Pangutana sa Disenyo sa Electrical Substation: An Introduction
Ang mga substation sa elektrisidad ang mahalagang bahin ng network sa pagdistribute ng kuryente, nagpapahubog ito sa pagpapadala ug pagdistribute sa kuryente. Ang kompleksong mga pasilidad na ito nangangailangan ng matinding pagsaplano, disenyo, ug implementasyon aron masiguro ang maayong ug epektibong suplay sa kuryente.
Sa post na ito, atong itala ang pundasyon sa disenyo sa substation sa elektrisidad, kasama ang iba't ibang komponente, layout concerns, ug mga environmental factors.
Kriterio sa Pagsaplano sa Substation
Ang pinakamataas nga fault level sa bag-ong bus sa substation dili mahimong mas daghan sa 80% sa rated rupturing capacity sa circuit breaker.
Ang 20% buffer ay inilaan para sa pagtaas sa short circuit levels habang ang sistema ay unod.
Ang rate sa breaking current ug generating current, sama sa fault clearing time capabilities sa switch gear sa iba't ibang voltage levels, mahimong isulat ingon:
| Pangitaas sa Oras sa Pagsalba | Antas sa Voltaje | Oras sa Operasyon | Kuryente sa Pagpuno | Kuryente sa Pag-aming |
| 150 ms | 33 kV | 60-80 ms | 25 KA | 62.5 KA |
| 120 ms | 132 kV | 50 ms | 25/31.5 KA | 70 KA |
| 100 ms | 220 kV | 50 ms | 31.5/40 KA | 100 KA |
| 100 ms | 400 kV | 40 ms | 40 KA | 100 KA |
Ang kapasidad sa bisan unsa nga single substation sa iba't ibang mga lebel sa voltaje dili karon mas sayon.
| Sub-Station | Nivel sa Voltage |
| 765 KV | 2500 MVA |
| 400 KV | 1000 MVA |
| 220 KV | 320 MVA |
| 110 KV | 150 MVA |
Ang gidak-on ug kantidad sa mga interconnecting Transformers (ICTs) kinahanglan nga maplano nang maayo aron ang pagkabag-o sa bisan unsa nga yunit wala mobati og sobrang carga sa uban pang ICTs o sa sistema sa ilalum.
Ang stuck breaker wala makaputli og labaw sa 4 feeders para sa 220 KV nga sistema, duha para sa 400 KV nga sistema, ug usa para sa 765 KV nga sistema.
Mga Pangangailangan sa Sistema sa Sub-station
| S.No | Technical Parameter Description | Units | System | |||||
| 1 | System Nominal Voltage | kVrms | 400 kV | 220 kV | 132 kV | 33 kV | ||
| 2 | System Maximum Voltage | kVrms | 420 kV | 245 kV | 145 kV | 36 kV | ||
| 3 | Power frequency withstand voltage | kVrms | 630 kV | 460 kV | 275 kV | 70 kV | ||
| 520 kV | ||||||||
| 4 | Switching surge withstand voltage | kVp | ||||||
| (for 250/2500ms) | ||||||||
| 1). Line-to-Earth | 1050 kVp | Not | Not | Not | ||||
| 2). Across Isolating Gap | 900kVp+345kVrms | applicable | applicable | applicable | ||||
| 5 | Lightning Impulse Withstand Voltage | kVp for 1.2/50(ms) | ||||||
| 1). Line-to-Earth | 1425 kVp | 1050 kVp | 650 kVp | 170 kVp | ||||
| 2). Across isolating gap | 1425 kVp+ 240kVrms | 1200 kVp | 750 kVp | 195 kVp | ||||
| 6 | One minute power frequency withstand value | |||||||
| Dry | ||||||||
| Wet | kVrms | 520 | 460 | 275 | 70 | |||
| kVrms | 610 | 530 | 315 | 80 | ||||
| 7 | System frequency | Hz | 50 | |||||
| 8 | Variation in frequency | % | 2.5 | |||||
| 9 | Corona extinction voltage | 320 kV | 156 kV | 84 kV | ||||
