CN205539350U - 用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，属于电气技术领域。该试样包括绝缘层、第一屏蔽层和第二屏蔽层，所述绝缘层相对的两个表面分别设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一屏蔽层设于所述第一凹槽内，所述第二屏蔽层设于所述第二凹槽内，使所述第一屏蔽层、绝缘层和第二屏蔽层具有依次层叠的重叠部分。上述试样充分模仿了直流电缆屏蔽‑绝缘‑屏蔽三层共挤的结构特点，在直流电缆试验过程中，不但能考察绝缘材料和屏蔽材料的性能，同时也能考察绝缘层和屏蔽层的相互配合，还能够保证试验中各项参数的计算，降低了后续数据处理的难度。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气技术领域，特别是涉及一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样。
背景技术
为了测试高压直流电缆介电性能，例如：空间电荷测试和直流击穿等试验，现行的高压直流XLPE(交联聚乙烯)电缆试验中通常采用的方式为单独测试绝缘材料。但是，由于试验器材的限制，所用为的试样较薄。如果只对绝缘材料进行试验，无法完整的表征高压直流XLPE电缆屏蔽层-绝缘层-屏蔽层三层共挤的结构特点，不能体现屏蔽层在空间电荷测试过程中对绝缘层中注入电荷的特征。且试样过薄会导致直流击穿试验时，电压过小而场强过高导致滑闪。
针对上述问题，经过研究者的努力，现阶段已经可以测试较厚的试样。但是，有一些研究者在试验过程中，将屏蔽层和绝缘层直接压制在一起，这种试样也很难表征高压直流XLPE电缆屏蔽料的性能。原因包括以下几点：1、绝缘层和屏蔽层由于是直接压制的，所以无法保证绝缘层的厚度；2、由于是直接压制，所以无法控制绝缘层和屏蔽层的界面，即绝缘层和屏蔽层之间存在气泡；3、由于是直接将屏蔽层和绝缘层直接压制，共包括屏蔽层和绝缘层两层，并未控制其同时交联，以模拟实际电缆三层共挤的工艺。
因此，若采用上述传统的试样进行测试，则试验数据的产出效率低且数据可靠性低。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，以该试样来评价交联电缆屏蔽材料的电气性能，具有产出效率高且数据准确的优点。
一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，包括绝缘层、第一屏蔽层和第二屏蔽层，所述绝缘层相对的两个表面分别设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一屏蔽层设于所述第一凹槽内，所述第二屏蔽层设于所述第二凹槽内，使所述第一屏蔽层、绝缘层和第二屏蔽层具有依次层叠的重叠部分。
上述用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，充分模仿了直流电缆制造工艺过程中，屏蔽-绝缘-屏蔽三层共挤的结构特点，这样的试样结构既贴合真实的电缆，又满足日益发展的测试技术。在直流电缆试验过程中，不但能考察绝缘材料和屏蔽材料的性能，同时也能考察绝缘层和屏蔽层的相互配合，还能够保证试验中各项参数的计算，降低了后续数据处理的难度。
在其中一个实施例中，所述第一凹槽和第二凹槽的截面分别与所述第一屏蔽层和第二屏蔽层的截面形状相匹配。以屏蔽层充满在凹槽内，利用该凹槽限制、固定屏蔽层，避免其产生滑动等问题而影响试验过程及结果。
在其中一个实施例中，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层均为圆柱型，所述圆柱型的第一屏蔽层和所述第二屏蔽层的轴心线重合。由于一般空间电荷测量设备的测量系统为同心圆设计，所以，上述试样将第一屏蔽层和第二屏蔽层的横截面也设为同心圆，可以保证不易发生滑闪。
在其中一个实施例中，所述绝缘层的最大厚度为2mm-4mm，所述第一凹槽的直径为20mm-50mm、深度为0.5mm-1mm，所述第二凹槽的直径为20mm-50mm、深度为0.5mm-1mm；所述第一屏蔽层的厚度比所述第一凹槽的深度小0mm-0.05mm，所述第二屏蔽层的厚度比所述第二凹槽的深度小0mm-0.05mm。
上述绝缘层的最大厚度为2mm-4mm，也就是指绝缘层相对的两个表面之间的最大距离，如绝缘层的最大厚度为3mm，第一凹槽和第二凹槽的深度均为0.7mm，则测试中测到的屏蔽-绝缘-屏蔽三层共挤材料中各层的厚度实为第一屏蔽层为0.7mm，绝缘层为1.6mm，第二屏蔽层为0.7mm。使绝缘层的厚度得到保证，保证直流击穿试验中，不会因为试样过薄使试验中电压小，场强高出现滑闪的现象。且将试样的各尺寸限定在上述范围内，能够保证依次层叠的第一屏蔽层、绝缘层和第二屏蔽层有足够供测试用的重叠部分，以保证评价数据的准确性，可以真实表征高压直流交联电缆屏蔽材料的电气性能。并且，将屏蔽层的厚度设为略小于凹槽的深度，能够确保在制备的压制过程中保持绝缘层的厚度不变。
