Poniższe pomysły i wskazówki należy brać pod uwagę podczas modernizacji istniejących urządzeń oraz projektowania nowego budynku.
Podczas projektowania zdarza się to zbyt często – pracujesz ciężko nad projektem, a klient decyduje się na weryfikację kosztorysu. Dowiadujesz się, że projekt zostaje zatrzymany z powodu przekroczenia kosztów. Następnie klient prosi o rozwiązania, które pomogłyby zredukować koszty konstrukcji z zachowaniem funkcjonalności obiektu. Pojedyncze elementy zostają usunięte z projektu. Wymyślne architektoniczne wykończenia, nieregularne pomieszczenia oraz zaokrąglone ściany zastąpione bardziej funkcjonalnymi rozwiązaniami. Oprawy oświetleniowe z górnej półki zastępowane są bardziej praktycznymi. W naturalny sposób uwaga skupia się teraz na systemie rozdziału energii, gdyż elementy systemu są drogie w zakupie i instalacji. W końcu, zostajesz poproszony o zaprojektowanie nowego rozwiązania systemu elektrycznego. Artykuł ten przedstawia pomysły na ogranieczanie kosztów podczas modernizacji istniejących obiektów oraz wskazówki dotyczące redukcji kosztów na etapie procesu projektowania nowego budynku.
Prawidłowe wymiarowanie instalacji podziemnej
Należy zabudować pod ziemią lub w podłodze betonowej tak dużą liczbę wyłączników i obwodów, jak to możliwe. Takie podejście redukuje koszty na wiele różnych sposobów. Koszty materiałów są obniżone przez zastosowanie tańszych rurek PCW zamiast droższych rurek metalowych, takich jak lekkie lub sztywne rurki stalowe. Eliminacja górnych układów wsporczych dla rurek instalacyjnych w dalszym stopniu zmniejsza koszty materiałów i robocizny. Instalacja rurek PCW jest łatwiejsza niż instalacja sztywnych rurek stalowych. Nawet gdyby wyłączniki i okablowanie w instalacjach podziemnych bądź betonowych wymagało zmiany parametrów, to zwiększony koszt okablowania jest z reguły niższy od kosztu instalacji poprowadzonej górą. Dodatkową zaletą instalacji wyłączników i okablowania pod ziemią lub w płycie betonowej jest potencjalnie skrócenie harmonogramu budowy. Podczas gdy oszczędności mogą być znaczące, to jednak takie podejście wymaga zwiększonej koordynacji podczas wyznaczania lokalizacji dla przewodów instalacyjnych. To może być trudne, jeżeli materiały nie zostały jeszcze dobrane lub zakupione. Dodatkowo takie rozwiązanie nie jest elastyczne i może w przyszłości ograniczyć inspekcje i naprawy okablowania.
Układ trójprzewodowy
Zaprojektuj układ trójfazowy trójprzewodowy (trzy fazy plus uziemienie), nawet jeśli występują odbiorniki wymagające zastosowania przewodu neutralnego. Przewód neautralny jest z reguły takich samych rozmiarów jak przewody fazowe, ponieważ często projektant nie ma dostępu do wszystkich informacji o odbiornikach potrzebnych do zaprojektowania mniejszego przekroju przewodu neutralnego. Co więcej, zmniejszony przekrój może ograniczyć modyfikacje odbiorów w przyszłości. Z tego powodu projektant jest z reguły konserwatywny i proponuje pełny wymiar przewodu neutralnego w sytemie dystrybucji energii. To wpływa na zwiększenie kosztów okablowania zasilaczy o około 25%. W rzeczywistości faktyczny koszt jest znacznie większy, ponieważ przewód neutralny przewodzi prąd, a jeżeli występują cztery przewody przewodzące prąd w rurce instalacyjnej, to należy zwiększyć ich przekrój o 20%. Zatem koszt każdego zasilacza czteroprzewodowego wzrośnie o około 3040% lub więcej.
Bardziej wydajnym rozwiązaniem jest ograniczenie liczby czteroprzewodowych zasilaczy. Osiąga się to przez zaprojektowanie układu trójfazowego trójprzewodowego. W przypadku wymogu zastosowania przewodu neutralnego (np. odbiory jednofazowe), należy zainstalować transformator trójkąt-gwiazda. Taki transformator niekoniecznie musi zmienić napięcie sieci. Na przykład, zamiast projektowania trójfazowego czteroprzewodowego systemu w celu dostosowania się do oświetlenia wymagającego 277 V, należy zaprojektować układ trójfazowy trójprzewodowy i tam, gdzie jest potrzeba zastosowania transformatora 480 V (trójkąt) na napięcie 480 V/277 V (gwiazda) dla oświetlenia 277 V.
Materiały z aluminium
Trzeba być otwartym na inne rodzaje przewodników. Tam, gdzie to możliwe, należy rozważyć zastosowanie aluminium. Może się to okazać tańszym rozwiązaniem. Przewodniki aluminiowe są akceptowalne przez UL (Underwriters Laboratories) i spełniają wymagania NEC odnośnie instalacji, chociaż niektóre rejony lub stany mogą ograniczać ich użycie. Stopy aluminium stosowane we współczesnych przewodnikach są znacznie lepsze od tych stosowanych w przeszłości. Stop aluminium klasy AA-8000 nie ma tych samych problemów z rozszerzaniem się i kurczeniem, jak jego starszy odpowiednik, czego obawia się wielu ludzi. Większość urządzeń ma przyłącza dostosowane do podłączenia przewodów miedzianych lub aluminiowych. Przyłącza mogą być zarówno typu śrubowego, jak i zaciskowego, jednak trzeba zwrócić uwagę na większe równoległe zasilacze, aby uniknąć podłączenia większej liczby przewodów niż ta, na którą dane urządzenie zostało zaprojektowane. Dodatkowo spadek napięcia na przewodnikach aluminiowych będzie większy niż na przewodnikach miedzianych, ponieważ rezystancja aluminium na jednostkę długości jest większa. Przewody aluminiowe mogą być instalowane we wszystkich kanałach przewodowych wymienionych w standardzie UL oraz mogą być stosowane dla wejść serwisowych, zasilaczy i odpływów. Rodzaje izolacji dla przewodników aluminiowych pozwalają na stosowanie ich w warunkach wilgotnych i suchych, a także są one odporne na działanie promieni słonecznych.
Następną opcją jest zastosowanie kombinacji przewodów miedzianych i aluminiowych w projekcie. Należy rozważyć zaprojektowanie wszystkich zasilaczy poniżej 250 A i odpływów z oprzewodowaniem miedzianym. Zasilacze powyżej 250 A zaprojektuj jako aluminiowe. Przy takim podejściu podziemny trójfazowy trójprzewodowy zasilacz o prądzie znamionowym 400 A jest tańszy o około 15% od jego miedzianego odpowiednika. Wartym rozważenia jest także zastosowanie uzwojeń aluminiowych w transformatorach oraz ocynowanych aluminiowych szyn zbiorczych w panelach dystrybucyjnych i tablicach rozdzielczych.
Wydajność kontra dobry projekt
Wymogi dotyczące obwodów i kanałów kablowych powinny być oparte na pewnych regułach, pozwalając podwykonawcom decydować o miejscach łączenia obwodów i trasach ich prowadzenia. Projektowanie tras i obwodów elektrycznych może być niepotrzebne. Należy pozwolić podwykonawcy na wybór najlepszej opcji prowadzenia instalacji w oparciu o rozmieszczenie źródeł zasilania i odbiorów, typu budunku, etapom powstawania konstrukcji i podziału konstrukcji wsporczych. Projektant może tylko potrzebować zdefiniować strefy poprowadzenia okablowania w celu uniknięcia konfliktu z inną instalacją.
Należy pozwolić podwykonawcy na łączenie różnych obwodów w kanale kablowym i dzielić przewody neutralne tam, gdzie jest to uzasadnione. Okoliczności, w których obwody muszą być zainstalowane w specyficzny sposób lub rurki kablowe poprowadzone bardzo precyzyjnie, muszą być wyszczególnione w projekcie. Oparte na pewnych zasadach instalowanie okablowania i tras pozwala podwykonawcy na znalezienie najlepszej drogi z minimalnym czasem instalacji i kosztem materiałowym. Pozwala to zespołowi projektowemu skupić się bardziej na obwodach krytycznych i problemach koordynacji tras niż na obwodach o mniejszym znaczeniu.
