W skrócie: prąd stały: infrastruktura droższa (grubsze przewody sieci trakcyjnej, gęściej podstacje), lokomotywy tańsze, prąd zmienny: odwrotnie, infrastruktura tańsza, lokomotywy droższe (transformator) - i jeden, i drugi system ma zalety i wady.
To jest pewne uproszczenie.
Wybór na PKP napięcia zasilania 3000 V= , biorąc pod uwagę realia tamtych czasów, był uzasadnionym ekonomicznie kompromisem.
Napięcie 3 kV wymagało znacznie lżejszej sieci (mniejsze przekroje) w porównaniu ze stosowanymi w tamtych czasach sieciami o napięciach 750 V= lub 1,5 kV=. Jednocześnie osprzęt elektryczny na 3 kV= był dużo tańszy niż dla napięć np. 15 kV~. Zaletą sieci o napięciu przemiennym była natomiast wyższa sprawność przesyłu energii. Wadami - nie do końca opanowane zjawiska falowe w sieci, a także szybsze zużywanie komutatorów w silnikach. Obejściem problemu było obniżenie częstotliwości do 16,6 Hz, co niestety częściowo niwelowało zalety rozwiązania...
Jak wspomniałeś, lokomotywy na 3 kV= nie wymagały transformatora. Dodatkowo silniki trakcyjne prądu stałego były tańsze w budowie i mniej awaryjne. Przez lata w grę wchodziły bowiem jedynie silniki komutatorowe. Prostsze i bardziej niezawodne silniki indukcyjne prądu przemiennego znalazły zastosowanie dopiero pół wieku później, po rozpowszechnieniu półprzewodnikowych falowników dużej mocy.
Jeśli zaś chodzi o infrastrukturę, to zasilanie napięciem 15 kV~ wymagało budowy własnych elektrowni lub stacji przekształtników (zwykle elektro-mechanicznych), użycia bardziej zaawansowanych technologicznie (a więc droższych) transformatorów, aparatów (np. wyłączników, zabezpieczeń przeciwzwarciowych, itp.), a także dużo lepszej izolacji na całej sieci. Różnica kosztów budowy mogła znacznie przewyższać oszczędności wynikające z wyższej sprawności sieci na prąd przemienny.
Jedyną dodatkową rzeczą, którą wymagała sieć na prąd stały, były prostowniki. Ale w tamtych czasach stosowano relatywnie tanie i skuteczne prostowniki rtęciowe, dziś zakazane ze względu na toksyczność oparów rtęci. W przeciwieństwie do półprzewodników potrafiły one znieść duże przepięcia i przeciążenia. Nie stanowiły więc bariery dla rozwoju sieci prądu stałego.