1- آموزش‌هاي لازم در خصوص استفاده از نرم‌افزار

در اين قسمت برخي از ويژگي‌ها و قابليت‌هاي نرم‌افزارPLS-CADD در طراحي خطوط انتقال نيرو به عنوان اولين گام جهت معرفي و آموزش آن بررسي شده، و نحوه پياده‌سازي و مدل نمودن يك خط انتقال نيرو و عناصر مختلف موجود در آن مورد اشاره قرار مي‌گيرد. ابتدا، پس از اشاره‌اي اجمالي به خصوصيات و توانايي‌هاي نرم‌افزار PLS-CADD، قابليت‌هاي گرافيكي نرم‌افزار در شبيه‌سازي زمين و تهيه نقشه هاي پلان و پروفيل، چگونگي برج‌گذاري اتوماتيك، سيم كشي، و نيز نحوه انجام محاسبات فلش و كشش به همراه نمايش مسير و برج‌ها مورد بررسي قرار گرفته است و در ادامه نحوه بكارگيري از اين نرم‌افزار در طراحي و تحليل خطوط نيرو و روند موجود در شركت‌هاي مشاور مورد بحث قرار خواهد گرفت.

1-1- ويژگي‌هاي كلي نرم‌افزار

• PLS-CADD قويترين نرم‌افزاري است كه داراي محيطي است که مدل سه بعدی را برای خط انتقال ایجاد می کند. از ويژگي‌هاي اين نرم‌افزار مي‌توان به موارد ذيل اشاره نمود:
•  ابزاری که با حداقل هزینه اسپاتینگ انجام مي‌دهد و از اين حيث قويترين و پركاربردترين نرم‌افزار در طراحي خطوط نيرو مي‌باشد.
• مجموعه ای کامل برای مباحث ارتقاء خطوط انتقال نیرو مي‌باشد.
• ابزاری که شرایط کامل برای طراحی خط براساس استانداردها را فراهم می نماید.
• مجموعه ای کامل برای محاسبه فواصل الکتریکی، چک نمودن قدرت استراکچر و ......
• وضعیت خط انتقال را در حالتهای مختلف ترکیبی باد، یخ و درجه حرارت و بارگذاری‌های مختلف سیم مشاهده نمایید.
• چک نمودن نیروی وارد بر برج و UpLift و سوئینگ زنجیره مقره
• محاسبه حداقل فاصله سیمها از یکدیگر
• تعیین حداقل هزینه احداث خط انتقال
• تهیه دیاگرام کاربردی
• در نظر گرفتن نواحي ممنوعه براي برج‌گذاري ( Prohibited Zone)
• محاسبه هزينه اضافي (Extra Cost) و نقاط مشخص برای برجهای خاص و..... در اسپاتینگ
  همچنين همانگونه كه اشاره شد PLS-CADD در ارتقاء خطوط انتقال نیرو ابزاري بسيار سود مندي مي‌باشد و از آنجايي كه بسياري از خطوط موجود نیازمند به بررسی جهت Upgrading می باشند با مدل نمودن بخش‌هاي مختلف خط موجود همانند استراکچر و... این مهم با کیفیت مناسبی در این برنامه انجام می گردد.
• وجود روشهای مختلف برای مدل نمودن استراکچر
• امکان وارد نمون لیست مواد (Material list ) برج‌ها در فرمتهای مختلف
• محاسبه هزینه تمام شده برج
• تهیه لیست مواد کامل
• لینک نمودن Material List به ODBC
• با تغییر برج ، بصورت اتوماتیک لیست مواد پروژه نیز تغییر می نماید.
  بطور كلي بخش‌‌هاي مختلف نرم‌افزار PLS-CADD شامل بخش ورود اطلاعات، كتابخانه‌هاي موجود در خود نرم‌افزار، بخش پردازش اطلاعات و انجام محاسبات لازم و نهايتاً بخش خروجي برنامه در شكل (2-1) ارائه گرديده است.
  
