thumb|250px|Egyfázisú, váltakozóáramú 110 kV-os távvezeték tartóoszlopa Bartholomä közelében, Németországban. Ezeket a típusú átviteli hálózatokat alkalmazzák Németországban a vasút villamosenergiával való ellátására. A vasút alállomásain, transzformátorok segítségével a feszültséget -ra csökkentik.
A váltakozó áramú vasúti vontatási rendszer jellemzően Németországban, Ausztriában, Svájcban, Svédországban és Norvégiában terjedt el. A nagyfeszültség kis veszteség mellett nagy teljesítmény továbbítását teszi lehetővé. Az ipari frekvenciához képest csökkentett (16⅔ hertz, azaz 1000/min) frekvenciát az egyfázisú kommutátoros vontatómotorok tulajdonsága indokolja, melyeket a 20. század eleje óta használnak.
A vasútvillamosításban az 50 Hz-es rendszer egyre inkább terjedni csak a 20. század második felétől kezdett el, de napjainkban az egyébként más rendszert alkalmazó államok nagysebességű vasútjai is jellemzően ezzel a rendszerrel épülnek. Ennek ellenére a meglévő 15 kV-os hálózat bővítése nem elképzelhetetlen, Németországban a nagysebességű vonalakat is e rendszerrel látják el. 1995. október 16-án 12 órakor Németországban, Ausztriában és Svájcban 16⅔ Hz helyett 16,70 Hz névleges frekvenciára tértek át.Bahnstrom.de: Umstellung der Bahnnetzfrequenz von 16 2/3 auf 16,70 Hz (németül)
Az átalakítás magas költségei és az ezzel járó kevés előny, valamint a terjedőben levő többáramnemű mozdonyok miatt nem valószínű, hogy a már kiépített rendszereket szabványúra átépítik.
Története és működése
A villamos vontatás megjelenése idejében komoly fejtörést okozott a kor mérnökeinek, mivel ez egy igen különleges terület. A szerelvények megindításához óriási vonóerőre van szükség a nagy sebességű vontatás vonóerő igényéhez képest. A váltakozó áramú motorok nyomaték-fordulatszám jelleggörbéi nem illeszkednek a vontatás igényeihez. Ha a vontatási sebességhez méretezik a motort, akkor nem képes megindítani a szerelvényt, ha pedig a megindításhoz szükséges nyomatékhoz méretezik, akkor jelentősen túl kell méretezni. Ellenben a soros gerjesztésű egyenáramú motor jelleggöbéje nagyon jól illeszkedik a feladathoz, így egyértelmű, hogy ilyen típusú villanymotort kell használni a villamos mozdonyokhoz. Igen ám, de ezt a motort egyenárammal kell megtáplálni. A kérdés csak az, hogy honnan fog a motor egyenáramot kapni. Ezekben az időkben nem volt egyszerű feladat az egyenirányítás. A legegyszerűbb módja az volt, hogy eleve egyenáramú áramfejlesztőből nyerni az egyenáramot. Bár, a technika fejlődésével megjelentek a higanygőz egyenirányítók, melyek meglehetősen nagy méretű elektroncsövek, és rendkívül törékenyek. Az ilyen törékeny, finom eszközök a törékenységük folytán nem alkalmasak arra, hogy mozdonyban használják őket. Így csak is az a megoldás maradhatott, hogy az egyenírányítást a táp-állomásokon kell elvégezni, és egyenárammal kell táplálni a felsővezetéket. A kezdeti időkben a rendszer jól működött, de ahogy a forgalom növekedett, úgy vált egyre szükségszerűbbé a vontatási teljesítmény növelése is. Ezt a felsővezetékre kapcsolt feszültség növelésével lehet megvalósítani. Itt kezdődtek a problémák, ugyanis az egyenáramú motorok közvetlenül csatlakoztak a felsővezetékre, így ezen mozdonyok magasabb üzemi feszültségre történő átállítása a vontatómotorok cseréjével oldható csak meg. Mindezt egyszerre az átállás időpontjában. Ez egy nehezen megoldható feladatot jelentett azokban az országokban ahol a villamosítás már előrehaladott állapotban volt, és komoly gépparkkal rendelkezett. A helyzet egy kompromisszumos megoldást szült. A soros gerjesztésű egyenáramú motor felépítése nagyon hasonlít az egyenáramú/váltakozó áramú univerzális motoréhoz. Így, ha mozdonyokba épített motorokra váltakozó áramot kapcsolnak, akkor azok működőképesek voltak. Nem tökéletes, de működő megoldás volt az átállás idejére. Ezzel a megoldással a mozdonyokat csak egy transzformátorral kellett kiegészíteni, mely letranszformálta a felsővezeték nagyfeszültségét a villanymotorok immáron váltakozóáramú üzemi feszültségére. Az elképzelés egyszerű volt, de a váltakozó áramú üzem egy újabb problémát idézett elő. A váltakozó áramú táplálás örvényáramokat hoz létre a vasmagban. Az egyenáramú motorok vasmagját vastagabb lemezekből készítették, mivel egyenáramú üzem esetén nem kellett az örvényáramú veszteséggel számolni. Az örvényáramok ellen vagy a lemezek vastagságának csökkentésével, vagy a frekvencia csökkentésével lehet fellépni. Innen jött az ötlet, hogy a táp-állomásokon frekvenciaváltással pontosan a hálózati frekvencia harmadát állítsák elő a vasút számára.
