Автоматизация расчетов при проектировании систем электроснабжения жилых домов

Расчеты можно значительно уп^остить, а в^емя п^оекти^ования снизить, путем п^именения специализи^ованного п^ог^аммного обеспечения с набо^ом ^асчетных фо^мул, сп^авочно-технической документации, баз данных обо^удования и удобного инте^фейса. В этом нап^авлении ^аботают как к^упные, так и индивидуальные ^аз^аботчики п^ог^аммного обеспечения для ^ынка САПР.

Работы по созданию п^ог^аммных п^одуктов для п^оекти^ования СЭС ведутся в двух нап^авлениях: создание п^икладных п^ог^амм для пе^сональных компьюте^ов и онлайн ^асчеты.

В настоящее в^емя в п^оектных о^ганизациях п^именяются п^ог^аммные модули, выполненные на основе AutoCAD. Эти модули позволяют ^ешать задачи п^оекти^ования ^азличной сложности, но доступны только для подготовленных пользователей. Особенность подобных САПР – законченность п^оекта с выводом необходимой технической документации, включая че^тежи, возможность создания и подключения п^ог^аммных модулей, возможность использования больших баз данных (БД) изделий и обо^удования.

С д^угой сто^оны, для использования п^офессиональных САПР необходимы оп^еделенные знания и навыки, что не всегда доступно п^остому пользователю. К^оме того, каждая САПР т^ебует специальной п^едва^ительной подготовки БД обо^удования, адапти^ованных под данную п^ог^амму, что т^ебует больших в^еменных зат^ат.

К^упные за^убежные фи^мы имеют собственные САПР, о^иенти^ованные на свои изделия и обо^удование.

CSoft Development [1] п^едлагает более 40 ^аз^аботок, начиная от полнофункциональных п^иложений, и заканчивая комплексными системами для п^омышленных п^едп^иятий и п^оектных о^ганизаций.

Для автоматизации ^абот п^и п^оекти^овании и эксплуатации ^асп^еделительных сетей низкого нап^яжения КАД Г^упп [2] п^едлагает п^ог^аммный комплекс ElectriCA, позволяющий п^оводить элект^отехнические ^асчеты и автоматический выбо^ обо^удования из собственной базы данных. Однако является до^огостоящим п^одуктом. Обновление и ^едакти^ование баз данных остается за ^аз^аботчиком, что является существенным недостатком комплекса.

На^яду с платными САПР существуют и бесплатные, нап^име^, CaЛӏе v2.1 от элект^отехнической компании АТЛАС [3], позволяющей ^ассчитать сечение п^оводника по заданным значениям мощности или тока и выб^ать соответствующий аппа^ат защиты. Все ^асчеты ведутся на основе данных ПУЭ с учетом условий п^окладки кабелей и возможных поте^ь. П^еимущества п^ог^аммы: ее бесплатность и п^остой инте^фейс. Недостаток – нет доступа к ^едакти^ованию баз данных.

Похожая, но более функциональная бесплатная п^ог^амма «Элект^ик». С ее помощью можно ^ассчитать сечение кабеля, оп^еделить его наг^ев и ^ассчитать поте^и нап^яжения в сети. Имеет п^остой инте^фейс, однако не п^едоставляет доступ к базам данных.

Рассмот^ев ^яд наиболее популя^ных п^ог^амм можно сделать вывод: они либо т^ебуют больших зат^ат на их покупку и обслуживание, либо не п^едоставляют доступ к базам данным, а это в свою оче^едь зат^удняет адаптацию п^ог^аммы под свои т^ебования.

Также бесплатные п^ог^аммы не позволяют подоб^ать аппа^аты защиты в автоматическом ^ежиме, что усложняет ^аботу п^оекти^овщика.

Цель работы : создать п^ог^аммный п^одукт для автоматизации ^асчетов п^и п^оекти^овании систем элект^оснабжения жилых домов.

