Hastane Transformatörü: 300 Yataklı Bir Hastanenin 11 kV Beslemesi Nasıl Boyutlandırılır, Tıbbi IT Sistemleri ve N+1 Yedeklilik Spesifikasyonu Neden Değiştirir

Önce cevap: 300 yataklı bir hastane 4.249 kW, 4.828 kVA yüktür ve bunu dört adet 2.000 kVA 11/0,415 kV ünite taşır — trafo seviyesinde N+1, yalnızca alt seviyede 2N

Sayıyı metrekare başına watt'tan değil, bir yük çizelgesinden oluşturun: 6.380 kW bağlı yük, çeşitlilik sonrası 15 dakikalık tepe değerinde 4.249 kW'a dönüşür; bu da 0,88 güç faktöründe 4.828 kVA eder ve bunu gerçekten besleyen bank, normalde açık bir bara bağlantısıyla iki bağımsız besleyici üzerindeki dört adet 2.000 kVA 11/0,415 kV Dyn11 ünitedir — normal işletmede %60 yüklü, herhangi bir ünite devre dışıyken derate edilmiş anma değerlerinin %87'sinde. Hastanelerin aslında tartıştığı yedeklilik trafoda değildir: kritik kolda 2N'dir; yani her biri tam ameliyathane ve yoğun bakım yükü için boyutlandırılmış iki adet 600 kVA UPS, iki adet dört kutuplu ATS ve iki adet AG panosu; ve AG şalt ekipmanını ikiye katlayıp topraklamayı baştan yazan şey kVA sayısı değil, bu karardır. Bir hastane spesifikasyonunu aynı büyüklükteki bir fabrika spesifikasyonundan ayıran üç şey vardır: grup 2 tıbbi mahaller, yalıtım izlemeli 18 adet tek fazlı tıbbi IT sistemi gerektirir; MRI ve CT darbeli yükleri AG tasarımını yatak sayısından daha fazla belirler; ve hiç kapanmayan bir bina, trafo kaybını yılda 4.050 eşdeğer tam yük saatinde değerlendirir; bu da bir S13 çekirdeği S11'den 2.600 USD daha değerli kılar ve amorf çekirdeği tamamen değersiz hale getirir.

Önemli çıkarımlar

• 6.380 kW bağlı yük × 0,67 çeşitlilik = 4.249 kW talep = 0,88 GF'de 4.828 kVA; dört adet 2.000 kVA ünite normalde %60'ta ve bir ünite devre dışıyken 45 °C anma değerlerinin %87'sinde çalışır, yani yedek nominal değil gerçektir.
• Hastane yük faktörü 0,68'dir; bir fabrikanın 0,35–0,45'i değil: boşta kayıp yılda kW başına 1.051 USD, yük kaybı yılda kW başına 444 USD değerindedir; bu nedenle dört trafo yılda 44.800 USD elektrik tüketir — satın alma fiyatlarının %20'si, her yıl.
• 2N trafolara değil, kritik kola uygulanır: iki adet 600 kVA UPS, anahtarlamalı nötr ile iki adet dört kutuplu ATS ve her biri tam ameliyathane/YB yükü için anma değerinde iki adet AG panosu. Trafo seviyesindeki yedeklilik N+1'dir ve aksini varsaymak, ölçülebilir hiçbir kullanılabilirlik sağlamadan 700.000 USD değerinde şalt ekipmanı ekler.
• IEC 60364-7-710; 12 ameliyathane, 2 kateter laboratuvarı ve 4 YB kümesi için 8 kVA'lık 18 tıbbi IT sistemi gerektirir; her biri 50 kΩ'da alarm vermesi gereken bir yalıtım izleme cihazı, 0,2 Ω veya altında bir eşpotansiyel kuşaklama sistemi ve yalnızca bir UPS'in karşılayabileceği 0,5 s besleme geri yüklemesi ile birlikte, çünkü jeneratörler 10 s'ye ihtiyaç duyar.
• UPS doğrultucuları, görüntüleme ve chiller VFD'lerinden gelen harmonik akım, 11 kV ortak bağlantı noktasında %9,1 TDD'dir ve IEEE 519'un %8,0 sınırına karşıdır; %4 hat reaktörleri artı 300 A aktif filtre bunu yaklaşık 92.000 USD karşılığında %5,6'ya indirir ve hiçbir şey yapmamak, kondansatör arızaları ve nötr aşırı ısınmasında filtrenin maliyetinden daha fazlasına mal olur.

300 yataklı bir hastane gerçekte ne kadar güç çeker ve metrekare başına watt neden yanlış başlangıç noktasıdır?

Farklı ülkelerdeki tasarım ofisleri hastane talebi için 40 ila 120 W/m² arasında değerler verir ve bu dağılım bir iklim farkı değil, bir kapsam farkıdır. 90 W/m² ile 45.000 m²'lik bir bina 4.050 kW eder; bu, ağır görüntüleme içeren tam hizmetli bir hastane için doğru cevaba yakın düşer ve MRI'sı, kalp kateter laboratuvarı ve kiralık chiller santrali olmayan aynı bina için tamamen yanlıştır. Aşağıdaki yük çizelgesi, kapsam değişikliğine dayanan sürümdür; çünkü her satır bir odaya, bir makineye veya bir çizime kadar izlenebilir ve buna göre teklif veren bir üretici çeşitliliğin nereden geldiğini görebilir.

Tablodan önce anlaşılması gereken ikinci şey, bir hastanenin tepesinin bir vardiya tepesi olmadığıdır. Fabrikalar saat 10:00'da tepe yapar ve gece %40 düşer; bir hastane ise chiller'ların, ameliyathanelerin ve akşam ziyaret yükünün çakıştığı öğleden sonranın geç saatlerinde tepe yapar ve saat 03:00'te tepe değerinin yalnızca yaklaşık %55'ine düşer; çünkü servisler, yoğun bakım, nöbetteki görüntüleme, IT ve sterilizasyon tesisi çalışmaya devam eder. Bu düz profil, bir hastanedeki trafoların aynı kVA'daki bir tesisteki trafolardan farklı değerlendirilmesinin nedenidir.

