电磁场及高压电器综合实验报告.doc

电磁场及高压电器综合实验报告

7根平行输电线周围的电位和电场分布

电气工程学院2010级二班

7根平行输电线周围的电位和电场分布

模型描述：
对于无限长载流导线实体模型的电位和电场，我们只需建立二维模型、采用能量法进
行求解。
求无限长载流导线附近的电场分布，无限长载流导线截面为圆柱形，周围为空气介质，
平面位置和尺寸如下图(b)所示，R0 =1cm，h=10m，H=75m,L=5m。由于L≫ R0,因此两导线间的电容可以忽略不计。
边界和激励设置：将大地和无限远处作为求解边界。求解区域外围空气（5倍的模
型尺寸）设置为截断边界，边界上的电位为0V。导线截面内所有的电位均相等，导线
为一等势体，电位设置为7V ，图8(b) 为模型总体示意图。
图8(a) 无限长导线模型尺寸 图8(b) 无限长导线电场计算模型示意图

图（a）

边界U=0

图（b）

静电场‐‐7根平行输电导线周围电位及电场分布
具体步骤
1、确定文件名，选择研究范围
点击Utility Menu>File>Change Title，输入你的文件名，例如：代中余 2010302540047。
点击Main Menu>Preferences，选择Electric。

(command:/BATCH,LIST
/PREP7
/TITLE)

2、定义参数
点击Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，在下面空白区域填入参数：
h = 10
R0 = 0.01
U = 7
L=5
参数输入完毕，点击“close”关闭对话框。

(command: h = 5
R0 = 0.01
U = 7
L=5
)

3、定义单元类型
点击Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现单元类型
对话框，点击Add，选择Electrostatic 和2D Quad 121（二维四边形单元plane121）。

(command: ET,1,PLANE121)

4、定义材料属性
点击Material Props>Material Models ， 点击对话框的右栏
Electromagnetics>Relative Permittivity>Constant，在弹出的对话框PREX 一栏写入
1， 点击OK。

(command: MP,PERX,1,1)

5、创建几何模型
1) 点击主菜单栏中的PlotCtrls>Numbering，在弹出的对话框中，勾选Keypoint
numbers 为on，Line numbers 为on，Area numbers 为on，点击OK。

(command: /PNUM,KP,1
/PNUM,LINE,1
/PNUM,AREA,1)

2) 点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS，在弹
出的对话框中，输入Keypoint number 为1，Location in active CS 中分别填入0 0 0。

(command: K,1,0,0；)

3) 点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>By Cent &
Radius，弹出对话框后，在图形显示界面中选择关键点4，并在弹出的对话框中
输入5*6*L，点OK，再在新弹出的对话框的第一栏Arc length in degrees 中输入180，
第二栏Number of lines in arc 中输入2，之后点击OK。
(command: circle,4, 5*6*L,,,180)

4) 点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines> Straight Line，
在图形显示界面中，选择关键点1，2并点击OK。重复上述操作，选择关键点2，
1，4并点击OK。

(command: l,1,,2
l,1,,4)

5) 点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary> By Lines，
在图形显示界面中，选择L1，L2，L3，L4，然后点击OK。

(command: al,all)

6) 点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle> Solid Circle，在
WP X 栏中输入0，在WP Y 栏中输入h，在Radius 栏中输入R0,重复上述步骤，在WP X 栏中分别输入5；10；15；-15；-10；-5，在WP Y 栏中输入h，在Radius 栏中输入R0.

