Elektrifizierung der Londoner U-Bahn

Der Grund für die Verwendung eines isolierten Rückführungssystems und nicht einer isolierten Zuführung (dritte Schiene) und Rückführung durch die Laufschienen ist historisch, da die Regierung in c. 1900 musste der Gesamtspannungsabfall auf 7 Volt begrenzt werden, um Elektrolyseschäden durch Streuströme an nahe gelegenen vergrabenen Metallstrukturen zu verhindern (ein Großteil der U-Bahn befindet sich im Tunnel). Eine vierte Schiene war billiger als schwere Kabel und Booster.

Obwohl die Bahnstromversorgung nicht direkt auf Erde bezogen ist, hat jede Abschnittsabzweigstation Potentialteilerwiderstände. Die positiven und negativen Traktionsschienen sind über hochohmige Widerstände (normalerweise in der Größenordnung von 7,5 bis 10 Kiloohm) mit der durchgehenden Laufschiene (die mit Erde verbunden ist) verbunden, um positive 420 V über der Erde und negative 210 V unter der Erde zu referenzieren.

Diese willkürliche Festlegung der Spannung ermöglicht es Erdschlussrelais in jedem Hauptabschnitt, positive und negative Traktionserdschlüsse zu erkennen und sie im Network Operations Center und den Line Control Rooms anzuzeigen. Ein Erdschluss auf einer Traktionsschiene treibt die andere Schiene auf volle 630 V positiv oder negativ. Züge in diesem Abschnitt sind von einem einzelnen Erdschluss nicht betroffen und können weiterhin fahren.

Es wird ein Modernisierungsprogramm durchgeführt, um die Traktionsversorgung auf 750 V (+500 und -250 V) zu erhöhen, und die Strecken werden umgebaut, wenn neueres kompatibles Rollmaterial eingeführt wird.

Bei Streckenabschnitten, die mit konventionellen Überlandbahnen geteilt werden, die nur über Fahrzeuge mit dritter Schiene verfügen, ist die mittlere Schiene geerdet und mit der Laufschiene verbunden, und die äußere Schiene wird derzeit mit +630 Volt gespeist. Beide Zugtypen können mit dieser Anordnung verkehren.

Es gab einige Fälle (die Great Northern and City Line 1977 und die East London Line 2010), in denen Linien, die früher von der London Underground betrieben wurden, in das Eigentum von National Rail übergegangen sind und hauptsächlich als Teil von oberirdischen Schienendiensten betrieben wurden. Diese wurden von einer Vier-Leiter- auf eine Standard-Drei-Leiter-Versorgung von National Rail umgestellt. Seit 1900 haben technologische Fortschritte (z. B. isolierte Stützen für die Laufschiene) das Korrosionsrisiko für unterirdische Metalle beseitigt. Die Kosten für die Umrüstung des gesamten Londoner U-Bahn-Versorgungssystems und des gesamten Rollmaterials sind viel zu hoch.

Keine der Stromschienen ist erdbezogen – dh sie schweben in Bezug auf die Erde (und die Laufschienen). Wenn eine von ihnen auf 0 V wäre (damit meinen Sie vermutlich Erdbezug), würde dies bedeuten, dass die Schiene im Wesentlichen inert wäre, aber die andere Schiene wäre dann äußerst gefährlich zu berühren. Dies wäre keine Verbesserung der Sicherheit.

Der Grund für die unterschiedlichen Spannungen liegt darin, dass die positive Schiene höher über den Laufschienen liegt als die negative Schiene. Dies ermöglicht dickere Isolatoren und kann daher eine höhere Spannungsdifferenz vor dem Durchbruch unterstützen.

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 .

Ich glaube, ein ursprünglicher Grund war, die Züge mit 210 Volt starten zu können und dann auf 420 Volt und dann auf 630 Volt umzuschalten, wenn die Motoren schneller wurden. Vermeidung der Notwendigkeit für solche massiven wärmeerzeugenden Strombegrenzungswiderstände an Bord der Züge.

Laut einem Ingenieur, der an der U-Bahn arbeitet, ist das Abführen von Abwärme in den tiefen U-Bahn-Leitungen ein großes technisches Problem, da die Belüftung schwieriger ist.