Lots Road Power Station in a poster from 1910. This private power station, used by London Underground, gave London trains and trams a power supply independent from the main power network.

Electric locomotives may easily be constructed with greater power output than most diesel locomotives. For passenger operation it is possible to provide enough power with diesel engines (see e.g. 'ICE TD') but, at higher speeds, this proves costly and impractical. Therefore, almost all high speed trains are electric. The high power of electric locomotives also gives them the ability to pull freight at higher speed over gradients; in mixed traffic conditions this increases capacity when the time between trains can be decreased. The higher power of electric locomotives and an electrification can also be a cheaper alternative to a new and less steep railway if trains weights are to be increased on a system.

On the other hand, electrification may not be suitable for lines with low frequency of traffic, because lower running cost of trains may be outweighed by the high cost of the electrification infrastructure. Therefore, most long-distance lines in developing or sparsely populated countries are not electrified due to relatively low frequency of trains.

Maintenance costs of the lines may be increased by electrification, but many systems claim lower costs due to reduced wear-and-tear from lighter rolling stock.[23] There are some additional maintenance costs associated with the electrical equipment around the track, such as power sub-stations and the catenary wire itself, but, if there is sufficient traffic, the reduced track and especially the lower engine maintenance and running costs exceed the costs of this maintenance significantly.

Network effects are a large factor with electrification.[cần dẫn nguồn] When converting lines to electric, the connections with other lines must be considered. Some electrifications have subsequently been removed because of the through traffic to non-electrified lines.[cần dẫn nguồn] If through traffic is to have any benefit, time consuming engine switches must occur to make such connections or expensive dual mode engines must be used. This is mostly an issue for long distance trips, but many lines come to be dominated by through traffic from long-haul freight trains (usually running coal, ore, or containers to or from ports). In theory, these trains could enjoy dramatic savings through electrification, but it can be too costly to extend electrification to isolated areas, and unless an entire network is electrified, companies often find that they need to continue use of diesel trains even if sections are electrified. The increasing demand for container traffic which is more efficient when utilizing the double-stack car also has network effect issues with existing electrifications due to insufficient clearance of overhead electrical lines for these trains, but electrification can be built or modified to have sufficient clearance, at additional cost.

Additionally, there are issues of connections between different electrical services, particularly connecting intercity lines with sections electrified for commuter traffic, but also between commuter lines built to different standards. This can cause electrification of certain connections to be very expensive simply because of the implications on the sections it is connecting. Many lines have come to be overlaid with multiple electrification standards for different trains to avoid having to replace the existing rolling stock on those lines. Obviously, this requires that the economics of a particular connection must be more compelling and this has prevented complete electrification of many lines. In a few cases, there are diesel trains running along completely electrified routes and this can be due to incompatibility of electrification standards along the route.

A problem specifically related to electrified lines are gaps in the electrification. Electric vehicles, especially locomotives, lose power when traversing gaps in the supply, such as phase change gaps in overhead systems, and gaps over points in third rail systems. These become a nuisance, if the locomotive stops with its collector on a dead gap, in which case there is no power to restart. Power gaps can be overcome by on-board batteries or motor-flywheel-generator systems.[cần dẫn nguồn]In 2014, progress is being made in the use of large capacitors to power electric vehicles between stations, and so avoid the need for overhead wires between those stations.[24]

Ưu điểm

• Không thải khí thải gây ảnh hưởng đến hành khách, ô nhiễm môi trường
• Chi phí xây dựng, vận hành và bảo trì đầu máy và các toa động lực phân tán thấp hơn
• Tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao hơn (không có bình nhiên liệu trên tàu), dẫn đến:
  • Cần ít đầu máy hơn
  • Tăng tốc nhanh hơn
  • Giới hạn lực đẩy cao hơn
  • Giới hạn tốc độ cao hơn
• Ít gây ồn hơn
• Tăng tốc nhanh hơn sẽ dọn đường nhanh hơn để chạy nhiều tàu hơn trên đường ray dùng chung trong hệ thống đường sắt đô thị
• Giảm tổn thất năng lượng khi vận hành ở nơi có độ cao lớn (về tổn thất năng lượng, xem Động cơ Diesel)
• Độc lập về chi phí vận hành khi giá nhiên liệu biến động
• Sử dụng được trong các ga ngầm nơi mà tàu diesel không thể hoạt động vì lý do an toàn
• Giảm ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ở các khu vực đô thị đông dân, ngay cả khi điện được sản xuất bằng nhiên liệu hóa thạch
• Dễ dàng thu hồi năng lượng từ các phanh động năng nhờ sử dụng các tụ điện
• Trải nghiệm thoải mái hơn trên tàu do không có không có động cơ diesel dưới sàn
• Hiệu quả năng lượng cao hơn [25] nhờ sử dụng phanh tái sinh và ít hao phí khi tàu ở chế độ "tạm dừng"
• Nguồn năng lượng sơ cấp linh hoạt hơn: có thể sử dụng than, hạt nhân, thủy điện hoặc gió làm nguồn năng lượng chính thay vì dầu

Nhược điểm

The Royal Border Bridge in Anh, a protected monument. Adding electric catenary to older structures may be an expensive cost of electrification projectsMost overhead electrifications do not allow sufficient clearance for a double-stack car.

• Chi phí điện khí hóa: đòi hỏi phải xây dựng toàn bộ cơ sở hạ tầng mới chung quanh các tuyến đường sắt hiện có với chi phí đáng kể. Chi phí đặc biệt tăng cao khi đi qua đường hầm, cầu hay các vật cản khác phải được làm thông thoáng để dành chỗ cho thiết bị điện. Khía cạnh khác khiến điện khí hóa cũng làm tăng giá thành là các thay đổi hoặc nâng cấp hệ thống tín hiệu đường sắt để phục vụ các tính chất giao thông mới và để bảo vệ các mạch tín hiệu và mạch đường sắt từ các tác động bên ngoài. Điện khí hóa đôi khi yêu cầu đóng đường dây trong khi thiết bị mới đang được cài đặt.
• Cân bằng tải cho hệ thống điện lưới: điện khí hóa đường sắt yêu cầu một nguồn cung điện lớn và ổn định, nhiều trường hợp bắt buộc cần tăng sản lượng so với hiện tại. Tuy nhiên, một tuyến đường sắt có thể được điện khí hóa theo cách có một mạng điện khép kín và độc lập, có nguồn điện dự phòng và nguồn điện dự phòng sẽ được sử dụng nếu lưới điện quốc gia hoặc vùng bị ngừng hoạt động.
• Cảm quan: cấu trúc đường dây trên cao và hệ thống cáp có thể có tác động cảnh quan đáng kể so với không điện khí hóa hoặc hệ thống ray thứ ba chỉ có các đường ray nằm thấp so với mặt đất.
• Mong manh, dễ bị tổn hại: hệ thống điện khí hóa trên cao có thể bị gián đoạn nghiêm trọng do các lỗi cơ học nhỏ hoặc do ảnh hưởng của gió lớn làm cho que lấy điện của tàu di chuyển bị vướng vào dây, xé tách dây điện từ các giá đỡ của chúng. Thiệt hại thường không giới hạn ở việc dừng cấp điện cho tuyến đó, mà còn thường ảnh hưởng tới các tuyến, chiều ngược lại liền kề, làm cho toàn bộ tuyến bị ách tắc trong một thời gian đáng kể. Hệ thống ray thứ ba có thể bị gián đoạn trong thời tiết lạnh do băng hình thành trên đường ray dẫn điện.[26]
• Trộm cắp: Do các thiết bị đường sắt có giá trị cao như đồng, các bộ phần điện không được bảo vệ... nên dễ bị các đối tượng ăn cắp bán phế liệu.[27] Các vụ trộm cắp với đường điện 25 kV đang hoạt động có thể gây nguy hại, điện giật chết người đối với các đối tượng trộm cắp.[28] Ở Anh, trộm cắp cáp điện được tuyên bố là một trong những nguyên nhân gây trì hoãn và gián đoạn lớn nhất đối với các dịch vụ đường sắt — mặc dù điều này thường liên quan đến các cáp tín hiệu, vấn đề xảy ra không kém đối với các tuyến diesel.[29]
• Con người có thể leo lên những toa tàu đang hoạt động khiến bị thương nặng hoặc thiệt mạng quá gần đường dây điện trên cao.[30][31]
• Chim có thể đậu trên các bộ phận dẫn điện khác nhau và động vật cũng có thể chạm vào hệ thống điện khí hóa. Các động vật săn mồi lấy các động vật điện giật rơi xuống đất cũng là nguy hiểm tiềm tàng.[32]
• Trong hầu hết các mạng lưới đường sắt trên thế giới, yêu cầu khoảng không trống ở phía trên của hệ thống đường điện trên cao làm cho nó không thể áp dụng hình thức vận tải container xếp chồng.