TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 10, Octobe r 20 14, pp. 7099  ~ 710 7   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.553 0          7099     Re cei v ed  De cem ber 2 9 , 2013; Re vi sed  Jun e  21, 201 4; Acce pted July 15, 20 14   ANSYS Simulation Analysis of Stray Currents on  Subway Shield Tunnel       Guo Wa ng*, Xiaoxiang Pei  Schoo l of Auto mation a nd El e c trical Eng i ne e r ing, La nzh ou  Jiaoto ng U n ive r sit y ,   Lanz ho u, Gansu, Chin a, 730 0 7 0   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l w a ng gu o20 0 5 @e yo u.com,  061 21 42@stu.l z jtu.edu.cn       A b st r a ct   In ord e r to a n a l y z e  the  distri b u tion  rul e  a nd  influ ence  ran g e  of su bw ay s h iel d  tu nne l i n   differen t   traction c u rrent s, a thre e-di me nsio nal  ge o m et rical  mode l an d math e m atica l   mode l of  sub w ay shiel d  tu n nel   stray current field w e re bu ilt , and a finite  ele m ent  mod e l w a s devel o ped by Ansys . Simul a ting f o ho mo gen eo us  and  stratifie d  s o il  med i a w e r e  ha pp ene in t he  metro stray  curre nt fiel d s i mu lati on, thr o u g h   different carry- c urrents of railway.  Sim u lation show that the potentia l at tenuation is  nonlinear from  the  subw ay tunne l  to the surroundi ng un der gr oun d and a l o n g   far aw ay rail loadi ng curr e n t of direction;  T he  carry-current  is  differe nt, the   potenti a l  of s u r r oun din g   medi a is  differ ent,  and  the  gr eate r  the c u rre nt, the   greater the  ma ximu m pote n ti al. Each po int s  stray curr ent in situatio n of surr oun din g  soil  med i a su b w ay  tunne l shi e ld c an b e  an aly z e d  by the thre e- di me nsio nal  fi n i te ele m ent  mo del, a nd pr ovid e the bas is for th e   protectio n  ran g e  of stray current and t he pr otection at a sp e c ific locati on.     Ke y w ords subw ay shi e ld  tunne l, stray current fiel d,   ho mo gen eo u s  soil  me di a, stratified so il  me di a,   simulation analysis    Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  In sub w ay  DC tra c tion  po wer sy stems,  the ru nnin g  rails a r used  as th e return  path of   the train’s  cu rrent to the su pply sou r ce. Due to  the rai l s have a po o r  insul a tion from the gro u n d a part of current leaves  ra ils to the gro und.  The s e l eakage  cu rre nts are calle d stray  curre n ts.  Stray curre n t cau s e s  a  serie s  of seri ous  pro b lem s  that ele c tri c al  corro s io n  for bu ried  metal  st ru ct ur es  [ 1 - 2 ] .   Seriou sly affects  t he no rmal ope ratio n   of  urb an  rai l  tran sit. Th erefore,  co untri es  arou nd the  worl d attach  great impo rtance to th e  protectio n  a nd influen ce  of stray current  probl em. Pre s ently, the st udy dirction s are mai n ly  the followi ng  asp e ct s: the model of return  circuit syste m  at subway; influenc es a nd distri butio n of stray cu rrent; the mon i toring sy ste m  of  s t r a y curr ent.   The mod e l o f  return  circu i t system at  sub w ay: W. V.Baeckamn n had e s tabl ishe d a  model of  stray curre n t field un der th e ideal  con d i t ions, re sp ect i vely for vari able  with tra c tion  power  cu rren t and th e resi stan ce  of rail   and th e resi st ance of track-to-ea r th [2].  On thi s  b a si s,   a   track-to -ea r th  model of  sta y  current  with   drain age  net  wa s e s tabli s hed by M ou  Long hua  and  Liu   Yan [3-4]. An electri c  field whi c h can solve un derg r o und el ectri c  field distrib u tion  wa establi s h ed b y  Ade ogu nsola an d Pan g  Yuanbi ng,  th ereby,  curre n t  which le ave s  bu rie d  met a stru ctru es  was de rived,  and ultimatel y  imputed  to  corro s ion  q uantity as st anda rd  whi c h to   as se ss t he h a za rd s of  st r a y  cur r ent  [ 5 - 7 ] .  