Elosztóhálózatok Németországban (kivéve Mecklenburg-Vorpommern és Sachsen-Anhalt), Ausztriában és Svájcban speciális villamoshálózatokat alkalmaznak az egyfázisú alacsony frekvenciájú váltakozó áram továbbítására. A feszültség a vezetékekben Németországban és Ausztriában 110 kV, Svájcban pedig 132 kV. Ezt a rendszert centralizált vasúti energiabetáplálásnak hívják.
Svédországban, Norvégiában, Mecklenburg-Westpommern és Sachsen-Anhalt területén nincsen speciális egyfázisú villamoshálózat. Az energiát közvetlenül a háromfázisú átviteli hálózatból nyerik (110 kV, 50 Hz), majd átalakítják egyfázisú, alacsony frekvenciájúvá, amit aztán betáplálnak. Ezt a rendszert decentralizált vasúti energiabetáplálásnak hívják.
Előállítás és átalakítás
Szinkron átalakítók Aszinkron átalakítók
Létesítmények országok szerint Ausztria, Németország és Svájc működteti a legnagyobb egybefüggő 15 kV-os váltakozó feszültségű rendszert, melyhez a feszültséget központilag állítják elő, központi és decentralizált átalakítóállomásokat is használ.
Ausztria Alállomások Ezeken az állomásokon a 110 kV feszültségszintet 15 kV-ra csökkentik. Az energiát nem itt termelik meg.
A táblázat a jobb oldali szövegre kattintva nyitható/csukható Létesítmény Koordináták Absdorf Angern Amstetten (Österreich) Asten Attnang-Puchheim Bad Vöslau Bludenz Bruck Mur Dölsach Dorfgastein Elsbethen Feldkirch Florisdorf Fritzens-Wattens Gaisbach Wartberg Golling-Abtenau Göpfritz Gries am Brenner Götzendorf Graz Haag Hohenau Hütteldorf Kitzbühel Küpfern Landeck Mallnitz Marchtrenk Mariahof Matrei Meidling Mistelbach Münster Parndorf Pettneu Pusarnitz Riedau Rohr Sankt Johann im Pongau Sankt Pölten Sankt Veit Schladming Schlöglmühl Semmering Wien-Simmering Steindorf Tulln Unterberg Villach Wald am Schoberpass Wartberg an der Krems Wegscheid Wiener Neustadt Wörgl Zellerndorf Zirl (régi) Zirl (új)
Központi átalakító állomások Ezekben a létesítményekben a váltakozófeszültséget az országos hálózatból egyfázisúvá alakítják és betáplálják a vontatásihálózatba. Egyes helyeken egyből a felsővezetékbe vezetik. Az átalakítás gépi, vagy elektronikus úton történik.
A táblázat a jobb oldali szövegre kattintva nyitható/csukható Létesítmény Üzembehelyezés éve Maximálisan átvihető teljesítmény Alkalmazott technológia Koordináták Auhof 1956 90 MW Bergern 1983 Haiming 1995 Kledering 1989 Sankt Michael 1975
Villamos erőművek
A táblázat a jobb oldali szövegre kattintva nyitható/csukható Létesítmény Üzembehelyezés éve Teljesítmény Létesítmény típusa Koordináták Annabrücke 20 MW Vízi erőmű Braz 1954 20 MW Vízi erőmű Enzigerboden 20 MW Vízi erőmű Fulpmes 1983 15 MW Vízi erőmű Obervellach Vízi erőmű Schaltposten Schönberg Vízi erőmű Sankt Pantaleon Vízi erőmű Schneiderau Vízi erőmű Spullersee 1925 36 MW Vízi erőmű Steeg 1910 Vízi erőmű (Kizárólag direkt felsővezeték táplálása) Uttendorf Vízi erőmű Weyer Vízi erőmű
Németország Alállomások Ezeken az állomásokon a 110 kV feszültségszintet 15 kV ra csökkentik. Az energiát nem itt termelik meg.
