一、概述

電(dian)子變(bian)壓(ya)器(qi)油的(de)界面(mian)張力(li)是指電(dian)子變(bian)壓(ya)器(qi)油與純水之間的(de)界面(mian)所具有(you)的(de)張力(li)。由于(yu)油分子與(yu)水分子極(ji)性不(bu)同(tong)(tong),并且水的(de)(de)(de)密(mi)度大于(yu)油的(de)(de)(de)密(mi)度,當(dang)將兩者注(zhu)入(ru)同(tong)(tong)一(yi)(yi)個容器中時,水總是(shi)(shi)在(zai)(zai)下,油總是(shi)(shi)在(zai)(zai)上,兩相(xiang)之間存在(zai)(zai)著一(yi)(yi)個明顯(xian)的(de)(de)(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)。在(zai)(zai)每(mei)一(yi)(yi)相(xiang)的(de)(de)(de)內部,每(mei)一(yi)(yi)個分子受到周(zhou)圍分子作(zuo)用的(de)(de)(de)合力(li)(li)為零,宏(hong)觀(guan)上不(bu)存在(zai)(zai)力(li)(li)場。而(er)(er)處于(yu)界(jie)面(mian)(mian)(mian)上的(de)(de)(de)分子,一(yi)(yi)側受到同(tong)(tong)相(xiang)分子的(de)(de)(de)作(zuo)用,另一(yi)(yi)側受到異相(xiang)分子的(de)(de)(de)作(zuo)用,并且異相(xiang)分子的(de)(de)(de)作(zuo)用力(li)(li)小于(yu)同(tong)(tong)相(xiang)分子的(de)(de)(de)作(zuo)用力(li)(li),從(cong)而(er)(er)在(zai)(zai)構(gou)成界(jie)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)兩相(xiang)表面(mian)(mian)(mian)上便各自形成一(yi)(yi)種具有收(shou)縮趨勢(shi)的(de)(de)(de)宏(hong)觀(guan)力(li)(li),這(zhe)就是(shi)(shi)界(jie)面(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)。

通常用單位(wei)長(chang)度上(shang)的力(li)來衡量(liang)界(jie)面張力(li)的大小,其單位(wei)為mN/m。由于界(jie)面張力(li)受溫(wen)(wen)度影響明顯,所以提到界(jie)面張力(li)必須指明溫(wen)(wen)度。一般情況下,各標準(zhun)、文獻中出現的界(jie)面張力(li)都(dou)是25℃下的界(jie)面張力(li)。

電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)變(bian)壓(ya)器(qi)油所含極(ji)(ji)性物質(親水(shui)性物質)越(yue)(yue)(yue)少,油分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)的極(ji)(ji)性越(yue)(yue)(yue)小(xiao),處于界(jie)面(mian)上(shang)的油分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)水(shui)分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)之間的作用(yong)力(li)越(yue)(yue)(yue)小(xiao)，界(jie)面(mian)張(zhang)力(li)就越(yue)(yue)(yue)高。極(ji)(ji)性分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)的存(cun)在使得(de)高場強下(xia)的電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)變(bian)壓(ya)器(qi)油通(tong)過極(ji)(ji)化電(dian)(dian)流(liu)，消耗有功功率，因(yin)此，人們(men)希(xi)望電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)變(bian)壓(ya)器(qi)油中的極(ji)(ji)性分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)盡可能少一(yi)些，相(xiang)應的，也就希(xi)望電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)變(bian)壓(ya)器(qi)油的界(jie)面(mian)張(zhang)力(li)盡可能高一(yi)些。GB2536-1990規定新(xin)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)變(bian)壓(ya)器(qi)油的界(jie)面(mian)張(zhang)力(li)不得(de)小(xiao)于40mN/m，而IEC 60296：2003對界(jie)面(mian)張(zhang)力(li)“無通(tong)用(yong)要求(qiu)”，同(tong)時在注釋中說(shuo)明：“在用(yong)作通(tong)用(yong)要求(qiu)的場合，推薦(jian)最小(xiao)值為40mN/m。”

可(ke)見，由于(yu)油的(de)(de)組成和煉制(zhi)工藝不(bu)同，界面張力低于(yu)40mN/m、而其(qi)他技術指標能夠達到標準(zhun)規(gui)定的(de)(de)通用要求的(de)(de)油是有(you)的(de)(de)，統(tong)一規(gui)定“不(bu)得(de)小于(yu)40mN/m”會把(ba)合(he)格油判定為“不(bu)合(he)格”。

