电磁场仿真实验报告
2010级4班
吴开宇2010302540009
圆柱形导体接地电阻的计算
一、基本原理
一般来说，接地电阻由连接导线的电阻、连接导线和接地体的接触电阻、接地体本身的电阻和电流流入大地时所具有的电阻组成。

由于前三项与最后一项相比很小，可忽略不计，所以接地电阻为电流从接地体流入地中时所具有的电阻，即：R=U/I（其中U为接地体对于无穷远的电压，I为流经接地体而注入大地的流散电流）。

二、相关数据
试求长为1m，直径0.05m，与大地垂直的、上圆柱表面与地面持平的管形接地体电阻（电阻率ρ1= 1.5×10-7Ω·m）。

我们无法建一个无穷大的土壤模型，而离开接地电极距离为接地电极尺寸10倍以内的土壤对接地电阻值有较大影响，因此一个长宽高分别为4m、4m、20m 的长方体土壤块基本满足我们的精度要求（电阻率ρ2=500Ω·m）。

圆柱形导体接地体接地电阻计算的物理模型
三、实验步骤
0、定义分析类型。

进入Main Menu>Preferences，在弹出的对框中选中“Electric”，点击“OK”（command: /COM, Electric）。

1、进入前处理菜单。

进入Main Menu>Preprocessor，点开菜单即可（command: /PREP7）。

2、建立一个圆柱体模型。

点击Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder。

在弹出的对话框中，“WPX”和“WPY”分别为圆心在工作平面上的X和Y坐标，“Radius”为圆柱体的半径，“Depth”为圆柱体的深度；依次填入“0，0，0.025，-1”，点击“OK”。

这样
建立了一个半径为0.025m，长度为1m的圆柱体（command: SPH4，0，0，0.025，-1）。

建立圆柱体和长方体的对话框
3、建立一个长方体的土壤模型。

点击Modeling>Create>Volumes>Block>By 2 Corners & Z，在弹出的对话框中，“WPX”和“WPY”分别为长方体一角在工作平面上的X和Y坐标，“Width”为长方体的宽，“Height”为长方体的高，“Depth”为长方体的深度；依次填入“-2，-2，4，4，-20”，点击“OK”。

这样建立了一个长、高为4m，深度为20m的圆柱体（command: BLC4，-2，-2，4，4，-20）。

4、进行体交迭。

点击Modeling>Operate>Booleans>overlap> Volumes，选中圆柱体和长方体，点击“OK”。

点击Utility Menu>List>Volumes，完成体交迭。

圆柱体与长方体的体交迭
5、定义剖分所用单元的类型。

点击Element Type>Add/Edit/Delete，在弹出的对话框中，点击“Add”，在第一个框中选中“Elec Conduction”，在第二个框中选中“Scalar Tet 98”，点击“OK”；此时程序指定Scalar Tet 98为编号为1的单元类型。

点击“Close”关闭对话框（command: ET，1，SOLID98，9）。

6、定义材料属性。

点击Material Props>Material Models，点击对话框的右栏Electromagnetics>Resistivity>Constant，在弹出的对话框RSVX一栏写入
1.5e-7，点击“OK”；再点击工具条中Material>New Model，在弹出的对话框中，点击“OK”。

选中Material Model Number 2，点击对话框的右栏
Electromagnetics>Resistivity>Constant，在RSVX栏写入500，点击“OK”（command: MP, RSVX, 1，1.5E-7，MP, RSVX, 2，500 )。

7、指定各部分的单元属性。

点击Meshing>mesh Attributes> Picked Volumes，先用指针选中圆柱体，点击“OK”。

在弹出的对话框中，第1栏物质属性号选择1（步骤6所定义），第2 栏在本题中不需指定，第3栏单元类型号和第4栏均只有1项可选；点击Apply。

再选中六面体（编号1），把第一栏物质属性号改为2，点击“OK”（command: TYPE，1 MAT，1 MAT，2)。

8、开始剖分。

点击Meshing>mesh Tool，出现下图，选择Smart Size，点击“Mesh”；对跳出的对话框选择“Pick All”，即对所有的体进行剖分。

在图形窗口可以看到，剖分后的模型上生成了许多单元（Element）和节点（Node）如下图所示：
Mesh Tool 对话框和剖分效果图
9、进入求解器菜单选项，以下各步将在求解处理器（Main Menu>Solution ）中进行。

进入Main Menu>Solution ，点开菜单即可（command: /solu ）。

10、定义分析类型。

点击Analysis Type>NewAnalysis ，点击“OK ”即可（command: ANTYPE ，0，NEW ）。

11、定义分析选项。

点击Analysis Type>Analysis Opitions ，在Equation solver （方程求解器）栏中选择 Frontal solver ，点击“OK ”（command: EQSLV ，FRONT ）。

12、加电压约束（使土壤底面电压为0）。

点击Define Loads >Apply>Electric>Boundary>Voltage>On Areas ，选中长
方体除和圆柱体接触面以外的其他5个面，在对话框的Load VOLT value栏中填入0，点击“OK”。

13、在导体表面中心处加一个直流电流。

使用Pan-Zoom-Rotate工具使接触面放大，点击Define
Loads >Apply>>Electric>Excitation>Current >On Nodes，选中圆柱中心的节点。

注意因为指针选中的是最靠近箭头的节点，因而有可能选中的节点并不在表面上；有一种检验的方法是：选中节点后记住对话框中Node No.，点击Utility Menu>List>Nodes并点击“OK”，根据编号找到选中节点的Z坐标；如果为0则为所选，若不为0则重新选择）。

关闭窗口后再点击Define Loads >Apply>Excitation>Current >On Nodes，选中原来的节点，点击“OK”，在对话框Load AMPS value一栏填入100，即加入100A直流电流，点击“OK”（command: INODE=NODE(0，0，0)F，INODE，AMPS，100）。

14、求解。

点击Solve>Current LS，单击“OK”；出现Solution is done!的窗口说明已经求解完成；点击“Close”关闭information窗口和/STATUS Command 窗口（command: SOLVE）。

15、进入后处理菜单选项。

进入Main Menu>General Postproc，点开菜单即可（command: /post 1）。

16、查看最大电位值。

点击List Results>Nodal Solution，在对话框中的左栏选中DOF solution，
右栏选中Electricpotential，单击“OK”，弹出的文件列出了各节点的电位；将下拉条拉至最下端，其中MAXIMUM ABSOLUTE VALUES列出了电位最大值。

用该最大值除以所加的电流值100A即得所求的接地电阻值，如下图所示：
DOF solution>Electricpotential结果
点击Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu，在对话框中的左栏选中DOF solution，右栏选中Electric potential，单击“OK”，图形界面便显示了在大地表面上的电势分布图（红色表示电位最高的位置，并按红橙黄绿青蓝紫顺序，电位依次降低，如下图所示）。

实际上电势分布图应是对称的，但由于剖分比较粗糙，因此结果和实际稍有出入。

至此，圆柱形导体接地电阻的计算完成，其结果为R=28.23Ω。