Det elektriska isolationssystemet för stora roterande maskiner består av ett kompositmaterial av glimmertejp och ett värmehärdande harts. Hartset hjälper till att mekaniskt stabilisera lindningsstrukturen i statorn samt ersätter luftinneslutningar i isolationssystemet för att undertrycka bildandet av elektriska urladdningar. Vakuumtryckimpregneringsprocessen (VPI) är den föredragna tekniken för att impregnera glimmerisolationen med det värmehärdande hartset. Hartset som används i VPI-processen är sammansatt av flera nyckelkomponenter, inklusive den härdbara polymeren, härdare som deltar i tvärbindning, reaktiva utspädningsmedel för förbättrade processegenskaper och ytterligare tillsatser som katalysatorer och stabilisatorer. Olika hartskemier har använts under åren för VPI-processen. Det finns dock betydande farhågor när det gäller påverkan på miljö- och arbetshälsa för några av dessa komponenter. Den ökade medvetenheten om de skadliga effekterna av olika kemikalier har drivit på arbetet med att utveckla hartser med reducerade flyktiga organiska föreningar som kan vara skadliga för såväl miljön som de som hanterar hartset i stora mängder. Dessutom har stränga EU-regler klassificerat vissa härdare och reaktiva utspädningsmedel som ’substances of very high concern’, vilket har lett till ett stort behov av att hitta alternativ för dessa föreningar. Detta examensarbete består av en litteraturstudie som har genomförts med hänsyn till de önskade egenskaperna för VPI-hartser för att utvärdera potentiella kandidater som alternativ till härdare och reaktiva utspädningsmedel. Fyra olika impregneringshartser har tagits i beaktande som alternativ. Olika härdningskinetikparametrar har uppmätts med olika karakteriseringstekniker såsom infraröd spektroskopi av Fouriertransform i realtid, reologi och differentiell scanningkalorimetri. Eftersom de termiska, elektriska och mekaniska egenskaperna är nödvändiga för att säkerställa långvarig livslängd för industriellt nyttjade roterande maskiner, har olika egenskaper studerats genom att utföra dynamisk mekanisk analys, drag- och böjningstestning samt dielektrisk spektroskopi, genom att härda hartserna under lämpliga tids- och temperaturförhållanden. Alla de fyra hartserna visade varierande härdningskinetikparametrar och egenskaper som har korrelerats till hartskemin samt att hartsernas egenskaper har utvärderats i jämförelse med varandra. / The electrical insulation system for large rotating machines consists of a composite material of mica tape and a thermosetting resin. The resin helps in mechanically stabilizing the winding structure in the stator as well as replaces air inclusions in the insulation system to suppress the formation of discharges. Vacuum pressure impregnation (VPI) is the preferred technique to impregnate this mica tape with the thermosetting resin. The resin used in VPI process is composed of several key components, including the thermoset polymer, a hardener that participates in crosslinking, reactive diluents for improved processability and and additional additives like catalysts and stabilizers. Different chemistries have been used over the years for the VPI process. However, there are significant concerns regarding the environmental and occupational health and safety of some of these components.  The increasing awareness of the harmful effects of various chemicals has driven efforts to develop resins with reduced volatile organic compounds which can be detrimental to both the environment as well as those who are handling the resin in large quantities. Furthermore, stringent EU regulations have classified some hardeners and reactive diluents as substances of very high concern which has resulted in pressing need to find alternatives for these compounds.  This thesis, thus, consists of a literature study which has been performed taking the desired properties for VPI resins into consideration to evaluate potential candidates as alternatives for hardeners, and reactive diluents. Four different chemistries of impregnation have been taken into consideration as alternatives. Different curing kinetics parameters have been measured by different characterization techniques such as real time Fourier transform infrared spectroscopy, rheology, and differential scanning calorimetry. As the thermal, electric, and mechanical factors are necessary to ensure long term lifespan of industrial machines, different properties have been studied by performing dynamic mechanical analysis, tensile and flexural testing as well as dielectric spectroscopy by curing the resins under appropriate time and temperature conditions. All the four resins showed varied curing kinetics parameters and properties which have been correlated to the chemistry involved in the resin as well as evaluated in comparison to each other.