A táblázat a jobb oldali szövegre kattintva nyitható/csukható Létesítmény Koordináták Aalen Adelsheim Almstedt Amstetten Aschaffenburg Aubing Augsburg Baden-Baden Barnstorf Bebra Bengel Biblis Bingen Böhla Boizenburg Borne Braunschweig Buchholz Burgdorf Burgweinting Datteln Denkendorf Donauwörth Dortmund Duisburg Düsseldorf Ebensfeld Eichenberg Eilenburg Eisenach Elmshorn Elsfleth Emden Emskirchen Essen Eutingen Eystrup Fallersleben Finnentrop Flieden Flörsheim Fulda Freiburg Friedberg Fronhausen Gabelbach Garssen Gemünden Geltendorf Geisenbrunn Genshagener Heide Gleidingen Golm Gössnitz (régi) Gössnitz (új) Grönhart Grossheringen Grosskorbetha Grünauer Kreuz Güsen Hagen Halbe (15 kV-os betáplálás Neuhof felől) Hameln Haren Heeren Herchen Hessental Holdingen Holzkirchen Höchst Ihringshausen Ingolstadt Kaiserslautern Karow Karthaus Kirchheim Kirchmöser Klebitz Koblenz Köln-Mülheim Körle Kreiensen Kyhna Landshut Leer Leipzig-Wahren Leonberg Limburg Löhne Lüneburg Magdeburg Mainbernheim Markt Bibart Mannheim Markt Schwaben Meckesheim Montabaur Mörlach Mottgers Mühlacker Muldenstein Mühlanger München-Freimann München-Ost Münster Murnau Nannhofen Neckarelz Neumarkt (Oberpfalz) Neudittendorf Neuhof Neumünster Niemberg Nörten-Hardenberg Oberacker Oberdachstetten Offenbach am Main Offenburg Orscheid Osnabrück Plattling Plochingen Pretzier Pulling Rathenow Remagen Rethen Riesa Ritterhude Rödelheim Rohrbach Röhrmoos Rosenheim Rotenburg Rottweil Rudersdorf Saalfeld Salzbergen Sindorf Singen Solpke Sommerau Steinbach am Wald Stetzsch Stolberg Stuttgart-Rohr Stuttgart-Zazenhausen Traunstein Uelzen Enz Wächtersbach Waiblingen Waigolshausen Warburg Weiterstadt Werdau Wickrath Wiesental Wolfratshausen Wörsdorf Wunstorf Würzburg Wurzen Wustermark Zapfendorf (leállítva)
Kapcsolóállomások Kapcsolóállomások átalakítás, áram termelés, és felsővezeték betáplálás nélkül.
A táblázat a jobb oldali szövegre kattintva nyitható/csukható Létesítmény Koordináták Neckarwestheim Nenndorf Nitzahn Schönarts
Központi átalakító állomások Ezekben a létesítményekben a váltakozófeszültséget az országos hálózatból egyfázisúvá alakítják és betáplálják a vontatásihálózatba. Egyes helyeken egyből a felsővezetékbe vezetik. Az átalakítás gépi, vagy elektronikus úton történik.
A táblázat a jobb oldali szövegre kattintva nyitható/csukható Létesítmény Üzembehelyezés éve Maximálisan átvihető teljesítmény Alkalmazott technológia Koordináták Borken 1963 50 MW Rotary converter Bremen 100 MW GTO-thyristor Chemnitz 1965 Rotary converter Dresden 1977 Rotary converter Düsseldorf 15 MW GTO-thyristor Hamburg-Harburg Rotary converter Jübek 14 MW GTO-thyristor Karlsfeld 100 MW GTO-thyristor Karlsruhe 1957 53 MW Rotary converter Köln 1957 75 MW Rotary converter Lehrte 1963 (rotary converter) / 2010 (inverter) 37 MW (rotary converter) / 64 MW (inverter) Rotary converter/ inverter Limburg 120 MW IGCT inverter Marl 1963 25 MW Rotary converter Neckarwestheim 1989 140 MW Rotary converter Neckarwestheim II 2011 140 MW GTO-thyristor Neu-Ulm Rotary converter Nürnberg Rotary converter Pforzheim (leállítva) Rotary converter Saarbrücken Rotary converter Singen (leállítva 2002 ben) Rotary converter Thyrow 2004/2005 8×15 = 120 MW GTO-thyristor Weimar 1973 Rotary converter
Decentralizált átalakító állomások Ezekben a létesítményekben a váltakozófeszültséget az országos hálózatból egyfázisúvá alakítják és betáplálják a felsővezetékbe. Az átalakítás gépi, vagy elektronikus úton történik.
A táblázat a jobb oldali szövegre kattintva nyitható/csukható