  

شكل(2-1:بخش‌‌هاي مختلف نرم‌افزار PLS-CADD

روند طراحی خطوط انتقال نیرو و اسپاتینگ با اين نرم افزار شامل موارد ذيل مي‌باشد:

Ø Terrain
Ø Design Criteria
Ø Structures
Ø Conductors
Ø Materials
Ø Optimum Spotting
Ø Engineering 
Ø Drafting

كه در اينجا ابتدا براساس دسته‌بندي صورت پذيرفته در كتابچه راهنماي نرم‌افزار PLS-CADD به اختصار توضيحي براي هريك از اين مراحل ارائه شده و قابليت‌هاي آن مورد اشاره قرار مي‌گيرد و در ادامه روند عملي مورد استفاده در شركت‌هاي مشاوره كشور بمنظور بكارگيري نرم‌افزارPLS-CADD در طراحي و تحليل خطوط نيرو پرداخته مي‌شود.

1-1-1- بخش Terrain

PLSCADD هیچگونه محدودیتی برای انجام نقشه برداری در یک روش خاص ندارد:

• نقشه برداری زمینی
• عکس هوایی
• استفاده از هلیکوپتر با تکنولوژی LiDAR
•  استفاده از نقشه ماهواره ای و.......
• داده های فوق می تواند بصورت کامل در مختصات XYZ و PFL باشد.
  همچنين خاصيت جالب PLSCADD در اين نشان دادن عوارض زمين اين است كه از روشهای مختلف ذيل براي مشاهده مدل سه بعدی زمین (Terrain Model ) استفاده می نماید:
• Points (نشان دادن نقاط نقشه برداری شده)
• Triangles (رسم مثلثهایی که از نقاط نقشه برداری شده عبور می کند)
• Counter ( رسم نقاط هم سطح)
• Rendered Triangles ( رسم رنگی مثلثها بصورت سه بعدی)
• (Triangulated Irregular Network) TIN امکان مشاهده آسان Terrain را فراهم می نماید.
  

شكل (2-2): نمايش مدل‌هاي مختلف TIN

1-1-2- بخش Engineering

از حيث مهندسي و محاسبات طراحي خط PLS-CADD توانايي انجام محاسبات ذيل را دارا مي‌باشد:

• انجام محاسبات Sag-tension ، After Load و After Creep
• ترسیم درخت بارگذاری برج
• محاسبه فواصل مختلف فازی و همچنین حداقل فاصله کنترها
• محاسبه نیروی تحمل برج در اسپن وزن و باد مختلف
• محاسبه نیروی برج و نيز Flexibility برج در حالت Finite Element
• قابلیت لینک به Saps برای آنالیز سازه ومحاسبات دیگر
• امکان بررسی خطوط بسیار قدیمی در صورتیکه اطلاعات طراحی بطور کامل در دسترس نباشد. با استفاده از خاصيت Digitize
• در اختیار داشتن گزارشات جامع
• ترغیب به طراحی بر مبنای استاندارد های مختلف
• ترسیم تغییرات هادی براساس مدل خطی ویا مدل غیر خطی (Stress – Strain ) در حالتهای Initial،After Creep وAfter Load
• با تغییر و یا تصحیح هر یک از برجها، همزمان پلان و پروفیل اصلاح خواهد شد.
• جدول سیم کشی براساس کشش، فلش و Return Wave
• Offset Clipping
• محاسبه و نشان دادن فواصل الکتریکی در محیط 3d

شكل(2-3): محاسبه فواصل الکتریکی در محیط 3d

× امکان دریافت گزارشات مختلف شامل شرایط بارگذاری، لیست مواد و......
× ترسیم وضعیت هادی در درجه حرارت مختلف
× امکان بررسی وضعیت خط انتقال در حالتهای مختلف ازجمله یخ نا متعادل ،پارگی سیم
× مشاهده فواصل افقی ، عمودی هادی با استراکچر و زمین در شرایط مختلف بارگذاری

