Тема 3. 1. Основные функции и интерфейс сапр пресс.

Программы для расчета электроснабжения.

Проектирование систем электроснабжения помещений и зданий содержит ряд последовательных операций, связанных с расчетами и выбором изделий (комплектующих). Набор операций строго определен нормативными документами и указаниями.

Зачастую это последовательность однотипных расчетов, результаты которых зависят от размеров помещений и зданий, материалов соединительных проводов и кабелей, параметров источников электроснабжения и потребителей и др.

Расчеты можно значительно упростить, а время проектирования снизить, путем применения программных модулей с набором расчетных формул, справочно-технической документации, баз данных изделий и оборудования, удобного входного и выходного интерфейсов.

В этом направлении уже давно работают как крупные разработчики программного обеспечения для рынка САПР (например, CSoft Development), так и индивидуальные группы программистов и отдельные создатели программных продуктов. Особенно следует выделить студенческие разработки, отличающиеся простотой и удобством выполнения проектных и расчетных работ, связанных с проектированием систем электроснабжения.

Работы по созданию программных продуктов в сфере проектирования систем электроснабжения помещений и зданий ведутся в двух направлениях:

· создание прикладных программ для использования на индивидуальных компьютерах (возможно и в сетевом режиме);

· онлайн-расчеты с использованием широких возможностей, которые предоставляет Internet.

В настоящее время на уровне профессионального использования в проектных организациях применяются программные модули, выполненные на основе AutoCAD и входящие в систему автоматизированного проектирования (САПР) энергетических объектов.

Эти модули позволяют решать задачи проектирования различной сложности, но доступны только для подготовленных пользователей.

Отличительной особенностью подобных САПР является законченность проекта с выводом необходимой технической документации, включая чертежи (двухмерные или трехмерные), возможность создания и подключения неограниченного набора программных модулей, возможность использования больших баз данных (БД) изделий и оборудования, развитые интерфейс и выходные модули.

С другой стороны, для использования профессиональных программных продуктов необходимы определенные навыки и знания, что не всегда доступно простому пользователю.

Кроме того, каждая программа САПР требует специальной предварительно подготовки БД изделий, адаптированную под данную программу (набор технической и графической информации). Подготовка и обновление таких БД также требует больших временных затрат.

Крупные зарубежные фирмы имеют свои САПР, ориентированные на свои изделия и оборудование.

Выделим ряд известных разработчиков и пакетов САПР, применяемых для электроснабжения промышленных и бытовых объектов.

CSoft Development является ведущим разработчиком программного обеспечения для рынка САПР в области машиностроения, промышленного и гражданского строительства, архитектурного проектирования, землеустройства и ГИС, электронного документооборота, обработки сканированных чертежей, векторизации и гибридного редактирования.

В настоящее время CSoft Development представляет более 40 разработок — начиная от полнофункциональных приложений, которые продаются в более чем 60 странах мира, и заканчивая комплексными системами для промышленных предприятий и проектных организаций.

Перечень некоторых программных модулей приведен ниже.

ElectriCS ADT. Система ElectriCS ADT предназначена для автоматизированного проектирования систем электроснабжения промышленных предприятий и других организаций.

ElectriCS 3D. Программный пакет ElectriCS 3D предназначен для автоматизированной (автоматической и интерактивной) раскладки кабелей различного назначения при проектировании, реконструкции и эксплуатации зданий, сооружений и открытых территорий.

ElectriCS Light. Система ElectriCS Light предназначена для светотехнических расчетов при проектировании осветительных установок промышленных предприятий. Расчеты производятся на основе «Справочной книги по светотехнике» (под ред. Ю. Б. Айзенберга. – М.: Энергоатомиздат, 1983).

ElectriCS Storm. Система ElectriCS Storm предназначена для автоматизированного проектирования молниезащиты и заземления зданий и сооружений.

