[0001] 本申请涉及电气技术领域，特别是涉及一种电缆绝缘‑屏蔽复合材料电气性能的测试试样及其制备方法。

[0002] 随着输电行业迅速发展，交联聚乙烯电缆三层共挤生产工艺也愈加成熟，使得绝缘‑屏蔽复合电缆的研究及使用也更加成熟。为满足高压输电线路的要求，当下电缆材料研究应当更加重视复合电缆中绝缘‑屏蔽的匹配性问题，对绝缘层本身的性能测试也应考虑与之匹配的屏蔽层所造成的影响。目前存在的用于对复合电缆电气性能进行测试的绝缘‑屏蔽复合试样主要包括绝缘‑屏蔽接触式试样和屏蔽‑绝缘‑屏蔽三明治结构试样。但这两种试样都是将单独的绝缘材料和屏蔽材料后组合在一起，难以体现出实际电缆中绝缘‑屏蔽的匹配性问题。

[0039] 为了便于理解本申请，下面将对本申请进行更全面的描述。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

[0040] 为了简便，本申请仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

[0041] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。需要说明的是，除非另有说明，本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种以上。

[0042] 本文中，涉及到数值区间（也即数值范围），如无特别说明，该数值区间内可选的数值的分布视为连续，且包括该数值区间的两个数值端点（即最小值及最大值），以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时，可以合并这些数值范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。该数值区间中的“数值”可以为任意的定量值，比如数字、百分比、比例等。“数值区间”允许广义地包括百分比区间，比例区间，比值区间等数值区间类型。

[0043] 在本文中，方法流程中涉及多个步骤的，除非本文中有明确的不同说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以描述以外的其他顺序执行。而且，任一步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的一部分轮流或者交替或者同时地执行。

[0044] 本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。

[0045] 发明人在研究过程中发现，针对绝缘‑屏蔽复合电缆，为了更好地评价绝缘和屏蔽之间的界面状态，研究界面的匹配性问题，可以从绝缘‑屏蔽复合电缆上取样，来对电缆绝缘‑屏蔽材料性能进行研究。目前常见的取样方法有环切电缆取样、平行于电缆轴向切片取样和垂直于电缆轴向切片取样等方法。针对复合电缆电气性能、特别是击穿性能测试，上述取样方法中环切电缆的方式可以得到较大面积的绝缘‑屏蔽复合切片。然而发明人发现，这种切片方式得到的复合切片中屏蔽面积较大且连续，因此在进行复合切片击穿性能测试时，由于屏蔽的导电性能和其连续的分布状态，直接进行击穿测试时易发生沿面闪络现象，导致测试电压无法施加，击穿性能测试无法开展。为解决前述技术问题，发明人提出了本申请如下的技术方案。

[0046] 第一方面，可参阅图1和图2，本申请提供了一种电缆绝缘‑屏蔽复合材料电气性能的测试试样，其包括所述电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片10和绝缘涂覆层20，所述切片包括依次层叠的绝缘层100和屏蔽层110，所述绝缘涂覆层20覆盖于所述切片10的所述屏蔽层110所在一侧的表面；所述绝缘涂覆层20包含至少一个凹部200，所述凹部200沿所述绝缘涂覆层20的厚度方向、从所述绝缘涂覆层20相对远离所述切片10的表面贯穿至所述屏蔽层
110与所述绝缘涂覆层20相邻的表面。

[0047] 本申请直接采用电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片组成测试试样，相比于以往的将单独的绝缘材料和屏蔽材料后组合在一起来得到绝缘‑屏蔽复合试样，能更好地评价实际电缆绝缘和屏蔽之间的界面状态，研究界面的匹配性问题，进而针对不同绝缘材料改进电缆性能，完善电缆三层共挤生产工艺。在该测试试样的绝缘涂覆层中，凹部可作为电气性能、如击穿性能的测试区域，而除凹部之外的其他区域则可避免在对切片进行击穿性能测试时发生的沿面闪络现象，使得击穿测试电压可以成功施加，保证实验顺利进行，更好地评价加工制备好的电缆的电气性能，或者测试服役一段时间的电缆的电气性能。