Mult iple  interval cal c ula t ion prog ram  wa s written b y   Ardizzo n  for the model of  return ci rcuit system [8].  Influence an d dist ribution  of stray  cu rrent:  M.T.So ylemeze  sim u lated the  effects of   traction  volta ge of DC1 5 0 0 V and  DC75 0V on rail pot ential an d st ray cu rre nt, a nd indi cate d that  increa sing th e voltage level can effe ctively reduc e p o tential and stray current [9]; C-H.Le e,Kinh   D an d Zh ang  Xiaoyu thou ght that the  mainly fact o r  of that is th e dista n ce b e twee n adj acent   traction  su bstation and ra il resi stan ce;  Mou Lon gh ua studi ed the effect of overall tra c k bed   reinfo rced strcture   on   rail potential and  stray cu rrent. Un der DC p a ram e ters, it  has no  effect  on  rail  p o tential and obital cu rre nt.  But  the  stray  cu rre n t lea k age  is mainly  com posed  of ste e l   stru cture of  circulatio n, redu cing th damag e to t he out side  [1 0-12]. T he ef fects  of ea rthing  strategi es on   rail p o tential  and  stray  currents in   DC  transit rail way were studie d  by  J.G.Yu,  a n d   the feature s   and ap plications  of these  were poi nted  out [13]. B.Y.Ku and Li  We i had sho w n t hat  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  709 9  – 7107   7100 diode -g roun d ed sy stem m a y re sult in hi gh rail  potenti a and stray current  of d r ai nage  net at the  s a me time, even if, it  may  reduc e   s t ray  c u rrent c o rros ion [1, 14].  There is a  differen c e b e tween the  re sults of  these mo dels a nd a c tu al values. T h e major  rea s on  is th a t  these m ode ls were e s tab lishe an d si mulated  und er the i deal  condition s, it can   only macroscopically and qualitatively analyze the e ffects of different facto r s on stray current.  These m odel can not be  accu rately  simulated  fo compl e x st ru cture  of  sub w ay tun nel a n d   geolo g ical co ndition s.  Thereby, this paper  simul a ted the act ual m odel of  sub w ay tunnel with FEM [15-18].  Becau s e the  type of subway tunnel  in driving ra nge  is shied tun nels, so this pape r ch ose the   shie d tunnel  as sim u lation  model. Un de r the multif ario us conditio n of non uniform track-to -ea r th   resi stan ce, soil resi stan ce , rail resi stan ce and in ho mogen eou soil medi a and stratified  soil   media, the simulation wa s develo ped  by ansys and the di stribution of stray current was  analyzed. To  further a naly z e the effe cts of tractio n   curre n t on st ray cu rrent field, different  rail  curre n ts were  loaded.       2. Stra y  Current Field Mo del in Sub w a y   2.1. Geometr i cal model  Based  on  ap paratu s  [1 9], a thre e-di me nsio nal m ode l of stray  cu rrent field  com putional   domain in  su bway shield tunnel was b u ilt accordi n g  to the actual size. The  section a l view of  comp utional  domain   of su bway stray current  field,   a s   sho w n  in Fi gure  1. Fi gure 1 illu strates that  the g r ou nd  was  mod e led   with a  len g th  of 100 m, a  h e ight of  60m   and  width  o f  1000 cub o id.  The top  of th is tunn el i s  lo cated  at a d e p th  of 10m   measured fro m  the  road  surface. Figu re 2   sho w the  structure of  sub w ay shiel d   tu nnel and   ra il way. the  tunn el ha s a  circu l ar  cross sect ion  with a n  inte rn al diam eter o f  2.6m, and  a  out si de  diam eter of  2.75m . There a r 0 . 