| 10 | Radio interference voltage | 1000 mV at | 1000 mV | 1000 mV at | ||||
| 266 kV | at 167 kV | 93 kV | ||||||
| 11 | System Neutral rating | Solidly earthed | ||||||
| 12 | Continuous Current Rating | 1600 A (or) 2000 A | 1600 A | 800 A | 600 A | |||
| 13 | Symmetrical fault current (ISC) | kA | 40 | 40 | 31.5 | 25 | ||
| 14 | Short circuit fault current duration | Second | 1 | 1 | 1 | 3 | ||
| 15 | Dynamic short circuit (ISC) current rating | kAp | 100 kA | 100 kA | 79 kA | 62.5kA | ||
| 16 | Conductor spacing for AIS layouts (Phase-to-Ground) | meter | ||||||
| Phase-to-Phase | meter | 6.5 | 4.5 | 3 | 1.5 | |||
| 7 | 4.5 | 3 | 1.5 | |||||
| 17 | Design ambient temperatures | oC | 50 | |||||
| 18 | Pollution level as per IEC-815 & 71 | III | ||||||
| 19 | Creepage -Distance | mm | 10500 mm | 6125 mm | 3625 mm | 900 mm | ||
| 20 | Maximum fault clearing time | ms | <100 | <100ms | <150ms | |||
| 21 | Bay Width | meter | 27 | 16.4-18 | 10.4.12.0 | 5.5 | ||
| 22 | Bus equipment interconnection height from ground | meter | 8 | 5.5 | 5 | 4 | ||
| 23 | Strung busbar height | meter | >15 | 10 | 8 | 5.5 | ||
Terminolohiya
Reliability: Ang reliabilidad sa sistema sa kuryente mao ang walay pagbutang sa suplay sa kuryente sa kinahanglanon nga voltaje ug frequency. Ang busbars, circuit breakers, transformers, isolators, ug regulating devices adunay epekto sa reliabilidad sa substation.
Failure Rate: Kini mao ang taas nga pagbutang tuig.
Outage Time: Ang outage time nagrefer sa oras nga kinahanglanon aron ibutang ang component nga nagkamalasan o magbalhin sa uban nga suplay.
Switching Time: Ang oras gikan sa simula sa outage hangtod sa pagbalik sa serbisyo pinaagi sa switching operation.
Switching Scheme: Ang pagposisyon sa bus bars & equipment gigikanan sa cost, flexibility, ug system reliability.
Phase-to-Ground Clearance: Substation phase to ground clearance mao ang
Distansya tali sa conductor & structure.
Distansya tali sa live equipment ug structures &
Distansya tali sa live conductor ug earth.
Phase-to-Phase Clearance: Substation phase-to-phase clearances mao ang
Distansya tali sa live conductors.
Distansya tali sa live conductors & apparatus ug
Distansya tali sa live terminals sa circuit breakers, isolators, etc.
Ground Clearance: Kini mao ang minimum nga distansya gikan sa anumang lugar diin ang tawo mahimong mobantog hangtod sa pinakaduol nga non-earth potential part sa insulator nga suportahan sa live conductor.
Sectional Clearance: Kini mao ang minimum nga distansya gikan sa anumang standing location hangtod sa pinakaduol nga unscreened live conductor. Gamiton ang taas sa tawo nga may gipagbatasan nga kamay ug ang phase-to-ground clearance aron makalkula ang sectional clearance.
Pagsalig sa Kaligtasan: Kini naglakip sa ground ug sectional clearance.
Electrostatic Field sa Substation: Ang mga energized conductors o metallic parts naghimo og electrostatic fields. Ang mga EHV substations (over 400 KV) adunay electrostatic fields nga nagkakaiba depende sa geometry sa energized conductor/metallic portion ug sa neighboring earthed object o ground.
