Substasi listrik merupakan bagian penting dari jaringan distribusi listrik, berfungsi sebagai pusat untuk mengirimkan & mendistribusikan listrik. Fasilitas kompleks ini memerlukan perencanaan, desain, & implementasi yang ketat untuk memastikan pasokan listrik yang konsisten dan efisien.
Dalam postingan ini, kami akan melihat dasar-dasar desain substasi listrik, termasuk komponen-komponen yang berbeda, pertimbangan tata letak, dan faktor-faktor lingkungan.
Tingkat kerusakan maksimum pada busbar substasi baru tidak boleh melebihi 80% dari kapasitas pemutusan sirkuit breaker.
Buffer 20% dimaksudkan untuk mengakomodasi peningkatan tingkat sirkuit pendek seiring perkembangan sistem.
Laju arus pemutusan dan pembangkitan arus, serta kemampuan waktu pembersihan kerusakan peralatan switchgear pada berbagai tingkat tegangan, dapat dihitung sebagai:
| Waktu Pembersihan Kegagalan | Tingkat Tegangan | Waktu Operasi | Arus Pemutusan | Arus Pengakuan |
| 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 |
Kapasitas dari setiap substasi tunggal pada berbagai tingkat tegangan sebaiknya umumnya tidak melebihi.
| Pengubah Daya | Tingkat Tegangan |
| 765 KV | 2500 MVA |
| 400 KV | 1000 MVA |
| 220 KV | 320 MVA |
| 110 KV | 150 MVA |
Ukuran & jumlah Transformer Interkoneksi (ICTs) harus direncanakan sedemikian rupa sehingga kegagalan unit tunggal tidak mengakibatkan beban berlebih pada ICTs yang tersisa atau sistem dasarnya.
Pemutus yang macet tidak dapat memutus lebih dari 4 feeder untuk sistem 220 KV, dua untuk sistem 400 KV, dan satu untuk sistem 765 KV.
| 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 | ||
Keterandalan: Keterandalan sistem tenaga listrik adalah pasokan tenaga yang tidak terputus pada tegangan dan frekuensi yang diperlukan. Busbar, pemutus sirkuit, transformator, isolator, dan perangkat pengatur mempengaruhi keterandalan substasi.
Tingkat Kegagalan: Ini adalah rata-rata kegagalan tahunan.
Waktu Pemadaman: Waktu pemadaman merujuk pada waktu yang diperlukan untuk memperbaiki komponen yang gagal atau beralih ke sumber pasokan yang berbeda.
Waktu Peralihan: Waktu dari awal pemadaman hingga pemulihan layanan melalui operasi peralihan.
Skema Peralihan: Penempatan busbar & peralatan mempertimbangkan biaya, fleksibilitas, dan keterandalan sistem.
Jarak Fase ke Tanah: Jarak fase ke tanah substasi adalah
Jarak antara konduktor & struktur.
Jarak antara peralatan hidup dan struktur &
Jarak antara konduktor hidup dan tanah.
Jarak Fase ke Fase: Jarak fase ke fase substasi adalah
Jarak antara konduktor hidup.
Jarak antara konduktor hidup & peralatan dan
Jarak antara terminal hidup di pemutus sirkuit, isolator, dll.
Jarak Tanah: Ini adalah jarak minimum dari lokasi mana pun di mana manusia mungkin perlu berdiri ke bagian potensial non-tanah terdekat dari insulator yang mendukung konduktor hidup.
Jarak Bagian: Ini adalah jarak minimum dari lokasi berdiri manapun ke konduktor hidup yang tidak terlindungi. Hitunglah jarak bagian dengan mengambil tinggi orang dengan tangan direntangkan dan jarak fase ke tanah.
Jarak Aman: Ini termasuk jarak aman terhadap tanah dan jarak antar bagian.
