12.3.2.1 概述

鋼軌對(duì)大地電壓U_TE就是鋼軌和大地之間的電壓。圖12.19表示了鋼軌對(duì)大地電壓的特性曲線，它是與線路垂直距離的函數(shù)。在沿線路方向，U_TE只在過渡長(zhǎng)度l_trans以外的點(diǎn)才降到較低值。

圖12.7表示了在長(zhǎng)度為24km的饋電區(qū)，每kA牽引電流的鋼軌對(duì)大地電壓。

圖12.7 在沒裝回流線的雙線鐵路系統(tǒng)中沿線的鋼軌對(duì)大地電壓和牽引電流比(單位長(zhǎng)度有效漏泄電導(dǎo)為2S/km，變電所的接地電阻為0.2Ω)

U_TE的值由牽引電流、單位長(zhǎng)度的漏泄電導(dǎo)、變電所與負(fù)載之間的距離以及變電所的接地電阻R_E決定。

如圖12.19所示，大地表面任一點(diǎn)P與大地參考電位之間的電壓，可通過繪制UPE/U_TE隨距鋼軌的距離a變化的曲線來得到。但是在很多實(shí)際情況中，重要的是要得到鋼軌對(duì)大地表面P點(diǎn)的電壓U_TP。圖12.19也繪制了該電壓的U_TP/U_TE值。該電壓隨著P點(diǎn)與鋼軌距離的增加而增加，并在參考大地的邊緣達(dá)到最大值U_TE。

任意兩點(diǎn)之間的鋼軌對(duì)大地電壓可測(cè)量到的部分或者是可接觸到的部分，形成了可能接觸到的電壓U_ab。圖12.19中給出了這個(gè)數(shù)值的兩個(gè)實(shí)例。

直流系統(tǒng)的鋼軌對(duì)大地電壓可通過式 (12.9) 來計(jì)算，而單相交流系統(tǒng)的鋼軌對(duì)大地電壓可通過式 (12.19) 來計(jì)算。如果個(gè)別鐵路其終點(diǎn)的阻抗值不等于自然特性阻抗Z0，而是一個(gè)不同于的值，則，對(duì)于指數(shù)部分已經(jīng)衰減的區(qū)域，可從公式 (12.10) 推導(dǎo)出負(fù)載作用點(diǎn)的鋼軌對(duì)大地電壓

在裝了接地系統(tǒng)的變電所里，接地電阻率為ZE時(shí)，電壓可由以下公式計(jì)算

例：第12.4.3.2節(jié)的實(shí)例中推導(dǎo)出，在Y_TE＝1S/km時(shí)，每kA牽引電流的U_TE＝75V，在的變電所里，裝了附加接地體系統(tǒng)后，鋼軌對(duì)大地電壓是怎樣降低的呢?

在第12.5.5.9節(jié)里，計(jì)算出自然特性阻抗為，假定，得出k=0.46，由此，可計(jì)算出變電所的鋼軌對(duì)大地電壓為33V/kA。假定變電所的接地電阻為0.2Ω，則在變電所的鋼軌對(duì)大地電壓為47V/kA。

12.3.2.2 運(yùn)行狀態(tài)下的鋼軌對(duì)大地電壓

在以下章節(jié)中，牽引車輛所攜帶的運(yùn)行電流被稱為列車牽引電流I_trc。在由交流系統(tǒng)供電的一般鐵路運(yùn)輸中，列車牽引電流可高達(dá)1000A。ICE1高速列車的最大牽引單元的電流是850A。ICE3型列車，每列列車有兩個(gè)牽引單元，運(yùn)行電流最大值可達(dá)1450A。

在單相交流系統(tǒng)中，電流值一定時(shí)，兩列牽引電流達(dá)最大值的車輛在相鄰鐵路同方向錯(cuò)車時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最高的鋼軌對(duì)大地電壓。兩列正在加速的列車反方向錯(cuò)車時(shí)所引起的鋼軌對(duì)大地電壓可能會(huì)持續(xù)1min甚至更久。在這些情況中，如圖12.2所示，對(duì)于作用時(shí)間高達(dá)5min的電流，其允許接觸電壓為65V。由此，可能對(duì)人身有危害的鋼軌電位不能超過U_TE＝65kV (譯注： 應(yīng)為65V)。如果取德國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)的k值，則允許的鋼軌電位為130V。

在最糟糕的情形下，兩列列車都在加速，并都取850A的電流，假設(shè)k=0.5，而且允許U_ab＝65V，則作用時(shí)間為幾分鐘時(shí)，根據(jù)式 (12.2)，鋼軌對(duì)大地電壓和牽引電流的比為76.5V/kA。

在雙線路系統(tǒng)中，每條線路的漏泄電導(dǎo)為0.1S/km，當(dāng)與鋼軌相連的支柱的接地電阻不超過106Ω時(shí)，鋼軌對(duì)大地電位就不會(huì)超過此值。圖12.8中列出的實(shí)例表示鋼軌對(duì)大地電位與支柱接地電阻的關(guān)系。