PN-II-PT-PCCA-2013-4-0792
Izolații polimerice de înaltă performanță pentru mașini electrice rotative. Tehnologie și metode de modelare

Rezultatele proiectului



REZUMATUL ETAPEI 3
 

In scopul atingerii obiectivelor proiectului, in aceasta etapa, din anul 2016, au fost realizate in totalitate urmatoarele activitati:

Activitatea 3.1. Studii experimentale asupra noilor metode de investigare a schemelor de izolatie in masinile electrice (Partial) – a participat CO
Activitatea 3.2. Prepararea unor probe noi de izolator imbunatatit (Partial) – au participat CO, P1 si P2
Activitatea 3.3. Studiu pe variante de masini electrice si executia modelului experimental cu izolator standard si cu izolator tratat (Partial) – au participat P1 si P2
Activitatea 3.4. Experimentarea masinilor electrice cu izolatori standard si cu izolatori tratati- au participat CO, P1 si P2
Acvtivitatea 3.5 Studii comparative privind utilizarea noilor scheme de izolare (Partial) – au participat CO, P1 si P2
Activitatea 3.6. Diseminarea rezultatelor prin participarea la conferinte / workshop-uri nationale si internationale – au participat CO si P2
Activitatea 3.7. Diseminarea rezultatelor prin publicarea de articole in jurnale nationale si internasionale au participat CO si P2
Activitatea 3.8. Vizite de lucru – au participat CO si P2
Aceste activitati au fost realizate prin contributia coordonatorului si a tuturor partenerilor din proiect, in conformitate cu planul de realizare al proiectului dupa actul aditional nr. 5/2016. Activitatile 3.1, 3.2 si 3.3, care au mentiunea Partial, au finalizat activitatile intreprinse in etapa anterioara, iar Activitatea 3.5 se va continua in etapa urmatoare.
In aceasta etapa s-a studiat raspunsul la stres termic al polimerilor folositi ca izolatori in masinile electrice rotative modificand compozitia amestecului utilizat ca izolator prin modificarea componentei grase a rasinii alchidice. In urma evaluarii a rezultat un amestec optim de componenta alchidica si melaminica. Polimerul obtinut, utilizand proportii optime de reticulare, a fost modificat ulterior prin adaugarea de nanoparticule de Al2O3, SiO2 si / sau modificarile de structura a compozitelor astfel obtinute au fost urmarite folosind spectrometria IR, dupa ce, in prealabil, au fost supuse stresului termic si radiativ. Comportarea polimerilor reticulati obtinuti a fost testata utilizand si tehnica chemiluminescentei pentru compozitele cu componenta optima, cu si fara aditivi, dupa ce au fost supuse unui stres termic sau radiativ preliminar.
Rezultatele acestei etape sunt concretizate prin comunicarea lor in cadrul unor conferinţe naţionale şi internaţionale precum şi prin publicarea unor articole, astfel:
Articole ISI:
1.   Investigation of thermal and radiation stability of alkyd based coatings used as insulators in the electrical rotating machines, Bumbac M., Zaharescu T., Nicolescu C.M., Journal of Science and Arts – acceptat, 2017.
2.   Structural and morphological properties of thermal aging of slot insulation based on polyester for rotating machines, Telipan G., Lungulescu M., Popescu V.I., Dulama I.D., Varaticeanu D.B., Teodorescu S., Stirbescu R.M., Romanian Journal of Physics, in evaluare, 2017.
Conferinte:
1.   Structural and morphological properties of thermal aging of slot insulation based on polyester for rotating machines, G.Telipan, M. Lungulescu, I.V. Popescu, I.D.Dulama, B.Varaticeanu, 16th International Balkan Workshop on Applied Physics, 7-9 iulie 2016.
2.   Analytical techniques applied in the study of ionic impurities in electrical rotating machines insulators, I.V. Popescu, C.Stihi, C.Radulescu, I.D.Dulama, I.Bancuta, A. Gheboianu, M.Ignat, G.Telipan, B.Varaticeanu, Gh.V.Cimpoca, E.D.Chelarescu, 16th International Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, 7 – 9 iulie 2016.

