Sähköveturi
Historia

Ensimmäinen yritys sähkön käyttämiseksi veturin voimanlähteenä oli Robert Davidsonin Aberdeenissä Skotlannissa vuosina 1837–1838 rakentama sähköveturi ja sen myöhempi parannettu versio, "Galvani". Sähkö saatiin sinkki-rikkihappopareista (Daniellin pari), mutta sekä tällä tavoin saadun sähkön vähäinen määrä että parien hinta olivat esteenä keksinnön laajemmalle käytölle. Galvani oli näytteillä Royal Scottish Society of Artsin näyttelyssä 1841, ja sillä ajettiin koeajoja 1842 Edinburghin ja Glasgowin välisellä rataosuudella. Veturi saavutti nopeuden neljä mailia tunnissa (noin 6,5 km/h), mutta se ei kyennyt kuljettamaan tavaraa tai matkustajia.
Charles Grafton Page rakensi vuonna 1851 Yhdysvalloissa 15 kW tehoisen sähkökäyttöisen vaunun, jonka sähkönlähteenä oli 50-kennoinen paristo. Moottori oli kahden vuorotellen kytkettävän sähkömagneetin välissä edestakaisin liikkuva rautatanko, jonka liike välittyi kiertokangella vetävälle pyöräparille. Vaunu painoi paristoineen 12 tonnia, ja se saavutti koeajossa hetkellisesti nopeuden 31 km/h. Vaunu toimi vain 40 minuutin ajan, jonka jälkeen sähköparit särkyivät.
Dynamon keksiminen 1860-luvulla teki sähköveturin periaatteessa käyttökelpoiseksi, koska sähköä oli sen avulla saatavissa paljon runsaammin ja ratkaisevasti pienemmin kustannuksin. Dynamoa voitiin pyörittää höyrykoneella tai vesivoimalla, ja sähkö voitiin johtaa veturiin kiskoja pitkin, jolloin epäkäytännölliset ja raskaat sähköparit voitiin jättää pois.
Werner von Siemens rakensi vuonna 1879 Berliiniin näyttelytarkoitukseen 300 m pitkän kapearaiteisen ympyräradan, jolla pieni sähköveturi veti kolmesta matkustajavaunusta koostuvaa junaa. Veturin teho oli 2,2 kW ja junan nopeus 13 km/h. Sähköjännite oli 150 V tasajännitettä, ja sähkö johdettiin erillistä kiskojen keskellä sijaitsevaa virtakiskoa pitkin. Varsinaiset kiskot toimivat paluuvirtapiirinä. Juna kuljetti Berliinissä neljän kuukauden aikana 90 000 matkustajaa, ja myöhemmin näytöksissä matkustajia myös Brysselissä, Lontoossa, Kööpenhaminassa ja Moskovassa.
Ukrainalaissyntyinen Fjodor Pirotski rakensi 1880 Pietarin raitioteille kilometrin mittaisen sähkökäyttöisen koeosuuden, jonka sähkö tuotettiin Grammen dynamolla. Sähkö johdettiin toista kiskoa pitkin vaunuun ja toista kiskoa pitkin pois. Erillistä virtakiskoa ei ollut. Käyttö kesti kuukauden, mutta ei jäänyt pysyväksi.
Siemens rakensi ensimmäisen pysyvän sähkökäyttöisen raitiotien vuonna 1881 Lichterfeldeen Berliiniin. Rata oli 2,4 kilometrin pituinen, ja sähkö johdettiin Pirotskin radan tavoin käyttäen molempia kiskoja ilman erillistä virtakiskoa. Käyttöjännite oli 180 V tasajännitettä. Koska ihmiset ja hevoset saivat kiskoista sähköiskuja, vuonna 1893 raitiotie varustettiin nykyaikaiseen tapaan yläpuolisella ajolangalla.
