Dynamiczny rozwój technologii elektrycznych w XIX i XX wieku spowodował powstanie wielu różnych systemów zasilania trakcji elektrycznej. Bardzo szeroko zostały zastosowane linie prądu stałego, jednak nie przeszkodziło to w dalszym poszukiwaniu lepszych rozwiązań technologicznych. Z jednym z nich wyszła firma Siemens, która chciała zrewolucjonizować kolej poprzez zastosowanie prądu przemiennego o niestandardowych parametrach.
Parametrem charakteryzującym prąd przemienny jest jego częstotliwość. Częstotliwość opisuje w jak częstych cyklach, zmienia się wartość chwilowa napięcia. Standardem europejskich sieciach energetycznych jest wykorzystanie napięcia o częstotliwości 50 Hz. Jednak w przypadku niemieckiej kolei zaproponowano użycie napięcia o częstotliwości 16 i 2/3 Hz. Zastosowanie częstotliwości o takiej wartości wiązało się z pewnymi zaletami w stosunku do zastosowania prądu stałego oraz prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz.
Zasilanie prądem stałym było problematyczne ze względu na stosunkowo duże straty energii, które potęgowały się wraz ze zwiększaniem mocy silników. Z tego powodu w Niemczech rozważono zasilanie prądem przemiennym i zaproponowano wykorzystanie sieci jednofazowej, która zasilałaby komutatorowe silniki prądu przemiennego.
W przypadku takiej konstrukcji komutatorowej zastosowanie częstotliwości 50 Hz miało znaczące wady. Między innymi masa i objętość silników była trzy razy większa od masy silników prądu stałego. Ponadto taka, a nie inna budowa silników z wykorzystaniem komutatora wiązała się z powstawaniem iskrzenia na jego szczotkach, co znacząco wpływało na awaryjność, szczególnie przy rozruchach i przy regulacji prędkości. Minimalizację tego efektu osiągano właśnie poprzez zmniejszenie częstotliwości do wartości równej 1/3 wartości częstotliwości napięcia sieciowego. W kolejnych latach dokonano korekty z wartości 16 i 2/3 Hz na 16,7 Hz.
Historycznie częstotliwość 16,7 Hz była możliwa do osiągnięcia z ogólnej sieci energetycznej poprzez zastosowanie prądnic jednofazowych umieszczonych na jednym wale z prądnicami trójfazowymi. Ponadto oprócz takiego rozwiązania powstała kolejowa, jednofazowa sieć energetyczna o napięciu zasilania 110 kV i częstotliwości 16,7 Hz, a energia do niej była produkowana w konwencjonalnych elektrowniach, w których zastosowano generatory pracujące z częstotliwością 16,7 Hz.
Zastosowanie takiej nietypowej częstotliwości rozpoczęło się w latach 20. XX wieku w Niemczech, a następnie przejęły je takie kraje jak Austria, Szwajcaria, Szwecja i Norwegia.
Źródła:
[1] – Rostowski W., System zasilania trakcji elektrycznej prądu przemiennego 15 kV 16,7 Hz