若電(dian)子變(bian)壓(ya)(ya)器油(you)(you)受到了(le)極(ji)性(xing)(xing)物(wu)(wu)質(zhi)的污染，界(jie)面張(zhang)力(li)(li)就會有顯著的下降。運行中的電(dian)子變(bian)壓(ya)(ya)器油(you)(you)隨著老化(hua)產物(wu)(wu)（有極(ji)性(xing)(xing)的親水物(wu)(wu)質(zhi)）的不斷增加(jia)，界(jie)面張(zhang)力(li)(li)會越來(lai)越低。為了(le)防止運行油(you)(you)過度(du)老化(hua)引起(qi)故障，GB/T7595-2000規(gui)定運行中電(dian)子變(bian)壓(ya)(ya)器油(you)(you)的界(jie)面張(zhang)力(li)(li)不得低于19mN/m。可見界(jie)面張(zhang)力(li)(li)從極(ji)性(xing)(xing)物(wu)(wu)質(zhi)含(han)量多少(shao)(shao)的角度(du)反(fan)映(ying)了(le)油(you)(you)品(pin)的優劣和老化(hua)的程度(du)，比酸度(du)僅從酸性(xing)(xing)物(wu)(wu)質(zhi)（也是極(ji)性(xing)(xing)物(wu)(wu)質(zhi)）含(han)量多少(shao)(shao)反(fan)映(ying)老化(hua)的程度(du)還要有代表性(xing)(xing)。

ISO和各國都制(zhi)訂(ding)有界面張(zhang)力測(ce)試方法，我國標準為GB/T6541。這(zhe)些方法所(suo)依據的原理(li)

都是一(yi)樣的(de)，即(ji)用(yong)界(jie)面(mian)張力儀測定水平(ping)鉑(bo)絲(si)環從水中上(shang)升到(dao)穿破水一(yi)油(you)界(jie)面(mian)所承受的(de)張力。然而力值(zhi)的(de)大(da)小(xiao)除(chu)和鉑(bo)絲(si)的(de)粗細、鉑(bo)環的(de)大(da)小(xiao)有關外，還和水和油(you)的(de)密(mi)度有關，不把(ba)這些因(yin)素全部考慮(lv)進去，就得不到(dao)真(zhen)實的(de)界(jie)面(mian)張力。經(jing)過反復試(shi)驗，人們(men)總結出了以下經(jing)驗公式來求界(jie)面(mian)張力

δ=MF（式1-1）

式中，δ為界(jie)面(mian)張力（mN/m);M為界(jie)面(mian)張力儀讀數（mN/m);F為因數。

按(an)式（1-2)計(ji)算

式1-2

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

二、測試儀器

測(ce)試儀(yi)器主要就是一臺界(jie)面(mian)張力(li)(li)儀(yi)。舊式(shi)(shi)張力(li)(li)儀(yi)是用于刻度盤(pan)相連接的扭絲(si)將(jiang)鉑(bo)環拉破界(jie)面(mian)，力(li)(li)值由(you)(you)刻度盤(pan)讀取。現在市售(shou)張力(li)(li)儀(yi)一般都(dou)是自(zi)動(dong)升降、數字顯(xian)示(shi)式(shi)(shi)，力(li)(li)值通(tong)過吊(diao)桿由(you)(you)天平橫梁(liang)測(ce)定并轉(zhuan)換為電(dian)信號，再由(you)(you)振蕩電(dian)路(lu)以mN/m顯(xian)示(shi)出來。更先進的自(zi)動(dong)張力(li)(li)儀(yi)帶有微(wei)機(ji)，操作者(zhe)將(jiang)所(suo)需參(can)數輸入微(wei)機(ji)后，儀(yi)器自(zi)動(dong)顯(xian)示(shi)出被試油的界(jie)面(mian)張力(li)(li)，免去了(le)按上述公式(shi)(shi)做復雜(za)計算的麻煩。

張力儀(yi)都帶有(you)鉑(bo)絲(si)(si)環，鉑(bo)絲(si)(si)環上(shang)焊有(you)鉑(bo)絲(si)(si)吊架(jia)，形如(ru)馬(ma)鐙(deng)。儀(yi)器生產(chan)廠提供環的周長、直徑和鉑(bo)絲(si)(si)直徑這幾個參(can)數。

三、測試操作

以ZL-1型自動張力(li)儀(yi)為例，操作步驟如下。

(1)校驗儀器(qi)。在平面上將鉑環(huan)整平，再(zai)套到吊(diao)桿(gan)上。打開(kai)(kai)吊(diao)桿(gan)鎖緊機構(gou)，按(an)下(xia)校準(zhun)鍵，再(zai)按(an)一(yi)下(xia)復(fu)(fu)位鍵，旋動(dong)校準(zhun)鈕使(shi)顯示(shi)(shi)器(qi)顯示(shi)(shi)（100.0±0.2)mN/m。然后松開(kai)(kai)校準(zhun)鍵，按(an)下(xia)標定鍵，再(zai)按(an)一(yi)下(xia)復(fu)(fu)位鍵。將0.5g的(de)(de)砝(fa)碼(ma)掛到鉑環(huan)上，儀器(qi)應顯示(shi)(shi)40.8mN/m。若(ruo)顯示(shi)(shi)值不是該(gai)值，應調節標定鍵，使(shi)儀器(qi)顯示(shi)(shi)該(gai)值。往鉑環(huan)上掛砝(fa)碼(ma)是困難的(de)(de)。可事(shi)先在分析天(tian)平上稱(cheng)取一(yi)段0.5000g的(de)(de)鍍鋅銅線或漆包線做(zuo)標準(zhun)砝(fa)碼(ma)。 