Magnus Volk rakensi 1883 Brightoniin Englantiin Britannian ensimmäisen sähkökäyttöisen radan, Volk’s Electric Railwayn. Sähkö johdettiin tässäkin radassa veturiin molempia kiskoja käyttäen. Jännite oli aluksi 50 V tasajännitettä, mutta vuonna 1884 se korotettiin 160:een volttiin. Vuonna 1886 jännitteen syöttö muutettiin tapahtuvaksi kiskojen välissä sijaitsevalla kolmannella raiteella. Radan pituus on 1,64 kilometriä, ja se on edelleen käytössä. Samana vuonna avattiin Irlannissa Giant’s Causeway Tramway, jossa käytettiin ensimmäistä kertaa sivussa sijaitsevaa erillistä virtakiskoa. Jännite oli korkeampi kuin aikaisemmissa sovelluksissa, 290–360 V. Samana vuonna avattiin Wienissä Itävallassa Mödlingin ja Hinterbrühlin raitiotie, jolla käytettiin ensimmäistä kertaa radan yläpuolista ajojohdinta sähkön syöttöön.
Ensimmäinen sähkökäyttöinen maanalainen metro oli Lontoon City and South London Railway, jossa otettiin käyttöön sähköveturit höyryvetureiden tilalle vuonna 1890. Veturien valmistaja oli Mather & Platt ja käyttöjännite 500 V tasajännite.
Varsinaisilla rautateillä sähköveturit tulivat ensimmäistä kertaa pysyvään käyttöön vuonna 1895 Baltimoressa Yhdysvalloissa, missä kuuden kilometrin osuudella Baltimore Belt Linella junat vedettiin sähkövetureilla tunnelien läpi höyryveturien aiheuttamien savuongelmien takia. Sähköistetyn osuuden alussa sähköveturi kytkettiin kiinni junan edessä olevaan höyryveturiin. Tunnelien jälkeen sähköveturi irrotettiin, ja juna jatkoi matkaa höyryvedolla. Virta johdettiin veturiin tunnelin kattoon kiinnitetystä kiinteästä metallitangosta joustavan virroittimen avulla. Jännite oli 675 V tasajännitettä ja veturien teho 1 080 kW.
Ensimmäinen pitkä sähkökäyttöinen rataosuus oli Sveitsissä, 40 kilometrin pituinen Burgdorf–Thun-reitti, joka otettiin käyttöön 1899. Sähköistysjärjestelmänä oli 750 V 40 Hz kolmivaiheinen vaihtovirta. Sähköistyksen suunnitteli sveitsiläinen  Brown, Boveri & Cie. Vetureissa oli kaksi kolmivaihemoottoria, joiden yhteisteho oli 220 kW. Kolmivaihemoottorit olivat yksinkertaisia, vähän huoltoa vaativia ja käyttövarmoja, mutta ajonopeuden portaaton säätö ei ollut mahdollista ennen sata vuotta myöhemmin kehitettyä tehoelektroniikkaa. Myös liikkeellelähtö oli voimakkaasti nykäisevää. Ajonopeudet olivat kiinteät 18 ja 36 km/h. Järjestelmässä oli kiskojen yläpuolella kaksi erillistä ajojohdinta ja vetureissa kaksi rinnakkaista virroitinta. Kolmantena johtimena toimivat kiskot.
Seuraava pitkä sähköistetty rataosuus oli Italiassa, 106 kilometrin pituinen Ferrovia della Valtellina, joka otettiin käyttöön 1902. Sähköistys oli kolmivaiheinen, ja jännite oli aikaisempia järjestelmiä huomattavasti korkeampi, 3 000 V 15,8 Hz. Sähköistyksen tekninen suunnittelija oli unkarilainen insinööri Kálmán Kandó. Myöhemmin, vuonna 1930, jännite nostettiin 3 600 volttiin ja taajuus 16 2/3 hertsiin.
Ensimmäinen nykyisenkaltaista teknologiaa käyttävä vaihtovirtaveturi otettiin käyttöön vuonna 1905 24 kilometrin pituisella Murnau–Oberammergau-radalla Etelä-Saksassa. Käyttöjännite oli 5 500 V yksivaiheista vaihtovirtaa ja taajuus 15 Hz. Moottoreina käytettiin yleisvirtamoottoreita. Sähkö johdettiin veturiin ajojohtimella ja paluuvirta kiskoja pitkin. Ruotsissa insinööri Robert Dahlander tutki vuodesta 1902 lähtien Ruotsin rautatiehallituksen toimeksiannosta sähköveturien käyttöönottoa Ruotsin rautateillä. Hänen johdollaan rakennettiin vuosina 1905–1907 koeradat Tomteboda–Värtan sekä Tukholma–Järfva, joissa tehtyjen perusteellisten kokeilujen ja kustannuslaskelmien perusteella Dahlander päätyi suosittelemaan yksivaiheista vaihtovirtakäyttöä yksikertaisimpana ja huokeimpana ratkaisuna rautateiden sähköistämiseen.
