Firma Siemens od ponad 12 lat rozwija i wdraża kolejne wersje oprogramowania dla projektantów Simairs design – począwszy od wersji 1.4, do obecnej 9.0. Mijają właśnie dwa lata od ukazania się poprzedniego wydania 8.0. W tym okresie wprowadzono wiele poprawek i udoskonaleń funkcjonowania aplikacji, co pozwoliło na zaprezentowanie nowej, zaktualizowanej wersji Simaris design 9.0. 

W pracach rozwojowych nad programem brane są pod uwagę opinie i informacje zwrotne od użytkowników programu, czyli projektantów elektryków. Rekomendacje dla narzędzia Simaris design wydały m.in. uczelnie wyższe, takie jak Politechnika Wrocławska czy Politechnika Poznańska, a ćwiczenia z wykorzystaniem programu są stałym elementem procesu edukacji studentów kierunku elektrotechnika. Na temat oprogramowania i z jego wykorzystaniem napisano również kilka prac magisterskich.

Rys. 1. Obliczenia dla transformatora z chłodzeniem wymuszonym. Możliwość przeciążenia transformatora

Możliwości programu

Simaris design powstał, aby usprawnić pracę projektową w zakresie obliczeń. Program wspomaga proces projektowania sieci i linii kablowych, instalacji niskiego napięcia oraz stacji SN/nN w oparciu o szeroką gamę produktów firmy Siemens. Pozwala przeprowadzić obliczenia dla sieci o napięciu górnym do 40 kV i napięciu dolnym w przedziale 200 do 1000 V. Strona nN może być projektowana w układach TN, TT i IT. Aplikacja przeprowadza obliczenia od zabezpieczenia transformatora po stronie SN, do końcowego odbiornika nN.
Do podstawowych funkcji programu należą:
• sprawdzenie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej, przy czym obliczenia te są priorytetowe i jeśli nie są przeprowadzone prawidłowo, blokowany jest proces obliczeniowy aż do momentu korekty przez projektanta zabezpieczenia lub kabla,
• obliczanie wartości prądów zwarciowych minimalnych i maksymalnych w oparciu o zadeklarowane parametry zwarciowe sieci nadrzędnej,
• wyznaczanie spadków napięć sieci w punktach rozdziału i na końcach obwodów,
• bilans mocy dla poszczególnych rozdzielnic i obwodów systemu oraz wartości prądów w poszczególnych gałęziach sieci,
• dobór transformatorów oraz generatorów,
• dobór przekrojów kabli i przewodów oraz szynoprzewodów z uwzględnieniem takich szczegółów, jak sposób ułożenia, liczba żył kabla, liczba koryt, temperatura otoczenia,
• dobór wyłączników, rozłączników i podstaw bezpiecznikowych, a w układach rozruchowych również styczników, zabezpieczeń termicznych softstartów i falowników,
• obliczenie selektywności zabezpieczeń oraz dobór zabezpieczeń z możliwością ręcznej korekty nastaw zabezpieczeń, łącznie z zabezpieczeniem po stronie SN. Dla zabezpieczeń SN istnieje możliwość wyboru charakterystyk zależnych, wydatnie poprawiających koordynację zabezpieczeń SN do nN.

Rys. 2. Obliczenia przy zasilaniu linii zabezpieczanych równolegle

Obliczenia i właściwości oprogramowania

Idea pracy z programem Simaris design opiera się na graficznym przedstawieniu sieci, poczynając od strony SN, a kończąc na ostatnim odbiorze po stronie nN. W procesie korzysta się z biblioteki programu z gotowymi blokami, które łączy się między sobą kablami lub szynoprzewodami. Program kontroluje ten proces i nie dopuszcza do błędnych połączeń. Jednocześnie zachowana jest możliwość dokonania przez projektanta zmian elementów instalacji oraz ich parametrów, takich jak przekroje przewodów, kabli i szynoprzewodów, sposób ich ułożenia z uwzględnieniem współczynników korekcyjnych zależ­nych między innymi od temperatury oraz liczby przewodów w korycie kablowym. Można zmienić wielkość transformatora, a nowością jest możliwość przeciążenia transformatora o 40% przy zastosowaniu wymuszonej wentylacji (rys. 1). W takim przypadku przewymiarowaniu ulegnie wyłącznik główny nN i linia zasilająca rozdzielnicę główną nN oraz analogicznie zabezpieczenie i linia kablowa po stronie SN. Parametry zwarciowe pozostaną niezmienione. Taki przypadek może być szczególnie przydatny w projektach serwerowni lub tam, gdzie zwiększone obciążenie wykorzystywane jest czasowo.
Do wyboru są transformatory suche żywiczne oraz olejowe hermetyczne lub z konserwatorem. Można zmieniać zabezpieczenia, ich wielkość oraz – w przypadku wyłączników – również nastawy.

