Remaining useful life and fault detection models for high voltage electrical connectors focused on predictive maintenance

In recent years, industries have chosen to invest in technology with the aim of making their processes more efficient and thus offering market products of higher quality. Nowadays it is very common for companies to use special systems to predict failures and avoid unexpected delays, reduction of costs, etc. SBI Connectors, along with the Universitat Politècnica de Catalunya, have been collaborating to develop research projects for more than 10 years. As a result of the collaboration with the university, patents and international publications have been generated, which have helped to situate and reinforce SBI Connectors leadership in the international market while offering an image of scientific-technical credibility. This research is carried out, with the collaboration of SBI connectors and Universitat Politècnica de Catalunya, in order to develop the Smartconnector project (within the Retos de Colaboración Spanish research frame). The thesis proposed by the author is dedicated to develop and validate RUL (Remaining Useful Life) and fault detection approaches for electrical substation connectors. The RUL approach proposed in this work is based on a simple and accurate model of the degradation with time of the electrical resistance of the connector (main health indicator), which has two parameters, whose values are identified from on-line acquired data. Next, the fault detection chapter is divided into two parts. The first part presents an on-line condition monitoring method to predict early failures in power connectors from on-line acquired data in conjunction with another parametric degradation model of the resistance of the connector, whose parameters are identified by means of the Markov chain Monte Carlo stochastic method. The second part presents, analyzes and compares the performance of three simple and effective methods for online determination of the State of Health (SoH) of power connectors with low computational requirements. The proposed approaches are based on monitoring the evolution of the connectors’ electrical resistance, which determines the degradation trajectory. Furthermore, this work includes an in-depth study of the temperature dependence of the electrical contact resistance (ECR). To analyze and validate results presented in this work, data is acquired in real time, including main parameters such as the electrical current and voltage drop across the terminals of the connector, conductor and connector temperature, thus estimating the phase shift between voltage drop and electrical current waveforms and the contact resistance by means of accelerated aging tests (ADT).En los últimos años, la industria ha optado por invertir en tecnología con el objetivo de hacer más eficientes sus procesos y así ofrecer al mercado productos de mayor calidad. Hoy en día es muy habitual que las empresas utilicen sistemas especiales para predecir fallos y evitar retrasos inesperados, reducción de costes, etc. SBI connectors, junto con la Universitat Politècnica de Catalunya, colaboran para desarrollar proyectos de investigación desde hace más de 10 años. Fruto de la colaboración con la universidad se han generado patentes y publicaciones internacionales, que han ayudado a situar y reforzar el liderazgo de SBI Connectors en el mercado internacional, al tiempo que ofrece una imagen de credibilidad científico-técnica. Esta tesis doctoral se realiza con la colaboración de SBI connectors y la Universitat Politècnica de Catalunya, para desarrollar el proyecto Smartconnector (dentro del marco de investigación Retos de Colaboración). La tesis propuesta por el autor está dedicada a desarrollar y validar modelos de RUL (Remaining Useful Life) y detección de fallos para conectores de subestaciones eléctricas enfocador al mantemiento predictive. El enfoque RUL propuesto en este trabajo se basa en un modelo simple y preciso de la degradación de la resistencia eléctrica del conector respecto al tiempo (indicador principal de salud), el cual tiene dos parámetros cuyos valores se identifican a partir de datos adquiridos en línea. A continuación, el capítulo de detección de fallos se divide en dos partes. En la primera parte se presenta un método de monitoreo en línea de condición para predecir fallos tempranos en conectores de potencia a partir de datos adquiridos en línea en conjunto con otro modelo paramétrico de degradación de la resistencia del conector, cuyos parámetros son identificados por medio del algoritmo de Markov Chain Monte Carlo. La segunda parte presenta, analiza y compara las prestaciones de tres métodos simples y efectivos para la determinación en línea del Estado de Salud (SoH) de conectores de potencia con bajos requerimientos computacionales. Los enfoques propuestos se basan en el seguimiento de la evolución de la resistencia eléctrica de los conectores, que determina la trayectoria de degradación. Además, este trabajo incluye un estudio en profundidad de la dependencia de la temperatura de la resistencia eléctrica de contacto (ECR). Para analizar y validar todo el trabajo presentado, se adquieren datos en tiempo real, incluyendo parámetros principales como la corriente eléctrica y la caída de tensión en los terminales del conector, la temperatura del conductor y del conector, estimando así el desfase entre la caída de tensión y la tensión eléctrica, forma de onda de corriente y la resistencia de contacto por medio de ensayos de envejecimiento acelerado (ADT).Postprint (published version