EnergyCS Электрика. Программный комплекс EnergyCS Электрика предназначен для выполнения электротехнических расчетов при проектировании и эксплуатации распределительных сетей низкого и среднего напряжения.

EnergyCS. Комплекс программ EnergyCS предназначен для выполнения электротехнических расчетов при проектировании и эксплуатации электроэнергетических систем любой сложности. EnergyCS Line. Программный комплекс EnergyCS Line предназначен для автоматизации проектирования механической части воздушных линий электропередач (ВЛ), волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), подвешиваемых на опорах ВЛ, а также гибких ошиновок открытых распределительных устройств (ОРУ) электрических станций и подстанций.

Project StudioCS Электрика. Программа Project StudioCS Электрика предназначена для автоматизации проектирования системы электроснабжения (СЭС) объектов гражданского и промышленного строительства в строгом соответствии с действующими стандартами.

Project StudioCS СКС. Программа предназначена для автоматизированного проектирования структурированных кабельных систем (СКС) зданий в среде AutoCAD.

SchematiCS. Приложение SchematiCS работает на платформе AutoCAD, применяется для автоматизации создания принципиальной схемы любой сложности и формирования ее структурной модели.

Model Studio CS Открытые распределительные устройства. Программный комплекс Model Studio CS Открытые распределительные устройства является первым продуктом серии Model Studio CS. Предназначен для разработки компоновочных решений в трехмерном пространстве открытых распределительных устройств, выполнения расчетов гибкой ошиновки, выпуска проектной и рабочей документации (чертежей, спецификаций и т.д.).

«Кад Групп» предлагает программные модули для инженерных коммуникаций.

 В их состав входят:

· ElectriCA — программный комплекс предназначен для автоматизации выполнения работ на этапах проектирования и эксплуатации распределительных сетей низкого и среднего напряжения.

· ElectriCS — САПР предназначен для проектирования электрооборудования, используемого в различных отраслях промышленности: в авиастроении, общем и транспортном машиностроении, станко- и приборостроении.

· ElectriCS 3D — мощная система для автоматизированной раскладки кабелей на промышленных и других предприятиях. Разработка и развитие системы ElectriCS 3D осуществляются при участии специалистов высокого уровня. Уникальные технологии ElectriCS 3D обеспечивают интеллектуальность самой системы и высочайшее качество выходных документов.

· ElectriCS ADT — программный комплекс, предназначенный для проектирования систем электроснабжения промышленных объектов любой размерности: небольших предприятий и крупных заводов, месторождений и т.д.

· ElectriCS Light — программный продукт для автоматизации выполнения светотехнических расчетов при проектировании осветительных установок промышленных и гражданских строительных объектов и территорий.

· ElectriCS Storm — программный продукт, предназначенный для автоматизированного проектирования конструкций молниезащиты, а также для расчетов устройств заземления зданий и сооружений.

· Energy CS — программный комплекс предназначен для выполнения расчетов электрических систем.

· Project StudioCS Электрика — САПР для автоматизации проектирования системы электроснабжения (СЭС) строительных объектов различного назначения.

Так программный комплекс ElectriCA позволяет проводить электротехнические расчеты и анализ режимов работы сложноразветвленных разомкнутых трехфазных электрических сетей с нулевым проводом или без него (одно- и двухфазные сети рассматриваются как частные случаи трехфазной четырехпроводной сети), обеспечивает оперативный расчет при изменении состояний коммутационных аппаратов и позволяет анализировать последствия оперативных переключений, позволяет одновременно выполнять расчет для множества режимов сети, определяемых состоянием коммутационных аппаратов, производит автоматический выбор оборудования по результатам анализа одного или множества возможных режимов, позволяет использовать различные способы расцветки информации (по классам напряжения, по связанности с источниками питания, по величине отклонений напряжений, по степени загрузки оборудования и т.п.), может легко интегрироваться в САПР с любым графическим ядром, оставаясь независимой программой со встроенным графическим редактором и собственной базой данных.

