کشش سطحی یا IFT (Interfacial Tension) در روغن ترانسفورماتور یکی از آزمون‌های مهم برای ارزیابی سلامت و میزان آلودگی/پیری روغن عایق است.

IFT روغن ترانسفورماتور چیست؟
در روغن ترانسفورماتور، منظور از IFT معمولاً کشش بین‌سطحی بین روغن و آب است، نه صرفاً کشش سطحی روغن در برابر هوا.

به بیان ساده:

هرچه روغن سالم‌تر و تمیزتر باشد، کشش بین‌سطحی روغن و آب بیشتر است.

هرچه روغن پیرتر، اکسیدشده‌تر یا آلوده‌تر باشد، IFT کاهش پیدا می‌کند.

واحد رایج IFT:

mN/m
mN/m

یا همان:

dyn/cm
dyn/cm

که از نظر عددی تقریباً برابر هستند:

1
 mN/m
=
1
 dyn/cm
1 mN/m=1 dyn/cm

اهمیت IFT در روغن ترانسفورماتور
روغن ترانسفورماتور دو وظیفه اصلی دارد:

عایق الکتریکی
خنک‌کاری
با گذشت زمان، روغن در اثر عوامل زیر تخریب می‌شود:

حرارت
اکسیژن
رطوبت
میدان الکتریکی
آلودگی‌های جامد
مواد حاصل از تخریب کاغذ عایقی
محصولات اکسیداسیون روغن
این فرآیندها باعث تولید ترکیبات قطبی، اسیدی و لجن‌ساز می‌شوند. این مواد معمولاً خاصیت فعال سطحی دارند و باعث کاهش IFT می‌شوند.

رابطه IFT با کیفیت روغن
به طور کلی:

مقدار IFT وضعیت تقریبی روغن
بیشتر از 40 mN/m روغن نو یا بسیار سالم
30 تا 40 mN/m روغن قابل قبول
25 تا 30 mN/m شروع پیری و آلودگی
20 تا 25 mN/m روغن ضعیف، نیازمند بررسی جدی
کمتر از 20 mN/m روغن بسیار آلوده/اکسیدشده، احتمال تشکیل لجن
کمتر از 15 mN/m وضعیت بحرانی، نیاز به تصفیه یا تعویض
اعداد بالا عمومی هستند و ممکن است بسته به استاندارد، نوع روغن و دستورالعمل شرکت بهره‌بردار کمی متفاوت باشند.

چرا با پیر شدن روغن، IFT کاهش می‌یابد؟
روغن سالم عمدتاً غیرقطبی است. آب قطبی است. بین آب و روغن سالم، تمایل کمی برای اختلاط وجود دارد؛ بنابراین کشش بین‌سطحی بالا است.

اما با اکسید شدن روغن، ترکیباتی مانند:

اسیدهای آلی
الکل‌ها
آلدئیدها
کتون‌ها
رزین‌ها
ترکیبات لجن‌ساز
محصولات تخریب سلولز
تشکیل می‌شوند. این مواد در مرز آب و روغن قرار می‌گیرند و مثل مواد سورفکتانت عمل می‌کنند؛ در نتیجه IFT کاهش می‌یابد.

روش اندازه‌گیری IFT
آزمون IFT معمولاً طبق استانداردهایی مانند:

ASTM D971
IEC 62961 یا روش‌های مرتبط
استانداردهای آزمایشگاهی شرکت‌های برق
انجام می‌شود.

یکی از روش‌های رایج، روش حلقه Du Noüy است.

در این روش، یک حلقه فلزی بسیار تمیز در سطح تماس آب و روغن قرار داده می‌شود و نیروی لازم برای جدا کردن حلقه از سطح بین دو مایع اندازه‌گیری می‌شود.

مقایسه IFT با عدد اسیدی
IFT معمولاً همراه با عدد اسیدی یا Neutralization Number بررسی می‌شود.

عدد اسیدی چیست؟
عدد اسیدی میزان مواد اسیدی موجود در روغن را نشان می‌دهد و معمولاً با واحد زیر بیان می‌شود:

mg KOH/g
mg KOH/g

رابطه کلی:

با افزایش اکسیداسیون روغن، عدد اسیدی افزایش می‌یابد.
با افزایش اکسیداسیون روغن، IFT کاهش می‌یابد.
یعنی:

Aging
↑
⇒
Acidity
↑
,
IFT
↓
Aging↑⇒Acidity↑,IFT↓

گاهی ممکن است عدد اسیدی هنوز خیلی بالا نباشد، اما IFT کاهش یافته باشد. در این حالت IFT می‌تواند زودتر وجود مواد قطبی و محصولات اولیه تخریب را نشان دهد.

