Design Substationis Electricae: Introducio
Stationes electricae partes essentiales rete distributionis electricitatis constituant, ut nodi pro transmittendo et distribuendo electricitatem. Haec complexa facilta necessitant planificationem, designum et implementationem rigorosam ad certificandum supplymentum electricitatis constantem et efficientem.
In hac postulatione, considerabimus fundamenta designi stationis electricae, includentes diversos componentes, dispositiones et factores ambientales.
Criteria Planificationis Stationis
Nivelem maximalem defectus in novo bus stationis non potest esse plus quam 80% capacitatis rumpendae circuiti interruptoris nominatae.
Buffer 20% intenditur ad computandum incrementum niveles circuiti brevis cum systemate developmento.
Rationem currentis rumpendi et generandi, sicut etiam tempora eliminandi defectus switchgear diversis niveles voltage, calculari possunt ut:
| Tempus ad removendum faultam | Gradus tensionis | Tempus operationis | Currentus interruptorius | Currentus ratiocinatorius |
| 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 |
Capacitas uniuscuiusque substationis in variis gradibus tensionis non debet generaliter excedere.
| Sub-Station | Nivellus Tensionis |
| 765 KV | 2500 MVA |
| 400 KV | 1000 MVA |
| 220 KV | 320 MVA |
| 110 KV | 150 MVA |
Magnitudo et numerus transformatorum interconectantium (ICTs) debent ita disponi ut defectus uniuscuiusque unitatis non oneret reliquos ICTs vel systema subiectum.
Interruptor obstruens non potest plures quam quattuor alimentatores pro systemate 220 KV interrompere duo pro systemate 400 KV et unus pro systemate 765 KV.
Requisita Systematis Substationis
| 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 | ||
Nomenclatura
Fidelitas: Fidelitas systematis electrici est suministratio ininterrupta electricitatis ad tensionem et frequentiam necessarias. Busbars, disjunctores, transformatores, separatores, et dispositiva regulantia fidelitatem substationis afficiunt.
Ratio Defectus: Est media annua defectus.
Tempus Interruptionis: Tempus interruptionis refertur ad tempus necessarium ad reparandum componentem deficentem vel commutandum ad aliam fontem supply.
Tempus Commutationis: Tempus ab initio interruptionis ad restitutio servitii per operationem commutationis.
Schema Commutationis: Collocatio bus bars & equipment considerat costum, flexibilitatem, et fidelitatem systematis.
Interstitium Phasae ad Terram: Interstitium phasae ad terram substationis est
Distantia inter conductor & structura.
Distantia inter apparatus vivos et structuras &
Distantia inter conductor vivus et terra.
Interstitium Phasae ad Phasam: Interstitia phasae ad phasam substationis sunt
Distantia inter conductores vivos.
Distantia inter conductores vivos & apparatum et
Distantia inter terminales vivos in disjunctoribus, separatoribus, etc.
Interstitium Terrae: Est minimum interstitium ab ullo loco ubi homo posset stare ad proximam partem non-terrae potentiae insulatoris supportantis conductorem vivum.
Interstitium Sectionale: Est minimum interstitium ab ullo loco stantis ad proximum conductor vivus non-screened. Accipe altitudinem viri cum manibus extensis et interstitium phasae ad terram ad calculandum interstitium sectionale.
Spatium tuta: Hoc includit spatium a solo et spatium sectionale.
Campus electrostaticus substationis: Conductores vel partes metallicae energizatae creant campos electrostaticos. Substationes EHV (ultra 400 KV) habent campos electrostaticos qui variari possunt secundum geometriam conductoris energizati/portionis metallicae et objecti terrestris vicini vel soli.
Generalia
Lineae transmissionis,
Feeder subtransmissionis,
Circuitus generantes, et
Transformatores incrementales et decrementales
convenient ad substationes vel stationes commutationis.
Substationes ab 66 ad 40 KV vocantur EHV. Ultra 500KV, sunt UHV.
Quaestiones et methodi designandi substationes EHV similes sunt, tamen quaedam elementa dominatur ad varios niveles tensionis. Usque ad 220 KV, fluctus commutationis negligi possunt, sed ultra 345 KV, essentiales sunt.
Criteria et studia designandi substationem
Requiritamenta designandi substationem determinabuntur per sequentia studia.
Studia fluxus oneris
Studia circuitus brevis
Studia stabilitatis transitoriae
Studia supra-tensionis transitoriae
Studia fluxus oneris
Substatio curat transmissionem potentiæ fideliter ad onera systematis.