[0048] 换言之，本申请提供的测试试样，由于电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片直接取样自绝缘‑屏蔽复合电缆，因而试样结构可以更好地满足对电缆绝缘‑屏蔽匹配性能的研究。其中，作为击穿性能测试区域的凹部，其大小和数量可根据切片中屏蔽的分布状态进行确定。而用于进行击穿测试的球‑球电极直径可根据凹部的大小进行确定。对测试试样进行击穿测试时，由于屏蔽层的导电性，所施加的场强可以在测试区域均匀分布。

[0049] 在一些实施方式中，所述绝缘涂覆层中包含绝缘材料和固化剂。

[0050] 在一些实施方式中，所述绝缘材料包括环氧树脂、硅橡胶和聚酯树脂中的一种或几种。

[0051] 在一些实施方式中，所述固化剂包括胺类固化剂和酸酐类固化剂中的至少一种。

[0052] 在一些实施方式中，所述绝缘涂覆层的厚度为0.2mm 0.3mm。~

[0053] 在一些实施方式中，所述切片的长度为95mm 105mm，所述切片的宽度为76mm~ ~84mm，所述切片的厚度为0.35mm 0.45mm。
~

[0054] 在一些实施方式中，所述绝缘涂覆层包含一个所述凹部。

[0055] 在一些实施方式中，所述凹部的中心点与所述切片的中心点重合。

[0056] 需要说明，本申请所述“凹部的中心点”，是指凹部沿绝缘涂覆层厚度方向的正投影的中心点；所述“切片的中心点”，是指切片的垂直于厚度方向的横切面的中心点；所述“涂覆区域的中心点”，是指涂覆区域沿切片厚度方向的正投影的中心点。

[0057] 在一些实施方式中，所述凹部沿所述绝缘涂覆层厚度方向的正投影为长方形。

[0058] 在一些实施方式中，所述长方形的长度为8mm 12mm，所述长方形的宽度为8mm~ ~12mm。

[0059] 第二方面，本申请提供了一种电缆绝缘‑屏蔽复合材料电气性能的测试试样的制备方法，可用于制备本申请第一方面的测试试样，其可包括如下步骤：

[0060] S1、对包含所述电缆绝缘‑屏蔽复合材料的绝缘‑屏蔽复合电缆进行环切，制备所述电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片，所述切片包括依次层叠的绝缘层和屏蔽层；

[0061] S2、根据所述屏蔽层的屏蔽分布状态，将多层高温胶带涂敷在所述切片的屏蔽层所在一侧的表面，形成一个或多个间隔分布的涂覆区域，并将绝缘浆料涂敷于所述切片的所述屏蔽层所在一侧的表面上除所述涂覆区域之外的剩余区域；

[0062] S3、待所述绝缘浆料固化后，去除所述高温胶带，形成绝缘涂覆层，制备所述测试试样，所述绝缘涂覆层覆盖于所述切片的所述屏蔽层所在一侧的表面；所述绝缘涂覆层包含至少一个凹部，所述凹部沿所述绝缘涂覆层的厚度方向、从所述绝缘涂覆层相对远离所述切片的表面贯穿至所述屏蔽层与所述绝缘涂覆层相邻的表面。

[0063] 需要说明的是，步骤S1中由于采用环切的方式得到电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片，因此在切片上屏蔽会以不规则的分布状态分布在绝缘上。为了保证电气性能测试的安全性与准确性，在进行击穿测试区域（即涂覆区域）的选择时，需要满足以下条件：

[0064] （1）击穿测试区域周围应有面积较大的绝缘区域；

[0065] （2）多个击穿测试区域之间应当保证一定距离，避免测试区域之间相互影响。

[0066] 经过上述步骤S2 S3，可在去除高温胶带的涂敷区域后形成凹部。由此，本申请通~过对绝缘‑屏蔽复合电缆进行环切的方式，可直接从绝缘‑屏蔽复合电缆（即成品电缆）上得到电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片。相比于以往的将单独的绝缘材料和屏蔽材料后组合在一起来得到绝缘‑屏蔽复合试样，采用本申请的制备方法获得的测试试样能更好地评价实际电缆绝缘和屏蔽之间的界面状态，研究界面的匹配性问题，进而针对不同绝缘材料改进电缆性能，完善电缆三层共挤生产工艺。

