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(dāng)將兩者注入同一個(gè)容器中時(shí),水總是在下,油總是在上,兩相之間存在著一個(gè)明顯的界面。在每一相的內(nèi)部,每一個(gè)分子受到周?chē)肿幼饔玫暮狭榱?宏觀上不存在力場(chǎng)。而處于界面上的分子,一側(cè)受到同相分子的作用,另一側(cè)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(gòu)成界面的兩相表面上便各自形成一種具有收縮趨勢(shì)的宏觀力,這就是界面張力。

通常用單位長(zhǎng)度上的力來(lái)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(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)中出現(xiàn)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(zhì)(親水性物質(zhì))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(chǎng)強(qiáng)下的電子變壓器油通過(guò)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(yīng)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(guī)定新電子變壓器油的界面張力不得小于40mN/m，而IEC 60296：2003對(duì)界面張力“無(wú)通用要求”，同時(shí)在注釋中說(shuō)明：“在用作通用要求的場(chǎng)合，推薦最小值為40mN/m。”

可見(jiàn)，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(shù)指標(biāo)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通用要求的油是有的，統(tǒng)一規(guī)定“不得小于40mN/m”會(huì)把合格油判定為“不合格”。

若電子變壓器油受到了極性物質(zhì)的污染，界面張力就會(huì)有顯著的下降。運(yùn)行中的電子變壓器油隨著老化產(chǎn)物（有極性的親水物質(zhì)）的不斷增加，界面張力會(huì)越來(lái)越低。為了防止運(yùn)行油過(guò)度老化引起故障，GB/T7595-2000規(guī)定運(yùn)行中電子變壓器油的界面張力不得低于19mN/m。可見(jiàn)界面張力從極性物質(zhì)含量多少的角度反映了油品的優(yōu)劣和老化的程度，比酸度僅從酸性物質(zhì)（也是極性物質(zhì)）含量多少反映老化的程度還要有代表性。

ISO和各國(guó)都制訂有界面張力測(cè)試方法，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T6541。這些方法所依據(jù)的原理

都是一樣的，即用界面張力儀測(cè)定水平鉑絲環(huán)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(xì)、鉑環(huán)的大小有關(guān)外，還和水和油的密度有關(guān)，不把這些因素全部考慮進(jìn)去，就得不到真實(shí)的界面張力。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，人們總結(jié)出了以下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)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(shù)（mN/m);F為因數(shù)。

按式（1-2)計(jì)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(huán)的半徑（mm)。

二、測(cè)試儀器

測(cè)試儀器主要就是一臺(tái)界面張力儀。舊式張力儀是用于刻度盤(pán)相連接的扭絲將鉑環(huán)拉破界面，力值由刻度盤(pán)讀取。現(xiàn)在市售張力儀一般都是自動(dòng)升降、數(shù)字顯示式，力值通過(guò)吊桿由天平橫梁測(cè)定并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再由振蕩電路以mN/m顯示出來(lái)。更先進(jìn)的自動(dòng)張力儀帶有微機(jī)，操作者將所需參數(shù)輸入微機(jī)后，儀器自動(dòng)顯示出被試油的界面張力，免去了按上述公式做復(fù)雜計(jì)算的麻煩。

張力儀都帶有鉑絲環(huán)，鉑絲環(huán)上焊有鉑絲吊架，形如馬鐙。儀器生產(chǎn)廠提供環(huán)的周長(zhǎng)、直徑和鉑絲直徑這幾個(gè)參數(shù)。

三、測(cè)試操作

以ZL-1型自動(dòng)張力儀為例，操作步驟如下。

(1)校驗(yàn)儀器。在平面上將鉑環(huán)整平，再套到吊桿上。打開(kāi)吊桿鎖緊機(jī)構(gòu)，按下校準(zhǔn)鍵，再按一下復(fù)位鍵，旋動(dòng)校準(zhǔn)鈕使顯示器顯示（100.0±0.2)mN/m。然后松開(kāi)校準(zhǔn)鍵，按下標(biāo)定鍵，再按一下復(fù)位鍵。將0.5g的砝碼掛到鉑環(huán)上，儀器應(yīng)顯示40.8mN/m。若顯示值不是該值，應(yīng)調(diào)節(jié)標(biāo)定鍵，使儀器顯示該值。往鉑環(huán)上掛砝碼是困難的。可事先在分析天平上稱(chēng)取一段0.5000g的鍍鋅銅線(xiàn)或漆包線(xiàn)做標(biāo)準(zhǔn)砝碼。

(2)鉑環(huán)表面處理。取下鉑環(huán)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(huán)達(dá)到除污的目的。由于鉑性能穩(wěn)定，這樣做并不影響鉑環(huán)的形狀和尺寸。在連續(xù)測(cè)多個(gè)油樣的情況下，火燒處理比鉻酸處理方便得多。

(3)油樣過(guò)濾及密度測(cè)定。為了消除某些機(jī)械雜質(zhì)可能給油品密度和界面張力帶來(lái)的影響，要用中速干燥濾紙將油樣過(guò)濾到潔凈的燒杯中，每濾25mL即要更換濾紙。過(guò)濾后的油樣要測(cè)25℃時(shí)的密度。若要用密度計(jì)法測(cè)，要濾400~500mL油，而這需要較長(zhǎng)時(shí)間。可以用簡(jiǎn)易方法測(cè)定：用移液管準(zhǔn)確吸取5mL油，注入燒杯中用分析天平稱(chēng)重（稱(chēng)準(zhǔn)至0.001g),這樣濾25mL油即足夠了。對(duì)于大多數(shù)油來(lái)說(shuō)，都比較潔凈，過(guò)濾對(duì)其密度影響極小，因而可在過(guò)濾前測(cè)密度。

(4)純水表面張力的測(cè)定——水純度及鉑環(huán)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(cè)定平臺(tái)的正中間，測(cè)定水——空氣的界面張力（讀數(shù)）。然后將讀數(shù)代入式（1-1)和式（1-2)計(jì)算水——空氣的界面張力。若計(jì)算結(jié)果為71~72mN/m,則說(shuō)明水的純度夠高，鉑環(huán)表面清潔，可以做正式測(cè)定，否則，說(shuō)明水純度不夠，或鉑環(huán)表面不夠干凈，應(yīng)更換蒸餾水，并重新處理鉑環(huán)，直至測(cè)到準(zhǔn)確結(jié)果為止。

(5)正式測(cè)定。將鉑環(huán)降入水中約6mm深。將預(yù)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(cè)水——空氣界面張力的步驟測(cè)水——油的界面張力。現(xiàn)舉一實(shí)例說(shuō)明界面張力計(jì)算方法。若顯示器讀數(shù)M為42.20mN/m,被試電子變壓器油25℃的密度ρ1為0.8596g/cm3,鉑環(huán)半徑rr為9.7602mm,鉑絲的半徑rw為0.2980mm,又已知25℃時(shí)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