IEC 60364-8-1:2014:2014 Işığında Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı Yazı Dizisi-5
IEC 60364-8-1:2014:2014 Işığında Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı
Yazı Dizisi-5
(Elektrik Dağıtım Tasarım-
Yük Merkezi optimizasyonu, enerji kayıplarını azaltmak)
Mehmet Ali Uyar
Bu yazımızda en büyük kWh kaybı yapan birimden daha azına doğru konuları ele alacağız ve en uygun çözümleri Standart’ın ışığı altında inceleyeceğiz. Bunu yaparken de sadece altyapısal yani pasif önlemlere değineceğiz. Verimliliğin işletme ile sağlanan aktif önlemlerini daha sonraki makalemizde inceleyeceğiz.
Enerji Kayıplarını azaltmak
Enerji açısından verimli bir elektrik tesisatı için aşağıdaki dağıtım tasarım gereklilikleri Şekil 1'de belirtilmiştir:
(a) tasarımın yük merkezini belirlemek;
(b) yük karakterlerini belirlemek;
(c) verimlilik önlemleri ölçütlerini belirlemek;
(d) enerji verimliliğinin performans seviyelerini belirlemek;
(e) dağıtım kayıplarını azaltmak; ve
(f) yük yönetimi
Elektrik Dağıtım Tasarımı, Yük Merkezi optimizasyonu
IEC 60364-84: 2014, hem büyük hem de küçük tesislere yöneliktir. Daha büyük tüketiciler, trafoda ölçülebilen yerel bir YG / AG trafo merkezine sahip olacaklardır. IEC 60364-8-1: 2014'ün 6.4 Bölümü, trafo merkezinin nereye yerleştirileceği, optimum trafo merkezi sayısı ve yükün transformatörlerin verimliliğini nasıl etkileyebileceği konusunda üst düzey kriterler sunmaktadır.
Endüstriyel kompleksler, hava limanları, araştırma hastaneleri, çok sayıda bina bulunan üniversite kampüsleri ve tesisler gibi büyük alanlarda bir dizi YG trafosu tavsiye edilecektir. Elektrik tasarımındaki verimsizliğin kilit bir bileşeni, elektrik enerjisini tedarik noktasından kullanım noktasına aktarırken karşılaşılabilecek mesafelerdir. Daha yüksek gerilim kullanmak bu kayıpları azaltabilir.
İlk istişareler sırasında, tasarımcının müşterinin böyle bir YG tesisinin kurulumunu nasıl yönetmeyi teklif ettiği iki kere gözden geçirilmelidir. Bir bakım görevi olarak, müşterinin dikkatini, yetkili kişiler, yeterli kişiler ve ayrıca yetkili mühendisler gibi uygun şekilde eğitilmiş kaynaklara ve gerekli güvenli çalışma sistemlerine duyulan ihtiyaca çekmelidir.
Aynı şekilde, sadece AG beslemesine sahip tesisler, etkin bir elektrik dağıtım altyapısı sağlamak için giriş santraline en uygun konumda yerleştirilmelidir. Ayrıca AG tesislerinin etkin şekilde yönetilmesi için uygun şekilde eğitilmiş rehberlere ihtiyaç duyulacaktır, ancak AG sistemleri için eğitimli personel YG sistemlerinin uzman gereksinimlerine göre daha yaygın olarak bulunabilmektedir.
Bir tesisin besleme noktasını doğru yerleştirme ekonomisinin çoğu elektrik tasarımcısı ve müteahhitti tarafından iyi anlaşılmış olması muhtemeldir. Herhangi bir mevcut akım değerinde, daha kısa bir mesafede enerjinin taşınması orantılı olarak daha küçük kesitlere ve dolayısıyla daha düşük montaj maliyetlerine neden olur. Enerji verimliliği açısından, daha uzun kablo mesafeleri, kısmen daha büyük kablo boyutları ile dengelenebilecek daha büyük kayıplar anlamına gelir.
IEC 60364-8-1: 2014, elektrik tesisinin besleme noktasının yerini enerji verimliliği açısından optimize etme fikrini daha ayrıntılı olarak ele alıyor. IEC 60364-8-1: 2014 Ek A, çalışılmış bir örnek sunar.