Bu tablodan iki gözlem çıkar. Birincisi, merkezi tesisat 944 kW ile en büyük tek bloktur ve ayrı bir sözleşmede yer aldığı için müşterinin kendi tahmininde en sık dışarıda bırakılan bloktur — hastanelerin, binaya göre değil bina artı soğutma gruplarına göre boyutlandırılmış bir trafo bankasıyla sonuçlanmasının nedeni budur. İkincisi, görüntüleme grubu yalnızca 333 kW talep, yani toplamın %8'i kadardır, ancak aşağıda açıklanan nedenlerle binadaki herhangi bir diğer %8'den daha fazla AG spesifikasyonunu belirler.

Yıllık tüketim profilden çıkar: 0,68 yük faktöründe 4.249 kW, ortalama 2.889 kW veya yılda 25,3 GWh eder ve 0,12 USD/kWh ile bu 3,0 milyon USD elektrik demektir — buna karşılık trafoların kendi kayıpları olan 373.000 kWh, yaklaşık 44.800 USD, %1,5'tir. Yüzde olarak küçük, mutlak olarak büyük ve yirmi yıl boyunca sabittir. Boyutlandırma aritmetiği herhangi bir diğer bina ile aynıdır; kVA ve yük faktörünü bir bütçe rakamına dönüştüren tek satırlık formülü istiyorsanız, boyutlandırma ve bütçe formülü kılavuzunda yer alır.

Kritik kol 2N iken trafo bankası neden N+1'dir?

Çünkü iki yedeklilik tamamen farklı şeyler satın alır. Arızalanan bir trafonun değiştirilmesi sekiz saat sürer ve mobil bir ünitenin gelmesi iki gün alır; bu nedenle trafo seviyesinde ihtiyacınız olan şey yedek bir kapasite yolu, kopya bir yol değildir: yükü üçünün taşıyabildiği dört ünite. Arızalanan bir UPS veya transfer yapamayan bir ATS, ameliyathaneyi milisaniyeler içinde karanlığa bürür ve kullanımdaki bir ameliyat masasının mobil bir ikamesi yoktur — bu nedenle kritik kolun her zaman enerjili ve akım taşıyan, ikinci, bağımsız, tam kapasiteli bir yola ihtiyacı vardır. Bu 2N'dir ve bambaşka bir şeydir.

Bunun pratik sonucu, paranın beşinci bir transformatöre değil, AG şalt ekipmanına gitmesidir. Burada kullanılan tasarımda iki farklı 110/11 kV trafo merkezinden gelen iki adet 11 kV besleme hattı, dört adet 2.000 kVA transformatör, her biri 3.200 A olan iki adet AG ana pano ve normalde açık olup besleme hatlarından birinin kaybı durumunda otomatik olarak kapanan 3.200 A dört kutuplu bara kuplajı bulunmaktadır. Bunun üzerine 2N unsurları eklenmiştir: her biri 467 kVA'lık kritik yükün tamamını taşıyabilen iki adet 600 kVA statik UPS, jeneratör tarafında iki adet dört kutuplu ATS ve UPS çıkışından her ameliyathanenin medikal IT panosuna çift besleme hattı; böylece tek bir Ameliyathane bile karanlıkta kalmadan UPS'lerden herhangi biri batarya değişimi için devre dışı bırakılabilir.

2N'in şartnamede gerçekte neyi değiştirdiğini açıkça belirtmek gerekir, çünkü ihale belgeleri sıklıkla "2N" der ve ardından 1N donanım satın alır:

Son satır asıl meseledir. 2N transformatör bankı, transformatör sermayesini ikiye katlar, boşta kaybı ikiye katlar ve taban alanını ikiye katlar; buna karşılık N+1 bankının zaten sağladığı kullanılabilirliği satın alır, çünkü koruduğu arıza modu — iki transformatörün eşzamanlı kaybı — iki bağımsız besleme hattına sahip bir binada inandırıcı bir senaryo değildir. 2N parasını arızanın anlık olduğu kola harcayın. Bir hastanenin mükemmel yedekli bir transformatör bankı ve tek bir ATS ile, bunun tersinden daha az güvenilir olmasının nedeni de budur ve paralel çalışma kuralları burada yalnızca bara kuplajının kapandığı kısa an için önemlidir: paralel hale gelen iki transformatörün empedansları eşleşmiş ve kademe konumları aynı olmalıdır, aksi halde kuplaj herhangi bir yükü taşımadan önce sirkülasyon akımı taşıyacaktır.

IEC 60076-2 40 °C'yi varsayarken üniteler neden 45 °C'de anma değerinde olmalıdır?

Çünkü IEC 60076-2 anma gücünü 40 °C maksimum ortam sıcaklığı, 30 °C aylık ortalama ve 20 °C yıllık ortalama ile tanımlar ve Lagos, Cakarta, Chennai veya Cidde'deki bir hastane tesis dairesi yılda dört ayı 40 °C'nin üzerinde geçirir. 2.000 kVA olarak sipariş edilip 45 °C'lik bir odada kurulan bir transformatör, etiketinde aksi yazsa da 1.860 kVA'lık bir transformatördür ve bu fark ancak ikinci ünitenin bakım için devre dışı olduğu gün ortaya çıkar.

