С поисках программы, способной наиболее полно решить задачу проектирования ВОЛС, специалисты компании обстоятельно протестировали несколько предложенных вариантов. Наиболее функциональным решением оказалась разработка компании CSoft Development — программа EnergyCS Line. Авторы программы работают в том же городе, что и «Наука-Связь Иваново», а компания CSoft Иваново (подразделение группы компаний CSoft) готова не только поставить программное обеспечение, но и провести обучение, выполнить совместно со специалистами заказчика пилотный проект.

Программный комплекс EnergyCS Line, в пользу которого и был сделан выбор, предназначен для проектирования механической части воздушных линий электропередач, а также для проектирования волоконно-оптических линий связи с подвеской на воздушных линиях электропередач (ВЛ).

Проектирование ВЛ предполагает выполнение следующих операций:

  • расчет стрел провисания проводов и тросов в различных режимах;
  • расстановку опор по трассе;
  • проверку габаритов над или под пересечениями;
  • получение монтажных таблиц для стрел провисания и тяжений;
  • расчет механических нагрузок на опоры и их фундаменты;
  • получение спецификаций материалов и оборудования для сооружения линий электропередач и др.

Проектирование ВОЛС с помощью инструментов программы представляет собой дополнительную задачу, тесно связанную с расчетом проводов и тросов. Ее решение может организовываться в двух режимах: проектирование ВОЛС как продолжение проектирования ВЛ и проектирование ВОЛС с подвеской на существующей линии электропередач.

Проектирование ВОЛС включает:

  • ввод данных о существующей линии, таких как положение опор на трассе, параметры проводов, описание пересечений (необходимо только для проектирования ВОЛС с подвеской на опорах существующей линии);
  • определение условий подвески волоконно-оптического кабеля (ВОК), его способа крепления к опорам, размещение относительно траверс и стойки;
  • размещение соединительных и, возможно, ответвительных муфт;
  • определение строительных длин ВОК;
  • проверку габаритов пересечений, если это критично для данного способа подвески ВОК;
  • проверку дополнительной нагрузки на опоры, связанной с подвеской ВОК;
  • формирование таблиц монтажных тяжений и монтажных стрел провисания;
  • формирование спецификации кабелей, арматуры и материалов.

Состав исходных данных

Для проектирования ВОЛС используются те же данные, что и при проектировании ВЛ, дополненные информацией об оптическом кабеле и особенностях его подвески согласно техническому заданию. Если проектирование ВОЛС представляет собой продолжение проектирования ВЛ, то данные о ней уже представлены в нужном формате и собственно задача расчета ВОЛС решается в программе просто.

Что касается проектирования подвески ВОК на опорах существующей линии электропередач, то здесь требуется ввод достаточно большого объема информации о ВЛ:

  1. о топологических участках линии, а также о трассах основных линий и их ответвлений;
  2. о расположении каждой опоры топологического участка, ее типе и механических характеристиках;
  3. о механических характеристиках фазных проводов и, возможно, о грозозащитных тросах;
  4. о профиле трассы (описание рельефа поверхности земли вдоль трассы);
  5. об объектах, пересекаемых линией электропередач;
  6. о механических свойствах оптического кабеля.

Данные пп. 4 и 5 необходимы, если может оказаться критичным габарит ВОК, то есть по условиям технического задания кабель располагается или в отдельных режимах может опускаться ниже проводов нижней фазы ВЛ.

Основной объем информации формируется при проектировании ВЛ и содержится в пп. 1−5.

Подготовку и ввод перечисленных данных можно выполнить и непосредственно в EnergyCS Line, однако для подготовки лучше использовать внешние программы общего назначения — MS Excel или MS Word. Такие программы предпочтительны здесь по следующим причинам:

  • подготовку исходных данных можно поручить заказчику, который заполнит специальные табличные формы;
  • над подготовкой могут одновременно работать несколько специалистов, при этом не потребуется дополнительных лицензий программы;
  • EnergyCS Line всегда контролирует ввод данных, и, если они исходно неполны, процесс ввода существенно замедлится. При подготовке во внешней программе решение проблем неполноты и неточности данных можно отложить на более позднее время.