在其中一个实施例中，所述绝缘层为圆柱形，该圆柱形的绝缘层直径为50mm-100mm；或者所述绝缘层为长方体形，该长方体形的绝缘层的长和宽均为50mm-100mm。上述绝缘层的尺寸即该试样的尺寸，将试样的尺寸设定在上述范围内，既能保证实验结果的准确性和可靠性，又具有实验方便的特点。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，通过在绝缘层上、下均开设有凹槽，凹槽内均填充有屏蔽层的方式，充分模仿了直流电缆制造工艺过程中，屏蔽-绝缘-屏蔽三层共挤的结构特点，这样简单可靠的试样结构既贴合真实的电缆，又满足日益发展的测试技术。在直流电缆试验过程中，不但能考察绝缘材料和屏蔽材料的性能，同时也能考察绝缘层和屏蔽层的相互配合，还能够保证试验中各项参数的计算，降低了后续数据处理的难度。
附图说明
图1为实施例1中试样的剖面示意图；
图2为实施例1中试样的俯视图；
图3为绝缘层中空间电荷密度的分布示意图；
图4为绝缘层在不同场强下内部电场分布示意图。
其中：100.绝缘层；210.第一屏蔽层；220.第二屏蔽层。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型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实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。
一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，如图1-2所示，包括绝缘层100、第一屏蔽层210和第二屏蔽层220，所述绝缘层相对的两个表面分别设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一屏蔽层210设于所述第一凹槽内，所述第二屏蔽层220设于所述第二凹槽内，使所述第一屏蔽层210、绝缘层100和第二屏蔽层220具有依次层叠的重叠部分。
在其中一个实施例中，所述第一凹槽和第二凹槽的截面分别与所述第一屏蔽层和第二屏蔽层的截面形状相匹配。可以理解的，也可以是将屏蔽层固定在凹槽内，以形成屏蔽-绝缘-屏蔽三层重叠的部分以供实验测试即可，但是，将屏蔽层充满在凹槽内，利用该凹槽限制、固定屏蔽层，避免其产生滑动，具有较好的实验效果。
由于一般空间电荷测量设备的测量系统为同心圆设计，所以，在其中一个实施例中，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层均为圆柱型，所述圆柱型的第一屏蔽层和所述第二屏蔽层的轴心线重合。也就是使绝缘层、第一屏蔽层和第二屏蔽层的中心在一条垂线上。上述试样将第一屏蔽层和第二屏蔽层的横截面也设为同心圆，可以保证不易发生滑闪。
在其中一个实施例中，所述绝缘层的最大厚度为2mm-4mm，所述第一凹槽的直径为20mm-50mm、深度为0.5mm-1mm，所述第二凹槽的直径为20mm-50mm、深度为0.5mm-1mm；所述第一屏蔽层的厚度比所述第一凹槽的深度小0mm-0.05mm，所述第二屏蔽层的厚度比所述第二凹槽的深度小0mm-0.05mm。可以理解的，在具体实验中，也可根据所需试验尺寸大小与试验时所采用的参数来确定，但是，将绝缘层的最大厚度设为2mm-4mm，也就是指绝缘层相对的两个表面之间的最大距离，如绝缘层的最大厚度为3mm，第一凹槽和第二凹槽的深度均为0.7mm，则测试中测到的屏蔽-绝缘-屏蔽三层共挤材料中各层的厚度实为第一屏蔽层为0.7mm，绝缘层为1.6mm，第二屏蔽层为0.7mm。使绝缘层的厚度得到保证，保证直流击穿试验中，不会因为试样过薄使试验中电压小，场强高出现滑闪的现象。且将试样的各尺寸限定在上述范围内，能够保证依次层叠的第一屏蔽层、绝缘层和第二屏蔽层有足够供测试用的重叠部分，以保证评价数据的准确性，可以真实表征高压直流交联电缆屏蔽材料的电气性能。并且，将屏蔽层的厚度设为略小于凹槽的深度，能够确保在制备的压制过程中保持绝缘层的厚度不变。
在其中一个实施例中，所述绝缘层为圆柱形，该圆柱形的绝缘层直径为50mm-100mm；或者所述绝缘层为长方体形，该长方体形的绝缘层的长和宽均为50mm-100mm。上述绝缘层的尺寸即该试样的尺寸，将试样的尺寸设定在上述范围内，既能保证实验结果的准确性和可靠性，又具有实验方便的特点。而在具体实验时，可根据检测所需试验尺寸大小与试验时所采用的参数所确定。