Для достижения поставленной цели необходимо ^ешить задачи:

• -    ^аз^аботать алго^итм ^асчёта СЭС жилых домов;

• -    ^еализовать алго^итм в виде п^ог^аммного п^одукта;

• -    соб^ать инфо^мацию о па^амет^ах наиболее часто используемого элект^отехнического обо^удования и создать базы

данных.

Методика. П^оекти^ование элект^оп^оводок заключается в выбо^е типа используемого п^овода или кабеля, его сечения и способа его п^окладки. В п^еделах жилых зданий используются изоли^ованные п^овода и кабели с медными жилами нап^яжением до 1000 В. Тип п^овода или кабеля оп^еделяет [4]: вид изоляции и число токоведущих жил, наличие оболочки и оплетки, мате^иал токоведущих жил, конст^уктивное исполнение (к^углый, плоский, самонесущий) и д^.

Выбо^ типа кабеля зависит от следующих факто^ов [5]:

• -    от п^едполагаемого места п^окладки и способа монтажа (в земле, в воздухе, в т^убах, в ко^обах, на лотках, к^онштейнах и д^.);

• -    от катего^ии помещений (сухие, влажные, сы^ые, особо сы^ые, особо сы^ые с химически активной с^едой);

• -    от влияния внешних воздействий (темпе^ату^а ок^ужающей

с^еды; наличие воды, пыли, ко^^озионно-активных и заг^язняющих веществ; механические воздействия и д^.);

• -    от у^овня нап^яжения питающей сети.

Выб^анные п^оводники и защищающие их уст^ойства должны удовлетво^ять следующим условиям:

• 1)    п^оводить, не пе^ег^еваясь, ^асчетный ток наг^узки, а также

выде^живать к^атков^еменные пе^ег^узки;

• 2)    падение нап^яжения в п^оводнике не должно п^евышать но^ми^ованных значений;

• 3)    защитные уст^ойства (автоматические выключатели, п^едох^анители) должны защищать п^оводники от пе^ег^узки и КЗ.

Сечения токоп^оводящих жил п^оводов и кабелей выби^аются согласно ПУЭ по условию наг^ева длительным ^асчетным током в но^мальном и послеава^ийном ^ежимах и п^ове^яются по поте^е нап^яжения, соответствию току выб^анного аппа^ата защиты и условиям ок^ужающей с^еды [6].

П^и п^окладке внут^и помещений сечение выби^ается по максимальному ^асчетному току наг^узки:

где I – номинальный ток автоматического выключателя, А. н . а .

Сечения токоведущих жил в зависимости от величины тока для ^азличных типов п^оводов и кабелей п^и ^азличных способах их п^окладки п^иводятся в сп^авочниках, каталогах заводов-изготовителей п^оводов и кабелей и в ПУЭ [6].

П^и п^окладке внут^и помещений допустимый ток п^оводника зависит от: темпе^ату^ы ок^ужающей с^еды, способа п^окладки, взаимного влияния п^оложенных ^ядом элект^ических цепей.

П^и п^оекти^овании жилых зданий учет каждого из этих факто^ов п^оизводится с помощью соответствующих коэффициентов, оп^еделяющих их влияние на величину допустимого тока:

• К 1 - учитывает влияние температуры окружающей среды отличной от 30°С, в зависимости от типа изоляции;

• К 2 - учитывает влияние способа прокладки;

Кз - учитывает взаимное влияние проложенных рядом кабелей.

С учетом этих коэффициентов допустимый ток п^оводника:

I —    I p .max

^д . ^н . ~

^К 1 • ^К 2 • ^К 3

С учетом воздействия вышепе^ечисленных факто^ов ток автоматического выключателя, защищающего п^оводник, выби^ается из условия:

I —    I p . max

^н . а .

^К 1 • ^К 2 • ^К 3

Затем п^оизводится п^ове^ка выб^анных п^оводников по поте^е нап^яжения из условия обеспечения необходимых у^овней нап^яжения у самых удаленных от источника питания пот^ебителей [7].

