विद्युत सबस्टेशन वितरण नेटवर्क के महत्वपूर्ण भाग होती हैं, जो विद्युत के प्रसारण और वितरण के लिए केंद्र के रूप में कार्य करती हैं। इन जटिल सुविधाओं के लिए नियमित योजना, डिज़ाइन, और लागू करने की आवश्यकता होती है ताकि निरंतर और कुशल विद्युत आपूर्ति सुनिश्चित की जा सके।
इस पोस्ट में, हम विद्युत सबस्टेशन डिज़ाइन के आधारभूत सिद्धांतों पर देखेंगे, जिसमें विभिन्न घटक, लेआउट की चिंताएं, और पर्यावरणीय कारक शामिल हैं।
नए सबस्टेशन बस पर अधिकतम फ़ॉल्ट स्तर सर्किट ब्रेकर की रेटेड रप्तुरिंग क्षमता का 80% से अधिक नहीं हो सकता है।
20% बफ़र तंत्र के विकास के साथ शॉर्ट सर्किट स्तरों में वृद्धि को ध्यान में रखने के लिए उद्दिष्ट है।

विभिन्न वोल्टेज स्तरों पर स्विच गियर की विद्युत टोक और फ़ॉल्ट स्पष्टीकरण समय क्षमता की गणना की जा सकती है:
| फ़ॉल्ट क्लियरिंग समय | वोल्टेज स्तर | ऑपरेटिंग समय | ब्रेकिंग करंट | एकिंग करंट |
| 150 मिलीसेकंड | 33 किलोवोल्ट | 60-80 मिलीसेकंड | 25 किलोएंपियर | 62.5 किलोएंपियर |
| 120 मिलीसेकंड | 132 किलोवोल्ट | 50 मिलीसेकंड | 25/31.5 किलोएंपियर | 70 किलोएंपियर |
| 100 मिलीसेकंड | 220 किलोवोल्ट | 50 मिलीसेकंड | 31.5/40 किलोएंपियर | 100 किलोएंपियर |
| 100 मिलीसेकंड | 400 किलोवोल्ट | 40 मिलीसेकंड | 40 किलोएंपियर | 100 किलोएंपियर |
विभिन्न वोल्टेज स्तरों पर किसी एकल सबस्टेशन की क्षमता सामान्य रूप से अधिक नहीं होनी चाहिए।
| उप-स्टेशन | वोल्टेज स्तर |
| 765 किलोवोल्ट | 2500 मेगावोल्ट-एम्पियर |
| 400 किलोवोल्ट | 1000 मेगावोल्ट-एम्पियर |
| 220 किलोवोल्ट | 320 मेगावोल्ट-एम्पियर |
| 110 किलोवोल्ट | 150 मेगावोल्ट-एम्पियर |
इंटरकनेक्टिंग ट्रांसफॉर्मर्स (आईसीटी) का आकार और संख्या इस प्रकार योजना बनाई जानी चाहिए कि किसी एक यूनिट की विफलता से शेष आईसीटी या तहतीय प्रणाली पर भार न हो।
एक अटक ब्रेकर 220 किलोवोल्ट प्रणाली के लिए 4 से अधिक फीडर, 400 किलोवोल्ट प्रणाली के लिए 2, और 765 किलोवोल्ट प्रणाली के लिए 1 से अधिक फीडर नहीं रोक सकता।
| 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 | ||
विश्वसनीयता: पावर सिस्टम की विश्वसनीयता आवश्यक वोल्टेज और फ्रीक्वेंसी पर बिना रोक-टोक बिजली की आपूर्ति है। बसबार, सर्किट ब्रेकर, ट्रांसफॉर्मर, इसोलेटर और रेगुलेटिंग डिवाइस सबस्टेशन की विश्वसनीयता पर प्रभाव डालते हैं।
फ़ेल्यूर दर: यह वार्षिक फ़ेल्यूर औसत है।
आउटेज टाइम: आउटेज टाइम एक फेल होने वाले घटक को ठीक करने या अलग आपूर्ति स्रोत पर स्विच करने के लिए आवश्यक समय को संदर्भित करता है।
स्विचिंग टाइम: आउटेज शुरू होने से सेवा पुनर्स्थापन के लिए स्विचिंग ऑपरेशन के माध्यम से समय।
स्विचिंग योजना: बस बार और उपकरणों की स्थिति लागत, लचीलापन और सिस्टम विश्वसनीयता को ध्यान में रखती है।
फेज-टू-ग्राउंड क्लियरेंस: सबस्टेशन फेज-टू-ग्राउंड क्लियरेंस है
कंडक्टर और संरचना के बीच की दूरी।
