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          電子變壓器油的界面張力

          來源:創作者KjNPH6mThu 瀏覽 99 次 發布時間:2022-03-15

          一、概述


          電子變壓器油的界面張力是指電子變壓器油與純水之間的界面所具有的張力。由于油分子與水分子極性不同,并且水的密度大于油的密度,當將兩者注入同一個容器中時,水總是在下,油總是在上,兩相之間存在著一個明顯的界面。在每一相的內部,每一個分子受到周圍分子作用的合力為零,宏觀上不存在力場。而處于界面上的分子,一側受到同相分子的作用,另一側受到異相分子的作用,并且異相分子的作用力小于同相分子的作用力,從而在構成界面的兩相表面上便各自形成一種具有收縮趨勢的宏觀力,這就是界面張力。

          通常用單位長度上的力來衡量界面張力的大小,其單位為mN/m。由于界面張力受溫度影響明顯,所以提到界面張力必須指明溫度。一般情況下,各標準、文獻中出現的界面張力都是25℃下的界面張力。


          電子變壓器油所含極性物質(親水性物質)越少,油分子的極性越小,處于界面上的油分子和水分子之間的作用力越小,界面張力就越高。極性分子的存在使得高場強下的電子變壓器油通過極化電流,消耗有功功率,因此,人們希望電子變壓器油中的極性分子盡可能少一些,相應的,也就希望電子變壓器油的界面張力盡可能高一些。GB2536-1990規定新電子變壓器油的界面張力不得小于40mN/m,而IEC 60296:2003對界面張力“無通用要求”,同時在注釋中說明:“在用作通用要求的場合,推薦最小值為40mN/m?!?


          可見,由于油的組成和煉制工藝不同,界面張力低于40mN/m、而其他技術指標能夠達到標準規定的通用要求的油是有的,統一規定“不得小于40mN/m”會把合格油判定為“不合格”。

          若電子變壓器油受到了極性物質的污染,界面張力就會有顯著的下降。運行中的電子變壓器油隨著老化產物(有極性的親水物質)的不斷增加,界面張力會越來越低。為了防止運行油過度老化引起故障,GB/T7595-2000規定運行中電子變壓器油的界面張力不得低于19mN/m??梢娊缑鎻埩臉O性物質含量多少的角度反映了油品的優劣和老化的程度,比酸度僅從酸性物質(也是極性物質)含量多少反映老化的程度還要有代表性。


          ISO和各國都制訂有界面張力測試方法,我國標準為GB/T6541。這些方法所依據的原理


          都是一樣的,即用界面張力儀測定水平鉑絲環從水中上升到穿破水一油界面所承受的張力。然而力值的大小除和鉑絲的粗細、鉑環的大小有關外,還和水和油的密度有關,不把這些因素全部考慮進去,就得不到真實的界面張力。經過反復試驗,人們總結出了以下經驗公式來求界面張力


          δ=MF(式1-1)


          式中,δ為界面張力(mN/m);M為界面張力儀讀數(mN/m);F為因數。


          按式(1-2)計算

          式1-2


          式中,ρ0為25℃水的密度(g/cm3);ρ1為25℃油的密度(g/cm3);rw為鉑絲的半徑(mm); rr為鉑環的半徑(mm)。


          二、測試儀器


          測試儀器主要就是一臺界面張力儀。舊式張力儀是用于刻度盤相連接的扭絲將鉑環拉破界面,力值由刻度盤讀取?,F在市售張力儀一般都是自動升降、數字顯示式,力值通過吊桿由天平橫梁測定并轉換為電信號,再由振蕩電路以mN/m顯示出來。更先進的自動張力儀帶有微機,操作者將所需參數輸入微機后,儀器自動顯示出被試油的界面張力,免去了按上述公式做復雜計算的麻煩。


          張力儀都帶有鉑絲環,鉑絲環上焊有鉑絲吊架,形如馬鐙。儀器生產廠提供環的周長、直徑和鉑絲直徑這幾個參數。

          三、測試操作


          以ZL-1型自動張力儀為例,操作步驟如下。


          (1)校驗儀器。在平面上將鉑環整平,再套到吊桿上。打開吊桿鎖緊機構,按下校準鍵,再按一下復位鍵,旋動校準鈕使顯示器顯示(100.0±0.2)mN/m。然后松開校準鍵,按下標定鍵,再按一下復位鍵。將0.5g的砝碼掛到鉑環上,儀器應顯示40.8mN/m。若顯示值不是該值,應調節標定鍵,使儀器顯示該值。往鉑環上掛砝碼是困難的??墒孪仍诜治鎏炱缴戏Q取一段0.5000g的鍍鋅銅線或漆包線做標準砝碼。


          (2)鉑環表面處理。取下鉑環用熱鉻酸浸泡,除去表面可能沾附的污物,然后用去離子水沖洗,也可以用酒精燈燒鉑環達到除污的目的。由于鉑性能穩定,這樣做并不影響鉑環的形狀和尺寸。在連續測多個油樣的情況下,火燒處理比鉻酸處理方便得多。


          (3)油樣過濾及密度測定。為了消除某些機械雜質可能給油品密度和界面張力帶來的影響,要用中速干燥濾紙將油樣過濾到潔凈的燒杯中,每濾25mL即要更換濾紙。過濾后的油樣要測25℃時的密度。若要用密度計法測,要濾400~500mL油,而這需要較長時間??梢杂煤喴追椒y定:用移液管準確吸取5mL油,注入燒杯中用分析天平稱重(稱準至0.001g),這樣濾25mL油即足夠了。對于大多數油來說,都比較潔凈,過濾對其密度影響極小,因而可在過濾前測密度。


          (4)純水表面張力的測定——水純度及鉑環潔凈度的檢查。用100mL的燒杯取約60mL蒸餾水,加熱到25℃,放到張力儀測定平臺的正中間,測定水——空氣的界面張力(讀數)。然后將讀數代入式(1-1)和式(1-2)計算水——空氣的界面張力。若計算結果為71~72mN/m,則說明水的純度夠高,鉑環表面清潔,可以做正式測定,否則,說明水純度不夠,或鉑環表面不夠干凈,應更換蒸餾水,并重新處理鉑環,直至測到準確結果為止。

          (5)正式測定。將鉑環降入水中約6mm深。將預熱到25℃的油樣慢慢倒入盛有水的燒杯,


          至水面上的油層大約10mm高。然后按和測水——空氣界面張力的步驟測水——油的界面張力?,F舉一實例說明界面張力計算方法。若顯示器讀數M為42.20mN/m,被試電子變壓器油25℃的密度ρ1為0.8596g/cm3,鉑環半徑rr為9.7602mm,鉑絲的半徑rw為0.2980mm,又已知25℃時純水的密度ρo為0.9974g/cm3,則利用式(1-2)求得

          由式(1-1)


          δ=42.2×1.0601mN/m≈44.7mN/m

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