變壓器油是變壓器內(nèi)部重要的絕緣材料，油品質(zhì)量直接影響到變壓器的電氣性能和運(yùn)行壽命。在運(yùn)行中，變壓器油在電氣設(shè)備中因受濕度、光線、金屬催化、水分及電場等因素的影響，會(huì)生成羧酸、醇等親水極性物質(zhì)在油－水界面的定向排列會(huì)改變界面上分子排列狀況，從而降低界面張力。因此，界面張力是變壓器油標(biāo)準(zhǔn)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，能夠反映新油在精煉時(shí)的純凈程度和在運(yùn)行中油的氧化程度。

實(shí)驗(yàn)儀器

儀器：本文采用芬蘭Kibron表面張力儀型號Delta-8測定界面張力。

方法：不同產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所采用的界面張力檢測方法不同，具體如表1和2所示。可以看出，各方法的測量原理相同，測定絕緣油的界面張力的方法大都采用的是圓環(huán)法，主要區(qū)別就是界面形成后即非平衡條件、接近平衡條件及平衡條件下測試的保持時(shí)間不同。

表1變壓器油界面張力檢測方法

表2不同界面張力檢測方法試驗(yàn)條件對比

結(jié)論與討論

由表3和圖1可得，界面張力均隨界面保持時(shí)間延長而降低。其中，新變壓器油的酯類油比礦物油的界面張力低很多，這是由于酯類油的分子結(jié)構(gòu)具有親水性，使其界面張力相應(yīng)減小。

表3新油不同試驗(yàn)條件界面張力檢測結(jié)果對比

圖1新油的界面張力隨時(shí)間變化曲線

表4和圖2試驗(yàn)結(jié)果表明，老化后的礦物油和酯類油的界面張力也隨界面保持時(shí)間延長而降低。與新油比，老化后變壓器油的界面張力均比新油的界面張力低，尤其是礦物油D油的界面張力從新油46mN/m左右降至16mN/m左右。表3數(shù)據(jù)顯示該樣品抗老化、氧化性較差，因此容易生成醛、酮、羧酸等老化產(chǎn)品，而這些老化產(chǎn)物均為極性物質(zhì)，在油水界面上做定向排列，從而使油品老化后油水間界面張力降低。E和F油為合成酯變壓器油，雖然本身界面張力不高，但其氧化穩(wěn)定性較好，老化前后界面張力變化不明顯。

表4老化油不同試驗(yàn)條件界面張力檢測結(jié)果對比

圖2老化油的界面張力隨時(shí)間變化曲線

對比圖3和圖4發(fā)現(xiàn)，老化油界面張力隨著兩相界面的保持時(shí)間呈較明顯下降趨勢，說明這一過程在老化變壓器油中比在新變壓器油中更為明顯。

圖3新礦油和老化礦油的界面張力隨時(shí)間的變化曲線

圖4新酯類變壓器油和老化酯類變壓器油界面張力隨時(shí)間變化的曲線

IEC62961:2018方法介于ASTMD971方法和EN14210方法之間，在界面形成180s時(shí)測量界面張力更加符合實(shí)際，同時(shí)測量時(shí)間對測量結(jié)果影響較小。從圖3和圖4也可以看出，老化油的界面張力隨時(shí)間變化較為明顯，主要表現(xiàn)在界面張力曲線從30s到180s的變化斜率較大，而在界面形成的180s時(shí)測量界面張力數(shù)值與300s的測量數(shù)據(jù)很接近，可以提供一個(gè)較為真實(shí)的界面張力值，并且檢測時(shí)間相對較短。

新頒布的變壓器油國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60296:2020《電工流體電氣設(shè)備用礦物絕緣油》，其界面張力檢測規(guī)定采用ASTMD971-2020方法和IEC62961:2018兩種方法，為了得到更有效的數(shù)據(jù)和滿足實(shí)驗(yàn)室快速高效的日常檢測工作，推薦采用IEC62961:2018方法為宜。

結(jié)論

界面張力是反映變壓器油精制過程中潔凈程度的指標(biāo)，并與油品的老化程度密切相關(guān)。國內(nèi)外檢測變壓器油界面張力方法的主要區(qū)別在于界面形成后的保持時(shí)間不同。

實(shí)驗(yàn)室通過采用圓環(huán)法考察測量時(shí)間對界面張力值的影響，結(jié)果表明老化油的界面張力受時(shí)間影響較為明顯，同時(shí)也說明變壓器油的界面張力與油的劣化程度密切相關(guān)。

通過考察不同方法測量時(shí)間對測量結(jié)果的影響，推薦采用IEC62961:2018方法對變壓器油進(jìn)行界面張力的檢測，該方法既能減小因測試時(shí)間不同而引起的誤差，又能快速進(jìn)行檢測。