I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2021 ,   p p .   1 7 ~2 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 1 i 1 . p p 1 7 - 26          17       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   I m pa ct  of rail i mpeda nce in trinsic   v a ria bility o n railw a y  sy ste m   o pera tion, EM C  a nd sa fet y       Andrea   M a risco t t i   De p a rtme n t  o f   El e c tri c a l,   El e c tro n ic an d   T e lec o m m u n ica ti o n s E n g in e e rin g ,   a n d   Na v a l  A r c h it e c tu re   (DIT EN) ,    Un iv e rsit y   o f   G e n o v a ,   Ital y       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   2 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   J u n   1 1 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   J u l 3 0 ,   2 0 2 0       Ru n n in g   ra il s  in   e lec tri f ied   tran s p o rtati o n   sy ste m s  a re   th e   in terf a c e   e le m e n t  f o r  se v e ra l  p h e n o m e n a   re late d   to   sy ste m   p e r f o r m a n c e ,   e lec t ro m a g n e ti c   c o m p a ti b il it y   a n d   sa f e t y :  u se f u l  v o lt a g e   a t  ro ll i n g   sto c k ,   s h o rt   c ircu it   c u rre n t ,   in d u c e d   v o lt a g e ,   stra y   c u rr e n t,   a n d   trac k   c ircu it   o p e ra ti o n .   T h is  w o r k     p re se n ts  th e   p h y sic a l  a n d   m a th e m a ti c a l  g ro u n d i n g s  o f   ra il   e lec tri c a l   p a ra m e ters   ( DC  a n d   AC   re sista n c e ,   A C  in tern a l  a n d   e x tern a l  i n d u c tan c e )  a n d   e x p e ri m e n tal  re su lt s  a v a il a b le  in   th e   li tera tu re ,   d isc u ss in g   v a riab il it y   a n d   re li a b il it y   f o r  e a c h   in terf a c e .   T h e   re su lt s  c o n sist   th u s  o f   th e   i d e n ti f ica ti o n   o f   th e   re lev a n t  ra il s  lo n g it u d in a l  e le c tri c a l  p a ra m e ters ,   th e   p re se n tati o n   o f   a   se t   o f   re li a b le  e x p e rim e n tal  v a lu e s,  a n d   th e   d isc u ss io n   o f   t h e   b e st  a p p r o a c h   t o   m a n a g e   th e ir  v a riab il it y   a n d   u n c e rtain ty .   K ey w o r d s :   I n d u ce d   v o lta g e   I n d u cta n ce   R esi s tan ce   R u n n in g   r ails   Stra y   cu r r e n t   T r ac k   cir cu its   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   An d r ea   Ma r is co tti,   D e p a r tm en t   o f   E l ec t r i c al ,   E l e ctr o n i c   an d   T e l e c o m m u n i c a ti o n s   E n g in e e r in g ,   an d   N av al   A r ch ite c t u r e ,   Un i v er s it y   o f   Ge n o v a,   Via  Op er a  P ia,   1 1 A   –   1 6 1 4 5 ,   Gen o v a,   I tal y .   E m ail: a n d r ea . m ar is co tti @ u n i g e. it       1.   I NT RO D UCT I O N   R u n n in g   r ails   ar e  o n e  o f   th e  k e y   i n ter f ac e  ele m en t s   i n   an   elec tr ic  tr an s p o r tatio n   s y s te m :  th e y   ar e     th e  m ai n   ele m e n t  o f   t h e  r etu r n   cir cu it  an d   af f ec t  t h e  u s e f u l  v o ltag e  v al u e  [ 1 ]   av ailab le  at  th e  ca ten ar y   ( o r   th ir d   r ail)   r o llin g   s to c k   in ter f ac e;  a s   p ar t  o f   th e  r etu r n   cir cu it  t h e y   ar e  a  r elev an t  i m p ed an ce   te r m   to   co n s id er   f o r     th e  s h o r t - cir cu it  cu r r en t  esti m ate   [2 - 4]   an d   th ey   co n tr ib u te  to   r ed u ce   th e  in d u ctio n   ca u s e d   b y   th e  ca ten ar y   cu r r en t  [ 5 ,  6 ];   th ey   ar e  also   u n f o r tu n atel y   t h e  co u p li n g   m ea n s   o f   s tr a y   cu r r en t  o n to   th e  tr ac k   f as ten i n g   s y s te m ,   th e  r est  o f   th e  i n f r astr u ctu r e  an d   th ir d   p ar tie s   [ 6 - 1 1 ] ;  f i n al l y ,   th e y   allo w   t h e  d etec tio n   o f   p ass i n g   tr ain s   b y   m ea n s   o f   tr ac k   cir cu it s   [ 1 2 - 19] .   B ein g   t h e  r u n n i n g   r ail s   f ir s t  o f   all  a  m ec h a n ical  ele m e n t  w it h   th e  p r i m ar y   f u n ctio n   o f   s u p p o r tin g   a n d   g u id i n g   th e  r o llin g   s to ck ,   ac cu r ate  ass es s m en t  o f   t h eir   elec tr ic  b eh av io r   is   al w a y s   in   t h e  b ac k g r o u n d .   T h is   is   s tig m at ized   b y   t h e  lack   o f   s ta n d ar d izatio n   f o r   ac ce p tab le  o r   li m it  v alu e s ,   th e  p o o r   co v er ag e  in   m a n u f ac t u r er s ’   d atash ee ts   ( th at  r ar el y   r ep o r t  th e  D C   r esis tan ce ,   n o t  to   s a y   t h e  te m p er at u r e  d ep en d en c y   o r   th e  i n ter n a l  i m p ed an ce ) ,   an d   a  g en er al  s h o r tag e  o f   tec h n ica l  s p ec if ic atio n s   an d   liter at u r e  r ef er en c es,  th at  w o u ld   b e    a  v alu ab le  i n p u t  to   d esig n .   Hav i n g   o b s er v ed   a  lack   o f   a cc u r ate  d eter m i n atio n   a n d   d o cu m e n tat io n   o f   r ai l   elec tr ic  p ar a m eter s   a n d   s u b s t an tial  v ar iab ilit y   o f   v al u es   c o m in g   f r o m   d i f f er en t  s o u r ce s ,   th is   w o r k   r ep o r ts     a  s y n t h esi s   o f   t h e  av a ilab le  p u b lis h ed   d ata  a n d   d is c u s s es   th eir   r ele v an ce   f o r   t h e  f i v e  d is cu s s ed   elec tr ical   in ter f ac e s :  i)   u s ef u l   v o lta g e   an d   tr ai n   p er f o r m a n ce ,   ii)  s h o r t - c ir cu it   cu r r en t  est i m a te ,   iii)  in d u ctio n   o n   co n d u cti v e  p ar ts ,   iv )   s tr a y   c u r r en t le ak a g e,   an d   v )   tr ac k   cir cu it o p er atio n   an d   tu n in g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   1 7   -   26   18   Fro m   a  h ig h - le v el  v ie w p o in t  th ese  i n te r f ac e s   ca n   b e  class i f i ed   as  im p ac ti n g   o n   s y s te m   o p er atio n   an d   p er f o r m a n ce   ( i) ,   o n   elec tr ical  s af et y   ( ii,  iii),   o n   f u n c tio n al  s af et y   ( iii,  v ) ,   o n   s tr u ct u r al  s a f et y   an d   i m p ac t  o n   th ir d   p ar ties   ( iv )   an d   o n   elec tr o m a g n etic  co m p atib ilit y   ( ii i) .   I n ter f ac es  ar e  t h e n   ev al u ated   u s i n g   m o r e  o r   less   co m p le x   m o d els  f ed   a m o n g   o th er s   b y   t h e  r ail  elec tr ic   p ar am eter s   [ 2 0 ] ,   in clu d i n g   v ar iab ilit y   i n   a  f i n al   co m p lia n ce   s tate m e n t :  v alid at io n   o f   s i m u latio n   m o d els   b as ed   o n   ex p er i m en ta l  d ata  ca n   b e  f o u n d   in   [ 21 ],   w h er e  r ail  r esis tan ce   an d   its   v ar iab ilit y   ar e  ex p licitl y   ac co u n ted   f o r .   A n o th er   ex a m p le  o f   tu n in g   a  m o d el  to   f it  ex p er i m e n tal  r es u lt s   is   d escr ib ed   in   [ 22 ,  23 ] ,   w h er e  A C  r ail  i m p ed an ce   is   e v al u ated   to   p r ed ict  n et w o r k   r esp o n s e  to   elec tr ic  ar c  p h en o m en a .       2.   RAIL   R E S I S T ANC E   AND  RAIL   I M P E DANC E   Fo r   r u n n i n g   r ail s ,   w e  m a y   d is tin g u is h   b et w ee n   D C   a n d   A C  p ar a m eter s ,   t h e  la tt er   d iv id ed     in to   in ter n al  a n d   ex ter n al  o n es,  o r   s elf   a n d   m u tu a l,  if   t h e  r est  o f   th e  l in e  i s   co n s id er ed   [ 2 3 ] .   E x clu d in g     m u tu al  ter m s ,   th e  o v er al l   r ail  s elf - i m p ed an ce   co n s id er ed   in   t h e  f o llo w i n g   is   m ad e  o f   a  g eo m etr ic  p ar t     ( also   n a m ed   ex ter n al)   an d   an   in tr i n s ic  p ar t  ( th e  in ter n al  i m p ed an ce ) .   B o th   ex ter n al  ter m s   f o r   th e  s elf   ( Z ii , ext )  an d   th e  m u t u al  ( Z ij , ext )   i m p ed an ce   ca n   b e  ca lcu lated   w i th   g o o d   ac cu r ac y   u s i n g   k n o w n   f o r m u las,  s u ch   as   C ar s o n ’ s   o n e s   [ 5 ,   2 3 ].     ii ii i i ext ii X j R r h j Z 2 2 ln 2 0 ,          ij ij ij ij ext ij X j R d D j Z 2 ln 2 0 ,   ( 1 )     w h er e:  d ij   is   t h e  d is ta n ce   b et w ee n   co n d u cto r s   i   an d   j ;  D ij   i s   th e  d i s tan ce   b et w ee n   co n d u cto r   i   an d   i m a g e  o f   co n d u cto r   j ,   an d   v ice  v er s a;   h i   is   t h e  h eig h t  ab o v e   g r o u n d   o f   co n d u cto r   i ;  r i   i s   t h e  r a d iu s   o f   co n d u cto r   i .    T h e  R   an d   X   ter m s   ar e  c o r r ec tiv e  ter m s   f o r   t h e  e f f ec t   o f   s o il   ap p ea r in g   i n   [ 1 2 ] ,   p ag e  1 6 2 ,   an d   [ 2 4 ] .   A lt h o u g h   th ese  eq u atio n s   m a y   lead   to   s o m e  v ar iab ili t y   d u e  to   ap p r o x im at io n s   o f   g e o m e tr ic  ter m s   an d   s ec o n d ar y   e f f ec ts ,   s u c h   a s   p r o x i m it y ,   t h e y   ar e  co n s id er ed   ac cu r ate  an d   m o s t   o f   al l  “in s p ec tio n ab le”,     w h er e  ca lcu la tio n s   ca n   b e  v er if ied   an d   r ep ea ted   at  w ill,  i n cl u d in g   s e n s i tiv it y   an al y s is   [ 2 5 ,   2 6 ] .     A tte n tio n   is   co n v er s e l y   f o cu s e d   o n   th e  i n tr in s ic  p ar a m eter s   s p ec if ic  to   th e  r ail  t h at  a s   w e  w il l  s ee   ca n n o t  r el y   o n   m o d eli n g   f o r   an   ac c u r ate   q u an t if icatio n ;   th e y   ar e   th e   DC   r e s is ta n ce ,   t h e  A C   r esis tan ce   a n d   i n ter n a l   in d u cta n ce   [ 2 4 , 2 7 - 3 4 ].   Fo r   th e  co m b i n at io n   o f   s elf   an d   m u t u al  ter m s   f o r   ea ch   o f   th e   r u n n in g   r ails   to   f o r m   t h e  tr ac k   i m p ed an ce   w e  m a y   d i s ti n g u i s h   t w o   ca s es :  an   elec tr ic  p ar all el  o f   th e  t w o   r u n n i n g   r ail s   f o r   al m o s t  all  tr ac tio n   p u r p o s es  ( p o s s ib l y   b ac k ed   u p   b y   o th er   p ar allel  ad d itio n a l  co n d u cto r s   f o r m i n g   t h e  r et u r n   c i r cu it   [2 3 ,   3 5 ] )   an d   a  d if f er e n tial  co n n ec tio n   o f   t h e  r ails   f o r   tr ac k – cir cu it  s i g n ali n g   ap p licatio n s   [ 3 6 ,   3 7 ] .   