Если подготовка данных выполняется во внешних программах, бланки и способы организации данных в них должны соответствовать таблицам, формируемым в EnergyCS. Копируя в MS Excel пустые таблицы программы, следует заготовить следующие бланки:

  • перечень топологических участков линии (трассы) ВЛ
    Таблица для формирования бланка линий (топологических участков)
    Таблица для формирования бланка линий (топологических участков)
  • все опоры линии (трассы). Для каждого топологического участка готовится отдельная таблица
    Таблица для формирования бланка таблицы опор топологического участка
    Таблица для формирования бланка таблицы опор топологического участка
  • пересечения линии. Для каждого топологического участка готовится отдельная таблица
    Таблица для формирования бланка пересечений
    Таблица для формирования бланка пересечений

Данные следует вводить в те таблицы, из которых получены бланки. Для каждой трассы (топологического участка) данные вводятся отдельно.

В исходном файле (например, сформированном средствами MS Excel) несколько таблиц одного назначения могут размещаться на одном листе — если размер каждой таблицы невелик и такое расположение не мешает ее восприятию. Ввод в EnergyCS Line производится путем копирования через системный буфер обмена.

Помимо ввода через буфер возможен и ввод непосредственно из файлов формата CSV, TXT или XML. В этом случае каждая вводимая таблица должна содержаться в отдельном файле. Особенности форматов описаны в руководстве по использованию программы.

Ввод топологических участков

В пилотном проекте, совместно выполненном специалистами «НаукаСвязь Иваново» и CSoft Иваново, пять топологических участков: две основные линии и три ответвления. Перечень топологических участков вручную вводят непосредственно в модель. Результат отображается в виде таблицы, показанной на рисунке приведенным ниже.

Трассы (воздушные линии)
Трассы (воздушные линии)

В поле Префикс данные вводятся для того чтобы обозначение линии было включено в номер опоры. Это важно при рассмотрении ответвительных опор: для ответвлений первая опора будет принадлежать другой линии. В программе имеется функция, которая позволяет добавить префиксы и постфиксы к существующим номерам опор. Начальный номер — 0, поэтому программа запрашивает ввод описания опор.

Ввод описания опор

Ввод описания производится из файла MS Excel путем копирования через системный буфер обмена. Для этого командой Опоры-Участки/Все опоры открывается таблица всех опор. После ввода опор и их перенумерации с сохранением проектных номеров, но с изменением префиксов таблица первого участка имеет вид, показанный на рисунке приведенным ниже.

Таблица опор линии Коляновская
Таблица опор линии Коляновская

Ввод описания профиля

Информация по описанию профиля трассы предоставлена не была. Тем не менее, при вводе опор информация об отметках их оснований, а также при вводе пересечений информация об их от метках использовалась программой для формирования таблицы описания профиля

Описание трассы линии
Описание трассы линии

В результате получилось, что поверхность на профиле представляет собой прямую линию от опоры до опоры или от опоры до пересечения.

Ввод описания пересечений

Пересечения для каждого топологического участка вводятся отдельно. Ведомость пересечений также будет документироваться отдельной таблицей. Таблица пересечений ориентирована на проектирование ВЛ, поэтому при вводе существующей линии существуют незначимые поля. Проектировщика ВОК не интересует допустимое расстояние до опоры — можно вводить нулевое значение. Режим расчета также неактуален, поскольку проблемы габарита ВОК возникают при гололеде без ветра, — следовательно, вводится любое значение (например, 0).

Пересечения линии №1
Пересечения линии №1

В представленном перечне не указаны типы пересечений, которые должны соответствовать списку кодов в программе, но для решения задачи эти коды не важны.

