高压绝缘体的静电场vs准静电场仿真实例

本期我们一起看一个Component Library里自带案例，高压绝缘体。我们将比较一下Es静电场和EQS准静电场仿真的不同，还有如何用VBA画出随机的一些球体。

Step 1.  查看模型

上下圆柱为PEC，半径为参数rcap，高为参数hcap；中间圆柱为epoxy-resin环氧树脂，半径为rresin，高为hresin。

另外还有一些其他参数，line相关的三个参数定义了Z轴上的一条线叫curve1，离绝缘体很近但没有贴上（line_x=rresin+0.1, 就是给了0.1的距离），因为我们要看这条线上的电场值。这条线穿过几个半球形的水滴，线周围也形成了一个空气柱，和水滴、PEC、环氧树脂都没有重叠。空气柱的目的是为例对线附近加密网格，得到更准确的结果。

参数rdrop决定了水滴的半径，水滴都是附着在绝缘体圆柱的壁上，材料为库里的water，有一定的电导率。这些球体都是用VBA画的，位置和个数由用户VBA中定义，也可随机，我们一会再介绍。

边界全部为磁边界：

网格只对空气柱本地加密：

还有两个PEC极板，一个0V，一个15000V。

Step 2. 查看仿真区别

准静电场是低频，所以有频率，这里是50赫兹，所以上一步中的极板电压不是直流电压，而是交流电。

场结果里比静电场多了位移电流和损耗：

后处理提取在curve1上面的电场：

而静电场是频率为零，稳稳的不变的场，所以没有频率设定。

结果里面没有位移电流和损耗，但多了电荷数。

同样用后处理提取curve1上面的电场值。

放在一起比较，下图的26-56mm区域便是绝缘体高度。可以看到有水滴内部（40mm和50mm位置附近的两个平滑区域），Es静电场的电场强度不是零，这是因为静电场不考虑导体有限的电导率，把水直接当介质，所以介质内部有一些压降；而准静电场EQS考虑电导率，内部便没有电势差，电场作为压降梯度自然就为零了。其他空气位置的电场值比较来看，EQS是绝对值更大，因为电势差15000V一定，水滴内部没有压降自然就靠外面空气压降，梯度便更大喽。

这里可能有人问了，那Es静电场里的导体就不能定义了吗？当然不是，静电场里面导体都为PEC。

Step 3. VBA随机画球

这一部分我们来一起看一下这几个水滴是怎么用VBA写出来的。

在history里面，定义好圆柱bottom cap，top cap，和resin cylinder之后，还定义了材料epoxy-resin和water，然后才是我们要研究的macro：

当然history里面还有很多步骤，这里就略过了，总之最后仿真用到五个结构和一个curve。

最后划重点：

1）静电场和准静电场还是有很大区别的，尤其是处理电导率方面。

2）本案例的VBA容易学习，适合VBA新手。

3）该VBA也可以单独拿出来做为macro自行保存，但是要做一些修改，比如加一些参数定义，材料定义，或者改成不是在圆柱表面的位置生成等等，大家可发挥创意自行探索。

4）再强调这部分VBA是有几个假设的，直接拿出来会报错的哦，比如rdrop, hresin, hcap, water, cylinder:resin Cylinder等等这些，都是没定义的哦。

比如用稍微修改过的VBA，40个随机大小随机位置的球，还是分布在-30到30度区域内：