I n ter n al  r ail  p ar a m eter s   ar e  n o t  i n v o l v ed   i n   t h e  m a g n et ic  co u p lin g   b et w ee n   t h e  t w o   r ails ,   f o r   w h ic h   t h e y   ar e  i n   s i m p le  elec tr ic  p ar allel  in   th e  f ir s t  ca s e  an d   in   s er ies  in   th e  s ec o n d ,   w it h   co m m o n - m o d e  an d   d if f er en tial - m o d e  tr an s f er   f u n ctio n s   f o r   th e  tr ac k   m ai n l y   d eter m i n ed   b y   th e   tr ac k   g eo m etr y   an d   co u p lin g   to   ea r t h   [ 1 2 ] ,   s ec .   I I . D,   [ 3 6 ] .   I t  is   b r ief l y   o b s er v ed   th at  t h e  p ar a m ete r s   th at  i n f l u en ce   t h e  d i f f er en tia l  m o d e  cir cu it  o f   t h e  tr ac k   to   ef f ec ti v el y   m o d e l   tr ac k   r esp o n s e  f o r   s ig n ali n g   p u r p o s es  m u s t  b e  s u p p le m e n t ed   b y   a  r ep r esen tatio n   o f   r ail - to - r ail  a n d   r ail - to - g r o u n d   ca p ac itan ce   ( t h eo r etica ll y   ca lcu lab le,   b u t  n ec es s itati n g   co r r ec tio n   f o r   th e  n o n - cir c u lar   r ail  s h ap e  an d   th e  p r esen ce   o f   g r o u n d   [ 3 7 ,  3 8 ] )   an d   co n d u ctan ce   ( lar g el y   in f lu e n ce d   b y   p r ac tical  f ac to r s   an d   b y   th e  m i x ed   s u r f ac e  an d   v o lu m e  co n d u cti v it y   a n d   co n s eq u e n tial  leak a g e  [ 3 9 - 4 1 ].   T h ese  asp ec ts   ar e  h o w e v er   o u ts id e     th e   s co p e  o f   th is   w o r k   t h at   f o cu s e s   o n   th e  lo n g it u d in al   r ail  p ar am eter s .   I n   th e  f o ll o w i n g   s u b s ec tio n s     th e  av ai lab le  ex p er i m e n tal  r e s u lt s   ar e  r ev ie w ed   f o r   DC   r e s is ta n ce   an d   AC   i m p ed a n ce ,   n a m e l y   r esi s ta n ce     an d   in d u cta n ce .     2 . 1 .     DC  ra il r esis t a nce   Desp ite  th e   in t u iti v e  n at u r e  o f   th e  r ail  DC   r esis tan ce   an d   its   r elev an ce ,   th er e  ar e  n o   clea r   r eq u ir e m en ts   f o r   i t s   d e t e r m i n a t i o n   a n d   c h a r a c t e r i z a t i o n   ( e . g .   a c c u r a c y ,   t e m p e r a t u r e   o f   m e a s u r e m e n t ,   v a r i a b i l i t y   o f   s a m p l e s ) .   O n   t h i s   it  i s   s y m p t o m a tic  t h at  t h e  E N  1 3 6 7 4 - 1  s tan d ar d   f o r   r u n n in g   r ail s   [ 42 ]   n ev er   m en t io n s     th e   w o r d   “ r esis ta n ce ”.   R ail  D C   r esi s tan ce   in f l u e n ce s   d ir ec tl y   t h e  v o ltag e   d r o p   in   th e   r etu r n   cir cu it  ( an d   t h u s   u s e f u l v o lta g e  an d   tr ai n   p er f o r m an ce ) ,   as  w el l a s   s tr a y   cu r r e n t le ak a g e:     T h e  r ail  v o ltag e   d r o p   in   DC   s y s te m s   is   a   d ir ec t  co n s eq u en c e  o f   t h e  ac h iev ed   tr ac k   lo n g it u d in al   r esis ta n c e   b y   m ea n s   o f   m i n i m izatio n   o f   r ail  r esis tan ce ,   w eld i n g   a n d   jo in ts   e f f ec t,  an d   tr ac k - to - tr ac k   b o n d in g ,   w it h   o p tio n al  p ar allel  f ee d in g ;     T h e  am o u n t  o f   s tr a y   cu r r en t  leav in g   th e  r a ils   an d   th e  ef f ici en c y   o f   th e  s tr a y   c u r r en t  d r ain ag e  s ee   th e  r ai l   r esis ta n ce   as  a  v er y   i m p o r tan t  p ar am eter   [ 7 ,   9 ,   1 1 ] ;   ass ess m en t  d u r in g   d esig n   an d   co n s tr u ctio n   p h a s e s   s h o u ld   b e  b ased   o n   r eliab le  r ai l r esis ta n ce   v al u es.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       I mp a ct  o f ra il imp ed a n ce   in tr in s ic  va r ia b ilit y  o n   r a ilw a y  s ys tem …  ( A n d r ea   Ma r is co tti )   19   DC   r ail  r esis ta n ce   v alu e s   ar e  s h o w n   i n   T ab le  1   b ased   o n   [ 4 3 - 4 7 ] .   Fo r   th e  te m p er atu r e  co ef f icie n t   Kiess l ien g   et  a l.   [ 4 3 ]   s tr an g e l y   r ep o r t  tw o   d if f er e n t  v al u e s   o f   0 . 4 7 %/ C   an d   0 . 6 %/ C   f o r   th e  s a m e  s teel   r u n n i n g   r ails   in   t h e  s a m e  p ar ag r ap h .   Ko lar   et   a l.   [4 4 ] ,   h o w e v er ,   r ep o r t  a   s i m ilar   in te r m ed i ate  v alu e  o f   0 . 5 %/ C .   Fo r   A C  r ail  r esis tan c e  th e  te m p er atu r e  co ef f icie n t i s   s li g h tl y   lo w er   ( 0 . 3 %/ C )   an d   w i ll b e  co n s id er ed   later .   Desp ite  th e  r elativ el y   la r g e  te m p er atu r e  co ef f icie n t,  v alu es  o f   D C   r esis ta n ce   ar e  s eld o m   ac co m p a n ied   b y   t h e  in f o r m atio n   o n   th e  r ail  te m p er atu r e  an d   o th er   test   co n d itio n s ,   s o   th at  th e y   m u s t  all  b e  d ee m ed   in ac cu r ate  at  ± 5 %,  co r r esp o n d in g   to   a  r ail  te m p er atu r e  b e t w ee n   e. g .   2 0   an d   4 0   C .   Ag r ee m e n t  b et w ee n   s elec ted   m ea s u r ed   v alu e s   f o r   th e  s a m e  t y p e  o f   r ail  is   ap p r o x i m atel y   o f   th e  s a m e  o r d er :  S 4 9   v alu es  d if f er   b y   2 . 8 %  w it h   r esp ec t to   th eir   av er ag e,   UNI 6 0   v alu e s   b y   2 . 9 % a n d   R 6 5   v alu es  u p   to   4 . 4 %.   I t  is   o b s er v ed   t h at  w eld in g   o f   r ail  s eg m e n ts   is   allo w ed   to   ad d   an o th er   5 %  o f   lo n g i tu d i n al  r esis ta n ce   ( E N  5 0 1 2 2 - 2 ,   s ec .   6 . 2 . 2   [ 4 8 ] ) .   Fis h p late s   m a y   b e  r esp o n s ib le  f o r   ad d itio n al  r esi s ta n ce   in   t h e  o r d er   o f     300 - 350   Ω ,   eq u iv a len t to   ab o u t 1 0   m   o f   r ail  ( r ef .   in ter n al  r ep o r t) .       T ab le  1 .   DC   r esis tan ce   v alu e s   R a i l   t y p e   R a i l   w e i g h t   [ k g / m ]   D C   r e si st a n c e   [ m Ω / k m ]   @ t e mp .   o f   m e a s.   R e f e r e n c e   D O   3 5 0   60   3 3 . 5   @   3 0   C   i n t e r n a l   r e p o r t   D O   2 6 0   60   3 0 . 6   @   3 9   C   i n t e r n a l   r e p o r t   Ev r a z   6 0 E 1 ,   R 3 5 0   60   3 7 . 8   @   3 2   C   i n t e r n a l   r e p o r t   Ev r a z   6 0 E 1 ,   R 2 6 0   60   3 2 . 0   @   3 1   C   i n t e r n a l   r e p o r t   G e n e r i c   S 4 9   4 9 . 4   3 5 . 7   [ 4 3 ]   G e n e r i c   R 5 0   5 0 . 5   3 4 . 5   [ 4 3 ]   G e n e r i c   S 5 4   5 4 . 5   3 2 . 0   [ 4 3 ]   G e n e r i c   U I C 5 4   5 4 . 4   3 2 . 0   [ 4 3 ]   G e n e r i c   S 6 0   6 0 . 3   2 8 . 9   [ 4 3 ]   G e n e r i c   U I C 6 0   6 0 . 3   2 8 . 9   [ 4 3 ]   G e n e r i c   R 6 5   6 5 . 1   2 5 . 2   [ 4 3 ]   G e n e r i c   U I C 6 0     3 2 . 5   [ 4 4 ]   G e n e r i c   R 6 5     3 0 . 1   [ 4 4 ]   G e n e r i c   S 4 9     4 0 . 0   [ 4 4 ]   S u mi t o mo   D H H 3 4 0     2 2 . 8   [ 4 5 ]   S u mi t o mo   D H H 3 7 0     2 3 . 4   [ 4 5 ]   G e n e r i c   6 0 E 1 (1)   6 0 . 2   3 4 . 9 ( 3)   [ 4 6 ]   G e n e r i c (2)   45   4 3 . 8   [ 4 7 ]   G e n e r i c (2)   53   3 8 . 6   [ 4 7 ]   G e n e r i c (2)   60   3 3 . 0   [ 4 7 ]   (1)   S i x   d i f f e r e n t   r e si st i v i t y   v a l u e s me a su r e d   a l o n g   t h e   r a i l   c r o ss se c t i o n   ( 2 . 5 7 ,   2 . 5 8 ,   2 . 6 2 ,   2 . 7 ,   2 . 7 5 ,   2 . 8 5   1 0 - 7   Ω / m) ,   g i v i n g   a n   a v e r a g e   D C   r a i l   r e si st a n c e   o f   3 4 . 9   mΩ/ k m ;   (2)   N o t   c l e a r   i f   me a su r e d   v a l u e s,  n o   r e f e r e n c e   t e mp e r a t u r e ;   (3)   A v e r a g e   v a l u e   o u t   o f   si x   sam p l e d   i n t e r n a l   r e si st i v i t y   v a l u e s.       2 . 2 .     AC  ra il r esis t a nce   T h e  r ail  A C  r esis tan ce   ( r ea l  p ar t  o f   th e  s elf   i m p ed an ce   ter m   s h o w n   i n   ( 1 ) ) ,   c o m p ar ed   to   th e  DC   co u n ter p ar t,  is   m u ch   le s s   r elev an t  f o r   v o ltag e  d r o p   an d   s h o r t  cir cu it  ca lcu latio n s ,   b ein g   in   s er ies  to   a  m u c h   lar g er   r ail  in d u ctiv e  r ea ctan ce   ( im a g i n ar y   p ar t  o f   th e  s elf   i m p ed a n ce   in   ( 1 ) ) ,   to   f o r m   th e   lo o p   im p ed an ce   o f   th e  r etu r n   cir cu it  ( t h at  th u s   ac co u n t s   f o r   th e  i m p ed an ce   o f   th e  ca te n ar y   a n d   th e  m u t u al  i m p ed a n ce   w it h     th e  r et u r n   cir c u it).   Ho w e v er ,   th e  c h an g e  o f   A C  r e s is ta n ce   w it h   th e   a m p lit u d e  a n d   f r eq u en c y   o f   t h e  f lo w i n g   cu r r en t  i s   p ec u liar   ( an d   to   ad d   its   te m p er at u r e  d ep en d en c y ) :  it  is   ca u s ed   b y   th e  s k in   e f f ec t  an d   ch a n g e  o f   m ag n etic  p er m ea b ili t y ,   th a t  f o r   s m all  s i g n a l  an al y s i s   m u s t  b e  co n s id er ed   as  th e  lo ca l  r elat iv e  p er m ea b ilit y   o f   th e  h y s ter esi s   c y cle   d ev elo p i n g   ar o u n d   t h e  b ias  p o in t   [2 4 ,   2 8 ,   3 4 ,   4 9 - 5 4 ] ,   g o in g   f r o m   p o w er   to   a u d io - f r eq u en c y .   T h e  s ig n i f ica n t  i n c r ea s e  o f   th e  A C  r esis tan ce   i s   i n ter p r eted   as  “ ad d itio n al  A C  r ail  lo s s es”,   r elev a n t  e. g .   f o r   ac c u r ate  m o d eli n g   an d   tu n in g   o f   tr ac k   cir cu it s   [ 1 2 ] :  th e  A C  r ai l  r esi s t an ce   in   th e  k Hz  r a n g e   m a y   in f lu e n ce   s i g n i f ican t l y   t h e  f a cto r   o f   m er it  o f   t h e  r eso n an t   cir cu its   u s ed   to   m o d el  th e  t r ac k   cir cu it  an d   its   co u p lin g   u n it  th r o u g h   S - b o n d s   ( w h o s e  eq u iv a len t  r esi s ta n c e  an d   p r o x im i t y   e f f ec t  w it h   t h e  r ail  o n to   th ey   ar e  f aste n ed   ar e  o th er   t w o   cr itical   p ar am e ter s ) .   I n   g e n er al  ch a n g es  o f   A C  r e s is ta n ce   m a y   i n f l u en ce   also   t h e  ti m e   co n s ta n t  o f   t h e  f a u lt  eq u i v al en t  cir cu it,  a s   w e  w i ll  s ee   i n   s ec tio n   “ S h o r t  cir cu it  ca lcu l atio n   an d   tr an s ien t  b eh av io r ”.   T a b le  2   is   th u s   f o c u s ed   o n   p o w er   f r eq u en c y   v al u es  ( at  5 0   o r   6 0   Hz)   an d   h ig h er   f r eq u en c y   v al u es,   co v er in g   th e  o p er atin g   f r eq u e n c y   r a n g e  o f   tr ac k   cir cu i ts .   T h e  A C  r ail  r e s is ta n ce   i s   a  c h allen g in g   p ar a m eter   f o r   m o d elin g   p u r p o s es:  in   g e n er al  m o d e led   v al u e s   d if f er   lar g el y   f r o m   th e  ex p er i m en tal  o n es   [ 2 4 ] ,   s o   th at  id en tify in g   r eliab le  m ea s u r ed   v alu e s   is   q u ite  i m p o r tan t.  