牽引電流經(jīng)過回流回路流回牽引變電所。在直流系統(tǒng)中，電流的方向可能不同，它取決于所選的接觸線極性。甚至在列車制動時，電流方向也會在某一區(qū)段內(nèi)改變。從電氣工程的角度上來說，接觸網(wǎng)系統(tǒng)和回流回路構(gòu)成了一個不可分割的整體單元。牽引電流總是和功率損耗成正比的。

在交流牽引系統(tǒng)中，流經(jīng)大地的回流部分取決于回流導線的設計和截面的大小，約為牽引電流的5%～50%。相反，在直流系統(tǒng)中，則要盡可能地采取避免電流流入大地的措施，使雜散電流腐蝕降至最低。

傳統(tǒng)的牽引供電系統(tǒng)如圖12.1所示。鋼軌回流系統(tǒng) (RR) 最為常用。特殊類型的回流系統(tǒng)采用吸流變壓器 (BT) 和自耦變壓器 (AT)。在BT系統(tǒng)中，在兩個吸流變壓器的中間位置，將絕緣的回流線連接到走行軌，其電位大致等于軌電位。它們攜帶了大部分回流，并流經(jīng)走行軌和大地。在使用AT的交流系統(tǒng)中，通過一個有源回流回路，也就是所說的正饋線，采用兩倍或數(shù)倍于架空接觸網(wǎng)電壓供電系統(tǒng)。在鐵路運營區(qū)段，走行軌和大地傳導回流的方式和鋼軌回流系統(tǒng) (RR) 是一樣的。

圖12.1 交流電氣化鐵道系統(tǒng)中的軌道回流

a) 經(jīng)過走行軌的回路;

b) 經(jīng)過走行軌和回流線的回路;

c) 吸流變壓器系統(tǒng);

d) 自耦變壓器系統(tǒng)

在采用多相供電的地方，如： 第1章中所述的2×Un饋電系統(tǒng)，有三個導體用于供電： 接觸線、回流線(也叫負饋線) 和鋼軌，見圖12.1c)。理論上講，在自耦變壓器的負載區(qū)域外，應沒有電流流經(jīng)鋼軌。但是實際上，研究表明 [12.5]，有10%的負載電流會流經(jīng)鋼軌。

如第2.5.4.4節(jié)中的說明，人們也傾向于由鋼軌提供間接電氣接觸保護。這種保護裝置是通過將導電部件連接到走行軌上實現(xiàn)的。這里我們要區(qū)分一下直接牽引接地和開放式牽引接地，前者的導電部件是直接連接到鋼軌上的，后者的導電部件通過限壓器或者短路裝置連接到鋼軌上，在后者這樣的情況下，如果故障發(fā)生且故障電壓超過臨界電壓值時，則會出現(xiàn)臨時或永久性接通。在交流電氣化鐵道牽引系統(tǒng)中，應該認為牽引接地系統(tǒng)包括傳導回流并被接地的走行軌，也包括在電氣上與之連接的所有導電部件。

上述提到的鋼軌對大地電位，會因地點、時間和負載條件的不同而發(fā)生變化。人類和動物都有可能與全部電位或部分電位相接觸。因此，為了消除對人體的危害，鋼軌對大地電位不能超過標準EN 50 122-1 [12.1] 中規(guī)定的允許值。

將來，HD 637 S1 [12.1] 標準將適用于電氣化鐵道變電所中高壓區(qū)域的三相交流系統(tǒng)的裝置。EN 50 122-1標準則適用于與電氣化鐵道本身毗鄰的區(qū)域。

如圖12.2所示，人體手腳之間的最大允許接觸電壓取決于EN 50 122-1和HD 637 S1標準中定義的電流持續(xù)時間。在計算這些值的時候，沒有考慮附加電阻。各標準沒有規(guī)定跨步電壓值，由于跨步電壓值可能比允許接觸電壓更大。

圖12.2 根據(jù)EN 50122-1和HD 637 S1標準，允許接觸電壓Uper與電流持續(xù)時間t的關系曲線。

如果鋼軌對大地電位過高，而該電位可接觸到的部分又超過允許接觸電壓，則會產(chǎn)生對人體的危害。這部分鋼軌和大地的電位差在圖12.5中表示為Uab，在圖12.19中表示為Uab/UTE。從這幾個圖中可以清楚看到，大部分情形下，Uab/UTE的值都低于1。最糟糕的情形下，Uab等于UTE。

如果作用于赤裸的手足，可接近電壓才可能等于允許接觸電壓Uper(也就是說Uab/UTE＝1)。實際上，無論如何，當帶有較高電位的部件被接觸時形成的回路都包含附加電阻，如圖12.3所示。

圖12.3 接觸電路等效圖

ZB—人體阻抗; IB—通過人體的電流;

Ra1—鞋的電阻;Ra2—當?shù)氐慕拥仉娮?/p>

例如： 在鐵路上工作的人，Ra是Ra1(如鞋的電阻) 和當?shù)氐慕拥仉娮鑂a2的總和。因為通常將鞋和鐵路附近的接地電阻假設為電流持續(xù)時間的函數(shù)，因此圖12.4所示的是在考慮了接觸回路中的附加電阻之后所允許的接觸電壓。這些值明顯大于未采取任何保護措施的人體所能承受的允許接觸電壓。

在 [12.6] 中，測量了13種不同類型的鞋在風干2～7h之后的鞋底電阻，測量對象為大量的隨機抽樣。除皮革內(nèi)鑲的鞋底電阻為350Ω外，其余的鞋底電阻全都在4.4kΩ(PVC鞋底) 和9.4MΩ (PUR鞋底) 之間。

圖12.4 根據(jù)HD 637 S1，假定在接觸回路中包含附加電阻，電流作用時間與最大允許接觸電壓的關系

a) Ra＝0，也就是說Uab＝Uper;

b) Ra1=710Ω、ρE=27Ω·m時，Ra＝750Ω;

c) R