Necessitates portandæ currentis novæ substationis (vel) stationis commutationis determinantur per studia fluxus oneris dum omnes lineæ in sunt & dum selectæ lineæ pro maintenance foris sunt.
Post evaluationem plurium conditionum fluxus oneris, continuae & censurae emergency possunt calculari.
Studia circuitus brevis
Praeter censum currentis continuati, apparatu substationis debent habere censum brevis temporis.
Hae debent esse satis magnae ut apparatus possint sustinere calorem et pressiones mechanicorum a currentibus circuiti brevis sine damno.
Ut praebentur interpellandi capacitas adaequata in interruptoribus, fortitudo in insulatoribus posticis, et dispositio appropinquata pro relais protectoribus quae sensus habeant faultum.
Maximi & minimi currentes circuiti brevis diversarum formarum et locorum circuituum brevium et configurationum systematum debent stabiliri.
Stabilitatis Transitoriae Studia
Input mechanicum generatoris normalis aequat output electricum addito perditionibus generatoris.
Generator systematis vertitur ad 50 Hz quamdiu hoc continetur. Quaelibet perturbatio in fluxu mechanico vel electrico facit velocitatem generatoris abire a 50Hz et oscillare circa novum punctum aequilibrii.
Disturbatio valde communis est circuitus brevis. Circuitus breves prope generator diminuunt tensionem terminalis inferiorem et accelerant machinam.
Post emendationem erroris, dispositum erogabit excessum energiam in systema potentiae ut restituat statum pristinum.
Cum nexus electrici sint fortes, machina decelerat celeriter et stabilizatur. Nexus infirmi facient instabilitatem machinae.
Factores afficientes stabilitatem includunt:
Gravitas faulti,
Celeritas clearance faulti,
Nexus inter machinam et systema post resolutionem faulti.
Stabilitas transitoria substationis pendet a
Tipo et celeritate protectionis relaying lineae et bus,
Tempore interruptendi interruptoris, et
Configuratione bus postquam faultum est claratum.
Ultimum punctum afficit dispositionem bus.
Una tantum linea afficietur si faultus resolvitur durante relaying primario.
Interruptor obstruens potest plures lineas perdere durante relaying failure interruptoris, debilitans nexus systematis.
Studia Transitorum Overvoltage
Overvoltage transitorium potest resultare ex fulmine vel commutatione circuitus.
Studia Transient Network Analyzer (TNA) sunt modus accuratissimus ad determinandum overvoltage commutationis.
Dispositio Substationis
Dispositio substationis determinatur considerationibus physicis et electricis, includens sequentia:
Securitas Systematis
Flexibilitas Operationum
Facilis Dispositiones Protectionis
Limitans Niveles Circuiti Brevis
Facilitates Maintenanceis
Facilis Extensio
Factores Situs
Economia
Securitas Systematis
Substationes ideales includunt interruptores separatos pro singulis circuitibus et permittunt replacementem bus-barum vel interruptorum durante maintenance vel faultis.
Securitas systematis potest determinari permitiendo dependentiis 100% super integritate substationis vel permitiendo percentagium downtime propter periodicis faultis (vel) maintenance.
Quamquam systema double bus-bar cum designo interruptoris duplicis est perfectum, est substationis cara.
Flexibilitas Operationum
Controlling MVA & MVAR loading sub omnibus conditionibus circuitorum est essentialis ad efficaciam oneris generatoris.
Circuitus oneris debent coalescere ut optimam controllationem praebent in conditionibus normalibus et emergentibus.
Facilis Dispositio Protectionis
Si unus interruptor circuitus multos circuitus controllet vel plures interruptores circuitus rumpantur. Hoc mitigari potest per sectionem bus.
Etiam si relaying protectivum sit simplex, systema unius bus rigidum est pro protectione complicata.
Limitatio Niveles Circuiti Brevis
Substationem dividere in duas partes, sive totaliter sive per connectionem reactoris, potest niveles circuiti brevis reducere.
Usus proprius interruptorum circuitus in systematibus anularibus similem facilitatem praebere potest.
Facilitates Maintenanceis
Maintenance requiritur durante operatione substationis, sive planificata (vel) emergens.
Praestantia substationis dum maintenance pendet a provisionibus protectionis.
Facilis Extensio
Dispositio substationis debet permittere extensionem bay pro novis feederis.
Ut systema melioratur, potest necessarium esse transire ab arrangemente unius bus ad systema duobus bus aut ampliare stationem reticulatam ad stationem duobus bus.
Spatium et facilitates expansionis disponibilia erunt.
Factores Situs
Disponibilitas situs essentialis est pro planninge substationis. Constructio stationis cum minus flexibilitate potest necessaria esse in locis limitatis.
