РЕЗЮМЕ
В данной работе представлены возможности использования САПР программирования для настройки, в целях удовлетворения конкретных инженерных задач. Разработанное программное обечпечение, в рамках этой работы, позволяет автоматизировать процедуры механического расчета воздушных линий электропередачи. Такой расчет включает определение вертикальных деформаций и напряжений линий электропередачи, графическое представление линий при различных температурах и дополнительные нагрузки на опоры. Разработанные программы автоматически создают таблицы с данными о нормальных силах, напряжениях и прогибов проводов для различных значений пролетов, при различных температурах, а также представляют графически расчетные значения деформаций и нагрузок. Ключевые слова: САПР, программирование, электрических линий электропередач.
1. ВВЕДЕНИЕ
Программирование и настройка стандартного пакета AutoCAD, для удовлетворения особых потребностей компании, позволяют значительно повысить производительность и в полной мере использовать потенциал этого инструмента. Большинство современных CAD программы предлагают возможности для размещения пользовательской развитой программы для выполнения определенных задач и функций, которые не могут быть выполнены непосредственно с помощью стандартных функций, предлагаемых системой. AutoCAD является открытой приложением, которое поддерживает различные среды программирования, например:
- ActiveX Automation, технология, которая базируется на модели компонентных объектов (COM) архитектурах и макросах, программируемых в различных приложениях;
- VBA (Visual Basic для Приложений), объектно-ориентированная среда программирования, предназначенная для обеспечения широкими возможностями развития;
- AutoLISP и VisualLISP, версий Common Lisp, популярный язык искусственный интеллекта;
- ObjectARX, технология, которая обеспечивает основу для разработки приложений для обмена данными интеллектуальных объектов. ObjectARX среда программирования включает в себя ряд C++ библиотек динамической компоновки (DLL), которые работают напрямую с основными AutoCAD структурами данных и кодом;
- .NET, который позволяет создавать приложения, которые взаимодействуют с AutoCAD, использованием языков программирования, как VB NET и C #.
AutoLISP основан на языке программирования LISP, который был первоначально разработан для использования в области искусственного интеллекта (AI) и до сих пор является основой для многих приложений AI. Visual LISP (VLISP) представляет собой программный инструмент, предназначенный для ускорения AutoLISP программы развития. VLISP интегрированной среды разработки (IDE) предоставляет функции, которые помогут облегчить задачи создания и модификации исходного кода, программы тестирования и отладки. Кроме того, VLISP позволяет работать с автономными приложениями, написанными на AutoLISP.
Хотя AutoCAD имеет широкое использование в качестве инструмента для 2D-графики и 3D моделирования, в сочетании с языками программирования, предназначенными для его расширения и настройки, он растет как среда, в которой мы можем не только рисовать, но и делать сложные математические операции, а также представлять их результаты в форме, которые автоматически генерируются, например: таблицы и видео, презентации. Как и все, языки программирования, которые находят свое применение в технике, VLISP поддерживает различные формы расчета. Таким образом, возможности графического ввода исходных данных имеет особое значение, а также представление результата в виде графически. Процесс выполнения расчетов и создания проектной документации становятся интегрированными, и время, необходимого для их создания стремительно уменьшается.
Целью данной работы является показать возможность автоматизации процедуры механического расчета линий электропередач с использованием методов программирования внутри среды AutoCAD.
2. ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМЫ
С тех пор как, низковольтные и высоковольтные электрические линии выполняются с помощью неизолированного провода, то требуется соблюдение минимального габарита до земли, для поддержания безопасности. Форма провода, висящего между двумя опорами называют цепью. Термин контактной сети относится к гибкому кабелю, который имеет массу, равномерно распределенную по всей длине, под действием силы тяжести. Стрела провеса – это расстояние по вертикали между проводом и прямой линией, проведенной между точками подвеса провода, измеренное в середине пролета. Величина провеса влияет на величину пролета, а также вес кабеля и климатические условия. Провода становятся длиннее и ближе к земле, как при высоких температурах в летний период, так и за счет дополнительной нагрузке из-за льда и снега в зимний период. Значения напряжений и стрелы провеса могут быть определены с помощью уравнения состояния:
σ (МПа) – напряжение в линии электропередачи при температуре t (°C)
(МПа) – напряжение разрыва
E (МПа) – Yмодуль Юнга
γ (Н/м•мм2) – удельный вес
α (°C) – температурный коэффициент
(°C) – температура, при которой растяжение провода максимально
(м) – стрела провеса при температуре t (°C)
a (м) – длинна пролета
При малых пролетах, максимальное напряжение при растяжении будет при самой низкой температуре -20 °С, а при больших пролетах максимальное напряжение возникает при температуре -5 °С с дополнительной нагрузкой. Между этими двумя случаями существует критический интервал по которому максимальное напряжение при растяжении появляется при обеих температурах -20 °C и -5 °С с дополнительной нагрузкой. Сравнивая критические пролеты ЛЭП с реальным пролетом, мы получаем критерий критического пролета:
- если a>ak, то максимальное напряжение при растяжении будет при температуре -5 °С с дополнительной нагрузкой;
- если a<ak, то максимальное напряжение при растяжении будет при температуре -20 °С без дополнительной нагрузки.