Wykorzystanie obciążenia jako zalety
Podczas wymiarowania przewodów w instalacjach podziemnych i obliczania spadków napięć należy brać pod uwagę rzeczywiste obciążenie, a nie parametry wyłącznika. Zaleca się zmianę parametrów przewodów w instalacjach podziemnych i odpowiednie przeliczenie spadków napięć. Jeżeli odbiornik nie jest zasilany odpowiednim napięciem, to jego praca nie będzie poprawna.
Najbardziej konserwatywnym podejściem przy obliczaniu parametrów przewodów jest określanie wielkości odbiorów na podstawie amperażu wyłączników. W takim przypadku można znacznie przewymiarować przewody, a szczególnie wtedy, gdy zasilają one dedykowany odbiornik. W przypadku obliczania przewodów dla odbiorników dedykowanych należy wykorzystać maksymalny prąd rzeczywisty na podstawie tabliczki znamionowej lub specyfikacji odbiornika. W ten sposób uzyskamy mniejszy, a zarazem tańszy przekrój przewodu. W żadnym wypadku rozmiar dobranych przewodów nie może być mniejszy od rozmiaru przewodów wynikających z parametrów danego urządzenia, jednakże w niektórych przypadkach przekrój przewodu może nie wymagać zwiększenia. Dla paneli dystrybucyjnych, tablic rozdzielczych lub innych tego typu urządzeń podczas obliczeń zaleca się bazowanie na ich maksymalnych parametrach obciążenia ponieważ odbiorniki mogą się zmieniać w czasie z takich powodów, jak modernizacje lub unowocześnienia.
Gdy ziemia nie wchodzi w grę
Kiedy zasilacze nie mogą być zainstalowane pod ziemią, należy rozważyć zastosowanie drabinek kablowych zamiast rurek (rys. 2). Mimo że koszt drabinek i ich instalcji jest wyższy, to oszczędności można osiągnąć wtedy, gdy do poprowadzenia mamy znaczną ilość kabli. Punkt, w którym pojawiają się oszczędności, będzie się różnił w zależności od przeznaczenia budynku, jego szerokości, materiału drabinek oraz liczby instalowanych wyłączników. Należy także wziąć pod uwagę koszty robocizny wciągania przewodów w rurki w porównaniu do kosztów zmniejszonej robocizny układania przewodów na drabinkach. Dodatkową zaletą drabinek jest ich elastyczność w dodawaniu, zmianach lub usuwaniu kabli w przypadku zmiany odbiorów.
Inną opcją jest zastosowanie mostu kablowego dla dużych zasilaczy pomiędzy rozdzielnicą, tablicami rozdzielczymi i panelami dystrybucyjnymi. Sposób ten może się okazać oszczędny w porównaniu z wykorzystaniem rurek i kabli dla dużych instalacji.
Układy baterii
Dla obiektów wymagających zasilania rezerwowego tylko dla celów ratowania życia (tzn. oświetlenie awaryjne i panele przeciwpożarowe), należy raczej rozważyć zastosowanie urządzeń zasilanych z baterii niż z generatora rezerwowego. Systemy zasilane z generatorów są drogie w zakupie, instalacji, działaniu i utrzymaniu. Nawet jeśli w projekcie już został zastosowany układ generatorów dla innych odbiorów, to zasilane z baterii urządzenia do ratowania życia wciąż mogą się okazać rozwiązaniem lepszym pod względem kosztów.
