News

System Planning – Power Substation Design Calculations

Posted on by QUANG ANH
trạm biến áp treo
01
Mar

System Planning

Short-circuit study

Short circuit study - substation design calculations
Figure 1: Short circuit study – oneline depicting the flow of fault current. Arrows indicate the direction of the flow. 
Why conduct short-circuit study?
Hundreds, if not thousands, of generators are tied to the power grid. Rotating loads like induction motors are integrated as well.
When a short-circuit occurs
– generators pump current into the fault.
– motors (which store energy in the magnetic field) backfeed into the fault.
Under-rated equipment subjected to this sudden current in-rush may catastrophically fail.
Outcome of short-circuit study
The study furnishes momentary and interrupting fault current magnitudes along with impedance to the fault location (either in symmetrical components X1-X0 or X/R ratio)

You should use the results to
– Procure substation equipment rated to withstand, and when designed for, interrupt fault current
– Determine trip setting for relays
– Perform other studies such as bus calculations and ground grid study

Load flow study

Substation Design Calculations - Load Flow Study
Figure 2: Load flow study – oneline showing power flow. Orange arrows indicate overloaded line.
Why conduct load flow study?
The grid operates in equilibrium. When load increases, the equilibrium shifts to a new high, with generators ramping up to keep up. This increase in power (consequently the continuous current) overheats underrated equipment and causes the insulation to deteriorate or fail.
Furthermore, some amount of power is lost as heat on the transmission lines. This results in a voltage drop at the receiving end of the line.
Outcome of load flow study
The study furnishes voltage drop, continuous current, and power factor at different nodes in the grid.

You should use the results to
– Procure substation equipment rated to withstand continuous current
– Determine trip MVA for transmission lines
– Determine pickup settings for overcurrent relays
– Determine transformer LTC settings
– Correct power factor using capacitors

Note: Minimum ratings are also standardized by the Regional Transmission Operator (RTO). For example, this design criteria document for transmission owners (under PJM) mandates continuous current for line terminal equipment. If the load flow study prescribes a lower rating, you should discard the results in favor of RTO requirements.

Insulation coordination study

Insulation coordination study - Substation design calculations
Figure 3: Insulation in the power grid is ubiquitous. It isolates energized conductor or bus from touching the grounded structure.
Why conduct insulation coordination study?
The power grid is subjected to lightning strikes and temporary over-voltages. A lightning strike occasionally carries greater than 1 million-volts, 100 kilo-amps, and 20 giga-joules of energy.

How “beefy” should the insulation be to survive this? You could spend a lot and over insulate or, when the budget is a concern (which is typically the case), build a station with reduced insulation.
Outcome of insulation coordination study
Choose standardized BIL rating (Basic lightning impulse Insulation Level) for the substation from IEEE 1313.1 standard. If you are choosing lower insulation level, pay close attention to the ratings of surge arrester and its install location.

Results are incorporated in the following drawings:
– General arrangement plan drawing (because BIL rating dictates phase-phase and phase-ground clearances)
– General arrangement section view drawing
– Equipment installation detail drawing

Note: There are no formulas to calculate BIL. It has been established based on experience and lab tests. At 345kV and above voltage, a switching surge has highervoltage magnitude than lightning. Choose BSL levels from the same standard for this voltage class.
QUANGANHCONS

Tính nhanh giá trạm biến áp

Chọn công suất và chiều dài tuyến để xem giá tham khảo cùng thông số điện.

01   Tính giá nhanh

Điều kiện tính cáp và tụ bù
Gửi yêu cầu báo giá theo thiết kế

Gửi thông tin công trình, BOQ hoặc bản vẽ để nhận báo giá chính thức. Các trường có * là bắt buộc.

Cấu hình tính nhanh gửi kèm
Chưa có kết quả tính nhanh. Bạn vẫn có thể gửi yêu cầu theo thiết kế.

Phạm vi báo giá

Áp dụng cho một trạm mua điện EVN, máy dầu 22/0,4 kV (máy một pha: 12,7/0,23 kV), TU/TI trung thế do EVN cấp. Giá gồm thiết bị theo cấu hình, lắp đặt, tiếp địa, liên kết máy–CB tổng, hồ sơ thiết kế–đấu nối và phối hợp thí nghiệm, nghiệm thu điện lực.

Kios, trụ thép hợp bộ và trạm trong nhà có tủ trung thế cùng đoạn cáp ngầm theo thông tin đã nhập. Các kiểu ngoài trời dùng phương án bảo vệ tương ứng; sơ đồ cuối cùng cần phù hợp yêu cầu đấu nối tại công trình.

Chưa gồm VAT, cáp từ tủ trạm đến MSB/phụ tải, hotline, cuộn kháng lọc hài, nền yếu/cọc đặc biệt, đất và PCCC đặc thù. Tuyến ngầm tính theo điều kiện thi công thông thường, chưa gồm khoan qua đường hoặc hoàn trả đặc biệt.

Giá dùng để tham khảo đầu tư. Báo giá chính thức được xác nhận sau khảo sát và thống nhất cấu hình. Thông số điện là lựa chọn sơ bộ, cần kiểm tra theo thiết kế trước khi thi công.

Dải công suất và điều kiện áp dụng

Danh mục là phạm vi tiếp nhận yêu cầu của công cụ, không phải giới hạn công suất chung của TCVN. Trạm treo một máy: 15–100 kVA; bộ ba máy: 3×15–3×100 kVA. Giàn: 100–630 kVA. Trụ thép: 100–630 kVA; 750/800 kVA cần xác nhận thiết kế và chấp thuận tại địa phương. Nền/kios/phòng: danh mục 50–10.000 kVA, không có nghĩa mọi cấu hình đều có giá trọn gói hoặc cùng kết cấu.

Tham khảo QĐ 1299/QĐ-EVN ngày 03/11/2017, Tập 1, mục 3.3–3.4; kiểm tra văn bản hiện hành của điện lực quản lý trước khi triển khai. Kios phải phù hợp định mức/thử nghiệm của nhà chế tạo (IEC 62271-202); phòng/nền phải đáp ứng bố trí, thông gió, kết cấu và PCCC của dự án. Công suất trạm nhiều máy phải tách số máy và công suất mỗi máy.

Công cụ do QuangAnhcons phát triển · © 2026 QuangAnhcons. Mã nguồn theo GPL-2.0-or-later; tiêu chuẩn và dữ liệu hãng thuộc chủ sở hữu tương ứng.

QUANG ANH