Estudio y simulación de una antena multibanda para textiles inteligentes

L'actual nombre de sistemes electrònics que incorpora la indústria de l'automoció requereix de múltiples antenes en els vehicles com ara:Digital FM radio broadcasting, remote keyless entry (RKE), global position systemes (GPS), bluetooth and WI-FI, satellite digital audio radio service (SDARS), tire pressure monitoring systemes (TPMS)El TFM té un fort component pràctic de disseny i simulació de vehicles i antenes i consisteix en tres fases:1) Disseny CAD del model de vehicle (es pot considerar la importació de models pre-establerts)2) Disseny d'una antena corresponent als estàndars anteriors.3) Simulació 3D de l'antena (diagrama de radiació, paràmetres d'antena i cobertura) amb el software professional CST Microwave Studi

On-line remaining useful life estimation of power connectors focused on predictive maintenance

Connections are critical elements in power systems, exhibiting higher failure probability. Power connectors are considered secondary simple devices in power systems despite their key role, since a failure in one such element can lead to major issues. Thus, it is of vital interest to develop predictive maintenance approaches to minimize these issues. This paper proposes an on-line method to determine the remaining useful life (RUL) of power connectors. It is based on a simple and accurate model of the degradation with time of the electrical resistance of the connector, which only has two parameters, whose values are identified from on-line acquired data (voltage drop across the connector, electric current and temperature). The accuracy of the model presented in this paper is compared with the widely applied autoregressive integrated moving average model (ARIMA), showing enhanced performance. Next, a criterion to determine the RUL is proposed, which is based on the inflection point of the expression describing the electrical resistance degradation. This strategy allows determination of when the connector must be replaced, thus easing predictive maintenance tasks. Experimental results from seven connectors show the potential and viability of the suggested method, which can be applied to many other devices.This research was partially funded by Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España, grant number RTC-2017-6297-3 and by the Generalitat de Catalunya, grant number 2017 SGR 967.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Medio ambiente, sociedad, ética, auditoría y educación. La Investigación Contable en UNIMINUTO Virtual y a Distancia: Contexto y Oportunidades.

En los últimos años la educación a distancia ha mostrado ser capaz de reducir la brecha de inequidad social, de capacitar personas en lugares remotos, de brindar la posibilidad a la comunidad discapacitada y de permitirle a quienes no cuentan con suficientes recursos económicos acceder a la educación superior, la presente investigación da cuenta de los aspectos clave asociados a la decisión de matricularse en el programa de Contaduría Pública en la modalidad distancia tradicional. Se realizó un análisis de las narrativas basado en los resultados de un instrumento aplicado a 150 estudiantes. Para el análisis de datos se empleó la herramienta SenseMaker®. Los resultados evidencian aspectos personales, sociales y culturales que posicionan la oferta de educación en la modalidad a distancia como la institución que permite resignificar la vida de las persona

Medio ambiente, sociedad, ética, auditoría y educación. La Investigación Contable en UNIMINUTO Virtual y a Distancia: Contexto y Oportunidades.

En los últimos años la educación a distancia ha mostrado ser capaz de reducir la brecha de inequidad social, de capacitar personas en lugares remotos, de brindar la posibilidad a la comunidad discapacitada y de permitirle a quienes no cuentan con suficientes recursos económicos acceder a la educación superior, la presente investigación da cuenta de los aspectos clave asociados a la decisión de matricularse en el programa de Contaduría Pública en la modalidad distancia tradicional. Se realizó un análisis de las narrativas basado en los resultados de un instrumento aplicado a 150 estudiantes. Para el análisis de datos se empleó la herramienta SenseMaker®. Los resultados evidencian aspectos personales, sociales y culturales que posicionan la oferta de educación en la modalidad a distancia como la institución que permite resignificar la vida de las persona

4to. Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad. Memoria académica

Este volumen acoge la memoria académica de la Cuarta edición del Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad, CITIS 2017, desarrollado entre el 29 de noviembre y el 1 de diciembre de 2017 y organizado por la Universidad Politécnica Salesiana (UPS) en su sede de Guayaquil. El Congreso ofreció un espacio para la presentación, difusión e intercambio de importantes investigaciones nacionales e internacionales ante la comunidad universitaria que se dio cita en el encuentro. El uso de herramientas tecnológicas para la gestión de los trabajos de investigación como la plataforma Open Conference Systems y la web de presentación del Congreso http://citis.blog.ups.edu.ec/, hicieron de CITIS 2017 un verdadero referente entre los congresos que se desarrollaron en el país. La preocupación de nuestra Universidad, de presentar espacios que ayuden a generar nuevos y mejores cambios en la dimensión humana y social de nuestro entorno, hace que se persiga en cada edición del evento la presentación de trabajos con calidad creciente en cuanto a su producción científica. Quienes estuvimos al frente de la organización, dejamos plasmado en estas memorias académicas el intenso y prolífico trabajo de los días de realización del Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad al alcance de todos y todas