3.         Assessment of metal impurities in insulating polymeric materials from electrical rotating machines, I.V. Popescu, C.Stihi, C.Radulescu, M.Bumbac, I.D.Dulama, E.D. Chelarescu, Gh.V.Cimpoca, Sesiunea de Toamna a AOSR, Durau, 22-24 septembrie 2016.




REZUMATUL ETAPEI 2
 

In scopul atingerii obiectivelor proiectului, in aceasta etapa, din anul 2015, au fost realizate in totalitate urmatoarele activitati:
Activitatea 2.1. Experimentarea masinilor electrice cu izolatori standard si cu izolatori tratati (Partial) - au participat CO, P1 si P2;
Activitatea 2.2. Alegerea materialelor folosite in amestecuri, alegerea retetelor si a conditiilor de testare - au participat CO, P1 si P2;
Activitatea 2.3. Studii experimentale asupra noilor metode de investigare a schemelor de izolatie in masinile electrice (Partial) - au participat CO, P1 si P2;
Activitatea 2.4. Prepararea unor probe noi de izolator imbunatatit (Partial) - au participat CO si P2;
Activitatea 2.5. Studiu pe variante de masini electrice si executia modelului experimental cu izolator standard si cu izolator tratat (Partial) - a participat P1;
Activitatea 2.6. Diseminarea rezultatelor prin publicarea de articole in jurnale nationale si internationale - au participat CO si P2;
Activitatea 2.7. Diseminarea rezultatelor prin participarea la conferinte / workshop-uri nationale si internationale - au participat CO si P2;
Activitatea 2.8. Vizite de lucru - au participat CO si P2;
Aceste activitati au fost realizate prin contributia coordonatorului si a tuturor partenerilor din proiect, in conformitate cu planul de realizare al proiectului dupa actul aditional 3/2015 de realocare a cheltuielilor. Activitatile 2.1, 2.4 si 2.5, care au mentiunea Partial, se vor continua si in etapa urmatoare.
In aceasta etapa, 5 masini electrice de tipul BSM 88-0170-3, masini electrice fabricate de P1, au fost supuse unui proces de imbatranire accelerata prin cresterea temperaturii masurata in infasurarea statorica cu 30 °C, de la 95 °C la 125 °C. Motoarele au fost supuse unor solicitari termice constant, dar in timp diferit de lucru: motorul 1 (M1) → 80 ore; motorul 2 (M2) → 160 ore; motorul 3 (M3) → 240 ore; motorul 4 (M4) → 320 ore si motorul 5(M5) → 400 ore. Valorile marimilor electrice masurate s-au incadrat in limitele impuse de caracteristicile tehnice, fapt ce a condus la decizia de a se preleva probe din schema de izolatie pentru a determina compozitia chimica a materialelor izolatoare si a se observa eventualele modificari datorate imbatranirii accelerate. Modificarile compozitiei chimice au dovedit migrarea ionilor de Cu in materialele izolatoare. Migrarea ionilor metalici in izolator va conduce in timp la degradarea acestuia, ceea ce poate conduce la intreruperea cablului utilizat in functionarea motorului. Un model experimental de masina electrica cu izolator standard a fost realizat. Pentru reducerea ratei de migrare a ionilor de Cu in materialele izolatoare au fost preparate si analizate materiale izolatoare LDPE. Au fost determinate conditiile termice corespunzatoare unei scaderi a ratei de migrare a ionilor de Cu. Probe de material izolator imbuntatit cu substante antioxidante au fost preparate si analizate in scopul studiului comportarii la degradare termooxidativa.
Informatiile despre proiect si rezultatele obtinute in cadrul proiectului pot fi gasite in pagina web a proiectului, pagina ce poate fi accesata la adresa: http://262.icstm.ro. Rezultatele acestei etape sunt concretizate prin comunicarea lor în cadrul unor conferinţe naţionale şi internaţionale precum şi prin publicarea unor articole. Astfel, rezultatele:
- au fost concretizate prin publicarea a doua articole:

  1. Copper diffusion in cable-insulating materials by chemiluminescence and DSC techniques, Silviu Jipa, Radu Setnescu, Traian Zaharescu, Tanta Setnescu, Laura Monica Gorghiu, Iulian Bancuta, Elena Daniela Chelarescu, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 122 (1), 251-259, 2015., FI=2.042.
  2. ICP-MS and SEM investigations of insulators materials used at electrical machines, Ion V. Popescu, Bogdan Varaticeanu, Gabriela Telipan, Claudia Stihi, Cristiana Radulescu, Ioana Daniela Dulama, Ioan Alin Bucurica, Raluca Stirbescu, Sofia Teodorescu, Marius Bumbac, Iulian Bancuta, Anca Gheboianu, Mircea Ignat, Mihaela Chefneux, Journal of Science and Arts, acceptat pentru publicare, 2016.

