb in Zwitserland gebruikt werd (wordt?). Hier gebruiken ze 16 2/3 Hz. Dit laat toe om gelijkstroom motoren te gebruiken want door de lage frequentie vallen de problemen met collectorovergangen nog binnen aanvaardbare grenzen en tegelijk kan men transformatoren gebruiken die wel groter moeten zijn om de verliezen te beperken maar toch weer niet onoverkomelijk groot.

Vooral na WOII is de overstap naar industriestroom aan 50 Hz gemaakt. Enkel enkele netten zijn bij gelijkstroom gebleven.

Tegenwoordig maakt het allemaal niet veel uit. Men gebruikt liever wisselstroom motoren omdat die robuster zijn. Met de huidige electronica en frequentieomvormers zijn die prima bruikbaar voor tractie. En die frequentieomvormers vertrekken van gelijkstroom. Maar met de huidige halfgeleiders is wisselstroom ook gemakkelijk gelijk te richten.

Enig nadeel nu van de gelijkstroom netten is de lage spanning. Dit maakt dat voor een bepaald vermogen meer stroom nodig is. Dus een 6000 kW loc voeden met 3000 Vdc moet 2000 A door de bovenleiding. Met 25 kVac is 240 A genoeg. Veel gemakkelijker. Enig nadeel is dat je een transformator moet meesleuren want 25 kV hebben halfgeleiders niet graag.

Dus tegenwoordig is er geen voordeel meer aan het gebruik van gelijkstroom. Integendeel want bvb zekeringen en schakelaars zijn gemakkelijker te maken bij wisselstroom dan gelijkstroom. Maar de spanning is nog belangrijker want 1500 Vdc kan met de huidige halfgeleiders direct gebruikt worden. Maar 25000V niet en dus moet je een transformator meenemen op de loc. Enig probleem is dat als je zo'n net moet ombouwen alles om te bouwen is. Niet alleen de locs, maar ook tussenstations, alle isolatoren aan de rijdraad etc.

Beetje zoals de overstap in europa naar de automatische koppeling. Wordt al over gesproken sinds de jaren '60 en in Duitsland rijden wel wat locs en treinen rond met die koppeling maar daar stopt het ook.

[Havoc]

vermits we niets meer kunnen veranderen nog maar een extra postje:

Blijkt dat die 16 2/3 Hz nog altijd gebruikt wordt in Duitsland, Oostenrijk en Zwitserland.

[Frank_N]

Die 16 2/3 Hz doet me toch denken aan 380 V krachtstroom, voor "thuis" gebruik:  3 x 16 2/3 = 50 Hz......
Vraag me dan af hoe ze dat met een (of twee) panto's voor elkaar boxen??
Of ben ik nu in de bonen?
Voor het transport van spanning word steeds een zo hoog mogelijke spanning aangehouden, om de verliezen zo klein mogelijk te houden.
Bij gelijkstroom geld dat de effectieve waarde gelijk is aan de topwaarde (wortel/2xwisselspanning) , dat levert veel hogere stromen op endus dikkere draden
En dan hebben we het nog niet over de verliezen tussen rijdraad en panto's

@ Piet: leuk woord: "doedelzak" ...zo klinkt het in die dingen wel.

@ Ben: 

[PietB]

Die 16 2/3 Hz doet me toch denken aan 380 V krachtstroom, voor "thuis" gebruik:  3 x 16 2/3 = 50 Hz......
Vraag me dan af hoe ze dat met een (of twee) panto's voor elkaar boxen??
Of ben ik nu in de bonen?

Nou Frank je rekensom klopt rekenkundig, maar de 3 fasen kracht stroom zijn wel degelijk 3x50Hz op de fasen.
Want iedere fase met de 0 geeft 220v 50Hz zoals we die in huis kennen.
Tegenwoordig praten we over 230 één fase en 400 volt 3 fase.
Maar het blijft altijd 50Hz

En dat sommige railbedrijven voor 16 2/3 of 16,7 Hz hebben gekozen, is niet zo zeer een bewuste keuze maar historisch gegroeid.
De gebruikte generatoren leverden nu eenmaal een spanning met die frequentie.
En op veel treinstellen richtte men de wisselspanning toch gelijk, dus waarom moeilijk doen?
Later toen men de trein bovenleiding wilde gaan voeden uit het 50Hz lichtnet, of hoogspannings koppelnet, kreeg men er een uitdaging bij.

Het is een net zo'n moeilijk te verklaren beslissing als het linker of rechter spoor berijden.

Over die meer fase draaistroom loc's, ik heb daar ergens nog wel een afbeelding van hoe men dat heeft opgelost.
Het was een beetje houtje-touwtje en heeft ook niet een lang leven gehad.
Ik zal de foto eens opzoeken en plaatsen, even geduld svp.

grt Piet.

[Dirky]

Correct; en de 16 2/3Hz heeft voornamelijk te maken met de grootte van de generatoren in die zin dat het vrij moeilijk was een voldoende hoog toerental te bereiken met die generatoren van toen...
Voorbeeld: generator met 2 poolparen aan 500 rpm is goed voor 16 2/3 Hz...

(voor zover ik me de theorie rond generatoren nog herinner  > frequentie = toerental / (60/aantal poolparen) ...

[dani]

en zo krijgen we alsnog een interessant draadje ondanks de valse (lees: ludieke) start