Sveitsin ja Italian välille 1905 valmistuneeseen 20 kilometrin mittaiseen Simplonin tunneliin asennettiin alusta alkaen sähköistys. Sen toteutti Brown, Boveri & Cie omalla kustannuksellaan. Järjestelmäksi valittiin Italiassa jo käyttöön otettu kolmivaiheinen 3 000 V 16 Hz -järjestelmä. Käyttöön vuokrattiin aluksi kolme Valtellina-radalla käytössä ollutta 880 kW:n tehoista Ganzin tehtaassa Unkarissa valmistettua sähköveturia.
Suomen senaatti lähetti vuonna 1903 sähköinsinööri Kustaa Bernhard Wuolteen tutustumaan rautateiden sähköistyskokeiluihin Saksassa, Italiassa ja Sveitsissä. Seuraavina vuosina VR:llä asetettiin useita komiteoita selvittämään sähköistykseen liittyviä kysymyksiä. Ne eivät johtaneet valtionrautateillä käytännön toimiin. 1900-luvun alussa oli Suomessa kuitenkin rakennettu ensimmäiset kapearaiteiset sähköradat. Suomen sähköratojen rakentamisen uranuurtaja oli Mustion ruukinpatruuna, kamariherra Hjalmar Linder. Hän rakennutti sähkörautatien Mustion ruukin ja rautatieaseman välille vuonna 1903. Veturi oli AEG, valmistajanumeroltaan No 178 vuodelta 1903. Raideleveys oli 600 mm ja radan pituus 5 km. Kyseessä oli siis Suomen ensimmäinen sähköä käyttänyt varsinainen rautatie. Sähkön hän sai omasta vesivoimalaitoksestaan Mustiossa. Seuraavaksi hän rakennutti vuosina 1906–1907 Lohjan Pitkäniemeen, Lohjanjärven rannalle rakennuttamansa sulfaattiselluloosatehtaan tarpeisiin sähkörautatien 750 mm:n raideleveydelle. Tehtaalta oli lähimmälle Valtionrautateiden asemalle lähes kuusi kilometriä. Molemmilla radoilla kuljetettiin myös matkustajia.
Vuonna 1928 eniten sähköveturikäyttöisiä rataosuuksia oli Sveitsissä, missä 1 666 kilometriä (65 %) normaaliraiteisista radoista oli sähköistetty. Toiseksi eniten sähköratoja oli Italiassa, 1 607 kilometriä. Saksassa oli lähes yhtä monta sähköistettyä kilometriä kuin Italiassa, mutta laajasta rataverkosta johtuen osuus kaikista radoista oli pieni, vain noin kolme prosenttia.
Sähköistyksen edelläkävijöitä oli myös Ruotsi, missä sähköratoja oli vuonna 1928 jo 892 kilometriä. Kiirunan ja Narvikin välisellä malmiradalla käytettiin vuodesta 1914 lähtien 1 200 kW:n tehoisia Oa-sähkövetureita. Sähköistysjärjestelmä on Ruotsissa ollut alusta alkaen 15 kV 16 2/3 Hz yksivaiheinen vaihtovirta.
Useimmissa muissa Euroopan maissa suuri osa sähköistyksestä on rakennettu vasta 1950-luvulta alkaen.
Maailman nopein junayhteys 1960-luvun puolivälissä kulki Japanissa Tokiosta Nagajan kautta Osakaan. Molempiin suuntiin liikennöineen Hikari-nimisen superpikajunan keskituntinopeus oli lähes 130 km/h Tokion ja Osakan välillä ja Tokion ja Nagajan välillä peräti 140 km/h.
Nykyään merkittävä osa Euroopan rataverkosta on sähköistetty. Myös Aasiassa, erityisesti Japanissa ja Kiinassa, sähköistysaste on korkea. Toisaalta Yhdysvalloissa on purettu pois melkein kaikki aiemmin yleensä alueellisia tarpeita palvelleet sähköistysjärjestelmät niin, että pääradoista sähköistys on aktiivisesti käytössä enää Washingtonin–New Yorkin–Bostonin pääradalla (ns. Northeast Corridor -rata). Tämän lisäksi sähkövetoa käytetään joidenkin Yhdysvaltojen kaupunkien lähiliikenteessä.