IEC 60071-12:2022

Insulation co-ordination - Part 12: Application guidelines for LCC HVDC converter stations

IEC 60071-12:2022 applies guidelines on the procedures for insulation co-ordination of line commutated converter (LCC) stations for high-voltage direct current (HVDC) project, whose aim is evaluating the overvoltage stresses on the converter station equipment subjected to combined DC, AC power frequency, harmonic and impulse voltages, and determining the specified withstand voltages for equipment.
This document deals only with metal-oxide surge arresters, without gaps, which are used in modern HVDC converter stations. The criteria for determining the protective levels of series and/or parallel combinations of surge arresters used to ensure optimal protection are also presented. Typical arrester protection schemes and stresses of arresters are presented.
Annex A contains examples of insulation co-ordination for LCC HVDC converters which support the concepts described in the main text, and the basic analytical techniques used.

Coordination de l’isolement - Partie 12: Lignes directrices en matière d’application pour stations de conversion à courant continu haute tension (CCHT) équipées de convertisseurs commutés par le réseau (LCC)

L'IEC 60071-12:2022 applique des lignes directrices concernant les procédures de coordination de l’isolement des stations de conversion équipées de convertisseurs commutés par le réseau (LCC) pour des installations à courant continu haute tension (CCHT), dont l’objectif est d’évaluer les contraintes de surtension exercées sur le matériel soumis à des tensions combinées de fréquence, d'harmoniques et d'impulsions de courant continu et alternatif et de déterminer les tensions de tenue spécifiées pour le matériel.
Le présent document traite seulement des parafoudres à oxyde métallique, sans éclateurs, qui sont utilisés dans les stations de conversion à CCHT modernes. Les critères de détermination des niveaux de protection des combinaisons de montages en série et/ou en parallèle des parafoudres utilisés pour assurer une protection optimale sont également présentés, de même que les schémas types de la protection par parafoudre et les contraintes des parafoudres.
L’Annexe A comporte des exemples de coordination de l’isolement pour les convertisseurs CCHT LCC qui prennent en charge les concepts décrits dans le corps du texte, ainsi que les techniques d’analyse de base employées.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 13-Oct-2022
• ICS: 29.080.30 - Insulation systems
• Technical Committee: TC 99 - Insulation co-ordination and system engineering of high voltage electrical power installations above 1,0 kV AC and 1,5 kV DC
• Drafting Committee: JWG 13 - TC 99/JWG 13
• Current Stage: PPUB - Publication issued
• Start Date: 11-Nov-2022
• Completion Date: 14-Oct-2022

Relations

• Replaces: IEC 60071-5:2014 - Insulation co-ordination - Part 5: Procedures for high-voltage direct current (HVDC) converter stations
• Effective Date: 05-Sep-2023

Standards Content (Sample)

IEC 60071-12 ®
Edition 1.0 2022-10
INTERNATIONAL
STANDARD
NORME
INTERNATIONALE
Insulation co-ordination –
Part 12: Application guidelines for LCC HVDC converter stations

Coordination de l’isolement –
Partie 12: Lignes directrices en matière d’application pour stations de
conversion à courant continu haute tension (CCHT) équipées de convertisseurs
commutés par le réseau (LCC)
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conversion à courant continu haute tension (CCHT) équipées de convertisseurs

commutés par le réseau (LCC)
INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION
COMMISSION
ELECTROTECHNIQUE
INTERNATIONALE
ICS 29.080.30 ISBN 978-2-8322-5845-3

– 2 – IEC 60071-12:2022 © IEC 2022
CONTENTS
FOREWORD . 5
1 Scope . 7
2 Normative references . 7
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms . 7
3.1 Terms and definition . 7
3.2 Symbols and abbreviated terms . 8
3.2.1 General . 8
3.2.2 Subscripts . 8
3.2.3 Letter symbols . 8
3.2.4 Abbreviated terms . 9
4 Typical LCC HVDC converter station schemes . 9
5 Voltages and overvoltages in service . 12
5.1 Continuous operating voltages at various locations in the converter station . 12
5.2 Peak continuous operating voltage (PCOV) and crest continuous operating
voltage (CCOV) . 16
5.3 Sources and types of overvoItages . 18
5.4 Temporary overvoltage . 18
5.4.1 General . 18
5.4.2 Temporary overvoltage on the AC side . 18
5.4.3 Temporary overvoltages on the DC side . 19
5.5 Slow-front overvoltages . 19
5.5.1 General . 19
5.5.2 Slow-front overvoltages on the AC side . 19
5.5.3 Slow-front overvoltages on the DC side . 20
5.6 Fast-front, very-fast-front and steep-front overvoltages . 20
6 Arrester characteristics and stresses . 21
6.1 Arrester characteristics . 21
6.2 Arrester specification . 22
6.3 Arrester stresses. 23
6.3.1 General . 23
6.3.2 AC bus arrester (A) . 24
6.3.3 AC filter arrester (FA) . 24
6.3.4 Transformer valve winding arresters (T). 25
6.3.5 Valve arrester (V) . 25
6.3.6 Bridge arrester (B) . 28
6.3.7 Converter unit arrester (C) . 28
6.3.8 Mid-point DC bus arrester (M) . 29
6.3.9 Converter unit DC bus arrester (CB) . 29
6.3.10 DC bus and DC line/cable arrester (DB and DL/DC) . 30
6.3.11 Neutral bus arrester (E, EL, EM in Figure 3, EB, E1, EL, EM in Figure 1) . 30
6.3.12 DC reactor arrester (DR) . 31
6.3.13 DC filter arrester (FD) . 32
6.3.14 Earth electrode station arrester. 32
6.4 Protection strategy . 32
6.4.1 General . 32
6.4.2 Insulation directly protected by a single arrester . 32
6.4.3 Insulation protected by more than one arrester in series . 32

6.4.4 Valve side neutral point of transformers . 33
6.4.5 Insulation between phase conductors of the converter transformer . 33
6.4.6 Summary of protection strategy . 33
6.5 Summary of events and stresses . 36
7 Design procedure of insulation co-ordination . 37
7.1 General . 37
7.2 Arrester requirements . 38
7.3 Representative overvoltages (U ) . 38
rp
7.4 Determination of the co-ordination withstand voltages (U ) . 40
cw
7.5 Determination of the required withstand voltages (U ) . 40
rw
7.6 Determination of the specified withstand voltage (U ) . 40
w
8 Study tools and system modelling . 40
8.1 General . 40
8.2 Study approach and tooIs . 40
8.3 System details . 41
8.3.1 Modelling and system representation . 41
8.3.2 AC network and AC side of the LCC HVDC converter station . 43
8.3.3 DC overhead line/cable and earth electrode line details . 44
8.3.4 DC side of an LCC HVDC converter station details . 44
Annex A (informative) Example of insulation co-ordination for LCC HVDC converter
stations . 45
A.1 General . 45
A.2 Example for LCC HVDC converter station in a pole with one 12-pulse

converter . 45
A.2.1 Arrester protective scheme . 45
A.2.2 Arrester stresses, protection and insulation levels . 45
A.2.3 Transformer valve side withstand voltages. 50
A.2.4 Air-insulated smoothing reactors withstand voltages . 50
A.2.5 Results .
...