लाइव उपकरण और संरचनाओं के बीच की दूरी और
लाइव कंडक्टर और पृथ्वी के बीच की दूरी।
फेज-टू-फेज क्लियरेंस: सबस्टेशन फेज-टू-फेज क्लियरेंस हैं
लाइव कंडक्टरों के बीच की दूरी।
लाइव कंडक्टर और उपकरणों के बीच की दूरी और
सर्किट ब्रेकर, इसोलेटर आदि में लाइव टर्मिनलों के बीच की दूरी।
ग्राउंड क्लियरेंस: यह किसी भी स्थान से जहाँ एक मनुष्य खड़ा हो सकता है, लाइव कंडक्टर को समर्थित करने वाले इंसुलेटर के निकटतम गैर-पृथ्वी क्षमता भाग तक की न्यूनतम क्लियरेंस है।
सेक्शनल क्लियरेंस: यह किसी भी खड़े होने वाले स्थान से निकटतम अनस्क्रीन लाइव कंडक्टर तक की न्यूनतम क्लियरेंस है। सेक्शनल क्लियरेंस की गणना के लिए एक व्यक्ति की ऊंचाई और फेज-टू-ग्राउंड क्लियरेंस को लें।
सुरक्षा छूट: यह मिट्टी और खंड छूट शामिल है।
सबस्टेशन इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र: विद्युत से चालित चालक या धातु भाग इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र बनाते हैं। EHV सबस्टेशन (400 KV से अधिक) में इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र विद्युत से चालित चालक/धातु भाग की ज्यामिति और पड़ोसी ग्राउंड या अम्लीन वस्तु पर निर्भर करते हैं।
प्रसारण लाइनें,
सब-प्रसारण फीडर,
उत्पादन परिपथ, और
स्टेप-अप और स्टेप-डाउन ट्रांसफॉर्मर
सबस्टेशन या स्विचिंग स्टेशन से जुड़ते हैं।
66 से 40 KV तक के सबस्टेशन EHV कहलाते हैं। 500KV से ऊपर, वे UHV होते हैं।
EHV सबस्टेशन के लिए डिजाइन की चिंताएं और विधियाँ समान हैं, हालांकि विभिन्न वोल्टेज स्तरों पर कुछ तत्व प्रभावशाली होते हैं। 220 KV तक, स्विचिंग सर्ज नजरअंदाज किए जा सकते हैं, लेकिन 345 KV से ऊपर, वे आवश्यक होते हैं।
सबस्टेशन डिजाइन की आवश्यकताएं निम्नलिखित अध्ययनों द्वारा निर्धारित की जाएंगी।
लोड फ्लो अध्ययन
शॉर्ट सर्किट अध्ययन
ट्रांसिएंट स्थायित्व अध्ययन
ट्रांसिएंट ओवरवोल्टेज अध्ययन
एक सबस्टेशन प्रणाली लोडों को विश्वसनीय विद्युत प्रसारण सुनिश्चित करता है।
नए सबस्टेशन (या) स्विचिंग स्टेशन की धारा वहन की आवश्यकताएं लोड फ्लो अध्ययन द्वारा निर्धारित की जाती हैं, जब सभी लाइनें चालू होती हैं और जब चयनित लाइनें रखरखाव के लिए बंद होती हैं।
कई लोड फ्लो स्थितियों का मूल्यांकन करने के बाद, उपकरण और आपातकालीन रेटिंग की गणना की जा सकती है।
सतत धारा दर के अलावा, सबस्टेशन उपकरणों को छोटे समय की दरें होनी चाहिए।
ये इस प्रकार होनी चाहिए कि उपकरण छोटे सर्किट धारा के गर्मी और यांत्रिक दबाव से नुकसान उठाए बिना सहन कर सकें।
ब्रेकर में पर्याप्त अवरोधन क्षमता, पोस्ट इन्सुलेटर्स में ताकत, और फ़ॉल्ट को अनुभव करने वाले संरक्षण रिले के लिए उचित सेटिंग प्रदान करने के लिए।
विभिन्न प्रकार और स्थानों के छोटे सर्किट और सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन के लिए अधिकतम और न्यूनतम छोटे सर्किट धाराओं को स्थापित किया जाना चाहिए।