Может применяться при проектировании распределительных сетей промпредприятий, систем собственных нужд электрических станций, при разработке технических условий на подключение новых потребителей к существующим источникам питания, для оперативного контроля и анализа возможных режимов существующих электрических сетей переменного тока, для проверки установленного в сети оборудования по допустимой перегрузке, по условиям коротких замыканий и селективности срабатывания защитных аппаратов.

Программный комплекс ElectriCA функционирует в операционной системе Windows NT/2000/XP.

Программный комплекс «ЭЛЕКТРА» (www.rflira.ru): в автоматизированом режиме выполняются следующие разделы электротехнической части проекта: электроосвещение, расчет нагрузок, электросиловое оборудование с выдачей монтажных таблиц.

Программный комплекс состоит из следующих подсистем:

ЭПОС - система автоматизированного проектирования распределительных и питающих сетей силового электрооборудования

КАРМЭН (К омплексный А втоматизированный Р асчет М ощностей Э лектрический Н агрузок) - подсистема для расчета электрических нагрузок.

КАРМЭН-М - программа предназначена для расчета нагрузок многоэтажного здания.

ПРОМИНЬ - подсистема системы автоматизированного проектирования для светотехнических расчетов.

КАДЕТ представляет собой прикладную систему, использующую AutoCad в качестве базового графического ядра.

Программные комплексы функционируют в среде Windows.

«Русская промышленная компания» (www.cad.ru), Группа инжиниринговых компаний "Антрел" (www.antrel.ru), «АСКОН»-система «Компас» (www.ascon.ru) и ряд других организаций предлагают программные модули для автоматизации работ при проектировании электроснабжения объектов на напряжение 0.4 кВ.

Для массовых пользователей, не имеющих навыков работы со сложными программными продуктами и системами, рекомендуется использование простых прикладных программ, которые можно применять для локальных задач проектирование небольших объектов электроснабжения бытовых и общественных зданий. Кроме того, с помощью этих программ можно осуществлять проверку и экспертизу проектов.

Одним из ярких примеров подобных прикладных программ является программа «Электрик» - бесплатная программа для электриков и проектировщиков.

  Программа позволяет:

· рассчитать мощность по 1ф/3ф току;

· рассчитать ток по 1ф/3ф мощности;

· по заданному сечению и условиям прокладки определить ток и мощность;

· рассчитать потери напряжения;

· рассчитать токи короткого замыкания;

· определить диаметр провода, кабеля, шнура и спецкабеля;

· определить сечение провода, кабеля, шнура и спецкабеля;

· проверить выбранное сечение на:

o нагрев;

o экономическую плотность тока;

o потери напряжения;

o корону,

· выбрать сечение провода, кабеля, шнура и спецкабеля при определенной прокладке и потерю напряжения для проводников до 1000 В при определенной длине;

· определить ток плавки материала проводника;

· определить сопротивление;

· определить нагрев;

· определить энергию электрической цепи;

· определить количество теплоты, выделяющейся в цепи(работа);

· рассчитать заземление, как одиночного, так и контура;

· рассчитать промерзания грунта для работ по заземлению и прокладке кабелей;

· выбрать автоматы защиты;

· произвести расчет работ и выбор оборудования связанных с электрификацией и др.

Набор модулей, в целом, достаточен для выполнения проектных операций при разработке системы электроснабжения помещения. Можно выполнить ряд контрольных проверок, подготовить отчет операций. К недостаткам программы можно отнести ограниченность предложенных схем применения при различных системах заземления.

Кроме того, набор справочных данных весьма ограничен и статичен. Не учитываются текущие изменения номенклатуры изделий на реальном рынке электротехники. Отсутствуют сведения о производителях, поставщиках и ценах. Все это приводит к необходимости дополнительных проверок при формировании сметы проекта.