[0067] 此外，通过在切片的屏蔽层所在一侧的表面形成绝缘涂覆层，在对切片进行实现击穿性能测试的同时，还可避免击穿性能测试时发生的沿面闪络现象，使得击穿测试电压可以成功施加，保证实验顺利进行，更好地评价加工制备好的电缆的电气性能，或者测试服役一段时间的电缆的电气性能。

[0068] 在一些实施方式中，所述绝缘浆料包含绝缘材料和固化剂。

[0069] 在一些实施方式中，所述绝缘材料包括环氧树脂、硅橡胶和聚酯树脂中的一种或几种。

[0070] 在一些实施方式中，所述固化剂包括胺类固化剂和酸酐类固化剂中的至少一种。

[0071] 在一些实施例中，胺类固化剂包括聚醚胺、乙二胺、二乙烯三胺和间苯二胺中的一种或几种。

[0072] 在一些实施例中，酸酐类固化剂包括甲基四氢苯酐、马来酸酐和邻苯二甲酸酐中的至少一种。

[0073] 在一些实施方式中，所述涂覆区域的厚度为0.2mm 0.3mm。~

[0074] 在一些实施方式中，所述切片的长度为95mm 105mm，所述切片的宽度为76mm~ ~84mm，所述切片的厚度为0.35mm 0.45mm。
~

[0075] 在一些实施方式中，所述涂覆区域为一个。

[0076] 在一些实施方式中，所述涂覆区域的中心点与所述切片的中心点重合。

[0077] 在一些实施方式中，所述涂覆区域沿所述绝缘涂覆层厚度方向的正投影为长方形。

[0078] 在一些实施方式中，所述长方形的长度为8mm 12mm，所述长方形的宽度为8mm~ ~12mm。

[0079] 在一些实施方式中，所述绝缘‑屏蔽复合电缆包括交联聚乙烯‑屏蔽复合电缆和聚丙烯‑屏蔽复合电缆中的一种或两种。

[0080] 在一些实施方式中，所述固化的温度为25℃ 35℃或80℃ 140℃。~ ~

[0081] 在一些实施例中，所述用于环切的绝缘‑屏蔽复合电缆为交联聚乙烯‑屏蔽复合电缆，所述绝缘材料为环氧树脂，固化的温度为25℃ 35℃。~

[0082] 在一些实施例中，所述绝缘‑屏蔽复合电缆为聚丙烯‑屏蔽复合电缆，所述绝缘材料为环氧树脂，固化的温度为25℃ 35℃。~

[0083] 在一些实施例中，所述绝缘‑屏蔽复合电缆为聚丙烯‑屏蔽复合电缆，所述绝缘材料为环氧树脂，固化的温度为80℃ 140℃（高温固化）。~

[0084] 在一些实施例中，所述绝缘‑屏蔽复合电缆为交联聚乙烯‑屏蔽复合电缆，所述绝缘材料为硫化硅橡胶，固化的温度为25℃ 35℃。~

[0085] 在一些实施例中，对绝缘‑屏蔽复合电缆进行环切得到切片的方式示例如下：可参见图3，绝缘‑屏蔽复合电缆由内向外依次包括导体30、内屏蔽圈层40、绝缘圈层50和外屏蔽圈层60；在进行环切时，可控制环切厚度为0.4mm，刀头宽度为80mm。之后在环切得到的样品中挑选出同时含有绝缘以及屏蔽的结构裁成长度为100mm的切片，在此基础上进行测试试样的制备。

[0086] 在一些实施例中，电缆绝缘‑屏蔽复合材料电气性能的测试试样的制备流程可参见图4：首先取电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片，根据切片中屏蔽的分布状态确定击穿测试区域为切片屏蔽层中心的方形区域，将此区域用高温胶带进行涂敷，剩余区域涂敷绝缘浆料；等到绝缘浆料固化后去除高温胶带，得到测试试样。

