[1]Stejně tak jako by nebylo parních lokomotiv bez vynálezu a zdokonalení parního stroje, nebylo by lokomotiv elektrických bez použitelného elektromotoru. První lokomotiva s takovým motorem byla představena 31. května 1879 na průmyslové výstavě v Berlíně. V tento den samotný Werner Siemens [2] řídil po 300 metrů dlouhé úzkorozchodné trati svůj vlak, který se stal magnetem výstavy. Až tisíc lidí denně se s ním chtělo svézt. Miniaturní lokomotiva, která zdánlivě nepotřebovala žádný zdroj energie, dokázala uvézt přibližně 20 lidí rychlostí „povozu koňské dráhy“ (slovy W. Siemense).
Vlak s elektricky poháněnou lokomotivu dosahoval maximální rychlosti 13 km/h, plně obsazený pak 7 km/h. Elektromotor měl výkon 2,2 kW a byl napájený stejnosměrným napětím 150 V. Jeden pól byl veden kovovým pásem mezi kolejnicemi, které sloužily jako protipól. První elektrický vlak byl na světě…
[1]
Obr. 1 – Siemensova první elektrická lokomotiva na světě je dnes uložena v technickém muzeu v Berlíně
.
První elektrifikované železnice
Obrovský úspěch představeného elektrického stroje (během čtyř měsíců výstavy se s ním svezlo téměř 90 000 lidí) byl pro Siemense impulzem k prosazování elektromotoru na železnici. První pravidelně provozovanou elektrickou železnici nechal vybudovat v Berlíně. Vedla z nádraží Lichterfelde ke kadetní škole v Zehlendorfské ulici. Jejím základem byla 2,5 km dlouhá trať, která sloužila k výstavbě zmíněné kadetky. Na trati byly od 16. května 1881 provozovány tři elektrické tramvaje (každá o maximální kapacitě 26 osob), které firma Siemens & Halske [3] postavila z nepoužívaných vozů koněspřežky. Napájeny byly stejnosměrným napětím 180 V, vedeným přímo v odkrytých kolejnicích, proháněly se po trati rychlostí 15 km/h a za první tři měsíce svého provozu přepravily přibližně 12 000 cestujících.
[4]
Obr. 2 – Siemensova první elektrická tramvaj
S elektrickými městskými drahami se pak v Německu „roztrhl pytel“. Do roku 1903 bylo do provozu uvedeno téměř 4 000 km tramvajových a příměstských tratí, na kterých zajišťovalo provoz bezmála 9 000 „elektrických jednotek“. Ovšem, první „normální“ elektrifikovaná železniční trať (Vollbahn) byla uvedena do provozu 4. prosince 1895 mezi Meckenbeurenem a Tettnangem v Bádensko-Württembersku. Přibližně 4,2 km dlouhá trať byla provozována soukromou železniční společností Lokalbahn Aktien-Gesellschaft [5] (LAG) až do roku 1938, kdy byla zestátněna. Zde provozované stroje byly napájeny stejnosměrným napětím 650 V.
[6]
Obr. 3 – Elektrický vůz LAG 360 (později ET 184 41) provozovaný společností LAG od roku 1889. Zde na nádraží v Tettnangu v roce 1939
Napájecí soustavy
Napájecí soustavy, používané na elektrifikovaných tratích na německém území, byly stejně pestré, jako místa, na kterých se elektrické stroje proháněly. Na prvních elektrifikovaných tratích bylo využito napájení stejnosměrným napětím, od již zmíněných 180 V vedených přímo v kolejnicích, přes 350, 500, 600, 650 či 1000 V obvykle vedených trolejovým vedením (jedno- či dvoupólovým). Možnosti využití stejnosměrného napájení se ovšem ukázaly být relativně omezené.
Již od roku 1885 probíhaly experimenty s využitím jedno- a třífázového střídavého proudu k pohonu lokomotiv. Dne 10. října 1899 pak byla dohodou deseti společností, zahrnujících výrobce elektromotorů (AEG, Siemens & Halske), strojařské a stavební společnosti (August Borsig, Philipp Holzmann & Co. aj.) a banky (Deutsche Bank aj.) založena společnost pro výzkum elektrických rychlodrah (Deutsche Studiengesellschaft für elektrische Schnellbahnen, St. E. S.). [7]Jejím cílem bylo nalezení nejefektivnějšího způsobu aplikace elektrického pohonu do lokomotiv. Pro plánované zkušební jízdy testovacích vozidel dostala společnost k dispozici 23 km dlouhý úsek vojenské železnice z Marienfelde do Zossenu nedaleko Berlína. V roce 1901 se podařilo zkonstruovat lokomotivu, která na této trati dosáhla rychlosti 160 km/h. Ovšem nejvyšších rychlostí se podařilo dosáhnout o dva roky později, koncem roku 1903, kdy stroje vybavené motory firem AEG a Siemens & Halske dosáhly rychlostních rekordů 210 a 206 km/h. Využívaly napájení třífázovým střídavým napětím 10 kV/50 Hz, které bylo k lokomotivám dopravováno trojitým trolejovým vedením umístěným po straně trati ve výšce 5,5 – 7,5 m. Pro nasazení na existujících tratích a zejména nádražích se však toto uspořádání ukázalo být nepříliš praktickým.
Experimenty nicméně prokázaly, že i s klasicky konstruovanými lokomotivami lze dosáhnout vyšších rychlostí, než se kterými se původně při stavbě dálkových tratí počítalo. Bylo zřejmé, že pro provoz vysokorychlostních elektrických vlaků bude třeba tratě přestavět či vybudovat nové, s patřičně upravenými parametry. K realizaci plánů na výstavbu takových trati ovšem došlo až v druhé polovině 20. století…
[8]
Obr. 4 -Testovací jednotka firmy AEG, která 28. října 1903 dosáhla rychlosti 210,2 km/h
.
Na později elektrifikovaných tratích se pak objevovala škála soustav používajících napětí střídavé mezi 3 000 – 15 000 V o frekvencích 15 až 40 Hz.
První tratí napájenou střídavým napětím 5,5 kV/15 Hz byla dráha z bavorského Murnau do Oberammergau (známá jako Ammergaubahn [9]). V roce 1905 ji do provozu uvedla společnost LAG, která ji o dva roky dříve převzala od společnosti Actiengesellschaft Elektrizitätswerke, jež se dostala do potíží díky své neschopnosti uvést zde do provozu plánované elektrické lokomotivy napájené třífázovým střídavým napětím 800 V/40 Hz. Zdrojem energie pro trať byla v roce 1900 postavená vodní elektrárna Kammerl. Vodní elektrárny byly v té době vůbec nejobvyklejším zdrojem elektrické energie využívané k provozování elektrifikovaných tratí. K rozvoji elektrických tratí tedy docházelo zejména v místech, kde bylo možné takovou elektrárnu vybudovat, jako například v okolí zmiňované elektrárny Kammerl na řece Ammer v Bavorsku, či ve 20. letech dvacátého století nedaleko odtud vybudované elektrárny mezi jezery Walchensee a Kochelsee.
Poměrně záhy bylo zřejmé, že roztříštěnost napájecích soustav by se mohla stát značnou překážkou při budoucím propojování jednotlivých lokálních sítí dálkovými tratěmi. Tři největší zemské železniční společnosti, Bádenské státní dráhy, Bavorské státní dráhy a Prusko-Hesenská železniční společnost, přijaly v letech 1912-13 „Pravidla pro zavádění elektrické trakce“ (Übereinkommen betreffend die Ausführung elektrischer Zugförderung [10]), kterými bylo stanoveno jednotné napájecí schéma 15 kV/162/3 Hz rozváděné jednoduchým trolejovým vedením, používané v Německu dodnes (od roku 1995 15 kV/16,7 Hz).
Významnější výjimkou byly dvě nově elektrifikované tratě v Bádensko-Württembersku, které posloužily v druhé polovině 30. let k experimentálnímu zavedení napájecí soustavy 20 kV/50 Hz – Höllentalbahn [11] (mezi Freiburgem a Neustadtem) a Dreiseenbahn [12] (mezi Titisee a Seebruggem). Pro experimenty se soustavou 20 kV/50 Hz byly firmami AEG, BBC, Siemens-Schuckertwerken a Garbe-Lahmeyer elektrisch vyrobeny čtyři lokomotivy typově označené E244 01, E244 11, E244 21 a E244 31. Experimenty s touto napájecí soustavou ovšem přerušila válka a pokračovalo se v nich až pod francouzskou okupační správou. Výsledky byly natolik přesvědčivé, že ve svém důsledku vedly k zavedení tohoto typu napájení ve Francii, přestože zde v té době již existovala poměrně rozsáhlá síť napájená stejnosměrným napětím. Na zmiňovaných dvou tratích byl provoz pod touto soustavou ukončen v květnu 1960.
Vývoj elektrifikace železniční sítě
Elektrifikace železniční sítě probíhala relativně pozvolna a prakticky výhradně v místech, kde měla ekonomický smysl, tzn. v místech, kde byla elektrická energie dostupnější nežli pevná paliva používaná pro pohon parních lokomotiv, případně tam, kde intenzivní provoz komplikoval život obyvatel – tedy v okolí velkoměst.
Před začátkem 1. světové války v roce 1914 bylo na německém území elektrifikováno 264 km tratí, z toho 159 km provozovaných pruskými drahami. Ke značnému rozkvětu elektrifikovaných tratí došlo ve 20. letech. I přes značná omezení rozpočtu Německých drah (DRG) v tomto období bylo do elektrifikace investováno nemálo prostředků, a tak koncem roku 1925 dosahovala délka elektrifikovaných tratí 1 000 km, o dva roky později 1 200 a koncem roku 1929 zhruba 1 500 km, z nichž nejvíce v Bavorsku (700 km) a ve Slezsku (300 km). Ovšem, vzhledem ke značnému rozsahu celé sítě reprezentovalo 1 500 km tratí v roce 1929 pouhá 3 % veškerých železničních tratí. Jen o 100 km více elektrifikovaných tratí bylo v té době provozováno v sousedním Švýcarsku, ale tam tyto tratě představovaly více než polovinu celé sítě…
Ani hospodářská krize třicátých let příliš elektrifikaci nezpomalila – do konce roku 1939 bylo modernizováno dalších přibližně 620 km tratí, zejména s důrazem na vzájemné propojení existujících menších elektrifikovaných sítí v Bavorsku, Slezsku a středním Německu. Před začátkem 2. světové války se elektrické stroje proháněly po více než 2 000 km tratí. Samotná válka znamenala značné omezení modernizace železnic, i když k jejímu úplnému zastavení prakticky došlo až v závěru války, v polovině roku 1944.
Po skončení 2. světové války byla železniční infrastruktura ve velmi špatném stavu. Přesto bylo mnoho elektrifikovaných tratí stále schopno provozu. Mezi nimi i tratě v bavorských Alpách či v okolí měst Magdeburg, Halle a Lipsko, ležících v sovětské okupační zóně. Rozkazem sovětské vojenské správy z 29. března 1946 však bylo veškeré elektrické příslušenství těchto tratí, tedy vedení, sloupy, trafostanice, ale i lokomotivy, demontováno a převezeno do SSSR. Veškerý rozvoj elektrické sítě v následnické NDR pak v 50. letech spočíval víceméně v obnovování těchto tratí (poslední z nich byla znovu elektrifikována až v roce 1975).
Na západě Německa byl zprvu rozvoj elektrifikovaných tratí také utlumen, většina prostředků, které byly určeny pro železnici byly použity k rekonstrukci válkou poničených tratí. Nicméně, na elektrifikaci byl kladen stále vetší důraz, a to zejména v 60. letech, kdy díky ekonomickému rozvoji země probíhala značným tempem; v roce 1963 dosahovala délka elektrifikovaných tratí úctyhodných 5 000 km.
V sousedním NDR bylo v té době elektrifikováno zhruba 500 km tratí, koncem roku 1985 zhruba 2 000 km, tou dobou ovšem DB operovaly s elektrickými lokomotivami již na téměř 11 500 km tratí. Postupná elektrifikace, stejně jako výstavba tratí zcela nových, samozřejmě probíhá dodnes a více než polovina všech tratí, přibližně 20 000 km, je uzpůsobena pro provoz elektrických lokomotiv.
Zdroje:
Ralf Rossberg, Deutsche Eisenbahnfahrzeuge von 1838 Bis Heute, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1988
https://de.wikipedia.org/ [13], včetně obrázků
https://www.siemens.com/history/de/aktuelles/1198_elektrolokomotive.htm [14]
http://www.lokomotive-online.com/ [15]
http://www.elektrische-bahnen.de/eb_history.htm [16]
http://www.elektrolok.de/ [17]
Poznámka: Některé v článku uvedené odkazy (linky), zejm. na YouTube, nebudou fungovat ve starších prohlížečích IE; v takovém případě zkuste např. Chrome. To samé se zřejmě týká i grafické úpravy tabulek – pozn. J. H.
Autor i vydavatel přivítají každé dobře míněné doporučení či upřesnění k publikovanému textu. Rádi pak naše statě opravíme nebo doplníme, pokud vážený čtenář s takovým návrhem přijde. Děkujeme.
.