CC BY
9УДК 699.887.2
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА МОЛНИЕЗАЩИТЫ
С. В. Митрофанов, Д. К. Байкасенов
ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет»
Целью настоящей статьи является проведение научного обзора современных компьютерных программ по автоматизированному расчету и проектированию молниезащиты. В работе приводится критический анализ программных средств, заключающийся в выявлении особенностей программ, их достоинств и недостатков, на основании которых инженер-энергетик сделает правильный выбор в пользу того или иного программного обеспечения в области проектирования молниезащиты. Ключевые слова: программа по расчету молниезащиты, проектирование молниезащиты, построение зон защиты в КОМПАС
Ежегодно от ударов молний погибают тысячи человек, возникают пожары и взрывы, наносится значительный ущерб имуществу. Особенно опасны удары молнии для систем электроснабжения и систем управления.
Применение программных продуктов позволяет исключить ошибки при проектировании молниезащиты, а также ускорить и упростить сложные расчёты. Несмотря на актуальность темы, на сегодняшний день, в свободном доступе, отсутствуют научные публикации, посвященные обзору компьютерных программ по расчету и проектированию молниезащиты зданий и сооружений. Основанием для проведения сравнительного обзора послужили следующие современные программы:
- «Model Studio CS Молниезащита»;
- «ElectriCS Storm 5.0»;
- «Beroes MZ 2.1»;
- «Расчет параметров и построение зон защиты молниеотводов».
Компания «CSoft Development» разработала программный комплекс «Model Studio CS Молниезащита», позволяющий осуществлять расчёт, выполнять компоновку и автоматизированное проектирование в трёхмерном пространстве молниезащиты зданий, сооружений и открытых территорий в «AutoCAD» (рис. 1), согласно [1-4]. Одним из основных достоинств программного обеспечения (ПО) является динамическая база данных оборудования и материалов (молниеприёмники, порталы и опоры линий электропередач (ЛЭП), строительные конструкции, технологическое и оборудование и т.д.), которая обновляется через Интернет или вручную, путем импортирования моделей, выполненных в «AutoCAD», «nanoCAD», «КОМПАС» и других системах автоматизированного проектирования (САПР). Стоит отметить и удобный интерфейс, большое количество инструментов для проектирования, наличие обучающих видеороликов и справочной информации. Подать заявку на приобретение программы и получение демонстрационной версии можно на официальном сайте компании «CSoft Development» [5].
Система «ElectriCS Storm 5.0», разработанная также «CSoft Development», предназначена для автоматизированного расчета, 2D и 3D-проектирования молниезащиты (рис. 2), заземления и электромагнитной совместимости (ЭМС) промышленных и энергетических объектов [6]. Расчет и построение зон защит выполняются в соответствии с нормативными документами [1-3] в «AutoCAD», «BricsCAD» и «nanoCAD». Результаты расчетов выводятся в виде таблиц в «Microsoft Office Word». В открытом доступе программа не представлена, однако на сайте разработчика можно оставить заявку на получение демо-версии или купить ПО [6].
В настоящий момент рассмотренные выше программы не имеют достойных конкурентов в области разработки программного обеспечения для расчета молниезащиты. Однако у данных
программ есть недостаток: пользоваться ими можно только на коммерческой основе по истечении срока действия демо-версии.
Рис. 1. Результат трёхмерного проектирования молниезащиты открытого распределительного устройства (ОРУ) в «Model Studio CS Молниезащита».
(а) (б)
Рис. 2. Трехмерное проектирование молниезащиты в ОРУ в «ElectriCS Storm 5.0»
а - исходные данные; б - результат.
Далее рассмотрению подлежат бесплатные программы. Например, программа «Beroes MZ 2.1» (разработчик: «Beroes Group») позволяет выполнить расчет зоны защиты одиночных стержневого и тросового молниеотводов, а также двойного стержневого с молниеотводами одинаковой высоты [7].
К основным достоинствам программы можно отнести:
- детальный расчет молниеотводов;
- выбор оптимального размещения молниеотводов;
- редактирование и дополнение встроенных справочников (конструкций молниеотводов, классов зданий и сооружений, среднего количества поражений молнией земли);
- сохранение результатов расчета в документ «Microsoft Office Word»;
- бесплатное распространение.
В сформированном отчёте программное обеспечение даёт подробную характеристику объектов по устройству молниезащиты, характеристику молниеотводов, детальный расчет выполненный, согласно [2], чертежи в 2D зон молниезащиты. Чертежи зон молниезащиты (фрагмент отчета) представлены на рис. 3.
Несмотря на перечисленные достоинства, данная программа имеет недостатки:
- перегруженный интерфейс;
- экспорт результатов построений зон защиты в форматы растровых изображений (jpg, bmp и тд.). Программа не взаимодействует с САПР.