شكل(2-4):مشاهده فواصل افقی ، عمودی هادی با استراکچر و زمین

× انتخاب شرایط مختلف جوی برای چک نمودن سوئینگ زنجیره مقره ، کالوپینگ و سیم فاز وسیم محافظ و...
× ذخیره نمودن Criteria برای استفاده در خطوط انتقال مختلف

شكل(2-5): میزان اختلاف کشش در محل اتصال سیم فاز وسیم محافظ به برج در حالت طبیعی جوی

شكل(2-6): نیروی وارد شده به کراس آرم برج در اثر اختلاف یک سانتیمتر یخ در طرفین سیم محافظ

شكل(2-7): نیروی وارده به برج دراثر اختلاف 5 سانتیمتریخ در طرفین سیم فاز

1-1-3- بخش Drafting

• بخش Drafting نرم‌افزار داراي قابليت‌هاي ذير مي‌باشد:
• ترسیم پلان وپروفیل بصورت اتوماتیک
• بروز نمودن پلان وپروفیل همگام با هر تغییری در بخش‌های مختلف خط انتقال
• قابلیت ایجاد هر نوع آرم متناسب با پروژه
• قابلیت انتقال به AutoCADD
• تهیه sheet بسیار سریع ودر کمتر از یک دقیقه برای 100 کیلومتر خط انتقال
• نشان دادن حریم بر روی پلان و همچنین برروی عکسهای هوایی
• سهولت در چاپ
• تغییر مقیاس شیتها ، فونت ویا پارامترهای دیگر

شكل(2-8): نمونه‌اي از Drafting

1-1-4- بخش Alignment

ويژگي‌هاي بخش Alignment نرم‌افزار به شرح ذيل مي‌باشد:
× ایجاد Alignment با استفاده از Mouse
× ترسیم محور اصلی خط انتقال و پروفیل جانبی
× اضافه و کم نمودن PIs
× Alignment می تواند برروی عکسهای هوایی و یا نقشه های دیگر ترسیم شود.

1-1-5- بخش Structure

در بخش Strutcure نرم‌افزار داراي قابليت‌هايي به شرح ذيل مي‌باشد:

• PLSCADD تنها برنامه طراحی خط انتقال است که براساس مدل Finite Element وبا اعمال نیروهای باد و بارناشی از سیم هادی نیروی تحمل برج را آنالیز می نماید.
• PLSCADD به برج طراحی شده ویا مدل شده لینک می گردد.
• امکان مدل نمودن برج موجود
  
  هنگامیکه نرم افزار به ندل واقعی برج عمل نماید :
  
• بطور اتوماتیک مقدار مجاز اسپن وزن وباد را برای هادی وشرایط بارکذاری داده شده محاسبه می نماید.
• بطور اتوماتیک مدل سه بعدی استراکچر را ترسیم می نماید.
• PLSCADD به برج طراحی شده ویا مدل شده لینک می گردد.
• امکان مدل نمودن برج موجود
• هنگامیکه نرم افزار با مدل واقعی برج عمل نماید:
• بطور اتوماتیک مقدار مجاز اسپن وزن وباد را برای هادی وشرایط بارکذاری داده شده محاسبه می نماید.
• تهیه کامل BOM براساس مدل برج و محاسبه هزینه تمام شده برج
• ترسیم مدل برج در گزارشات مربوطه

1-1-6- اسپاتينگ بهينه (Optimum Spotting)

در توضيح اسپاتينگ بهينه نرم‌افزار به موارد زير اشاره مي‌شود:

• تعیین حداقل هزینه برج‌گذاری با توجه به برجهای در نظر گرفته شده
• مشاهده مراحل مختلف اسپاتینگ بهینه
• در نظر گرفتن نواحي ممنوعه براي برج‌گذاري ( Prohibited Zone)
• امکان Manual Spotting
• چک نمودن وضهیت برجها و امکان نمایش نیروی تحمل هریک از برجها و حد مجاز سوئینگ مقره‌ها.
• ایجاد مدل دقیق برج بصورت سه بعدی در نرم افزار TOWER و PLS-POLE و امکان استفاده از مدل ایجاد شده در PLS-CADD
• امکان مدل کردن برج با ارتفاع های مختلف و استفاده از روش اسپن وزن و اسپن باد
  در ادامه به بررسي‌هاي اجمالي قابليت‌هاي اشاره شده در فوق بصورت موارد كاربردي‌تري پرداخته مي‌شود.