Из расчетных модулей слабым звеном является расчет тока короткого замыкания в цепи. Предложенная модель весьма упрощенная, не учитывает параметры энергосистемы, питающей трансформатор.

Тем не менее, это одна из наиболее доступных в настоящий момент программа расчета для электриков и проектировщиков.

«Большой вклад» в программное обеспечение расчета параметров энергосистемы вносят студенты, размещая свои проекты (для курсовых и дипломных работ) на сайтах в Интернете.

Так на Twirpx.com размещен набор программ, ряд которых представляют безусловный интерес.

Вот их перечень:

	Калькулятор Пирогова - расчёт трёхфазных электрических нагрузок и выбор проводников по длительно допустимому току согласно ПУЭ и генерацией отчётов
	Часть программы INPOSOFT v 2.0 - выбор предохранителей.
	РОСА-2. Бесплатная программка для расчета систем электроснабжения.
	LineNet (демо версия). Оригинальная программа позволяющая моделировать и производить расчет систем электроснабжения, согласно смоделированной схеме.
	Расчёт трансформаторов и индуктивностей
	TransNew - расчёт броневых трансформаторов блоков питания. Программа содержит справочные данные по обмоточным проводам.
	Transformer - расчёт сварочного трансформатора.
	Сu-электрик. Бесплатная программа для расчета электроснабжения. Данный продукт позволяет произвести выбор проводников и произвести расчёт их стоимости.
	Выбор предохранителей (прилагается база данных с предохранителями).
	Пересчёт из одних единиц измерения в другие.
	Программа расчёта тягового электроснабжения
	Программа по расчёту параметров асинхронного электродвигателя, характеристик электропривода, есть справочное руководство и теоретический материал.
	Программа пересчёта температуры, ЦЕЛЬСИЯ, КЕЛЬВИНА, ФАРЕНГЕЙТА, РАНКИНА.
	Electronic Workbench 4.1 Рисуйте любую схему (диоды, транзисторы, логика, приборы)
	Удобная форма в Excel для расчёта освещения. Можно пользоваться на практике.
	Набор форм в Excel для расчёта самозапуска электродвигателей, токов КЗ.
	Программа SimCalc - калькулятор для симметричных составляющих.
	Программа расчёта для РС - "Электроснабжение сельскохозяйственных потребителей".

И хотя программы разрозненные, можно просчитать элементы схемы электроснабжения, просто и удобно.

Интересна полнофункциональная программа «Аврал 2.1».

Программа "Аврал" предназначена для автоматизированного расчёта однофазного короткого замыкания в сети электроснабжения с глухозаземленной нейтралью номинальным напряжением ~380/220 В.

Расчёт выполняется в соответствии с требованиями Госэнергонадзора. В программе заложены сопротивления наиболее распространённых силовых трансформаторов марки ТМ номинальной мощностью 25…1000 кВ*А. Схему соединения обмоток трансформатора можно выбирать: "звезда/звезда-ноль, треугольник/звезда-ноль, звезда/зигзаг-ноль". Электрические сети могут быть выполнены воздушными и/или кабельными, алюминиевыми или медными, с параллельной прокладкой и без неё. Сечения применяемых медных проводников равны 1,5…240 мм2, алюминиевых - 2,5…240 мм2.

Программа позволяет учитывать уменьшение тока однофазного короткого замыкания введением в расчёт сопротивления электрической дуги и переходного сопротивления контактов.

Программа предназначена для специалистов по проектированию сетей и систем электроснабжения жилых, общественных и производственных зданий.

Интерфейс программы интуитивно понятен и прост и не нуждается в особенных объяснениях.

В программе присутствует система подсказок и контроля ввода данных:

· при неправильном или ошибочном вводе выдается сообщение об ошибке;

при наведении курсора на поле ввода данных в строке состояния появляется поясняющая надпись.

Перспективным следует признать использование расчетных программ в онлайновом режиме, непосредственно в Internet.