E x p er i m e n tal  v a lu e s   in   [2 4 ]   ap p ea r   o n ly   i n   s ec .   5 . 3 - 5 . 5 ,   ac t u all y   r e f er r in g   to   Ho l m s tr o m   [3 3 ] :  v alu es  o f   A C   r esis ta n ce   ar e  r ep o r ted   b y   Ho l m s tr o m   f o c u s i n g   o n   a  d if f er en tial  tr ac k   s i g n al  m o d el,   s o   t h e y   ar e  t w ice  th e  r ail   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   1 7   -   26   20   A C  r esi s tan ce .   T h e  au t h o r s   in   [2 4 ]   r ec o g n ize  in   s ec .   6   th at  t w o   i m p o r tan t  ele m e n ts   ar e  m i s s i n g   f r o m   t h e  u s ed   f i n ite  ele m en t  m o d el,   r ail  m at er ial  n o n - li n ea r it y   a n d   h y s ter e s is ,   t h at  ar e  k n o w n   to   ac co u n t  f o r   th e  lar g e s t s h ar e   o f   m ater ial  lo s s es,  a n d   th u s   o f   A C  r esi s ta n ce   ( s ee   d is cu s s io n   i n   [2 4 ]   an d   tim e  d o m a in   c u r v e s   in   [2 9 ] ).   W ith   m ea s u r e m e n ts   i n   ti m e  d o m ai n   it  i s   p o s s ib le  to   f o ll o w   t h e  v ar iab ilit y   o f   A C  r esi s tan ce   a n d   in d u cta n ce   alo n g   t h e  h y s ter esi s   c y cle s   ( Fi g u r e   9   o f   [2 9 ] ) :  AC  r esis ta n ce   an d   i n ter n a l  in d u ctan ce   h a v e  s i m ilar   d is p er s io n ,   b u t  th e  f o r m er   h a s   a  m o r e  ch ao tic  d is tr ib u tio n   o f   p o in ts ,   w it h   n o t  an   e v id e n t  d ep en d en ce   o n     th e  in s ta n tan eo u s   b iasi n g   cu r r en t  at  p o w er   f r eq u en c y .   F o r   th e  te m p er atu r e  co ef f icie n t,  an ticip ate d   in     th e  p r ev io u s   s ec tio n ,   s o u r ce s   o f   in f o r m a tio n   ar e  m u ch   less   th an   f o r   t h e  D C   r esi s tan ce :  0 . 3 %/ C   [2 4 ,  31 ,  32 ] ,  s lig h tl y   lo w er   th a n   t h at  f o r   th e   DC   r ail  r esis ta n ce .       T ab le  2 .   A C   r esis ta n ce   v alu e s   o f   r u n n i n g   r ails   R a i l   t y p e   R a i l   w e i g h t   [ k g / m ]   M e a su r e d   A C   R e si st a n c e   [ m Ω / m ]   R e f .   F r e q .   [ H z ]   V a l u e   v s.  C u r r e n t     56   1 0 , 2 5 , 5 0 , 6 0   0 . 0 4 ,   0 . 0 6 5 ,   0 . 0 9 8 ,   0 . 1 0 3   ( 5 0 A ) ,   0 . 0 6 8 ,   0 . 1 2 ,   0 . 1 6 ,   0 . 1 7 8   ( 3 0 0 A ) ,   0 . 1 1 5 ,   0 . 1 8 ,   0 . 2 5 5 ,   0 . 2 9   ( 7 0 0 A )   [ 3 ]       50   0 . 4 0 9   ( 1 0 A ) ,   0 . 5 7 3   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 6 4 9   ( 7 0 0 A )   [ 2 4 ] [ 3 3 ]       1 0 0 0 0   0 . 0 4 9   ( 1 0 A )   [ 2 4 ] [ 3 3 ]       25   0 . 0 9   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 1 5   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 1 8   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 1 7 5   ( 9 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 3 2 ]       40   0 . 1 2 5   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 2   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 2 3   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 2 3   ( 9 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 3 2 ]       60   0 . 1 5 5   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 2 4   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 2 7 5   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 2 7 5   ( 9 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 3 2 ]       50   0 . 0 9   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 1 2 5   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 1 8   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 2 4   ( 1 0 0 0 A )   [ 2 7 ] (1)       50   0 . 1 3   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 2 2 5   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 2 6   ( 6 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 3 4 ] (2)   U N I 6 0     50   0 . 1 8   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 2 5   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 2 8 5   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 3   ( 1 0 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 2 8 ]   U N I 6 0     3 5 0 0   1 . 4 5 ± 3 0 %  ( 2 0 0   A   @ 5 0   H z )   [ 2 9 ]   U N I 6 0     2 0 0 0 0   2 . 8 ± 4 2 %  ( 2 0 0   A   @ 5 0   H z )   [ 2 9 ]   ( 1 )   S mal l e st   O R E  v a l u e s,   r e f s [ 6 ]   a n d   [ 7 ]   a p p e a r i n g   i n   [ 1 8 ] .   ( 2 )   C l o se   a g r e e m e n t   w i t h   l a r g e st   O R E   v a l u e s.        2 . 3 .     AC  ra il ind uct a nce   Self   an d   m u t u al  i n d u cti v e  ter m s   ca n   b e  esti m ated   r ap id l y   b y   g en er all y   ac ce p ted   f o r m u lati o n s ,   m o s tl y   b ased   o n   C ar s o n ’ s   eq u at io n s .   Mo r e  co m p le x   ca lc u latio n   m et h o d s   ex i s t  b ased   m ai n l y   o n   f in i te  ele m en t  m et h o d s ,   f in ite  d if f er e n ce   ti m e  d o m ain   an d   v ar ia n ts ,   as  d is cu s s ed   in   [ 51 - 5 3 ] ,   h ar d ly   ap p licab le  to   n o n - li n ea r   m ea n s ,   s u c h   as  t h e  f er r o m a g n etic  s teel  o f   r u n n i n g   r ails .   A   r es id u al  p ar t  d u e  to   s ec o n d ar y   e f f ec ts   i n s id e    th e  r u n n i n g   r ail  r e m ai n s   u n e x p r ess ed :  th e  in ter n al  i n d u cta n c e  is   ca u s ed   b y   in ter n al  f l u x   li n k ag e  w i th i n   t h e  r ail  s u r f ac e  an d   is   h ea v il y   i n f lu e n ce d   b y   t h e  v ar y i n g   m a g n e t ic  p er m ea b ilit y   a n d   s k in   e f f ec t,  d ep en d in g   o n     th e  f r eq u e n c y   a n d   o n   th e  i n t en s it y   o f   t h e  f lo w i n g   cu r r en t ,   as  w ell  as  o n   t h e  p r o x i m it y   e f f ec t  w it h   o th er   co n d u cto r s   ( s u ch   as   S - b o n d   co n d u cto r s   [ 1 2 ]   an d   i n cl u d in g   t h e  ad j ac en t r ail  f o r m in g   th e  tr ac k ) .   A s   p o i n ted   o u t   in   [5 4 ] ,   d if f er en t  p ar ts   o f   th e  s a m e  r ail  s a m p le  m a y   e x h ib it  q u ite  d if f er en t  elec tr ical   p ar am eter s   d u e  to   d if f er e n t  an n ea li n g   an d   cr y s ta llizatio n   an d   v ar y i n g   m ec h an i ca l  s tr ess   d u r i n g   u s e.   W e  m a y   d ef in e  th e  i n ter n al   i m p ed an ce   as  t h e  r atio   o f   th e  lin ea r   v o lta g e  d r o p   alo n g   th e  r ail  s u r f ac e  an d   th e  to tal  cu r r e n t  in   t h e  co n d u cto r ;   th e  p o s itio n   f o r   th e  m ea s u r e m en t  o f   th i s   v o lta g e  d r o p   w a s   ch o s e n   b y   T r u eb lo o d   an d   W asch ec k   [ 3 ,   32 ]   o n     th e  r ail  h ea d ,   as  th e  f ar th es t  p o in t  o n   th e  r ail  p er ip h er y .   T h e  in ter n al  in d u cti v e  r ea ctan ce   r ep r esen ts     th e  i m ag i n ar y   p ar t o f   t h e  in ter n al  i m p ed a n ce ; th e  A C  r ail  r es is tan ce   ca n   b e  in ter p r eted   as th e  r ea l p ar t   [2 4 ] .     I V Z s i n t                  i n t i n t Re Z R                               f Z L 2 / Im i n t i n t   ( 2 )     T h e  in ter n al  i n d u cta n ce   is   s i g n i f ican t  at  lo w   f r eq u e n c y   [ 3 ] ;  its   b eh a v io r   is   d escr ib ed   in   [ 3 ]   as  ten d in g   to   a  c o n s tan t  v alu e  ab o v e  ab o u t  2 0   Hz,   w it h   th e  m ag n etic  f l u x   lin k ag e  w it h i n   th e  r ail  ap p r o ac h in g     a  m i n i m u m ;  b elo w   th e  s a m e  2 0   Hz   in ter n al  in d u ctan ce   i n cr ea s es  r ap id ly   as  th e  s k i n   ef f ec t  d ec r ea s es,  an d   d ep en d en ce   o n   cu r r en t  is   m o r e  s ig n i f ica n t .   T est  m et h o d s   an d   r esu lts   ar e  f u ll y   r ep o r ted   an d   d is cu s s ed     in   [2 4 ,   2 8 - 3 4 ] .   I n   p ar ticu lar ,   Ho l m s tr o m   [3 3 ]   r ep o r ts   lin ea r   r eg r ess io n s   o f   m ea s u r ed   in ter n a l  in d u ctan c e   v alu e s   f o r   1 0 0   lb /y d   ( 4 9 . 6   k g /m )   an d   1 5 0   lb /y d   ( 7 4 . 4   k g / m )   r ails ,   th e  latter   s h o w i n g   a  s u b s tan tial  d is p er s io n   v er s u s   t h e  in te n s it y   o f   f lo w i n g   cu r r en t.   A d d itio n al l y ,   as  a n ticip ated   f o r   th e  A C  r esi s tan ce ,   w i th   m e asu r e m en t s   i n   ti m e  d o m ain   i t  is   p o s s ib l e   to   v er if y   t h e  d ep en d en c y   o n   t h e  in s tan tan eo u s   v a lu e  o f   t h e  u n d er l y in g   s u p p l y   f u n d a m e n ta l  ( Fig u r e   9   o f   [2 9 ] ).   T h e  in ter n al  in d u c tan ce   is   h ea v il y   m o d u lated   b y   th e  b ias  p o in t  o f   th e  lo ca l  h y s ter esis   c y cl e ,   w it h   a  s p r ea d   o f   v alu e s   i n   th e  o r d er   o f   5 0 %  f o r   test   s i g n a ls   o f   f e w   k Hz  ( 3 . 5   k Hz  in   [2 9 ] ) ,   r ed u ce d   to   a b o u t  1 0 %  w h en   g o in g   to   2 0   k Hz  ( w h er e  t h e  m ag n etic   p er m ea b ili t y   o f   t h e  r ail  s tee l  is   m u c h   lo w er ) .   T h e  r e m ar k ab le  r ed u ctio n   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       I mp a ct  o f ra il imp ed a n ce   in tr in s ic  va r ia b ilit y  o n   r a ilw a y  s ys tem …  ( A n d r ea   Ma r is co tti )   21   m ag n etic  p er m ea b il it y   i s   a ls o   co n f ir m ed   b y   t h e  r ed u ctio n   o f   an   o r d er   o f   m a g n i tu d e  f o r   th e  t w o   v al u es     at  5 0   Hz  an d   1 0   k Hz,   m ea s u r ed   w it h   1 0   A   o f   cu r r en t  an d   r ep o r ted   in   [2 4 ]   as  s h o w   i n   T ab le  3 .     Fo r   th e  te m p er at u r e  co ef f icie n t  th e  s a m e  r e f er en ce s   in   [2 4 ]   m a y   b e  u s ed ,   w it h   a n   av er a g e  v alu e  o f   0 . 2 5 %/ C .  No   o th er   r ef er en ce s   ar e  av aila b le  to   au th o r ’ s   k n o w led g e.       T ab le  3 .   A C   in ter n al  i n d u cta n ce   v alu e s   o f   r u n n in g   r ails   R a i l   t y p e   R a i l   w e i g h t   [ k g / m ]   M e a su r e d   A C   I n d u c t a n c e   [ H / m]   R e f .   F r e q .   [ H z ]   V a l u e   v s.  C u r r e n t     56   1 0 , 2 5 , 5 0 , 6 0   0 . 5 8 ,   0 . 4 6 ,   0 . 