Düşürme doğrusal değildir ve her soğutma sınıfı için aynı değildir; bu nedenle şartname, sonradan bir pratik kural uygulamak yerine saha ortam sıcaklığındaki anma değerini talep etmelidir. 105 K ortalama sargı sıcaklık artışı ve 78 K üst yağ sıcaklık artışına sahip bir ONAN ünitesi için, 40 °C üzerindeki her bir ortam sıcaklığı derecesi, sabit sıcak noktada anma gücünün yaklaşık %1,2'sine mal olur; aşağıdaki sayılar ihaleye konulması gerekenlerdir ve aynı hesaplama yükseklik için yükseklik ve sıcaklık düşürme kılavuzunda işlenmiştir.

50 °C'de tasarım başarısız olur: tek bir arıza sonrasında %94'lük düşürülmüş anma değeri, yük artışı için hiçbir şey bırakmaz, dördüncü yılda eklenen ek soğutucu için hiçbir şey bırakmaz ve görüntüleme yenilemesinin getirdiği %3–5'lik yıllık büyüme için hiçbir şey bırakmaz. İşte bu, 45 °C belirtmenin ve beraberinde gelen soğutma kademesini belirtmenin gerekçesidir — 1.860 kVA'da ONAN, 2.325 kVA'da ONAF mevcut, fanlar manuel bir anahtara değil sargı sıcaklığına kilitlemeli. ONAN ve ONAF anma değerleri arasındaki fark ve her birinin gürültüye ve fan arıza riskine etkisi soğutma yöntemleri ve sıcaklık artışı kılavuzunda açıklanmıştır; burada fanların satın alabileceğiniz en ucuz %25 kapasite olduğunu ve yalnızca kontrol şeması onları gerçekten çalıştırırsa yardımcı olduklarını belirtmek yeterlidir.

İkinci termal soru, ihale sırasında kimsenin sormadığı sorudur: havalandırma arızalandığında trafo odası ne kadar ısınır? Hava akışı olmayan bir odada 35 kW'lık trafo kaybı, üniteler sargı sıcaklığından açana kadar hava sıcaklığını sınırsız yükseltir ve hastane bir ameliyatın ortasında beslemesinin yarısını kaybeder. Çözüm elektriksel değil mekaniktir — 10.500 m³/h zorlamalı havalandırmalı bir oda, alt seviyede giriş, radyatörlerin üzerinde üst seviyede egzoz ve trafonun kendisinde değil mühendislik ofisinde alarm veren bir yüksek sıcaklık alarmı.

Tıbbi IT sistemi trafodan ne ister ve neden basitçe bir RCD olamaz?

IEC 60364-7-710 tıbbi alanları 0, 1 ve 2 gruplarına ayırır ve grup 2 — ameliyathaneler, kateter laboratuvarları, yoğun bakım ve invaziv bir işlem sırasında şebeke arızasının hayati tehlike oluşturduğu herhangi bir oda — tıbbi IT sistemi üzerinden beslenmelidir. Bir IT sisteminde canlı iletkenler ile toprak arasında doğrudan bağlantı yoktur, bu nedenle toprağa ilk arıza akım akıtmaz, hiçbir şeyi açmaz ve ameliyathaneyi karanlığa boğmaz. Bunun yerine, bir yalıtım izleme cihazı toprağa karşı direnci ölçer ve 50 kΩ'da alarm verir, böylece personel ikinci bir arıza birinciyi kesintiye dönüştürmeden önce işlemi bitirmek ve hastayı taşımak için zaman kazanır.

Bu mimari, trafoyu toplu bir cihazdan küçük, tek fazlı, kasıtlı olarak izole edilmiş bir cihaza dönüştürür. Her grup 2 odası veya kümesi, IEC 61558-2-15'e göre üretilmiş, ekranlı sargılı, yalıtım izlemesini doyuma ulaştırmayacak kadar düşük kaçak akımlı ve ameliyathane her enerjilendiğinde 16 A MCB'yi açmayacak bir ani akım karakteristiğine sahip kendi 8 kVA tek fazlı trafosuna sahiptir — ani akım, tıbbi IT sisteminin istenmeyen açmalarının olağan nedenidir ve ani akım kılavuzunun açıkladığı gibi bu bir kesici sorunu değil, trafo seçimi sorunudur.

Bu tasarım 18 sistem kullanır: her ameliyathane için bir tane (12), her kateter laboratuvarı için bir tane (2) ve 12 yataklı yoğun bakım kümelerine hizmet veren dört tane. Diğer gereksinimler aynı maddeden kaynaklanır ve bir hastanenin elektrik denetçisinin gerçekte test edeceği şeylerdir:

• 0,2 Ω veya daha az eşpotansiyel bağlama, odadaki herhangi iki açıkta iletken parça arasında ölçülür; ameliyat masası, anestezi makinesi ve metal aksam dahil — tasarlaması kolay ancak bağlama tek bir referans çubuğuna yıldız bağlantı yerine zincirleme yapılırsa elde edilmesi zor bir değer.
• Personelli bir konumda alarm bildirimi, yalnızca trafoda değil: IMD, alarmını ve test düğmesini ameliyathane kontrol masasında ve mühendislik ofisinde tekrarlamalıdır, çünkü asıl amaç birinin harekete geçeceği bir uyarıdır.
• Grup 2 konumlarındaki güvenlik hizmetleri için 0,5 s besleme geri yükleme. Jeneratörlerin yükü kabul etmesi 10 s sürer, bu nedenle 0,5 s UPS tarafından karşılanır ve tıbbi IT trafosu UPS'in alt akışında yer alır — bu da UPS'in isteğe bağlı yedeklilik değil, bir yönetmelik uyum cihazı olduğu ve 2N düzenlemesinin bir ameliyathaneyi kapatmadan akü bakımına olanak tanıyan şey olduğu anlamına gelir.
• IT tarafında RCD yok. Ameliyathane devresindeki 30 mA RCD bir istenmeyen açma üreticisidir ve amacı boşa çıkarır; RCD'ler grup 1 devrelerine, IT bölgesi dışındaki prizlere ve üreticinin gerektirdiği görüntüleme besleyicilerine aittir.