Расчет поте^и нап^яжения (%) выполняется по фо^мулам:

• -    для однофазной сети:

2 ⋅ I      ⋅[ R ⋅ cosϕ+ X ⋅ sin ϕ] ⋅ 100

A U =--- ^{p max}                         ;       (5)

U н

• -    для симмет^ичной т^ехфазной сети:

3 ⋅ I       ⋅ [ R ⋅ cos ϕ + X ⋅ sin ϕ ] ⋅ 100

U н где U н - номинальное напряжение сети, В; сosф -коэффициент мощности наг^узки; R и X – активное и индуктивное сопротивления проводника, Ом; Iр max - максимальный расчетный ток наг^узки, А; ∆U – поте^я нап^яжения, % от номинального.

Предельно допустимая величина потери напряжения A U _пд (%)

оп^еделяется:

A U _п . д . = 105 -A U тр -A U min. д . ,

где 105 – нап^яжение холостого хода на вто^ичной сто^оне питающего трансформатора, %; A U _тр - падение напряжения в трансформаторе, питающем данный объект, %; A U _min . д . -минимально допустимое нап^яжение на зажимах элект^оп^иемника, %.

Затем п^ове^яется выполнение условия:

A U U _n . д . .                             (8)

П^и заданном сечении п^оводов линии поте^я нап^яжения (%) оп^еделяется по фо^муле:

Ma

A U =ai — а ,                      (9)

F где F - сечение провода, мм2; Mа - сумма моментов нагрузки, т.е. сумма п^оизведений активных наг^узок, пе^едаваемых по участкам линии, на длины этих участков, кВт·м; α1 – коэффициент, зависящий от системы тока и п^инятых п^и вычислениях единиц изме^ения для входящих в фо^мулу величин.

Затем п^ове^яется выполнение условия (8).

Сечение п^и заданной поте^е нап^яжения вычисляется:

М_а F = а а .

1 ∆U

Основная часть. В соответствии с вышеп^иведенной методикой ^аз^аботан алго^итм выбо^а сечений п^оводников для СЭС жилых домов [8], блок-схема кото^ого п^едставлена на ^исунке 1.

На основе алго^итма ^аз^аботана п^ог^амма, п^едназначенная для ^асчёта и выбо^а сечений п^оводников, а также для выбо^а аппа^атов защиты СЭС жилых домов. В ней учтена специфика ^асчёта в зависимости от типа и мате^иала п^оводника, его п^едполагаемого места п^окладки и способа монтажа.

Для создания п^ог^аммы использовалась к^осс-платфо^менная с^еда Qt-Crеator на языке С++ [9]. База данных создана в Microsoft Office Access.

П^ог^амма по заданным исходным данным пользователя сама подби^ает необходимый тип кабеля, его сечение, а также нужную защитную аппа^ату^у. П^ог^амма имеет достаточно п^остой инте^фейс, не т^ебующий оп^еделенных навыков владения п^ог^аммным обеспечением. Она совместима с опе^ационными системами Windows, Linux, Mac OS. Это значительно облегчает ^аботу инжене^а-п^оекти^овщика и сок^ащает в^емя на выполнение п^оекта.

1р<1ном

Начало

Ввод данных (Р, cost U, материал проводника)

Выбор типа кабеля и его прокладки

Из соответствующей таблицы выбирается нужный столбец и из первой строки выбирается кабель

Расчёт силы тока, полной и реактивной мощности

Выбирается данный кабель

Выбирается кабель из следующей строки

Рисунок 1 – Алго^итм ^асчета СЭС жилых домов.

На ^исунке 2 п^едставлен вид главной фо^мы п^ог^аммы, состоящей из вкладок: ввод данных; выбо^ сечения кабеля по току; п^ове^ка; выбо^ аппа^ата защиты.

Рисунок 2 – Главная фо^ма п^ог^аммы.

Во вкладке «Ввод данных» вводится активная мощность наг^узки, выби^ается нужное нап^яжение, коэффициент мощности и мате^иал п^оводника, после чего п^ог^амма автоматически ^ассчитывает силу тока, а также полную и ^еактивную мощности наг^узки.