2 9 ,   0 . 2 9   ( 5 0 A ) ,   0 . 9 3 ,   0 . 7 4 ,   0 . 6 ,   0 . 6   ( 7 0 0 A )   [ 3 ]       50   0 . 0 8   ( 1 0 A ) ,   0 . 2 1   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 2 8   ( 7 0 0 A )   [ 2 4 ] [ 3 3 ]       1 0 0 0 0   2 . 0 2   ( 1 0 A )   [ 2 4 ] [ 3 3 ]       25   0 . 4 8   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 5 9   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 6 1   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 6   ( 9 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 3 2 ]       40   0 . 5 6   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 6 7   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 6 9   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 6 7   ( 9 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 3 2 ]       60   0 . 6 4   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 7 9   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 8 3   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 8 2   ( 9 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 3 2 ]       50   0 . 3 5   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 4 3   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 5   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 5 1   ( 1 0 0 0 A )   [ 2 7 ] (1)       50   0 . 4 2   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 5 7   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 6 3   ( 6 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 3 4 ] (2)   U N I 6 0     50   0 . 5 4   ( 2 0 0 A ) ,   0 . 6 6   ( 4 0 0 A ) ,   0 . 7 4   ( 6 0 0 A ) ,   0 . 7 7   ( 1 0 0 0 A )   [ 2 7 ] [ 2 8 ] (3)   U N I 6 0     3 5 0 0   0 . 1 9 ± 2 5 %  ( 2 0 0   A   @ 5 0   H z )   [ 2 9 ]   U N I 6 0     2 0 0 0 0   0 . 1 6 7 ± 5 %  ( 2 0 0   A   @ 5 0   H z )   [ 2 9 ]   ( 1 )   S mal l e st   O R E  v a l u e s,   r e f s [ 6 ]   a n d   [ 7 ]   i n   [ 1 8 ] .   ( 2 )   P a r t i a l   a g r e e me n t   w i t h   l a r g e st   O R E  v a l u e s.   ( 3 )   S mal l e st   v a l u e s       3.   I M P ACT O F   T H E   RAI L   P ARAM E T E R S O N  T H E   E L E CT RIC I NT E RF AC E S   Fiv e  m ai n   elec tr ical  in ter f ac e s   w er e  id en t if ied   in   th e  I n tr o d u ctio n ,   f o r   w h ich   t h e  s el f   i m p ed an ce   o f   r u n n i n g   r ail s ,   an d   s p ec i f icall y   th e  v ar iab ilit y   o f   r ail  r es i s tan ce   a n d   in d u ctan ce ,   p la y   a  r o le.   No w   t h e s e  in ter f ac e s   ar e  d is cu s s ed   in   m o r e  d etail.     3 . 1 .     Usef ul v o lt a g e  a nd   ra il po t ent ia l   L i m it s   f o r   th e  u s e f u l  v o lta g e   [ 1 ]   an d   lin e  v o ltag e  f l u ct u at io n s   u n d er   v ar io u s   tr af f ic  s ce n ar io s   ar e  al w a y s   s p ec i f ied   f o r   th e  co n s t r u ctio n   o r   u p g r ad e  o f   elec tr ic  tr a n s p o r tatio n   s y s te m s ,   s u ch   a s   m etr o s   an d   lig h t  r ail w a y s .   Hea d w a y   v al u es  a n d   f lee t  co m p o s itio n   ar e  al w a y s   q u ite  d e m an d i n g ,   s o   t h at  r ele v an t  s y s te m   p ar am eter s   s h all  b e  ac c u r ate l y   q u a n ti f ied   f o r   m i n i m u m   u n ce r tai n t y .   Am o n g   t h e m ,   r ail  r esis ta n ce   a n d     5 0 /6 0   Hz  im p ed an ce   ar e  p ar ticu lar l y   r ele v a n t  f o r   th e  lo n g it u d in al  v o ltag e  d r o p   alo n g   th e  r etu r n   cir cu it ,   i m p ac ti n g   al s o   o n   th e  to u ch   v o ltag e  o f   r u n n in g   r ails   a n d   s tr a y   cu r r en t.   Var io u s   s i m u latio n   to o ls   o r   s i m p ler   ca lcu latio n   s h ee t s   ex i s t  f o r   th e  esti m atio n   o f   th e  u s e f u l  lin e   v o ltag e   an d   v o ltag e   d r o p   alo n g   th e   r etu r n   cir cu it.  T h e y   g o   u n d er   th e  o v er all  ca te g o r y   o f   elec tr o m ec h a n ical   s i m u lat io n .   B y   ex p er ie n ce   th e  ass ig n ed   v alu e  f o r   r ail  r esis tan ce   is   a  m o r e  o r   less   ac cu r ate  3 2 - 3 3   m Ω / k m ,   ig n o r i n g   n o t  o n l y   t h e  v ar iab ili t y   d u e  to   tem p er atu r e,   b u t  als o   th at  d if f er en t  s a m p les  o f   th e  s a m e  r ail  ty p e  d o   h av e  d i f f er en t  v al u es  o f   elec t r ical  r esis ta n ce ,   3 2 - 3 3   m Ω / k m   r ep r esen ti n g   t h e  m in i m u m   o f   m ea s u r ed   v a lu e s   s ee   T ab le  1 .   T h er e  ar e  ca s es  w h er e  lo w er   an d   d i f f icu lt   to   ac tu all y   m ai n tai n   v al u e s   ar e  u s ed   i n   ca lc u latio n s ,   s u c h   as  2 0   m Ω /k m   [5 5 ]   ( cu r io u s l y   id en tica l  to   th e  v al u es  ass i g n ed   to   t h e  ca te n ar y   s y s te m   a n d   to   th e  s tr a y   cu r r en t  co llecto r   r esis tan ce s )   an d   2 5 . 3   m Ω / k m   [5 6 ] ,   T ab le  2   ( to g eth er   w it h   ap p ar en tl y   in co n s is ten t  v al u es  o f   th e  g eo m etr ical  m ea n   r ad iu s ).   T h e  r ail  in ter n al  r e s is ta n ce   an d   in d u ctan ce   at  5 0 /6 0   Hz  ar e  o f ten   “ ab s o r b ed ”  w ith i n   t h e  lo o p   i m p ed an ce   v al u e  as s i g n ed   to   th e  tr ac tio n   cir cu i t,  m ad e  o f   t h e  ca te n ar y   ( o r   th ir d   r ail)   an d   th e  r et u r n   c ir cu it,   w h e n   u s in g   s in g le  co n d u ct o r   m o d els  a n d   ap p r o ac h es.  So m e  s i m u lato r s ,   h o w e v er ,   g iv e  a  co m p lete   r ep r esen tatio n   o f   t h e  tr ac tio n   s y s te m ,   w h er e  it  is   p o s s ib le   to   d is tin g u is h   b et w ee n   i n ter n al  an d   g eo m etr ical   in d u cta n ce   an d   as s i g n   i n d ep en d en t d ep en d en cies o n   s y s te m   p ar am eter s ,   s o il r esis t i v i t y   a n d   f r eq u en c y   [ 7 ,   5 7 ] .   T h e  ass ess m e n t  o f   t h e  u s ef u l   v o ltag e  a v ailab le  at  th e  tr ai n   p an to g r ap h   o r   s h o eg ea r   en s u r es  t h a t   ag r ee d   p er f o r m a n ce   is   ac h ie v a b le.   Du e  to   th e  co m p lex i t y   o f   th e  s ce n ar io   o f   an   en tire   lin e  w it h   s e v er al  r o llin g   s to ck   u n its   in   d if f er en t  o p er atin g   co n d itio n s ,   t h e  a s s e s s m e n t  i s   ca r r ied   o u t  b y   m ea n s   o f   elec tr o m ec h a n ical   s i m u lat io n s .   B esid e s   t h e  i n ter n al  v o ltag e  d r o p s   o f   s u p p l y   s u b s tatio n s ,   t h e  v o lta g e  d r o p s   in   th e  f ee d in g   s y s te m   ( ca ten ar y ,   th ir d   r ail  an d   o th er   f ee d in g   co n d u c to r s )   an d   in   th e  r etu r n   cir cu it  r ed u ce   th e  v o ltag e  f ed   an d   av ailab le  to   th e  tr ain s .   I t  m a y   b e  s aid   th at  esp ec iall y   in   3 r d   r ail  s y s te m   ( w ith   a  p ar ticu lar l y   lo w   r esis tan ce   o f   th e  f ee d i n g   cir c u it),   th e  lo n g it u d in al  r esi s ta n ce   o f   th e  r etu r n   cir cu it  is   p ar ticu lar l y   i m p o r tan t  to   li m it  s y s te m   v o ltag e  d r o p s .   I n   lo w - v o lta g e  lar g e - tr a f f ic  s y s te m s   ( s u ch   a s   m etr o s )   th e  f lo w i n g   cu r r e n t is  in   e x ce s s   o f   s e v er al   th o u s an d s   Am p s   a n d   f ee d i n g   an d   r etu r n   cir c u its   m u s t  b e  o p ti m ized :  a  1 0 %  er r o r   in   th e  esti m ate  o f   t h e  r ail   r esis ta n ce   ca u s es   a   v o ltag e   d r o p   o f   ab o u t  1 . 5   V  p er   k m   p er   k A   o f   f lo w in g   c u r r en t,   to   co m p ar e  w it h   a  m ar g i n   o f   ab o u t  1 5 0   V  b et w ee n   t h e  s u b s ta tio n   o u tp u t  v o lta g e  an d   th e  a v er ag e  m i n i m u m   ac ce p tab le  lin e  v o ltag e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   1 7   -   26   22   T h e  er r o r   m a y   i n cr ea s e  i f   ex tr e m e  te m p er at u r e  ex cu r s io n   is   co n s id er ed   ( r ails   u n d er   th e   s u n   i n   s u m m er ) .     T h e  to u ch   v o ltag e  ( o r   to u ch   p o ten tial)   is   a  g en er al  co n ce p t,  ap p lica b le  in   b o th   s tead y   ( o r   n o r m al)   an d   tr an s ie n t  ( e. g .   s h o r t  cir cu it)  c o n d itio n s .   I t  m a y   b e  r elate d   to   th e  co n d u ctio n   o f   cu r r en t  a n d   th e  co n s eq u e n tial   vo ltag e  d r o p   ( as  f o r   th e  r u n n i n g   r ail s   th e m s elv e s   as  p ar t  o f   th e  r etu r n   cir c u it)  o r   to   in d u ctiv e  co u p li n g   o n to   co n d u cti v e  p ar ts   n ea r b y .   T h e  co n d u ctiv e  v o ltag e  d r o p   alo n g   th e  r ails   is   th e  s a m e  alr ea d y   co n s id er ed   f o r   th e  e s ti m ate  o f     th e  u s e f u l  v o lta g e  b ef o r e  in   t h is   s ec tio n .   Fo r   A C  s y s te m s ,   r ail  i m p ed an ce   s h all  b e  co n s i d er ed ,   r ath er   th an   s i m p l y   DC   r esis ta n ce :  it  m a y   b e  s aid   th at  in ter n al  in d u cta n ce   ad d s   to   th e  s elf   in d u cta n ce   an d   ig n o r in g   o r   u n d er esti m at in g   it  ca u s es  a n   u n d er esti m ate,   y et  s l ig h t,  o f   t h e  v o lta g e  d r o p   o f   th e  s a m e  o r d er .   C o n v er s el y ,   in d u cti v e  to u c h   v o ltag e,   o cc u r r in g   al w a y s   f o r   A C  p h en o m en a,   is   ad d r ess ed   in   th e  “ I n d u ctio n   o n   w a y s id e   co n d u cti v e  p ar ts ”  s ec tio n .   Du e  to   th e  s a f et y   r elev a n ce   o f   t o u ch   v o ltag e,   t h e  s tead y   f in a l   v alu e  o f   t h e  s h o r t   cir cu it   cu r r e n t  is   u s u all y   o v er esti m ated ,   s o   th at  t h e  er r o r s   in   th e  d eter m i n atio n   o f   th e  s h o r t  cir cu it  w a v ef o r m   a m p lit u d e  an d   ti m e  co n s ta n t c o n s id er ed   in   th e  n ex t sectio n   ar e  less   cr itical.     3 . 2 .     Sh o rt   circ uit  ca lcula t i o n a nd   t ra ns ient   beha v io r   A   f e w   w o r k s   h a v e  ac cu r atel y   in v e s ti g ated   th e  s h o r t - cir cu it   b eh av io r   o f   DC   r ail w a y   s y s t e m s   w i t h   r ec tif ier   s u b s tatio n s   f o r   r e m o t e  f a u lts ,   w h e n   t h e  tr ac k   i m p e d an ce   is   a  s ig n i f ica n t  ele m e n t   o f   th e   f a u lt  c ir cu it.   