تفسیر ترکیبی IFT و عدد اسیدی
IFT عدد اسیدی تفسیر
بالا پایین روغن سالم
متوسط پایین تا متوسط شروع آلودگی یا پیری
پایین متوسط تا بالا اکسیداسیون جدی
خیلی پایین بالا روغن فرسوده، خطر تشکیل لجن
به طور نمونه:

IFT عدد اسیدی وضعیت
42 mN/m 0.02 mg KOH/g عالی
32 mN/m 0.05 mg KOH/g قابل قبول
24 mN/m 0.12 mg KOH/g نیاز به پایش/تصفیه
18 mN/m 0.25 mg KOH/g نامطلوب
12 mN/m 0.40 mg KOH/g بحرانی
حدود پیشنهادی بر اساس وضعیت بهره‌برداری
برای روغن معدنی ترانسفورماتورهای در حال کار، به طور معمول:

IFT بالاتر از 30 mN/m: وضعیت مناسب
IFT بین 25 تا 30 mN/m: قابل قبول ولی نیازمند پایش
IFT بین 20 تا 25 mN/m: هشدار
IFT کمتر از 20 mN/m: نیاز به اقدام اصلاحی
IFT کمتر از 15 mN/m: معمولاً نشانه آلودگی شدید یا پیری زیاد
عوامل کاهش‌دهنده IFT
مهم‌ترین عوامل کاهش IFT روغن ترانسفورماتور عبارت‌اند از:

اکسیداسیون روغن
وجود رطوبت
آلودگی با ذرات و لجن
محصولات تخریب کاغذ عایقی
اختلاط روغن‌های ناسازگار
وجود مواد شوینده یا آلودگی شیمیایی
افزایش عدد اسیدی
حرارت بالا و بارگذاری سنگین طولانی‌مدت
نشتی هوا به داخل ترانسفورماتور
خرابی سیستم تنفسی یا سیلیکاژل
آیا IFT پایین همیشه یعنی روغن باید تعویض شود؟
نه الزاماً.

بسته به شرایط، می‌توان اقدامات زیر را انجام داد:

اگر IFT کمی کاهش یافته باشد:
پایش دوره‌ای
بررسی عدد اسیدی
بررسی رطوبت
انجام آزمون DGA
بررسی رنگ و ظاهر روغن
اگر IFT پایین و عدد اسیدی بالا باشد:
تصفیه فیزیکی و شیمیایی روغن
احیای روغن با خاک رنگ‌بر/فولر ارث
فیلتر، وکیوم و خشک‌سازی
بررسی تشکیل لجن
در موارد شدید، تعویض روغن
اگر روغن دارای لجن باشد:
فقط خشک‌کردن یا فیلتر ساده کافی نیست؛ چون محصولات اکسیداسیون و ترکیبات قطبی باید حذف شوند.

تفاوت تصفیه فیزیکی و احیای روغن
تصفیه فیزیکی
معمولاً شامل:

فیلتراسیون
وکیوم
حذف آب
حذف گازها
حذف ذرات
این روش برای بهبود مواردی مثل رطوبت، گازهای محلول و ذرات مناسب است؛ اما همیشه IFT را به مقدار مطلوب برنمی‌گرداند.

احیای روغن
شامل حذف ترکیبات قطبی، اسیدی و اکسیداسیونی است. در این روش از موادی مانند:

فولر ارث
بنتونیت فعال
آلومینای فعال
جاذب‌های مخصوص
استفاده می‌شود.

احیا معمولاً می‌تواند:

IFT را افزایش دهد
عدد اسیدی را کاهش دهد
رنگ روغن را بهتر کند
لجن و ترکیبات قطبی را کم کند
IFT روغن نو چقدر است؟
برای روغن معدنی نو و باکیفیت ترانسفورماتور، IFT معمولاً در محدوده زیر است:

40
تا
50
 mN/m
40تا50 mN/m

گاهی برای روغن‌های خاص ممکن است مقدار کمی متفاوت باشد.

نکته مهم درباره نمونه‌برداری
نتیجه IFT به شدت به کیفیت نمونه‌برداری وابسته است. برای نتیجه معتبر:

ظرف نمونه باید کاملاً تمیز و خشک باشد.
از ظروف آلوده به شوینده استفاده نشود.
نمونه در تماس طولانی با هوا و گردوغبار قرار نگیرد.
نمونه از شیر مناسب و پس از تخلیه اولیه گرفته شود.
آزمایش در زمان مناسب پس از نمونه‌برداری انجام شود.
آلودگی جزئی ظرف می‌تواند IFT را به طور مصنوعی پایین نشان دهد.

جمع‌بندی
IFT روغن ترانسفورماتور شاخصی حساس برای تشخیص آلودگی، اکسیداسیون و پیری روغن است.

به طور خلاصه:

IFT بالا
⇒
روغن سالم‌تر
IFT بالا⇒روغن سالم‌تر

IFT پایین
⇒
روغن آلوده‌تر یا پیرتر
IFT پایین⇒روغن آلوده‌تر یا پیرتر

اگر مقدار IFT به زیر حدود 25 mN/m برسد، باید روغن از نظر عدد اسیدی، رطوبت، DGA، رنگ، لجن و وضعیت عایق کاغذی دقیق‌تر بررسی شود.