सामान्य जेनरेटर मैकेनिकल इनपुट जेनरेटर नुकसान के अलावा इलेक्ट्रिकल आउटपुट के बराबर होता है।
जब तक यह जारी रहता है, सिस्टम जेनरेटर 50 Hz पर घूमते रहते हैं। मैकेनिकल या इलेक्ट्रिकल फ़्लो में कोई विक्षेप जेनरेटर की गति को 50Hz से दूर करता है और एक नए संतुलन बिंदु के चारों ओर दोलन करता है।
एक बहुत ही सामान्य विक्षेप छोटा सर्किट है। जेनरेटर के पास के छोटे सर्किट टर्मिनल वोल्टेज को कम करते हैं और मशीन की गति बढ़ाते हैं।
त्रुटि को ठीक करने के बाद, डिवाइस अपनी मूल स्थिति को बहाल करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा को पावर सिस्टम में फ़ीड करेगा।
जब इलेक्ट्रिकल लिंक मजबूत होते हैं, तो मशीन तेजी से धीमी हो जाती है और स्थिर हो जाती है। कमजोर लिंक मशीन की अस्थिरता का कारण बनते हैं।
स्थिरता पर प्रभाव डालने वाले कारकों में शामिल हैं:
फ़ॉल्ट की गंभीरता,
फ़ॉल्ट क्लियरेंस की गति,
फ़ॉल्ट समाधान के बाद मशीन और सिस्टम के बीच के लिंक।
सबस्टेशन अस्थिर स्थिरता निर्भर करती है
लाइन और बस संरक्षण रिले के प्रकार और गति,
ब्रेकर अवरोधन समय, और
फ़ॉल्ट क्लियर होने के बाद बस कॉन्फ़िगरेशन।
आखिरी बिंदु बस व्यवस्था पर प्रभाव डालता है।
अगर फ़ॉल्ट प्राथमिक रिले के दौरान समाधान होता है, तो केवल एक लाइन प्रभावित होगी।
एक ब्लॉक किया गया ब्रेकर ब्रेकर फ़ेलर रिले के दौरान कई लाइनों को खोने का कारण बन सकता है, सिस्टम लिंक को कमजोर करता है।
अस्थिर ओवरवोल्टेज बिजली के बादल या सर्किट स्विचिंग से परिणामस्वरूप हो सकता है।
ट्रांसिएंट नेटवर्क एनालाइजर (TNA) अध्ययन स्विचिंग ओवरवोल्टेज को निर्धारित करने का सबसे सटीक तरीका है।

सबस्टेशन व्यवस्था लेआउट
सबस्टेशन व्यवस्था निम्नलिखित शारीरिक और इलेक्ट्रिकल विचारों से निर्धारित होती है:
सिस्टम सुरक्षा
संचालन की लचीलापन
आसान संरक्षण व्यवस्था
छोटे सर्किट स्तरों की सीमा
निर्माण सुविधाएं
आसान विस्तार
साइट कारक
आर्थिकता
आदर्श सब-स्टेशनों में प्रत्येक सर्किट के लिए अलग-अलग ब्रेकर शामिल होते हैं और निर्माण या फ़ॉल्ट के दौरान बस-बारों या ब्रेकर को बदलने की अनुमति देते हैं।
सिस्टम सुरक्षा 100% सबस्टेशन अखंडता पर निर्भर करने द्वारा या अवधिक फ़ॉल्ट (या) निर्माण के कारण निर्धारित की जा सकती है।
हालांकि डबल बस-बार सिस्टम और डबल ब्रेकर डिज़ाइन सही है, यह एक महंगा सबस्टेशन है।
सभी सर्किट कनेक्शन स्थितियों में MVA और MVAR लोडिंग को नियंत्रित करना जनरेटर लोडिंग दक्षता के लिए आवश्यक है।
लोड सर्किट्स को सामान्य और आपात स्थितियों में ऑप्टिमल नियंत्रण प्रदान करने के लिए समूहित किया जाना चाहिए।
यदि एक सर्किट ब्रेकर अनेक सर्किटों को नियंत्रित करता है या अधिक सर्किट ब्रेकर टूट जाते हैं। इसे बस सेक्शनलिज़्म से मिटाया जा सकता है।
यदि संरक्षण रिलेइंग सरल है, तो एकल बस प्रणाली संरक्षण के लिए कठोर होती है।