I n   [ 2 ]   th e  au th o r s   u n d er lin e  t h at  th e  r ail s   ac co u n t  f o r   th e  2 5 %  o f   th e  to tal  f au l t  i m p ed an ce   an d   th at  t h eir   in ter n a l  i n d u cta n ce   a n d   r esis t an ce   v ar y   d u r in g   t h e  tr a n s ie n t,  as  a  f u n c tio n   o f   t h e  i n s tan tan eo u s   f r eq u en c y     ( d u e  to   s k i n   ef f ec t)   an d   c u r r en t a m p lit u d e  ( g o in g   to w ar d s   s at u r atio n ) .   T h e  DC   r esis tan ce   i n f l u en ce s   th e  s tead y   s tate  f in al  v al u e  o f   th e  s h o r t - cir cu it  c u r r en t  w a v e f o r m ,   w h er ea s   i n d u cta n ce   an d   r esis ta n ce   ch a n g e   d y n a m icall y ,   an d   s o   th e ir   r atio   ( th e  ti m e  co n s tan t) ,   d u r in g   t h e  tr an s ien t  ( m ai n l y   d u r in g   th e  in itial  r is e  ti m e) .   T im e  co n s tan t  v al u es  e s ti m at ed   f r o m   ex p er i m en ta l  d ata  [ 2 ]   v ar ied   b y   a  f ac to r   o f   5   to   8   f o r   s h o r t  cir cu it s   r ec o r d e d   at  Ho n g   Ko n g   MT R C   an d   L o n d o n   Do ck lan d s .   T h is   is   i n   ag r ee m e n t  w it h   t h e  v a r iab ilit y   o f   i n ter n al   r esis ta n ce   an d   i n d u cta n ce   r ep o r ted   in   th e  p r ev io u s   s ec tio n .   T h e  r elev an ce   o f   th e  ac c u r ate  p r ed ictio n   o f     th e  in itia l  s h o r t - c ir cu it  cu r r e n t  tr an s ie n t  r esid es  esp ec iall y   i n   th e  esti m atio n   o f   th e  ti m e  d er iv ati v e  o f     th e  cu r r e n t,  s e n s ed   b y   m o d e r n   p r o tectio n   r ela y s   to   i m p le m en t  Hi g h   Sp ee d   C ir c u it  B r ea k er s   s u itab le  f o r     th e  v er y   lar g e  s h o r t c ir cu it c u r r en t o f   m e tr o s .     3 . 3 .     I nd uct io n o n w a y s ide c o nd uct iv e  pa rt s   I n d u c ti o n   o n   l o n g itu d in al   co n d u ctiv e   p a r ts   is   ca u s e d   b y   th e   t r a cti o n   cu r r en t   an d   its   A C  c o m p o n en ts   [ 5 ] .   I n   p r in ci p l e   th e   m ain   in d u cin g   l o o p   is   f o r m ed   b y   th e   ca t en ar y   ( o r   th ir d   r ail )   an d   th e  r e t u r n   ci r cu it  ( f i r s t   o f   all  th e  r u n n in g   r ails ) ;  in   g en er al  a ll  co n d u ct o r s   c ar r y in g   s u p p ly   o r   r etu r n   cu r r en t  ex e r t  in d u c in g   ef f ec ts ,     as  a   f u n cti o n   o f   m u tu al  c o u p li n g   w ith   th e  v i ctim   ci r cu it .   T h e  am o u n t  o f   r etu r n   cu r r en t   f lo w in g   in   th e  r u n n in g   r ai ls ,   if   n o t  d is p er s ed   in   th e   s o il ,   r e d u ce s   th e   ar ea   o f   th e  in d u cin g   l o o p ,   r ed u c in g   p r o p o r t io n al ly   th e   in d u c e d   v o ltag e.   I n   g en er al ,   th e   cu r r e n t  d is t r i b u ti o n   am o n g   r etu r n   cir cu it   c o n d u ct o r s   is   in f lu en c ed   b y   th e   m u tu al   in d u ct an ce   te r m s   an d   th e   r ai l  in te r n al   im p ed an c e  s h al l  b e  c o n s i d e r e d   esp ec ially   w h en   r e tu r n   co n d u ct o r s     ar e  q u it e  cl o s e   t o   th e   v i ctim   c o n d u ct o r   ( e . g .   a   c a b lew ay ) ,   s o   th a t  als o   p r o x im ity   ef f e ct  p l ay s   a   r o l e  f o r     ac cu r at e  r esu l ts .   A lt h o u g h   th e  eq u atio n s   f o r   th e  ca lcu latio n   o f   in d u ce d   in d u ctio n   s h o w n   i n   [ 5 ]   s u g g est  a  s i m p li f ie d   ap p r o ac h   th at  d o es  n o t  n ee d   th is   le v el  o f   d etail,   th e  ac cu r ate  ca lcu latio n   o f   th e  s cr ee n i n g   co ef f icie n t s   f o r   r etu r n   r ail  ( R R )   an d   r etu r n   co n d u cto r   ( R C )   s y s te m s ,   p o s s ib l y   eq u ip p ed   w it h   b o o s ter   tr an s f o r m er s   ( B T - R C ) ,   r eq u ir e  th e  in cl u s io n   o f   a  f u ll  ch ar ac ter izatio n   o f   t h e  r u n n in g   r ails :   [ 5 ] ,   s ec .   I V. B ,   an d   [2 3 ] ,   p ag e  4 3 3 - 4 3 7 .   I n   g e n er al,   a  s cr ee n i n g   co ef f icie n t  is   d e f i n ed   ( n o tatio n   as  in   [ 5 ] ) :  k 1b =1 Z cr / Z rr ,   w h er e  Z cr   is     th e  m u tu al  i m p ed an ce   b et w ee n   t h e  ca ten ar y   a n d   th e  r et u r n   cir cu it,  an d   Z rr   is   th e  s el f   i m p ed an ce   o f   t h e  r etu r n   cir cu it.  T h e  latter   s el f   ter m   i n clu d e s   th e  r ail  i n ter n al  i n d u ctan ce ,   w h ich   e s p ec iall y   at  lo w   p o w er   f r eq u e n c y   ac co u n t s   f o r   a  s i g n if ican t   f r ac tio n .   C h a n g e s   o f   m o r e  th a n   2 :1   r esu lt  f r o m   th e   m o d eli n g   ( Fig u r es  1 4   an d   1 5     in   [2 4 ] )   f o r   f r eq u en cies  u p   to   5 0   Hz  an d   v ar iab le  f lo w i n g   cu r r en t  u p   to   1 0 0 0   A .   I t  is   o b s er v ed   th at  th e  i n ter n al   i m p ed an ce   al w a y s   ad d s   to   Z rr ,   s o   to   in cr ea s e  k 1b ,   o r   in   o th er   w o r d s   to   r ed u ce   th e  s cr ee n i n g   e f f ec t.  B ased   o n   th e  e x p er i m e n tal  v al u es  s h o w n   i n   T ab le  2   an d   3 ,   co m p ar ed   to   th e  ca lcu la ted   m u t u a l  an d   ex ter n al  s el f   in d u cta n ce   as  in   ( 1 ) ,   th e  ex p ec ted   in cr ea s e  o f   k 1b   at  5 0   Hz   is   b et w ee n   5 0   an d   6 5 %,   s o   th at  th e  k 1b =0 . 5 1   g iv en   in   [ 5 ] ,   s ec .   I V. B ,   in cr ea s e  to   0 . 7 6 - 0 . 8 4 .   I t  is   ea s y   to   s ee   t h at  th e  r ai l  r esis ta n ce   an d   its   u n ce r tai n t y   d o   n o t  p la y   a  r o le  in   th e   ac cu r ate   d eter m in at io n   o f   th e  s cr ee n i n g   co ef f icie n ts ;  s ig n i f ica n t  er r o r s   in   th e  r esis tiv e  ter m s   ar e  w el l  m as k ed   b y  ex ter n al  r ea cta n ce   ter m s .   Fo r   th e  d eter m in at io n   o f   th e  s o u r ce   cu r r en t,  s tead y   s tate   v al u es  ar e  o b tain ed   b y   ex tr ap o latio n   to   w o r s t - ca s e   s ce n ar io s   ( s u c h   a s   o v er lo ad in g )   o r   f r o m   elec tr o m ec h an ical  s i m u la tio n s .     Sh o r t  cir cu it  c u r r en t  is   u s u all y   e s ti m ated   co n s id er in g   a  s h o r t  cir cu it  at  v ar iab le  d is ta n ce   f r o m   t h e  s u b s tatio n ,   w it h   d ec r ea s i n g   c u r r en t i n te n s it y   w it h   le n g t h ,   b u t i n cr ea s i n g   len g th   o f   th e  i n d u ci n g   lo o p .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       I mp a ct  o f ra il imp ed a n ce   in tr in s ic  va r ia b ilit y  o n   r a ilw a y  s ys tem …  ( A n d r ea   Ma r is co tti )   23   3 . 4 .     Str a y   curr ent   Stra y   c u r r en t  m a y   b e  e s ti m ate d   w h en   ca lc u lati n g   th e   r ail  v o ltag e  alo n g   th e   li n e  f o r   s y s te m   s izin g   i n   s ec tio n   “ U s ef u l  v o ltag e  a n d   r ail  p o ten tial”,   e. g .   b y   m ea n s   o f   elec tr o m ec h a n ical  s i m u latio n s   [ 7 ] .   T h e  r o le  o f   th e  r ail  lo n g it u d in al  r esis ta n ce   is   m an i f o ld :     Dete r m i n atio n   o f   th e  r ail  to u c h   v o lta g e  d u r i n g   s i m u lat io n ;     C alcu latio n   o f   p u l led   v eh ic le   cu r r en t,  also   u s i n g   th e  s i m p lif ied   m o d el  p r o p o s ed   in   [ 8 ] :  ( 5 ) ,   ( 6 )   an d     th e  p r o p ag atio n   co n s ta n t  p ar a m eter     all   d ep en d   o n   t h e  r ail  r esis ta n ce ;  r ea li s tic  v al u es   o f   3 5   an d   3 6   m ω / k m   w er e  u s ed   in   [ 8 ,   1 0 ] ,   th at  m a tch   w ell  a n   es ti m ate  b ased   o n   T a b le  1   an d   in clu d e  w eld i n g   o f   r ail  s eg m e n ts   a n d ,   in   ca s e  o f   D u b a i   [ 8 ] ,   th e  h ig h er   en v ir o n m en ta l   te m p er atu r e;     Ass es s m en t o f   th e  e f f icie n c y   o f   th e  s tr a y   c u r r en t c ap tu r i n g   s y s te m .   Mo d er n   s y s te m s   ar e  p r o tecte d   b y   s p ec if ic  r eb ar s   u n d er n e ath   th e  r u n n in g   r ails   f o r m i n g   th e  “ s tr a y   cu r r en t  m at”  an d   b o n d ed   to   th e  s tr a y   c u r r en t  co llecto r   ca b le  w a y s id e,   i n   p ar allel  to   th e  r u n n in g   r ail s ,   d r ain in g   th e  s tr a y   cu r r en t  b ac k   to   th e  s u b s tat io n .   T h e  ef f icien c y   E   [5 8 ] ,  ( 3 ) ,   ca n   b e  ex p r ess ed   as  th e  r atio   o f     th e  ca p tu r ed   s tr a y   c u r r en t  f lo win g   i n   t h e  m a t ( I mat )   an d   th e  s tr a y   cu r r en t le a v i n g   th e  r ail  ( I leak ):     l e a k m a t I I E     ( 3 )     E f f icien c y   ca n   b e  also   r ea d ily   r elate d   to   th e  r atio   o f   t h e  lo n g it u d i n al  r esi s tan ce   o f   t h e   r ails   an d     th e  tr an s v er s al  r esi s tan ce   b et w ee n   t h e  r eb ar s   an d   th e  ea r th   f o r   th e  p r o tecte d   tr ac k   s e ctio n   len g t h ,   t h en   co m b i n ed   w it h   th e   s tr a y   c u r r en t  co llecto r   r esi s ta n ce   o n ce   b o n d ed   to   it   [ 7 ,   9 ,   1 1 ] .   Sin ce   th e  f u r th er   leak a g e   f r o m   th e  s tr a y   c u r r en t  m at  to   th e  s tr u ct u r e  an d   th e  ea r th   ca n n o t  b e  r ed u ce d   at   w ill  d u e   to   th e  s ig n i f ica n t  co n d u cti v it y   o f   co n cr ete  ( es p ec iall y   in   h u m id   p lace s ,   in clu d in g   t u n n el s ) ,   r ed u cin g   t h e  lo n g it u d in al  r ail   r esis ta n ce   ( in clu d i n g   t h e  co n tr ib u tio n   o f   w e ld in g ,   f is h p lates  an d   b o n d in g )   is   an   i m p o r tan t  d eg r ee   o f   f r ee d o m   lef t  to   th e  d esig n er .   T h e  o b s er v ed   v ar iab ilit y   o f   m o r e  th a n   1 0 %  in   elec tr ical  r esis ta n c e  o f   r ail  s a m p les  o f     th e  s a m e  t y p e  h as  a   d ir ec t  i m p ac t  o f   t h e  s a m e  e n ti t y   o n   t h e  r esu lt in g   e f f icie n c y   o f   t h e  s tr a y   cu r r en t  co llect io n   s y s te m .   A d d itio n all y ,   m ea s u r e m en t  o f   tr ac k   in s u la tio n   u s i n g   m et h o d   A . 