Система ElectriCS ADT 2 предназначена для автоматизированного проектирования систем электроснабжения объектов любой размерности (небольшие объекты и крупные заводы, торговые центры, проекты обустройства месторождений и т.д.). Применение ElectriCS ADT позволяет осуществлять комплексную автоматизацию проектной организации в части электротехнического отдела и отдела КИПиА (АСУТП), значительно повышая производительность труда проектировщика-электрика и качество проектов в части систем электроснабжения.

Основные возможности системы

Программный комплекс ElectriCS ADT предназначен для выполнения следующих прикладных задач:

  • расчет нагрузок по коэффициентам расчетной мощности в соответствии с «Указаниями по расчету электрических нагрузок РТМ 36.18.32.4−92»;
  • синтез структуры проектируемой системы с выбором оборудования (кабелей, защитных аппаратов — автоматов, блоков НКУ и т.д.) в соответствии с результатами расчета нагрузок и справочной информацией, имеющейся в базе системы;
  • автоматическое присвоение проектных позиций элементов (кабелей, блоков НКУ, автоматов и т.д.) в соответствии с правилами, принятыми в отрасли или на конкретном предприятии;
  • расчет потерь напряжения в нормальных режимах и при пусках двигателей;
  • расчет токов короткого замыкания в соответствии с ГОСТ 28249–93 или по методу петли фаза-ноль с расшифровкой расчетов;
  • расчет отдельных токовых цепочек в упрощенном режиме «Калькулятора ТКЗ» с расшифровкой;
  • расчет температуры нагрева кабелей и проверка их на термическую стойкость в соответствии с ГОСТ 30323–95 и циркуляром РАО ЕЭС России № Ц-02−98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания»;
  • проверка защитных аппаратов по расчетным и пусковым (пиковым) токам;
  • проверка защитных аппаратов по чувствительности (к минимальным токам коротких замыканий);
  • проверка селективности защитных аппаратов и построение карт селективности;
  • вывод списка кабелей (силовых и контрольных) и потребителей в формате системы ElectriCS 3D для последующей автоматизированной раскладки по кабельным конструкциям;
  • вывод результатов работы в виде настраиваемых табличных и графических документов;
  • возможность ведения иерархической базы документов.

Программный комплекс ElectriCS ADT реализует «сквозную» концепцию проектирования и предоставляет весь необходимый функционал для разработки проектной документации и выполнения расчетов.

Проектная документация, выполняемая средствами ElectriCS ADT, включает комплект документов, регламентированных действующими нормативами и стандартами. Программный комплекс ElectriCS ADT позволяет выпускать следующие документы:

  • однолинейные принципиальные схемы питающих и распределительных сетей в традиционном вертикальном (графическом) представлении как с изображением в части управления, так и без него;
  • однолинейные принципиальные схемы питающих и распределительных сетей в горизонтальном (табличном) виде в соответствии с ГОСТ 21.613−88;
  • общие виды щитов;
  • перечни составных частей к общим видам щитов;
  • заказные спецификации оборудования;
  • таблицы расчета нагрузок;
  • таблицы расчета токов КЗ и потерь напряжения;
  • схемы отдельных токовых цепочек с расчетом токов КЗ и их расшифровкой;
  • кабельные (кабельно-трубные) журналы.

При выводе табличных документов система ElectriCS ADT использует Microsoft Word, графические документы создаются в собственной встроенной графической подсистеме, поддерживающей набор стандартных инструментов для работы с графикой, прямой вывод документов на печать, а также экспорт в формат PDF без необходимости наличия дополнительного графического пакета. Помимо этого, графическая подсистема также поддерживает экспорт в популярные графические системы: AutoCAD с версии 2004, nanoCAD Plus 7.0, BricsCAD v14, v15.

Технология проектирования систем электроснабжения в ElectriCS ADT

Исходными данными для проектирования систем электроснабжения в среде ElectriCS ADT являются:

  • перечень электроприемников (ЭП);
  • перечень распределительных устройств (РУ);
  • перечень источников питания (ИП);
  • перечень секционных выключателей (СВ).

Перечень ЭП обычно поступает от проектировщиков-технологов с указанием основных параметров: полного имени, проектной позиции (обозначения), мощности, режима работы (основной/резервный), координат, типа двигателя, времени пуска двигателя и т.д. Перечень может поступать как в виде бумажных таблиц заданий/опросных листов (при отсутствии комплексной автоматизации), так и в виде таблиц Microsoft Excel или файлов формата CSV (Comma-Separated Values).

К исходным данным по перечню ЭП проектировщиками-электриками добавляется информация о распределении ЭП по РУ, принадлежности к типовой группе ЭП (например, «Вентиляторы»), типе реализации ЭП (например, для электрифицированной задвижки — Б5000, БМ5000, РУСМ5000, Я5000, БОЭ5000, ПР8500 и МП россыпью и т.д.), типе силового кабеля. Процесс ввода электроприемников отображен на рис. 1.

