EN 50708-1-1 :2020 ve IEC 60364-8-1:2021 Işığında Verimli Trafo Seçimi

Ali Uyar 

ETP Trafo Enerji Verimliliği  Çalışma Grubu 
 

Biz, elektrik mühendisleri bazen -üzerinde çalıştığımız proje gereği, -talep gücü de büyük ise- dağıtım trafosu (36kV ve 3150kVA’ya kadar) kullanmak durumunda kalırız. İşletmesel, çevresel, ekonomik ve benzeri gereklilikleri göz önüne alır, ilgili teknik şartnameyi hazırlarız. Şartnamenin önemli kıstaslarından biri de enerji verimli trafo kullanma zorunluluğu olur. Bu konuda bize yol gösteren iki standart vardır:

•    EN 50708-1-1:2020 trafo Po (demir) ve Pk    (bakır) kayıplarına sınırlar getirir. 

•   IEC, HD 60364-8-1:2019 verimli tesisat tasarımı üzerine bir standarttır. Tesisatın önemli bir öğesi olması nedeni ile trafo konusunda iki talepte bulunur ve bunları değerlendirir.

EN 50708-1:2020 Standardı 1 Temmuz 2021 tarihi itibari ile Po ve Pk   değerlerini ekotasarım Seviye-2 derecesine yükseltmiştir. Örnek olarak 36-0.4kV, 1000kVA, PF=1, ONAN trafo için ilgili değerler Tablo 1 ‘de verilmiştir. Standardın müsaade ettiği kayıp değerleri kullanarak ilgili trafo “Tepe verimlilik” değeri (PEI) ve bu değerin oluştuğu “trafo yük faktörü” ( k_PEI  ) kolayca hesaplanır. 


Yukarıdaki değerlere göre üretilen trafo, standardın kabul ettiği, CE markasını taşımaya hak kazanmış, Türkiye dahil Avrupa’da, satın alınmaya, satılmaya, ithal veya ihraç edilmeye uygun en ucuz trafodur. Şüphesiz Standart, P0= 797W, Pk=8.360W değerlerinden daha iyi yani daha ufak kayıp değerlerinde trafo imal edilmesine izin verir. Örnek olarak Tablo-2’deki yeni P₀ ve P_k değerlerine göre trafolar üretilebilir: 


Görüleceği gibi PEI değerleri yükselmiştir çünkü kullanılan bakır ve/veya demir miktarı artmış ve kaçınılmaz olarak ürün bedeli pahalanmıştır. Böylesi pahalı bir tercihin yapılabilmesi için ekonomik doğrulayıcı gerekçelerin olması yani TCO hesabının yapılması gerekir. Bazı şartlarda bu hesaplama daha pahalı trafo kullanmanın -uzun vadede- daha karlı olabileceğini gösterebilir. 

Bir tesisatın 37  öğesini puanlayıp, toplamda genel tesisat verimlilik değerlendirmesi yapan IEC,HD 60364-8-1:2019 ’e gelir isek, trafo verimlilik değerlendirmesi bölümü, Tablo B.7’de şu derecelendirmeyi görürüz.



Buna göre Tablo-1’deki trafoyu seçti isek “iki” puan kazanılır. Tablo-2’de belirtilen trafolardan birini seçti isek “üç” puan toplanır. Şayet 1 Temmuz 2021 öncesi Seviye-1 talimatlarına uyan bir trafo seçse idik, muhtemelen TABLO B.7’den “bir” puan alıyor olacaktık. Görüldüğü gibi iki standart da buraya kadar uyum içindedir.

IEC, HD 60364-8-1:2019 Standardı EN 50708-1:2020 ‘de ele alınmayan bir başka Trafo Verimlilik sorununa değinir ve değerlendirir; bu da trafo “yıllık çalışma noktası” (Twp) kıstası veya trafo “yıllık verim” kıstasıdır. Tanımı şöyledir:
     T_wp:     (kVAh(yıllık tüketim))⁄(S_rx8760h)  ;   burada S_r  trafo gücüdür(kVA).                          

Biliyoruz ki trafolar nispeten standart ürünlerdir ama besledikleri yüklerin çalışma senaryoları çoğunlukla farklı olur. Bir trafo belli bir yük ve çalışma saatlerinde verimli çalışır iken, bir başka tip yükte  ve çalışma saatlerinde verimsiz duruma düşebilir. Konuyu bir örnek ile açıklamaya çalışalım. Çektiği puant güç 1000kVA ve PF=1 olan 3 farklı yük (YÜK-A,YÜK-B,YÜK-C), Tablo-3 ile verilen basitleştirilmiş çalışma senaryolarına sahip olsun ve Tablo-1’veyaTablo-2’de belirtilen trafolardan biri ile beslensin.


Görüldüğü gibi yüklerin puant değerleri aynı(1000kVA) olmasına rağmen yüklerin yani tesislerin yıllık enerji tüketimleri ve buna bağlı olarak enerji kayıpları da farklı olacaktır. IEC,HD  60364-8-1:2021’nın ikinci talebi burada devreye girmekte ve trafo yük faktörü kPEİ      ile trafo çalışma noktası Twp değerinin birbirine yakın olmasını istemektedir. 

Standart şu tanımı verir:

R_et     Trafo Yük faktörü / Trafo çalışma noktası uyum değeri

Standart TABLO B.23’te şu sonuca 1 puan verir yoksa puan vermez:

R_et  = |( k_PEİ  / T_wp )-1|< 0,2 ise 1 puan, değil ise sıfır puan


TABLO B.23’e göre:

•    Yükler Tablo-1’deki Seviye-2 trafo ile beslendiğinde:
Yük-A (R_et  = 0,03<0,20)  1 puan alabilecektir. 
Yük-B (R_et  =  0,21>0,20) çok az bir fark ile bir puanı kaybetmektedir. 
Yük-C (R_et  =  0,38>0,20), trafo yük ile uyumlu değildir.

•    Yükler Tablo-2’deki iyileştirilmiş Seviye-2 trafo ile beslendiğinde:
Yük-A (R_et  = 0,014<0,20)  1 puan alabilecektir. 
Yük-B (R_et  =  0,013<0,20) 1 puan alabilecektir.  
Yük-C (Ret  =  0,32>0,20), trafo yük ile uyumlu değildir.

•    Yükler Tablo-2’deki  Seviye-3 için önerilen değerlerdeki  trafo ile beslendiğinde:
Yük-A (R_et  = 0,034>0,20) trafo yük ile uyumlu değildir.
Yük-B (R_et  =  0,030>0,20) trafo yük ile uyumlu değildir.
Yük-C (R_et  =  0,23>0,20), çok az bir fark ile bir puanı kaybetmektedir. 

Standardın ikinci talebine göre şu sonuçlara varabiliriz:

•    Yük-A Tablo-1’deki trafo tarafından beslenmelidir. Bu hem en ucuz, hem de en ekonomik çözümdür.

•    Yük-B Tablo-1’deki Seviye-2 veya Tablo-2’deki iyileştirilmiş Seviye-2 trafo tarafından beslenebilir. Seviye-2 trafo en ucuz çözümdür ancak iyileştirilmiş Seviye-2 trafo en ekonomik çözüm olabilir. Durum incelenmelidir.

•    Yük-C için uygun trafo yoktur. Ancak en yakın seçeneğin Tablo-2’deki muhtemel Seviye-3 için önerilen değerlerdeki amorf trafo olduğu görülüyor.

Burada tekrar EN 50708-1:2020 Standardına geri dönüyoruz. Standart şart koşmamakla beraber, şayet P₀  ve P_k değerlerinde bir iyileştirme yapılacak ise bunun getirdiği ilave maliyetin, tasarruf ile kazanılacak bedelden az olmasını ister. Bu yolla TCO ekonomik doğrulama hesabının yapılmasını önerir.(Portalımızdaki konu ile ilgili makaleyi inceleyebilirsiniz. Lütfen tıklayınız.)   

İki durum oluşabilir:

•    Öyle şartlar olabilir ki satın alma bedeli yüksek bir trafo, kayıpları daha az olacağı için daha ekonomik seçenek çıkabilir.

•    Öyle şartlar olabilir ki IEC,HD  60364-8-1:2021’ın TABLO B.23’den puan almak mümkün olmayabilir. Bu durumda TCO hesabı yapılmalı, mümkün olan en iyi ekonomik seçeneğe kadar P₀  ve/veya P_k  değerleri iyileştirilmelidir.

Özetler isek, Verimli trafo seçim aşamalarını şöyle sıralayabiliriz:

•    Öncelikle EN 50708-1-1:2020,  Ekotasarım talimatları Seviye-2 şartlarına uyalım. 

•    IEC,HD  60364-8-1:2019 TABLO B.23 ile istenen Ret  = |( k_PEİ  / T_wp )-1|< 0,2 şartını arayalım.

o    Şayet şart sağlanıyor ise çözüme ulaşılmış demektir.

o    Şayet şart sağlanamıyor ise P0  ve Pk  değerleri iyileştirilerek şartın sağlanmasına çalışalım. 

    Şart sağlanır ise TCO hesabı yapılarak ekonomik doğrulamayı yapalım. Ekonomik sağlama olumlu ise çözüme ulaşılmış demektir.

    P₀  ve P_k  değer iyileştirmelerine rağmen şart sağlanamıyor ise TCO hesabının sağlandığı P₀  ve P_k  değerlerindeki trafoyu seçelim. Bu şekilde IEC, HD 60364-8-1:2019  TABLO B.23 ile istenen R_et  = |( k_PEİ  / T_wp )-1|< 0,2 şartını sağlayamayan ama bu şarta yaklaşan, aynı zamanda  TCO hesaplama yani ekonomik doğrulamayı sağlayan  trafoyu seçelim.

Sonuç olarak Trafo seçiminin tek kıstası verimlilik değildir şüphesiz, ama çok önemli bir kıstastır diyebiliriz. Ayrıca genel verimliliği artıracak ilave yöntemlerin olduğunu da belirtelim. Verimlilik konusunda  kendini geliştirmek ve bu hesapları kolaylıkla yapmak isteyen meslektaşlarımıza iki yol önerimiz var:

•    TCO hesaplamasının nasıl yapıldığı konusunda EN 50708-1-1:2020 Standardı Ek- B’ye başvursunlar.

•    Burada hatırlatalım, Trafo Yıllık çalışma noktası” (Twp) değer tespiti yıllık kWsaat kayıtları gelmeden çok önce, tasarım aşamasında ortaya çıkar. IEC,HD  60364-8-1:2021  Avrupa’da ve bizde de zorunlu olduğundan  Elektrik ve mekanik tasarımcı, İki görev ortağı olarak tüm yüklerin çalışma senaryosunu  (kW bazında değil! kWsaat bazında) sonlayarak yıllık tesis enerji (kWsaat) profilini tespit etmiş olmalıdırlar. Bu yük profili tespit edilmeden (doğru ve verimli) Trafo gücü bulunamaz. Bu profilin bir yan ürünü de Twp değeridir. Dolayısı ile bu değeri isteyen herkes elektrik tasarımcıdan alabilir. 

Bu hesaplamaların nasıl yapıldığı konusunda ilgilenenler IEC, HD  60364-8-1:2021  bölüm 6.2’ye ve ETP verimli tesisat tasarımı teknik kılavuzuna başvursunlar. (Lütfen tıklayınız.)