Det elektriska isolationssystemet för stora roterande maskiner består av ett kompositmaterial av glimmertejp och ett värmehärdande harts. Hartset hjälper till att mekaniskt stabilisera lindningsstrukturen i statorn samt ersätter luftinneslutningar i isolationssystemet för att undertrycka bildandet av elektriska urladdningar. Vakuumtryckimpregneringsprocessen (VPI) är den föredragna tekniken för att impregnera glimmerisolationen med det värmehärdande hartset. Hartset som används i VPI-processen är sammansatt av flera nyckelkomponenter, inklusive den härdbara polymeren, härdare som deltar i tvärbindning, reaktiva utspädningsmedel för förbättrade processegenskaper och ytterligare tillsatser som katalysatorer och stabilisatorer. Olika hartskemier har använts under åren för VPI-processen. Det finns dock betydande farhågor när det gäller påverkan på miljö- och arbetshälsa för några av dessa komponenter. Den ökade medvetenheten om de skadliga effekterna av olika kemikalier har drivit på arbetet med att utveckla hartser med reducerade flyktiga organiska föreningar som kan vara skadliga för såväl miljön som de som hanterar hartset i stora mängder. Dessutom har stränga EU-regler klassificerat vissa härdare och reaktiva utspädningsmedel som ’substances of very high concern’, vilket har lett till ett stort behov av att hitta alternativ för dessa föreningar. Detta examensarbete består av en litteraturstudie som har genomförts med hänsyn till de önskade egenskaperna för VPI-hartser för att utvärdera potentiella kandidater som alternativ till härdare och reaktiva utspädningsmedel. Fyra olika impregneringshartser har tagits i beaktande som alternativ. Olika härdningskinetikparametrar har uppmätts med olika karakteriseringstekniker såsom infraröd spektroskopi av Fouriertransform i realtid, reologi och differentiell scanningkalorimetri. Eftersom de termiska, elektriska och mekaniska egenskaperna är nödvändiga för att säkerställa långvarig livslängd för industriellt nyttjade roterande maskiner, har olika egenskaper studerats genom att utföra dynamisk mekanisk analys, drag- och böjningstestning samt dielektrisk spektroskopi, genom att härda hartserna under lämpliga tids- och temperaturförhållanden. Alla de fyra hartserna visade varierande härdningskinetikparametrar och egenskaper som har korrelerats till hartskemin samt att hartsernas egenskaper har utvärderats i jämförelse med varandra. / The electrical insulation system for large rotating machines consists of a composite material of mica tape and a thermosetting resin. The resin helps in mechanically stabilizing the winding structure in the stator as well as replaces air inclusions in the insulation system to suppress the formation of discharges. Vacuum pressure impregnation (VPI) is the preferred technique to impregnate this mica tape with the thermosetting resin. The resin used in VPI process is composed of several key components, including the thermoset polymer, a hardener that participates in crosslinking, reactive diluents for improved processability and and additional additives like catalysts and stabilizers. Different chemistries have been used over the years for the VPI process. However, there are significant concerns regarding the environmental and occupational health and safety of some of these components.  The increasing awareness of the harmful effects of various chemicals has driven efforts to develop resins with reduced volatile organic compounds which can be detrimental to both the environment as well as those who are handling the resin in large quantities. Furthermore, stringent EU regulations have classified some hardeners and reactive diluents as substances of very high concern which has resulted in pressing need to find alternatives for these compounds.  This thesis, thus, consists of a literature study which has been performed taking the desired properties for VPI resins into consideration to evaluate potential candidates as alternatives for hardeners, and reactive diluents. Four different chemistries of impregnation have been taken into consideration as alternatives. Different curing kinetics parameters have been measured by different characterization techniques such as real time Fourier transform infrared spectroscopy, rheology, and differential scanning calorimetry. As the thermal, electric, and mechanical factors are necessary to ensure long term lifespan of industrial machines, different properties have been studied by performing dynamic mechanical analysis, tensile and flexural testing as well as dielectric spectroscopy by curing the resins under appropriate time and temperature conditions. All the four resins showed varied curing kinetics parameters and properties which have been correlated to the chemistry involved in the resin as well as evaluated in comparison to each other.

Insulation in rotating machines is a common cause for failure. Therefore, research in the area is large and is important to further increase the knowledge of the phenomena related to insulation degradation. This thesis is a case study on 20 stator bars obtained from a generator that had been showing signs of insulation degradation while in operation. The insulation was investigated using a range of measurements to be able to evaluate the degradation of these bars. The measurements performed were electrical partial discharge measurements, acoustic partial discharge measurements, dielectric response measurements, and breakdown testing. Furthermore, a more scientific approach to the commonly used tap test in the industry was conducted, which has not been done before and the purpose was to validate this commonly used test method. It was concluded that the bars have a significant amount of partial discharges within them, and that the stress grading is likely to be blamed in many of the worst cases. Furthermore, the dielectric response measurements provided good information on the thermal stability of the insulation. The set-up of the tap test did not provide reasonable results, and the method approach as well as the experimental set-up was to blame for this. In future work, investigating this specific area could be beneficial. The electrical partial discharge measurements and the breakdown test provided unexpected results when compared, where the former indicated much degradation while the latter proved that the bars can withstand very high voltage levels. / Isolering i roterande maskiner är en vanlig orsak till fel. Forskningen på området är därför omfattande och viktig för att ytterligare öka kunskapen om fenomen som rör isoleringsnedbrytning. Denna avhandling är en fallstudie på 20 statorstänger som erhållits från en generator som hade visat tecken på isoleringsnedbrytning under drift. Isoleringen undersöktes med hjälp av en rad olika mätningar för att kunna utvärdera nedbrytningen av dessa stänger. De mätningar som utfördes var mätningar av elektriska partiella urladdningar, akustiska partiella urladdningar, mätningar av dielektrisk respons och genombrottstester. Dessutom genomfördes ett mer vetenskapligt tillvägagångssätt för det allmänt använda tapptestet i branschen, vilket inte har gjorts tidigare och syftet var att validera denna allmänt använda testmetod. Slutsatsen blev att stängerna har en betydande mängd partiella urladdningar i sig, och att spänningsgraderingen sannolikt får skulden i många av de värsta fallen. Dessutom gav mätningarna av den dielektriska responsen god information om isoleringens termiska stabilitet. Upplägget för tapptestet gav inte rimliga resultat, och detta berodde både på metodiken och på försöksupplägget. I framtida arbete kan det vara bra att undersöka detta specifika område. Mätningarna av den elektriska partiella urladdningen och genombrottstestet gav oväntade resultat när de jämfördes, där de förstnämnda visade på mycket försämring medan de sistnämnda bevisade att stängerna kan motstå mycket höga spänningsnivåer.