[0087] 在一些实施例中，作为击穿测试区域的凹部的大小和数量可根据切片中屏蔽的分布状态进行确定。

[0088] 在一些实施例中，电缆绝缘‑屏蔽复合材料电气性能的测试试样的制备方法的示例如下：

[0089] S10、用电缆环切设备对绝缘‑屏蔽复合电缆进行环切，得到电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片；

[0090] S20、对切片屏蔽层一侧的表面中心大小为10mm×10mm左右的区域用多层胶带涂敷，作为电气性能测试区域；

[0091] S30、将绝缘浆料涂敷于切片屏蔽层一侧表面的剩余区域，待绝缘浆料固化后，去除多层胶带，即得到电缆绝缘‑屏蔽复合材料电气性能的测试试样。

[0092] 在一些实施例中，可对测试试样进行交流击穿性能测试，测试设备的示例请参见图5。用于测试的测试试样采用的尺寸为100mm×80mm×0.4mm，根据10mm×10mm左右的测试区域大小，采用的球‑球电极直径为20mm。升压速率为1kV/s。测试试样中，只有作为测试区域的凹部可以进行击穿测试。每个测试区域只能进行一次击穿测试，每片测试试样的测试次数与该试样中作为测试区域的凹部的数量相同。测试试样中的绝缘涂覆层能够有效防止试验过程中出现沿面闪络。试验时测量电极和测试试样均浸没在变压器油当中。对测试试样进行击穿测试时，由于屏蔽的导电性，所施加的场强为施加在测试区域的均匀场强。用于进行击穿测试的球‑球电极直径可根据测试区域的大小进行确定。

[0093] 为了准确计算出电缆绝缘的击穿场强，根据击穿场强的计算公式，除了通过测试得到的击穿电压外，还需要知道击穿点处绝缘层的厚度。在测试试样中，由于通过环切得到的电缆绝缘‑屏蔽复合材料的切片的厚度不均匀，且作为击穿测试区域的凹部为绝缘‑屏蔽复合层，无法直接通过测量得到击穿点处绝缘层的厚度。因此，第三方面，本申请提供了一种测试方法，可用于评价本申请第一方面的测试试样中绝缘层的厚度，其可包括如下步骤：

[0094] S1’、将击穿测试后的试样剪下，制作成以击穿点为中心的窄条状试样，对该试样进行低温脆断；

[0095] S2’、对脆断后的试样击穿点进行SEM（扫描电子显微镜）观察，计算击穿点处的绝缘层厚度。

[0096] 在一些实施例中，以上测试方法的示例如下：

[0097] S10’、将击穿测试后的试样裁剪成以击穿点为中心的窄条状试样，将样品固定后在液氮中放置30min并脆断。由于击穿点处是试样的弱点区域，因此脆断大概率发生在击穿点处。

[0098] S20’、将样品干燥后进行扫描电镜观察。将试样断口喷金后用导电胶带粘在试样台上进行观察，通过调整放大倍数找到击穿通道，可参见图6。根据试样的电镜照片，找到绝缘屏蔽界面，以击穿点周围绝缘后厚度的平均值估算出击穿点绝缘层的厚度，进而可计算出击穿场强。

[0099] 实施例

[0100] 以下为具体实施例，下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。

[0101] 实施例1

[0102] （1）用电缆环切设备对交联聚乙烯绝缘‑屏蔽复合电缆进行环切，得到切片。对切片中屏蔽层所在一侧的表面中心大小为10mm×10mm左右的区域用多层胶带涂敷，作为击穿测试区域。

[0103] （2）将环氧树脂在80℃的真空烘箱中放置30min成流动状态，将制样模具喷涂脱模剂在烘箱中80℃放置60min，再称量胺类固化剂聚醚胺与环氧树脂按照质量比3:10进行混合。采用脱泡搅拌机，首先设置搅拌机转速为2000r/min，搅拌15min；之后设置转速为2200r/min，去气15min，将乙二胺和环氧树脂进行充分混合，制得绝缘浆料。

[0104] （3）将绝缘浆料涂敷于切片中屏蔽层所在一侧表面的剩余区域，放置于模具中进行固定，在25℃下固化48h后脱模；最后去除高温胶带，得到测试试样。

[0105] 实施例2

[0106] （1）用电缆环切设备对聚丙烯绝缘‑屏蔽复合电缆进行环切，得到切片。对切片中屏蔽层所在一侧的表面中心大小为10mm×10mm左右的区域用多层胶带涂敷，作为击穿测试区域。

[0107] （2）将环氧树脂在80℃的真空烘箱中放置30min成流动状态，将制样模具喷涂脱模剂在烘箱中80℃放置60min，再称量胺类固化剂乙二胺与环氧树脂按照质量比3:10进行混合。采用脱泡搅拌机，首先设置搅拌机转速为2000r/min，搅拌15min；之后设置转速为2200r/min，去气15min，将乙二胺和环氧树脂进行充分混合，制得绝缘浆料。

[0108] （3）将绝缘浆料涂敷于切片中屏蔽层所在一侧表面的剩余区域，放置于模具中进行固定，在25℃下固化48h后脱模；最后去除高温胶带，得到测试试样。

[0109] 实施例3

[0110] （1）用电缆环切设备对聚丙烯绝缘‑屏蔽复合电缆进行环切，得到切片。对切片中屏蔽层所在一侧的表面中心大小为10mm×10mm左右的区域用多层胶带涂敷，作为击穿测试区域。

[0111] （2）将环氧树脂在80℃的真空烘箱中放置30min成流动状态，将制样模具喷涂脱模剂在烘箱中100℃放置30min，再称量环氧树脂酸酐类固化剂甲基四氢苯酐、促进剂N,N‑二甲基苄胺按照100:x:0.6（x=EV×166×0.9，EV为环氧树脂环氧值，即每100g环氧树脂中所含的环氧基团的摩尔数，单位为mol/(100g)）的配料比混合。采用脱泡搅拌机，首先设置搅拌机转速为2000r/min，搅拌15min；之后设置转速为2200r/min，去气15min，将酸酐类固化剂、促进剂和环氧树脂进行充分混合，制得绝缘浆料。

[0112] （3）将绝缘浆料涂敷于切片中屏蔽层所在一侧表面的剩余区域，放置于模具中，然后将模具放入真空鼓风电热干燥箱，在常温下进行抽真空，持续脱气10min以去除试样中的气泡。之后打开烘箱进气旋钮，在常压下进行高温固化。高温固化程序为80℃温度下固化2h，然后升温至140℃，在140℃温度下固化12h，完成样品的固化；最后去除高温胶带，得到测试试样。

[0113] 实施例4

[0114] （1）用电缆环切设备对交联聚乙烯绝缘‑屏蔽复合电缆进行环切，得到切片。对切片中屏蔽层所在一侧的表面中心大小为10mm×10mm左右的区域用多层胶带涂敷，作为击穿测试区域。

[0115] （2）将双组份缩合型室温硫化硅橡胶（RTV‑2胶）的A组分胶料进行适当搅拌，使其沉入底部的填料分散到胶液中。B组分固化剂在密封状态进行上下充分摇动，使其不同密度的成分充分混匀，避免影响固化效果。再称量A组分胶料与B组分固化剂按照质量比10:1进行混合；采用手动或机械搅拌方式使A组分胶料与B组分固化剂充分混合，混合时应避免高速长时间搅拌而产生高温（勿高于38℃），制备绝缘浆料。

[0116] （4）将绝缘浆料涂敷于切片中屏蔽层所在一侧表面的剩余区域，放置于模具中，然后将模具放入真空鼓风电热干燥箱，在常温下进行抽真空，持续脱气10min以去除试样中的气泡。之后打开烘箱进气旋钮，在常压下进行固化。固化程序分为两种：第一种为在25℃下固化24h后脱模；第二种为在25℃下固化5h后，升温至50℃，在50℃温度下固化12h，完成样品的固化；最后去除高温胶带，得到测试试样。

[0117] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0118] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。