Почему в лондонском метро используются два рельса, а не один?

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

Текущие рельсы

Все линии лондонского метрополитена (включая W&C) работают при напряжении 630 вольт постоянного тока с использованием третьей (положительной) и четвертой (отрицательной) линий тока. Текущие рельсы располагаются так, чтобы контактная поверхность была выше ходовых рельсов. Это позволяет башмакам коллекторов в поездах проходить по ходовым рельсам, не касаясь их. Положительный рельс на 3 дюйма выше ходовых рельсов, а отрицательный рельс на 1,5 дюйма выше. Таким образом, положительные изоляторы в два раза выше отрицательных и, следовательно, имеют примерно вдвое большее сопротивление утечки на землю, поэтому напряжения устанавливаются с пропорциональным несоответствием между положительным и отрицательным уровнями напряжения. Положительная шина имеет потенциал 420 вольт над землей, а отрицательная шина - 210 вольт ниже земли.

Почему 4 рельса?

Лондонское метро использует четырехрельсовую систему по двум основным причинам. Во-первых, изначально от правительства требовалось ограничить падение напряжения по линии до 7 вольт. Это было предназначено для уменьшения проблем, вызванных блуждающими токами, вызывающими электролиз, воздействующий на инженерные трубы и кабели. Хотя это не затронуло уличные трамваи, транспортные средства которых не пользовались сильным течением, токи, тянущиеся поездами, могли вызвать трудности. Решение состояло в том, чтобы либо обеспечить тяжелые обратные кабели и усилители, либо использовать четвертый рельс. Четвертый рельс был выбран отчасти как более дешевый вариант, а отчасти из соображений сигнализации. Поскольку для управления сигналами должны были использоваться рельсовые цепи постоянного тока, изолированная возвратная система для тягового тока была эффективным способом разделения двух систем.
В настоящее время это не такая большая проблема, поскольку все рельсовые цепи переменного тока.

В районах Национальной железной дороги, в которых используется третий рельс, проводник имеет номинальное напряжение +750 В, а ходовые рельсы используются в качестве возврата 0 В; тем не менее, для неподготовленных людей нахождение на трассе или рядом с ней по-прежнему не считается «безопасным» ...

Это касается одного из ваших подвопросов с другой точки зрения на ответ AakashM, который я рекомендую прочитать в первую очередь.

Почему бы не использовать 630 В и 0 В? Разве это не сделает один из рельсов безопасным для людей?

Да, но район, где проходят рельсы, по-прежнему будет очень опасным, как из-за электричества, так и из-за поездов, которые оно питает. Крошечное уменьшение огромной опасности никому не принесет особой пользы, и если оно хоть немного увеличит риск ошибок, общий риск может возрасти, поскольку поиск неисправностей небезопасен.

Использование +630В вместо +420В действительно возможно, и это сделало бы железнодорожное оборудование несколько проще и безопаснее. Так часто поступают с бытовой электроэнергией в большинстве стран, где «живым» является только один провод.

Однако для работы с более высоким напряжением потребуются более качественные изоляторы. Возможно, такие изоляторы не были доступны или были слишком дороги, когда строились первые участки железной дороги, поэтому напряжение было разделено. И как только эти первые секции установили стандарт де-факто, другие секции соблюдали его для совместимости, даже если стали доступны высоковольтные изоляторы.

Разделение поровну (+/- 315 В) было бы лучше с электрической точки зрения, но кажется, что большая высота изоляторов 420 В полезна сама по себе, поскольку она предотвращает случайное касание башмаков коллектора 420 В шины -210 В, которая ниже. .