Рис. 1. Окно ввода электроприемников в ElectriCS ADT 2
Рис. 1. Окно ввода электроприемников в ElectriCS ADT 2

Перечни РУ, ИП и СВ формирует проектировщик-электрик. В эти перечни он заносит информацию о проектных позициях, полных именах, координатах, распределении РУ по ИП, типе силового кабеля, типе вводного автомата, мощности трансформатора и т.д.

Информация о первоначальной структуре задается для ЭП, РУ, ИП, СВ в параметрическом виде: в параметре «Соединение» задается список позиций элементов, к которым они подсоединяются. Так, для ЭП это, как правило, РУ или другой ЭП (при запитывании шлейфом с одного защитного аппарата нескольких ЭП). Для РУ это обычно ИП или другое РУ (при нескольких уровнях сборок НКУ). Для СВ это секции РУ, которые он переключает. Перед выполнением расчета нагрузок на основании этой информации автоматически создается начальная структурная модель электрической сети проекта.

Расчет нагрузок производится в соответствии с «Указаниями по расчету электрических нагрузок РТМ 36.18.32.4−92». Все ЭП группируются по типам (задвижки, насосы, освещение и т.д.), и для каждого из них извлекаются из базы системы их коэффициенты использования Ки и сos φ. Для ЭП электродвигателей из базы извлекаются также их КПД, кратности пускового тока Кп и cos φ.

Расчет выполняется для каждой секции силового шкафа, при этом определяются эффективное число электроприемников Nэ и средневзвешенный коэффициент использования Ки, в зависимости от которых по имеющейся в базе системы таблице находится коэффициент расчетной мощности Кр. Расчетный ток секционного выключателя Ip определяется как максимальный из Ip-секций, которые он переключает. Расчетный ток на вводе силового шкафа с секционным выключателем определяется как сумма токов всех секций. Расчетный ток конкретного ЭП определяется по его мощности, напряжению, КПД и сos φ. На рис. 2 приведен фрагмент результатов расчета нагрузок, выведенный в таблицу MS Word.

Рис. 2. Фрагмент документа с результатами расчета нагрузок
Рис. 2. Фрагмент документа с результатами расчета нагрузок

Синтез структуры производится на основе имеющегося в базе описания типовых структур и включает в себя три процедуры: структурный синтез, параметрический синтез, агрегативный синтез.

Структурный синтез представляет собой процесс выбора структур элементов, которые замещают их в модели проекта и состоят из субэлементов, имеющих внутренние и внешние связи, а также параметры. Например, ИП имеет два варианта структуры: трансформатор + источник питания, автомат + трансформатор + источник питания.

Параметрический синтез состоит в последовательном выборе вариантов одного элемента проекта, дополняющих информацию об элементе, исходя из указанных в параметрах элемента требований. Например, при выборе вариантов автомата АЕ2040 уточняется его климатическое исполнение, номинальный ток и формируется заказная модель автомата.

Агрегативный синтез позволяет производить компоновку элементов модели в блоки на основании количества элементов и их параметров. Например, при выборе в процессе синтеза автоматов с подключением к блоку ввода и распределения БМ8500 полученные элементы подключения могут быть агрегированы блоками по 2, 4, 6, 8 автоматов и т.д.

Синтез может производиться как в диалоговом, так и в автоматическом режиме с выбором первого подходящего варианта. На рис. 3 приведен пример выбора варианта структуры элемента ЭП в диалоговом режиме. В таблице соответствия параметров варианта требованиям видно, что вариант блока Б5130-Без-ВБ-ПУ не подходит для конкретного ЭП (насоса) из-за наличия реверса. Автоматические выключатели выбираются по номинальному току, току уставки расцепителя; кабели — по допустимому току (с учетом условий прокладки и температуры окружающей среды).

Рис. 3. Выбор варианта структуры ЭП в диалоговом режиме
Рис. 3. Выбор варианта структуры ЭП в диалоговом режиме

В результате синтеза структур первоначальный список ЭП, РУ, ИП и СВ превращается в полную модель проекта, представляющую собой перечень автоматов, предохранителей, силовых и контрольных кабелей, кнопок управления, блоков НКУ, соединительных коробок, трансформаторов, реле и т.д., соединенных в единое целое функциональными связями.

После синтеза запускается настраиваемый макрос на языке VBScript (Visual Basic Scripting Edition), который по заданным правилам присваивает всем элементам проекта уникальное имя (позицию). Файл макроса является открытым и при необходимости позволяет любой организации индивидуально настроить правило присвоения проектных позиций.