05m bet wee n   them. To  sim p lify calculati on, two  rail were e quival ed to two cu boid s  , which  are  se pa rat e d   from 1.435m,  with a length  of 0.15m,  a height of 0.176 m and a widt h of 1000m.           Figure 1. Sectional View of  Computio nal  Domain of S ubway Stray Curre n t Field     5.5 5. 2   Figure 2. Structure of Sub w ay  Shield Tun nel and  Railway          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     ANSYS Sim u lation Analysi s  of Stray Current s on Subway Shield T unnel (Guo  Wang)  7101 2.2 Mathemat ical mod e l   Take   any clo s ed su rfa c e s from a  spa c condu ctor wh o s e volu me  cu rre nt den sity is  j according to t he la w of con s ervatio n  of charg e , t he el ectri c  qu antity that flows o u t of the clo s ed   surfa c e  p e r u n it time, mu st  be  eq ual to  t he a m ou nt of  ch arge th at v o lume  V  whi c h is  surro und e d   by the  clo s ed  su rfa c e S  de cre a sed  in  un it time,  then t he  cu rre nt co ntinuity equ ation i s  give d a s   formula (1):     sv q j ds dv tt                                                                       (1)    The cu rrent continuity equ ation in integral fo rm is calcualted from th e followin g  Equation  (2):     sv j ds dv t                                                                               (2)    Whe r mean s the ch arg e  den sity (C/m 3).   The cu rrent continuity equ ation in differ ential form is  gived as form ula (3 ):    j t                                                                                      (3)    In a ste ady  electri c  fiel d, elect r ic fiel d  and  cha r g e   do not  ch ang e with time,  unde r a  steady  ele c tric field,  the  curre n t conti nuity equ atio n in  integ r al  form  is calcualted f r om  the  following Equation (4):    0 s jd s                                                                                (4)    the curre n t co ntinuity equat ion in differen t ial form is gived as fo rmula  (5):     0 j                                                                                            (5)    Acco rdi ng to Ohm' s law, th e curre n t den sity compo n e n ts of three - di mensi onal  steady  curre n t field are form ula (6 ):    z γ j y γ j x γ j z z y y x x                                                                                    (6)    Whe r e jx jy and z j rep r e s ent  current de nsi t y compone nt in the directi on of x,y and  z and  x y and z  represen t condu ctivity  in  the dire ctio n of x,y and z  representspotential(V ) Acco rdi ng to equatio ns(5 ), the curre n t co ntinuity equat ion in the dire ction of x y and z  will be as follow (7):     0 xy z j jj xy z                                                                               (7)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  709 9  – 7107   7102 Acco rdi ng to Equation (5)  and (6 ), we  can get  the pot ential ba sic e quation s  of the stray  curre n t of the three-dimen s ional sub w ay sheil d  tunnel, a s sho w n formula (8 ):    () ( ) ( ) 0 xy z xx y y z z                                                     (8)    For a co nsta nt current field, only the bounda ry con d itions a r e nee d ed to list. The model   sho w n i n  fig u re 1 i s   sym m etrical to y axis, el e c tric  field line s  pa ssi ng throug h the y axis  are   perp endi cul a r to y axis. T he rate of po tential va riati on the axis o f  symmetry in the x direct ion   wa s 0, so tha t  the boun da ry conditio n a r e alo ng to  Neuman n bo un dary  conditio n s. Equ a tion  (9)  gives the defi n ite con d ition s  of Equation  (8).      