Genel ilkeler ve tasarım süreci:
(a) Şantiyede bulunan ana yük merkezlerinin her biri için maksimum talebi değerlendirmek;
(b) Yük merkezlerinin konumunu belirlemek (şantiyenin şebeke planını kullanmak ve yük merkezlerini bu planın üstünden çizmek);
(c) Yük merkezlerinin her birinin konumunu, x ve y cinsinden, şantiye düzenindeki nominal bir referans noktasından belirlemek;
(d) Merkezi besleme noktasına en uygun yeri oluşturmak için bu kılavuzun Ek A'da gösterilen formülü kullanarak tüm yük merkezlerinin toplamını hesaplamak;
(e) Besleme noktasının optimum konumunun yerleşim planında çizilmesi; ve
(f) optimum konumu mevcut odalara / mekanlara göre ilişkilendirin ve gerektiğinde ayarlayın.
Gerçekte, tasarımcının herhangi bir besleme noktasının nihai pozisyonunun Barycentre hesaplamasına ve tesisteki kullanılabilir alana göre değerlendirmesi önemlidir. Besleme noktasının en uygun konuma yerleştirilmesi üzerine sorulması gerekenler olacaktır:
(a) Barycentre hesaplamasını neden kullanıyoruz? Hangi durumlarda bu yöntemi kullanmak uygun değildir?
(b) Barycentre konseptinin özellikle yenileme çalışmalarında optimum kullanımı üzerine hangi alan kısıtlamaları konulacaktır?
(c) Yerel elektrik tedarik otoriteleri ile ilgili ne gibi kısıtlamalar vardır (DNO olarak bilinen)? Bazı DNO'ların, besleme noktasını ortada değil de bir mülkün kenarına koyma politikası vardır.
(d) Geçiş yollarının ve ilgili erişim hakkı sorunlarının yasal kısıtları nelerdir?
Enerji verimli tasarımda tüm yükün üzerinden geçtiği, ortalama 25 yıl devrede kalan, boştayken bile kayıpları olan trafo ilk hedeftir. Tasarımcı yüke uyan en uygun trafoyu seçer, bunun da verimli tipte olmasına dikkat eder. Daha önceki makalemizde maksimum talep gücünü hassas şekilde tespit etmiş ve trafo gücünü buna göre belirlemiştik.
Verimlilik konusunda ise IEC 60364-8-1:2014 bazı kıstaslar verir ancak aynı yıl yayınlanan başka bir direktif (EU Ecodesign Directive 548:2014) daha kapsayıcı ve daha açık ‘’Tier 1’’ tanımını vermiş, sanayi ve idareler de bunu yeni norm olarak kabul etmiştir. ‘’Tier 1’’ Standardın verimlilik şartlarını karşıladığından tasarımcı seçimini bu yönde yapar ve Standarda uymuş olur.
Verimli trafo seçimi ile igili IEC TS 60076-20, EN 50588-1 standartları doğrultusunda yapılmalıdır.
Demir kayıpları da bakır kayıpları da yeni Tier1 imalatlarda çok daha dikkatli hesaplanmakta, trafo nominal gücünde en verimli çalışacak şekilde tasarlanmaktadır. Bu şekilde seçilen trafo görevi başarı ile yapacak ve verimli çalışarak kullanıcıya kazanç sağlayacaktır. Tabii asıl kazancı çevre elde edecek, yüzbinlerce trafo’dan gelen verimlilik sayesinde bir/birkaç termik santral boşa çıkacaktır. IEC 60364-8-1:2014 bu gayretleri EM Tablo B.6 ve EEPL Tablo B.16 ile puanlar.
Elektrik Dağıtım Tasarımı –Kablolama Sistemleri Kayıpları
IEC 60364-8-1: 2014'ün şu anki sürümü, dört alana odaklanarak kablo dağıtım sistemindeki elektrik kayıpları ile ilgilidir:
- gerilim düşümü;
- iletken kesit alanı;
- güç faktörü düzeltmesi;
-harmonik akımlarının etkilerinin azaltılması
a)Gerilim Düşümü
Kablolamadaki gerilim düşümü kayıplarını azaltmak iletken kayıplarının azaltılması ile sağlanır.