2   o f   E N  5 0 1 2 2 - 2   [4 8 ] ,   m a k es  u s e   o f   r ail  r esis tan ce   to   esti m ate  r ail  cu r r en t  w it h   a  s i m p ler   r ail  v o ltag e  d r o p   m ea s u r e m en t.  R ail  r esis ta n ce   th u s   h as     a  d ir ec t in f l u en ce   o n   th e  as s es s m e n t o f   tr ac k   in s u latio n   a n d   s h all  b e  m ea s u r ed   b y   m ea n s   o f   m et h o d   A . 1 .     3 . 5 .     T ra ck   circ uits   I n ter n al  i n d u cta n ce   a n d   A C  r esis ta n ce   m a y   b e  co n s id er ed   r elev an t  f o r   ac cu r ate  t u n i n g   o f   tr ac k   cir cu its   a t  au d io - f r eq u en c y .   T u n i n g   i s   a  s e n s iti v e  o p er atio n ,   in   m o s t  ca s es   co n s i s ti n g   i n   t h e  id en t if icatio n   o f   o n e  o f   th e  r eso n an ce   h u m p s   o f   th e  ca p ac itiv el y   co m p e n s ated   tr ac k .   Fo r   r ec eiv e r s   ad o p tin g   f r eq u e n c y     s h i f t  k e y i n g   ( F SK)   m o d u lati o n ,   b alan ci n g   o f   t h e  t w o   F SK  ch a n n el  i s   t h e  o b j ec tiv e   [ 1 2 ] ;  alter n ativ el y     th e  m a x i m izat io n   o f   t h e  tr an s m itter   c u r r en t c o u p led   o n to   th e  tr ac k   is   an o t h er   cr iter io n .   T h e  co m p en s a ted   tr ac k   h as  a  tr an s f er   f u n ct io n   ch ar ac ter ize d   b y   a  s eq u en ce   o f   p ea k s   an d   v alle y s   o f   th e  r ec eiv er   v o ltag e  as  s h o wn   in   Fig u r e  1 ,   ch an g es  to   r ail  in ter n a l  in d u ctan ce   a n d   r esi s tan ce   m a y   lead   to   ch an g es  o f   th e  v al u es  o f   th e  p ea k   a m p lit u d e  an d   th e  f ac to r   o f   m er it,  ca u s in g   s lig h t  d et u n i n g ,   th a t  i m p lie s     a  w o r s e  s i g n al - to - n o is e  r atio   o r   lo w er   s en s iti v it y   w it h   r esp ec t  to   s h u n t in g   ax le  r esis ta n ce   a n d   tr ac k   lea k ag e  to   ea r th   ( th e  s o   ca lled   “ b alla s t  r esis ta n ce ”) .   I m p licatio n s   f o r   tr ac k   cir cu it  p er f o r m a n ce   an d   f u n ctio n al  s af e t y   asp ec ts   ( e. g .   p r o b ab ilit y   o f   d e tectio n   a n d   R i g h t  o r   W r o n g   S id e  Failu r e  e v e n ts )   ar e  e v id e n t.  Su c h   v ar iab ilit y   s h o u ld   b e  tak en   i n to   ac co u n t d u r in g   d esi g n   a n d   b y   th e  tu n i n g   p r o ce d u r e,   alth o u g h   t h e  i n f lu en ce   o f   t h e  tr ac tio n   cu r r en t a m p l itu d e  i s   o n l y   e s ti m ated ,   b u t  m o s t o f   t h e  ti m e  n e g lecte d ,   s i n ce   tu n i n g   i s   p er f o r m ed   w ith o u t tr af f ic.         2000   3000   4000   5000   6000   7000   80 00   9000   10000   10   - 4   10   - 3   10   - 2   10   - 1   10   0   10   1   10   2   F req uen c y   [H z ]   Re c eiv er  v ol tage  [ V ]   n= 1   n= 3   n= 5   n= 7   n= 10   n= 15       Fig u r e  1 .   R ec eiv er   v o lta g e  f o r   in cr ea s i n g   n u m b er   o f   r eso n a n t   ce lls   alo n g   th e  tr ac k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   1 7   -   26   24   Mo d er n   tr ac k   cir cu its   f ea t u r e  th e  m o n ito r in g   o f   in ter n a l  q u an titi e s ,   in   p ar ticu lar   th e  r ec eiv ed   v o ltag e   f o r   th e  t w o   FS K  f r eq u e n ci es  an d   t h e  d y n a m ic  r an g e   b et w ee n   f r ee   an d   o cc u p ie d   tr ac k   co n d itio n s .     T h e  v alid ated   to o l  f o r   tr ac k   ci r cu it  s i m u latio n   an d   t u n in g   p r esen ted   i n   [ 1 2 ]   allo w s   s en s iti v it y   an d   w o r s t - ca s e   an al y s is   f o r   all  th ese  f ac to r s .   I n   th e  s p ec if ic  ca s e  t h e  v ar i ab ilit y   o f   th e  A C  r ail  r esis ta n ce   ( 1   m   o f   r ail  i s   eq u iv ale n t  to   th e  r esis ta n ce   o f   th e  S - b o n d   as  p er   T ab le  1   in   [ 1 2 ] )   w as  m i tig ated   b y   in c r ea s in g   ar tif icial l y     th e  r esi s tan ce   o f   t h e  S - b o n d ,   w it h   t h e  ad v a n ta g e  o f   a  m o r e  s tab le  tr an s f er   f u n ctio n   an d   a  l o w er   f ac to r   o f   m er it ,   s o   a  w id er   r eso n an ce   p ea k   with   less   s teep   s h o u ld er s ,   i m p l y in g   an   ea s ier   tu n i n g .   I n   g e n er al  th e  v ar iab ilit y     o f   tr ac k   p ar am e te r s ,   an d   in   p ar ticu lar   o f   r ail  lo n g it u d in al  p ar a m eter s ,   is   r elev a n t  f o r   tr ac k   cir cu it     o p er atio n   [ 1 3 - 1 9 ] .   Fo r   ax le  co u n ter s   th e  c h an g e  o f   th e  c u r r en t  d is tr ib u tio n   w it h   f r eq u e n c y   in s id e  th e  r ail  a n d   its   i m p ac t   o n   s en s iti v it y   a n d   s u s ce p tib ili t y   o f   t h e  a x le  co u n ter   h ea d   i s   tak en   in to   ac co u n t  e x p er i m e n t all y   a n d   co n v e y ed   in   t h e  s u s ce p tib il it y   lev el s   i n d icate d   in   t h e  E N  5 0 2 3 8 - 3   [5 9 ] .   I t  is   h o w e v er   w o r th   n o ti n g   th at,   as  i n tr o d u ce d   in   s ec .   0 ,   th e  d i s tr ib u tio n   o f   t h e  c u r r en t  a n d   o f   th e   m a g n etic  f ie ld   in s id e  t h e  r ail  d e p en d s   o n   t h e  lo ca l  p er m ea b ili t y   v alu e,   b o th   i n   te r m s   o f   ab s o l u te  v al u e  an d   r eg ar d in g   th e  d i f f er en tial  h y s ter e s is   c y c les   [2 8 ,   2 9 ] ,  as  w el l  as  p r o x i m i t y   e f f ec ts .   Fo r   th e  latter   it  is   th u s   i m p o r tan t  to   in clu d e  p r escr ip tio n s   f o r   th e  m in i m u m   s ep ar atio n   d is tan ce   o f   cu r r en t   ca r r y i n g   co n d u cto r s .   T o   co n clu d e,   th e  m o d el  o f   t h e  o v er a ll  m a g n et ic  cir cu i t   i n c l u d i n g   t h e   r a i l   a n d   t h e   m o v i n g   w h e e l   i s   e x t e n s i v e l y   c o n s i d e r e d   b y   m a n u f a c t u r e r s ,   i n   o r d e r   t o   s p e c i f y   c o n s t r u c t i o n   a n d   i n s t a l l a t i o n   t o l e r a n c e s ,   b e s i d e s   t h e   o p t i m i z a t i o n   o f   t h e   d e t e c t i o n   c i r c u i t   a n d   w o r k i n g   f r e q u e n c y .       4.   CO NCLU SI O N   T h is   w o r k   h a s   p r esen ted   an d   d is cu s s ed   th e  s o u r ce s   f o r   ex p er i m en tal  v al u es  o f   D C   an d   A C   r esis tan c e   an d   in ter n a l  in d u ctan ce   o f   r u n n i n g   r ails .   Desp ite  t h eir   r elev an ce   as  t h e  i n ter f ac e  ele m e n t  in   all  g u id e  w a y   tr an s p o r tatio n   s y s te m s ,   r u n n in g   r ail s   ar e  s eld o m   c h a r ac ter ized   f o r   th eir   elec tr i ca l  ch ar ac ter is t ics.     T h eir   elec tr ic  b eh av io r   is   r elev an t  f o r   s o m e  elec tr ic  in te r f ac es  an d   p h en o m e n a,   s u c h   as  u s ef u l  v o ltag e   d eter m in at io n ,   v ar iab ilit y   o f   r is e  ti m e  o f   s h o r t - cir c u it  w av e f o r m s ,   s tr a y   c u r r en t,  tr ac k   cir cu it  m o d eli n g   an d   tu n in g .   T h er e  ar e  s itu a tio n s   in   w h ic h   co m p lete,   ac c u r ate  an d   r eliab le  m o d els  a n d   ca lc u lat io n s   ar e  n ec e s s ar y ,   m o s tl y   f o r   ex i g e n cies  o f   s y s t e m   as s u r an ce ,   s a f et y   d e m o n s t r atio n   an d   p er f o r m an ce   a s s e s s m e n t.  T h is   i m p lie s   be in g   ab le  to   in cl u d e  v ar iab il it y   o f   p ar a m eter s   ( in cl u d in g   r ail  elec tr ical  p ar am eter s )   in   a  f in a l  co m p lian ce   s tate m en t   (e x a m p le s   h a v e  b e en   g iv e n   in   th e   I n tr o d u ctio n   o f   v a lid atio n   o f   s i m u lat io n   m o d els  an d   t u n i n g   o f     a  cir cu it  m o d el  elec tr ic  ar c  r es p o n s e  p r ed ictio n ) .   T h is   w o r k   t h u s   h a s   o r g an ized   a n d   d is cu s s ed   th e  r elev a n ce   o f   th e  r u n n i n g   r a il s   f o r   a  s et  o f   elec tr ical  in ter f ac es  o f   a  m o d er n   elec tr ic  tr an s p o r tatio n   s y s te m   ( u s e f u l  v o lta g e,   to u ch   v o lta g e,   tr an s ien t  s h o r t  cir cu it  b eh av io r ,   s tr ay   c u r r en t  an d   tr ac k   cir cu its   t u n in g   an d   an al y s i s )   r elev an t  to   E MC,  s y s te m   o p er atio n   an d   p er f o r m an ce ,   a n d   s af e t y .       RE F E R E NC E S   [1 ]   CENEL EC  EN  5 0 3 8 8 ,   “ Ra il wa y   A p p li c a ti o n s  -   P o w e r  su p p ly   a n d   ro ll in g   sto c k   -   T e c h n ica l  c rit e ria  f o r     th e   c o o r d i n a ti o n   b e tw e e n   p o w e r  su p p ly   (su b sta ti o n )   a n d   ro ll in g   st o c k   to   a c h iev e   in ter o p e ra b il i ty , ”   IEC  S t d   6 2 3 1 3 ,  2 0 1 2 .   [2 ]   J.   C.   Bro w n ,   J.  A ll a n ,   a n d   B.   M e ll it t,   “ Ca lcu lati o n   o f   re m o te  sh o rt  c ircu it   f a u lt   c u rre n ts  f o r   DC  ra il w a y s,”     IEE   Pro c e e d in g s B   ( El e c tric P o w e r A p p li c a ti o n s),   v o l .   1 3 9 ,   n o .   4 ,   p p .   2 8 9 - 294 ,  1 9 9 2 .   [3 ]   J.   C.   Bro w n ,   J.   A ll a n ,   B.   M e ll it t,   “ Ca lcu latio n   a n d   m e a su re m e n t  o f   ra il   im p e d a n c e s  a p p li c a b le  t o   re m o te  sh o rt   c ircu it   f a u lt   c u rre n ts,”  IEE   Pro c e e d in g s  B  ( El e c tric P o we r A p p l ica ti o n s) ,   v o l.   1 3 9 ,   n o .   4 ,   p p .   2 9 5 - 3 0 2 ,   1 9 9 2 .   [4 ]   C.   L .   P ires ,   S .   I .   Na b e ta,  J.   R.   Ca rd o so ,   “ S e c o n d - o r d e r  m o d e l  f o r  re m o te  a n d   c lo se - u p   sh o rt - c ircu it   f a u lt s  c u rre n ts   o n   DC t ra c ti o n   s u p p ly , ”   IET   Po w e r E lec tro n ics ,   v o l.   1 ,   n o .   3 ,   p p .   3 4 8 - 3 5 5 ,   M a r .   2 0 0 8 .   [5 ]   A .   M a risc o tt i,   “ I n d u c e d   v o lt a g e   c a lcu latio n   in   e lec tri c   trac ti o n   sy ste m s:  sim p li f ied   m e th o d s,  sc re e n in g   f a c to rs  a n d   a c c u ra c y , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   in telli g e n t  tr a n sp o rta ti o n   sy ste ms ,   v o l.   1 2 ,   n o .   1 ,   p p .   2 0 1 - 2 1 0 ,   M a r .   2 0 1 1 .   [6 ]   J.  