Kiedy generatory zasilają różne kombinacje odbiorów do ratowania życia (pierwszej pomocy), awaryjnych układów zasilania i układów pomocniczych, wymaga się, aby generatory miały możliwość selektywnego wyboru i zrzucania obciążenia w celu priorytetyzacji odbiorów, a także zapewnienia odpowiedniego zasilania odbiorów wspomagających ratowanie życia. Obudowy, przełączniki zasilania i panele muszą być trwale oznaczone w celu identyfikacji tych urządzeń jako części systemu awaryjnego. Co więcej, normy wymagają także oddzielnego oprzewodowania pomiędzy źródłem awaryjnym, panelem a odbiorem. Koszt materiałów dla generatorowego systemu zarządzania obciążeniem, trwałe oznakowanie wszystkich systemów oraz niezależne oprzewodowanie systemu awaryjnego – wliczając dodatkową robociznę związaną z instalacją – mogą przekroczyć koszty systemu ratowania życia zaprojektowanego na urządzenia zasilane z baterii.
Prefabrykacja poza miejscem instalacji
Należy wyszczególnić i zaprojektować wyposażenie, elementy i układy w taki sposób, aby mogły być wstępnie złożone poza docelowym obiektem. Prefabrykacja polega na podziale skomplikowanych instalacji elektrycznych na łatwiej zarządzane podzespoły. Te podzespoły mogą być zaprojektowane i skonstruowane w zakładach poza miejscem ostatecznej instalacji. Zaletami takiego podejścia są ograniczone koszty instalacji na obiekcie, lepsza kontrola jakości i organizacja dostaw. Często prefabrykacja będzie wykonywana równolegle z pracami na obiekcie, przyśpieszając budowę całego projektu, ograniczając wpływ elementów krytycznych na harmonogram prac.
Prefabrykowane podzespoły przechodzą kontrolę jakości oraz testy funkcjonalne. Mogą także być częściowo uruchomione przed wysłaniem. Prefabrykacja pozwala także na lepszą kontrolę wykorzystania materiałów, co zmniejsza ilość odpadów, utrzymuje prawidłowe tempo prac instalacyjnych oraz redukuje wpływ konstrukcji na środowisko. Do innych zalet należy zaliczyć zwiększone bezpieczeństwo pracowników, minimalizację opóźnień spowodowanych złą pogodą lub niedoborem siły roboczej oraz bezpieczeństwem w obiekcie.
Podejście wieloetapowe
Czasami, nawet po wdrożeniu pomysłów na redukcję kosztów, przewyższają one budżet klienta. Do opcji dodatkowych zalicza się projektowanie instalacji, którą można instalować wieloetapowo. Intencją takiego podejścia jest zamontowanie tylko takiej liczby urządzeń, które pozwolą na pracę obiektu w oparciu o ograniczone obciążenie lub ograniczoną produkcję oraz na możliwość rozbudowy systemu w przyszłości. W najprostszej formie takie podejście składa się z dwóch etapów. Z reguły stosowane w nowych budynkach, może także zostać użyte w dużych projektach modernizacyjnych, wymagających etapowego podejścia w celu dostosowania się do budżetu. Może to obniżyć początkowy koszt projektu poprzez redukcję zainstalowanych urządzeń i związanej z tym robocizny.
Istotne jest zrozumienie, że całkowity koszt projektu wieloetapowego będzie wyższy od kosztu projektu jednoetapowego. Powodem są rosnące w czasie koszty matariałów i robocizny, a wykonawca za każdym razem będzie musiał mobilizować ponownie ekipy pracowników, składać podania o pozwolenia w zależności o rodzaju prac. Projekt może wymagać też zmian ze względu na zmieniające się przepisy. W projekcie wieloetapowym koszt nie rozkłada się równomiernie pomiędzy etapami. W przypadku projektu dwuetapowego koszt etapu pierwszego będzie wyższy niż 50% całkowitego kosztu projektu ze względu na przygotowanie obiektu i urządzeń do przyszłej rozbudowy. Przykładami prac w pierwszym etapie są: instalacja kanałów kablowych, wszystkich podziemnych i zalanych w betonie rur, przygotowanie miejsca na przyszłe urządzenia oraz instalacje rozdzielnicy, tablic rozdzielczych, transformatorów czy generatorów, z których wszystkie zaprojektowane są na pełne obciążenie obiektu.
