Feasibility analysis of reduced-scale visual corona tests in high-voltage laboratories

Corona is a critical effect that must be considered during the design and optimization stages of high-voltage hardware such as substation connectors, since due to the harmful effects, corona threats power systems reliability. Visual corona tests allow detecting and identifying the critical corona points on the surface of substation connectors, so corrective actions can be applied for product optimization. This paper focuses on reduced-scale visual corona tests intended to verify and optimize the behaviour of such high-voltage hardware. Reduced-scale visual corona tests allow reducing the voltage to be applied, laboratory size, instrumentation requirements, assembly and test times, and finally the overall costs of the tests compared to standard corona tests carried out in large-size high-voltage laboratories. A hybrid approach combining experimental tests and finite element method (FEM) simulations is presented, which allows obtaining the equivalent visual corona onset voltage between reduced-scale and full-scale tests. Although the paper focuses on the analysis of aluminium substation connectors, the proposed approach can be applied to many other hardware intended for high-voltage applications.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Voltage correction factors for air-insulated transmission lines operating in high-Altitude regions to limit corona activity: a review

Nowadays there are several transmission lines projected to be operating in high-altitude regions. It is well known that the installation altitude has an impact on the dielectric behavior of air-insulated systems. As a result, atmospheric and voltage correction factors must be applied in air-insulated transmission systems operating in high-altitude conditions. This paper performs an exhaustiveliteraturereview,includingstate-of-the-artresearchpapersandInternationalStandardsof theavailablecorrectionfactorstolimitcoronaactivityandensureproperperformancewhenplanning air-insulated transmission lines intended for high-altitude areas. It has been found that there are substantial differences among the various correction methods, differences that are more evident at higher altitudes. Most high-voltage standards were not conceived to test samples to be installed in high-altitude regions and, therefore, most high-voltage laboratories are not ready to face this issue, since more detailed information is required. It is proposed to conduct more research on this topic so that the atmospheric corrections and altitude correction factors found in the current International Standards can be updated and/or modified so that high-voltage components to be installed in high-altitude regions can be tested with more accuracy, taking into account their insulation structure.Peer ReviewedPostprint (published version

Development of reduced-scale tests for HTLS substation connectors

Power distribution networks face the upcoming challenge of managing the increase of power demand predicted worldwide. Power grid capacity is limited by the number of lines deployed and their characteristics, including conductor section, spacing, or number of phases, among others. Building new lines is costly and faces population opposition in many places. Therefore, a new conductor technology designed to upgrade the existing power lines has arisen. This technology, known as High Temperature Low-Sag (HTLS), permits the rise of capacity of existing power lines without modifying the supporting structures. Nowadays, the conductor technology is mature and under commercialization. But, there is the need to design and assess the behaviour of some auxiliary accessories needed to operate power lines equipped with HTLS conductors. Specifically, the substation connector industry is still developing HTLS substation connectors. From all the design process, the validation of the performance of these products is still a milestone. Currently, the tests performed to hardware for power lines are costly in terms of required infrastructures, testing time, power requirements, monetary cost and environmental affectation. Moreover, many of these tests can only be performed in few facilities all around the world. Furthermore, from an industrial scope, there is a growing interest to obtain the data of such tests in onsite industrial laboratories. Thus, this thesis develops a set of reduced-scale tests equivalent to the ones performed on full-scale connectors to validate the performance of the new designs. This thesis also performs a critical review of some of the methodologies that currently are being applied to assess products lifetime, and proposes the use of modern approaches. Concluding, this document aims to develop a series of test procedures that provide data about the validity of the newly required substation connectors designs in a cheaper, faster, and environmentally-friendlier way, whilst allowing to test the connectors in industrial laboratories, which have much less requirements than those of the full-scale test, since the later often require to be carried out in singular and scarce facilities.Las redes de distribución y transmisión de potencia se enfrentan al reto de manejar el incremento de demanda eléctrica previsto mundialmente. La capacidad de la red eléctrica está limitada por el número de líneas instaladas y sus características. Esto incluye, la sección del conductor, espaciado o número de fases, entre otros. La construcción de nuevas líneas es cara y en muchos casos imposible debido a la enorme oposición a la que se enfrentan en muchos lugares del mundo. Por ello, en los últimos años una nueva tecnología de conductores ha empezado a tomar importancia. Estos conectores conocidos como HTLS (alta temperatura baja flecha), permiten el aumento de la capacidad de las líneas eléctricas existentes sin por ello tener que modificar las estructuras que las soportan. Hoy en día, esta tecnología está suficientemente madura para ser comercializada. Sin embargo, existe la necesidad de diseñar y validar el comportamiento de una serie de accesorios auxiliares para líneas eléctricas. Concretamente, la industria de los conectores de subestación está desarrollando sus productos para líneas HTLS. El proceso de validación de estos conectores es aún un hito por alcanzar. Por el momento, los ensayos realizados sobre aparamenta para líneas eléctricas son costosos en términos de infraestructuras necesarias, tiempo de ensayo, potencia requerida, coste económico e impacto medioambiental. Además, muchos de estos ensayos sólo pueden llevarse a cabo en unas pocas instalaciones disponibles en todo el mundo. Por lo tanto, desde un punto de vista industrial, existe un creciente interés en obtener estos datos en laboratorios industriales. Por ello, esta tesis desarrolla un conjunto de ensayos a escala reducida equivalentes con los que hoy en día se realizan a escala real, con el fin de validar el rendimiento de los nuevos diseños de conector. Esta tesis también realiza una revisión crítica de algunas de las metodologías que hoy en día se llevan a cabo para estudiar el envejecimiento de los conectores de subestación. A su vez, propone el uso de metodologías más modernas para realizar dichos estudios. En conclusión, este documento desarrolla una serie de procedimientos de ensayo para validar los diseños de los nuevos desarrollos de conectores de subestación de una manera barata, rápida y respetuosa con el medio ambiente a la vez que permite el ensayo de dichos productos en laboratorios industriales

