电子变压器油的界面张力介绍

 一、概述

电子变压器油的界面张力是指电子变压器油与纯水之间的界面所具有的张力。由于油分子与水分子极性不同,并且水的密度大于油的密度,当将两者注入同一个容器中时,水总是在下,油总是在上,两相之间存在着一个明显的界面。在每一相的内部,每一个分子受到周围分子作用的合力为零,宏观上不存在力场。而处于界面上的分子,一侧受到同相分子的作用,另一侧受到异相分子的作用,并且异相分子的作用力小于同相分子的作用力,从而在构成界面的两相表面上便各自形成一种具有收缩趋势的宏观力,这就是界面张力。

通常用单位长度上的力来衡量界面张力的大小,其单位为mN/m。由于界面张力受温度影响明显,所以提到界面张力必须指明温度。一般情况下,各标准、文献中出现的界面张力都是25℃下的界面张力。

电子变压器油所含极性物质(亲水性物质)越少,油分子的极性越小,处于界面上的油分子和水分子之间的作用力越小，界面张力就越高。极性分子的存在使得高场强下的电子变压器油通过极化电流，消耗有功功率，因此，人们希望电子变压器油中的极性分子尽可能少一些，相应的，也就希望电子变压器油的界面张力尽可能高一些。GB2536-1990规定新电子变压器油的界面张力不得小于40mN/m，而IEC 60296：2003对界面张力“无通用要求”，同时在注释中说明：“在用作通用要求的场合，推荐最小值为40mN/m。”

可见，由于油的组成和炼制工艺不同，界面张力低于40mN/m、而其他技术指标能够达到标准规定的通用要求的油是有的，统一规定“不得小于40mN/m”会把合格油判定为“不合格”。

若电子变压器油受到了极性物质的污染，界面张力就会有显著的下降。运行中的电子变压器油随着老化产物（有极性的亲水物质）的不断增加，界面张力会越来越低。为了防止运行油过度老化引起故障，GB/T7595-2000规定运行中电子变压器油的界面张力不得低于19mN/m。可见界面张力从极性物质含量多少的角度反映了油品的优劣和老化的程度，比酸度仅从酸性物质（也是极性物质）含量多少反映老化的程度还要有代表性。

ISO和各国都制订有界面张力测试方法，我国标准为GB/T6541。这些方法所依据的原理

都是一样的，即用界面张力仪测定水平铂丝环从水中上升到穿破水一油界面所承受的张力。然而力值的大小除和铂丝的粗细、铂环的大小有关外，还和水和油的密度有关，不把这些因素全部考虑进去，就得不到真实的界面张力。经过反复试验，人们总结出了以下经验公式来求界面张力

δ=MF （式1-1）

式中，δ为界面张力（mN/m);M为界面张力仪读数（mN/m);F为因数。

按式（1-2)计算

式1-2
（式1-2）

式中，ρ0为25℃水的密度（g/cm3);ρ1为25℃油的密度（g/cm3);rw为铂丝的半径（mm);

rr为铂环的半径（mm)。

二、测试仪器

测试仪器主要就是一台界面张力仪。旧式张力仪是用于刻度盘相连接的扭丝将铂环拉破界

面，力值由刻度盘读取。现在市售张力仪一般都是自动升降、数字显示式，力值通过吊杆由天平横梁测定并转换为电信号，再由振荡电路以mN/m显示出来。更先进的自动张力仪带有微机，操作者将所需参数输入微机后，仪器自动显示出被试油的界面张力，免去了按上述公式做复杂计算的麻烦。

张力仪都带有铂丝环，铂丝环上焊有铂丝吊架，形如马镫。仪器生产厂提供环的周长、直

径和铂丝直径这几个参数。

三、测试操作

以ZL-1型自动张力仪为例，操作步骤如下。

(1)校验仪器。在平面上将铂环整平，再套到吊杆上。打开吊杆锁紧机构，按下校准键，

再按一下复位键，旋动校准钮使显示器显示（100.0±0.2)mN/m。然后松开校准键，按下标

定键，再按一下复位键。将0.5g的砝码挂到铂环上，仪器应显示40.8mN/m。若显示值不是该值，应调节标定键，使仪器显示该值。往铂环上挂砝码是困难的。可事先在分析天平上称取一段0.5000g的镀锌铜线或漆包线做标准砝码。

(2)铂环表面处理。取下铂环用热铬酸浸泡，除去表面可能沾附的污物，然后用去离子

水冲洗，也可以用酒精灯烧铂环达到除污的目的。由于铂性能稳定，这样做并不影响铂环的形状和尺寸。在连续测多个油样的情况下，火烧处理比铬酸处理方便得多。

(3)油样过滤及密度测定。为了消除某些机械杂质可能给油品密度和界面张力带来的影

响，要用中速干燥滤纸将油样过滤到洁净的烧杯中，每滤25mL即要更换滤纸。过滤后的油样要测25℃时的密度。若要用密度计法测，要滤400~500mL油，而这需要较长时间。可以用简易方法测定：用移液管准确吸取5mL油，注入烧杯中用分析天平称重（称准至0.001g),这样滤25mL油即足够了。对于大多数油来说，都比较洁净，过滤对其密度影响极小，因而可在过滤前测密度。

(4)纯水表面张力的测定——水纯度及铂环洁净度的检查。用100mL的烧杯取约60mL蒸

馏水，加热到25℃，放到张力仪测定平台的正中间，测定水——空气的界面张力（读数）。然后将读数代入式（1-1)和式（1-2)计算水——空气的界面张力。若计算结果为71~

72mN/m,则说明水的纯度够高，铂环表面清洁，可以做正式测定，否则，说明水纯度不够，

或铂环表面不够干净，应更换蒸馏水，并重新处理铂环，直至测到准确结果为止。

(5)正式测定。将铂环降入水中约6mm深。将预热到25℃的油样慢慢倒入盛有水的烧杯，

至水面上的油层大约10mm高。然后按和测水——空气界面张力的步骤测水——油的界面张

力。现举一实例说明界面张力计算方法。若显示器读数M为42.20mN/m,被试电子变压器油25℃

的密度ρ1为0.8596g/cm3,铂环半径rr为9.7602mm,铂丝的半径rw为0.2980mm,又已知

25℃时纯水的密度ρo为0.9974g/cm3,则利用式（1-2)求得

由式（1-1)

δ=42.2×1.0601mN/m≈44.7mN/m