ElecNet操作说明 变压器套管

ElecNet 软件操作说明
海基公司
前言
本说明文件以变压器套管( Bushing )问题为例，介绍ElecNet软件的基本操作步骤。

对一个项目的分析包括以下步骤。

目录
1．ElecNet界面介绍 (2)
2．变压器套管问题介绍 (4)
3．定义新材料 (5)
4．建模 (7)
5．定义电极 (11)
6．设置边界条件和网格参数 (12)
7．求解 (13)
8．后处理 (15)
9．瞬态电场仿真附加说明 (18)
1. ElecNet界面介绍
安装ElecNet和相应的License后，可以运行ElecNet。

在Windows系统中，点击开始－>程序－>Infolytica－>ElecNet启动ElecNet。

其主要的界面如下。

1）下拉式菜单
File：新建、打开、保存文档，输入、输出模型、动画等
Edit：Undo、Redo，拷贝，粘贴，删除。

各种类型的选择功能等。

Draw：光标方式，画直线、圆弧、圆等，移动、旋转、镜像等，布尔操作等
Model：生成实体，对实体进行操作，生成电极等。

Boundary：各种边界条件定义等
Solve：选择求解器，设定求解参数、时间步长等。

View：各种视图选项和设定，光栅网格等。

Tools：动画、脚本工具，场量探针，各种工具条的显示与关闭，键盘、后处理的打开和关闭操作等。

Window：窗口操作等。

Help：多个帮助文件，对应相关操作的日志文件等。

2）边界条件：切线场（默认），接地，奇对称，偶对称等边界条件的设定
3）脚本，运行或记录脚本，VBS格式的文件
4）直线、圆弧网格剖分分段设定工具
5）模型视图旋转调节
6）模型视图角度调节
7）对构造线和实体的移动、复制、旋转、径向等操作
8）项目操作窗口
Object：对文件中的元件，电极等设定操作
Material：定义，编辑材料库
Electrode：对电极定义，激励为直流交流，任意波形，和浮置电极等。

Problem：求解问题列表
Field：显示求解后的各种场量，生成动画等
View：各种视图参数
9）选取工具，选择构造线，构造面，实体线，实体面，实体等。

10）生成实体工具，拉伸，旋转，多段扫描等方式生成3D实体。

11）画线、圆弧、圆等构造线的工具。

12）模型及结果显示窗口
13）键盘输入坐标窗口。

14）后处理窗口，显示求解模型的储能、受力、电荷、电压等数值。

15）操作状态提示和探测点场值显示。

16）鼠标坐标及模型单位提示。

另外，后处理窗口，键盘输入窗口等可以通过Tools－>Post Processing Bar打开和关闭。

2. 变压器套管问题介绍
变压器电容性套管经常用于增强变压器内部的电场分布。

它们用来将高电压的导体的电压逐步降低。

在这个例子中，9片不同长度的箔片（foils)放置于环氧树脂合成纸(ERIP)内的特定位置，用来减小最大的电场强度。

采用ElecNet的２Ｄ静电场仿真方，并利用ElecNet的浮置电极（Floating electrode)功能，对置于油绝缘变压器内的电容性套管进行静电场分析。

变压器套管模型的几何为轴对称,因此采用2D静态求解方案。

在合成纸内每一箔片都设定为浮置电极（电荷为零，未知电势的导体）。

浮置电极或给定电压电极可以适用到物体上，例如高电压电极，或适用到一个表面，例如某一个箔片。

如果这些箔片电极用来组成一个物体，所用的网格量非常大。

因此，适用在箔片表面，所用网格量会少很多，网格的剖分过程会快很多。

ERIP的相对电容率 = 4
Oil Material的相对电容率 = 2
3. 定义新材料
ElecNet自带多种材料。

如果需要输入新的材料，可以在Material页面下右键点击UserDefinedMaterials，选择New User Material，然后根据向导，设定电，磁，损耗，热等特性。

特性基于温度，可以输入多个数据或多条曲线。

根据向导，可以设定套管提供的环氧树脂合成纸ERIP Material和油材料Oil Material。

模型中所用到的材料会单独显示在ModelMaterials中。

如果模型中的新材料是在别的计算机上建立，在本计算机上打开模型时，该材料会以Ø标出。

鼠标左键点中该材料，直接拖到UserDefinedMaterials中成为自己的材料库中的成员。

如果模型中的某材料和已有材料的参数不一致，会以≠标出，此时在ModelMaterials 中右键点击该材料，选择Update Model Material，即可以把ModelMaterials中的相应材料属性更新为UserDefinedMaterials中的同名材料。

