12.3.2.1 概述

钢轨对大地电压UTE就是钢轨和大地之间的电压。图12.19表示了钢轨对大地电压的特性曲线，它是与线路垂直距离的函数。在沿线路方向，UTE只在过渡长度ltrans以外的点才降到较低值。

图12.7表示了在长度为24km的馈电区，每kA牵引电流的钢轨对大地电压。

图12.7 在没装回流线的双线铁路系统中沿线的钢轨对大地电压和牵引电流比(单位长度有效漏泄电导为2S/km，变电所的接地电阻为0.2Ω)

UTE的值由牵引电流、单位长度的漏泄电导、变电所与负载之间的距离以及变电所的接地电阻RE决定。

如图12.19所示，大地表面任一点P与大地参考电位之间的电压，可通过绘制UPE/UTE随距钢轨的距离a变化的曲线来得到。但是在很多实际情况中，重要的是要得到钢轨对大地表面P点的电压UTP。图12.19也绘制了该电压的UTP/UTE值。该电压随着P点与钢轨距离的增加而增加，并在参考大地的边缘达到最大值UTE。

任意两点之间的钢轨对大地电压可测量到的部分或者是可接触到的部分，形成了可能接触到的电压Uab。图12.19中给出了这个数值的两个实例。

直流系统的钢轨对大地电压可通过式 (12.9) 来计算，而单相交流系统的钢轨对大地电压可通过式 (12.19) 来计算。如果个别铁路其终点的阻抗值不等于自然特性阻抗Z0，而是一个不同于的值，则，对于指数部分已经衰减的区域，可从公式 (12.10) 推导出负载作用点的钢轨对大地电压

在装了接地系统的变电所里，接地电阻率为ZE时，电压可由以下公式计算

例：第12.4.3.2节的实例中推导出，在YTE＝1S/km时，每kA牵引电流的UTE＝75V，在的变电所里，装了附加接地体系统后，钢轨对大地电压是怎样降低的呢?

在第12.5.5.9节里，计算出自然特性阻抗为，假定，得出k=0.46，由此，可计算出变电所的钢轨对大地电压为33V/kA。假定变电所的接地电阻为0.2Ω，则在变电所的钢轨对大地电压为47V/kA。

12.3.2.2 运行状态下的钢轨对大地电压

在以下章节中，牵引车辆所携带的运行电流被称为列车牵引电流Itrc。在由交流系统供电的一般铁路运输中，列车牵引电流可高达1000A。ICE1高速列车的最大牵引单元的电流是850A。ICE3型列车，每列列车有两个牵引单元，运行电流最大值可达1450A。

在单相交流系统中，电流值一定时，两列牵引电流达最大值的车辆在相邻铁路同方向错车时，会产生最高的钢轨对大地电压。两列正在加速的列车反方向错车时所引起的钢轨对大地电压可能会持续1min甚至更久。在这些情况中，如图12.2所示，对于作用时间高达5min的电流，其允许接触电压为65V。由此，可能对人身有危害的钢轨电位不能超过UTE＝65kV (译注： 应为65V)。如果取德国铁路标准的k值，则允许的钢轨电位为130V。

在最糟糕的情形下，两列列车都在加速，并都取850A的电流，假设k=0.5，而且允许Uab＝65V，则作用时间为几分钟时，根据式 (12.2)，钢轨对大地电压和牵引电流的比为76.5V/kA。

在双线路系统中，每条线路的漏泄电导为0.1S/km，当与钢轨相连的支柱的接地电阻不超过106Ω时，钢轨对大地电位就不会超过此值。图12.8中列出的实例表示钢轨对大地电位与支柱接地电阻的关系。