Transformatör düzeyinde bir sonuç daha: 18 medikal IT transformatörü tek fazlıdır ve binaya dağılmış durumdadır, bu nedenle yükleri doğal olarak dengeli değildir. AG pano tasarımı, bunları fazlara kasıtlı olarak atamalıdır — her ameliyathanenin yükü yaklaşık 8 kW'tır, yani faz başına altı ameliyathane dengelidir; beş ameliyathane ise nötr akımına ve transformatörde küçük bir negatif bileşen bileşenine dönüşen 1,6 kW'lık bir dengesizliktir. Tehlikeli değildir, ancak ölçülebilirdir ve devreye alma raporunun özensiz görünmesine neden olan türden bir şeydir.

Neden MRI ve CT, yatak sayısından daha fazla AG tasarımını belirler?

Bir 3T MRI, kompresörleri, soğutucuları ve elektroniği için sürekli olarak yaklaşık 45 kW çeker ve ardından bir tarama dizisi sırasında iki ila beş saniye boyunca 90–120 kVA çeker. Bir CT, saatte altmış kez yarım saniyelik darbeler halinde 50–80 kVA çeker. Bir DR odası 100 ms boyunca 30–50 kVA çeker. Bu sayıların hiçbiri 4.249 kW'lık bir hastaneye göre büyük değildir ve hepsi onları besleyen yolun empedansına göre büyüktür; bu nedenle görüntüleme odaları kVA ile değil, gerilim düşümü ile belirlenir.

Aritmetiği bir kez yapmaya değer. %6 empedanslı 2.000 kVA'lık bir transformatörün 415 V'ta kaynak empedansı 0,0052 Ω'dur ve anma akımı 2.782 A'dır. 0,9 güç faktöründe 80 kVA'lık bir CT darbesi 124 A'dır, dolayısıyla yalnızca transformatöre atfedilebilen düşüm (124/2.782) × %6 = %0,27'dir. 0,08 Ω/km'de 60 m 4 × 185 mm² kablo eklendiğinde düşüm %0,6 olur. Aynı CT'yi iki asansör, bir mutfak ve bir çamaşırhane de taşıyan 400 A'lık bir panodan besleyin; tarama sırasında ölçülen düşüm %2,4'e ulaşır çünkü diğer yükler de darbe yapar — ve "%3'ten az geçici düşüm" belirten bir görüntüleme tedarikçisi artık bir asansör kalkışı kadar servis çağrısından uzaktadır.

Bunu takip eden şartname kısa ve tartışmasızdır: her görüntüleme odası, kat dağıtım panosundan değil, AG ana panosundan özel bir besleme hattı alır; MRI kendi 250 kVA dökme reçineli transformatörünü veya K-13 sınıfı özel bir 400 A besleme hattını alır; K-faktörü önemlidir çünkü görüntüleme doğrultucu akımı 5. ve 7. harmonikler açısından zengindir ve standart bir transformatörün girdap akımı kaybı anma kapasitesinden daha hızlı artar; bu tam olarak K-faktörü seçim kılavuzunun nicelendirdiği şeydir; nötr, fazın %200'ü boyutundadır çünkü aynı doğrultucular nötrde iptal olmak yerine toplanan üçlü harmonik üretir.

İki fiziksel gereksinim, ekipman gelene kadar rutin olarak unutulur. MRI, dış havaya bir söndürme borusuna ihtiyaç duyar; tedarikçi tarafından boyutlandırılır ve yapısal döşeme dökülmeden önce güzergâhı belirlenir; ayrıca hiçbir transformatör, UPS veya jeneratörün işgal edemeyeceği manyetik alan için 3 m'lik bir yasak bölgeye ihtiyaç duyar. CT ve DR odaları, transformatörün ve besleme hattının korumalı muhafazanın dışında olmasını gerektirir çünkü radyo frekans kalkanı oda büyüklüğünde bir Faraday kafesidir ve içine giren bir kablonun filtrelenmiş bir geçişe ihtiyacı vardır. Bunlar çizim meseleleridir, ancak trafo merkezinin nereye gideceğine karar verirler ve planlanandan 40 m daha uzağa düşen bir trafo merkezi, kabloda transformatörün toplam maliyetinden daha fazlasına mal olur.

Bir hastane gerçekte ne kadar harmonik bozulma üretir ve bu gerçekten IEEE 519'u aşar mı?

Evet ve sürpriz bunun nereden geldiğidir. Hastaneler ark ocakları değildir; bozulma üç sıradan şeyin toplamıdır — UPS doğrultucuları, görüntüleme doğrultucuları ve soğutucu VFD'leri — bunların her biri tek başına kabul edilebilir ve toplu olarak sınırın üzerindedir. 415 V'ta tepe talepteki toplam temel akım 6.717 A'dır. Bunun yaklaşık 2.578 A'sı (%38) doğrusal olmayan giriş katlarından akar ve her türün kendi harmonik imzası vardır.

11 kV ortak bağlantı noktasında temel akım 253 A ve kısa devre akımı 13,1 kA'dır; I_sc/I_L oranı 52'dir. IEEE 519-2014 Tablo 2, bu oran bandındaki 1–69 kV'luk bir sistem için %8,0 toplam talep bozulmasına izin verir, dolayısıyla %9,1 gerçek bir aşımıdır — yuvarlama hatası değildir ve aynı besleyicide kondansatör bankı arızaları yaşamaya başlarsa bir kamu hizmeti şirketinin göz ardı edeceği bir şey değildir.

Çözüm, alternatifine kıyasla kasıtlı olarak ucuzdur. Her VFD üzerindeki yüzde dörtlük hat reaktörleri, sürücü katkısını sürücü akımının %35'inden %22'sine düşürür ve her AG ana panosundaki 300 A aktif filtre, kalan 5. ve 7. harmonikleri kaynağında yok eder; ölçülen sonuç %5,6 TDD olup, 8,0% sınırının rahatça içinde ve daha da faydalısı, çoğu görüntüleme üreticisinin sessizce talep ettiği %5'in içindedir. Hastane güç faktörü düzeltmesi istiyorsa (ve 0,88 değerinde istemelidir), kondansatör grupları %7 detuned olmalıdır — %38 doğrusal olmayan yük üzerindeki düz bir grup 5. harmonikle rezonansa girer ve iki yıl içinde arızalanır; bu, tüm elektrik paketindeki en pahalı derslerden biridir ve transformatör tarafından harmonikler kılavuzunda ele alınmaktadır.

İhaleye eklenmesi gereken ve neredeyse hiç bulunmayan bir sayı: IEEE C57.110'a göre sinüzoidal olmayan yük altında transformatörün kendi derating değeri. %9,1 TDD taşıyan 2.000 kVA'lık bir ünite bu seviyede derating gerektirmez, ancak yalnızca görüntüleme yükünü taşıyan 2.000 kVA'lık bir ünite — K-13 görevi, %40 harmonik içeriği — gerektirir ve üretici, hastanenin 1,0 varsaymasına bırakmak yerine K-faktörünü belirtmelidir.

Jeneratörler devraldığında transformatörlere ne olur?

Şalt ekipmanı satın alınmadan önce transfer tasarlanmış olması koşuluyla şiddetli bir şey olmaz. Buradaki temel yük 1.560 kW'dır — 380 kW yaşam güvenliği (yangın pompaları, duman tahliyesi, kaçış aydınlatması, alarmlar) ve 1.180 kW kritik (ameliyathaneler, yoğun bakım, temel hatta görüntüleme, BT, kan bankası, yenidoğan yoğun bakım) — ve N+1 konfigürasyonunda üç adet 1.000 kW dizel jeneratörle beslenir; her biri normal yedeklemede %52, biri bakım için devre dışıyken %78 yüklenir. Jeneratörler soğutucuları taşımaz: 700 kW'lık bir soğutucu, hastanenin iki saat boyunca onsuz yaşayabileceği bir yük için jeneratör boyutunu ikiye katlayacak 630 kW'lık bir motor yüküdür, bu nedenle temel barada yalnızca bir adet 250 kW scroll soğutucu bulunur; bu da ameliyathaneler ve yoğun bakım için yeterlidir.

Ameliyathanenin aydınlık kalıp kalmayacağını belirleyen şey transfer sırasıdır. Her iki besleyicinin kaybında AG ana panosundaki ATS 10 s içinde transfer eder; bu, NFPA 110 Type 10'un gerektirdiği ve bir dizelin başlaması, nominal hıza ulaşması ve yükü kabul etmesi için ihtiyaç duyduğu süredir. On saniye bir ventilatör için sonsuzluk gibidir, bu nedenle UPS kritik kolu bu on saniye boyunca ve jeneratörlerin kararlı olduğunu doğrulamak için gereken 10 dakika boyunca besler — 2 × 600 kVA akü, %78 yükte 10 dakika için boyutlandırılmıştır çünkü bu, jeneratörleri çalıştırmak için yeterince uzun ve akü odasını küçük tutmak için yeterince kısadır. Ardından jeneratörler 1.560 kW'lık blok yükü kabul eder: kurulu kapasitenin %52'sinde bu, kalıcı mıknatıslı uyarma sistemine sahip bir grup için tek adımlı yük kabulüdür ve gruplar daha eskiyse veya yük 250 kW'lık soğutucunun doğrudan hatta yol vermesini içeriyorsa iki adımlı kabuldür.

Bunun doğru çalışıp çalışmayacağını üç ayrıntı belirler:

• Nötr anahtarlamalı dört kutuplu ATS. Medikal IT sistemleri ayrı türetilmiş kaynaklardır ve jeneratör de bir diğeridir. Nötr anahtarlanmazsa, iki sistemin nötr akımı bir yol paylaşır, yalıtım izleme var olmayan bir toprak arızası görür ve ameliyathane gece 3'te sebepsiz alarm verir. Kutup 4.000 USD'ye mal olur ve geri çağırma daha pahalıdır.
• Transformatöre geri besleme yok. ATS AG tarafında olmalı ve mekanik olarak kilitlemelidir, böylece jeneratör, şebekenin izole ettiği bir transformatörü asla enerjilendiremez — 11 kV'luk bir besleyiciye geri besleme, kariyerleri bitiren bir olaydır ve kilitleme bir PLC mantık satırı değil, mekanik bir cihazdır.
• Transfer boyunca TN-S olarak kalan topraklama. Hastanenin ana eşpotansiyel bağlama çubuğu, medikal IT sistemleri, UPS ve jeneratörler için referanstır; jeneratör ayrı topraklanır ve nötr anahtarlanırsa, bağlama çubuğu yine de iki toprak sistemini yalnızca tek bir noktada birleştirmelidir, aksi takdirde ameliyathanelerdeki 0,2 Ω eşpotansiyel gereksinimi karşılanamaz hale gelir. Düzenlemeler ve tuzaklar AG topraklama sistemi kılavuzunda ortaya konmuştur.

Yakıt, son boyutlandırma kararıdır ve değer mühendisliğinde kısılan karardır. 0,21 kg/kWh'de 72 saat boyunca 1.560 kW, 23,6 t dizel veya yaklaşık 28.000 litredir; bu da yangın dayanımına sahip sızdırmaz bir odada iki adet 15.000 litrelik tank anlamına gelir, 5.000 litrelik bir günlük tank ve bir vaat değil. Dokuzuncu saatte yakıtı biten bir hastane, kaçınmaya çalıştığı kesintinin aynısını satın almıştır.