Medan Elektrostatik Gardu Induk: Konduktor atau bagian logam yang dialiri listrik menciptakan medan elektrostatik. Gardu induk EHV (di atas 400 KV) memiliki medan elektrostatik yang bervariasi tergantung pada geometri konduktor atau bagian logam yang dialiri listrik dan objek bumi atau tanah di sekitarnya.
Saluran transmisi,
Pengumpan sub-transmisi,
Sirkuit pembangkit, dan
Trafo peningkat dan penurun tegangan
terhubung ke gardu induk atau stasiun pengalihan.
Gardu induk dari 66 hingga 40 KV disebut EHV. Di atas 500KV, mereka disebut UHV.
Kekhawatiran desain dan metode untuk gardu induk EHV serupa, namun beberapa elemen mendominasi pada berbagai tingkat tegangan. Hingga 220 KV, lonjakan peralihan dapat diabaikan, tetapi di atas 345 KV, mereka sangat penting.
Persyaratan desain gardu induk akan ditentukan oleh studi-studi berikut.
Studi Aliran Beban
Studi Korsleting
Studi Stabilitas Transien
Studi Overvoltage Transien
Gardu induk memastikan transmisi daya yang andal ke beban sistem.
Kebutuhan arus dari gardu induk baru (atau) stasiun pengalihan ditentukan oleh studi aliran beban sementara semua saluran dalam & sambil beberapa saluran dipelihara.
Setelah mengevaluasi beberapa kondisi aliran beban, peringkat operasi & darurat peralatan dapat dihitung.
Selain peringkat arus terus menerus, peralatan gardu induk perlu memiliki peringkat waktu singkat.
Peringkat ini harus cukup untuk memungkinkan peralatan tahan terhadap panas dan tekanan mekanis arus pendek tanpa kerusakan.
Untuk memberikan kemampuan pemutusan yang memadai pada pemutus sirkuit, kekuatan pada insulator tiang, dan pengaturan yang tepat untuk relai pelindung yang mendeteksi gangguan.
Arus pendek maksimum & minimum untuk berbagai jenis dan lokasi arus pendek serta konfigurasi sistem harus ditetapkan.
Masukan mekanik generator normal sama dengan output listrik ditambah dengan kerugian generator.
Generator sistem berputar pada 50 Hz selama hal ini berlanjut. Setiap gangguan dalam aliran mekanik atau listrik menyebabkan kecepatan generator berubah dari 50Hz dan bergetar di sekitar titik keseimbangan baru.
Gangguan yang sangat umum adalah arus pendek. Arus pendek dekat generator menurunkan tegangan terminal dan mempercepat mesin.
Setelah memperbaiki kesalahan, perangkat akan memberikan energi berlebih ke sistem tenaga listrik untuk mengembalikan keadaan aslinya.
Ketika tautan listrik kuat, mesin melambat dengan cepat dan stabil. Tautan lemah akan menyebabkan ketidakstabilan mesin.
Faktor-faktor yang mempengaruhi stabilitas termasuk:
Keparahan gangguan,
Kecepatan penyelesaian gangguan,
Tautan antara mesin dan sistem setelah penyelesaian gangguan.
Stabilitas transien gardu induk bergantung pada
Jenis dan kecepatan relai pelindung jalur dan bus,
Waktu pemutusan pemutus sirkuit, dan
Konfigurasi bus setelah gangguan diselesaikan.
Titik terakhir mempengaruhi susunan bus.
Hanya satu jalur yang akan terpengaruh jika gangguan diselesaikan selama relaying primer.
Pemutus sirkuit yang terblokir dapat menyebabkan hilangnya beberapa jalur selama relaying kegagalan pemutus, melemahkan tautan sistem.
Overvoltage transien dapat disebabkan oleh petir atau pergantian sirkuit.
Studi Analisis Jaringan Transien (TNA) adalah cara paling akurat untuk menentukan overvoltage pergantian.