 Система " ОНЛАЙН-ЭЛЕКТРИК " - система электротехнических расчетов предназначена для решения именно таких задач, возникающих при проектировании систем электроснабжения.

 При этом, не нужно приобретать, скачивать и устанавливать прикладные программы на своем компьютере, отсутствует необходимость отслеживания и постоянного обновления версий программного обеспечения, используются справочные материалы непосредственно с Интернет-сайтов, есть возможность подключения к системе из любой точки планеты, осуществляется экспорт результатов расчетов в файлы известных форматов.

Ниже приведены основные программы расчета в режиме онлайн.

ОНЛАЙН-РАСЧЕТЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

	1. Онлайн-расчет заземляющего устройства		2. Онлайн-расчет молниезащиты
	3. Онлайн-расчет условного центра электрических нагрузок (ЦЭН, УЦЭН)		4. Онлайн-пересчет локальной сметы в текущие цены при использовании базисно-индексного метода
	5. Выбор числа и мощности трансформаторов ТП		6. Технико-экономическое сравнение вариантов ТП
	7. Расчет трехфазных электрических нагрузок		8. Симметрирование и расчет электрических нагрузок в электрической сети до 1000 В
	9. Расчет и выбор компенсирующего устройства на шинах низшего напряжения КТП		10. Расчет потерь мощности и энергии в силовом трансформаторе
	11. Расчет потерь мощности и энергии в линии электропередачи		12. Расчеты релейной защиты и автоматики
	13. Выбор сечения кабеля 6-10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена		14. Расчет потерь напряжения в воздушных и кабельных линиях 0,127-330 кВ
	15. Расчет электроосвещения		16. Расчет токов короткого замыкания

 - результаты расчета формируются в формате программы MS WORD.

Далее приводится пример отчета по расчету электроосвещения.

Пример отчета

Расчет освещения помещения

Целью светотехнического расчета является разработка рекомендаций по расположению оптимального количества светильников нужного типа в помещении для создания комфортных, удовлетворяющих всем нормам условий пребывания человека.

Одним из наиболее важных качественных показателей освещения, регламентируемых нормативными документами, является коэффициент пульсации. Для офисных помещений нормируемый коэффициент пульсации в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 составляет не более 10%, а если в помещениях планируется работа за компьютером, это значение составляет не более 5%. Наиболее простым и эффективным способом устранения пульсаций светового потока является использование светильников с электронной пускорегулирующей аппаратурой.

При выборе светильников также нужно определиться с типом потолка в помещении для того, чтобы понять, каким образом фиксировать на нем осветительные приборы.

Обобщая изложенное, приходим к следующему заключению: при освещении данного помещения целесообразно использовать светильники TOP 236 (зеркальный).

По методу коэффициентов использования необходимое количество светильников N в осветительной установке определяется с помощью формулы:

где E_Н – нормативный уровень освещенности, лк; S – площадь помещения, м²; К_З – коэффициент запаса; K_И – коэффициент использования; n – количество ламп в светильнике; ФЛ – световой поток одной лампы в светильнике.

Основным критерием, по которому определяется необходимое количество осветительных приборов, является нормируемый уровень освещенности E_H. Этот показатель для помещения по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 (СНиП 23-05-95) составляет 0,5 лк для расчетной плоскости на высоте 1м от пола.

Площадь помещения определим по формуле:

где a – длина помещения, м; b – ширина помещения, м.

S=9*6,5=58,5 м2.

Коэффициент запаса К_З определяем в зависимости от типа помещения и принимаем равным 1,25.

Коэффициент использования K_И характеризует эффективность использования светового прибора в помещении.

Для его определения необходимо знать индекс помещения? и коэффициенты отражения стен, пола и потолка.

Рассчитываем индекс помещения (рис. 1):

где h1 – высота помещения, м; h2 – высота расчетной поверхности, м.