एक उपस्टेशन को दो भागों में, पूरी तरह से या रिएक्टर कनेक्शन के माध्यम से, विभाजित किया जा सकता है, ताकि शॉर्ट सर्किट स्तर को कम किया जा सके।
रिंग प्रणालियों में सर्किट ब्रेकरों का सही उपयोग एक समान सुविधा प्रदान कर सकता है।
उपस्टेशन कार्यान्वयन के दौरान, या तो योजित (या) आपात स्थिति में, निर्देशन की आवश्यकता होती है।
निर्देशन के दौरान उपस्टेशन की प्रदर्शन निर्देशन प्रावधानों पर निर्भर करता है।
उपस्टेशन की व्यवस्था नए फीडरों के लिए बे विस्तार की अनुमति देनी चाहिए।
प्रणाली सुधार होने के साथ, एकल बस व्यवस्था से डबल बस प्रणाली या एक मेश स्टेशन को डबल बस स्टेशन में बढ़ाने की आवश्यकता हो सकती है।
स्थान और विस्तार सुविधाएँ उपलब्ध होंगी।
उपस्टेशन योजना के लिए साइट उपलब्धता आवश्यक है। सीमित स्थानों में कम फ्लेक्सिबिलिटी वाले स्टेशन का निर्माण आवश्यक हो सकता है।
कम सर्किट ब्रेकर और एक सरल स्कीमेटिक वाला उपस्टेशन कम स्थान घेरता है।
यदि अर्थशास्त्र योग्य हैं, तो प्रौद्योगिकी आवश्यकताओं के लिए सुधारित स्विचिंग व्यवस्था बनाई जा सकती है।
उपस्टेशन व्यवस्था और स्विचिंग व्यवस्था को विद्युत वितरण प्रणाली की दक्षता और सुरक्षा को सुनिश्चित करने के लिए IEEE 141 के आधार पर ध्यान से डिजाइन किया जाना चाहिए।
ट्रांसफार्मर,
सर्किट ब्रेकर, और
स्विच
वोल्टेज और लोड की आवश्यकताओं के आधार पर चुना जाना चाहिए।
स्थान को अधिकतम रूप से उपयोग करने, रखरखाव को सुगम बनाने और विस्तार की अनुमति देने के लिए, लेआउट को ध्यान से योजना बनाना होगा। बसबार्स को उपकरणों को कुशलतापूर्वक जोड़ना चाहिए, और सर्किट्स को शक्ति प्रवाह और विश्वसनीयता में सुधार करना चाहिए।
तेज दोष निर्णय और अलगाव के लिए, मजबूत सुरक्षा और नियंत्रण प्रणालियों की आवश्यकता होती है। विनियामक मानक और पर्यावरणीय चिंताएं सुरक्षा, निर्भरता और पर्यावरणीय पालन को सुनिश्चित करने के लिए सबस्टेशन डिजाइन को निर्धारित करती हैं।
ईएचवी लेआउट और स्विचिंग कॉन्फिगरेशन के डिजाइन करते समय कई पहलुओं पर विचार किया जाना चाहिए:
यह विश्वसनीय, सुरक्षित होना चाहिए और उत्कृष्ट सेवा की निरंतरता सुनिश्चित करनी चाहिए।
सामान्य सबस्टेशन बसबार स्कीम और सुरक्षा का विस्तार से विवरण दिया गया है:
विद्युत बसबार क्या है? प्रकार, फायदे, नुकसान &
बसबार सुरक्षा स्कीम
विभिन्न बसबार कॉन्फिगरेशन अतिरिक्तता, संचालन लचीलापन और रखरखाव की पहुंच के मामले में विभिन्न फायदे प्रदान करते हैं।
कुशल बसबार लेआउट शक्ति प्रवाह को कुशल बनाता है और भविष्य के विस्तार को सुविधाजनक बनाता है।
संरचनाओं की आवश्यकता होती है बस विद्युत उपकरणों को समर्थित और स्थापित करने और प्रसारण लाइन केबलों को समाप्त करने के लिए।
संरचनाएं स्टील, लकड़ी, आरसीसी, या पीएससी से बनी हो सकती हैं। गाइड सोइल के आधार पर उन्हें फाउंडेशन की आवश्यकता होती है।
सबस्टेशन्स अपने फायदों के लिए फैब्रिकेटेड स्टील निर्माण का उपयोग करते हैं।
प्रत्यावर्ती दूरी,
समतल दूरी,
इन्सुलेटर,
बस लंबाई, और
उपकरण का वजन