上述用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样可通过以下方法制备：
制备绝缘层：将绝缘材料放置于模具中，通过平板硫化机加温加压压制，得到具有第一凹槽和第二凹槽的绝缘层；
制备屏蔽层：将屏蔽材料放置于模具中，通过平板硫化机加温加压压制，分别得到第一屏蔽层和第二屏蔽层；
交联：将上述步骤得到的第一屏蔽层和第二屏蔽层分别放置于上述步骤得到的绝缘层的第一凹槽和第二凹槽内，通过平板硫化机加温加压压制，即得试样。
在其中一个实施例中，为了能够确保在制备的压制过程中保持绝缘层的厚度不变，将屏蔽层的厚度设为略小于凹槽的深度，可以使所述第一屏蔽层的厚度比所述第一凹槽的深度小0mm-0.05mm，所述第二屏蔽层的厚度比所述第二凹槽的深度小0mm-0.05mm。
在其中一个实施例中，所述制备绝缘层步骤中，控制平板硫化机加温加压压制的工艺条件为：压制温度为130℃-150℃，压强为8MPa-12MPa，压制时间为5min-10min；所述制备屏蔽层步骤中，控制平板硫化机加温加压压制的工艺条件为：压制温度为130℃-150℃，压强为8MPa-12MPa，压制时间为5min-10min。并且，在上述压制后的冷却过程中，不再施以压力，在不加压的条件下冷却至室温，能够避免绝缘层交联。
在其中一个实施例中，所述交联步骤中，控制平板硫化机加温加压压制的工艺条件为：压制温度为170℃-190℃，压强为8MPa-12MPa，压制时间为10min-20min，随后在室温下自然冷却。以上述工艺条件控制绝缘层和屏蔽层同时交联，具有较好的交联效果，进一步提高了试样表征高压直流交联电缆屏蔽材料电气性能的真实性。
在其中一个实施例中，所述自然冷却为在压强为8MPa-12MPa的条件下自然冷却。在上述压力条件下冷却，能够使绝缘层和屏蔽层具有较好的交联效果。
实施例1
一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，如图1-2所示，包括绝缘层100、第一屏蔽层210和第二屏蔽层220。
所述绝缘层100为圆柱形，其上、下表面分别设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一屏蔽层210设于所述第一凹槽内，所述第二屏蔽层220设于所述第二凹槽内。所述第一屏蔽层210和所述第二屏蔽层220均为圆柱型，且所述第一凹槽和第二凹槽的截面分别与所述第一屏蔽层210和第二屏蔽层220的截面形状相匹配，如图2所示。所述圆柱型的第一屏蔽层210和所述第二屏蔽层220的轴心线重合。也就是使绝缘层100、第一屏蔽层210和第二屏蔽层220的中心在一条垂线上，如图1所示。
在本实施例中，所述绝缘层100凹槽两底面之间的最大厚度为3mm，直径为80mm，所述第一凹槽的直径为40mm、深度为0.7mm，所述第二凹槽的直径为40mm、深度为0.7mm；所述第一屏蔽层210的上表面与所述绝缘层100的上表面齐平，即所述第一屏蔽层210的厚度也为0.7mm，所述第二屏蔽层220的下表面与所述绝缘层100的下表面齐平，即所述第二屏蔽层220的厚度也为0.7mm，如图1所示，即测试中测到的屏蔽-绝缘-屏蔽三层共挤材料中各层的厚度实为第一屏蔽层为0.7mm，绝缘层为1.6mm，第二屏蔽层为0.7mm。
上述用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样通过以下方法制备：
1)制备绝缘层。
将绝缘材料放置在模具下，模具上、下带有直径为40mm的凸起，通过平板硫化机高温加压压制成带有第一凹槽和第二凹槽的绝缘层，其中，压制温度为140℃，压力为10MPa，压制时间为7分钟，得到绝缘层。将制得的绝缘层取出，自然冷却至室温，待用。
2)制备屏蔽层。
分别将屏蔽材料放置于模具中，通过平板硫化机加温加压压制，分别得到第一屏蔽层和第二屏蔽层；其中，压制温度为140℃，压力为10MPa，压制时间为7分钟，得到屏蔽层。将制得的屏蔽层取出，自然冷却至室温，待用。
3)交联。
将上述步骤得到的第一屏蔽层和第二屏蔽层分别放置于上述步骤得到的绝缘层的第一凹槽和第二凹槽内，通过平板硫化机加温加压压制，压制温度为180℃，压力为10MPa，压制时间为15分钟，然后在室温下加10MPa压强，待其自然冷却，得到用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样。
上述试样制备完成后，采用脉冲电声法测量空间电荷，脉冲电声法是测量电介质空间电荷行为的常用技术手段。脉冲电声法空间电荷分布测量仪器的脉冲幅值设为1～2kV，脉冲宽度为5ns，测量仪器的最小可测电荷密度(灵敏度)不大于1C/m3。测试时，试样上下面涂一层硅油放在测量电极中，把试样紧压在上下电极中。在规定的温度下，在试样上施加直流电压并开始记录绝缘试样内部的空间电荷累积程度。测试结果如图3和图4所示，图3为绝缘层中空间电荷密度的分布，其中横坐标厚度由0μm-3000μm位置即为绝缘层一侧表面至另一侧表面，图4为绝缘层在不同场强下内部电场分布。