Заполнение монтажной ведомости ВОК

Монтажная ведомость ВОК — это специальная таблица, построенная на основе перечня всех опор линии и дополненная специфическими параметрами, определяющими подвеску ВОК, а также его строительные длины. В рамках этой таблицы решаются все вопросы проектирования ВОЛС, в том числе:

  • задание высоты подвески кабеля на опоре;
  • расстановка соединительных и ответвительных муфт;
  • назначение вида подвески (натяжная или поддерживающая);
  • задание ограничения на допустимое тяжение;
  • выбор способа расчета натяжения;
  • установка гасителей вибрации;
  • проверка габаритов в пролете.
Монтажная ведомость
Монтажная ведомость

Описание ввода данных в таблицу монтажной ведомости

Тип муфт — тип муфты по ее назначению. Программа различает реальные и условные (фиктивные) муфты. Перечень возможных типов муфт приведен в таблице.

Пояснения к назначению типов муфт
Наименование Сокращение Описание применения
- - Обычная опора, муфты нет. При наличии муфты она удаляется.
Условная Усл. Муфты нет, но подвеска кабеля выполняется так, словно она есть, то есть с натяжной арматурой даже на промежуточной опоре. Образуется граница расчетных участков. Можно задать другую высоту крепления кабеля для ухода с опоры. Поскольку реальная муфта отсутствует, в спецификацию она не включается, строительная длина остается неизменной. Марку и обозначение муфты ввести нельзя.
Соединительная Соед. Муфта для соединения двух строительных длин. Можно ввести обозначение, выбрать марку муфты, а также задать длину снижения (она определяется автоматически, но может быть скорректирована). Расход кабеля на снижение для каждой из строительных длин равен длине снижения. Суммарный расход равен двум длинам снижения. Обязательно включается в спецификацию. Если тип муфты не определен, программа показывает ее как ошибку.
Концевая Кон. Концевая муфта — это специальная фиктивная муфта для обозначения конца или начала ВОЛС. В графе Длина снижения для этой условной муфты можно задать реальную длину кабеля за пределами проекта подвески на опорах ВЛ. При необходимости можно определить тип муфты и комплект арматуры подвески. Если тип муфты определен, он включится в спецификацию. Если не определен, то в спецификацию он не включается и не обозначается как ошибка.
Ответвительная Отв. Муфта для соединения трех строительных длин. Применяется в том случае, если от опоры имеется отпайка, на которую необходимо сделать ответвление ВОЛС. Можно ввести обозначение, выбрать марку, задать длину снижения (она определяется автоматически, но может быть скорректирована). Расход кабеля на снижение для каждой из трех строительных длин равен длине снижения. Суммар, ный расход равен трем длинам снижения. Обязательно включается в спецификацию. Если тип муфты не определен, программа показывает ее как ошибку.
Возвратная Возвр. Реальной муфты нет. Предназначена для случая захода кабеля на отпаечную ВЛ (трассу) с последующим возвратом. Для текущей линии делит ее на расчетные участки. Образуется граница расчетных участков и новая строительная длина. На ответвительной линии возвратная муфта должна находиться на первой опоре. Строительная длина ответвления будет продолжением строительной длины исходной линии. Новая строительная длина начнется в конце отпайки с возвратной линии.
На ответвительной линии будет симметричная подвеска двух кабелей. Можно задать другую высоту крепления кабеля для ухода с опоры. Марку муфты и обозначение ввести нельзя. В спецификацию не включается. Длину снижения можно ввести как длину ответвления для учета при определении положения соединительной муфты на основной линии. После определения отпаечной линии длина уточнится.

Натяжение — способ (принцип) расчета натяжения кабеля. В программе можно применить принципы расчета натяжения оптического кабеля, приведенные в таблице.