Susunan Tata Letak Gardu Induk
Susunan gardu induk ditentukan oleh pertimbangan fisik dan listrik, termasuk hal-hal berikut:
Keamanan Sistem
Keluwesan Operasi
Penyusunan Pelindungan yang Mudah
Pembatasan Tingkat Arus Pendek
Fasilitas Pemeliharaan
Perluasan yang Mudah
Faktor Situs
Ekonomi
Gardu induk ideal termasuk pemutus sirkuit terpisah untuk setiap rangkaian dan memungkinkan penggantian bus-bar atau pemutus sirkuit selama pemeliharaan atau gangguan.
Keamanan sistem dapat ditentukan dengan membolehkan 100% ketergantungan pada integritas gardu induk atau membolehkan persentase downtime karena gangguan periodik (atau) pemeliharaan.
Meskipun sistem bus-bar ganda dengan desain pemutus ganda sempurna, itu adalah gardu induk yang mahal.
Mengontrol beban MVA & MVAR di bawah semua kondisi koneksi sirkuit sangat penting untuk efisiensi beban generator.
Sirkuit beban harus dikelompokkan untuk memberikan kontrol optimal dalam kondisi normal dan darurat.
Jika satu pemutus sirkuit mengontrol banyak sirkuit atau lebih banyak pemutus sirkuit rusak. Hal ini dapat diminimalisir dengan pembagian bus.
Meskipun relai perlindungan sederhana, sistem bus tunggal kurang fleksibel untuk perlindungan yang rumit.
Sebuah gardu induk dapat dibagi menjadi dua bagian, baik sepenuhnya atau melalui koneksi reaktor, untuk mengurangi tingkat korsleting pendek.
Penggunaan pemutus sirkuit yang tepat dalam sistem cincin dapat menyediakan fasilitas yang serupa.
Pemeliharaan diperlukan selama operasi gardu induk, baik terencana (atau) darurat.
Kinerja gardu induk saat pemeliharaan bergantung pada penyediaan perlindungan.
Tata letak gardu induk harus memungkinkan perluasan celah untuk umpan baru.
Seiring peningkatan sistem, mungkin diperlukan untuk beralih dari susunan bus tunggal ke sistem bus ganda atau memperluas stasiun jaringan menjadi stasiun bus ganda.
Ruang dan fasilitas ekspansi akan tersedia.
Ketersediaan lokasi sangat penting untuk perencanaan gardu induk. Konstruksi stasiun dengan fleksibilitas yang lebih sedikit mungkin diperlukan di tempat yang terbatas.
Gardu induk dengan pemutus sirkuit yang lebih sedikit dan skematik yang lebih sederhana menempati ruang yang lebih sedikit.
Jika ekonomi memungkinkan, susunan switching yang ditingkatkan untuk kebutuhan teknologi dapat dibuat.
Tata letak gardu induk & susunan switching harus dirancang dengan hati-hati berdasarkan IEEE 141 untuk memastikan efisiensi dan keamanan sistem distribusi listrik.
Transformator,
Pemutus sirkuit, dan
Saklar
harus dipilih berdasarkan kebutuhan tegangan dan beban.
Untuk memaksimalkan ruang, memudahkan perawatan, dan memungkinkan ekstensi, tata letak harus direncanakan dengan cermat. Busbar harus menghubungkan peralatan secara efisien, dan sirkuit harus meningkatkan aliran daya & keandalan.
Untuk deteksi dan isolasi kesalahan yang cepat, sistem perlindungan & kontrol yang kuat diperlukan. Standar regulasi & kekhawatiran lingkungan menentukan desain substation untuk memastikan keselamatan, ketergantungan, dan patuh terhadap lingkungan.
Beberapa aspek harus dipertimbangkan saat merancang tata letak EHV dan konfigurasi switching:
Harus andal, aman, dan memastikan kelanjutan layanan yang baik.