Во вкладке «Выбо^ сечения кабеля по току» (^исунок 3) необходимо выб^ать желаемый тип кабеля, в зависимости от чего автоматически изменятся возможные ва^ианты типа п^окладки кабеля. Также на данной вкладке есть возможность использовать поп^авку для совместной п^окладки нескольких кабелей. Здесь же в автоматическом ^ежиме выводится минимальное допустимое значение сечения п^оводника по ^асчетному току наг^узки.

Во вкладке «П^ове^ка» (^исунок 4), задается ^асчетная длина линии и допустимая в ней поте^я нап^яжения. П^ог^амма автоматически ^ассчитывает для выб^анного ^анее сечения поте^ю нап^яжения и све^яет ее с заданной. Если ^асчетная поте^я нап^яжения в линии п^евысит допустимую, п^ог^амма выбе^ет ближайшее большее сечение п^оводника, кото^ое будет удовлетво^ять заданному условию.

Рисунок 3 – Вкладка «Выбо^ сечения кабеля по току».

Рисунок 4 – Вкладка «П^ове^ка».

Во вкладке «Выбо^ аппа^ата защиты» (^исунок 5) пользователь может выб^ать т^ебующийся вид защитного аппа^ата и п^ог^амма автоматически выдаст его тип и номинальный ток ^асцепителя.

Рисунок 5 – Вкладка «Выбо^ аппа^ата защиты».

Х^анение инфо^мации, а также удобный и быст^ый поиск нужных данных обеспечивает созданная в Microsoft Officе Accеss база данных. В сп^авочную инфо^мацию включены сечения п^оводов, кабелей и соответствующие им значения длительно допустимых по наг^еву токов и номинальные токи аппа^атов защиты. П^име^ таблицы п^едставлен на ^исунке 6. Сп^авочные данные пользователь может дополнять самостоятельно путем добавления нужных ст^ок.

Рисунок 6 – Таблица базы данных в Microsoft Office Access.

Основным п^еимуществом ^аз^аботанной п^ог^аммы является возможность использования в ^азличных опе^ационных системах: Windows, Linux, Mac OS. В п^ог^амме используются базы данных Microsoft Officе Accеss, что позволяет пользователю без т^уда внести необходимые изменения самостоятельно. П^ог^амма полностью бесплатна и доступна любому пользователю.

Выводы. В статье выполнен обзо^ существующих САПР СЭС жилых домов. Наиболее популя^ные п^ог^аммы по выбо^у сечения кабелей ^аз^аботаны для ОС Windows. Они т^ебуют больших зат^ат на их покупку и обслуживание, либо не п^едоставляют доступ к базам данных. Это зат^удняет адаптацию п^ог^аммы под свои т^ебования.

Бесплатные п^ог^аммы не позволяют подоб^ать аппа^аты защиты в автоматическом ^ежиме, что усложняет ^аботу п^оекти^овщика.

Согласно ПУЭ и ТКП п^иведена методика выбо^а сечения п^оводников для жилых домов. На основе методики ^аз^аботан алго^итм и осуществлена его п^ог^аммная ^еализация. Для создания п^ог^аммы использовалась к^осс-платфо^менная с^еда Qt-Crеator на языке С++ и базы данных в Microsoft Officе Accеss.

П^ог^амма по заданным пользователем данным подби^ает необходимый тип кабеля, его сечение, п^ове^яет выб^анное сечение по поте^е нап^яжения, а также подби^ает защитную аппа^ату^у.

Основные п^еимущества ^аз^аботанной п^ог^аммы: п^остой инте^фейс, доступный любому пользователю; п^ог^амма полностью автоматизи^ована и бесплатна. Она совместима с опе^ационными системами Windows, Linux, Mac OS. Все это значительно облегчает ^аботу инжене^у-п^оекти^овщику и сок^ащает в^емя на выполнение п^оекта. Использование баз данных Microsoft Officе Accеss позволяет любому пользователю вносить т^ебуемые изменения.

240–243.