General
Transmission lines,
Sub-transmission feeders,
Generating circuits, and
Step-up and step-down transformers
connect to substations or switching stations.
Ang mga substation gikan sa 66 hangtod sa 40 KV gitawag og EHV. Uban sa 500KV, sila mao ang UHV.
Ang mga design concerns ug methods para sa EHV substations sama, nganong ang pipila ka elements dominant sa uban pang voltage levels. Hangtod sa 220 KV, ang switching surges mahimong igwari, apan uban sa 345 KV, sila importante.
Criteria sa Design ug Studies sa Sub-Station
Ang mga requirement sa design sa substation mahimong mas maayo mapangita pinaagi sa sumala nga studies.
Load Flow Studies
Short Circuit Studies
Transient Stability Studies
Transient Overvoltage Studies
Load Flow Studies
Ang substation naghatag og reliable na power transmission sa system loads.
Ang current carrying needs sa bag-ong substation (o) switching station mahimong maisulti pinaagi sa load flow studies habang tanang lines ania ug habang pipila ka lines wala sa maintenance.
Pagkahuman sa pag-evaluate sa daghang load flow conditions, ang equipment ratings ug emergency ratings mahimong icompute.
Short Circuit Studies
Bisan sa mga rating nga walay pagkakataon, ang mga equipment sa substation kailangan usab og mga rating sa dili matagamtam nga panahon.
Kini kailangan nga mubo para makapugos ang equipment sa init ug mekanikal nga presyon gikan sa short circuit current bisan walay damage.
Arang-arang nga interrupting capability sa mga breakers, lakas sa post insulators, ug ang maayo nga setting sa mga protective relays nga mosensya sa fault.
Ang pinakadako ug pinakagamay nga short circuit currents alang sa iba't ibang klase ug lugar sa short circuits ug system configurations kailangan mahimong i-establish.
Pagsulay sa Transient Stability
Ang normal nga mechanical input sa generator sama sa electrical output kasama ang mga loss sa generator.
Ang mga generator sa sistema mag-revolve sa 50 Hz hangtud kini mobuhat. Ang bisan unsang disturbance sa mechanical o electrical flow mogwara ang speed sa generator gikan sa 50Hz ug mag-oscillate sa bag-ong equilibrium point.
Ang usa ka labi ka common nga disturbance mao ang short circuit. Ang short circuit duol sa generator molabay sa terminal voltage ug mag-speed ang machine.
Human sa pag-fix sa error, ang device mag-feed og excess energy sa power system aron mopauli sa original nga estado nia.
Kon strong ang electrical links, ang machine mog-decelerate rapido ug mobalanse. Ang weak ties mogwara sa instability sa machine.
Ang mga factor nga nagpakita sa stability kinahanglan:
Grado sa fault,
Speed sa fault clearance,
Links tali sa machine ug sistema human sa pag-resolve sa fault.
Ang transient stability sa substation depende sa
Tipo ug speed sa line ug bus protection relaying,
Interrupting time sa breaker, ug
Bus configuration human sa pag-clear sa fault.
Ang katapusan nga punto nagpakita sa bus arrangement.
Ang usa ra nga line ang mobo-affected kon na-resolve ang fault sa primary relaying.
Ang blocked breaker mogwara sa multiple lines ang mawala sa breaker failure relaying, ngadto sa pag-weak sa system tie.
Pagsulay sa Transient Overvoltage
Ang transient overvoltage makuha gikan sa lightning o circuit switching.
Ang Transient Network Analyzer (TNA) studies ang pinakatukma nga paagi aron masayri ang switching over voltage.
Layout sa Substation Arrangement
Ang layout sa substation arrangement depende sa physical ug electrical considerations, kasama ang sumala:
Security sa Systems
Flexibility sa Operations
Easy Protection Arrangements
Limitation sa Short Circuit Levels
Maintenance Facilities
Easy Extension
Site Factors
Economy
Security sa Systems
Ang ideal nga sub-stations adunay separate breakers alang sa bawat circuit ug allow sa replacement sa bus-bars o breakers sa panahon sa maintenance o faults.