1-1-7- قابليتهاي گرافيكي نرم‌افزار

نرم‌افزار قادر است اطلاعات نقشه برداري خيلي از منابع را در بسياري از فرمت‌ها مورد استفاده قرار دهد. اطلاعات نقشه‌برداري سنتي را مي توان به طور دستي و نقشه برداري الكترونيكي را مي توان به طور الكترونيكي در PLS-CADD وارد كرد. توان بالاي نرم افزار در تهيه اتوماتيك ديدهاي پلان، پروفيل و سه بعدي با وارد كردن اطلاعات مربوط به مسير نقشه‌برداري شده چه با وارد كردن مستقيم داده ها و چه با واردكردن داده ها از نرم افزارهاي مختلف نقشه برداري، و نمايش هم زمان آن ها، مهمترين خصوصيت گرافيكي نرم افزار به حساب مي آيد. نرم افزار براي مدلسازي زمين داراي دو سيستم PFL و XYZ است. در سيستم XYZ ، زمين در دستگاه مختصاتي سه بعدي طول، عرض، ارتفاع-سيستم مدرن نقشه برداري-تعريف مي‌شود، در حاليكه در PFL ، مسافت، ارتفاع از سطح دريا و ارتفاع از سطح زمين در نظر گرفته مي‌شود، يعني همان سيستمي كه در نقشه برداري سنتي استفاده مي‌شود. سيستم XYZ در اغلب كشورهاي آمريكايي و اروپايي مورد استفاده فراوان دارد اما PFL در اين كشورها غالباً براي مدلسازي خطوط قديمي از روي پروفيلهاي موجود استفاده مي شود. درPLS-CADD اين دو سيستم قابليت تبديل به يكديگر را دارا مي باشند.
از ديگر خصوصيات گرافيكي PLS-CADD كه آن را نسبت به همتاهاي مشابه‌اش برجسته ساخته، مي‌توان به موارد زير اشاره كرد :

• شبيه سازي تمامي عوارض منطقه در مقياس بالا به صورت سه بعدي(شكل(2-9))
• امكان مسير يابي با كليك كردن بر روي نقاط زاويه از روي عكسهاي هوايي. در اين حالت مي‌توان از عكس هاي ماهواره‌اي استفاده كرد (شكل(2-10).

شكل(2-9): شبيه سازي پيشرفته زمين به صورت سه بعدي

شكل(2-10): مسير يابي از روي عكس هاي ماهواره اي

• نمايش ساختار برج ها و نقاط اتصال كابل ها و مقره ها در ديد سه بعدي پس از سيم كشي و برج گذاري (شكل(2-11)) (در صورتي كه برج ها با TOWER يا PLS-POLE طراحي شده باشند، شكل(2-12)