Estudio y simulación de una antena multibanda para textiles inteligentes

L'actual nombre de sistemes electrònics que incorpora la indústria de l'automoció requereix de múltiples antenes en els vehicles com ara:Digital FM radio broadcasting, remote keyless entry (RKE), global position systemes (GPS), bluetooth and WI-FI, satellite digital audio radio service (SDARS), tire pressure monitoring systemes (TPMS)El TFM té un fort component pràctic de disseny i simulació de vehicles i antenes i consisteix en tres fases:1) Disseny CAD del model de vehicle (es pot considerar la importació de models pre-establerts)2) Disseny d'una antena corresponent als estàndars anteriors.3) Simulació 3D de l'antena (diagrama de radiació, paràmetres d'antena i cobertura) amb el software professional CST Microwave Studi

State of health prediction of power connectors by analyzing the degradation trajectory of the electrical resistance

Estimating the remaining useful life (RUL) or the state of health (SoH) of electrical components such as power connectors is still a challenging and complex task. Power connectors play a critical role in medium- and high-voltage power networks, their failure leading to important consequences such as power outages, unscheduled downtimes, safety hazards or important economic losses. Online condition monitoring strategies allow developing improved predictive maintenance plans. Due to the development of low-cost sensors and electronic communication systems compatible with Internet of Things (IoT) applications, several methods for online and offline SoH determination of diverse power devices are emerging. This paper presents, analyzes and compares the performance of three simple and effective methods for online determination of the SoH of power connectors with low computational requirements. The proposed approaches are based on monitoring the evolution of the connectors’ electrical resistance, which defines the degradation trajectory because the electrical resistance is a reliable indicator or signature of the SoH of the connectors. The methods analyzed in this paper are validated by means of experimental ageing tests emulating real degradation conditions. Laboratory results prove the suitability and feasibility of the proposed approach, which could be applied to other power products and apparatus.Peer ReviewedPostprint (published version

Characterizing the temperature dependence of the contact resistance in substation connectors

The electrical resistance, and in particular, the electrical contact resistance (ECR), plays a critical role in the electrical and thermal behaviors of substation connectors. Despite its impact, there are very few research works analyzing the temperature dependence of the ECR and its terms, the constriction and film resistances. It is very important to understand the contribution of the ECR to the total resistance, and its dependence on temperature. This work studies these dependences in detail by analyzing two types of connectors, i.e., connectors intended to join tubular bus bars, and connectors for stranded conductors. Due to the specific features of bus bars and stranded conductors, the ECR of both conductors has a different impact on the total resistance. The experimental approach presented in this work can be applied to better understand the role of the contact resistance, allowing the design of improved and more reliable substation connectors and similar devices.This work was supported in part by the Ministerio de Ciencia e Innovación de España, under grant number RTC-2017-6297-3 and by the Generalitat de Catalunya under grant number 2017 SGR 967.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

On-line health condition monitoring of power connectors focused on predictive maintenance

Electrical power connectors are critical points of electrical networks. Failure in high-voltage connectors may result in major power outages, safety risks and important economic consequences. Therefore, there is an imperious need to tackle such issue by developing suitable on-line condition monitoring strategies to minimize the aforementioned problems and to ease the application of predictive maintenance tasks. This work develops an on-line condition monitoring method to predict early failures in power connectors from data acquired on-line (electric current and voltage drop across the connector, and temperature) to determine the instantaneous value of the connector resistance, since it is used as a signature or indicator of its health condition. The proposed approach combines a parametric degradation model of the resistance of the connector, whose parameters are identified by means of the Markov chain Monte Carlo stochastic method, which also provides the confidence intervals of the electrical resistance. This fast approach allows an on-line diagnosis of the health condition of the connector, anticipating its failure and thus, easing the application of predictive maintenance plans. Laboratory results emulating the ageing conditions of the connectors prove the suitability and feasibility of the proposed approach, which could be applied to other power products and apparatus.Postprint (author's final draft