(2)鉑(bo)(bo)(bo)環(huan)表(biao)面(mian)處(chu)理。取下鉑(bo)(bo)(bo)環(huan)用熱(re)鉻酸浸泡，除(chu)去表(biao)面(mian)可能沾附的(de)污物，然(ran)后用去離子水沖洗，也可以用酒精(jing)燈(deng)燒鉑(bo)(bo)(bo)環(huan)達到除(chu)污的(de)目的(de)。由(you)于鉑(bo)(bo)(bo)性能穩(wen)定，這樣做并不影響鉑(bo)(bo)(bo)環(huan)的(de)形(xing)狀(zhuang)和(he)尺(chi)寸。在連續測多(duo)個油(you)樣的(de)情況下，火燒處(chu)理比鉻酸處(chu)理方便得(de)多(duo)。

(3)油(you)(you)(you)樣(yang)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)及密度(du)測(ce)定(ding)。為(wei)了(le)消(xiao)除(chu)某些機械雜(za)質可能給(gei)油(you)(you)(you)品密度(du)和界面張(zhang)力帶來的影(ying)響，要用(yong)(yong)中速干燥濾(lv)(lv)紙將油(you)(you)(you)樣(yang)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)到潔凈的燒(shao)杯(bei)中，每濾(lv)(lv)25mL即(ji)要更(geng)換濾(lv)(lv)紙。過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)后的油(you)(you)(you)樣(yang)要測(ce)25℃時的密度(du)。若要用(yong)(yong)密度(du)計(ji)法測(ce)，要濾(lv)(lv)400~500mL油(you)(you)(you)，而(er)這需要較長時間。可以用(yong)(yong)簡易方法測(ce)定(ding)：用(yong)(yong)移液(ye)管準確吸取(qu)5mL油(you)(you)(you)，注入燒(shao)杯(bei)中用(yong)(yong)分析天平稱(cheng)重（稱(cheng)準至(zhi)0.001g),這樣(yang)濾(lv)(lv)25mL油(you)(you)(you)即(ji)足(zu)夠了(le)。對于大多數(shu)油(you)(you)(you)來說，都比(bi)較潔凈，過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)對其密度(du)影(ying)響極小(xiao)，因(yin)而(er)可在過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)前測(ce)密度(du)。

(4)純水(shui)(shui)表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力的測定(ding)——水(shui)(shui)純度(du)(du)(du)及鉑(bo)環潔凈度(du)(du)(du)的檢查(cha)。用100mL的燒杯取約60mL蒸餾水(shui)(shui)，加熱到(dao)25℃，放到(dao)張(zhang)力儀測定(ding)平(ping)臺的正中間，測定(ding)水(shui)(shui)——空氣的界面(mian)(mian)張(zhang)力（讀(du)(du)數(shu)）。然后將(jiang)讀(du)(du)數(shu)代入式(shi)（1-1)和式(shi)（1-2)計(ji)算水(shui)(shui)——空氣的界面(mian)(mian)張(zhang)力。若(ruo)計(ji)算結果(guo)為71~72mN/m,則說明(ming)水(shui)(shui)的純度(du)(du)(du)夠(gou)(gou)高(gao)，鉑(bo)環表(biao)面(mian)(mian)清潔，可以做正式(shi)測定(ding)，否則，說明(ming)水(shui)(shui)純度(du)(du)(du)不(bu)夠(gou)(gou)，或鉑(bo)環表(biao)面(mian)(mian)不(bu)夠(gou)(gou)干凈，應(ying)更換蒸餾水(shui)(shui)，并重新處理鉑(bo)環，直至測到(dao)準(zhun)確結果(guo)為止。

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

至(zhi)水面上的(de)(de)(de)油(you)層大約(yue)10mm高。然后按和測水——空氣界面張力的(de)(de)(de)步驟測水——油(you)的(de)(de)(de)界面張力。現(xian)舉一實例說明界面張力計算方(fang)法。若顯示器(qi)讀數M為(wei)(wei)42.20mN/m,被試電子(zi)變壓器(qi)油(you)25℃的(de)(de)(de)密度(du)ρ1為(wei)(wei)0.8596g/cm3,鉑(bo)(bo)環半徑rr為(wei)(wei)9.7602mm,鉑(bo)(bo)絲的(de)(de)(de)半徑rw為(wei)(wei)0.2980mm,又已知25℃時純水的(de)(de)(de)密度(du)ρo為(wei)(wei)0.9974g/cm3,則利用式（1-2)求得

由式（1-1)

δ=42.2×1.0601mN/m≈44.7mN/m