0 0 n 下表                                                                                       (9)      3.Simulation Results and  Discuss tion  of Stra y  Current Field    Since th e a c tual bou nda ry shap e of t he st ray  current field  co mputional  do main in  sub w ay i s   co mplex an chang eable,  a nd the  ge olo g ical  conditio n  is diverse,  the st ructu r e   can  be cla ssified  as a small u n it  by  the  fini te  eleme n t m e thod. Th us,  it is e a sy to  simulate  vari ous  stru ctures  of irre gula r  shap e. It  can ha nd le all types  of boun dary  con d itions. Also,  it can  simulat e   stru cture of varieties m a terial [15]. Therefo r e,  due  to the distribution of stray current field   analyzed by ansy s  with the method of finite elemen t, it can better reflect any ca se on real tun nel  surro undi ngs.  This pa per a nalyze s  a nd  simulate s t h e  distri bution  o f  stray  curre n t  field with FE method in ho mogen eou s soil media an d  stratified soil media sepa ra tely.    3.1. Anal y s is  of Stra y  Current in Hom ogeneous Soil Media  Figure 1  sho w s that me di a 1-4 a r e  the  sam e  m edia  in h o mog e n eou soil m e dia. The  para m eters o f  calcul ation a r e sh own as  Table 1.       Table 1. Simulation Para meters of Ho mogen eou Soil Media   Material Name   Ralative permittivity Resistivity ( ·m)  Element  Tunnel  6.4  150  SOLID23 1  PLAN E230  Rail 1×10 7  2.1×10 -7   Soil 30  100            Figure 3. Electri c  Potential  Contou rs in  Homo gen eou s Soil Media (10A)  Figure 4. Electri c  Potential  Contou rs of  Neig hbo ring Tunnel  in Ho mogen eou s Soil  Media (10A)    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     ANSYS Sim u lation Analysi s  of Stray Current s on Subway Shield T unnel (Guo  Wang)  7103 In orde r to a nalyze th e ef fects of diffe rent  value s  of  traction  current on di strib u tion of  stray  cu rre nt field in  hom ogen eou so il media, t h e  value s  of traction  curren t of 20A, 20 0A,  1000A, 200 0 A  were  cal c ul ated se parately. The mod e l simulate d two rail s, and  the values of  rail  curre n t of 10A, 100A, 500A, 1000A we re load ed  se parately on  o ne end of e a c h rail. Figure 3  displ a ys that  the elect r ic p o tential co nto u rs  i n   hom og eneo us soil media when the  value  of  rail  curre n t is 10 A, and Figure  4 sho w s the  neigh bori ng tunnel in the  same situatio n .   Different loa d i ng cu rre nts  have the sa me c onto u rs.  The only differen c e s  are potential  value of cont ours, as  sho w n in Tabl e 2 .       Table 2. Co ntour Potential  Value Co rr espondi ng to the Different Lo ading  Current   Traction  c u rrent(A )   A(V) B(V)  C(V)  D(V)  E(V)  F(V)  G ( V)  H(V) I(V)  10 0.795148   2.38544   3.97574 5.56604 7.15633 8.74663 10.33669 11.9274   13.5175   100   7.95148   23.8544   39. 7574 55. 6604 71. 5633 87. 4663 103. 3669 119. 274   135.175   500   39.7574   119.272   198.787 278.302 357.817 437.332 516.846 596.361   675.876   1000   79.5148   238.098   397.574 556.604 715.633 874.663 1033.669 1192.74   1351.75       In orde r to a nalyze the di stributio n of stray  curre n t from the rail to  the surrou nd ing, the  longitudinal  section was i n stalled  t h rough  the center of  rail on  the  l e ft, as  shown in  profile 1-1 of  Figure 3. Fig u re 5  sh ows  that the  pote n tial cu rve of  different de p t hs in the lo n g itudinal  se ction.  