Hastane için yağ daldırmalı mı yoksa dökme reçine kuru tip mi?

Dökme reçineli kuru tip, neredeyse her durumda ve bunun nedeni elektriksel performans değil, konumlandırmadır. Bir hastanenin yük merkezleri bodrumda ve dördüncü katta, ameliyathanelerin ve servislerin yanındadır ve iç mekânda yağlı bir transformatör bir yangın kompartımanı, bir yağ toplama çukuru, 3 saatlik yangın ayırımı ve çoğu yargı bölgesinde bir söndürme sistemi gerektirir — bunların tümü iki teknoloji arasındaki fiyat farkından daha pahalıdır ve hastanenin sahip olmadığı taban alanını tüketir. F1 yangın sınıfı, E2 çevresel sınıf ve C2 iklimsel sınıfına sahip IEC 60076-11 uyumlu dökme reçineli bir ünite yangını yaymaz, %100 nem yoğuşmasına dayanır ve −25 °C'de çalışır; bu yüzden iç mekân için varsayılan tercihtir.

Ekonomi, yalnızca transformatörler dış mekânda yaşayabildiğinde yağı destekler. Bu tasarım için tesis odası üniteleri 11/0.415 kV'ta 2.000 kVA dökme reçinedir ve bu güçteki karşılaştırma öğreticidir: S13 kayıplı bir ONAN yağlı ünite yaklaşık 54.600 USD, eşdeğer kayıplara sahip dökme reçineli bir ünite ise yaklaşık 92.000 USD tutar, yani kuru tip primi dört ünite genelinde kabaca 150.000 USD'dir. Buna karşılık, yağ seçeneği ayrı bir trafo binası, bir yangın duvarı, sızdırmaz çukurlu bir yağ çukuru ve daha uzun bir AG kablo güzergâhı gerektirir — inşaatta tipik olarak 180.000–250.000 USD — ve kuru tip toplam maliyette kazanırken aynı zamanda kendi elektrik bakım ekibi olmayan bir tesisten bir yağ elleçleme bakım kalemini de ortadan kaldırır. Hastanenin bir avlusu varsa ve bankayı dış mekâna koyabiliyorsa, hesap tersine döner ve yağ daha iyi bir satın alımdır; karar kuralı teknoloji tercihi değil, konumlandırmadır. Yağ ile kuru tip seçim kılavuzu endüstriyel binalar için aynı ödünleşimi ele alır.

Şartnameye iki uyarı girmelidir. Dökme reçineli üniteler birim fiyat başına daha düşük kısa devre dayanımına ve daha yüksek empedans toleransına sahiptir, bu nedenle geçiş arıza anma değeri 415 V terminallerinde mevcut olan 46,4 kA'ya göre belirtilmeli — varsayılmamalıdır. Ve dökme reçineli transformatörler aynı akı yoğunluğunda yağlı ünitelere göre kVA başına daha gürültülüdür, ki bu da bir sonraki sorudur.

Bir transformatör bir servisi rahatsız etmeden önce ne kadar gürültülü olabilir?

Standardın izin verdiğinden daha sessiz. 2.000 kVA ONAN yağlı bir ünite 1 m'de yaklaşık 62 dB(A) ölçer; eşdeğer dökme reçineli ünite 66 dB(A) ile 3–5 dB daha yüksektir. Hastane servisleri için WHO kılavuzu gecede 35 dB(A) ve hastaların uyuduğu odalarda 30 dB(A)'dır, bu nedenle transformatör 1 m anma değerine sahip bir dış mekân tesis kalemi olarak ele alınıp unutulamaz. Mesafe ve kütle işi yapar: ses basıncı mesafenin her iki katına çıkışında 6 dB düşer ve tesis odası ile bir servis arasındaki 200 mm beton duvar 40–45 dB zayıflama sağlar, bu da kaynaktaki 66 dB(A)'yı havalandırma gürültü tabanının altında bir şeye dönüştürür.

Bunun pratikte anlamı, ürün gereksinimi yerine bir konumlandırma kuralıdır: hiçbir transformatör doğrudan bir YBÜ, bir YDYBÜ veya bir hasta odasının altında ya da yanında olmamalı; tesis odası akustik ayırım detayına sahip bir taşıyıcı döşeme üzerinde olmalı; ünitelerin altında esnek bağlantılar ve yaylı izolatörler bulunmalı, çünkü 100 Hz'deki yapı kaynaklı titreşim bir beton çerçeve boyunca bir duvardan havadaki gürültüden daha uzağa gider; ve şartname IEC 60076-10 sınırı yerine 1 m'de 58 dB(A) talep etmeli, ki bu bir maksimumdur ve hedef değildir. Ölçüm yöntemi, çekirdek akı yoğunluğunun etkisi ve ses gücü ile ses basıncı arasındaki fark gürültü seviyesi kılavuzunda ortaya konmuştur; hastaneye özgü ek, bir hastanede gürültü şikâyetlerinin gece vardiyasındaki personelden gelmesi ve 10:00'da kabul edilebilir olan bir transformatörün 03:00'te kabul edilebilir olmamasıdır.

Havalandırma ve gürültü sonra birbirine karşı çeker: tesis odası 10 K yükselmede 35 kW kaybı uzaklaştırmak için 10.500 m³/h gerektirir ve bu büyüklükteki bir hava yolu akustik bir kaçaktır. Çözüm, doğrudan koridora açılan bir panjur değil, iki 90° dirsekli kaplamalı bir plenum ve fan için boyutlandırılmış susturuculardır — inşaatta 15.000 USD ve geriye dönük bir düzeltme olarak 150.000 USD tutan bir detay.

Günün her saati çalışma, kayıp değerlendirmesine ne yapar?