Коэффициенты отражения стен, пола и потолка принимаем равными: потолок(80); стены(50); пол(30).

Найдем коэффициент использования по таблице для светильника TOP 236 (зеркальный): K _И =0,57.

Количество ламп в светильнике выбранного типа составляет n =2, каждая из которых имеет световой поток Ф_Л =1150 лм.

Определяем требуемое количество светильников по формуле (1):

Таким образом, для данного помещения осветительная установка должна состоять из 1 выбранного светильника с равномерным распределением по поверхности потолка. С учетом допуска -10%-+20% количество светильников может варьироваться от 1 до 2 шт.

Аналогично выводится информация о расчете по другим модулям. Онлайн-расчеты удобны и эффективны, но требуют расширения программных модулей до уровня прикладных программ и отработки связей с базами данных электротехнических изделий и оборудования.

Полезным и эффективным является использование специальных экзаменаторов и обучающих программ, с помощью которых можно проверить уровень своих знаний и подготовиться к выполнению проекта.

Такие экзаменаторы есть в программе «Электрик», в системе «Онлайн-Электрик» и др.

Выводы:

Сектор программного обеспечения на рынке проектирования систем электроснабжения общественных и бытовых объектов достаточно заполнен.

В нем преобладают программные модули САПР, которые используются в крупных проектных организациях и ориентированы на определенный круг потребителей. Кроме того, подобные системы работают с определенным набором БД изделий и оборудования, определенных производителей. И, хотя возможности таких систем практически не ограниченные, исходные справочники (БД) имеют низкую степень обновляемости, особенно в ценовом отношении.

В последнее время стали популярными простые прикладные программы, ориентированные на решения локальных задач, в частности, в системах электроснабжения общественных и бытовых зданий. Такие программы не требуют AutoCAD, мощных компьютеров и удобны в работе даже для решения относительно сложных электротехнических задач. Кроме того, они мобильны, легко обновляемы, могут работать с различным набором справочной информации (БД). Тем не менее, их надо устанавливать на компьютерах и отслеживать обновления.

Для определенного набора задач весьма эффективны онлайн-расчеты.

Так для оперативной проверки результатов проектирования непосредственно на объекте имея доступ в Интернет можно выполнить тот или иной расчет, подобрать альтернативное изделие, оценить его стоимостные показатели, условия поставки и т.п.

Проблем, связанных с обновлением версий, подключением новых БД, связи непосредственно с изготовителями или поставщиками изделий, здесь не существует.

В настоящее время остро стоит вопрос с альтернативным выбором изделий, отвечающим заданным технико-экономическим показателям. Многообразие аналогичных изделий ставит не простую задачу правильного выбора. Все это можно выполнить только, имея оперативно обновляемую БД изделий.

По нашему мнению, основная задача, связанная с программным комплексом в области проектирования систем электроснабжения, лежит в плоскости справочно-информационной поддержки: наличие постоянно обновляемых БД с расширенными информационными данными и возможностями.

Другим направлением, требующим особого внимания, является постоянное обучение пользователей, контроль и проверка их знаний. Этим самым мы достигнем осмысленного использования того или иного программного продукта, снизим число ошибок, повысим качество выполненного расчета или проекта.

В этом направлении и работает система iElectro.

Этому посвящено и справочное пособие: «Выбор, проектирование и монтаж электроустановок зданий»/Е.Г. Акимов, м.:2009, ориентированное на пользователей с начальным уровнем подготовки. А в настоящее время подготавливается набор программ для расчета системы электроснабжения помещений и зданий в прикладном и онлайновом вариантах. Готовится курс обучения по электротехнике для начинающих пользователей с набором контрольных тестов и экзаменаторов.

Но главное наше преимущество – это наличие оперативно-обновляемых информационных материалов по различным отраслям промышленности. Использование их в программных модулях существенно повышает качество выполняемых расчетов и проектов.