संरचनात्मक डिज़ाइन पर प्रभाव डालते हैं।
झुकाव,
फ्लेंज बकलिंग,
ऊर्ध्वाधर और अनुदैर्ध्य छींट, और
वेब नष्ट
स्टील बीम और गिर्डर की विफलता से बचना चाहिए।
जाली बॉक्स गिर्डर स्पैन का 1/10 से 1/15 होना चाहिए। आम तौर पर, बीम का झुकाव स्पैन की लंबाई का 1/250 से अधिक नहीं हो सकता।
संरचना के बोल्ट और नट 16 मिमी व्यास के होने चाहिए, लेकिन हल्के भार वाले खंडों में वे 12 मिमी हो सकते हैं।
स्तंभों और गिर्डरों के लिए डिज़ाइन लोड शामिल होने चाहिए
संचारक तनाव,
पृथ्वी तार का तनाव,
इन्सुलेटर और हार्डवेयर का वजन, और
भार (लगभग 350 किग्रा),
श्रमिक और उपकरण का वजन (200 किग्रा)
हवा और प्रभाव लोड
उपकरण के संचालन के दौरान।
ओवरहेड लाइन डाउनलोड स्पैन को सबस्टेशन गैन्ट्री संरचनाओं द्वारा समाप्त किया जाना चाहिए। यह ऊर्ध्वाधर रूप से +15 डिग्री और अनुदैर्ध्य रूप से +30 डिग्री तक जा सकता है।
यार्ड संरचनाओं को पेंट किया जा सकता है या हॉट डिप गैल्वेनाइज्ड किया जा सकता है।
गैल्वेनाइज्ड स्टील से बनी संरचनाएँ न्यूनतम रखरखाव की आवश्यकता होती हैं।
हालांकि, कुछ अत्यधिक प्रदूषित क्षेत्रों में पेंट की गई संरचनाएँ बेहतर रूप से अपचयन प्रतिरोधी होती हैं।
आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले चरण अंतर:
| ११ किलोवोल्ट | १.३ मीटर |
| ३३ किलोवोल्ट | १.५ मीटर |
| ६६ किलोवोल्ट | २.० से २.२ मीटर |
| ११० किलोवोल्ट | २.४ से ३ मीटर |
| २२० किलोवोल्ट | ४.५ मीटर |
| ४०० किलोवोल्ट | ७.० मीटर |
संकेत स्थल के कई घटकों के बीच कनेक्शन को सुगम बनाने के लिए, बसबार चालक पट्टियाँ हैं जो संकेत स्थल में विद्युत शक्ति के प्रसारण के लिए उपयोग की जाती हैं।
जब बसबार उचित रूप से डिजाइन और आकार दी जाती हैं, तो विद्युत की हानि कम होती है, शक्ति वितरण अधिक संगत होता है, और संकेत स्थल की प्रदर्शनशीलता में सुधार होता है।
संकेत स्थल की स्वचालन प्रणाली, नियंत्रण प्रणाली, बुद्धिमत्ता युक्त उपकरण और संचार नेटवर्क को संयोजित करके संचालन और दक्षता को अनुकूलित करती है।
समय-समय पर निगरानी, दूरी से नियंत्रण, डेटा विश्लेषण और पूर्वानुमानित रखरखाव, स्वचालन के साथ विश्वसनीयता में सुधार करते हैं और अवस्थापन को कम करते हैं।
SCADA जैसी उन्नत नियंत्रण प्रणालियाँ संकेत स्थल की स्वचालन, डेटा संकलन और दूरी से नियंत्रण में सुधार करती हैं।
संकेत स्थल की स्वचालन प्रणाली SCADA प्रणालियों का उपयोग केंद्रीकृत नियंत्रण और निगरानी के लिए करती है।
SCADA प्रणालियाँ संकेत स्थल के डेटा को एकत्र करती हैं, शक्ति प्रवाह को बढ़ाती हैं, निर्णय लेती हैं और त्रुटियों को जल्दी से जल्दी दूर करती हैं।

सबस्टेशन डिजाइन आर्किटेक्चर के लिए निर्भरता युक्त संचार प्रोटोकॉल जैसे IEC 61850, DNP3, या Modbus की आवश्यकता होती है जो अंतःक्रियात्मकता, डेटा पूर्णता, और साइबर सुरक्षा को सुनिश्चित करते हैं।
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