×

IEC 60364-8-1:2019 Işığında Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı Teknik Kılavuzu Bölüm-1



 IEC 60364-8-1:2019  Işığında  Verimli  Elektrik Tesisat Tasarımı
Teknik Kılavuzu  Bölüm-1 


Ali Uyar 
ETP-2020


İÇİNDEKİLER:

Önsöz
Tasarımın 1. gereksinimi: 
  •     Yatırımcıyı bilgilendirme
Tasarımın 2,  gereksinimi: 
  •     Tesis Güç Profili tespiti
Tasarımın 3. gereksinimi
  •     Altyapı Verimlilik Şartlarını sağlama:
  1.  Verimli Trafo seçimi
  2. Trafoyu YM’e konumlama
  3.  Kolon Hatlarında verimlilik arayışı
  4. Büyük Yüklerde verimlilik arayışı
Tasarımın 4'Üncü gereksinimi
Kontrol hedefli Verimlilik şartlarını sağlama:   

    5. Bölge Tanımlama     
    6.Kullanım tanımlama
    7.Varlık/Çokluk algılama
    8.Ağ grubu tanımlama
    9.CosΦ ve THDi kontrolü
   10.İstem’e Cevap Verme kontrolü
  11.Yenilenebilir Enerji ve Enerji Depolama kontrolü
  12. Elektrik Enerji Yönetim Sistemi oluşturma
  13. Aydınlatma otomasyonu
  14.Isıtma, Havalandırma ve İklimlendirme (HVAC) otomasyonu


Tasarımın 5nci gereksinimi
    İşletme ve Bakım ile Verimlilik Başarım takibi ve Arşivleme


ÖNSÖZ bölüm 1, 4, 5

Elektrik enerji kullanımının optimizasyonu doğru tasarım ve uygulama ile başarılabilir. Günümüzde bu konudaki çalışmalar kayıpların azaltılması üzerine yoğunlaşmıştır. Dünyadaki  konu ile ilgili standartlar kısıtlı ve dağınıktır;
  •     Tesisler için geçerli ISO 50001,ISO 20140 gibi  standartlar çatı görevi görür, genel çerçeveyi çizerler. Yani görevi/hedefi verir ama tanımını yapmazlar
  •     Öznel konular için hazırlanmış, IEC 61557-12, IEC 61869, IEC 62053, IEC62586, IEC 62974-1 vb. standartlar çatının altındaki standartlardır, tekil konuya odaklanır ve derinlemesine tarif ederler. Verimli gereçler konusunda durum budur.

Kapsamı yukarıdaki iki küme arasında kalan, alçak gerilim elektrik tesisatı ve ilgili işletme altyapı tasarımını kapsayan IEC-60364-8-1:2019, tasarımcıya elektrik tesisat verimliliği konusunda yol gösteren tek standarttır. 

Standardın en son metni 2019 Şubat’ında yayınlandı ve 5 senedir yürürlükte olan IEC 60364-8-1:2014’ün yerine geçti. Yeni Standart verimli elektrik tesisat hedefine önemli değişiklikler ve eklemeler getirdi. Bunun en açık işareti “konut” ile “sanayi tesislerini” ayırması ve puanlama tablo sayısını 16’dan 37’e çıkarmasıdır. Bu da bizi kullanıcılar için standart ile ilgili bir kılavuz hazırlamaya itti. Yeni standardın ölçümleme temelinde getirdiği değişiklikler şöyledir:


Standart yatırımcıya, mimara, mekanik tasarımcıya, son kullanıcıya ve elektrik tesisat tasarımcısına   görev ve sorumluluklar yükler. Standarda göre verimliliği başarmanın yolu, 30%’u  verimli altyapı yatırımı, 50%’si nesnelerin kontrolü ve otomasyon, 20%’si ise iyi işletme ’den geçer. Standartta:
  •     Sadece satın alma ile kazanılan puanlar vardır. Buna  tabii ki yatırımcı karar verecektir. 
  •     Trafo konumlama ile ilgili puanlar vardır. Buna mimar katkı ve destek  vermek durumundadır.
  •     Elektromekanik sistemlerin verimli elektrikli donanımla gelmesi iler ilgili puanlar vardır. Bundan  mekanik tesisat  tasarımcısı sorumludur. Aynı zamanda mekanik tesisat tasarımcısı, elektromekanik sistemlerin sadece gücünü değil, yıllık kWsaat profilini ve tüketimini de vermekle yükümlüdür.
  •     İşletme ile gelen/gelmeyen puanlar vardır. İşletme tipine son kullanıcı karar verecektir.

Yatırımcı istediği “Elektrik Tesisat Verimlilik Sınıfını”(EEIC) belirtecek, elektrik tesisat tasarımcısı da en iyi hizmeti, en ekonomik ilk yatırım ve en düşük işletme maliyeti ile sağlayan elektrik tesisatı ve  işletme  altyapısını oluşturacaktır. Seçimlerin yapıldığı tablolar Standart Ek.B’ de verilmiştir. EEIC düşükten yükseğe doğru şöyle sıralanır: 



Bir örnek verirsek: Tablo B.1’de görüldüğü gibi ticari/ofis binası  için EE3 derecesi kazanabilmek için 61-84 puan toplamak gerekir. Başka bir deyişle 129 toplam puan sunan 26 tablodan en fazla 68 puan kaybetmeye hakkımız vardır. 18 puan ve altı değer ile  sıfır puan toplamış ve EE0 derecesi ile standarda uymamış oluruz.

Bilgi verelim: Ülkemizde her düzgün tasarım çok kolay EE1 derecesi kazanabilir. EE2 derecesi almak kolaydır. EE3 derecesi için tasarımcıların samimi uyumu ve gayreti gerekir. EE4 derecesi almak için ise yatırımcı ciddi fedakarlığa hazır olmalıdır. EE5 derecesi  özel durumlarda kazanılabilir.



Tasarımın Standarda göre yapıldığını kontrol etmek ve onaylamaktan kanunla belirtilen kurum sorumludur. Yapının  tasarıma göre yapıldığının kontrolü ve onaylanmasından, kanunun belirtiği kurum sorumludur. EE1 ve üzeri verimlilik sınıfını hak etmiş tesisin tasarım senaryosuna göre işletilmesinden son kullanıcı ve yetkilendirilmiş kişi veya firma sorumludur. İşletmenin denetlenmesinden kanunla belirtilmiş  yerel idare sorumludur.

Kapsam ve Uygulama Alanları

Bu Standart hem yeni yapılacak binaları hem de  tadilat/yenileme yapılacak eski binaları kapsıyor. Genelde mimari varlıklarını koruyan Avrupa’yı gözeten bu yaklaşım, -herhangi bir şekilde şartname ve yönetmeliklerle talep edilmesi halinde- bizde de tadilat görecek eski  binalarda aynen uygulanmalıdır.

Tekrar hatırlatalım, bu standart “enerji verimliliği” gibi -çok disiplinli ve geniş- bir kavramın tüm cephelerini kapsamaz. Sadece alçak gerilim elektrik tesisatı ve ilgili işletme altyapısını kapsar. Bu Standart parçası olduğu verimlilik hedefli çatı  standartların bir parçası olup bu standartları tamamlar.

Ancak aşağıdaki  konuları kapsamaz. Mesela:
  •     Evsel hizmet gereçlerini kapsamaz.
  •     İklimlendirme (HVAC) kontrolü haricindeki elektro-mekanik sistemlerin kontrolü ile ilgilenmez.
  •     Sanat yapıları, özel veya askeri tesislere yönelik değildir. 

Bu Standart, yerel idareler, tasarım enstitüleri, bina sahipleri, mimarlar, işletme müdürleri için -bütün veya kısmi olarak- aşağıdaki binalarda kullanılmak üzere hazırlanmıştır. Bu bina türleri şunlardır:

Konutlar
  •     Bir veya az sayıda hanenin barınması için tasarlanmış yapılardır. Bir veya iki dükkân da içerebilir. Kısıtlı miktarda ortak kolaylıklar ve mekanlardan oluşur; Trafo merkezleri ve özel işletme personeli yoktur, güç faktörü ve harmonik düzeltme yapmaları beklenmez.
Ticari binalar
  •     Ticari faaliyetlerin sürdürülebilmesi için tasarlanmış ofis, AVM, kamusal kuruluş, banka, hotel gibi yapılardır. Çok katlı, birçok hanenin yaşadığı  bir çok müşterek alan içeren konutlar ve siteler -hiçbir ticari birim içermeseler dahi- ticari bina kategorisine girerler.
Sanayi tesisleri
  •     Sanayi faaliyetleri mümkün kılmak için tasarlanmış fabrika, büyük atölye, sevkiyat deposu gibi yapılardır.
Altyapı tesisleri
  •     Bir ülkenin ulaşım altyapısını oluşturmak için tasarlanmış  havaalanı terminali, limanlar, ulaşım ve haberleşme  vb. tesislerini içeren büyük yapılardır.

İEC 60364-8-1:2019’un ışığı altında, bu kılavuz, konuları tasarımın 5 temel gereksinimi ve 14 verimlilik istemi olarak ele alır ve inceler. Vereceğimiz bilgilerin tasarımcılara faydalı olması dileği ile.

TASARIMIN 1nci GEREKSİNİMİ: MÜŞTERİYİ BİLGİLENDİRMETablo B.1

Yeni yapılacak bir inşaatta veya mevcut yapılardaki değişikliklerde genellikle şartname ve yönetmelikler “EE1” veya üstü ile belirtilen bir Elektrik Tesisat Verimlilik Sınıfını (EIEC) şart koşar. (Hemen belirtelim. Bir tesisin IEC 60364-8-1;2019’a uymasının şart koşulması yeterli değildir. Mutlaka EE1 veya üstü enerji verimlilik sınıfının da belirtilmesi gerekir). Bu kararlılık var ise, yatırımcının proje iş planı birinci paragrafında bu değerin belirtilmiş/yazılmış olması gerekir. Atılacak ilk adım, tasarımcı ve yatırımcının bir araya gelmesi ve Standartın Ek.B’ sinde  belirtilen seçimli tablolardan toplayacakları puanlar ile ortaklaşa EIEC sınıfını oluşturmaktır. Bu toplantıda mimar ve mekanik tasarımcının da bulunması gerekir çünkü bir başlık mimar, başka üç başlık da mekanik tasarımcı ile ilgilidir. Yatırımcıyı bilgilendirmek tasarımcının görevi, bu bilgiler ışığında en sağlıklı yatırım kararını vermek proje sahibinin hakkı ve görevidir. Burada yatırımcı kavramını açmakta fayda vardır. Ülkemizde  üç tip yatırımcı vardır:
  •     Yatırımcı-geliştirici
  •     Yatırımcı-işletmeci
  •     Kurumlar (belediye/devlet vs.)
Yatırımcı ile beraber çalışılacak  tablolar Ek.B’ de tanımları  ve taşıdıkları puanlar ile şöyle verilmiştir: (sıralama ağırlık puanına göre verilmiştir)

 
 Not: Alanlama Kapsamı (Bölge Kapsamı) 

Bu tabloları ilgili konu başlıklarında tek tek inceleyeceğiz. Ancak kısaca açıklamak gerekirse her bir tabloda 3-6 tercih seviyesi bulunmakta, bunlara karşılık farklı puanlar gelmektedir.

“Sanayi tesislerinde” bu puanların kazanılması için gerekenler şunlardır:
  •     Mimarın katkısı(1 başlık), ağırlığı 16/381
  •     Mekanik tesisat tasarımcısının gayreti(3 başlık),  ağırlığı 45/381
  •     (Bir üst iyiyi)Satın alma katkısı(4 başlık),  ağırlığı 51/381
  •     İşletmecinin gayreti(6 başlık),  ağırlığı 99/381
  •     Elektrik tesisat  tasarımcısının gayreti(12 başlık),  ağırlığı 170/381  

“Konutlar” da bu puanların kazanılması için gerekenler şunlardır:
  •     Satın alma katkısı(2),  ağırlığı 9/112
  •     Mekanik tesisat tasarımcısının gayreti(1),  ağırlığı 18/112
  •     Elektrik tesisat  tasarımcısının gayreti(6),  ağırlığı 85/112  

Açıktır ki enerji verimli donanım ve tasarım daha pahalıdır ve asıl yararı yıllarca sürecek işletme maliyetinin düşmesi ile sağlanacak kazançtır.  Yatırımcı ve tasarımcının, maliyetleri de hesaba katarak, yapacakları seçimler tesisin EIEC sınıfını yani tasarımın ana hatlarını, proje bütçesini ve ne tür bir işletme planına sahip olacağını belirler. Karşılıklı imzalanarak karar altına alınan protokol projenin anayasası olup, herkes -mimar ve mekanik tasarımcı dahil- baştan projenin neleri kapsadığını bilir. 

Hemen hatırlayalım, yapılmış bir tesisi sonradan verimli yapmak imkânsız veya aşırı (yap-yık-yeniden yap) pahalıdır.  Bu süreçte  yatırımcının yaklaşımı  tipine göre farklılık gösterir, ancak tasarımcının görevi sabırla bilgilendirme görevini yapması  olacaktır: 
  •     Yatırımcı “Yatırımcı-geliştirici” ise yapıp-satıp gidecektir. Bu bakımdan verimli projeye ek bütçe ayırmak istemeyecektir. İşletmeye kalmayacağından işletme masraflarının yüksek olacak olması onu ilgilendirmeyecektir. Yürürlükteki yönetmelikler Standardı şart koşmamış olsa dahi tasarımcının bilgilendirme görevini -hiç olmaz ise bir kere- hakkı ile yerine getirmesi gerekir. Tasarımcı, tecrübesi ve Pazar verilerine dayanarak EİEC puanı yüksek ürünün daha yüksek kar ile satıldığını yatırımcıya anlatmalıdır. Bilgilenmiş Yatırımcı-geliştirici müşterilerin  ürününü öncelikle satın alacağına ikna olur ise  gereken ek bütçeyi isteyerek onaylayacaktır. Bilgilendirelim: Her düzgün proje EE1 derecesini kolaylıkla alır. EE2 derecesi için az bir gayret yeterlidir.
  •     Yatırımcı “Yatırımcı-işletmeci” ise yaptırdığı tesisin verimli olması ile doğal olarak ilgilenecektir. Buna örnek yaptırdığı AVM veya Hastaneyi işleten işverendir. Hatta daha önceden benzer bir tecrübe yaşamış ise, tasarımcıyı tam kapasite çalıştıracaktır. Bir başka örnek de firması için Merkez ofis binası yaptıran İşverendir. Hem işletme avantajları hem de getireceği prestij için ek bütçeyi hızla onaylayacaktır, EE4 derecesini hedeflemelidirler. Bu tip yatırımcılar tasarımcı açısından çalışması en kolay işverendir. 
  •     Yatırımcı bir “devlet kurumu” ise hedef EIEC sınıfı ve tablolardan alınacak puanlar,  tek tek, açık, net ve tam şekilde resmi bir yazı ile istenmelidir. Bütçeyi onaylayacak yetkili ve onun teknik kadrosu ile  IEC 60364-8-1:2019 konusunda yapılan bilgilendirme toplantısı sonrası böyle bir belge alınmalı      ve tasarım buna göre -ne eksik ne de fazla-  yapılmalı, ihale teknik dosyası buna göre şekillenmelidir.

Tasarımcı için en zor yatırımcı karar veremeyen yatırımcıdır. Karar vermeyi kolaylaştırmanın yolu, yatırımcıya her iyileştirmenin karşılığı olan bütçenin açıklanmasıdır. Bu açıdan tasarımcının sağlam bir pazar bilgisi olmalıdır. Görülüyor ki tasarımcı bilgilendirme görevini doğru yaptığı  sürece IEC 60364-8-1:2019 tüm yatırımcılar  için şanstır ve kazanımlar sunar. Şayet yönetmelikler şart koşmuyor ve yatırımcı de istemiyorsa verimli tasarımı dayatmanın anlamı yoktur. Bu şart altında dahi tasarımcı yaptığı projenin en azından EE1 veya EE2 derecesini yakalayıp yakalayamadığına bakması gerekir. Bunu -mesela- Ek.B’ de verilen Tablo B.7 üzerinde bir örnek çalışma ile açalım:

Tabloda puanlama trafo verimlilik oranı olan “ƞtfo” değerine göre yapılmaktadır. Tablo şöyledir:


 
Yatırımcı verimi 98%’den düşük trafo satın alırsa tablodan puan kazanamayacaktır. Ama -mesela- verimi 99% olan trafo alırsa 2 puan kazanacaktır. Açıktır ki verimli trafo daha pahalıdır. Tasarımcı iki trafo arasındaki fiyat farkını yatırımcıya göstermeli ve puanların buna değdiğine ikna etmelidir. Bazen buna gerek bile duyulmaz! Hizmet sağlayıcı yerel idare, elektrik bağlamak için yönetmeliğinde “EU Ecodesign Directive 548:2014’e uygun Tier-1” trafo şart koşmuş olabilir. Eğer öyleyse zaten verimli trafo alınacaktır. Görüldüğü gibi ihale dosyasında olmayan şartlar başkaları tarafından isteniyor olabilir. 
Aynı şekilde doğru yapılmış bir tasarım, Standart tablolarından -hedeflenmemiş olsa dahi- puanlar kazanacak ve büyük bir olasılıkla  en azından  EE1 verimlilik derecesini hak edecektir. Tasarımcının bunu belgelemesi -proje değerinin artırması bakımından- önemlidir.

Toparlarsak, İstenen EE# sınıfı belirlendikten, tablolardan hangi puanların toplanacağı tespit edildikten sonra (mimari, mekanik, elektrik) tasarım bu hedef doğrultusunda şekillenir. Bundan sonraki adımlar tesisin projeye uygun inşa edilmesi ve hedeflendiği gibi işletiliyor olmasıdır. Belirlenen noktalarda istenilen aralıklarla ölçümleme yapılması, verilerin düzgün kayıt altına alınması ve takibin düzenli yapılması gerekir. Bir sene sonunda tescil edilen EE# sınıfı, sanayi ve altyapı tesislerinde 3 senede bir, ticari yapılarda her 5 senede bir incelenerek tekrar onaya sunulur. Her aşamada kontrol ve onay yetkisi kanunun belirtiği resmi kurum veya yetkilendirilmiş kuruluştadır.

SÖZÜN ÖZÜ-1: MÜŞTERİNİ İLK GÜN BİLGİLENDİR



TASARIMIN 2nci GEREKSİNİMİ: TESİS GÜÇ PROFİLİ TESPİTİ bölüm 6.2


IEC 60364-8-1:2019 puan tablolarından puan kazanabilmek için birçok değerin “benzer bir tesisin gerçek zamanlı Güç Profilinden” çıkarılması ve tablolardaki değerler ile karşılaştırılması gerekir. Tasarımın yapılabilmesi için gerekli bu değerler ancak tesisin bir yıllık işletilmesi sonucu oluşacak gerçek güç profilinde vardır. Demek ki tasarımcı bu profili teorik olarak öngörmeli ve doğru öngörmelidir. Bu profil tesisteki tüm yüklerin 24 saat/gün temelinde ne zaman devreye girip çıkacağını gösteren bir varsayıma/senaryoya dayanır. Bu hem elektrik hem de mekanik(proses) tasarımcının çok detaylı ve özenli çalışmasını gerektirir. İşletme aşamasına geçildiğinde senaryonun uygulamadaki değerleri ile  uyuşmaması hem istenen EIEC sınıfının yakalanamaması , hem de işletme giderlerinin hedeflenenden büyük olması sonucunu doğurur (ki büyük ayıptır). Tasarım aşamasında projenin beklenen yük profili iki yolla tespit edilir:
  •     Benzer tesis ve benzer uygulamalardan elde edilmiş profillerin tasarıma uyarlanması yani bireşim(sentez) yolu ile hazırlanabilir. Bu örnek profillerin güncel olması ve doğrulanmış yöntemlerle ölçümlenmiş ve kayıt altına alınmış olması gerekir.
  •     Var olan bilgiler yok veya yeterli değil ise tasarımcı (mekanik tesisat tasarımcısı ve son kullanıcı ile beraber çalışarak) her bir trafo/ADP temelinde, ona bağlı DP ve MCC’ lere ait elektrik ve elektromekanik yüklerin güçlerini (kW/kVA) ve çalışma sürelerini (saat) gerçek zamanlı öngörerek tespit etmelidir. 24 saat temelinde hazırlanacak 2 senaryo(hafta günü ve hafta sonu günü) ile detaylı “tesis elektrik Yük Cetveli” oluşturulabilir, bu da bize haftalık çözümlenmiş (analitik) yük profilini verir. Bu çalışmadan hem yaz hem de kış için, iki kere yapılmalı, buradan hareketle aylık/mevsimlik ve yıllık profiller öngörülmelidir. Biliyoruz ki coğrafi şartlara bağlı olarak bir tesisin tüketim profili  kış veya yaz ağırlıklıdır.

Bu emek yoğun çalışma taraflarca özenle yapılmalıdır. Tasarımcı -tercihen-  yazılımlardan faydalanmalı, hızla gelişen değişimleri aynı hızla hatasız  işleyebilmeli, güç cetvelini güncel tutmalıdır. Bu çok önemli çalışma, “zamana karşı Güç(kW/kVA)  dağılım profili” (saatlik/günlük/yıllık) bize üç konuda bilgi verir:
  •     Senelik Güç profilinin tepe noktası tesis sözleşme/talep gücünü (kW/kVA) oluşturur. Bu güç tesisin çekebileceği tepe gücü yani en yüksek güçtür. Elektrik tesisatının en pahalı alt yapı elemanları bu güce göre boyutlanır. En az ilk yatırım maliyeti ile gerçekleştirilecek tesisin güvenli, verimli ve kaliteli beslendiği seviye budur. Tasarımcı bu değeri doğru öngörmeli, gömleğin ilk düğmesini doğru iliklemelidir. Çoğunlukla Standardın uygulanmadığı tasarımlarda güç profil çalışması yapılmamakta, buradan hesaplanması gereken talep gücü değeri, elektrik dağıtım kuruluşunun mevcut yönetmeliğinde belirtiği ampirik formülle elde edilmektedir. Ortalama gerçeğe oturan bu yaklaşım doğal olarak her projede -idarenin kabullendiği- az bir bolluk/yanlış içerir. Ayrıca ampirik hesaplama -verimli tasarımın ihtiyacı olan- diğer başka konularda bilgi üretmez.
  •     Matematik 101 dersinden biliyoruz ki belirlenmiş bir zaman aralığında Güç profilinin altında kalan alan (grafiğin entegrali) ilgili dönemde sarf edilen Enerji miktarını (kWsaat/kVAsaat) verir. Tasarımcı bu profillere/grafiklere bakarak bölge/kullanım ve gruplarda tüketilen enerji miktarlarını doğrulukla ön görebilir, tasarımını doğru kurgular. Bunun anlamı gerekli alt yapının doğru yapılmasıdır. Sadece değinip geçelim: Kullanım ve grup’lama Standardın yarısıdır, çok önemlidir.
  •     Bu profillere sahip işletmeci ilk yıl işletme maliyetini öngörebilir, aylık/yıllık bütçesini hazırlayabilir. Bu bilgiye sahip değilse yaşamadan tesisin ne kadar enerji tüketeceğini bilemez; En az bir işletme yılı beklemek zorundadır. 

Sonuç olarak Profil -karanlıktaki araba farı gibidir- herkesin önünü görmesini sağlar. Herkes bu hedefin gerçekleşmesi doğrultusunda çalışır. İnşa edilen böylesi bir altyapı işletmede kolaylık, masraflarda azalma ve uygulamada -idarenin de yararına- genel verimlilik sağlar. Bu emek yoğun mühendislik çalışması standardın tanımladığı alt yapı çalışmalarının temelini oluşturur. Aşağıda -vereceğimiz örnekle sınırlı olmamak kaydı ile- standardın bu gayreti puanladığı bir tabloyu, mesela Tablo B.3’ü görelim.

Tablo B.3 Ağ grubu oluşturulan yüklerde tüketilen enerjinin tesis toplam enerji tüketimine (kWsaat) oranını puanlar:
  


Bu formülde:

a     Ağ’ların yıllık enerji tüketimleri toplamıdır
Yük tarafında veya o ağa ait kaynakta  ölçülen yıllık enerji tüketimleri
b     Tesisatın   yıllık toplam enerji tüketimidir. 

 

Standardın burada istediği, ağ grubu oluşturmuş yüklerin ne oranda takip edilip izlendiğidir. Tablodan görülüyor ki 50%’nin altında takip puan kazandırmıyor, en yüksek puanı almak için ise 90% üstü ölçüm ve takip gerekiyor. “kWsaat” temelinde yapılan bu takip günlük, haftalık, aylık, mevsimlik, yıllık olarak tespit ve kayıt edilebilir. Veya daha iyisi bu izleme gerçek zamanlı yapılabilir ve ağların gerçek işletme yük profilleri çıkar. 

Önemli bir noktayı genç meslektaşlarımız için belirtelim. Tasarımcının bir görevi de gelişmeleri takip etmek, yeni ürünler/teknolojiler/fiyatlar üzerinde yetkin bilgi sahibi olmak ve çağdaş çözümleri yatırımcının yararına sunmaktır.

İşletme grubunun asli görevi de yapılan tesisi tasarım değerlerine uygun çalıştırmaktır. Bu bakımdan -ilk yıl- tasarımcının verdiği Güç Profili, takip edeceği ana kılavuzdur. Tasarım aşamasında yapılan varsayımların/hesapların gerçek hayata uyup uymadığı kontrol edilmeli, bir fark var ise nedeni araştırılmalıdır. Hata, tasarım senaryosundan gelebileceği gibi, yanlış uygulama veya basitçe kötü işletmeden  de gelebilir. Bilmek düzeltmenin en önemli adımıdır. Ayrıca tesis işletme ve bakım planı bu bilgiye dayanarak sağlıklı şekilde düzenlenebilir. Standartın işletmeye çok önem verdiğini, en büyük puanları bu gayretlere ayırmakla göstermiştir. Doğru altyapı ve işletmecilik  Standardın ana hedefidir. Bu yoldaki en büyük adım tasarım aşamasında başarılan tesis Güç Profili tespitidir. 

SÖZÜN ÖZÜ-2: TESİS GÜÇ PROFİLİNİ MEKANİKÇİ ORTAĞIN İLE BİRLİKTE ÇIKAR:

TASARIMIN 3. GEREKSİNİMİ: ALTYAPI VERİMLİLİK  İSTEMİ-1: VERİMLİ TRAFO SEÇİMİ bölüm 6.4.3,   6.4.4,  10.2.2.2



IEC 60364-8-1;2019 doğal olarak alt yapıyı meydana getiren ana elemanların verimli olmasını ister. Bunlardan ilk aklımıza gelen yüksek güç taşıyan ve çok uzun süre devrede kalan, dolayısı ile toplam kayıpları büyük olan transformatördür. Biliyoruz ki verimlilik arttıkça fiyat da artar ancak uzun vadede sağlanacak kazanç ek ilk yatırım maliyetini geçer. Bu konuda gösterilen gayretler Tablo B.7 ve Tablo B.23 ile puanlar.

TRAFO VERİMLİLİK GÖSTERGESİ

Transformatör ana besleme kaynağı olarak bütün yükü taşır ve ömür boyu yaklaşık 260,000 saat enerji tüketir. Ucuz enerji, verimsiz gereçler devri bitmiştir, dolayısı ile bir transformatörün kaybının 10W azaltılması toplamda 2,60 MWsaat kazanç anlamına gelir. Başarılırsa bu sonuçtan şebeke de kullanıcı da mutlu olacaktır. IEC 60364-8-1 yeni yayınında IEC TS 60076-20’e göre üretilen trafoların minimum “tepe verimlilik gösterge” ingPEI-“ɳtfo“ değeri yüksek olanlar arasından seçilmesini ister. Verimlilik artıkça ürün pahalılaşır, yatırımcının ilk yatırım maliyeti yükselir. Yatırımcının trafo satın alırken gösterdiği ekonomik özveri derecesini Tablo B.7 puanlar. Görüleceği gibi söz konusu puan satın alma ile kazanılır.


 

 

Puan kazanmak için trafonun sertifikasında ve etiketinde belirtilen verim (ɳtfo) 98% ve üzeri olmalıdır. Tam puan isteme durumunda ise (ɳtfo) 99,5% ve üzeri olmalıdır.

Standart hem tek trafolu tesisler hem de çok trafolu tesisler için geçerlidir. Birden fazla trafo kullanılan durumlarda puanlama “ağırlıklı minimum tepe verimlilik indeksi” ne göre belirlenir. Hesaplama aşağıdaki formüle göre yapılır.
 


Formülde:

ɳtfo         Tesis transformatörleri minimum “tepe verimlilik indeksi”ortalaması
n             Transformatör sayısı
ɳi            İlgili transformatörün minimum “tepe verimlilik endeksi”  
Si            İlgili transformatörün nominal gücü (KVA)

Bazen yerel idarenin kararı gereği trafo istasyonu idare tarafından sağlanıp kurulabilir. Böylesi bir durumda yatırımcı Tablo B.7’ den maksimum puanı kazanmış sayılır. 

Biliyoruz ki trafolar histerisis ve fuko(eddy akımları)   kayıpları (demir kayıpları) az silisyumlu  çelikten, Amorf malzemeden   ve akım kayıpları az yüksek saflıktaki bakırdan(veya alüminyumdan)imal edilir. Bu malzemeler pahalıdır ve miktarı arttıkça trafo ɳtfo  değeri artar ancak belli bir seviyeden sonra çözüm ekonomik olmaktan çıkar. Bu sebepten trafolarda kullanılan demir ve bakır,  alüminyum miktarı ekonomiklik seviyesi ile sınırlanmıştır. Soru şudur: Acaba belli bir güç ve verimdeki trafoyu daha verimli kullanmanın bir yolu var mıdır? Evet vardır zira trafo minimum “tepe verimlilik göstergesi” tek başına en yüksek toplam verimliliği garanti etmez. Bununla ilgili ilave başka bir değişken daha vardır: O da “trafo çalışma noktası” ölçütüdür. Şimdi birbirine ilişik bu konuyu açalım.

TRAFO ÇALIŞMA NOKTASI ve TESİS YÜK FAKTÖRÜ

IEC TS 60076-20’e göre trafolar aynı güç ve verimli lik sınıfında üç farklı “trafo Çalışma Noktası” özelliği ile yani “A” ; “B” ; “C” tipinde üretilirler. “Trafo Çalışma Noktası” (ÇNtfo) bir trafonun en verimli çalıştığı yani demir kayıplarının bakır kayıplarına eşit olduğu noktadır. Bu nokta, tipine göre trafo gücünün 30% - 50% arasına denk gelir ve bu noktanın sağında ve solunda verimlilik giderek azalır. Az yüklenen trafolarda demir kayıpları öne çıkar. Çok yüklenen trafolar da ise bakır kayıpları önemli olur. IEC 60364-8-1, satın alınan trafoda bu değerin tesis “yük faktörü” ile uyumlu olmasını ister.

Şöyle ki:
  •    Beslediği yükün özelliği nedeni ile uzun süreler düşük kapasite ile çalışmak durumunda olan trafolarda demir kayıpları önem kazanır ve az olması istenir. Buna örnek ofis, okul, adalet sarayı gibi binalardır. Ofis trafoları günde 8 saat yüksek kapasite, 16 saat çok düşük kapasite ile çalışırlar. Yük faktörü (Ryf) kabaca 0,35 civarı oluşur, bu nedenle trafo A tipi - iyileştirilmiş manyetik devreli- seçilmelidir.
  •     Yükün özelliği nedeni ile uzun süreler tam kapasite çalışan trafolarda bakır kayıpları öne çıkar ve bu kaybın az olması istenir. Buna örnek günde 3 vardiya çalışan imalathane ve fabrikalardır. Böylesi bir fabrika trafosu kabaca günde 21 saat tam yüke yakın, 3 saat düşük yükte çalışabilir. Yük faktörü (Ryf)  0,60 civarı oluşabilir, bu sebepten trafo “C” tipi -iyileştirilmiş akım devreli- seçilmelidir.
  •     Yukarıdaki iki uç değer arasında, bazı tesislerde trafo günde 16 saat değişen yük seviyelerinde, 8 saat düşük yükte çalışabilir. Konutlar, birçok orta boy havaalanı, bazı kamu hizmet tesisleri için “yük faktörü” (Ryf)  0,45 civarında oluşur. Bu durumda trafo tasarımında demir ve bakır kayıplarına eşit derecede önem verilmiş olmalıdır, trafo “B” tipi seçilmelidir.

 
Aynı güç ve fiyattaki, 50% yüklemede aynı verimlilikteki A,B,C tipi Trafo Yük Eğrileri

Görüldüğü gibi aynı fiyatta, aynı güç ve tepe verimlilikteki trafo için (bakır-demir kayıpları oranı farklı) 3 değişik iç yapısal tasarım söz konusudur. Verim tepe değeri belirlenmiş trafo siparişinde tesis yük faktörü ile uyumlu “çalışma noktalı” trafo seçilmelidir. Bu en iyi toplam verimliliğe garanti edecektir.


YÜK FAKTÖRÜ Ryf  ve TRAFO ÇALIŞMA NOKTASI

 IEC 60364-8-1 ‘e göre bir tesisin ortalama “Yük Faktörü” Ryf   şöyle hesaplanır:

                                                                                                                
Formülde:

Q      Tesis yıllık enerji tüketimi(kVAsaat/yıl veya kWsaat/yıl)
Si      Tesis trafo gücü(kVA veya kW)
t        8760(saat/yıl)


TRAFO ÇALIŞMA NOKTASI ORANI Rçn  ve  UYUM DEĞERİ Ret

Tasarım aşamasında trafo çalışma noktası oranının hesaplanabilmesi için senelik yük profilinin çıkarılmış olması gerekir. Tasarımcı hesapladığı Yük Faktörüne uygun trafo Çalışma Noktası (ÇNtra) tipini belirlemeli ve bu trafoyu temin ve tesis etmelidir. Bu ikisi arasındaki oran Rçn  ile ifade edilir. Uyum değeri olan  Ret  ise ilgili tanıma dayanan bir mantık sekmesi sonucu şöyle bulunur:



Rçn >1,2  veya  Rçn < 0,8  öyleyse    Ret = 1  değilse  Ret  = 0 

Formülde:
Rçn         Yük faktörü / Trafo çalışma noktası oranı
ÇNtfo      Trafo çalışma noktası değeri 
Ryf          Tesis ortalama yük faktörü
Ret        Yük faktörü / trafo çalışma noktası  Uyum değeri

Standartın istediği yük faktörünün  trafo çalışma noktasının sağında veya solunda +/- 20% bandının içinde olması yani yükü en verimli bölgeden beslemesidir. Bu durumda uyum değeri Ret  mantık sekmesinden sıfır değeri alacak, başarılı olacak yani Tablo B.23’ den puan kazanacaktır. 

 
 Tesiste birden fazla trafo olması halinde hesaplama şöyle yapılacaktır.



Formülde:
Reti       İlgili Yük faktörü / Trafo çalışma noktası  Uyum değeri
n          Tesisteki trafo sayısı
Çok trafolu tesislerde Standart -ilk 5 trafoya kadar- yapılan seçimlerin  mutlaka uyumlu olmasını ister yoksa puan vermez. Ancak 6 trafolu tesiste 1 uyumsuzluğu bağışlar. Bunun anlamı siparişlere temel olacak trafo şartnamesinin hazırlanırken  özenli bir çalışma yapılmasının gerektiğidir. Verimli tasarımın bu ilk adımında tasarımcı Yük Faktörünü doğru hesap etmeli  ve sipariş edilecek trafo çalışma noktasını açık ve  doğru  belirtmelidir. 

Bu başlık altında toplanan puanların Standart içindeki ağırlığı 12/381 olup önem sıralamasında arkalardadır. Birinci tablodan satın alma ile, ikinci tablodan  verimli tasarım gayreti ile kazanılır. 

Hatırlatalım ülkemizde IEC TS 60076-20’e göre imal edilen trafolar -aksi belirtilmedikçe- B tipte imal edilmektedir. Doğru çalışma noktalı trafo için imalatçı ile görüşmek gerekir. IEC TS 60076-20 bu konuda kullanılan tek standart değildir. Avrupa Birliğindeki imalatçılar aynı şekilde çağdaş EU Ecodesign Directive 548:2014’e, bu direktif kapsamındaki EN  50588-1, EN  50588-2 EN 50629 standartlarına  göre trafo üretmektedir.  

SÖZÜN ÖZÜ-3: VERİMLİ TRAFO KULLAN

TASARIMIN 3ncü GEREKSİNİMİ: ALTYAPISAL VERİMLİLİK  İSTEMİ-2: TRAFOYU YOĞUNLUK MERKEZİNE KONUMLAMA bölüm 6.3, ek.A

  1-   YOĞUNLUK MERKEZİ TESPİTİ

Kuraldır: Trafo yükün kalbine konumlanır. Hedeflenen bu nokta Yoğunluk Merkezi (YM) olarak anılır. Standart bu noktanın nasıl bulunacağı konusunda bir tanım ve matematiksel bir hesaplama yöntemi sunar. Bazen trafo, bir sebepten, yükün kalbine yerleştirilemez. Standart böylesi bir durumda kullanılmak üzere kolon hatları için “Ortalama Yol Boyu” metodu diye anılan ikinci/yardımcı bir hesaplama yöntemini kullanmamızı ister.

Tesislerde yük merkezleri DP(Dağıtım Panoları) ve MCC(Motor Kontrol Panoları)’dir. Yük merkezlerinin merkezi Yoğunluk Merkezidir. Bu ideal noktaya trafo ve ADP(Ana Dağıtım Panosu) yerleştirilir ise kolon hatlarındaki kayıplar en aza iner ve sistem en sağlıklı/verimli şekilde beslenir. Standarda göre Yoğunluk Merkezi (YM) koordinatları aşağıdaki formül ile hesaplanır;



EACi        DP veya MCC  yıllık enerji tüketimi(kWsaat)
xi, yi , zi        DPveya MCC  için koordinatlar(mt)  


Formülün yaptığı yüklerin birer birer, her bir referans koordinat aksına göre oluşturduğu momentlerin toplamını, toplam yüke bölerek o akstaki YM koordinatını oluşturmaktır. Böylece bulunan xym, yym, zym koordinatları, YM’nin uzaydaki konumunu tanımlar. Unutmayalım bu hesaplama 3 boyut için geçerli olduğu gibi, 2 boyut için de geçerlidir. Standart, tasarımın bu gayretini Tablo B.5’ de “RYM“ yani YM’ den sapma oranı olarak puanlar ve şöyle hesaplar:



“a” Konumlanan enerji merkezinin hesaplanan YM’ e olan mesafesidir.
“b” En uzaktaki yük merkezinin hesaplanan YM’ e olan mesafesidir.

Standart “RYM” sapmasının 30%’dan fazla olmasını istemez. Tablo B.5’ten tam puan alabilmek için ise sapma 7%’den az olmalıdır. Bu zor bir hedeftir, tesis tasarımcıları (mimar, mekanik, elektrik ve yatırımcı) statik hesaplamalar başlamadan bu sorunu çözmüş olmalıdır. Çözüm sancılı ve zordur çünkü mimari değişebilmeli, mekanik merkezler kaydırılabilmeli, kıymetli alanlar muhtemel YM için harcanabilmeli, ek inşaat  yapılabilmelidir. Aynı anda bütün bu fantezilerin olmaması için de ortada onlarca haklı neden duragelir. Her şeye rağmen yatırımcının etkin desteği, mimarın tecrübesi, öngörüsü ve sabırlı yap boz çalışmaları ile uygun bir çözüme ulaşmak (7% - 30% arası kaydırma ile) mümkündür.

Standart bu çalışmada ne kadar çok DP ve MCC hesaba katılırsa YM noktasının o kadar doğru/sağlıklı hesaplanacağını düşünür. Bu isteğini de Tablo B.4’de puanlar:



Bu formülde:

EACi        Hesaba katılan DP veya MCC  yıllık enerji tüketimi(kWsaat)
b             Tesis yıllık toplam  enerji tüketimi (kWsaat)

 

Standart YM çalışması yapılırken en az 50% yükün hesaba katılmasını ister. En yüksek puan için ise 90% dan fazla yük göz önüne alınmalıdır. Aklımıza bir soru gelebilir. Niye bu emek israfı? Bu kadar zahmete değer mi? Standart değdiğine inanıyor. Çünkü bu konuya verdiği önemi -nadiren yaptığı şekilde- yedi sayfa boyunca örnek açıklama ile Ek.A ‘da gösteriyor. Biz de benzer bir örnek ile konuyu okuyucularımıza açalım. Kolaylık olması açısından iki boyutlu bir tasarım üzerinde çalışacağız. Süreç basitçe şöyle gelişir:
  •     Kaynağın konumlanacağı proje kat planı belirlenir, bir referans noktası alınarak x ve y koordinat sistemine oturtulur.
  •     Yük merkezlerini temsil eden DP ve MCC’ler bu kat planı üzerine işlenir, böylece koordinatları bulunur. Örnek.1’de bir fabrikanın dağıtım ve MCC panolarının yerleşimi verilmiştir.  
  •     Her bir panonun tükettiği yıllık enerji(kWsaat) miktarı tespit edilir. Bu değerler benzer tesislerde yapılan ölçüm ve çalışmalardan derlenmeli ve projeye uyarlanmalı veya pano güçlerinden hareketle çalışma senaryosuna göre tespit edilmelidir. Hesaplama Tablosu.1 ‘de görüleceği gibi biz örneğimizde ikinci yöntemi kullandık.

 

Buna göre yıllık toplam tüketimimiz 857,015 kWsaat olup hesaplama sonucu YM koordinatlarımız XYM=47,2mt ; YYM=19,5mt olarak bulunmuştur.

Olası bir yanlışa dikkat çekmek için bir soru soralım: Peki yıllık güç miktarı(kWsaat/yıl) yerine pano gücünü(kW) alsak ne olur? Standard enerji (kWsaat) üzerine bina edilmiştir. Enerjiyi güç(kW) ile değiştirmek bizi hataya sürükler. Bu şıkkı Hesaplama Tablosu.2’de inceleyerek görelim.

 
Bulunan koordinatlar Xhym=29,7mt ve Yhym=18,2mt olup yukarıda hesapladığımızdan farklı bir noktayı göstermektedir. Buradan aldığımız ders sadece yüklere değil, asıl yıllık tüketim bilgilerine ihtiyacımız olduğu, bu sebepten yük profili çalışmasının yapılması gerektiğidir.
  •     Bulduğumuz koordinatları Çalışma Tablosu.1 de plana yerleştirelim. Birkaç tane daha olası trafo yerleşimi öngörüp sonuçları karşılaştıralım. 
    
Trafo/ADP ideal YM noktasına konur ise “RYM“= 0 olduğundan Tablo B.5’den 6 puan kazanılmış olacaktır.
Trafo “AA” noktasına konursa “RYM“= 0,14 olacağından Tablo B.5’den 5 puan kazanılacaktır. “AA” noktası YM noktasının yakın duvara kaydırılmış halidir.

Trafo “BB” veya “CC” noktasına konumlanırsa “RYM“= 0,36 olacağından Tablo B.5’den 0 puan kazanılacaktır. ”BB” noktası aslında daha önce hesapladığımız HYM noktasıdır.
  •     Bu karşılaştırmayı yaptıktan sonra hesaplama sonucu bulduğumuz ideal çözüme dönelim ve ADP’ den çıkıp DP ve MCC’ lere giden kolon hatlarını plana işleyelim. Çalışma Tablosu.2 şöyle görünecektir:


 
Trafo/ADP ideal yerine yani YM noktasına yerleşmiş ve DP ve MCC’ leri en kısa/sağlıklı yoldan beslemiştir. Ama bu resim içinde yukarıda bahsettiğimiz birkaç zorluk saklıdır; 
  •      Trafo ve ADP bazı nedenler ile Yoğunluk Merkezine konamıyordur.
  •     Trafo/ADP YM noktasına konsa bile ADP-DP arası kolon hatları belirtilen en kısa yoldan -engeller nedeni ile- gidemiyordur.

Çözüm mimarın tasarımını yeniden düzenlemesi veya mekanik/proses tasarımcının ekipmanlarını yeni konumlara kaydırması veya elektrik tasarımcının trafo/ADP konumunu değiştirmesi veya hepsidir. Taraflar çalışmış ve YM noktasını mesela “AA” noktasına kaydırmaya karar vermiş olabilirler.

Sıfırdan başlayan projelerde YM çözümünü kullanmak kolaydır. Ancak yenilenen eski tesislerde veya bazı özel durumlarda yeni tesislerde YM yöntemini kullanmak mümkün olmayabilir. Bu hallerde ne olacağı eski standardın cevap vermediği bir soruydu. Standart yeni yayınında bu durumla yüzleşen, soruna çözüm getiren “Kolon Hatları için Ortalama Yol Boyu” (OYB) diye anılan ikinci bir metodu kullanımımıza sunmuştur.

    KOLON HATLARI için ORTALAMA YOL BOYU (OYB) TESPİTİ

YM yöntemi bir tesis için uzay mekânda (üç veya iki boyutta) en uygun/verimli besleme noktasını ifade eder. Kolon hatları için Ortalama Yol Boyu yöntemi ise zorunluluktan dolayı bir şekilde karar verilmiş/tespit edilmiş kolon hatları güzergâhı üzerinde (tek boyutta-ileri geri) Trafo/ADP nereye konursa kayıplar en az olur sorusuna cevap arar. Bu sebepten YM yöntemine göre daha düşük verimlidir.

OYM için ideal trafo/ADP yeri, seçilen bu hattın üzerinde bir yerlerde olmalıdır. Bu nedenle bu Hat üzerinde birkaç noktada trafo yeri öngörülmeli ve Ortalama Yol Boyu değeri yani Lort değeri hesaplanmalı ve deneme yanılma ile en ufak değere ulaşılmalıdır. Standarda göre Ortalama Yol Boyu (OYB) aşağıdaki formül ile hesaplanır;




Formülde:

Lort       Ortalama Yol Boyu(mt)
li                 ADP’den  DP’ye kolon hattı uzunluğu (mt)   
EACi       DP yıllık enerji tüketimi (kWh)

Formülün yaptığı, her bir çözüm deneyişinde, her bir kolon hattının ilgili yükün karesi ile oluşturduğu momentlerin toplamını, toplam yükün karesine bölerek, Ortalama Yol Boyunu tespit etmesidir. En kısa/ufak değer OYB çözümüdür.

Standart Ek.A’ da bu konuda bir örnek vermiştir. Biz de kendi örneğimiz ile konuyu açalım. Süreç basitçe şöyle gelişir:
  •     Çalışma Tablo.3’ de görüleceği gibi kolon hatlarını taşıyan kablo tavalarının duvar dibinden gittiği bir güzergâhı varsaydık. İdeal YM çözümüne göre 12% daha uzun bu yol -muhtemelen- şantiye gerçeğine yakın bir çözümdür. Öngörülen güzergâh üzerinde 3 adet olası trafo yerleşimi yani “DD”, “AA”,”CC” noktaları öngörülmüştür.
  •     DP’ler için yukarıda verilen yıllık enerji tüketimleri kullanılmış, mesafeler projeden alınmıştır. Buna göre:

 
Trafo/ADP yerleşmesi için ideal OYB konumu “CC” noktasıdır. Trafo/ADP bu noktaya konur ise “RB“= 0 olduğundan Tablo B.5’den 6 puan kazanılmış olacaktır.

Trafo “AA” noktasına konursa “RB“= 0,15 olacağından Tablo B.5’den 5 puan kazanılacaktır.



Özetlersek,  örneğimizde yatırımcı ve tasarımcılar bir araya geldi, çok çalıştı, trafoyu YM noktasına yerleştiremedi, yılmadı, şartlara uygun kolon hattı güzergahını tespit etti, OYB çalışmasını yaptı ve her şeyi gözden geçirdiklerine emin olduktan sonra ortak bir karara vardı ve Örnek.1.1’i proje olarak sundu. Standartın istediği tam da buydu ve 5 puan kazanıldı. Bir zorlu aşama  daha böylece geçilmiş oldu. Burada bir hatırlatma yapalım: İdeal trafo konumunu bulmak için kullandığımız YM yöntemi DP ve MCC’ler için en uygun  yeri bulmak için de uygulanabilir. 

Bu başlık altında toplanan puanların Standart içindeki ağırlığı 12/381 olup önem sıralamasında ortalardadır. Puan Yatırımcınin etkin desteği ve  Tarafların(mimar+mekanik tasarımcı) ortak Tasarım gayreti ile kazanılır. 

SÖZÜN ÖZÜ-4: TRAFOYU YOĞUNLUK MERKEZİNE KOY

ETP   IEC 60364-8-1:2019  Işığında  Verimli  Elektrik Tesisat Tasarımı Teknik Kılavuzu 'nun yayınlanmasına  önümüzdeki hafta  2. Bölüm ile devam edilecektir.
Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Sosyal Medyada Bizi Takip Edin!
E-Bülten Kayıt