شكل(2-11): نمايش سه بعدي ساختار برج ها در مسير خط

شكل(2-12): طراحي برج هاي مشبك با نرم افزار TOWER

• مزيت ديد سه بعدي آن است كه مي توان قبل از اينكه هربرجي ساخته شود آن را مشاهده نمود.
• نمايش فواصل مجاز و منحني سيم ها در هر وضعيت آب و هوايي دلخواه. فاصله مجاز سيم تا زمين، بين سيم ها، سيمها و برج ها، و حتي ميان سيم ها و كابل هاي مخابراتي را مي توان به آساني براي تعدادي از شرايط بررسي كرده، آن ها را در ديد سه بعدي مشاهده نموده، و مشكلات را پيش از اتفاق افتادن از ميان برداشت .
• تغيير مقياس نقشه ها به صورت اختياري و تغيير اندازه آنها تا حد بسيار بالا
• مدلسازي دقيق مسير انتقال، برج ها و منحني سيم در يك خط اجرا شده بدون در اختيار داشتن داده هاي نقشه‌برداري و تنها از روي اسكن پروفيل هاي قديمي. درصورت در اختيار داشتن ساختار برج هاي مورد استفاده با فرمت اتوكد و يا طراحي دوباره آنها از روي اطلاعات موجود، مي توان مدلسازي را فراتر از يك سيم، با تمامي فازها و سيمهاي زمين انجام داد.
  جالب توجه است كه در حال حاضر در كشور آمريكا براي مدلسازي خطوط عيب‌دار موجود كه ممكن است تا دهها يا صدها كيلومتر طول داشته باشند با استفاده از فيلمبرداري هليكوپتري از مسير و سپس انتقال داده‌ها از طريق نرم افزار FLI-MAP به PLS-CADD و شبيه سازي كامل و دقيق برجها و سيمها با فرمت نرم‌افزار، به زماني در حدود چند ساعت (بسته به طول مسير) نياز خواهد بود.

1-1-8- برج‌گذاري بهينه و اتوماتيك

قابليت فوق‌العاده نرم افزار در برجگذاري بهينه و اتوماتيك كه نسبت به برج‌گذاري متداول نه تنها از لحاظ دقت و هزينه ارجحيت دارد كه به طور ميانگين زمان هر10 ساعت كار متداول را به حدود 10 دقيقه كاهش مي‌دهد از موارد قابل توجه در رويكرد مهندسان انتقال به اين نرم‌افزار بوده است.
در اين نوع برج‌گذاري مي‌توان مناطقي را در مسير خط انتقال كه داراي زمين غيرقابل دسترس مي‌باشد به عنوان ممنوعه (كه نبايد برج در آنها قرار گيرد)، مناطقي را كه قرارگرفتن برج در آنها مشكل و يا خريد زمين در آنها گرانقيمت است به عنوان پرهزينه (با ذكر ميزان هزينه اضافي)، و نقاطي را كه قرارگيري برج در آنها اجباري است به عنوان نقاط زاويه تعريف نمود. اگر در خطي، يك نوع برج در چند ارتفاع متفاوت طراحي شده باشد، نرم‌افزار با توجه به تقسيم‌بندي‌هاي بالا تركيب انواع برجها را در وضعيتهاي مختلف آزمايش كرده و با در نظر گرفتن فواصل مجازسيم، هزينه اضافي در ميزان آهن‌آلات برجهاي مرتفع‌تر، و عوارض ناحيه، از ميان حالتهاي ممكن بهينه‌ترين آنها را انتخاب مي‌كند.
برج‌گذاري درPLS-CADD به طور يك به يك نيز قابل انجام است؛ يعني به همان شيوهاي كه از گذشته تا به حال به صورت دستي انجام مي‌گرفت.

1-1-9- انواع مدلسازي

نرم‌افزار داراي چهار سطح مدلسازي است. ساده‌ترين آنها كه سطح يك نام دارد همان سيستم مدلسازي با فرض اسپن معادل طراحي است كه در طراحي خطوط انتقال تا به امروز در اغلب كشورها استفاده مي‌شده است. اين روش به خوبي براي زماني كه در يك سكشن بارهاي يكنواختي وجود دارد قابل استفاده است. اغلب تنها يك سيم در اين نوع مدلسازي بررسي شده و از تأثيرات ميان فازها و سيم‌ها بر روي هم صرفنظر مي‌شود. اين سطح از مدلسازي مولفه افقي كشش را در تمامي اسپن‌هاي يك سكشن ثابت در نظر مي‌گيرد؛ و لذا نمي‌تواند براي مدلسازي يك خط موجود كه كشش‌هاي نامساوي در اسپن‌هاي مختلف يك سكشن آن وجود دارد استفاده شود. علاوه بر اين مساله، مشكلات فرض رولينگ اسپن وقتي محاسبات فلش در دماي خيلي بالا صورت مي‌گيرد، و نيز مسائل مرتبط با بارهاي غيريكنواخت اسپن‌ها در يك سكشن، نياز به مدلسازي در سطح‌هاي بالاتر را آشكار مي‌سازد.
سه سطح ديگر كه از شيوه اجزاء محدود براي تحليل اجزا مدل استفاده مي‌كنند(2، 3 و 4) و به ترتيب داده‌ها محدوديت‌هاي بيشتري را شامل مي‌شوند تنها در صورت دراختيار داشتن نرم‌افزار SAPS قابل استفاده‌اند. در طراحي اجزاء محدود، كشش‌ها مي توانند در هر كابل هر اسپن متفاوت باشند. اين طراحي، در درجه حرارت هاي بالا، هنگامي كه كشش‌ها در همه اسپن‌ها مشابه نيستند فلش هاي دقيقتري را در اختيار قرار مي‌دهد.
در روش دوم، مي‌توان بارهاي مختلف مانند يخ نامتعادل، هادي شكسته، و ... را در اسپن‌هاي مختلف مدلسازي نمود. در اين حالت از مدلسازي يك مدل FE دقيق از سيم در همه اسپن‌هاي ميان پايانه‌ها ارائه مي‌شود. نقاط اتصال نوك مقره‌ها در جهت عمودي ثابت فرض ميشوند؛ اما مي‌توان آنها را درجهت‌هاي طولي و عرضي حركت داد. در اين روش نيز همانند سطح 1، اغلب تنها يك تك سيم درنظر گرفته مي‌شود و هيچ محاسبه‌اي براي كوپلينگ مكانيكي ميان سيم‌ها در فازهاي مختلف وجود ندارد.
سطح سوم مدلسازي مشابه سطح دوم بوده با اين تفاوت كه همه سيم‌هاي ميان دو برج كششي همزمان بررسي شده و بنابراين امكان تأثيرات طولي ميان فازها قابل محاسبه است.
سطح چهارم مدلسازي علاوه بر مزيت‌هاي بالا و نداشتن محدوديت‌هاي سه سطح پيشين، به تحليل و شبيه‌سازي همه جانبه خط پرداخته و گزارش‌هاي بسيار دقيق و جزيي از تك تك عناصر مدل شده برج‌ها و سيم‌ها ارائه مي‌دهد.

1-1-10- معيارهاي طراحي

ميزان دقت محاسبات و تعداد معيارهاي طراحي در نظرگرفته شده با استفاده از PLS-CADD تا ده‌ها مرتبه افزايش مي‌يابد. در طراحي يك خط انتقال مي‌توان تا 100 وضعيت آب و هوايي، هر يك شامل درجه حرارت، سرعت باد، فشار باد، ضخامت يخ موجود، چگالي يخ روي سيم، چگالي هوا و... در نظر گرفت.
PLS-CADD فاكتورها و استانداردهايي را نيز همچون1991 ASCE، ASCE 2002، NESC 2002، Russia 1، EN 50341-3-17:2001، Portugal NNA، EN 50341-1:2001 CENELEC، REE Spain، IEC 60826:2003 به منظور تغيير سرعت و فشار باد در ارتفاع‌هاي مختلف و مسائل مربوط به تندباد (باد ناگهاني) مورد استفاده قرار مي‌دهد. در بخش معيارهاي طراحي، نيز مي‌توان شرايط مختلفي را براي بررسي پيري يا خزش سيم، بيشترين كشش، فلش‌گذاري اتوماتيك، اسپن وزني مينيمم و ماكزيمم، گالوپينگ، فواصل مجاز عمودي و افقي، فاصله ميان فازها، زواياي انحراف زنجير مقره و ... در نظر گرفت. لازم به ذكر است كه اغلب محاسبات الكتريكي بايد به طور دستي محاسبه شده و به عنوان اطلاعات ورودي وارد گردد.
پس از ارائه توضيحات كلي درخصوص قابليت‌ها و ويژگي‌هاي نرم‌افزار PLS-CADD كه در قسمت‌هاي قبلي به آن اشاره شد در اين قسمت به بررسي نحوه بكارگيري اين نرم‌افزار در شركت‌هاي مشاور براي طراحي و تحليل خطوط پرداخته مي‌شود.