(а) (б)
Рис. 3. Чертежи зон молниезащиты молниеотвода, построенные в программе «Beroes MZ 2.1» а - исходные данные; б - результат
В Оренбургском государственном университете на кафедре электро- и теплоэнергетики, разработано программное обеспечение «Расчет параметров и построение зон защиты молниеотводов» [8] (разработчик: Байкасенов Д.К., руководители проекта: Митрофанов С.В., Кулеева Л.И), которое предназначено для расчета молниезащиты подстанционного и линейного оборудования от прямых ударов молнии (ПУМ). Расчет выполняется в соответствии с нормативной методикой расчета [1] сразу для трех зон: с надежностями защиты 0,9; 0,99; 0,999. По окончании работы графики зон защиты формируются в среде «КОМПАС» (рис. 4).
Программа «Расчет параметров и построение зон защиты молниеотводов» проста и удобна в использовании, снабжена теоретическим материалом по проектированию молниезащиты различных объектов. Однако программа имеет следующие недостатки:
- выполнение расчета только для одиночных стержневых и одиночных тросовых молниеприемников;
- отсутствие подробной характеристики объектов по устройству молниезащиты, относительно аналогичных программ.
Для расширения функциональности программного обеспечения планируется:
- внедрение расчета многостержневых молниеотводов и активной молниезащиты;
- организация встроенного справочника типовых молниеотводов;
- разработка базы данных типовых защищаемых объектов;
- экспорт графика зон защиты в файл формата .dxf для дальнейшей работы не только в «КОМПАС», но в других САПР («AutoCAD», «nanoCAD» и др.);
Данная прикладная программа зарегистрирована в Университетском фонде электронных ресурсов (УФЭР) Оренбургского государственного университета [8], а, следовательно, может быть использована при выполнении лабораторных работ, курсовых проектов по некоторым дисциплинам кафедры электро- и теплоэнергетики, а также при выполнении выпускных квалификационных работ.
Рис. 4. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода, построенная с помощью программы «Расчет параметров и построение зон защиты молниеотводов» (масштаб 1:800)
В таблице приводится сравнительный анализ возможностей рассмотренных программ. Анализируя информацию, полученную в результате обзора компьютерных программ, можно сделать следующие выводы:
- платные программы («Model Studio CS Молниезащита» и «ElectriCS Storm 5.0»), имеющие государственные сертификаты соответствия, обладают колоссальными возможностями, позволяя с высокой точностью решать самые сложные инженерные задачи, предупредив возможные риски;
бесплатные программы («Beroes MZ 2.1» и «Расчет параметров и построение зон защиты молниеотводов») не сертифицированы, следовательно, невзирая на их достоинства и недостатки, их рекомендуется использовать реже, в основном, только при учебном проектировании.
Таблица
Сравнение компьютерных программ по расчету молниезащиты_
Название ^^\программы Критерий сравнения Model Studio CS Молниезащи та ElectriCS Storm 5.0 Beroes MZ 2.1 Расчет параметров и построение зон защиты молниеотводов
Расчет многостержневой молниезащиты + + - -
2D проектирование + + + +
3D проектирование + + - -
Взаимодействие с САПР + + - +
Динамическая база данных + + + -
Экспорт отчета в MS Word + + + -
Возможность бесплатного использования - - + +
Грамотное проектирование молниезащиты зданий и сооружений зависит не только от квалификации инженера-проектировщика, но и от правильного выбора программного обеспечения. Именно автоматизированные системы расчета позволяют, исключив человеческий фактор, избежать трагических последствий, надежно защитить объекты и сохранить имущество от мощных электрических разрядов.
Список литературы
1. СО 153-34.21.122. - 2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений и промышленных коммуникаций. - Введ. 2003-03-06. - М.: ЦПТИ ОРГРЭС, 2004. - 31 с.
2. РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. -Введ. 1987-10-12. - М.: ГНИЭИ им. Кржижановского, 1987. - 38 с.
3. СТО Газпром 2-1.11-170-2007. «Инструкция по устройству молниезащиты зда-ний, сооружений и коммуникаций ОАО «Газпром». - Введ. 2008-03-25. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - 54 с.
4. РД-91.020.00-КТН-276-07. Нормы проектирования молниезащиты объектов магистральных нефтепроводов и коммуникаций ОАО «АК «Транснефть» и дочерних акционерных обществ. - Введ. 2008-10-01. - М.: ЗАО «ВНИИСТ - Нефтегазпроект», 2007. -54 с.