模型自带的材料特性是不能更改的。

但是在生成新材料时，可以选中某已有材料，拷贝所有的特性到新材料中。

材料库列出了所有可以应用到模型中的材料。

当用户在某个部件中使用某一个材料时，该材料的备份会保存在部件中，使得部件的描述更完整。

因此，将单独一个部件的文件发送给相关同事时，不需要将整个材料库发送给对方。

4 建模
Step 1，画构造线
变压器套管模型为轴对称，即在ElecNet中的仅建立以套管中心轴为旋转轴的有一定角度的部分模型。

旋转角度也可以为零度。

轴对称模型，采用2D求解器即可。

启动ElecNet，在Object 下点中文件名（即项目名），右键属性，在Units页面下，设定单位为毫米，毫秒，赫兹，摄氏度。

保存文件，例如保存为bushing_step1.en。

*.en为ElecNet可以识别的文件后缀，此文件可以在MagNet和ThermNet中打开，即模型在Infolytica系列软件中是通用的。

在View页面下可以设定曲线的显示方式，如果显存配置比较高，可以设置小的度数，而不影响视图模型的刷新速度。

例如，可以设定一度为一段显示。

在右侧建模窗口中画构造线，构造线是画在构造面上（Construction Slice），默认的构造面是XY平面，它是可以移动到任意位置或任意平面上。

根据B模型的尺寸，应用线和圆弧工具，画出如图所示的构造线。

实际坐标是通过键盘输入窗口（Keyboard Input Bar）输入的，或在窗口中用鼠标输入。

Keyboard Input Bar在Tools下可以打开。

如画一条从（3，0）到（7，8）的线段，先点击add Line，再在Keyboard Input Bar里面输入起点（3，0），回车，再输入（7，8），回车，即得到该线段。

如果连续如此输入，则得到首尾连接的多条线段。

可以在View菜单下打开或关闭光栅（Construction Grid）。

通过Set Construction Grid可以设定光栅尺寸。

在Draw 菜单下，可以设定Snap Modes。

构造线也可以以dxf格式从外部导入，通过File菜单中的Import实现。

导入前先要对模型设定相应的单位。

然后再经过拉伸、旋转等生成3D实体。

Step 2，生成实体
采用其他CAD软件建立的2D/3D模型可以方便地与ElecNet接口。

可导入/导出的文件类型包括：AutoCAD, SAT, CATIA, PRO/E, IGES, STEP, INVENTOR等。

模型也可以直接在ElecNet里面建立。

基于Raster Graphics技术，通过画线，圆弧，圆或它们的组合，生成封闭区域，再对这个封闭区域做拉伸，旋转等来生成实体。

2D作图是在Construction Slice上完成的，默认的Construction Slice是XY平面。

当然这个Construction Slice可以移动到3D空间的任何地方，再作图和生成实体。

用“Select Construction Slice Surfaces”选择线圈构造线所圈起的区域（可以按ctrl键，选择一系列小面构成如图矩形区域），生成名为ERIP部件。

弹出对话框，设定参数，如拉伸角度，旋转中心，旋转轴方向，选择材料，定义实体的名字等。

用同样的方法可以生成Copper, Oil, bushing 1到bushing 10，材料分别为Copper, Oil Material, ERIP material。

注意，Infolytica的软件产品具有隐性布尔操作的功能。

在这个例子中，ERIP和Oil又重叠部分，在这种情况下，在Object树结构排在较下位置的部件的优先级高，即重叠部分为Oil。

这个位置顺序可以调整，用鼠标直接拖动即可。

当一个部件完全在另一个部件之内时，不管在object树的位置如何，被包含的小部件具有高优先级。

如下图。

另外，在本例中，套管内金属箔片的结构为非常薄，这种结构会占用大量的网格，ElecNet 中的浮置电极功能可以设在部件的面上，因此我们建造bushing 1到bushing 10，材料也为ERIP material，在这些部件的表面设定为浮置电极，来对金属箔片进行仿真，这样不需对箔片进行剖分。