The  cro s s se ction  wa s in stalled thro ug h the bottom  of  rail, a s  sh own i n  profile  2-2  of Figu re 3 .   Figure 6 sh o w s that the  potential  curve of different location s i n  the cross  se ction. Figu re 7   sho w s that th e Potential  curve of  rail wa y in hom ogen eou soil m e dia. On th e di agra m , 0 i s  t he  positio n of cu rre nt-carrying .             Figure 5. Potential Cu rve of 1-1 in  Homo gen eou s Soil Media   Figure 6 Potential Curve of  2-2 in  Homo gen eou s Soil Media         Figure 7. Potential Cu rve of Ra ilway in Homo gen eou s Soil Media       Figure 5-7  sh ow that the di stri butio n of stray current from the rail to the surro undi ng with  the different value s  of tracti on cu rrent, as sho w n in Ta ble 3.          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  709 9  – 7107   7104 Table 3. Poe n tial Distri buti on of the Rail way to the Surro ngdi ng Un derg r o und En vironme n Curre nt(A)   Profile 1-1potenti a l(V)  Profile  2-2potenti a l(V) Rail  potential(V)   Max i mum  value  Minimum  value  Max i mum  value  Minimum  value  Max i mum  value  Minimum  value  10 14.3127   14.3127   2.5272   14.313   14.154   100 143.127   143.127   25.272   143.13   141.54   500 715.633   715.633   126.36   715.63   707.7   1000  1431.27   1431.27  252.72   1431.3   1415.4       Figure 3-7 an d Table  3 sh ow that the  p o tentia l atten uation i s  nonl inear f r om th e rail to  the surro undi ng unde rg rou nd. The farth e r from t he rail and the more g ently the cu rve is, the   smalle r the stray curre n t stren g th it has. The  di stri bution rul e  o f  potential so lved by FEM in  homog ene ou s soil medi a  is con s iste nt with t he  theoreti c al result s proj ected unde r ideal   con d ition s  in appa ratu s [20 ] From th e a n a lysis, in  p r o f ile 1-1, th value of m a ximum pot ential incre a ses  with the  increa sing traction curren t. The value  of minimum  potential is 0 .  In profile 2-2, the value of  maximum po tential and m i nimum pote n tial also in crea se  with the increa sing  traction  cu rre n t.  The value of rail potential  incre a ses wi th the increa sing tra c tion  curre n t, but  decli ned by less  extent. Simulation re sult s sho w  that the  potentia l on  each point from the rail to  the surro und ing  unde rg roun has o b taine d , and providin g the basi s  fo r the prote c ti on ra nge of stray curre n t and  the specific location.     3.2. Anal y s is  of Stra y  Current in Stratified Soil Media  In stratified  soil me dia, Fig u re  1  sh ows t hat  me dia  1-4 is the  different me dia s The type   of eleme n and  paramet ers of tu nne l and  rail  chosen  are  n o t ch angi ng.  The  Rsi s tivity  Paramete rs o f  each Soil, as sh own in Table 4.       Table 4. Rsist i vity Parameters of e a ch S o il  Number   Name   Ralative  permittivity Resistivity   ( ·m) Media 1  Cla y ( w et)   10  Media 2  Soft soil  30  100  Media 3  Cla y  la y e r   40  500  Media 4  gravel  1000       In stratified  soil medi a, si milarly, the v a lue s  of  rail  curre n t of 1 0 A, 100A, 50 0 A , 1000A  were loa ded  sep a rately o n  one e nd of  each rail.  Fi gure  8 di spla ys that the e l ectri c  pote n tial  conto u rs in  stratified soil  media  whe n   the value of  rail current i s  10A. Fig u re 9 sho w s t he  neigh bori ng tunnel in the  same situatio n .             Figure 8. Electri c  Potential  Contou rs in  Stratified Soil Media (1 0A)  Figure 9. Electri c  Potential  Contou rs of  Neig hbo ring  Tunnel in Stratified Soil Media  (10A)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     ANSYS Sim u lation Analysi s  of Stray Current s on Subway Shield T unnel (Guo  Wang)  7105 Different loa d i ng cu rre nts  have the sa me c onto u rs.  