Bo n g io r n o ,   G .   Bo sc h e tt i  a n d   A .   M a risc o tt i,   “ L o w - f re q u e n c y   c o u p l in g :  P h e n o m e n a   in   e lec tri c   tran sp o rtati o n   s y ste m s,”   IEE E  El e c trif ica ti o n   M a g a zi n e ,   v o l .   4 ,   n o .   3 ,   p p .   1 5 - 2 2 ,   S e p .   2 0 1 6 .   [7 ]   A .   O g u n so la,  L .   S a n d r o li n i  a n d   A .   M a risc o tt i,   “ Ev a lu a ti o n   o f   stra y   c u r re n t  f ro m   a   d c   e l e c tri f ie d   ra il w a y   w it h   in teg ra ted   e lec tri c - e lec tro m e c h a n ica l  m o d e li n g   a n d   traff ic  sim u latio n , ”   IEE E  T ra n s a c ti o n s  o n   I n d u stry   Ap p li c a ti o n s ,   v o l .   5 1 ,   n o .   6 ,   p p .   5 4 3 1 - 5 4 4 1 ,   No v .   2 0 1 5 .   [8 ]   A .   Og u n so la,  A .   M a risc o tt i  a n d   L .   S a n d r o li n i,   “ Esti m a ti o n   o f   S tr a y   Cu rre n t  f ro m   a   DC  El e c tri f ied   Ra il w a y   a n d   Im p re ss e d   P o ten ti a l  o n   a   Bu ried   P i p e , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   P o we r  De li v e ry ,   v o l.   2 7 ,   n o .   4 ,   p p .   2 2 3 8 - 2 2 4 6 ,     Oc t.   2 0 1 2 .   [9 ]   I.   Co tt o n ,   C.   C h a ra lam b o u s,  P .   Ay lo tt   a n d   P .   Er n st,   “ S tray   Cu rre n t   Co n tro l   i n   DC   M a ss   T ra n sit  S y ste m s,”     IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   Veh icu l a r  T e c h n o l o g y ,   v o l.   5 4 ,   n o .   2 ,   p p .   7 2 2 - 7 3 0 ,   M a r .   2 0 0 5 .   [1 0 ]   A .   Zab o li ,   B.   V a h i d i,   S .   Yo u se f i   a n d   M .   M .   Ho ss e in i - Biy o u k i,   “ Ev a lu a ti o n   a n d   C o n tr o l   o f   S tray   Cu rre n t   in   DC - El e c tri f ied   Ra il w a y   S y st e m s,”   IEE E  T ra n s a c ti o n s  o n   Veh icu l a r  T e c h n o l o g y ,   v o l .   6 6 ,   n o .   2 ,   p p .   9 7 4 - 9 8 0 ,     A p r .  2 0 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       I mp a ct  o f ra il imp ed a n ce   in tr in s ic  va r ia b ilit y  o n   r a ilw a y  s ys tem …  ( A n d r ea   Ma r is co tti )   25   [1 1 ]   A .   M a risc o tt i,   A .   Og u n s o la,  U .   Re g g ian i  a n d   L .   S a n d r o li n i,   “ M it ig a ti o n   o f   e lec tro m a g n e ti c   in terf e re n c e   g e n e ra ted   b y   stra y   c u rre n t  f ro m   a   d c   ra il   trac ti o n   sy ste m , ”   In ter n a ti o n a l  S y mp o siu m  o n   El e c tro ma g n e ti c   C o mp a ti b il it y - EM C   EUROP E ,   2 0 1 2 ,     [1 2 ]   A .   M a risc o tt i,   M .   Ru sc e ll i,   M .   V a n ti ,   “ M o d e l in g   o f   a u d io f re q u e n c y   tra c k   c ir c u it s  f o r  v a li d a ti o n ,   t u n i n g   a n d   c o n d u c ted   i n terf e re n c e   p re d ictio n , ”   IEE E  tr a n sa c ti o n s   o n   i n tell ig e n t   tra n sp o rt a ti o n   sy ste ms ,   v o l.   1 1 ,   n o .   1 ,     p p .   5 2 - 6 0 ,   M a r .   2 0 1 1 .   [1 3 ]   G .   D' A d d io ,   P .   F e rra ri,   A .   M a r isc o tt i,   P .   P o z z o b o n ,   “ In teg ra ted   m o d e ll in g   o f   a u d io f re q u e n c y   trac k   c ircu it s,”     IEE   EM C  Y o rk   9 9 ,   1 9 9 9 .   [1 4 ]   A .   S z e ląg ,   “ Ra il   trac k   a s  a   lo ss y   t ra n sm is sio n   l in e .   P a rt  I:   P a ra m e te rs  a n d   n e w   m e a su re m e n t  m e th o d s,”   Arc h ive s  o f   El e c trica l  En g in e e rin g ,   v o l .   4 9 ,   n o .   3 - 4 ,   p p .   4 0 7 - 4 2 3 ,   2 0 0 0 .   [1 5 ]   A .   S z e lą g ,   “ Ra il   trac k   a s  a   lo ss y   tran sm issio n   li n e .   P a rt  II:  Ne w   m e th o d   o f   m e a su re m e n ts - si m u latio n   a n d   i n   situ   m e a su re m e n ts,”  Arc h ive s o f  El e c t ric a l  En g in e e rin g ,   v o l .   4 9 ,   n o .   3 - 4 ,   p p .   4 2 5 - 4 5 3 ,   2 0 0 0 .   [1 6 ]   F .   Esp i n o sa   e t  a l . ,   “ De tec to r  o f   El e c tri c a l  Disc o n ti n u it y   o f   Ra il s  in   Do u b le - T ra c k   Ra il w a y   L in e s:  El e c tro n ic  S y ste m   a n d   M e a su re m e n t  M e th o d o lo g y , ”   IEE E  T ra n s a c ti o n s  o n   I n tell ig e n t  T r a n sp o rta t io n   S y ste ms ,   v o l.   1 8 ,   n o .   4 ,     p p .   7 4 3 - 7 5 5 ,   A p r.   2 0 1 7 .   [1 7 ]   X .   Z h o u ,   Z.   W a n g ,   a n d   Z.   L iu ,   “ S tu d y   o n   th e   e f fe c t  o f   c o m p e n sa ti o n   c a p a c it o rs  o n   b ro k e n   ra i l  d e tec ti o n   i n   a u d io f re q u e n c y   trac k   c ircu it s,”   IEE E  In ter n a t io n a l  Co n fer e n c e   o n   In telli g e n t  Ra il   T ra n sp o r ta ti o n   ( ICIRT ) ,     p p .   2 8 4 - 2 8 7 ,   2 0 1 6 .   [1 8 ]   S .   Ciu rl o   a n d   A .   M a risc o tt i,   “ T ra c k   c o m p e n sa ti o n   w it h   A u d io f re q u e n c y   T ra c k   Circu it s ,”   Pro c .   o f  th e   In ter n .   Co n f .   o n   E lec trica l  S y ste ms   fo r A irc ra ft ,   Ra il w a y   a n d   S h ip   Pro p u ls i o n   ( E S AR S ) ,   2 0 1 0 .   [1 9 ]   L .   Iv a n e k ,   V .   M o sty n ,   K.  S c h e e ,   a n d   J.  G ru n ,   “ T h e   S e n siti v it y   o f   t h e   In p u t  Im p e d a n c e   P a ra m e ter s  o f   T ra c k   Circu it s   to   Ch a n g e s in   th e   P a ra m e ters   o f   t h e   T ra c k , ”   Ad v a n c e s E lec tr.  a n d   El e c tro n .   E n g . ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 ,   p p .   7 7 - 8 3 ,   2 0 1 7 .   [2 0 ]   J.  Bo n g io rn o   a n d   A .   M a risc o tt i,   “ Ev a lu a ti o n   o f   p e rf o rm a n c e s  o f   in d e x e s  u se d   f o r   v a li d a ti o n   o f   sim u latio n   m o d e ls   b a se d   o n   re a l  c a se s,”   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  M a t h e ma ti c a l  M o d e ls  a n d   M e th o d s  in   A p p li e d   S c ien c e s,   v o l.   9 ,     p p .   2 9 - 4 3 ,   2 0 1 5 .   [2 1 ]   G .   Cro tt i,   e t  a l. ,   “ P a n to g ra p h - to - OH L   A rc :  Co n d u c ted   Ef f e c ts  in   DC  Ra il w a y   S u p p ly   S y ste m , ”   IE EE   T r a n sa c t io n s   o n   I n stru me n t a ti o n   a n d   M e a su re me n t,   v o l.   6 8 ,   n o .   1 0 ,   p p .   3 8 6 1 - 3 8 7 0 ,   o c t.   2 0 1 9 .   [2 2 ]   G .   Cro tt i,   e t  a l. ,   “ P a n to g ra p h - to - OH L   A r c :  Co n d u c te d   Ef fe c ts  in   DC  R a il wa y   S u p p ly   S y ste m , ”   IE EE   9 th   I n ter n .   W o rk sh o p   o n   Ap p li e d   M e a s.  f o r P o w.   S y s.  ( AM PS ),   S e p .   2 0 1 8 .   [2 3 ]   CCITT ,   “ Dire c ti v e s  c o n c e rn in g   th e   p ro tec ti o n   o f   tele c o m m u n ica ti o n   li n e s  a g a in st  h a rm f u l  e ffe c t s  f ro m   e le c tri c   p o w e r  a n d   e lec tri f ied   ra il w a y   li n e s - V o l u m e   II, ”   Ge n e v a ,   S w it z e rlan d ,   1 9 8 9 .   [2 4 ]   R.   J.  Hill ,   S .   Bri ll a n te,   P .   J.  L e o n a rd ,   “ Ra il w a y   trac k   tran s m is sio n   li n e   p a ra m e ters   f ro m   f in it e   e lem e n t  f ield   m o d e ll in g :  se ries   i m p e d a n c e , ”   IEE   Pro c e e d in g s - El e c tric  Po we r  Ap p li c a ti o n s,   v o l.   1 4 6 ,   n o .   6 ,   p p .   6 4 7 - 6 6 0 ,     De c .   1 9 9 9 .   [2 5 ]   G .   D' A d d io ,   M .   F ra c c h ia,  A .   M a risc o tt i  a n d   P .   P o z z o b o n ,   “ S e n siti v it y   a n a l y sis  o f   ra il w a y   li n e   im p e d a n c e   to   v a riatio n s o f   e lec tri c a l  a n d   g e o m e tri c a l  p a ra m e ters , ”   W o rld   Co n g re ss   o n   R a il w a y   Res .   W CRR ,   1 9 9 9 .   [2 6 ]   R.   G a r g ,   P .   M a h a jan   a n d   P .   Ku m a r,   “ S e n siti v it y   A n a l y sis  o f   Ch a ra c teristic  P a ra m e ter s  o f   Ra il w a y   E lec tri c   T ra c ti o n   S y st e m , ”   In ter n a ti o n a l   J o u r n a l   o f   El e c tro n ics   a n d   El e c trica l  E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v o l.   2 ,   n o .   1 ,   p p .   8 - 1 4 ,   2 0 1 4 .   [2 7 ]   A .   M a risc o tt i  a n d   P .   P o z z o b o n ,   “ Re sista n c e   a n d   in tern a l  in d u c tan c e   o f   trac ti o n   ra il s:  A  su rv e y , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n s   o n   Ve h icu l a r T e c h n o l o g y ,   v o l .   5 3 ,   n o .   4 ,   p p .   1 0 6 9 - 1 0 7 5 ,   2 0 0 4 .   [2 8 ]   A .   M a risc o tt i  a n d   P .   P o z z o b o n ,   “ M e a su re m e n t  o f   th e   In tern a l  Im p e d a n c e   o f   trac ti o n   ra il s  a t  5 0   Hz , ”   IEE E   tra n sa c ti o n s  o n   in str u me n ta t io n   a n d   me a s u re me n t,   v o l.   4 9 ,   n o .   2 ,   p p .   2 9 4 - 2 9 9 ,   A p r .   2 0 0 0 .   [2 9 ]   A .   M a risc o tt i  a n d   P .   P o z z o b o n ,   “ M e a su re m e n t  o f   th e   in tern a l  im p e d a n c e   o f   trac ti o n   ra il s  a t  a u d i o f re q u e n c y , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   In str u me n ta t io n   a n d   M e a su re me n t,   v o l.   5 3 ,   n o .   3 ,   p p .   7 9 2 - 7 9 7 ,   Ju l .   2 0 0 4 .   [3 0 ]   F .   F il i p p o n e ,   A .   M a ri sc o tt i   a n d   P .   P o z z o b o n ,   “ T h e   In ter n a l  Im p e d a n c e   o f   trac ti o n   ra il s  f o r  d c   ra il w a y s  in   th e   1 - 1 0 0   k Hz   f r e q u e n c y   ra n g e , ”   IEE E  T r a n sa c ti o n s   o n   I n stru me n t a ti o n   a n d   M e a su re me n t,   v o l .   5 5 ,   n o .   5 ,   p p .   1 6 1 6 - 1 6 1 9 ,   Oc t.   2 0 0 6 .   [3 1 ]   E.   Ke n n e ll y ,   F .   H.  A c h a rd ,   S .   Da n a ,   “ Ex p e rim e n tal  re se a rc h e s  o n   t h e   sk in   e ff e c t  in   ste e l  ra il s,”   J o u rn a l  o f  Fr a n k li n   In stit u te,   1 9 1 6 .   [3 2 ]   H.   M .   T ru e b l o o d ,   G .   W a sc h e c k ,   “ In v e stig a ti o n   o f   ra il   im p e d a n c e s,”   El e c trica l  En g i n e e rin g ,   p p .   8 9 8 - 9 0 7 ,   1 9 3 3 .   [3 3 ]   F.   R.   H o lm str o m ,   “ T h e   m o d e l  o f   c o n d u c ti v e   in terf e re n c e   in   ra p i d   tran sit  sig n a li n g   sy ste m , ”   IEE E  tra n sa c ti o n s  o n   in d u stry   a p p li c a ti o n s.,   v o l .   2 2 ,   n o .   4 ,   p p .   7 5 6 - 7 6 2 ,   1 9 8 6 .   [3 4 ]   R.   J.  Hill ,   a n d   D.   C.   