删除所有的构造线，完整的模型如下图。

5. 定义电极
Step 3，生成电极（Electrode）
为了对部件或部件的表面设置电压，需要将部件或部件的表面设置为电极。

电极内部不需要剖分。

电势可以定义在电极上，或者导电部件或面可以定义为浮置电极（初始电势未知）。

先选择Copper部件，点击Model 菜单中的Make Electrode，生成电极Electrode＃1。

然后，选中Bushing #10的Face#4，点击Model菜单中的Make Electrode，生成电极Electrode #2。

依次选中bushing #9 到Bushing #1的Face#4，按照上述方法，生成电极Electrode #3到Electrode #11。

接下来在Electrode页面下设定电极的属性，如电压，电压波形，或浮置电极。

6. 设定边界条件和网格参数
Step 4 边界条件和网格设定
边界条件定义了在边界和未求解区域的场分布情况。

默认的一元边界条件是电力线平行于边界。

对于部分建模的设备，则要定义二元边界条件：奇对称（Odd Periodic Boundary）或偶对称（Even Periodic Boundary）边界条件。

本模型的Oil的face#4为接地边界条件。

操作步骤为，选中这个面，在菜单Boundary中点选Ground即可。

除了Oil, Face#4之外都是电力线平行于边界面，因此是默认的边界条件，可以不显示设定。

为提高求解精度和速度，对不同的实体和表面，可以设定不同的网格大小。

另外还可以设定直线，圆弧分段来控制网格数，或者设定曲率大小来控制网格数。

除了设定网格大小外，在网格求解阶次上，不同元件也可以不同，如这个例子中，在Top Level里设为3阶求解。

点击object页面内的模型名称，右键属性，在Solve页面中设定求解阶次（Polynomial order）为3阶。

Mesh页面中为27.5mm。

对各个部件，设置不同的网格大小。

选中ERIP，右键属性，在Mesh页面中设Maximum element size为10mm。

Oil为20mm, 其他的为27.5mm。

其他的部件则为在Top level中设定的27.5mm。

7. 求解
Step 5 求解设定
在Solve菜单下设定求解参数（Set Solver Options…）。

在Set Adaption Options的对话框中，设定H-Adaption。

对不同问题，选择合适的求解器。

如2D或3D、静态或动态。

本模型选择Static 2D来求解。

求解过程，进度显示如下。

求解时间仅为几秒钟，内存使用小于70Mb。

8. 后处理
Step 5 后处理操作
求解完成后，在Tools菜单下打开Post Processing Bar，显示储能，电场力，电荷，电压等结果。

如在Bushing 10（Electrode#2）的电压为352081.8494656V。

在项目操作窗口（object bar）中的Field页面中，列有许多求解后可以通过等势线图，云图，矢量图量显示出的场量。

下面左图所示为V的等势线和云图。

下面为|E|的云图。

左侧为直接生成的图。

右侧为改变了场图属性中的最大值，以便更清楚观察电势分布趋势。

改变场图显示，可以通过改变项目操作窗口（object bar ）的View 页面中的Shaded Plot 的属性来实现，参见下图：
所显示的场量数据可以通过“Probe Field ”系列工具来提取。

另外，可以通过Tools 菜单下的Field Sampler 工具，来获得任意点、线、面上的各种数据。

比如本模型要求线段（从坐标（40, 1400, 0）到（149.4, 1400, 0））上的电压V 。

可以通过Field Sampler 实现。

如下图所示。

9. 瞬态电场仿真附加说明
Step 6 模型参见Bushing_step6_transient.en
ElecNet不但可以求解静态，电流，时间-谐振电场问题，而且还可以求解复杂的瞬态电场问题，如极性翻转仿真。

瞬态场求解的模型中的材料都必须有电阻率，因此我们将上述模型的材料Oil和ERIP添加一个大的电阻率，比如conductivity=1e+14 Simens/m；然后将Electrode#1的ACDC电压400000V，改为波形表示。

如下图，用PWL波形定义电压由400000V 在一分钟内变为-400000V：
在Solve->Transient Options…中设定起始时间，结束时间和时间步长，如下图：
求解完毕后，观察|E|的云图和矢量图。

在object bar中的View，调整arrow plot的属性，可以得到下面的效果的矢量图。

瞬态求解的场可以生成动画。

在Object bar 中Field页面内，点击Animate按钮，如图：
生成的动画，可以通过File->Export…输出成为.avi格式保存。

参见Transient_E.avi文件。