Boşta kaybı baskın terim yapar ve olağan "amorf çekirdek enerji tasarrufu sağlar" tavsiyesini yanlış kılar. Bir hastane yılda 8.760 saat 0,68 yük faktöründe çalışır, bu nedenle yük kaybı için eşdeğer tam yük saatleri 8.760 × 0,68² = 4.050 iken boşta kayıp 8.760 saatin her biri için birikir. 0,12 USD/kWh'de boşta kayıp kW başına yılda 8.760 × 0,12 = 1.051 USD ve yük kaybı kW başına yılda 444 USD değerindedir — hiçbir fabrikanın eşleşemeyeceği 2,4:1 oranı.

İkinci ve üçüncü satırları birlikte okuyun, çünkü sezgiye aykırı kısım tam da burasıdır. S13, S11'e kıyasla 0,45 kW boşta kayıp ve 0,7 kW yük kaybı tasarrufu sağlar; bu da birim başına yılda USD 813 değerindedir ve USD 2.600'lük fiyat farkını 3,2 yılda geri öder — açık bir kazanç. Amorf çekirdek bir 0,6 kW daha boşta kayıp tasarrufu sağlar; bu da birim başına yılda USD 631 değerindedir, ancak 1,4 kW yük kaybı ekler; bu da 4.050 eşdeğer saatte USD 680'lik bir maliyet demektir — birim başına yılda net USD 49 zarar. Bir hastanede, birim başına USD 5.500'lük amorf fiyat farkı hiçbir zaman geri ödenmez, çünkü yük faktörü, yük kaybının boşta kayıp kadar önemli olmasına yetecek kadar yüksektir. 0,25 yük faktörüyle bir konut besleyicisini besleyen bir trafo merkezinde cevap tam tersi olurdu; bu nedenle kayıp sınıfı karşılaştırması bir broşürden kopyalanmak yerine her yük profili için yeniden yapılmalıdır.

Bunu yakalayan ihale dili, bir verimlilik sınıfı değil, bir kayıp değerlendirme maddesidir: kapitalizasyon değerlerini belirtin (boşta kayıp için USD 1.051/kW, yük kaybı için USD 444/kW) ve her isteklinin kayıpları fiyatlandırılsın. Daha ucuz bir çekirdek sunan istekli, o zaman değerlendirmeyi görüşe değil aritmetiğe dayanarak kaybeder ve alıcı hangi verimlilik sınıfının "yeterli" olduğunu tartışmak zorunda kalmaz. Yalnızca kayıplara değil, tam sahiplik dönemine uygulanan aynı yöntem toplam sahiplik maliyeti kılavuzunda yer almaktadır.

Trafo şartnamesi aslında ne söylemelidir?

Her biri bir gerekçeye dayanan ve hiçbiri süs olsun diye tekrarlanmış bir standart madde olmayan on iki satır. Bu şekilde yazılmış bir şartname, bir isteklinin broşürle yanıtlayamayacağı kadar da kısadır.

Transformatörle ilgili olmayan ancak aynı belgede yer alması gereken iki madde: dört ünite birbiriyle değiştirilebilir olmalıdır; bu, eşleştirilmiş empedans ve aynı kademe aralığı anlamına gelir; 11 kV kablolar ise her transformatörün kendi anma değerine göre değil, kuplaj akımına göre boyutlandırılmalıdır — çünkü bara kuplajı kapandığı anda, bir besleyici tek bir ünite için sipariş edilmiş bir kablo üzerinden üç ünitenin yükünü taşır. Bu hata, devreye alma sırasında kuplaj yük altında test edildiğinde ve kablo sıcaklığı hesaplamada öngörülenden daha hızlı yükseldiğinde ortaya çıkar.

Elektrik paketi ne kadara mal olur ve en pahalıya patlayan dört hata hangileridir?

Bu kapsamdaki 300 yataklı bir hastane için komple elektrik altyapısı — transformatörler, 11 kV şalt, AG panoları, jeneratörler, UPS, medikal IT sistemleri, filtreler ve kablolama — yaklaşık 1,45–1,60 milyon USD, yani 120 milyon USD'lik bir inşaat bütçesinin yaklaşık %1,2'si tutarındadır. Aşağıdaki tablo, müşterinin satır satır kontrol edebileceği versiyondur.

En maliyetli dört hata egzotik değildir ve bunlardan üçü bina kullanıma açılana kadar görünmez:

• 40 °C'de boyutlandırma. Transformatör sermayesinde %7 tasarruf gibi görünür ve ünite başına 140 kVA kapasiteyi ortadan kaldırır; bu da tam olarak N+1 düzenlemesinin ihtiyaç duyduğu marjdır. 45 °C'lik bir trafo odasında, bir ünite devre dışıyken %87'de çalışan bir tasarımı, sıcak bir öğleden sonra %94'te çalışan ve açan bir tasarıma dönüştürür.
• Tek 11 kV besleme hattı. Farklı bir trafo merkezinden gelen ikinci bir besleme hattı, mesafeye bağlı olarak 250.000–400.000 USD'ye mal olur ve bir şebeke kablo arızasına karşı koruma sağlayan tek şeydir. Tek besleme hattı ve üç jeneratörü olan bir hastane, jeneratörlerini gerçek anlamda test eden bir hastanedir; hem de 02:00'de, bir doğumun tam ortasında.
• Üç kutuplu nötr ile tek ATS. Burada 22.000 USD tasarruf etmek, her ameliyathanede yanıltıcı izolasyon alarmlarına, arızayı bulamayan bir elektrikçiye ve sonunda devre dışı bırakılmış bir alarmla sonuçlanır — bu mümkün olan en kötü sonuçtur, çünkü devre dışı bırakılmış bir tıbbi IT alarmı, izlenen bir sistemi izlenmeyen bir sisteme dönüştürür.
• Düz bir kondansatör bankı. %38 doğrusal olmayan yükte, 600 kVAr'lık detune edilmemiş bir bank, 5. harmoniğe yakın ayarlanmış rezonans devresidir. Arızalanacaktır, ilk iki yazda arızalanacaktır ve kontaktörleri ve sigortaları da beraberinde götürecektir. Detune reaktörler %12 daha pahalıdır ve bankı bir filtreye dönüştürür.