Ca rp e n ter,   “ De ter m in a ti o n   o f   ra il   in tern a l   im p e d a n c e   f o r  e lec tri c   r a il wa y   tr a c ti o n   sy ste m   sim u latio n , ”   IEE   p ro c e e d in g s B - e lec tric p o we r a p p li c a ti o n s,   v o l.   1 3 8 ,   n o .   6 ,   p p .   3 1 1 - 3 2 1 ,   No v .   1 9 9 1 .   [3 5 ]   A .   M a risc o tt i,   P .   P o z z o b o n ,   M .   V a n ti ,   “ S im p li f ied   m o d e ll in g   o f   2 x 2 5   k V   A T   Ra il w a y   S y ste m   f o r  th e   so lu t io n   o f   lo w   f r e q u e n c y   a n d   larg e   sc a le p r o b lem s,”   IEE E  T ra n s.  P o w.   De l. ,   v o l.   2 2 ,   n o .   1 ,   p p .   2 9 6 - 3 0 1 ,   Ja n .   2 0 0 7 .   [3 6 ]   A .   M a risc o tt i,   “ On   t h e   c o m m o n   m o d e   to   d if f e re n ti a l  m o d e   tran sf o rm a ti o n   o f   c o n d u c ted   d istu r b a n c e   in   d o u b le  trac k   trac ti o n   li n e s,”   IEE E   In ter n .   Co n f .   o n   El e c trica l  S y ste ms   fo r A irc ra ft ,   Ra il wa y s  a n d   S h ip s   ( ES AR S ),   2 0 1 2 .   [3 7 ]   D.   C.   Ca rp e n ter   a n d   R.   J.  Hi ll ,   “ Ra il ro a d   T ra c k   El e c tri c a l  I m p e d a n c e   a n d   A d jac e n t  T ra c k   Cro ss talk   M o d e li n g   Us in g   th e   F i n it e - El e m e n t  M e th o d   o f   El e c tro m a g n e ti c   S y ste m s   A n a l y sis,”   IEE E  tr a n sa c ti o n s   o n   v e h ic u la r   tec h n o l o g y ,   vo l.   4 2 ,   n o .   4 ,   p p .   5 5 5 - 5 6 2 ,   No v .   1 9 9 3 .   [3 8 ]   A .   M a risc o tt i,   “ S e lf   a n d   m u tu a l  c a p a c it a n c e   o f   c o n d u c to rs  i n   a i r  a n d   l o ss y   e a rth   w it h   a p p li c a ti o n   to   e lec tri f ied   ra il w a y s,”   Arc h ive s o f  El e c trica l  En g i n e e rin g ,   v o l.   6 8 ,   n o .   4 ,   p p .   8 5 9 - 8 7 3 ,   2 0 1 9 .   [3 9 ]   A .   M a risc o tt i  a n d   P .   P o z z o b o n ,   “ Ex p e rime n tal  re su lt s o n   lo w   ra il - to - ra il   c o n d u c tan c e   v a lu e s,”   IEE E  tra n sa c ti o n s  o n   v e h icu la r tec h n o l o g y . ,   v o l.   5 4   n o .   3 ,   p p .   1 2 1 9 - 1 2 2 2 ,   M a y   2 0 0 5 , .   [4 0 ]   G .   L u c c a ,   “ Ev a lu a ti o n   o f   Ra il   Co n d u c ta n c e s,”   In g e g n e ria   Fer ro v i a ria ,   v o l.   1 2 ,   p p .   9 3 5 - 9 4 9 ,   De c .   2 0 1 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   1 7   -   26   26   [4 1 ]   G .   L u c c a ,   “ S i m p li f ied   A n a l y ti c a l  M e th o d   f o r  Ev a lu a ti n g   Ra il s  Co n d u c tan c e , ”   In g e g n e ri a   Fer ro v ia ria ,   v o l.   4 ,     p p .   2 4 9 - 2 6 3 ,   A p r.   2 0 2 0 .   [4 2 ]   EN  1 3 6 7 4 - 1 ,   “ Ra il w a y   a p p li c a ti o n s  -   T ra c k   -   Ra il   –   P a rt  1 :  V ig n o l e   ra il w a y   ra il s 4 6   k g / m   a n d   a b o v e , ”   2 0 1 7 .   [4 3 ]   F .   Kie ss li n g ,   R .   P u sc h m a n n ,   A .   S c h m ied e r  a n d   E.   S c h n e id e r,   “ Co n tac t  L in e s  f o r  El e c tri c   Ra il w a y s:  P lan n i n g ,   De sig n ,   Im p le m e n tatio n ,   M a in te n a n c e ,   S iem e n s,”   Pu b li c is Co rp o ra te P u b l ish i n g ,   2 0 0 9 .   [4 4 ]   V .   Ko lář,   P .   Bo jk o   a n d   R.   Hrb á č ,   “ M e a su re m e n t  o f   c u rre n t  f lo w in g   th r o u g h   a   ra il   w it h   t h e   u se   o f   Oh m ’s  m e th o d ;   d e term in a ti o n   o f   th e   im p e d a n c e   o f   a   ra il , ”   Prze g lą d   El e k tro tec h n icz n y ,   v o l.   8 9 ,   n o .   6 ,   p p .   1 1 8 - 1 2 0 ,   2 0 1 3 .   [4 5 ]   Nip p o n   S tee l  a n d   S u m it o m o   M e tal,   “ Ra il s , ”   NS S M C ,   2 0 1 4 .   [ On l i n e ] ,   A v a i la b le:   h tt p s:/ /www . n ss m c . c o m /p ro d u c t/ c a talo g _ d o w n lo a d / p d f /K0 0 3 e n . p d f .   [4 6 ]   E.   S z y c h ta,  L .   S z y c h ta,  M .   L u f t  a n d   K.  Kira g a ,   “ A p p li c a ti o n   o f   3 D  S im u latio n   M e th o d s  t o   th e   P r o c e ss   o f   In d u c ti o n   H e a ti n g   o f   Ra il   T u rn o u ts,”  I n fra st ru c tu re   De sig n ,   S i g n a ll i n g   a n d   S e c u rity in   R a il w a y ,   2 0 1 2 .   [4 7 ]   S P G   0 7 0 9 ,   “ T ra c ti o n   re tu r n ,   trac k   c ircu it s  a n d   b o n d in g , ”   NS W   T ra n sp o rt  Ra il   C o rp . ,   2 0 1 7 .   [ O n li n e ] .   A v a il a b le:  ww w . tran sp o rt. n sw . g o v . a u /s y ste m / f il e s/ m e d ia/a sa _ sta n d a rd s/2 0 1 7 /sp g - 0 7 0 9 . p d f   [4 8 ]   CENEL EC  EN  5 0 1 2 2 - 2 ,   “ Ra il wa y   a p p li c a ti o n s  -   F ix e d   in sta ll a ti o n s  -   El e c tri c a l  sa f e t y ,   e a rth in g   a n d   t h e   re t u r n   c ircu it   –   P a r t  2 :   P r o v isio n s a g a in s t  th e   e f fe c ts o f   stra y   c u rre n ts ca u se d   b y   d c   trac ti o n   sy ste m s, ”   2010.   [4 9 ]   M .   Zag irn y a k ,   V .   P ru s,  D.  Ro d k i n ,   Y.  Zac h e p a   a n d   V .   Ch e n c h e v o i,   “ A   r e f in e d   m e th o d   f o r  th e   c a lc u latio n   o f   ste e l   lo ss e s a t  a lt e rn a ti n g   c u rre n t , ”   Arc h ive s o f  El e c trica l   En g in e e rin g ,   v o l.   6 8 ,   n o .   2 ,   p p .   2 9 5 - 3 0 8 ,   2 0 1 9 .   [5 0 ]   M .   M irza e i  a n d   P .   R ip k a ,   “ A n a l y sis  o f   M a teria l  Eff e c t  o n   Ra il   Im p e d a n c e , ”   5 3 r d   I n ter n a t io n a l  U n i v e rs it ies   Po we r  En g i n e e rin g   C o n fer e n c e ,   2 0 1 8 .   [5 1 ]   A .   Do lara   a n d   S .   L e v a ,   “ Ca lcu lat io n   o f   Ra il   In tern a l  Im p e d a n c e   b y   Us in g   F in it e   El e m e n ts  M e th o d s  a n d   Co m p lex   M a g n e ti c   P e rm e a b il it y , ”   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f   Veh icu la r T e c h n o lo g y ,   v o l.   2 0 0 9 ,   2 0 0 9 .   [5 2 ]   L .   Di  Rien z o ,   Z.   Zh a n g ,   a n d   S .   A .   P ig n a ri,   “ Bo u n d a ry - e le m e n t  c o m p u tatio n   o f   p e r - u n it - len g th   se ries   p a ra m e t e rs  o f   ra il w a y   li n e s,”   IEE E  T ra n sa c ti o n s o n   E lec tro ma g n e ti c   Co m p a ti b il i ty ,   v o l.   5 1 ,   n o .   3 ,   p p .   8 2 5 - 8 3 2 ,   A u g .   2 0 0 9 .   [5 3 ]   M.   N.  S a ra v a n a   Ku m a r  a n d   R.   M u ru g n a ,   “ A n a l y sis  o f   In d u c tan c e   G ra d ien t  a n d   Cu rre n t   De n sity   Di strib u ti o n   Ov e r  Diff e r e n t  Cro ss - se c ti o n   o f   Ra il s,”   In ter n a ti o n a l  J o u r n a l  o f  El e c t ric a l  a n d   Co m p u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ),   v o l.   8 ,   n o .   2 ,   p p .   7 2 3 - 7 2 9 ,   A p r.   2 0 1 8 .   [5 4 ]   K.  Kira g a   a n d   E.   S z y c h ta,  “ Re s e a rc h   o f   se lec ted   e lec tri c   a n d   m a g n e ti c   p ro p e rti e s  o f   ra il w a y   ra i l, ”   Arc h ive s  o f   El e c trica l  En g in e e rin g ,   v o l .   6 1 ,   n o   3 ,   p p .   3 4 7 - 3 5 7 ,   S e p .   2 0 1 2 .   [5 5 ]   G .   Du ,   D.   Zh a n g ,   G .   L i,   C.   W a n g ,   a n d   J.   L iu ,   “ Ev a lu a ti o n   o f   Ra i l  P o ten ti a l   Ba se d   o n   P o w e r  Distrib u ti o n   i n   DC   T ra c ti o n   P o w e r  S y ste m s,”   En e rg ies ,   v o l.   9 ,   n o .   9 ,   S e p t.   2 0 1 6 .   [5 6 ]   T.   H.  Ch e n   a n d   R.   N.  L iao ,   “ M o d e ll in g ,   sim u latio n ,   a n d   v e rif ica ti o n   f o r  d e tailed   sh o r t - c ircu it   a n a ly sis  o f   a   1 x 2 5   k V  ra il w a y   trac ti o n   sy st e m , ”   IET   Ge n e ra ti o n ,   T ra n sm issi o n   &   Distrib u ti o n ,   v o l .   1 0 ,   n o .   5 ,   p p .   1 1 2 4 - 1 1 3 5 ,   Oc t.   2 0 1 6 .   [5 7 ]   V.   I .   Ha v r y li u k ,   “ M o d e li n g   o f   th e   trac ti o n   c u rre n t   h a rm o n ics   d istri b u ti o n   in   ra il s,”   Ел е к тр о м а г ніт н а   с у м існ і с ть  та   бе з пе к а   на   з а л із ни ч но м у   тр а нс п о р ті   (El e c tro m a g n e ti c   c o m p a ti b il it y   a n d   ra il w a y   sa f e t y ),   n o .   1 3 ,   p p .   2 0 - 27 ,  2 0 1 7 .   [5 8 ]   F .   F ich e ra ,   A .   M a risc o tt i,   A .   O g u n so la,  “ Ev a lu a ti n g   S tray   Cu rr e n t  f ro m   DC  El e c tri f ied   T ra n sit  S y ste m s   w it h   L u m p e d   P a ra m e ter an d   M u l ti - L a y e r  S o i l  M o d e ls,”  Pr o c .   o f   1 5 th   I EE E  Reg i o n   8   Eu ro C o n   2 0 1 3   Co n f. ,   J u ly ,   2 0 1 3 .   [5 9 ]   CENEL EC  CL C/ T S   5 0 2 3 8 - 3 ,   “ Ra il w a y   a p p li c a ti o n s  -   Co m p a ti b il it y   b e tw e e n   ro ll in g   sto c k   a n d   train   d e tec ti o n   s y ste m s  -   P a rt  3 :  C o m p a ti b il it y   with   a x le co u n ters , ”   2 0 1 5 .       B I O G RAP H Y   O F   AUTHO R       And r e a   M a r isc o tti   d e g r e e d   in   El e c tro n ic  En g .   i n   1 9 9 1   (c u m   lau d e )  a n d   th e   P h . D.  in   El e c tri c a l   En g .   i n   1 9 9 7   f ro m   th e   Un iv e rsity   o f   G e n o v a .   A s  a   T e n u re   re se a rc h e r  u n d e r  d if fe re n t  g ra n ts  b e tw e e n   1 9 9 8   a n d   2 0 0 4   h e   w o rk e d   in   n a ti o n a l  a n d   in ter n a ti o n a l  r e se a rc h   p ro g ra m s.   In   2 0 0 5   h e   b e c a m e   As sista n t  P ro f e ss o r  a t  t h e   f o rm e r  El e c tri c a l  En g .   De p t.   o f   th e   U n iv e rsity   o f   G e n o v a .     His  m a in   re se a rc h   in tere sts  a re   EM C   a n d   P o w e r  Qu a li ty   a p p li e d   t o   i n d u strial,   m il it a r y   a n d   tran sp o rtati o n   sy ste m s,  m o d e li n g   a n d   m e a su re m e n t  o f   e le c tro m a g n e ti c   in terfe re n c e ,   a n d   it s   re lev a n c e   to   sa f e t y   a n d   a v a il a b il it y .   H e   is  a lso   a c ti v e   in   th e   f ield   o f   e lec tri c a l  sa f e t y ,   e a rth in g   a n d   b o n d i n g   a n d   stra y   c u rre n t  p ro t e c ti o n   a p p li e d   t o   tran s p o rtati o n   sy st e m s.  He   is  M e m b e r  o f    th e   IEE E  I& M   S o c iety   a n d   o f   th e   Italian   El e c tri c a l  a n d   El e c tro n ic M e a su re m e n t  G ro u p   (G M EE );  h e   is also   a   re v iew e r  f o r  IEE E,   El se v ier,  In stit u te o f   P h y sic s ,   M DP I   a n d   S p ri n g e r.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.