Substationem cum paucioribus interruptoribus et schemate simpliciore occupat minus spatii.
Economia
Si economiae sint factibilis, melior dispositio commutationis pro requirementibus technologicis creari potest.
Dispositio Substationis et Arrangementum Commutationis
Dispositio substationis & arrangementum commutationis diligenter debent designari secundum IEEE 141 ut efficaciam et securitatem systematis distributionis electricae confirmetur.
Transformatores,
Interruptores circuitus, et
Commutores
debetur electio iuxta requirementus tensionis et oneris.
Ut spatium maximetur, facilitetur manutentio, et permitatur extensio, debet diligenter disponi. Busbars debent efficaciter coniungere instrumenta, et circuitus debent meliorare fluxum potestatis & fidem.
Pro celeri detectione et isolatione defectus, opus sunt robustae systemata protectionis & controlis. Standardes regulatorii & praecupationes environmentalia determinant dispositionem substationis ad securitatem, fidentiam, et compliance environmentalis assecurandam.
Plures aspectus debent considerari dum EHV dispositio et configurationes commutationis designantur:
Debet esse fida, secura, et excellentem continuitatem servitii assecurare.
Schemata busbar typica et protectio substationis explicatur ut in detaliatum est:
Quid est Electrical Busbar? Species, Advantages, Disadvantages &
Schemata Protectionis Busbar
Diversae configurationes busbar praebent diversas advantages in terminis redundantiarum, flexibilitatis operativae, et accessibilitatis maintenance.
Efficiens dispositio busbar certificat efficiens fluxum potestatis & facilitat futuram expansionem.
Structurae Switchyard
Structurae necessariae sunt ad supportandum & instalandum instrumenta electrica bus et terminandum cables transmissionis lineae.
Structurae fieri possunt ex ferro, ligno, RCC, vel PSC. Iuxta lateralem solum, fundamenta necessitantur.
Substationes constructiones fabricatas ex ferro utuntur pro suis advantageibus.
The
Interstitium clearance,
Tellus clearance,
Isolatores,
Bus longitudine, et
Pondera instrumentorum
effect structural design.
Flexio,
Flange collapsum,
Verticalis et horizontalis secans, et
Web laceratio
must prevent steel beam and girder failure.
Lattice box girders should be 1/10 to 1/15 of the span & square. Usually, beam defluxion cannot exceed 1/250 of span length.
Structure bolts and nuts must be 16 mm in diameter, except in light-loaded sections where they can be 12 mm.
The design load for columns and girders should comprise
Conductor tension,
Earth wire tension,
Insulator and hardware weight, and
Fraction load (about 350 kg),
Worker and tool weight (200 kg)
Wind and impact loads
during equipment operation.
The overhead line download span must be terminated by the substation gantry structures. it can go up to +15 degrees vertically and +30 degrees horizontally.
The yard structures can be painted or hot dip galvanized.
Structures made with galvanized steel require minimal upkeep.
However, painted structures provided better corrosion resistance in some extremely contaminated areas.
Normally employed phase spacings as:
| 11 KV | 1.3 m |
| 33 KV | 1.5 m |
| 66 KV | 2.0 ad 2.2 m |
| 110 KV | 2.4 ad 3 m |
| 220 KV | 4.5 m |
| 400 KV | 7.0 m |
Design Busbar
Ut inter partes multas quae substationem componunt coniungantur, busbars sunt vares conductivi ad electricitatis potentiam per totam substationem transmittendam.
Perdites electricitatis minuuntur, distributio potentiae constanter fit, et operatio substationis melioratur cum busbars recte designantur et dimensiuntur.
Substation – Control Systems
Automatizatio substationis operationem et efficientiam optimat per systemata controlis, dispositiva intelligentia, et rete communicationis coniuncta.
Monitorium in tempore reali, controlis remotus, analysis datarum, et manutenctio predictiva fidelitatem augent et temporis mortuum per automatizatio minuunt.
Systemata controlis progressiva ut SCADA automatizatum substationis, collectam datarum, et controlis remotus meliorant.
Automatizatio substationis systemata SCADA ad controlis et monitorium centralizatum utiliter.
Systemata SCADA colligunt data substationis ad fluentiam potentiae augmentandam, decisiones faciendas, et defectus celeriter resolvendas.
Substation Design – Communication Protocols
Architectura designis substationis requirit protocolla communicationis fidelia sicut IEC 61850, DNP3, vel Modbus pro interoperabilitate, integritate datarum, & cibersicuretate.
Declaratio: Respectet originale, bonos articulos meritos partendi, si infringitur ius contacitet ad deletionem.