Istnieje możliwość redukcji kosztu urządzeń dystrybucyjnych poprzez instalację wyłączników potrzebnych tylko w fazie pierwszej i zostawiając miejsce na ich rozbudowę. Przy takim podejściu należy ostrożnie rozważyć przyszłą ekspansję systemu i potencjalny wpływ na pracę systemu elektrycznego. Wiele obiektów i procesów nie może być odciętych od zasilania na dłuższy czas. Dzięki odpowiedniemu planowaniu przerwy w zasilaniu mogą zostać zminimalizowane lub wogóle wyeliminowane. Zatem, nawet jeśli ogólny koszt projektu wieloetapowego może być wyższy, to może lepiej wpasować się w początkowy budżet inwestora.
Inne podejścia
Poniższe metody naświetlają tylko potencjalne kierunki oszczędności. Można rozważyć następujące punkty:
- zastosowanie wyższych wartości dystrybucji napięcia i punktów jego obniżenia do wartości użytkowej jak najbliżej odbiorów,
- wybór dostawców na podstawie selekcji i negocjacji kosztów. Projektowanie i konstruowanie w oparciu o znane produkty zapobiega nadmiernie ostrożnej instalacji, która cechuje wielu podwykonawców,
- obliczanie wartości granicznych urządzeń w oparciu o rzeczywiste wartości udziału w prądzie zwarciowym przewidziane dla danego obiektu, niż użycie metody szyny nieskończonej,
- wymiarowanie urządzeń stosownie do odbiorów. Typowe obciążenie systemu dla obiektów komercyjnych wynosi 3040%, dla obiektów przemysłowych 60%. Należy wykorzystać wszystkie współczynniki jednoczesności i zapotrzebowania zalecane przez NEC dla oświetlenia, gniazd, silników i obciążeń występujących o różnych porach dnia w celu prawidłowego doboru urządzeń,
- rozważenie zastosowania konstrukcji szafy rozdzielczej zamiast konstrukcji rozdzielnicy. Oba typy konstrukcji mogą wykorzystywać zarówno wyłączniki niskiego napięcia typu ICCB lub wyłączniki LVPCB, lecz ich charakterystyki zwarciowe i łatwość obsługi znacznie się różnią,
- weryfikacja potrzeb obsługi i niezawodności wyłączników wyszczególnionych dla rozdzielnicy lub szafy rozdzielczej. Występują duże różnice w cenie pomiędzy wyłącznikami LVPCB, ICCB i MCCB, zatem nie należy dobierać wyższych parametrów, jeśli nie ma takiej potrzeby,
- projektowanie rowków pod urządzeniami w celu redukcji robocizny na prowadzenie rurek instalacyjnych,
- zastosowanie standardowych produktów zamiast wykonywanych indywidualnie według potrzeb,
- ograniczenie konstrukcji wsporczych i zastosowanie ich tylko tam, gdzie to konieczne. Na przykład zastosowanie wsporników dla opraw oświetleniowych jest niepotrzebne,
- stosowanie kabli w osłonie metalowej dla odpływów.
Wnioski
Podczas projektowania pod kątem budżetu klienta system dystrybucji energii elektrycznej staje się kluczowym elementem redukcji kosztów. Ma to związek ze znacznymi wydatkami związanymi z zakupem i instalacją. Należy rozważyć powyższe opcje podczas modernizacji istniejących urządzeń oraz wykorzystać inne taktyki oszczędności w procesie projektowania nowego obiektu.
Podczas opracowywania różnych opcji dla klienta należy mieć na uwadze to, że początkowy koszt wyposażenia nie jest jedynym ważnym elementem. Dobór wyposażenia i materiałów, zmiana oprzewodowania, montaż poza miejscem instalacji oraz wieloetapowość są rozwiązaniami skupiającymi się tylko na jednym z wielu elementów: początkowym koszcie inwestycji. Klienci muszą być świadomi tego, jak te próby obniżenia wydatków wpłyną na ich całkowity koszt własności, wliczając koszty działalności, utrzymania i w końcu potencjalnej sprzedaży, a także, jak szybko oszczędności wpłyną na przyszłą działalność.
Artykuł pod redakcją Marka Olszewika
UR
Autor: Debra Vieira