Ang security sa sistema mahimo mapangutana pinaagi sa pag-allow sa 100% dependence sa integrity sa substation o pag-allow sa percentage sa downtime tungod sa periodic faults o maintenance.
Bisan ang double bus-bar system nga adunay double breaker design maoy perfect, kini usa ka expensive nga substation.
Operasyon nga Flexibilidad
Ang pagkontrol sa MVA & MVAR loading sa tanang kondisyon sa koneksyon sa circuit mahimong importante para sa efisyensya sa pag-load sa generator.
Ang mga load circuit gikinahanglan grupohon aron maghatag og optimal nga kontrol sa normal ug emergency conditions.
Easy Protection Arrangements
Kon usa ka circuit breaker mogamit sa daghang circuits o mas daghan pa ang mga circuit breakers mao ang nasira. Kini mahimo mopalis pinaagi sa bus sectionalism.
Apan kon simple ang protective relaying, ang single bus system mahimong rigid para sa komplikado nga proteksyon.
Pagbatasan sa Short Circuit Levels
Ang substation mahimo mopartition ngadto sa duha ka bahin, entero o pinaagi sa reactor connection, aron mapalitan ang short circuit levels.
Ang maayo nga paggamit sa circuit breakers sa ring systems mahimo mopasabot og sama nga facility.
Maintenance Facilities
Gikinahanglan ang maintenance samtang operasyon sa substation, yaon na planado (o) emergency.
Ang performance sa substation samtang maintenance nagdepende sa mga provision sa proteksyon.
Easy Extension
Ang layout sa substation gikinahanglan nga maghatag og bay extension para sa bag-ong feeders.
Kon makapadako ang sistema, mahimong kinahanglan ang pag-switch gikan sa single bus arrangement ngadto sa double bus system o pagpadako sa mesh station ngadto sa double bus station.
Ang espasyo ug expansion facilities mahimong available.
Site Factors
Ang availability sa site mahimong importante para sa substation planning. Ang construction sa station nga adunay gamay nga flexibility mahimong kinahanglan sa limited nga lugar.
Ang substation nga adunay gamay nga mga breaker ug mas simple nga schematic okupi gamay nga espasyo.
Economy
Kon feasible ang ekonomiya, mahimo mopili ang improved switching arrangement alang sa teknikal nga pangutana.
Substation and Switching Arrangement Layout
Ang layout sa substation & switching arrangement gikinahanglan nga mapakita nindot batas sa IEE-Business 141 aron sigurado ang efficiency ug safety sa electrical distribution system.
Transformers,
Circuit breakers, ug
Switches
kinahanglan nga isulay batas sa voltaje ug load requirements.
Arin ang pagmaximize sa espasyo, pagpa-easy sa maintenance, ug paghatag og extension, kinahanglan nga maplanohang maayo ang layout. Busbars kini dapat efisienteng i-link ang mga equipment, ug ang mga circuits dapat mapabutang ang power flow & reliability.
Para sa pabilis nga pagdetekto ug pag-isolate sa fault, kinahanglan ang robust protection & control systems. Ang regulatory standards & environmental concerns magdetermina sa design sa substation aron masiguro ang safety, dependability, ug environmental compliance.
Ang daghang aspeto kinahanglan isulay sa panahon sa pagdesign sa EHV layout ug switching configurations:
Dapat reliable, secure, ug sigurado sa excellent service continuity.
Ang typical substation busbar schemes ug protection gi-explain sa detalye sa:
Unsa ang Electrical Busbar? Types, Advantages, Disadvantages &
Busbar Protection Schemes
Ang uban-uban nga busbar configurations naghatag og uban-uban nga advantages sa termino sa redundancy, operating flexibility, ug maintenance accessibility.
Ang efficient busbar layout sigurado ang efficient power flow & facilitates future expansion.