(command: cyl4,0,h,R0；
cyl4,5,h,R0；
cyl4,10,h,R0；
cyl4,15,h,R0；
cyl4,-15,h,R0；
cyl4,-10,h,R0；
cyl4,-5,h,R0)

7) 在主菜单栏中选择Select>Everything

(command:alls)

8) 点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans> Overlap>Areas，
在弹出的对话框中点击Pick All。

(command: aovlap,all)

6、准备剖分模型
点击Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool，在Size Controls 下的Lines栏中点击Set，在弹出的对话框中，输入1，2，点击OK，再在新弹出的对话框的NDIV 一栏中输入50，点击OK。重复上述操作，点击Set 之后，在弹出的对话框中，输入3，4，点击OK，再在新弹出的对话框的NDIV 一栏中输入50，SPACE一栏中输入3，点击OK。重复上述操作，点击Set 之后，在弹出的对话框中，输入5,6,7,8，点击OK，再在新弹出的对话框的NDIV 一栏中输入，点击OK。重复上述操作，点击Set 之后，在弹出的对话框中，分别输入9,10,11,12；13,14,15,16；17,18,19,20；21,22,23,24；25,26,27,28；29,30,31,32，点击OK，再在新弹出的对话框的NDIV 一栏中输入1，点击OK。

(command: lsel,s,,,5,32,1
lesize,all,,,1
lsel,s,,,3,4,1
lesize,all,,,50,3
lsel,s,,,1,2,1
lesize,all,,,50)

7、剖分模型
在主菜单栏中选择Select>Everything

(command: alls)

点击Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool，在弹出的窗口中，Mesh栏中选择Areas，并在Shape 栏中选择Tri，以及Free，然后点击Mesh，在新弹出的对话框中，点击Pick All。

(command: mshape,1,2d
amesh,all)

8、施加边界条件及载荷
点击Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Electric>Boundary> Voltage>OnLines，在弹出的窗口中，输入5,6,7,8，点击OK，在新弹出的对话框的VALUE 一栏中，输入U。重复上述操作，在弹出的窗口中，分别输入9,10,11,12；13,14,15,16；17,18,19,20；21,22,23,24；25,26,27,28；29,30,31,32，点击OK，在新弹出的对话框的VALUE 一栏中，输入U，点击OK。再重复上述操作，在弹出的窗口中，输入1,2,3,4，点击OK，在新弹出的对话框的VALUE 一栏中，输入0，点击OK。

(command: lsel,s,,,5,32,1
dl,all,,volt,U
lsel,s,,,1,4,1
dl,all,,volt,0)

9、求解
点击Main Menu>Solution>Solve>Current LS，点击OK，在弹出Solution is done!后点击Close，计算结束。

(command: alls
/solu
solve)

10、后处理显示
1) 点击Main Menu>General Postproc>Plot Result>Contour Plot> Nodal Solu，在弹出的对话框中，选择DOF Solution> Electric potential，点击OK，即可得到空间电位分布云图。输电线从左向右依次编号为1-7

7根输电线整体电位分布图

1,2号输电线图

3，4，5号输电线电位图

5,6,7号输电线电位图
2) 点击Main Menu>General Postproc>Plot Result>Contour Plot> Nodal Solu，在弹出的对话框中，选择Electric Field> Electric field vector sum，点击OK，即可得到空间电场强度分布云图。

7根输电线整体电场强度分布

单根输电线整体电场强度分布

3) 点击Main Menu>General Postproc>Path Operations>Define Path>By Location，弹出对话框，在Name 栏目中填入路径名称path1，在Number of points 栏中填入2，在Number of data sets 中填入20，在Number of divisions 中填入1000，点击OK，弹出新的对话框，在NPT 栏中填入1，在X,Y,Z 栏中填入0,0,0，点击OK，弹出新的对话框，在NPT 栏中填入2，在X,Y,Z 栏中填入10*h,0,0，点击OK，弹出新的对话框，点击Cancel。
4) 点击Main Menu>General Postproc>Path Operations>Map onto Path，在弹出的对话框中选择Flux & gradient，再在右边栏目中选择EFY，点击OK。
5) 点击Main Menu>General Postproc>Path Operations>Plot Path Item> OnGraph，在弹出的对话框中，选择EFY，点击OK，图形显示界面中会输入路径上（即地表）电场强度的y 分量。

备注：1、由于L≫R0，故输电线间的相互场强影响可以忽略不计，各根输电线的周围电场强度分布一样。
2、由于本人的电脑处理能力有限，故输电线作为一份，未剖分。