The only differen c e s  are potential  value of cont ours, as  sho w n in Tabl e 2 .       Table 5. Co ntour Potential  Value Co rr espondi ng to the Different Lo ading  Current   Traction curre nt( A A(V)   B(V) C(V)  D(V)  E(V)  F(V) G ( V)  H(V)  I(V)  I =10A  2.2046   6.6138   11.023  15.4322 19.8414 24.2506   28.6598  33.069  37.4782 I =10A  22.046   66.138   110.23  154.322 198.414 242.506   286.598  330.69  374.782 I =500 A   110.23  330.69  551.15  771.61  992.07   1212.53   1432.99   1653.45   1873.91 I =1000A  220.46   661.38   1102.3  1543.22 1984.14 2425.06   2865.98  3306.9  3747.82     From the ab o v e datas   sh o w  that the distribution rul e  of  potential in stratified soil  media  is co nsi s tent  with the hom ogen eou s soi l  media.            Figure 10. Potential Curve  of 1-1 in Strat i fied  Soil Media  Figure 11. Potential Curve  of 2-2 in Strat i fied  Soil Media          Figure 12. Potential Curve  of Ra ilway in Stratified Soil Media      Figure 8 - 12  a nd Ta ble 5  show th at the  potentia l atte nuation i s  n o n linea r fro m  the rail to  the surro undi ng unde rg rou nd. The farth e r from t he rail and the more g ently the cu rve is, the   smalle r the stray curre n t stren g th it has. The  di stri bution rul e  o f  potential so lved by FEM in  homog ene ou s soil medi a  is con s iste nt with t he  theoreti c al result s proj ected unde r ideal   con d ition s  in appa ratu s [20 ] Figure 10 -12  sho w  that the  distrib u tion o f  stra y cu rren t from the rail  to the su rro u nding   unde r environ ment with the  different values  of tra c tion  curre n t, as sh own in Ta ble  6.      Table 6. Pote ntial Distri buti on of the Rail way to the Surro undi ng Un derg r o und En vironme n Curre nt(A)   Profile 1-1potenti a l(V)  Profile  2-2potenti a l(V) Rail  potential(V)   Max i mum  value  Minimum  value  Max i mum  value  Minimum  value  Max i mum  value  Minimum  value  10  39.6828  0 39.6828   27.299   39.682   39.524   100  396.828  0 396.828   272.99   396.82   395.24   500 1984.14   1984.1   1364.9   1984.1   1976.2   1000   3968.28  0 3968.28   2729.9   3968.2   3952.4   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  709 9  – 7107   7106 Wheth e r it is  homog ene ou s or  stratified  soil  me dia, th e potential att enuatio n is n online a from the  rail  to the  su rro un ding u nde e n vironm ent. In the  sam e  v a lue of t r a c tio n  current, I=1 0 A,  the Com p a r ison of ho mog eneo us  soil  media a nd  stratified soil m edia, a s  sho w n in  Table  7  and   in Table 8.       Table 7. Co m pari s on of Ho mogen eou Soil Media an d Stratified Soil Media   Profile 1-1   y =54m  potentia (V)   y =60m  potentia (V)   Voltage   drop(V )   y =30m  potentia (V)   y =40m  potentia (V)   Voltage   drop (V )   Homogeneo us soil media  4.57  4.47  0.1  3.42  5.63  2.21  Stratified soil media  28.58   28.55   0.03  25.42   31.42       As can  clea rl y be seen i n  Table  7, th e voltage  drop in  homo g eneo us  soil   media i s   obviou s ly larger than the  voltage dro p  in stratified  soil media in 5 0 -60 m  are a  of the profile 1-1.  On the cont rary, the voltage dro p  in homoge neo us soil media i s  obviou s ly smaller than t h e   voltage drop  in stratified  soil media in  30-4 0 m a r ea  of  the profile  1-1. Th e mai n  rea s o n  is t hat  the voltage drop is mainly concentrate in the area s of  high re sistivi y  ( 1 234   ).      