Switchyard Structures
Kinahanglan ang structures aron suportahan & install ang bus electrical equipment ug terminate transmission line cables.
Ang structures mahimo gihapon sa steel, wood, RCC, o PSC. Batas sa side soil, sila nanginahanglan og foundations.
Ang substations gigamit sa fabricated steel constructions tungod sa ilang advantages.
Ang
Pagkalinaw sa fasa,
Pagkalinaw sa yuta,
Insulator,
Labaan sa bus, ug
Karga sa kagamitan
nakapanghunahuna sa disenyo sa estruktura.
Paghugno,
Paghugno sa flange,
Bertikal ug horizontal shear, ug
Web crippling
kinahanglan mapigsi ang pagkapaso sa beam ug girder sa bakal.
Ang lattice box girders dapat mao ang 1/10 hangtod 1/15 sa span & square. Kasagaran, ang defluxion sa beam dili makapasadong 1/250 sa haba sa span.
Ang mga bolt ug nuts sa estruktura kinahanglan nga 16 mm sa diametro, bisan sa mga seksyon nga wala'y dako nga karga mahimo silang 12 mm.
Ang disenyo sa karga para sa mga column ug girder dapat kasinayan sa
Tension sa conductor,
Tension sa earth wire,
Karga sa insulator ug hardware, ug
Fraction load (mahitungod 350 kg),
Karga sa trabahador ug mga kagamit (200 kg)
Karga sa hangin ug impact
sa panahon sa operasyon sa kagamitan.
Ang overhead line download span kinahanglan matapos sa gantry structures sa substation. Mahimong makaabot sa +15 degrees bertikal ug +30 degrees horizontal.
Ang mga yard structures mahimo mapinta o hot dip galvanized.
Ang mga estruktura gihimo sa galvanized steel nagkinahanglan lamang minimal na pangmatiyaga.
Bisan sa pipila ka mga lugar nga lubhang kontaminado, ang mga painted structures naghatag og mas maayo nga corrosion resistance.
Normal nga ginagamit nga phase spacings as:
| 11 KV | 1.3 m |
| 33 KV | 1.5 m |
| 66 KV | 2.0 hangtod 2.2 m |
| 110 KV | 2.4 hangtod 3 m |
| 220 KV | 4.5 m |
| 400 KV | 7.0 m |
Disenyo sa Busbar
Aradto ang pagpadali sa koneksyon tali sa daghang komponente nga naglakip sa substation, ang busbars mao ang mga conductive bars nga gigamit para sa paghatag og elektrisidad sa tanang parte sa substation.
Gitawag ang electrical losses, mas consistent ang power distribution, ug gipalihok ang performance sa substation kon ang busbars adunay maayo nga disenyo ug sukat.
Substation – Mga Sistemang Kontrol
Ang automation sa substation nag-optimize sa operasyon ug efficiency pinaagi sa pagkombinar sa mga sistemang kontrol, intelligent devices, & communication networks.
Ang real-time monitoring, remote control, data analysis, & predictive maintenance nag-improve sa reliability ug nagreduce sa downtime pinaagi sa automation.
Ang advanced control systems sama sa SCADA nag-improve sa automation, data collection, & remote control sa substation.
Ang automation sa substation naggamit og SCADA systems para sa centralized control ug monitoring.
Ang SCADA systems nagkuha og data sa substation aron mapadali ang power flow, makahimo og desisyon, ug matubagon ang mga fault kauban ang dili pa lag.
Disenyo sa Substation – Mga Protokolong Komunikasyon
Ang disenyo sa arkitektura sa substation nanginahanglan og dependable nga mga protocol sa komunikasyon sama sa IEC 61850, DNP3, o Modbus para sa interoperability, integridad sa datos, & cybersecurity.
Pahayag: Respetar ang orihinal, maayo nga mga artikulo ang nanginahanglan i-share, kon may infraktsyon palihug kontakto para mubuwag.