Development of reduced-scale tests for HTLS substation connectors

Power distribution networks face the upcoming challenge of managing the increase of power demand predicted worldwide. Power grid capacity is limited by the number of lines deployed and their characteristics, including conductor section, spacing, or number of phases, among others. Building new lines is costly and faces population opposition in many places. Therefore, a new conductor technology designed to upgrade the existing power lines has arisen. This technology, known as High Temperature Low-Sag (HTLS), permits the rise of capacity of existing power lines without modifying the supporting structures. Nowadays, the conductor technology is mature and under commercialization. But, there is the need to design and assess the behaviour of some auxiliary accessories needed to operate power lines equipped with HTLS conductors. Specifically, the substation connector industry is still developing HTLS substation connectors. From all the design process, the validation of the performance of these products is still a milestone. Currently, the tests performed to hardware for power lines are costly in terms of required infrastructures, testing time, power requirements, monetary cost and environmental affectation. Moreover, many of these tests can only be performed in few facilities all around the world. Furthermore, from an industrial scope, there is a growing interest to obtain the data of such tests in onsite industrial laboratories. Thus, this thesis develops a set of reduced-scale tests equivalent to the ones performed on full-scale connectors to validate the performance of the new designs. This thesis also performs a critical review of some of the methodologies that currently are being applied to assess products lifetime, and proposes the use of modern approaches. Concluding, this document aims to develop a series of test procedures that provide data about the validity of the newly required substation connectors designs in a cheaper, faster, and environmentally-friendlier way, whilst allowing to test the connectors in industrial laboratories, which have much less requirements than those of the full-scale test, since the later often require to be carried out in singular and scarce facilities.Las redes de distribución y transmisión de potencia se enfrentan al reto de manejar el incremento de demanda eléctrica previsto mundialmente. La capacidad de la red eléctrica está limitada por el número de líneas instaladas y sus características. Esto incluye, la sección del conductor, espaciado o número de fases, entre otros. La construcción de nuevas líneas es cara y en muchos casos imposible debido a la enorme oposición a la que se enfrentan en muchos lugares del mundo. Por ello, en los últimos años una nueva tecnología de conductores ha empezado a tomar importancia. Estos conectores conocidos como HTLS (alta temperatura baja flecha), permiten el aumento de la capacidad de las líneas eléctricas existentes sin por ello tener que modificar las estructuras que las soportan. Hoy en día, esta tecnología está suficientemente madura para ser comercializada. Sin embargo, existe la necesidad de diseñar y validar el comportamiento de una serie de accesorios auxiliares para líneas eléctricas. Concretamente, la industria de los conectores de subestación está desarrollando sus productos para líneas HTLS. El proceso de validación de estos conectores es aún un hito por alcanzar. Por el momento, los ensayos realizados sobre aparamenta para líneas eléctricas son costosos en términos de infraestructuras necesarias, tiempo de ensayo, potencia requerida, coste económico e impacto medioambiental. Además, muchos de estos ensayos sólo pueden llevarse a cabo en unas pocas instalaciones disponibles en todo el mundo. Por lo tanto, desde un punto de vista industrial, existe un creciente interés en obtener estos datos en laboratorios industriales. Por ello, esta tesis desarrolla un conjunto de ensayos a escala reducida equivalentes con los que hoy en día se realizan a escala real, con el fin de validar el rendimiento de los nuevos diseños de conector. Esta tesis también realiza una revisión crítica de algunas de las metodologías que hoy en día se llevan a cabo para estudiar el envejecimiento de los conectores de subestación. A su vez, propone el uso de metodologías más modernas para realizar dichos estudios. En conclusión, este documento desarrolla una serie de procedimientos de ensayo para validar los diseños de los nuevos desarrollos de conectores de subestación de una manera barata, rápida y respetuosa con el medio ambiente a la vez que permite el ensayo de dichos productos en laboratorios industriales.Postprint (published version