由上述实验结果可以看出，本实施例1所制得的试样可以应用到空间电荷测试中。空间电荷试验的电压均加在屏蔽层上，可以直观的模拟直流电缆在运行中，由屏蔽层注入的空间电荷对绝缘层内部电场的影响。所以在试验分析中，能够将屏蔽层的作用也参考进来，使试样具有整体性，能够更好的表征屏蔽-绝缘-屏蔽三层共挤的直流交联电缆。
实施例2
一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，与实施例1的试样基本相同，不同之处在于：
在本实施例中，所述绝缘层的最大厚度为4mm，直径为100mm，所述第一凹槽的直径为50mm、深度为0.5mm，所述第二凹槽的直径为50mm、深度为0.5mm；所述第一屏蔽层的厚度为0.45mm，所述第二屏蔽层的厚度为0.45mm，即屏蔽层的厚度比凹槽的深度略小，更佳利于保证绝缘层的厚度不变。
上述用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样通过以下方法制备：
1)制备绝缘层。
将绝缘材料放置在模具下，模具上、下带有直径为50mm的凸起，通过平板硫化机高温加压压制成带有第一凹槽和第二凹槽的绝缘层，其中，压制温度为130℃，压力为10MPa，压制时间为5分钟，得到绝缘层。将制得的绝缘层取出，自然冷却至室温，待用。
2)制备屏蔽层。
分别将屏蔽材料放置于模具中，通过平板硫化机加温加压压制，分别得到第一屏蔽层和第二屏蔽层；其中，压制温度为130℃，压力为10MPa，压制时间为5分钟，得到屏蔽层。将制得的屏蔽层取出，自然冷却至室温，待用。
3)交联。
将上述步骤得到的第一屏蔽层和第二屏蔽层分别放置于上述步骤得到的绝缘层的第一凹槽和第二凹槽内，通过平板硫化机加温加压压制，压制温度为170℃，压力为10MPa，压制时间为20分钟，然后在室温下加10MPa压强，待其自然冷却，得到用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样。
实施例3
一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，与实施例1的试样基本相同，不同之处在于：
在本实施例中，所述绝缘层为长方体型，该绝缘层的最大厚度为3mm，长宽均为50mm。所述第一凹槽的直径为40mm、深度为0.7mm，所述第二凹槽的直径为40mm、深度为0.7mm；所述第一屏蔽层的上表面与所述绝缘层的上表面齐平，即所述第一屏蔽层的厚度也为0.7mm，所述第二屏蔽层的下表面与所述绝缘层的下表面齐平，即所述第二屏蔽层的厚度也为0.7mm。
上述用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样通过以下方法制备：
1)制备绝缘层。
将绝缘料绝缘材料放置在模具下，模具上、下带有直径为40mm的凸起，通过平板硫化机高温加压压制成带有第一凹槽和第二凹槽的绝缘层，其中，压制温度为150℃，压力为10MPa，压制时间为10分钟，得到绝缘层。将制得的绝缘层取出，自然冷却至室温，待用。
2)制备屏蔽层。
分别将屏蔽材料放置于模具中，通过平板硫化机加温加压压制，分别得到第一屏蔽层和第二屏蔽层；其中，压制温度为150℃，压力为10MPa，压制时间为10分钟，得到屏蔽层。将制得的屏蔽层取出，自然冷却至室温，待用。
3)交联。
将上述步骤得到的第一屏蔽层和第二屏蔽层分别放置于上述步骤得到的绝缘层的第一凹槽和第二凹槽内，通过平板硫化机加温加压压制，压制温度为180℃，压力为10MPa，压制时间为15分钟，然后在室温下加10MPa压强，待其自然冷却，得到用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样。
实施例4
一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，与实施例1的试样基本相同，不同之处在于：
在本实施例中，所述绝缘层为长方体型，该绝缘层的最大厚度为2mm，长宽均为100mm。所述第一凹槽的直径为20mm、深度为1mm，所述第二凹槽的直径为20mm、深度为1mm；所述第一屏蔽层的上表面与所述绝缘层的上表面齐平，即所述第一屏蔽层的厚度也为1mm，所述第二屏蔽层的下表面与所述绝缘层的下表面齐平，即所述第二屏蔽层的厚度也为1mm。
上述用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样通过以下方法制备：
1)制备绝缘层。