5. Model Studio CS Молниезащита [Электронный ресурс] / CSoft Development - URL: http://www.mscad.ru/programs/lightnmg-protectton (дата обращения: 19.10.2017).
6. ElectriCS Storm 5.0 [Электронный ресурс] / CSoft Development - URL: http://wwwxsoft.ru/catalog/soft/electrics-storm/electrics-storm-50Mml (дата обращения: 20.10.2017).
7. Beroes MZ 2.1 - программа расчета параметров зон защиты молниеотводов [Электронный ресурс] / Beroes Group - URL: http://beroes.ltd.ua/brs_mz21.htm (дата обращения: 22.10.2017).
8. Митрофанов, С. В. Расчет параметров и построение зон защиты молниеотводов [Электронный ресурс]: прикладная программа / С. В. Митрофанов, Л. И. Кулеева, Д. К.
Байкасенов; Минобрнауки РФ, ФГБОУ ВО «Оренбург. гос. ун-т». - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 36 Мб). - Оренбург: ОГУ, 2017. - 6 с.
Сведения об авторах
Митрофанов Сергей Владимирович - кандидат технических наук, доцент, декан электроэнергетического факультета ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург, e-mail: mitser2002@mail.ru.
Байкасенов Дамир Куандыкович - студент магистратуры электроэнергетического факультета ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург, e-mail: baykasenov@bk.ru.
SOFTWARE FOR CALCULATION OF LIGHTNING PROTECTION SYSTEMS
S.V. Mitrofanov, D.K. Baykasenov
Orenburg State University, Orenburg
The purpose of this article is to select, analyze and sum up logically information about modern computer programs that provide automation of calculations and design of lightning protection. Every year thousands of people die because of thunderbolts, fires and explosions occur, and all in all it damages the property. Competent design of lightning protection of buildings and structures doesn't depend only on the qualification of the engineer but also on the right choice of software. Automated calculation systems will allow to avoid these tragic consequences, excluding the human factor. Despite the relevance of the topic, today there are no scientific publications on the review of software for design and automatic calculation of lightning protection systems of buildings and structures in free access. The paper provides a critical analysis of software such as «Model Studio CS Lightning protection», «ElectriCS Storm 5.0», «Beroes MZ 2.1», «Raschet parametrov i postroenie zon zathitih molnieotvodov». Using this article the engineer will make the right choice in favor of software in the field of lightning protection systems. It is determined that paid programs with state certificates have tremendous opportunities, thereby you can solve the most complex engineering problems with high accuracy and prevent the possible risks. Since the above mentioned free programs are not certified, they are recommended to be used rarely, basically, only for instructional design.
Keywords: computer programs for calculation of lightning protection, software for design of lightning protection
References
1. SO 153-34.21.122. -2003. Instruction on lightning protection for buildings, constructions and industrial communications. - Moscow, CPTI ORGREhS Publ., 2004. - 31 p.
2. RD 34.21.122-87. - 1987. Guidelines for Installing Lightning Guards of Buildings and Structures. - Moscow, GNIEhI im. Krzhizhanovskogo Publ., 1987. - 38 p.
3. STO Gazprom 2-1.11-170-2007. - 2007. Instruction on arrangement of lightning protection of buildings, structures and communications. - Moscow, VNIIGAZ Publ., 2008. - 54 p.
4. RD-91.020.00-KTN-276-07. - 2007. Standard specifications of lightning protection design for installations of oil-trunk pipelines and service lines of affiliated companies of JSC AK Transneft. - Moscow, VNIIST - Neftegazproekt Publ., 2007. - 54 p.
5. Model Studio CS (The software package Model Studio CS Lightning) Available at: http://www.mscad.ru/programs/lightnmg-protection
6. ElectriCS Storm 5.0 (The software package ElectriCS Storm 5.0) Available at: http://wwwxsoft.ru/catalog/soft/electrics-storm/electrics-storm-50.html
7. Beroes MZ 2.1 (The software package Beroes MZ 2.1) Available at: http://beroes.ltd.ua/brs_mz21.htm
8. Mitrofanov S.V., Kuleeva L.I., Baykasenov D.K. Raschet parametrov i postroenie zon zathitih molnieotvodov. Svidetelstvo o registratsii programm dlya EVM [Calculation of parameters
and construction of lightning protection zones. The Certificate on official registration of the computer program in university fund of electronic resources]. - No. 1458, 2017.
About authors
Sergey V. M. - PhD in Engineering Sciences, Associate professor, dean of Faculty of Electrical Power Engineering, Orenburg State University, Orenburg, e-mail: mitser2002@mail.ru.
Baykasenov D.K. - graduate student of Faculty of Electrical Power Engineering at Orenburg State University, Orenburg, e-mail: baykasenov@bk.ru.
