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DIN EN IEC 62961 VDE 0370-6:2019-07

Isolierflüssigkeiten

Prüfverfahren zur Bestimmung der Grenzflächenspannung von Isolierflüssigkeiten – Bestimmung durch die Ring-Methode

(IEC 62961:2018); Deutsche Fassung EN IEC 62961:2018
Art/Status: Norm, gültig
Ausgabedatum: 2019-07
VDE-Artnr.: 0300113

Die Grenzflächenspannung (IFT) (en: Inter Facial Tension) von Isolierflüssigkeiten gegenüber Wasser wird schon seit langem als Kriterium zur Bewertung der Alterung herangezogen. Statistische Werte, die als Richtwerte verwendet werden, sowie deren Interpretation, wurden in IEC 60422 veröffentlicht.
Die Grenzflächenspannung von Isolierflüssigkeiten verändert sich mit der Zeit abhängig von Typ und Art der Alterungsprodukte. Dieser Prozess ist bei gealterten Isolierflüssigkeiten stärker ausgeprägt als bei neuen Isolierflüssigkeiten. Es ist allgemein bekannt, dass die Grenzflächenspannung von Isolierflüssigkeiten von der Konzentration an grenzflächenaktiven Verbindungen abhängig ist, die zum Zeitpunkt der Messung in der Grenzfläche vorhanden sind (dynamische Grenzflächenspannung).
Die Adsorptionsvorgänge und damit das Erreichen eines Gleichgewichtszustands können mehrere Minuten oder sogar Stunden in Anspruch nehmen. Mit Hilfe sogenannter statischer Messverfahren - beispielsweise der Ring-Methode nach Du Noüy - werden wiederholte Messungen an ein und derselben Prüfoberfläche durchgeführt, bis keine weiteren Veränderungen mehr auftreten.
Die Messung der Grenzflächenspannung von Isolierflüssigkeiten durch das bestehende Verfahren ASTM D971 unter Nicht-Gleichgewichtsbedingungen liefert lediglich einen Einzelwert innerhalb einer recht kurzen Dauer (60 s), der somit erheblich vom statischen Wert der Grenzflächenspannung abweichen kann, insbesondere im Fall von gealterten Isolierflüssigkeiten. Darüber hinaus könnte der Fehler der Zeitmessung zu einem wichtigeren Aspekt werden, als die Messdurchführung selbst. Diese Schwachstellen könnten im Allgemeinen dadurch ausgeglichen werden, dass anstelle der ASTM D971 die EN 14210 herangezogen wird. Für die praktische Arbeit im Labor bedeutet das jedoch, dass die Prüfdauer sich durch die Anforderung, die Prüfungen bis zum Erreichen "statischer" Bedingungen zu wiederholen, erheblich verlängern kann.
Der Anwendungsbereich dieses Dokuments ist darauf ausgelegt, einen Kompromiss zwischen dem ungenaueren, jedoch schnellen Verfahren der ASTM D971 und dem präzisen, jedoch zeitaufwendigen Verfahren nach EN 14210 herzustellen. Die Erfahrung aus den Ringversuchen zeigt deutlich, dass die Steigung der zeitabhängigen Grenzflächenspannungskurve sowohl bei den mineralischen Isolierflüssigkeiten als auch bei den synthetischen und natürlichen Isolierestern innerhalb von 180 s erheblich abnimmt. Um einen Wert zu erhalten, der eine wirklichkeitsnähere Abbildung der realen Grenzflächenspannung liefert, weniger empfindlich gegenüber dem Zeitpunkt der Messung ist und der die Prüfdauer nicht übermäßig verlängert, muss eine Messung nach Erreichen eines Oberflächenalters von etwa 180 s durchgeführt werden.
Das vorgeschlagene Oberflächenalter von 180 s ermöglicht eine Unterscheidung zwischen in unterschiedlichem Maße gealterten Esterflüssigkeiten, die mit dem Verfahren nach ASTM D971 nicht möglich ist.
Das Tropfenvolumenverfahren zur Bestimmung der Grenzflächenspannung kann ähnliche Ergebnisse wie die Ring-Methode liefern, vorausgesetzt, das Verfahren wird hinsichtlich des Oberflächenalters angepasst. Eine Beschreibung dieses Verfahrens findet sich in Anhang A.
Die Erfahrungen und Ergebnisse aus Ringversuchen haben gezeigt, dass die Abweichung bei nach 10 min wiederholten Prüfungen weniger als 1 mN/m je Minute beträgt. Prüfungen dieser Art könnten für weitergehende Vergleichsprüfungen von gealterten mineralischen Isolierflüssigkeiten und Esterisolierflüssigkeiten notwendig sein; sie werden in Anhang B beschrieben.
Diese internationale Norm beschreibt die Messung der Grenzflächenspannung zwischen Isolierflüssigkeiten und Wasser unter Anwendung der Ring-Methode nach Du Noüy in der Nähe der Gleichgewichtsbedingungen. Um einen Wert zu erhalten, der eine realistische Angabe der tatsächlichen Grenzflächenspannung liefert, wird eine Messung nach Erreichen eines Oberflächenalters von etwa 180 s aufgezeichnet.
Die SI-Einheit der Grenzflächenspannung wird in Newton je Meter (N/m) angegeben. In der Praxis wird der Bruchteil Millinewton je Meter (mN/m) verwendet.
Es wird die maximale Kraft gemessen, die erforderlich ist, um einen Ring eines bestimmten Umfangs aus der Grenzfläche zwischen Isolierflüssigkeit und Wasser in Richtung der Isolierflüssigkeit zu ziehen oder zu drücken. Die Grenzflächenspannung wird durch Berechnung erhalten, wobei eine Näherungsgleichung als Grundlage dient.
Zuständig ist das DKE/K 182 "Flüssigkeiten und Gase für elektrotechnische Anwendung" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE.