De treinen in Nederland rijden sinds 1924 op een voedingsspanning van 1500 Volt gelijkspanning (DC). Bij de Betuweroute is echter gekozen voor een spanning van 25 kV, oftewel 25.000 Volt wisselspanning (AC). Een ingrijpende beslissing, vooral ten aanzien van de beïnvloeding naar de omgeving.

Waarom 25 kVac?
Voor het rijden met een bepaalde snelheid en lading is energie nodig. Hoe harder er gereden wordt, hoe (veel) meer energie er nodig is. Het bestaande 1500 Vdc systeem is begrensd in het leveren van vermogen aan een trein. Bij het ontwerp van de Betuweroute zijn snelheden tot 120 km/h het uitgangspunt geweest. Die snelheid, in combinatie met bijvoorbeeld 1600 ton lading, is niet met het 1500 Vdc systeem te bereiken. Daarom is gekozen voor het 25 kV/50 Hz systeem. Hiermee zijn in Frankrijk zeer goede ervaringen opgedaan. Er is niet gekozen voor het ‘Duitse’ systeem van 15 kV/16,7 Hz. Deze optie is veel duurder door de toepassing van een afwijkende frequentie. De nu gebruikte 50 Hz kan gewoon uit het openbare stroomnet betrokken worden. Ook de HSL-Zuid is met 25 kVac geëlektrificeerd. Een 1500 Vdc locomotief kan niet op de Betuweroute kan rijden. Hiervoor zijn zogenaamde multicourante locomotieven nodig. Deze kunnen zowel op 1500 Vdc alsook op 25 kVac rijden. Wanneer deze locomotieven ook nog de Duitse grens over moeten, komen ze ook nog 15 kV/16,7 Hz tegen. Hierdoor moeten ze dus geschikt zijn voor 3 spanningen. De industrie kan tegenwoordig locomotieven leveren voor alle voorkomende vier soorten spanningen in Europa (25 kVac, 15 kVac, 3000Vdc en 1500Vdc).

Voordelen van 25 kVac
Behalve dat er meer vermogen aan de trein geleverd kan worden, is het energieverlies in de bovenleiding bij 25 kVac ook minder. Bij gelijkblijvend vermogen is de stroom naar de trein een factor 16 lager. Energieverlies in een geleider gaat kwadratisch met de stroom en is dus een factor 256 lager. De energie naar de bovenleiding wordt geleverd door een onderstation. Omdat de verliezen lager zijn, kunnen we volstaan met een onderstation om de 50 kilometer. Ter vergelijking: bij 1500 Vdc zijn om de 5 tot 8 kilometer onderstations vereist. Stroom heeft altijd een gesloten pad nodig. De stroom wordt geleverd door het onderstation. Via de bovenleiding gaat deze naar de trein en komt via de rails terug. Het is niet te voorkomen dat er een gedeelte van de stroom uit de rails treedt en via de grond naar het onderstation terug gaat. Dit noemt men ‘zwerfstromen’. Het grootste probleem van zwerfstromen is elektrocorrosie op plaatsen waar het een metalen geleider (buisleiding, constructiewerk, brug, viaduct etc.) verlaat. Gelijkstroom geeft veel meer elektrocorrosie dan wisselstroom. Het ligt dus voor de hand om spoorbanen in corrosiegevoelige gebieden met hoge wisselspanning te elektrificeren. Een gevoelig gebied voor corrosie is het Rotterdamse havengebied geweest. De dichtheid aan buisleidingen was er enorm. De hoge eisen die aan het ‘zwerfstroomvrij’ houden van de spoorbaan worden gesteld maakten elektrificatie met 1500 Vdc in dit gebied zeer kostbaar. Vandaar dat de Havenspoorlijn nooit geëlektrificeerd was. De keuze om deze ook met 25 kVac te elektrificeren bood uitkomst, ondanks de vrij lage rijsnelheid. In nauw overleg met de leidingeigenaren zijn de randvoorwaarden om met 25 kVac te elektrificeren uitgewerkt. Door het gebruik van zogenaamde autotransformatoren is de Projectorganisatie Betuweroute in staat geweest de zwerfstromen nog verder te beperken. Analyse en metingen wezen echter uit dat er aan de buisleidingen zelf ook nog maatregelen genomen moesten worden, de zogenaamde drainage. In het Havengebied waren er hiervan circa 250 nodig.

Nadelen van 25 kVac
In de praktijk blijkt dat elektrische apparaten elkaar kunnen beïnvloeden. Over het algemeen hebben we daar geen last van of is het zelfs welkom. Voorbeelden van dit laatste zijn de draagbare radio (één richting) en GSM (twee richtingen). De zender en ontvanger wisselen onderling gegevens uit. Soms is het ook nadelig. Zo mag je in een vliegtuig geen mobiele telefoon gebruiken. Als apparaten onderling niet storen noemt men dat ‘elektromagnetisch compatibel’ (EMC). Nu is de onderlinge beïnvloeding afhankelijk van de frequentie. Hoe hoger de frequentie, hoe groter de beïnvloeding. Bij 1500 Vdc gelijkspanning is er nagenoeg geen onderlinge beïnvloeding. Anders ligt dat bij 25 kVac wisselspanning. Lange parallel lopende kabels en leidingen pikken 50 Hz stoorspanning op. Aangesloten apparatuur kan hierdoor in storing en/of defect raken. ProRail, HSL-Zuid en de Projectorganisatie Betuweroute hebben samen aan dit verschijnsel uitgebreide studies en metingen verricht. Op grond hiervan zijn grote delen van de bestaande sporen in de buurt van de HSL-Zuid en de Betuweroute aangepast. Ook zijn er inventariseringen gemaakt van lange parallelle kabels (al dan niet van ProRail) langs de Betuweroute. In samenspraak met de eigenaar zijn passende maatregelen getroffen.
Bij normaal gebruik is er geen gevaar voor mens en dier bij 25 kVac. Anders is het als er aan de installatie onderhoud wordt gepleegd. Binnen ProRail is er een speciale leermodule ontwikkeld voor personeel dat betrokken was bij het onderhoud aan 25 kVac installaties. Ook zijn er, in nauwe samenspraak met de brandweer, procedures vastgesteld hoe er moet worden gereageerd bij een calamiteit op het spoor (brand, ontsporing, etc.). Zo wordt onder andere de bovenleiding op afstand spanningsloos gemaakt en geaard. Op deze manier kunnen de hulpdiensten veilig werken. Er kan gevaar optreden bij ondeskundig gebruik, bijvoorbeeld bij diefstal. Het geheel van alle onderdelen maakt de installatie veilig. Bij het weghalen van een onderdeel kunnen er ter plaatse zeer hoge spanningen optreden en grote stromen onderbroken worden. Met levensgevaarlijke gevolgen.

Ontwerpbibliotheek
Vanaf de ontwerpfase heeft ProRail de gekozen oplossingen in regelgeving vastgelegd. Het betreft hier niet alleen het ontwerp, de realisatie en het beheer van het eigen 25 kVac systeem, maar ook de te nemen maatregelen aan de omgeving om EMC te bereiken (RLN0134). Ten opzichte van het 1500 Vdc systeem is dat nieuw. Bij het 1500 Vdc systeem is er immers ‘alleen maar’ sprake van zwerfstromen. De te nemen maatregelen zijn getoetst door maandenlange metingen op een gedeelte van de Havenspoorlijn in 2000. Op grond hiervan kan gesteld worden dat het goed mogelijk is om in het geïndustrialiseerde en dichtbevolkte Nederland onder 25 kVac te rijden.