12.3.2.1 概述

鋼軌對大地電壓UTE就是鋼軌和大地之間的電壓。圖12.19表示了鋼軌對大地電壓的特性曲線，它是與線路垂直距離的函數。在沿線路方向，UTE只在過渡長度ltrans以外的點才降到較低值。

圖12.7表示了在長度為24km的饋電區，每kA牽引電流的鋼軌對大地電壓。

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

UTE的值由牽引電流、單位長度的漏泄電導、變電所與負載之間的距離以及變電所的接地電阻RE決定。

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

任意兩點之間的鋼軌對大地電壓可測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Uab。圖12.19中給出了這個數值的兩個實例。

直流系統的鋼軌對大地電壓可通過式 (12.9) 來計算，而單相交流系統的鋼軌對大地電壓可通過式 (12.19) 來計算。如果個別鐵路其終點的阻抗值不等于自然特性阻抗Z0，而是一個不同于的值，則，對于指數部分已經衰減的區域，可從公式 (12.10) 推導出負載作用點的鋼軌對大地電壓

在裝了接地系統的變電所里，接地電阻率為ZE時，電壓可由以下公式計算

例：第12.4.3.2節的實例中推導出，在YTE＝1S/km時，每kA牽引電流的UTE＝75V，在的變電所里，裝了附加接地體系統后，鋼軌對大地電壓是怎樣降低的呢?

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

12.3.2.2 運行狀態下的鋼軌對大地電壓

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

在單相交流系統中，電流值一定時，兩列牽引電流達最大值的車輛在相鄰鐵路同方向錯車時，會產生最高的鋼軌對大地電壓。兩列正在加速的列車反方向錯車時所引起的鋼軌對大地電壓可能會持續1min甚至更久。在這些情況中，如圖12.2所示，對于作用時間高達5min的電流，其允許接觸電壓為65V。由此，可能對人身有危害的鋼軌電位不能超過UTE＝65kV (譯注： 應為65V)。如果取德國鐵路標準的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k=0.5，而且允許Uab＝65V，則作用時間為幾分鐘時，根據式 (12.2)，鋼軌對大地電壓和牽引電流的比為76.5V/kA。

在雙線路系統中，每條線路的漏泄電導為0.1S/km，當與鋼軌相連的支柱的接地電阻不超過106Ω時，鋼軌對大地電位就不會超過此值。圖12.8中列出的實例表示鋼軌對大地電位與支柱接地電阻的關系。