- au fost comunicate la următoarele conferinţe internaţionale şi naţionale:

  1. Techniques for analysis of ionic impurities in electrical rotating machines insulators, Ion V. Popescu, Claudia Stihi, Cristiana Radulescu, Ioana Daniela Dulama, Iulian Bancuta, Anca Gheboianu, Mircea Ignat, Gabriela Telipan, Bogdan Varaticeanu, The 15th International Balkan Workshop on Applied Physics, 02.07-04.07 2015, Constanta, Romania – prezentare orala.
  2. Analiza impuritatilor atomice din izolatorii masinilor electrice rotative prin tehnici analitice, Ion V. Popescu, Claudia Stihi, Cristiana Radulescu, Ioana Daniela Dulama, Iulian Bancuta, Anca Gheboianu, Mircea Ignat, Gabriela Telipan, Bogdan Varaticeanu, Gheorghe Valerica Cimpoca, Elena Daniela Chelarescu, Sesiunea Stiintifica de Toamna 2015 a Academiei Oamenilor de Stiinta din Romania, 24.09-26.09 2015, Iasi, Romania – prezentare orala.
  3. Characterization of insulation materials using atomic techniques and electron microscopy, Ioana Daniela Dulama, Ioan Alin Bucurica, Ion V. Popescu, Sofia Teodorescu, Raluca Stirbescu, Bogdan Varaticeanu, Gabriela Telipan, Nuclear Physics - Science and Applications, 24.06-04.07 2015, Poznan, Polonia – poster.
  4. Characterization of insulating materials used in rotating electrical machines, Ioana Daniela Dulama, Ioan Alin Bucurica, Ion V. Popescu, Sofia Teodorescu, Raluca Stirbescu, Bogdan Varaticeanu, Gabriela Telipan, Prioritatile Chimiei pentru o Dezvoltare Durabila – PRIOCHEM, 29.10-30.10 2015, Bucuresti, Romania – poster.
  5. Study concerning the influence of heavy metals from soil on the power cable insulators, Cristiana Radulescu, Ion V. Popescu, Claudia Stihi, Gabriela Telipan, Ioana Daniela Dulama, Bogdan Varaticeanu, XXIII International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei, 25.05-29.05 2015, Dubna, Rusia – poster.
  6. Assessment of the metal contain in the insulating polymeric materials from electrical rotating machines using ICP-MS, Marius Bumbac, Ion V. Popescu, Mircea Ignat, Gabriela Telipan, Bogdan Varaticeanu, Cristiana Radulescu, Ioana Daniela Dulama, Claudia Stihi, The 15th International Balkan Workshop on Applied Physics, 02.07-04.07 2015, Constanta, Romania – poster.
  7. The study of oxidative stress on the polymers used as insulators for electrical rotating machines, Marius Bumbac, Traian Zaharescu, Ion V. Popescu, Bogdan Varaticeanu, Tanta Setnescu, Claudia Stihi, Iulian Bancuta, Anca Gheboianu, The 15th International Balkan Workshop on Applied Physics, 02.07-04.07 2015, Constanta, Romania – poster.
  8. Analysis and condition monitoring of aged or recycled polymeric insulation materials from electric and electronic items, Radu Setnescu, Marius Lungulescu, Tanta Setnescu, Iulian Bancuta, Anca Gheboianu The 15th International Balkan Workshop on Applied Physics, 02.07-04.07 2015, Constanta, Romania – poster.
  9. Migration of Cu ions in polyethylene XLPE insulation by thermal stress, Iulian Bancuta, Tanta Setnescu, Radu Setnescu, Ion V. Popescu, Oana Roxana Bancuta, Andrei Chilian, Anca Gheboianu, Gheorghe Vlaicu, The 15th International Balkan Workshop on Applied Physics, 02.07-04.07 2015, Constanta, Romania – poster.
  10. Composite polyester polymers for slot insulation used in rotating machines, Gabriela Telipan, Ioana Daniela Dulama, Ioan Alin Bucurica, Virgil Marinescu, Fourth International Symposium Frontiers in Polymer Science, 20.05-22.05 2015, Riva del Garda, Italia – poster.
  11. Study of relationships between heavy metals content from soil and buried power cables using ICP-MS, Cristiana Radulescu, Claudia Stihi, Ion V. Popescu, Ioana Daniela Dulama, Gabriela Telipan, Elena Daniela Chelarescu, 9th International Conference on "Instrumental Methods of Analysis-Modern Trends and Applications", 20.09-24.09 2015, Kalamata, Grecia – poster.