Пояснения к способам расчета натяжения ВОК
Наименование принципа Описание правил натяжения ВОК
Между проводами Кабель будет натягиваться так (точнее, так будут рассчитаны монтажные стрелы и тяжения), что в режиме среднегодовой температуры он будет располагаться предельно близко к линии центра масс фазных проводов (линии наименьшей напряженности электрического поля). При этом тяжение кабеля в режимах максимальной нагрузки, низшей температуры и среднегодовой температуры не превысит допустимого значе, ния для соответствующего режима, а также не превысит значения, заданного в графе Допустимое тяжение. В режиме гололеда без ветра провод не провиснет ниже нижнего фазного провода.
Максимальное натяжение Кабель будет натягиваться так, что тяжение кабеля в режимах максимальной нагрузки, низшей температуры и среднегодо, вой температуры не превысит допустимого значения для соответствующего режима, а также значения, заданного в графе Допустимое тяжение.
По нижнему проводу Кабель натягивается так, что в режиме гололеда без ветра он провиснет не ниже нижнего фазного провода. При этом тяжение кабеля в режимах максимальной нагрузки, низшей температуры и среднегодовой температуры не превысит допустимого значения для соответствующего режима, а также значения, заданного в графе Допустимое тяжение. Если желаемое провисание обеспечить невозможно, применяется Максимальное натяжение и кабель провиснет ниже нижнего фазного провода.
По допустимому габариту Кабель будет натягиваться так, что в режиме гололеда без ветра он провиснет до заданного допустимого габарита по отношению к земле и до допустимого габарита для каждого пересечения. При этом тяжение кабеля в режиме максимальной нагрузки не превысит заданного в справочнике и указанного в графе Допустимое тяжение. В режиме среднегодовой температуры кабель не превысит тяжения, заданного в справочнике для среднеэксплуатационного режима, а в режиме низшей температуры не превысит значения, заданного для режима низшей температуры. Если желаемое провисание обеспечить невозможно, применяется Максимальное натяжение и кабель провиснет ниже допустимого габарита.

При расчете натяжения кабеля расчетчику приходится учитывать следующие факторы:

  1. минимизация допустимой нагрузки тяжения на опору;
  2. обеспечение наибольшего габарита (не ниже допустимого) в режиме наибольшей стрелы провисания;
  3. необходимость размещать кабель в области наименьшей напряженности электрического поля;
  4. обеспечение несхлестывания кабеля с фазными проводами;
  5. эстетичность линии с подвешенным оптическим кабелем.

Ограничения по допустимым тяжениям/напряжениям кабеля устанавливаются программой автоматически.

Опыт показал, что применение одного правила для всей линии не обеспечивает хорошего результата. Приходится подбирать оптимальный принцип для каждого пролета.

Оценка полученного решения

Полученное решение можно оценивать визуально. В программе предусмотрено окно Схема расстановки опор, открывающееся при исполнении команды Опоры-участки/Схема расстановки опор. В окне отображается схема расстановки опор для анкерного участка с подвеской фазных проводов, грозотроса и оптического кабеля. В виде Т-символов и П-символов показываются пересекаемые объекты — с отображением в масштабе высоты и ширины пересечений, заданных осью (Т) или зоной (П).

Схема расстановки опор
Схема расстановки опор

Чтобы увидеть кривые провисания в режиме наибольшей стрелы провисания ВОК, следует выбрать режим «Гололед без ветра». При этом программа покажет провисание и проводов, и грозозащитного троса, и ВОК, соответствующее тому, которое произойдет в реальности при гололеде без ветра.

Кривая провисания троса и ВОК
Кривая провисания троса и ВОК

Если габарит не обеспечен, требуется искать решение. В случае нашего пилотного проекта возможных решений немного, так как в одном из режимов (наибольших нагрузок, среднеэксплуатационном, низшей температуры) кабель оказался натянут до предела. В каком именно? Чтобы ответить, используем команду Обоснование расчета, которая применяется к текущему расчетному участку (участку с пролетом, следующим за текущей опорой).

На рисунке приведенным ниже видно, что предел допустимого тяжения достигнут в режиме наибольших нагрузок. Решение при проектировании:

Обоснования расчетных режимов
Обоснования расчетных режимов
  • увеличить для данного пролета высоту подвески ВОК (согласовав эту операцию с заказчиком, если высота оговорена в контракте);
  • применить на этом участке более сильный кабель;
  • поставить дополнительную опору для ВОК.

