Returkrets og berøringsspenning

1 Hensikt og omfang

Dette dokumentet beskriver håndtering av spenningsstigning i returkrets ved elektrisk jernbane.

2 Innledning: Returkretsen

Returkretsen omfatter kjøreskinner og øvrige elektriske ledere som fungerer som returstrøm for tog, mellom en kilde (for eksempel matestasjon) og en belastning (for eksempel et tog).

Figur 1: Enkelt tilfelle med en kilde og en belastning.

På grunn av seriemotstanden i skinnene oppstår det en spenningsgradient i returkretsen. Denne spenningsgradienten gir en spenning mot jord i returkretsen, som er størst nær kilden og nær belastningen. Denne spenningsstigningen fører til at en del av strømmen også lekker ut til jord via jordforbindelser som konstruksjoner og mastefundamenter som er koplet til returkretsen. For lange linjer med konvensjonell utforming med betongfundamenter som er koplet til returkretsen, kan det beregnes at omtrent 25% av den totale returstrømmen vil gå via jord.

Mer kompliserte elektriske utforminger med sugetransformatorer, autotransformatorer, returledere, og langsgående jordledere vil føre til andre spenningsstigninger mot jord. Disse utformingene er beskrevet i Teknisk regelverk, Kontaktledning, Elektrisk utforming.

De ulike elektriske utformingene av kontaktledning har til felles at belastning og kortslutning i kontaktledningsnettet fører til et returpotensial, det vil si en spenningsstigning i returkretsen mot jord (referansejord, "fjern jord"). Denne spenningsstigningen betegnes U_RE. Største

3 Berøringsspenning

Berøringsspenning oppstår når ved berøring av to ulike potensialer samtidig. De relevante farescenarioene er:

1. Berøring av ledende deler tilkoplet returkretsen mens man står på jordoverflaten:
   1. i nærheten av et fundament som er koplet til returkretsen
   2. langt unna et fundament som er koplet til returkretsen
2. Berøring av to ledende deler samtidig, der:
   1. den ene delen er koplet til returkretsen og den andre delen er jordet på stedet
   2. den ene delen er koplet til returkretsen, og den andre delen er jordet til et annet jordpotensial med elektroder som er langt fra sporet

Jordoverflatespenning brer seg ut fra fundamenter tilkoplet returkretsen som vist i Figur 2. Spenningsforskjellen mellom det punktet på jordoverflaten man står på og returpotensialet, betegnes som forventet berøringsspenning (U_TP "Prospective touch voltage").

Figur 2: Tverrprofil for jordpotensialstigning. MERK: Vi har fått tilbakemelding om at det er avstanden fra nærmeste fundament som er viktig. Det innebærer at skinnene, som har god isolasjon fra jord, hever jordpotensialet som vist i figuren. Figuren bør derfor rettes.