Skema busbar substation dan perlindungan yang umum dijelaskan secara rinci dalam:
Apa itu Electrical Busbar? Jenis, Keuntungan, Kerugian &
Skema Perlindungan Busbar
Konfigurasi busbar yang berbeda memberikan keuntungan yang berbeda dalam hal redundansi, fleksibilitas operasi, dan aksesibilitas perawatan.
Tata letak busbar yang efisien memastikan aliran daya yang efisien & memfasilitasi ekspansi di masa depan.
Struktur diperlukan untuk mendukung & menginstal peralatan listrik bus dan mengakhiri kabel garis transmisi.
Struktur dapat dibuat dari baja, kayu, RCC, atau PSC. Berdasarkan tanah samping, mereka memerlukan fondasi.
Substation menggunakan konstruksi baja yang dibuat karena keuntungannya.
The
Jarak fase,
Jarak tanah,
Penghantar isolasi,
Panjang bus, dan
Berat peralatan
mempengaruhi desain struktural.
Lentur,
Kebuckling flensa,
Geser vertikal dan horizontal, dan
Pelekukan web
harus mencegah kegagalan balok baja dan girder.
Girder kotak berjaring harus 1/10 hingga 1/15 dari rentangan & persegi. Biasanya, defleksi balok tidak boleh melebihi 1/250 dari panjang rentangan.
Baut dan mur struktur harus berdiameter 16 mm, kecuali pada bagian yang ringan beban di mana mereka bisa 12 mm.
Beban desain untuk tiang dan girder harus mencakup
Tegangan konduktor,
Tegangan kawat tanah,
Berat penghantar isolasi dan perangkat keras, dan
Muatan fraksi (sekitar 350 kg),
Berat pekerja dan alat (200 kg)
Beban angin dan dampak
selama operasi peralatan.
Rentangan unduh garis udara harus diakhiri oleh struktur gerbang stasiun. Ini dapat mencapai +15 derajat secara vertikal dan +30 derajat secara horizontal.
Struktur yard dapat dicat atau dilapisi seng panas.
Struktur yang terbuat dari baja dilapisi seng membutuhkan perawatan minimal.
Namun, struktur yang dicat memberikan ketahanan korosi yang lebih baik di beberapa area yang sangat terkontaminasi.
Penyekatan fase yang biasa digunakan sebagai:
| 11 KV | 1,3 m |
| 33 KV | 1,5 m |
| 66 KV | 2,0 hingga 2,2 m |
| 110 KV | 2,4 hingga 3 m |
| 220 KV | 4,5 m |
| 400 KV | 7,0 m |
Untuk memfasilitasi koneksi antara banyak komponen yang membentuk sebuah substation, busbar adalah batang konduktif yang digunakan untuk mentransmisikan daya listrik di seluruh substation.
Kehilangan listrik berkurang, distribusi daya menjadi lebih konsisten, dan kinerja substation meningkat ketika busbar dirancang dan disesuaikan ukurannya dengan benar.
Otomatisasi substation mengoptimalkan operasi dan efisiensi dengan menggabungkan sistem kontrol, perangkat cerdas, & jaringan komunikasi.
Pemantauan real-time, kontrol jarak jauh, analisis data, & pemeliharaan prediktif meningkatkan keandalan dan mengurangi downtime dengan otomatisasi.
Sistem kontrol canggih seperti SCADA meningkatkan otomatisasi substation, pengumpulan data, & kontrol jarak jauh.
Otomatisasi substation menggunakan sistem SCADA untuk kontrol dan pemantauan terpusat.
Sistem SCADA mengumpulkan data substation untuk meningkatkan aliran daya, membuat keputusan, dan menyelesaikan gangguan dengan cepat.
Arsitektur desain substation memerlukan protokol komunikasi yang dapat diandalkan seperti IEC 61850, DNP3, atau Modbus untuk interoperabilitas, integritas data, & keamanan siber.
Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika ada pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk menghapus.