Расчет токов КЗ производится с использованием следующих допущений:

  • ток от системы считается неизменным во времени;
  • не учитываются подпитки от асинхронных и синхронных двигателей;
  • не учитывается изменение тока КЗ из-за нагревания жил протекающим током;
  • сопротивления дуги и переходных контактов заданы постоянными величинами.

По справочным данным из базы системы определяются активные и реактивные сопротивления кабелей (в соответствии с типом кабеля), защитных аппаратов, трансформаторов, электрической дуги (при расчете минимального тока КЗ) для прямой, обратной и нулевой последовательностей. На основании этих данных рассчитываются токи КЗ для цепочек от всех ИП до всех ЭП и для всех коммутирующих аппаратов, а также потери напряжения на клеммах всех ЭП.

Результаты расчета можно просмотреть непосредственно в системе проектирования и вывести в таблицу документа MS Word. На рис. 4 приведена таблица с примером результатов расчета токов КЗ и потерь напряжения, отсортированная по кратности тока замыкания к уставке защитного аппарата ЭП.

Рис. 4. Окно просмотра результатов расчета токов КЗ и потерь напряжения
Рис. 4. Окно просмотра результатов расчета токов КЗ и потерь напряжения

Для построения карт селективности, а также для проверок защитных аппаратов по условиям отстройки от пусковых токов используются время-токовые характеристики защитных аппаратов, которые находятся в базе системы. На картах селективности расчетные и пусковые (пиковые) токи выводятся желтым цветом, характеристики защитных аппаратов — синим и зеленым, токи КЗ — красным.

Проверка защитных аппаратов по номинальным токам, условиям отстройки от пиковых токов и по условиям селективности осуществляется для всех цепочек от ЭП до ИП. При этом пиковый ток определяется как расчетный ток РУ минус расчетный ток и плюс пусковой ток ЭП из этой цепочки. При запуске проверки на экран выдаются диагностические сообщения о нарушенных условиях.

Проверка защитных аппаратов по пусковым (пиковым) токам состоит в проверке на предмет отсутствия пересечения пикового тока с характеристикой защитного аппарата. На рис. 5 представлена карта селективности цепочки, диагностика по которой показала, что защитный аппарат ЭП не отстроен от пиковых токов. Видно, что линия пускового тока немного заходит на нижнюю кривую срабатывания автомата. В этом случае необходимо на одну ступень увеличить уставку автомата ЭП, что с необходимым запасом обеспечит условие несрабатывания защитного аппарата.

Рис. 5. Окно просмотра карты селективности токовой цепочки №1
Рис. 5. Окно просмотра карты селективности токовой цепочки №1

Проверка защитных аппаратов по селективности заключается в проверке на отсутствие пересечения линий характеристик срабатывания защитных аппаратов на смежных защищаемых участках. На рис. 6 приведена карта селективности цепочки, диагностика по которой показала, что секционный и вводной автоматы не проходят по условию селективности. Верхняя линия характеристики срабатывания секционного автомата заходит на нижнюю линию характеристики срабатывания вводного автомата. В этом случае необходимо на одну или две ступени увеличить уставку по времени срабатывания вводного автомата (возможно, придется изменить типы аппаратов).

Рис. 6. Окно просмотр карты селективности токовой цепочки №2
Рис. 6. Окно просмотр карты селективности токовой цепочки №2

Проверка защитных аппаратов по чувствительности заключается в проверке на способность мгновенно отключить минимальный ток КЗ. На рис. 7 представлена карта селективности автомата, диагностика по которому показала, что он не проходит по чувствительности. Ток КЗ находится левее зоны работы электромагнитного расцепителя. Очевидно, что в этом случае требуется увеличить сечение кабеля к данному ЭП. Необходимую величину сечения кабеля легко определить простым подбором. Если же решение получается «неразумным» (к примеру, для двигателя мощностью 1−2 кВт требуется кабель с сечением жилы 95 мм2 или больше), то, возможно, следует изменить схему и повторить расчет.

Рис. 7. Окно просмотр карты селективности токовой цепочки №3
Рис. 7. Окно просмотр карты селективности токовой цепочки №3

Когда модель проекта проходит по всем условиям, можно приступать к ее документированию.

Виды графических и табличных документов в ElectriCS ADT

Основу графического документирования составляют так называемые графические фреймы, которые отличаются от обычных блоков AutoCAD и аналогов тем, что у них есть, во-первых, слоты (окна под переменную информацию из модели проекта), а во-вторых, информация о привязке к узлу модели проекта. Привязка к узлам (спискам элементов) модели проекта используется для автоматического поиска и активации фрейма (активация фрейма заключается в заполнении его слотов текстовой и графической информацией из модели проекта). Графический фрейм может документировать сразу несколько элементов модели проекта (автомат, кабель, ЭП и т.д.). Документирование графическими фреймами возможно как по отдельности, так и группами — для этого в состав фрейма может входить так называемый шлюз: точка автоматического подсоединения следующего графического фрейма (его привязочной точки).