REZUMATUL ETAPEI 1
 
Obiectivul principal al proiectului este îmbunătățirea electrică a mașinii cu izolație specifică prin intermediul unor stabilizatorilor termici. Acest lucru este posibil prin studiul informațiilor privind degradarea termică oxidativă a materialului izolant din interiorul mașinii electrice, în absența și în prezența unui antioxidant eficient; prin determinarea concentrației optime de antioxidant sau amestec sinergetic care împiedică degradarea termică a materialului.
În scopul atingerii obiectivelor proiectului, în aceasta etapă a proiectului au fost realizate în totalitate următoarele activităţi:
Activitatea 1.1. Formularea unor ipoteze privind acțiunea distructivă a unor factori de stres chimici și electrici în schema de izolație a mașinilor electrice –activitate la care au participat CO şi P2;
Activitatea 1.2. Modelări privind influență mixtă a temperaturii și contaminanților în schema de izolație a mașinilor electrice – activitate la care au participat CO, P1 şi P2;
Activitatea 1.3. Schema echivalentă a izolației termice din mașinile electrice – activitate la care au participat P1 şi P2;
Activitatea 1.4. Diseminarea rezultatelor prin participare la manifestări tehnico-științifice – activitate la care au participat CO şi P2;
Activitatea 1.5. Vizite de lucru – activitate la care au participat CO şi P2;
Activitatea 1.6. Alegerea materialelor folosite în amestecuri – activitate la care au participat CO, P1 şi P2.