Bunların hiçbiri bir üretim sorunu değildir ve hiçbiri daha iyi bir transformatör satın alınarak çözülemez. Hepsi tek hat şemasının çizildiği dört hafta içinde alınan kararlardır; bu yüzden bir hastanenin yapabileceği en faydalı şey, üreticiye bir kVA rakamı yerine bir yük çizelgesi ve bir yedeklilik beyanı vermektir — ve tedarikçi denetim kontrol listesindeki soruların satın alma siparişinden sonra değil, önce sorulmaya değer olmasının nedeni de budur.

Bu makaledeki tasarım kasıtlı olarak muhafazakârdır: yükü üçünün taşıyacağı yerde dört ünite, standardın 40'a izin verdiği yerde 45 °C sınıfı, kritik yükten daha büyük bir UPS ve harmonik sınırının gerektirdiğinden daha pahalıya mal olan bir filtre. Bu seçimlerin her biri, bir hastanenin sonradan satın alamayacağı bir şeyi satın alır — zamanı. %60'ta çalışan bir transformatör bankı ve herhangi bir bileşenini kaybettiğinde bir ameliyathanenin kararmadığı bir kritik kol, aşırı mühendislik değildir; hiç kapanmasına izin verilmeyen bir bina için asgari konfigürasyondur.

Sources / 资料来源

Kaynak: IEC 60076-1 — Güç transformatörleri: Genel (anma değerleri, toleranslar, rutin testler).
Kaynak: IEC 60076-2 — Güç transformatörleri: Sıvıya daldırılmış transformatörler için sıcaklık artışı (maksimum 40 °C ortam sıcaklığı, aylık 30 °C, yıllık 20 °C referans).
Kaynak: IEC 60076-3 — Güç transformatörleri: Yalıtım seviyeleri, dielektrik testler ve havadaki harici açıklıklar.
Kaynak: IEC 60076-5 — Güç transformatörleri: Kısa devreye dayanma kabiliyeti.
Kaynak: IEC 60076-7 — Güç transformatörleri: Mineral yağa daldırılmış güç transformatörleri için yükleme kılavuzu.
Kaynak: IEC 60076-10 — Güç transformatörleri: Ses seviyelerinin belirlenmesi.
Kaynak: IEC 60076-11 — Güç transformatörleri: Kuru tip transformatörler (yangın sınıfı F1, çevresel sınıf E2, iklimsel sınıf C2).
Kaynak: IEC 60076-20 — Güç transformatörleri: Enerji verimliliği.
Kaynak: IEC 60364-7-710 — Alçak gerilim elektrik tesisatları: Özel tesisat veya konumlar için gereklilikler — Tıbbi konumlar (grup 0/1/2 sınıflandırması, tıbbi IT sistemleri, yalıtım izleme, eşpotansiyel topraklama).
Kaynak: IEC 61558-2-15 — Transformatörlerin güvenliği: Tıbbi konumların beslenmesi için izolasyon transformatörlerine ilişkin özel gereklilikler ve testler.
Kaynak: IEC 60909-0 — Üç fazlı AC sistemlerde kısa devre akımları: Akımların hesaplanması.
Kaynak: IEC 61000-3-6 — Elektromanyetik uyumluluk: OG ve YG güç sistemlerinde bozucu yükler için emisyon limitlerinin değerlendirilmesi.
Kaynak: IEEE 519-2014 — Elektrik güç sistemlerinde harmonik kontrolü için önerilen uygulama ve gereklilikler (Tablo 2, 1 kV < V ≤ 69 kV).
Kaynak: IEEE C57.110 — Sinüzoidal olmayan yük akımları beslerken transformatör kapasitesinin belirlenmesi için önerilen uygulama.
Kaynak: IEEE 602 — Sağlık tesislerinde elektrik sistemleri için önerilen uygulama.
Kaynak: NFPA 99 — Sağlık Tesisi Kodu (temel elektrik sistemi, tip 1 ve tip 2 düzenlemeleri).
Kaynak: NFPA 110 — Acil durum ve yedek güç sistemleri standardı (Tip 10, 10 saniyelik transfer).
Kaynak: WHO Topluluk Gürültüsü Kılavuzları — hastane koğuşlarında önerilen gece limitleri 35 dB(A).
Kaynak: Sektör deneyimi — Güneydoğu Asya ve Orta Doğu'da tam hizmet veren hastaneler için yatak başına 4–6 kW ve ameliyathane başına 55–70 kW bağlı yük yoğunlukları, 2019–2025.
Kaynak: Sektör deneyimi — Endonezya, Vietnam ve Suudi Arabistan'daki hastane devreye alma kayıtlarından, BT ve asansör yüklerine hizmet veren ortak AG panolarında ölçülen 2,0–3,0% geçici gerilim düşümlerine karşılık görüntüleme besleyicilerinde 0,5–0,8%, 2021–2025.
Kaynak: Sektör deneyimi — dökme reçine ve yağa daldırılmış transformatörler arasındaki fiyat farkları ve kW başına 400–1.100 USD proje kayıp değerlendirme değerleri, sağlık projelerine yönelik transformatör ihaleleri, 2024–2026.
Kaynak: QDTB Mühendislik Ekibi — Güneydoğu Asya, Orta Doğu ve Afrika'daki sağlık projeleri için hastane yük çizelgeleri, trafo merkezi yerleşimleri ve transformatör spesifikasyonları, 2019–2026.