Table 8. Co m pari s on of Ho mogen eou Soil Media an d Stratified Soil Media   Profile 2-2   Minimum potential (V)   Maximum poten tial  (V)   Voltage drop  (V)   Homogeneo us soil media  27.30   39.68   12.38   Stratified soil media  2.53  14.31   11.78       Table 8 sh ows that the voltage drop in h o m oge neo us  soil medi a is clo s e to the voltage  drop i n  st rati fied soil m e dia in the  profile 2- 2. T h i s  re ason i s   con s i s tent wi th the above- mentione d. Similarly, Tabl e 3 and  Tabl e 6 s how th e  minimum p o t ential maxim u m potential  of  rails a nd the  voltage dro p  is no differe nce.  The greater t he Re si stivity is,  the faster the spee d it has, the less stray curre n t leaks  surro undi ng soil can g e t. But both of the rails, an d tun nel nea r pote n tial become  greate r .       4. Conclusio n   In this  pap er the di strib u tion rule  and  influn ce  ran ge of  su bwa y  sheil d  tun n e l stray  curre n t in  different  tra c tion  cu rrents hav e be en  ca rri e d  out  by a n sys. Analyzi n g  the  simul a tio n   results  can b e  noted that:  (1) With th e i n crea singly v a lue of  cu rre n t- ca rryin g, the rail p o tent ial of the  su rroundi ng  media a nd le aka ge  current  raise comsta ntly. The  grea ter the resi sti v ity of the surroun ding m e d i is, the less stray current it has.   (2) T he two typical p r ofile s sho w  that th the potenti a l attenuation  is nonli nea r from the   rail to the su rroundi ng und e r groun d. Increasi ng re si stivity of rail and tunnel of su rro undi ng me dia   can effe ctively reduce the effe cts range  of stray cu rre n ts.  (3) An alyzin g  the simul a tion re sult s can  be  kn own, Wheth e r i t  is homo g e neou s o r   stratified  soil  media, the vo ltage drop tre nd from  the  rail to the su rroundi ng un de r enviro n me nt is   sho w in g no   differen c e. T he  spe ed of  voltage  dro p  is rel a ted  to re sist ivity. The  greater the   Re sistivity is, the faster th e spe ed it ha s, t he less st ray cu rrent le aks su rroun di ng soil  can g e t.  But both of the rails, an d tunnel ne ar pot ential be com e  greate r .   (4) T he thre e-dimen s ion a l finite element  model  can an alyze every p o ints st ray cu rre nt in  situation of surroun ding  soil media  sub w ay tunnel  shield. Beca use of this, pro v ide the basi s  for  the prote c tion  range of  stra y current and  the prot e c tion  of specifi c  lo cation  can b e  inferre d.      Ackn o w l e dg ements   This work is supp orted b y  natural sci ence fund of GanSu prov ince (121 2RJZA064),   basi c  scie ntific re se arch speci a l fund o f  GanSu insti t ution of high er edu catio n and the Yo ung  Schola r s Scie nce Fo und ation of Lan zh o u  Jiaoto ng University (2 01 1042 ).  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     ANSYS Sim u lation Analysi s  of Stray Current s on Subway Shield T unnel (Guo  Wang)  7107 Referen ces   [1]  LI W e i. Stray   Current Corr os ion Detecti on  and Preve n tio n   T e chnol og y   i n  Sub w a y . JIANG SU:  T he    Publ ishi ng H o u s e of Chin a Un iversity of Mini ng  An d T e ch no logy . 20 04:1- 5.  [2]  Baeckma n  Wv , HU Shixin. Han dbo ok  of  Catho d ic Prote c tion. BEI JING:  T he Publis hin g  House of   C h em i c a l  In dustry .2005: 50- 5 6 ..  [3]  LIU  Y an, W A NG Jing-mei, Z H AO Li,  YUAN Qiu-ho ng. Mathematic al Mode of  Distri butio n of Metr o   Stray  Curr ent.  Chin ese Jo urn a lof Eng i n eeri n g Mathea mtics .  2009; 2 6 (4): 5 71-5 76.   [4]  MU Long hu a. Metro Stra y  Cu rrent Dis tributi o n w i t h   Current Drain a g e Net.  Journ a l of the Chin a Railw ay   Society .  200 7; 29(3): 47- 51.   [5]  P A NG  Y uanbi n g , LI Qunzhan,  Li W e i.  A  Metro' s Stra y  Curr ent Mode l bas ed on Electric  F i eld.  Urba n   Mass T r ansit.  2008: 27- 31.   [6]  Ade, Ogunsola, Andrea  Maris c otti, Leo nard o  lin i. Estimatio n  of Stra Cur r ent F r om a  D C -Electrifie d   Rail w a an d Impresse d Pot entia l o n  a B u ried P i pe . IEE E  T r ansactio n s  on P o w e r D e livery . 20 12;   27(4): 22 40- 22 41.   [7]  P A NG  Y uanb in g, LI Qunzhan . Discu ssio n s on Metro' s Stra y  C u rre nt Model.  Jour nal  of Chon gqi n g   Institute of T e chno logy . 2 007:  1 1 [8]  Ardizzo n L, Pinato P ,   Z anine l li D. Electric traction  an d ele c trol y t ic corros i on: a soft w a re  tool for stra currents calc ul ation.  IEEE on  T r ansmiss ion  and D i stributi o n Confer enc e and Exp o siti on . 2003; (2) :   550- 555.   [9] MT   Söy l emez,  ı kba ş A  Kay p maz. Comparison of stray   cu rrents a nd ra il volta ge  profil es bet w e e n   750V DC a nd  1 500V DC p o w e r supp l y  s y ste m s usin g simu l a tion.  IEEE on Railway E ngineering . 2 005:  B5-2.   [10] C.-H.Lee,  H-M.W ang.  Ef fects  of ground in g schemes on rai l  potentia l an d stra y  currents i n   T a ipei rail   transit s y stems .   Electric Pow e Appl icatio ns . 200 1; 148( 2): 148-1 54.   [11]  KD Pham, RS  T homas, W E   Sti nger Anal ys is of Stra y  Cur r ent,  T r ack-to-Earth Potenti a l s & Substatio n   Neg a tive Grou ndi ng i n  DC  T r action E l ectrifi c ation S y stem.  IEEE/ASME J o in Rail Conference . 20 01 141- 160.   [12] Z hang  Xi ao yu, W ang  C hon gli n Anal ysisof the Stra y  C u rr ent in Rai l   T r ansit andth e  Steel Secti on i n   Current Dr ain a ge Net.  Urba n Mass T r ansit . 2005; (2): 43-4 9 .   [13]  JG Yu. T he Effects of Eart hing Strategi e s   on Rai l   Pot entia a nd Str a y Curr ents i n  D.C.T r ansit   Rail w a ys.  Int. Conf. on Develo pm ents in Mass Transit System s . 1 998: 3 0 3 -30 9 [14]  BK Ku,  T  Hsu.  Comp utation a nd Vali dati on o f  Rail-T o -Earth Potentia l for Diode Grou nde d DC T r actio n   S y stem at T a ipei Ra pid T r ansi t  Sy stem.  ASM E/IEEE Joint Rail Conference .  2004: 4 1 -46.   [15]  WANG Shishan, WANG  Delin, LI Yanming. Using Soft w a re  ANSYS to Analy z e E l ect r o Magnetic   Process.  Hig h Voltag e App a r a tus . 200 6: 27- 33.   [16] Z H AO Z h ibin, Z H ANG Bo, LI Lin.  Elimin atio n method for calcul atio n of  current field in m u lti-la ye r soi l .   Journ a l of Nort h Chi na Eletrc  Pow e r Univers i ty . 2003; 30(1):  22-25.   [17]  XIAO Yushe n g ,  SHI Chunh ua . On  the Divisio n of the Q uater na y in th e Nan  jing r egi on, Ea stern Chi n a .   Journ a l of Na ntong U n ivers i ty  (Natural Sc ien c e Editio n) . 20 08; 7(2): 60-6 5 .   [18]  W A NG Z i y a ng,  SHAO W w i y u n .C ylin dric al s u rfac e mo del  of  grou nd s ourc e   heat  pump  con s ideri n g  soi l   stratification.  J ourn a l of Z heji ang U n ivers i ty (Engi neer in g Scienc e) . 201 3; 47(8): 13 38- 14 43.   [19]  HU  Y unj in, HONG Z hen, F A N G  Jingpin g . Stra y  C u rr ent F i eld of F i nite El ement  An al ys i s  in Sub w a y .   Chin a Ra ilw ay Scienc e . 201 1; 32(6): 12 9.  [20]  LIN Jiang,  T A N G  Hua,  YU  Haixu e . Protection  of Stra y   Curre nt Corrosio n  in Metro.  Journal  of Builti n g   Materials . 2 0 0 2 ; 1(5): 74-75.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.