În această etapă au fost abordate ipotezele privind acțiunea distructivă a unor factori de stress chimic și electric în schema de izolație a motoarelor termice. Astfel, suprafața izolatorului este atacată printr-o combinare a solicitărilor electrice și fizico-chimice rezultând un fenomen numit: eroziune prin descărcare parțială electrolitică. De asemenea, cea mai mare parte a sistemelor de izolații în funcțiune, sunt supuse procesului de degradare sub influența agenților chimici ca: solvenți, uleiuri, apă și alte substanțe chimice, astfel:
·                     Izolația din poliester al înfășurărilor bobinei (stator, rotor) se poate înmuia sau umfla sub influența câtorva agenți chimici. Izolația de perete care utilizează astfalt, varnish sau poliesteri ca agenți de legare sunt susceptibili de înmuiere, umflare și pierderea rezistențelor mecanice și electriceCând poliesterul este în contact cu apa pentru o lungă perioadă de timp, rezultă o depolimerizare care duce la subțierea și înmuierea izolației, micșorând drastic rezistențele mecanice și electrice ale izolației. Izolația se subțiază în zona unde se aplică o presiune, astfel că o mare parte a materialului izolației poate migra astfel încât nu poate suporta o eventuală supratensiune în timpul funcționării mașinii.
·                     Umflarea izolației conduce la delaminarea izolației și chiar la cojirea izolației în zona înfășurării bobinei.
·                     Dacă rezistențele electrice și mecanice scad semnificativ datorită atacului chimic, o expunere la o valoare mare de tensiune (supratensiune) sau la forțe mecanice conduce la găurirea sau ruperea izolației, provocând răsucirea sau scurtcircuitarea.
Sistemele moderne ale izolațiilor în infășurările statorului sunt mult mai rezistente la cei mai mulți agenți chimici contaminanți. Izolația din epoxi este relativ rezistentă la solvenți,  umezeală sau uleiuri; totuși dacă este expusă la uleiuri și apă pe parcursul a mai mulți ani, aceasta se poate degrada. Materialele moderne pentru izolațiile firelor ca poliamidă-imidă sau poliester cu poliamidă imidă ca agent de acoperire, prezintă o excelentă rezistență la cei mai mulți agenți chimici.
Tot în cadrul acestei etape au fost realizate modelări numerice ale câmpului termic dezvoltat în mașina electrică sincronă cu magneți permanenți, ceea ce reprezintă un aspect critic în optimizarea mașinii pentru a îmbunătăți performanțele acesteia și încercarea de a crește eficiența. În urma acestor modelări s-a constatat că:
·                     temperatura măsurată pe magneții permanenți din ferită la funcționarea motorului în regim nominal este destul de mare stabilizându-se la temperatura de 106 °C într-un interval de 116 minute;
·                     fluxul termic dezvoltat în stator este direcționat în cea mai mare parte către carcasă, fiind evacuată căldura din interiorul motorului;
·                     la funcționarea motorului în regim de putere maximă, temperatura maximă admisibilă (definită de clasa de izolație F) în interiorul motorului este atinsă după 26 de minute;
·                     la funcționarea în sarcină maximă valoarea teoretică la care se stabilizează temperatura este de 220 °C după un interval de timp de 120 de minute;
·                     creșterea temperaturii în părțile componente ale mașinii electrice are loc rapid în primele minute de funcționare (deoarece aproape toate pierderile care apar în mașină contribuie la încălzirea ei), dar pe măsură ce temperatura mașinii se ridică comparativ cu cea a mediului ambiant, mașina începe să cedeze mediului înconjurător o parte din căldura care ia naștere în interiorul ei, iar creșterea temperaturii devine mai lentă.
            Alegerea materialelor izolante, lacurilor și amestecurilor izolante care compun schema de izolație a mașinii electrice trebuie făcută în strânsă legătură cu rezultatele obținute în urma calculului termic al mașinii. În această etapă au fost alese două materiale de izolație ce vor fi testate în etapa următoare: Syntherm DMD SV2 și STICLOSTRATITEX 3240.
Informaţiile despre proiect şi rezultatele obţinute în cadrul proiectului pot fi găsite în pagina web a proiectului, pagină ce poate fi accesată la adresa:http://262.cdi.valahia.ro
Rezultatele acestei etape sunt concretizate prin comunicarea lor în cadrul unor conferinţe naţionale şi internaţionale precum şi prin publicarea unor articole. Astfel, rezultatele:
·         au fost publicate în articolul:
1. The behavior of underground power cables under the action of stress factors, I. Ionita, C. Radulescu, C. Stihi, I.V. Popescu, A.A. Poinescu, I.R. Bunghez,Romanian Journal of Physics, Vol. 59, Nos. 9–10, pp. 1150-1159, Bucharest, 2014 (Jurnal cotat ISI: FI=0.745);
·         au fost comunicate la următoarele conferinţe internaţionale şi naţionale:
1. The behavior of underground power cables under the action of stress factors, I. Ionita, C. Radulescu, I.V. Popescu, I. D. Dulama, prezentată la 2nd International Conference on Analytical Chemistry – Analytical Chemistry for a Better Life, 17-21 Septembrie, 2014, Targoviste, România,  http://www.icstm.ro/ICAC2014;
2. The influence of heavy metals composition of soil on the polimeric insulators materials of power cables, I.V. Popescu, C.Radulescu, C. Stihi, G. Telipan, I.D.Dulama, I. Ionita, I.R. Bunghez prezentată la TIM14 Physics Conference - Physics without frontiers, 20-22 Noiembrie, Timisoara, Romania,http://www.timconference.com/;
3. Energia solară şi impactul asupra mediului, G. V. Cimpoca, I. V. Popescu, D. Leţ, Sesiunea Ştiinţifică de Toamnă a Academiei Oamenilor de Știință din România, 19-20 Septembrie 2014, Constanţa, România, http://aos.ro/19-20-septembrie-2014-sesinea-stiintifica-de-toamna-a-aosr/;
4. Aspecte privind metode convenţionale şi neconvenţionale de evaluare a izolaţiei maşinilor electrice, M. Ignat, D. Lipcinski, G. Telipan, B. Vărăticeanu, I. Dulamă prezentată la conferința Actualităţi şi perspective în domeniul maşinilor electrice, SME’14,  Ediţia a zecea, 3 Octombrie, București, România,http://www.sme.pub.ro/.