将绝缘材料放置在模具下，模具上、下带有直径为20mm的凸起，通过平板硫化机高温加压压制成带有第一凹槽和第二凹槽的绝缘层，其中，压制温度为140℃，压力为10MPa，压制时间为7分钟，得到绝缘层。将制得的绝缘层取出，自然冷却至室温，待用。
2)制备屏蔽层。
分别将屏蔽材料放置于模具中，通过平板硫化机加温加压压制，分别得到第一屏蔽层和第二屏蔽层；其中，压制温度为140℃，压力为10MPa，压制时间为7分钟，得到屏蔽层。将制得的屏蔽层取出，自然冷却至室温，待用。
3)交联。
将上述步骤得到的第一屏蔽层和第二屏蔽层分别放置于上述步骤得到的绝缘层的第一凹槽和第二凹槽内，通过平板硫化机加温加压压制，压制温度为190℃，压力为10MPa，压制时间为10分钟，然后在室温下加10MPa压强，待其自然冷却，得到用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样。
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。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，其特征在于，包括绝缘层、第一屏蔽层和第二屏蔽层，所述绝缘层相对的两个表面分别设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一屏蔽层设于所述第一凹槽内，所述第二屏蔽层设于所述第二凹槽内，使所述第一屏蔽层、绝缘层和第二屏蔽层具有依次层叠的重叠部分。
2.根据权利要求1所述的用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，其特征在于，所述第一凹槽和第二凹槽的截面分别与所述第一屏蔽层和第二屏蔽层的截面形状相匹配。
3.根据权利要求1或2所述的用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，其特征在于，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层均为圆柱型，所述圆柱型的第一屏蔽层和所述第二屏蔽层的轴心线重合。
4.根据权利要求3所述的用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，其特征在于，所述绝缘层的最大厚度为2mm-4mm，所述第一凹槽的直径为20mm-50mm、深度为0.5mm-1mm，所述第二凹槽的直径为20mm-50mm、深度为0.5mm-1mm；所述第一屏蔽层的厚度比所述第一凹槽的深度小0mm-0.05mm，所述第二屏蔽层的厚度比所述第二凹槽的深度小0mm-0.05mm。
5.根据权利要求3所述的用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样，其特征在于，所述绝缘层为圆柱形，该圆柱形的绝缘层直径为50mm-100mm；或者所述绝缘层为长方体形，该长方体形的绝缘层的长和宽均为50mm-100mm。
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| CN201620213841.5U Expired - Fee Related CN205539350U (zh) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | 用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样 |
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2016
- 2016-03-17 CN CN201620213841.5U patent/CN205539350U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105606981A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-05-25 | 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 | 用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样及其制备方法 |
| CN105606981B (zh) * | 2016-03-17 | 2019-01-22 | 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 | 用于评价交联电缆屏蔽材料电气性能的试样及其制备方法 |
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