Так как в данном районе заданная стенка гололеда вероятна один раз в 10 лет, можно оставить этот пролет без внимания. Во всех остальных режимах требуемые условия выполняются. В рассматриваемом расчете изначально применен принцип подвеса «по габариту». В этом случае программа подбирает минимальное тяжение оптического кабеля, обеспечивающее заданный габарит. Однако решения, предлагаемые программой, приемлемы не всегда: на малых пролетах тяжение определяется с излишне большим запасом. Случается, проигрывает и эстетика линии.

Для получения оптимального решения следует просмотреть каждый пролет (расчетный участок) и выбрать подходящее решение.

Проверка допустимости нагрузок на опору

По любой выбранной опоре можно получить расчет нагрузок на нее для множества расчетных режимов — в контекстном меню предусмотрена команда Нагрузки на опору. От пользователя потребуется только сопоставить наибольшие изгибающие моменты, действующие на опору с допустимыми значениями.

Документирование результатов

Результат работы программы — проектная документация, представленная в виде таблиц (они составляют основной объем итоговой документации) и чертежей. По проекту ВОЛС предусмотрены следующие таблицы:

  • монтажная ведомость с перечнем опор, соединительных муфт, строительных длин, расстановкой гасителей вибрации и координат подвески ВОК на каждой опоре — по каждому топологическому участку (трассе) отдельно;
  • ведомость пересечений с указанием габаритов ВОК над пересечениями по каждому топологическому участку (трассе);
  • ведомость арматуры и материалов по проекту;
  • таблицы расчета нагрузок на опоры — выборочно по критическим и характерным опорам.

Документирование табличных результатов производится с использованием MS Word на основе заранее разработанных шаблонов.

В каждом шаблоне предусмотрен штамп, автоматически заполняющийся на основе параметров, введенных в модель. Чтобы штамп документа мог заполняться из программы, он готовится с использованием специальных полей MS Word в виде, представленном на рисунке приведенным ниже.

Пример заполнения штампа в шаблоне
Пример заполнения штампа в шаблоне

Документирование графической информации

В качестве итоговой информации по проекту ВОЛС формируется чертеж (набор чертежей) со схемой расстановки опор по трассе, подвеской ВОК с расчетом его кривой провисания в режиме наивысшей температуры и при гололеде. На схему расстановки опор также могут быть нанесены размерные линии с указанием габаритов пересечений, отметок пересечений и отметок точек крепления кабелей к опорам. В программе это действие выполняется с использованием команды Результаты/Все опоры на чертежи. Как результат, формируется таблица с перечнем всех опор, приведенная на рисунке приведенным ниже.

Таблица с перечнем опор
Таблица с перечнем опор

Далее из контекстного меню следует выбрать команду Нанести на профиль. Перед выполнением этой команды желательно, чтобы AutoCAD был загружен, а текущий открытый чертеж имел необходимые настройки (хотя это и не обязательно).

Программа выводит информацию в пространство модели. При этом итоговые чертежи формируются в пространстве листа, с заранее заготовленными рамкой и штампом.

Вид в пространстве модели
Вид в пространстве модели
Вид в пространстве листа
Вид в пространстве листа

В одном чертеже может быть предусмотрено большое число листов — например, столько, чтобы вывести всю линию в виде страниц документа. Из программы все участки можно вывести в один DWG-файл, а уже в нем оформить столько листов, сколько необходимо для документирования всего проекта. Перед передачей данных в AutoCAD предлагается настроечная таблица, где следует указать параметры формируемого чертежа. Программа на профиль всегда позволяет вывести за одну команду только одну ВЛ. Для каждого топологического участка команду понадобится повторить.

Заключение

Применение EnergyCS Line позволило сформировать полный комплект документов, касающихся проектирования линейной части ВОЛС. При этом было обеспечено значительное сокращение трудозатрат с одновременным повышением качества проекта.

Татьяна Юдина,
начальник ПТО
Светлана Голикова,
ведущий инженер-проектировщик
ООО «Наука-Связь Иваново»
Тел.: (4932) 34−5000
E-mail:

Николай Ильичев
CSoft Иваново
Тел.: (4932) 33−3698
E-mail: