Warum verwendet die Londoner U-Bahn zwei Stromschienen statt nur einer?

Von http://www.trainweb.org/tubeprune/tractioncurr.htm :

Aktuelle Schienen

Alle Londoner U-Bahn-Linien (einschließlich W & C) arbeiten mit 630 Volt Gleichstrom und verwenden dritte (positive) und vierte (negative) Stromschienen. Die Stromschienen sind so positioniert, dass die Auflagefläche höher liegt als die Laufschienen. Dadurch können die Schleifer der Züge über die Laufschienen fahren, ohne diese zu berühren. Die positive Schiene ist 3 Zoll höher als die Laufschienen, während die negative Schiene 1,5 Zoll höher ist. Die positiven Isolatoren sind also doppelt so hoch wie die negativen und haben damit etwa den doppelten Erdableitwiderstand, so dass sich die Spannungen mit einem proportionalen Unterschied zwischen den positiven und negativen Spannungspegeln einstellen. Die positive Schiene liegt auf einem Potential von 420 Volt über Erde und die negative Schiene auf 210 Volt unter Erde.

Warum 4 Schienen?

Die Londoner U-Bahn nutzt das Vierschienensystem aus zwei Hauptgründen. Erstens wurde ursprünglich von der Regierung gefordert, den Spannungsabfall entlang der Leitung auf 7 Volt zu begrenzen. Dies sollte Probleme verringern, die durch Streuströme verursacht werden, die eine Elektrolyse verursachen, die Versorgungsrohre und -kabel beeinträchtigt. Während die Straßenstraßenbahnen, deren Fahrzeuge keine Starkstromverbraucher waren, davon nicht betroffen waren, konnten die von den Zügen gezogenen Ströme Schwierigkeiten bereiten. Die Lösung bestand darin, entweder schwere Rückleiterkabel und Booster bereitzustellen oder eine vierte Schiene zu verwenden. Die vierte Schiene wurde gewählt, teilweise als billigere Option und teilweise aus signaltechnischen Gründen. Da Gleichstrom-Gleisstromkreise zur Signalsteuerung verwendet werden sollten, war ein isoliertes Rückführungssystem für den Fahrstrom eine effektive Möglichkeit, die beiden Systeme zu trennen.
Heutzutage ist dies kein so großes Problem, da alle Gleisstromkreise Wechselstrom sind.

Die National Rail-Bereiche, die eine dritte Schiene verwenden, haben den Leiter mit einer Nennspannung von +750 V und verwenden die Laufschienen als 0-V-Rückleitung; Es gilt jedoch immer noch nicht als "sicher", dass sich ungeschulte Personen auf oder in der Nähe der Strecke aufhalten ...

Dies behandelt eine Ihrer Unterfragen aus einem anderen Blickwinkel als die Antwort von AakashM, die ich zuerst zu lesen empfehle.

Warum nicht 630 V und 0 V verwenden? Würde es nicht eine der Schienen für Menschen sicher machen?

Das würde es, aber der Bereich, in dem sich die Schienen befinden, wäre immer noch ein sehr gefährliches Gebiet, sowohl von der Elektrizität als auch von den Zügen, die es antreibt. Eine winzige Verringerung einer großen Gefahr nützt niemandem viel, und wenn sie das Fehlerrisiko auch nur geringfügig erhöht, kann das Gesamtrisiko steigen, da die Fehlersuche nicht risikofrei ist.

Die Verwendung von +630 V anstelle von +420 V ist in der Tat eine mögliche Option und würde die Eisenbahnausrüstung etwas einfacher und sicherer machen. Dies wird in den meisten Ländern häufig mit Haushaltsstrom gemacht, wo nur ein Draht "unter Spannung" steht.

Es würde jedoch bessere Isolatoren erfordern, um mit einer höheren Spannung fertig zu werden. Vielleicht waren solche Isolatoren beim Bau der ersten Bahnabschnitte nicht verfügbar oder zu teuer, sodass die Spannung aufgeteilt wurde. Und nachdem diese ersten Abschnitte einen De-facto-Standard gesetzt hatten, respektierten ihn andere Abschnitte aus Kompatibilitätsgründen, selbst wenn Hochspannungsisolatoren verfügbar wurden.

Eine gleichmäßige Aufteilung (+/- 315 V) wäre aus elektrischer Sicht besser gewesen, aber es scheint, dass die höhere Höhe der 420-V-Isolatoren an sich nützlich ist, da sie verhindert, dass die 420-V-Kollektorschuhe versehentlich die niedrigere -210-V-Schiene berühren .