Rys. 3. Obliczanie WLZ-tów i linii kablowych

Praca z programem
Z programem pracuje się intuicyjnie. Pomimo prostej obsługi można zaprojektować skomplikowane, kilkusekcyjne układy zasilania. Poszczególne sekcje mogą być zasilane z transformatorów bądź generatorów. Można zasymulować m.in. pracę równoległą transformatorów. W każdym przypadku aparatura zostanie dobrana z uw­zględnieniem spodziewanych prądów zwar­ciowych.
Nowym, przydatnym w energetyce zawodowej elementem jest możliwość obliczeń przy zasilaniu kilkoma liniami kablowymi i niezależnym ich zabezpieczeniu (rys. 2). Kolejną nowością jest możliwość symulacji WLZ-tów w budynkach lub sieci kablowych ze złączami kablowymi ZK (rys. 3).
Program uwzględnia w swoich obliczeniach zdolności ograniczające bezpieczników i wyłączników, dobierając automatycznie optymalne zabezpieczenia. Uw­zglę­dniane są ponadto ograniczenia aparatów zabezpieczeniowych spowodowane podwyższoną temperaturą występującą wewnątrz rozdzielnicy.
W swojej funkcjonalności program umożliwia obliczenia szynoprzewodów i kabli w obudowie ogniochronnej klasy E30, E60 lub E90. Można zasymulować prowadzenie szynoprzewodu żywicznego typu LR o IP68 na zewnątrz budynku, a w budynku przejść na szynoprzewód wnętrzowy przez specjalne certyfikowane połączenie i zasilać maszyny przez skrzynki odpływowe w hali produkcyjnej.
W przypadku wyłączników nadprądowych, modułowych możliwe jest dostosowanie parametrów zwarciowych do charakteru instalacji. W obiektach przemysłowych aparaty są dobierane według normy IEC 60947-2, natomiast w budynkach mieszkalnych oraz w budynkach użyteczności publicznej według normy IEC 60898-1.
Program umożliwia dokonywanie obliczeń i doboru dla typowych układów rozruchowych, takich jak:
• układ o rozruchu bezpośrednim,
• układ gwiazda trójkąt,
• układ nawrotny,
• układ z softstartem,
• układ z zabezpieczeniem elektronicznym typu Simocode.

Rys. 4. Obliczanie odbiorników silnikowych

Zabezpieczeniem głównym może być zarówno wyłącznik, jak i wkładka bezpiecznikowa. Co ważne, szczególnie w prze­myśle, można takie układy obliczać w sieciach o napięciu 400, 500 i 690 V.
W wersji Simaris design 9.0 nowością są odbiorniki silnikowe zasilane przez falownik (rys. 5). Poczynając od jednostek o mocy 0,55 kW, a kończąc na dużych szafowych falownikach nN o mocy 800 kW, dla napięć 400, 500 i 690 V. W obliczeniach można uwzględnić również wymagania związane z kompatybilnością elektromagnetyczną. W takim przypadku uwzględniony zostanie filtr liniowy oraz dławik sieciowy

Rys. 5. Obliczanie napędów zasilanych przez falownik nawet do 800 kW, dla napięć do 690 V

Nastawa zabezpieczeń oraz koordynacja selektywności

Bardzo istotnym elementem pracy projektowej jest dobór nastaw zastosowanych zabezpieczeń. Właściwy dobór nastaw w sposób tradycyjny jest trudny i skomplikowany, wymaga szerokiego spojrzenia na aparaturę zabezpieczeniową rozpatrywanego układu sieciowego. Należy przeanalizować charakterystyki czasowo-prądowe pomiędzy aparaturą nadrzędną i podrzędną we wszystkich punktach sieci oraz tabele selektywności aparatów.
Simaris design powoduje, że czynności te stają się znacznie łatwiejsze dla użytkownika. Program daje możliwość ręcznej korekty nastaw wszystkich zabezpieczeń systemu w celu poprawy selektywności pracy. Każda zmiana jest natychmiast widoczna w postaci przesunięcia zmienianej części charakterystyki. Dla zabezpieczeń po stronie SN istnieje możliwość wyboru charakterystyk zależnych, wydatnie poprawiających koordynację zabezpieczeń, począwszy od strony pierwotnej transformatora SN/nN, a na ostatnim najmniejszym zabezpieczeniu nN skoń­czywszy.
Program sygnalizuje, czy osiągnięto pełną, czy też częściową selektywność. Dla selektywności częściowej podana jest wartość prądu zwarciowego, do którego aparat jest selektywny.
Stosując przebadane ze sobą aparaty firmy Siemens można w wielu przypadkach uzyskać pełną selektywnością obliczanej sieci. Oznacza to, że w przypadku awarii zostanie wyłączona tylko ta część sieci, w której nastąpiło uszkodzenie. W ten sposób do minimum ograniczone zostają błędne i zbędne zadziałania aparatury zabezpieczeniowej.
Program funkcjonuje w oparciu o bazę produktów i urządzeń firmy Siemens. Można korzystać z szerokiej i kompletnej gamy transformatorów, generatorów, aparatów zabezpieczeniowych i szynoprzewodów, poczynając od najmniejszych – o prądzie znamionowym 63 A – a kończąc na szynoprzewodach wysokoprądowych do 6300 A i napięciu pracy do 1000 V dla różnych dedykowanych zastosowań.

Rys. 6. Nastawy i koordynacja zabezpieczeń dają możliwość uzyskania pełnej selektywności

Podsumowanie

Simaris design jest programem przyjaznym dla użytkownika. Obsługuje się go intuicyjnie, podobnie jak narzędzia typu AutoCad. Pozwala na szybką budowę schematu. Szybko i prosto można dokonać korekt i modyfikacji. Program umożliwia budowę własnej bazy danych z pojedynczymi odbiorami, jak i z całymi fragmentami schematu, co bardzo przyspiesza pracę. Te właściwości w połączeniu z szybkością procesu obliczeniowego skutkują możliwością szybkiego stworzenia nowej wersji projektu oraz elastycznego reagowania na zmiany w topologii przy niewielkim nakładzie pracy. Interfejs językowy pozwala na stworzenie projektu w jednym języku, a wyeksportowanie go w innym.
Simaris design jest narzędziem, z którego polscy projektanci korzystają chętnie i często. Polska zajęła II miejsce na świecie w liczbie instalacji tego programu. Narzędzia uzupełniające, takie jak Simaris Projekt i Simaris Curves, tworzą platformę, dzięki której projektant może szybko i sprawnie wykonać projekt.

Grzegorz Limburski
Autor jest pracownikiem
firmy Siemens