Dầu Cách Điện-Ảnh Hưởng Của Sức Căng Bề Mặt Dầu

Sức căng bề mặt của dầu cách điện

Sức căng bề mặt của một chất lỏng cách điện loại dầu khoáng liên quan đến sự phân hủy của một mẫu dầu. Chất lỏng cách điện loại dầu khoáng về cơ bản là một hy đrô các bon bão hòa không phân cực; tuy nhiên, khi một mẫu dầu trải qua sự thoái hóa do ô xy hóa sẽ có tạo những chất do ô xy hóa tạo thành như là các a xít carboxylic,về bản chất là các chất hút nước. Sự hiện diện của các vật liệu hút nước này trong chất lỏng cách điện có thể ảnh hưởng đến các đặc tính hóa (chỉ số a xít), đặc tính điện (độ bền điện môi),và đặc tính lý (sức căng bề mặt) của chất lỏng. Trong phương pháp này người ta đo sức căng bề mặt của dầu so với nước, là chất có độ phân cực cao.Hai chất lỏng càng gần giống nhau về chiều phân cực thì giá trị sức căng bề mặt giữa chúng càng thấp.Vì vậy hàm lượng của các vật liệu hút nước trong chất lỏng cách điện càng lớn, sức căng bề mặt của dầu đo được so với nước càng nhỏ. Có nhiều phương pháp có thể dùng để đo sức căng bề mặt của một loại dầu so với nước.Một phương pháp thực hiện việc đo kích cỡ của một giọt nước vốn được tạo thành bên dưới bề mặt dầu (tiêu chuẩn ASTM D2285); tuy nhiên , nếu ta mong muốn có được những giá trị chính xác hơn thì tốt nhất là nên sử dụng phương pháp dùng vòng được mô tả dưới đây.

Phương pháp thử

Các chi tiết của toàn bộ phương pháp thử dùng để xác định sức căng bề mặt (IFT) của dầu cách điện so với nước bằng phương pháp sử dụng vòng được cho trong tiêu chuẩn ASTM D971 và chỉ được đề cập tóm tắt ở đây. Thiết bị được dùng để xác định sức căng bề mặt (IFT) là một máy đo độ căng dựa trên nguyên lý của Du Nuoy. Một mẫu dầu được thả nổi một cách cẩn thận trên mặt của một lớp nước và lực cần thiết để tách (kéo) một vòng dây bằng platin đi lên từ bên dưới mực nước xuyên qua dầu được đo bằng cách sử dụng một dây xoắn đã được kiểm định. Lực đo được vào thời điểm tại đó vòng thoát ra một cách tự do khỏi lớp nước khi nó đang được kéo đi lên xuyên qua lớp dầu. Vòng platin được chế tạo có các kích thước chính xác. Vì thử nghiệm này là rất nhạy để phát hiện các chất nhiễm bẩn, nên ta phải rất tỉ mỉ trong việc xử lý thiết bị lấy mẫu, mẫu thử,và thiết bị đo.Có các hệ số hiệu chỉnh cần phải được xem xét có liên quan đến các kích cỡ của vòng dây và tỷ trọng của nước và mẫu thử. Các kết quả được cho theo đơn vị dynes/cm hoặc các giá trị miliNewton/mét (mN/m) tương đương.

Ý nghĩa

Độ lớn của IFT có quan hệ ngược với hàm lượng các sản phẩm thoái hóa có tính hút nước từ sự phân hủy dầu. Vì các vật liệu có tính hút nước thường có sự phân cực cao và vì vậy rất không hòa tan trong loại dầu không phân cực, sự hiện diện của các chất này có thể dẫn đến sự hình thành mùn. Các vật liệu này vốn vẫn hòa tan trong dầu có thể ảnh hưởng đến các thuộc tính về điện như đã mong muốn của dầu. Chúng sẽ làm giảm độ bền điện và làm tăng hệ số tiêu tán của dầu.

Sự hình thành chất mùn cũng có thể ảnh hưởng đến các đặc tính trao đổi nhiệt của dầu bằng việc làm chậm lại hoặc gây tắc nghẽn sự tuần hoàn của dầu. Thông thường có một mối quan hệ nghịch giữa chỉ số trung hòa(chỉ số a xít) của dầu và sức căng bề mặt (IFT) của nó. Khi một mẫu dầu trải qua sự thoái hóa do ô xy hóa, chỉ số trung hòa sẽ tăng lên trong khi giá trị IFT của nó sẽ giảm xuống. Cũng nên thừa nhận  rằng một sự suy giảm về IFT không ngụ ý rằng chỉ số a xít cũng phải lớn, vì còn có các chất nhiễm bẩn không có tính a xít khác cũng có thể hiện diện trong dầu, chúng có thể hút nước và sẽ làm giảm IFT những không làm tăng tính a xít. Một ví dụ của một tình trạng như vậy có thể là của một máy biến áp loại giãn khí tự do (không có bộ thở) nằm gần biển, ở đó nước biển có khả năng xâm nhập vào máy biến áp. Một biến cố như vậy sẽ không làm ảnh hưởng chỉ số a xít nhưng có thể ảnh hưởng rõ rệt lên IFT và độ bền điện môi của dầu.

Tiêu chuẩn IEEE đã đưa ra những chỉ dẫn về các giá trị IFT tùy theo loại dầu và máy biến áp đang sử dụng dầu đó (IEEE C57.106-1991). Một vài giá trị tiêu biểu được cho dưới đây:

Loại dầu/Máy biến áp	Sức căng bề mặt (IFT)
Lô hàng dầu khoáng mới khi nhận từ nhà máy lọc dầu	Tối thiểu 40 dynes/cm
Dầu mới đổ vào máy biến áp mới	Tối thiểu 35 dynes/cm
Cac giới hạn đối với dầu đang sử dụng
≤ 69 kV Từ 69 – 288 kV > 345 kV	Tối thiểu 24 dynes/cm Tối thiểu 26 dynes/cm Tối thiểu 30 dynes/cm
Các giới hạn đối với dầu cần được tái chế
Nhóm II Nhóm III	Tối thiểu 24 dynes/cm Tối thiểu 16 dynes/cm
Dầu mới cho các máy cắt điện	Tối thiểu 40 dynes/cm
Giới hạn đối với dầu tiếp tục sử dụng trong các MC	Tối thiểu 25 dynes/cm

Theo KHKT-P8-ETC