Максимальный провес появляется либо при температуре -5 °С с дополнительной нагрузкой, в результате чего кабель становится больше из-за механических нагрузок или при температуре +40 °C, в результате чего кабель становится больше вследствие температурных нагрузок. Критерием критического пролета определяется температурой, при которой имеет место максимальный провес. Критическая температура определяется температурой, при которой провес достигает того же значения в случае без дополнительной нагрузки и в случае с дополнительной нагрузкой при температуре -5 °C.
Сравнивая критическую температуру с температурой +40 °C, мы получаем критерий критической температуры:
- если t<40°C, то максимальный привес будет при температуре в +40°C;
- если t>40°C, то максимальный привес будет при температуре в -5 °C с дополнительными нагрузками
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОГРАММЫ
Связь с разработанным программным обеспечением выполнена в виде командной строки и диалогового окна, для работы которого необходимы два типа файлов:
- файлы с описанием диалогового окна, которое включает в себя определение количества и размера основных элементов и их расположение. Эти файлы записаны в DCL (Язык диалога Control).
- VLISP программы для управления диалоговыми окнами.
Программное обеспечение включает в себя набор новых команд и некоторые из них кратко описаны. Команды пролетов и напряжений сводятся в таблицы, где по столбцам указаны напряжения для пролетов при различных температурах. Пролеты и значения температуры определяются минимальными и максимальными значениями и приращением этих значений (рис. 1).
Рисунок 1 ‐ Пример входных и выходных данных для расчета провеса провода
Команда длинна пролета автоматически генерирует таблицу с данными по линии электропередачи напряжения, сил растяжения и значение провеса в промежутке между двумя опорами, при различных температурах. Входными данными для этой команды являются: марка провода, максимально допустимое значение напряжения, дополнительный коэффициент нагрузки, расстояние между опорами, минимальная и максимальная температуры, а также приращение температуры для которой будет произведен расчет, который определит внешний вид таблицы результатов: высота заголовка и строк таблицы, и координата в верхнем левом углу таблицы. Эти значения могут быть введены графически с помощью мыши или путем ввода текста с клавиатуры. Пример входных и выходных данных для команды изображено на рисунке 2. Каждый столбец таблицы рисуется на отдельном слое, что позволяет управлять видимостью значений температур, поворотов слоев и их наличием.
Команда рисует форму провеса линии электропередачи для конкретного пролета между опорами, при одной из различных температурах (рис. 2). Формы цепи могут быть сделаны в различных пропорциях в вертикальном направлении. Стрелы провеса того же цвета, что и температура справа.
Видимость этих форм можно регулировать путем включения или выключения соответствующих слоев, на которые они автоматически помещаются. Примером является слой с синтаксисом AlFe50-8_100_20, который представляет цепь ALFe50-8, для пролета 100 м, при температуре 20 °С.
Рисунок 2 ‐ Пример выходных данных для команды "Пролет" и "цепь"
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Целью данной работы является представление возможности автоматизации механического расчета воздушных линий электропередач. Программирование в VLISP позволило настроить AutoCAD среду для выполнения конкретной задачи инженерных, связанных с проектированием, расчетов, представление результатов в графической форме и технической документации. Разработанное программное обеспечение обеспечивает большую точность и сокращает время, необходимое для расчета напряжений и провеса провода при произвольных значениях пролетов и температур. Кроме того были разработаны функции автоматической генерация таблиц с результатами и построение формы стрелы провеса.
5. ССЫЛКИ
1. R. Gesner, J. Smith: Maximizing AutoLISP, The Complete Guide to Programming AutoCAD with AutoLISP, New Riders Publishing, USA, 1992.
2. J. Winters, VB.NET Programming for AutoCAD Customization, VB CAD, Inc., 2007.
3. Nadzemni vodovi, Pravilnik o tehnickim normativima za izgradnju nadzemnih elektroenergetskih vodova, Beograd, 1980.