Tesisatlardaki maksimum gerilim düşümü ile ilgili tavsiyeler IEC 60364-5-52:2009 standardının 525. maddesinde yer almaktadır.
Tüketicilerin tesis ile cihazlar arasındaki gerilim düşümü yukarıda verilen değerlerden daha büyük olmamalıdır.
b) Enerji Verimli İletken Kesit Alanı Seçme
Tesiste trafodan sonra en çok akım taşıyan ve bunu uzun süre taşıyan kolon kabloları ve busbarlardır. Buradaki kayıplar birçok farklı değişken ile ilgilidir. Kolon hatlarının kısa olması kayıpları azaltır. Bunun yolu trafoyu yüke yakın konumlandırmaktır. Standart bu konuda bize barycenter(yoğunluk merkezi) yöntemini kullanmamızı öğütler. Bu konu ile ilgili makalemizi daha önce sunmuştuk. Herhangi bir enerji kaynağının yeri yoğunluk merkezine en yakın noktada optimize edilir, bu şekilde besleme giriş noktası ile elektrik altyapısı arasında hizmet gören kolon hatlarındaki kayıplar en aza indirilir. IEC 60364-842014’de EM Tablo B.2 bu konuyu puanlar.
İletken kesit alanlarının arttırılması güç kayıplarını azaltacaktır. Bu karar belli bir zaman ölçeğinde fazla boyutlandırmadan kaynaklanan ek maliyetlere karşı (over size) elde edilecek tasarruflar değerlendirilerek verilir.
Kablolar için seçilen kesit, ilk yatırım maliyetine karşın kablonun çalışma ömrü boyunca meydana gelen kayıpların maliyetleri dikkate alınarak belirlenir. Hesaplama metodu IEC 60287-3-2.’de bulunabilir.( Başka bir yazımızda bu konuyu açıklayacağız.)
Daha küçük kesitli iletkenler için, beslenen yüklerin gelecekti büyümelerine bağlı “I²Rt” kayıp ve sınırlamaları dikkate alınması gereklidir
Güç Faktörü Düzeltilmesi
Yük seviyelerindeki reaktif güç kayıplarının azaltılması, iletkenlerdeki ısıl kayıpların azalmasını sağlar. Güç faktörünü düzeltmede kullanılan en uygun çözüm ilgili yük devresinde kompanzasyon sistemi kurulması olabilir.
Kompanzasyon sistemi, uygulama tipine göre yük mertebesinde veya merkezi olarak yapılabilir. Her bir uygulama tipi tasarımın başında belirlenir..
Ülkemizde güç faktörü düzeltmesi ADP‘de merkezi kompanzasyon şeklinde yapılmakta ve elektrik idaresine ceza ödememe amacını gütmektedir. Biliyoruz ki kompanzasyon yapıldığı noktanın öncesine faydalıdır, sonrasına değil. Böylece elektrik idaresinin kayıpları önlenmiş olur ama içerde bizim kayıplarımız devam eder. Dolayısı ile IEC 60364-8-1 ‘nin istediği tam bu değildir. Kolon hatlarında ki kayıpların azaltılması için ADP’nin beslediği DP ve MCC’lerde kısmı kompanzasyon yapılmalıdır.
Büyük motorların besleme hat kayıplarının azaltılması için ise motor terminalinde kompanzasyon yapılmalıdır. Dolayısı ile yapılacak iş ADP’deki merkezi komyanzasyonu bölüp yukarıya doğru dağıtmaktır. Maliyet artacaktır ancak kolon hat ve büyük besleme hat kesitleri azalacaktır. İstenen bu önlemle ilgili puanlama IEC 60364-8-1:2014’de EM Tablo B.8 ve EM Tablo B.9’da yapılır.
Otomatik kompanzasyon düzeneğinin kurulması alt yapısal/pasif bir önlemdir. Standard bu önlemi önemsediği için onun doğru çalıştığının ve devamlı devrede olduğunun gözlenmesini, bozulma olur ise anında ikaz alınmasını istiyor. Bunun için bir ölçüm ve alarm düzenine ihtiyaç vardır. Bu üst yapı önlemi için puanlama İEC 60364-8-1:2014’de EEPL Tablo B.15 de yapılır
Harmonik Akımların Etkilerinin Azaltılması Filtrelenmesi
Harmonikler tesisatın derinliklerinde saklanan bozunumlardır. Eskiden onlarla ilgilenmiyorduk çünkü yok seviyesinde idiler. Evlerimizde, işyerlerimizde elektronik cihazlar arttıkça çoğaldılar. Günümüzde -üç fazlı olsun, tek fazlı olsun- harmonik bozunum üretmeyen -nerede ise- hiçbir cihaz kalmamıştır. Bu cihazlar sistemde harmonikler yaratırlar .
Tasarımda ve uygulama sonrasında da gereken ölçümler yapılarak harmoniklerin azaltılması ile ilgili önlemlerin ilgili standartlar doğrultusunda alınması çok önemlidir.
Harmonik sınırları ile ilgili uyulması gereken standart EN 50160 doğrultusunda gereği yapılmalıdır.
IEC 60364 -5-52 Standardı dengeli üç fazlı sistemlerde harmonik akım etkileri ile ilgili harmonik akımlar için azaltma faktörleri tanımlanmıştır.
Üçüncü harmonik ve üçüncü harmonik akımının tek katlarının % 33 toplam harmonik bozulmasından daha yüksek olduğu durumda nötr iletkenin kesit alanının artırılması gerekli olabilir. Dengeli üç fazlı sistemlerin nötründe akan akımın olduğu durumu kapsaması için amaçlanmıştır. Bu şekildeki nötr akımları nötrde kaybolmayan harmonik bir bileşene sahip hat akımlarından kaynaklanır. Nötrde kaybolmayan en önemli harmonik çoğunlukla üçüncü harmoniktir. Üçüncü harmonikten kaynaklanan nötr akımının genliği güç frekanslı hat akımının genliğini aşabilir. Bu gibi durumlarda nötr akımı devredeki kabloların akım taşıma kapasiteleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olacaktır.
Aşağıda verilen azaltma faktörleri dengeli üç fazlı devrelere uygulanır.
Sadece üç fazın ikisi yüklüyse durumun daha güç olduğu bilinmektedir. Bu durumda nötr iletken dengesiz akıma ilave olarak harmonik akımlarda taşıyacaktır. Böyle bir durum nötr iletkenin aşırı yüklenmesine yol açabilir.
Örnek olarak flüoresan, led aydınlatma cihazları ve bilgisayarlardaki gibi d.a. güç besleme kaynakları önemli derecede harmonik akımlara sebep olabilen cihazlardır..
Harmoniklerde devrelerde lEC 60364-8-1:2014 harmoniklerden korunmak için açık ve net bir altyapı talebinde bulunmaz. Talebi THDi (toplam harmonik bozunum-akım) ve THDu (toplam harmonik bozunum-gerilim) değerlerinin gözlenip gerekli önlemlerin sahada alınmasını ister. Bu konu ile ilgili üst yapısal önlemler lEC 60364-8-1:2014’de EM Tablo B.12’ de puanlanır. Gerçekten de harmonikleri gözlemlemek gizemli sorunların çözümü için ön şarttır.
Bundan sonraki yazımızda” Dağıtım Kontrol Gereklilikleri “anlatılacaktır. Yeni makalemizde görüşmek üzere
Paylaş:
SON YAZILAR
Alçak Gerilim Pano Uygulamalarında Deprem Güvenliği Bölüm-2 08 Ağustos 2020
Akıllı LED Lambaların Teknik ve Ekonomik Analizi 08 Ağustos 2020
Kişisel Verilerin Korunması Kanunu Yazı Dizisi-15 08 Ağustos 2020
Asenkron Motorlara Reaktör ile Yol Verme Uygulamaları 08 Ağustos 2020
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!