Использование графических и табличных фреймов позволяет настраиваться на любую форму выходных документов.

На рис. 8 изображен фрагмент однолинейной принципиальной схемы графической формы в окне собственной встроенной графической подсистемы. Красные прямоугольники на этом рисунке — слоты, которые не выводятся на печать (или их слой просто отключается). На рис. 9 приведен фрагмент этой же схемы в табличной форме.

Рис. 8. Фрагмент вертикальной однолинейной принципиальной схемы
Рис. 8. Фрагмент вертикальной однолинейной принципиальной схемы
Рис. 9. Фрагмент горизонтальной однолинейной графической схемы
Рис. 9. Фрагмент горизонтальной однолинейной графической схемы

На рис. 10 приведен фрагмент общего вида панели без проставленных размеров, на рис. 11 изображен фрагмент перечня составных частей для предыдущего общего вида панели (отдельно для каждой панели). На рис. 12 показан фрагмент общей заказной спецификации сразу на все панели.

Рис. 10. Фрагмент общего вида панели
Рис. 10. Фрагмент общего вида панели
Рис. 11. Фрагмент перечня составных частей
Рис. 11. Фрагмент перечня составных частей
Рис. 12. Фрагмент общей заказной спецификации
Рис. 12. Фрагмент общей заказной спецификации

Кабели (силовые и контрольные) и потребители, которые они соединяют, можно передать в систему ElectriCS 3D для автоматизированной раскладки по кабельным конструкциям или выдать в форме кабельного журнала (без результатов трассировки кабелей). Фрагмент кабельного журнала приведен на рис. 13. При автоматизированной раскладке кабелей в среде ElectriCS 3D можно передать скорректированные в результате раскладки длины силовых кабелей для проверочного пересчета в среде ElectriCS ADT.

Рис. 13. Фрагмент кабельного журнала
Рис. 13. Фрагмент кабельного журнала

Новые возможности системы

В систему ElectriCS ADT 2 встроена собственная графическая подсистема, которая позволяет удобнее работать с графическими формами документов, редактировать их и получать обратную связь с моделью проекта, а также выводить документы на печать и экспортировать в формат PDF без дополнительных графических пакетов. Использование графических фреймов при документировании обеспечивает возможность гибко настраивать шаблоны для всех видов документов.

Для хранения модели проекта, базы данных и знаний, а также всех графических фреймов, шаблонов, входных и выходных документов комплекс ElectriCS ADT 2 применяет СУБД Microsoft SQL Server. При этом все документы и шаблоны организованы в иерархическую структуру с возможностью хранения нескольких версий одного типа документа.

Также в новой версии системы представлена возможность работы в режиме «Калькулятора ТКЗ», который обеспечивает возможность быстро скомпоновать из необходимых элементов отдельную токовую цепочку от источника питания до электроприемника, указать необходимые для расчета параметры и произвести расчет токов КЗ, температур кабелей, произвести проверку полученных результатов, просматривать и документировать их.

Рис. 14. Окно просмотра рассчитанной токовой цепочки в графике
Рис. 14. Окно просмотра рассчитанной токовой цепочки в графике

Возможность добавления макросов (настраиваемых скриптов на языке VBScript) и их привязки к пунктам меню программы значительно расширяет инструментарий системы. А запуск из одних макросов других позволяет полностью автоматизировать всю процедуру проектирования и запускать ее одной командой.

Заключение

Применение ElectriCS ADT 2 обеспечивает возможность повысить качество проектов в части проектирования систем электроснабжения и производительность труда проектировщика-электрика. Использование системы совместно с другими проектирующими системами этой среды — AutomatiCS (автоматизированное проектирование систем контроля и управления), ElectriCS 3D (автоматизированная раскладка силовых и контрольных кабелей) — позволяет осуществить комплексную автоматизацию проектной организации в части электротехнического отдела и отдела КИПиА (АСУТП).

Новый режим «Калькулятора ТКЗ» обеспечивает возможность удобно и быстро строить токовые цепочки, производить для них расчет токов КЗ, температур кабелей и выполнять проверку результатов. При этом пользователь может вносить изменения в цепочку и многократно производить расчет. Таким образом, новый функционал позволяет использовать систему ElectriCS ADT 2 не только в проектных, но и в эксплуатационных организациях.

Александр Салин
д.т.н., с.н.с.,
заместитель генерального директора компании CSoft Иваново

Анатолий Рунцов
Ивановский государственный энергетический университет,
аспирант

Тел.: (4932) 26−9655
E-mail: