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1、武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目: 防雷措施及效果的分析學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào): 院(系): 電氣工程學(xué)院專業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化入學(xué)時(shí)間: 年月導(dǎo)師姓名: 職稱/學(xué)位: 導(dǎo)師所在單位: 完成時(shí)間:2013年7月目 錄摘要11、大理供電局輸電線路防雷研究思路21.1研究目標(biāo)21.2調(diào)查內(nèi)容22、研究防雷方法和技術(shù)路線22.1 根據(jù)雷擊情況和地形地貌情況確定易擊桿塔23、大理電網(wǎng)輸電線路雷電活動(dòng)及雷擊故障現(xiàn)狀33.1 05年至08年雷電活動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析33.2 雷電流幅值分布64、大理供電局輸電線路雷擊故障情況74.1 500kV線路雷擊跳閘情況分析85、大理供電局電網(wǎng)防雷措施及效果分析95.1 線路

2、絕緣子的維護(hù)和調(diào)爬95.2 綜合防雷裝置(消雷器)的安裝及運(yùn)行情況95.3 新型接地裝置的應(yīng)用及效果分析106、接地模塊106.1 接地模塊的降阻原理106.2 接地模塊的使用方法107、空腹式接地裝置117.1空腹式接地裝置的使用方法117.2空腹式接地裝置應(yīng)用效果128、結(jié)束語(yǔ)13對(duì)大理供電局電網(wǎng)防雷措施及效果的分析摘要:架空輸電線路的雷擊跳閘一直是困擾安全供電的一個(gè)難題,電網(wǎng)中的事故以輸電線路的故障占大部分,輸電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重較大,尤其是在山區(qū)的輸電線路中,線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的,雷害事故幾乎占線路全部跳閘事故1/3或更多。大理供電局輸電線路設(shè)備多處于高海拔微

3、氣象區(qū),雷暴日活動(dòng)頻繁,對(duì)輸電線路設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行易造成不良影響,雷擊輸電線路引起的故障率較高。本人認(rèn)為防雷的基本原理就是要控制雷電能量的泄放與轉(zhuǎn)換?,F(xiàn)結(jié)合大理供電局輸電線路防繞擊避雷針應(yīng)用研究的應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)分析,通過(guò)研究、分析和實(shí)踐初步提出有指導(dǎo)作用的輸電線路的防雷原則和措施。關(guān)鍵詞:輸電;防雷;原因;對(duì)策Abstract:Dali Power Authority transmission line equipment and more at high altitude micro-weather areas, frequent thunderstorm activity on the s

4、table operation of transmission line equipment, easy to cause adverse effects, lightning caused transmission line failure rate higher, the basic principles of lightning protection is to control lightning discharge and conversion of energyKeywords: transmission; mine; causes; countermeasures架空輸電線路的雷擊

5、跳閘一直是困擾安全供電的一個(gè)難題,電網(wǎng)中的事故以輸電線路的故障占大部分,輸電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重較大,尤其是在山區(qū)的輸電線路中,線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的,雷害事故幾乎占線路全部跳閘事故1/3或更多,所以防止雷擊跳閘可大大降低輸電線路的故障,進(jìn)而降低電網(wǎng)中事故的發(fā)生頻率。因此,尋求更有效的線路防雷保護(hù)措施,一直是世界各國(guó)電力工作者關(guān)注的課題。為了更好地做好線路防雷,首先要研究輸電線路的雷害規(guī)律,分析雷害的性質(zhì),才能采取適合的防雷措施。據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),雷擊具有選擇性,線路存在易擊點(diǎn)或線段。本研究主要是調(diào)查歷年來(lái)大理電網(wǎng)輸電線路的雷擊情況和雷電定位可查到的雷電流及其地形

6、地貌情況、線路附近的落雷情況、桿塔的接地電阻、線路的雷害情況和防雷措施,對(duì)近三年實(shí)施的四個(gè)科技項(xiàng)目降低輸電線路桿塔接地電阻的研究與應(yīng)用、500kV線路型氧化鋅避雷器在高海拔地區(qū)的應(yīng)用、220kV可控放電避雷針的研究與應(yīng)用、架空輸電線路防繞擊避雷針應(yīng)用研究的應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)分析,通過(guò)研究、分析和實(shí)踐初步提出有指導(dǎo)作用的輸電線路的防雷原則和措施。1、大理供電局輸電線路防雷研究思路1.1研究目標(biāo)通過(guò)調(diào)查分析,找出我局管轄的輸電線路雷害規(guī)律、特點(diǎn)和存在問(wèn)題,并對(duì)幾年實(shí)踐的接地網(wǎng)改造、改善絕緣、安裝線路避雷器、新型接地裝置應(yīng)用、500kV線路型氧化鋅避雷器在高海拔地區(qū)的應(yīng)用、220kV可控放電避雷針的應(yīng)

7、用、防繞擊避雷針初步使用的防雷效果進(jìn)行總結(jié)分析和評(píng)價(jià),對(duì)大理電網(wǎng)輸電線路提出有針對(duì)性的防雷措施。1.2調(diào)查內(nèi)容1)測(cè)量輸電線路桿塔接地電阻(使用鉗表法、接地?fù)u表回路法、接地?fù)u表三極法)。2)調(diào)查歷年瓷絕緣子零值測(cè)量情況和零值情況。3)調(diào)查輸電線路所采用的防雷措施和歷年防雷改造和驗(yàn)收情況。4)調(diào)查輸電線路的雷害情況(包括雷擊桿塔、相別)及絕緣子更換情況。5)通過(guò)雷電定位系統(tǒng)查出可查到的雷擊桿塔的落雷參數(shù)。6)調(diào)查線路沿線的落雷情況(如雷電日)和氣候情況。7)調(diào)查輸電線路沿線的地形地貌。8)調(diào)查輸電線路安裝線路避雷器、新型接地裝置的應(yīng)用、500kV線路型氧化鋅避雷器在高海拔地區(qū)的應(yīng)用、220kV可

8、控放電避雷針應(yīng)用的防雷效果。2、研究防雷方法和技術(shù)路線2.1 根據(jù)雷擊情況和地形地貌情況確定易擊桿塔根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),確定易擊桿段有以下原則:雷爆走廊,如山區(qū)風(fēng)口以及順風(fēng)的河谷和峽谷等處;四周是山丘的潮濕盤地,如桿塔周圍有魚塘、水庫(kù)、沼擇地、森林或灌木,附近又有蜿蜒起伏的山丘等處;土壤電阻率有突變的地帶,如地質(zhì)斷層地帶,巖石與土壤、山坡與稻田的交界區(qū)巖石山腳下有小河的山谷等地,雷易擊于低土壤電阻率處;地下有導(dǎo)電性礦的地面和地下水位較高處;當(dāng)土壤電阻率差別不大時(shí),雷易擊于突出的山頂、山的向陽(yáng)坡,山腰次之。本研究根據(jù)雷擊情況和地形地貌情況加以總結(jié)。根據(jù)雷擊相別、雷電流大小并結(jié)合地形地貌確定雷擊類型是反

9、擊還是繞擊區(qū)分繞擊、反擊的要素:雷電流測(cè)量;接地電阻;閃絡(luò)基數(shù)和相數(shù);塔身高度;地形特點(diǎn);閃絡(luò)相別。區(qū)分繞擊、反擊的初步原則:繞擊:單(邊相)雷擊閃絡(luò):單避雷線上字型排列的頂相雷擊閃絡(luò);相鄰桿塔同一邊相同時(shí)雷擊閃絡(luò);達(dá)不到引起反擊但能引起繞擊閃絡(luò)的雷電流;接地電阻較小即耐雷水平高的線路發(fā)生多相雷擊閃絡(luò)。反擊:同桿三相、同桿二相或中相雷擊閃絡(luò);相鄰桿塔非同一邊相的單相或多相同時(shí)雷擊閃絡(luò)。比較110kV、220kV與500kV線路雷害情況和防雷措施,主要對(duì)三個(gè)電壓等級(jí)線路的雷擊跳閘進(jìn)行分析,比較它們的接地電阻、絕緣水平、繞擊、反擊情況,從中找出一些雷擊規(guī)律和存在問(wèn)題。分析絕緣子使用和維護(hù)、線路運(yùn)行

10、維護(hù)與雷害的關(guān)系。計(jì)算分析在雷擊頻繁桿塔加強(qiáng)絕緣的可行性、必要性、對(duì)輸變電絕緣配合的影響和防雷效果,并與實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行比較,從中找出規(guī)律。比較分析三種新型防雷裝置導(dǎo)電水泥、接地模塊、注水式空腹接地裝置的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用效果,初步提出選用意見。 分析安裝線路避雷器的選點(diǎn)原則和技術(shù)關(guān)鍵,計(jì)算安裝線路避雷器的防雷效果,并與實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行比較,從中總結(jié)得失,找出規(guī)律。總結(jié)500kV線路避雷器在高海拔地區(qū)應(yīng)用的情況及防雷效果。分析220kV可控放電避雷針的應(yīng)用效果。3、大理電網(wǎng)輸電線路雷電活動(dòng)及雷擊故障現(xiàn)狀3.1 05年至08年雷電活動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表1 05年至08年雷電活動(dòng)按月統(tǒng)計(jì)月份雷電日雷電小時(shí)正雷電數(shù)負(fù)

11、雷電數(shù)總雷電數(shù)總回?fù)魯?shù)最大電流最小電流落雷密度20050112262313335110.75.90.00117200502147822186208226636.55.30.007352005032823020083710371210431.84.60.03665200504178859350409525297.45.20.0144620050520134642643247998.64.50.0152720050630353148357537235557646.73.20.1315920050731394123531054338827570.23.30.192032005083136424249

12、6052028923512.13.40.1838720050929424137524353808892508.43.40.1901620051025176531004105715864693.20.0373620051120403234666846.950.0023320051210186232929121.17.60.00103合計(jì)26723251030219792300936357646.73.20.8132720060168358833.510.90.00028200602136149232281323497.730.009932006032510214172186202250.15.2

13、0.006572006043025365681746813281.33.80.026372006053133598212522233288309.13.70.078572006062818893131214052171430.95.30.049662006072737411304644247572476436002.61.681472006083053265051299519495188960021.8361820060930396291137571404814068520.32.70.496542006101916543165817011710240.130.0601220061130262

14、21528549548424.93.40.019402006122795211711911958.63.20.00421合計(jì)2962771245911832812078712278260024.26931200701144353357410409418.24.10.0144920070223136383293673684273.30.0129720070320751099109109208.33.40.0038520070430390455507155265532564.92.70.1953220070531306115318833033271376.82.80.116752007063048

15、182510351855174294.42.50.1832720070729356257120191227612262378.12.30.4339020070831541521243652488624699498.72.50.8796120070930485167963297999756493.32.70.34635200710313813030603090310660030.109222007112816517110011171133513.33.60.03948200712143635356561735.10.00198合計(jì)311339517486437666124658756002.32

16、.3372020080113253323535195.27.90.00124200802850381361742106009.40.00615200803261471493815306496004.20.018732008042712148330378458295.96.80.0133620080520914358362518206.66.10.0128020080629225108221023183963412.360.0819320080729359755232952405023991532.72.60.8500720080820365185108851107011013476.72.40

17、.39128合計(jì)172138312903762738917408376002.41.37555圖1 05年至08年雷電總數(shù)同期比較由上面的圖表可見,大理地區(qū)7、8、9三個(gè)月的雷電活動(dòng)較頻繁,其中,雷電總數(shù)最多的是8月份,其次是7月份,然后是9月份。對(duì)近三年雷電活動(dòng)相比,06年雷電最為頻繁,其次是07年全年雷電總數(shù)減少了45,然后是08年前8個(gè)月雷電總數(shù)減少了67.68, 05年全年雷電總數(shù)較06年減少了80.951。四年中,各月雷電活動(dòng)隨季節(jié)變化的總體規(guī)律基本一致,夏天(7、8、9三個(gè)月)的雷電活動(dòng)最為頻繁,10月后雷電活動(dòng)逐步減少,但雷電活動(dòng)逐月的變化規(guī)律有所不同。3.2 雷電流幅值分布大理

18、地區(qū)2005年2008年雷電流幅值累積概率分布曲線、雷電流幅值個(gè)數(shù)分布直方圖分別見下圖2、圖3 所示。圖2 大理地區(qū)2006年2008年3年雷電流幅值累積概率曲線圖3 大理地區(qū)2006年2008年3年雷電流幅值直方圖從以上兩圖分析可見:正、負(fù)極性雷電流幅值分布差異較大,正極性雷電流幅值較大的概率大于負(fù)極性,正極性雷電流幅值累積概率曲線比負(fù)極性平緩,正、負(fù)極性綜合后地閃雷電流幅值累積概率曲線與負(fù)極性雷電流幅值概率曲線相近,這是由正極性地閃所占比重較低引起的。從幅值分布直方圖圖可見,正、負(fù)極性雷電流幅值均表現(xiàn)出了堆積效應(yīng),負(fù)極性的堆積效應(yīng)更為明顯。負(fù)極性雷主要集中在較低的662kA,在此期間的地閃

19、約占總負(fù)極性地閃的63.9%,正極性地閃主要集中在16111kA,在此期間的地閃約占總正極性地閃的57.6%。4、大理供電局輸電線路雷擊故障情況表 2 20052007年按線路跳閘次數(shù)統(tǒng)計(jì)匯總跳閘次數(shù)線路名稱跳閘時(shí)間雷擊桿塔7110kV保永線2005年7月24日23、247110kV保永線2005年9月25日377110kV保永線2006年8月10日132、133 7110kV劍鶴線2005年6月27日887110kV劍鶴線2006年7月11日677110kV劍鶴線2006年9月26日71、727110kV劍鶴線2007年10月1日867110kV下彌南線2006年8月14日 1137110k

20、V下彌南線2006年8月18日 1447110kV下彌南線2006年9月16日 517110kV下彌南線2006年9月18日 477110kV下彌南線2007年9月17日 1567220kV漫下I回線2005年3月30日 1477220kV漫下I回線2006年8月4日 1087220kV漫下I回線2006年8月6日 494110kV螺劍線2005年6月28日 1924110kV螺劍線2006年10月3日 1024110kV螺劍線2007年8月7日 1534220kV漫下回線2005年7月25日 924220kV漫下回線2006年7月30日 474220kV漫下回線2006年9月30日 4245

21、00kV漫昆回線2006年10月27日 183110kV天清線2006年8月7日 653110kV天清線2006年8月9日 60、62、633110kV天清線2006年8月20日 882220kV大山回2007年7月3日 672220kV大山回線2007年8月20日662500kV大廠線2005年7月25日 922500kV大廠線2007年9月3日 821110kV茅下漾線2006年7月17日 521110kV天新線2006年8月14日 6、71110kV下荒賓線2006年8月20日 31110kV下荒線2006年8月20日 31110kV下天I回線2007年8月22日 51110kV祥清線2

22、005年8月16日 451110kV新雪線2007年7月2日 65、66、67、684.1 500kV線路雷擊跳閘情況分析大理電網(wǎng)0507年500kV線路雷擊跳閘7次,雷擊跳閘率0.171次/百公里·年(未折算至40雷電日)。按07年雷電日59天折至40雷電日的500kV線路雷擊跳閘率為:0.116次/百公里·年·40雷電日。發(fā)生的7次雷擊跳閘線路分別是:漫昆I回4次、漫昆回線1次、500kV大廠線2次。7次跳閘均發(fā)生在邊相,雷電流幅值在22kA至75kA之間,高于線路繞擊耐雷水平,但遠(yuǎn)低于線路反擊耐雷水平;對(duì)部分雷擊桿塔進(jìn)行了地網(wǎng)接地電阻測(cè)試,地網(wǎng)接地電阻滿足要

23、求;5次雷擊跳閘均屬于繞擊跳閘?;谝陨锨闆r分析,500kV線路雷擊跳閘具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)500kV線路跳閘主要是繞擊造成,改善線路耐雷運(yùn)行水平的措施應(yīng)以降低繞擊跳閘率為主,如:減小保護(hù)角等。(2)在跳閘桿塔分布上與雷電活動(dòng)有一定的關(guān)聯(lián)性,漫昆I回的58、59、大廠線的#82、#92顯現(xiàn)了局部易擊區(qū)段,為加裝線路避雷器提高線路耐雷水平積累了運(yùn)行數(shù)據(jù)。5、大理供電局電網(wǎng)防雷措施及效果分析5.1 線路絕緣子的維護(hù)和調(diào)爬絕緣子因長(zhǎng)期處在交變電場(chǎng)的作用下,絕緣性能會(huì)逐漸下降,當(dāng)絕緣子絕緣降低或失去絕緣時(shí),其分布電壓就要降低或呈零值。這些有缺陷的絕緣子如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更換,就要降低線路絕緣水平,容

24、易發(fā)生閃絡(luò)事故,尤其當(dāng)雷擊絕緣子有缺陷的桿塔時(shí),桿塔絕緣子閃絡(luò)的機(jī)率就會(huì)增大。大理供電局電網(wǎng)運(yùn)行的110kV平下線和220kV下楚線新建于70年代初期,采用西安產(chǎn)的X4.5懸式絕緣子,220kV下楚線絕緣子串的漏泄距離為2.05cm/kv,110kV平下線絕緣子串的漏 泄距離為2.18cm/kV。這兩條線路的絕緣子由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng),絕緣子老化嚴(yán)重,線路絕緣水平降低,耐雷水平也相應(yīng)降低,威脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。近年來(lái),對(duì)220kV下楚線、110kV平下線進(jìn)行全線調(diào)爬,對(duì)220kV漫下一回線、110kV茅下線、110kV小保線部份地進(jìn)行調(diào)爬,將原來(lái)的X4.5絕緣子更換成XP10,使220kV下楚線、

25、漫下一回線的漏泄距離由原來(lái)的2.05cm/kV增加到2.11cm/kV;使110KV平下線、茅下線、小保線的漏泄距離由原來(lái)的2.18cm/kV增加到2.25cm/kV。5.2 綜合防雷裝置(消雷器)的安裝及運(yùn)行情況大理供電局電網(wǎng)于1991年引用云南電力試驗(yàn)研究所和滇東電業(yè)共同研制的山區(qū)線路綜合防雷裝置,除部分結(jié)構(gòu)略有變化外,原理都基本沒有變化,96年至98年在500KV漫昆一、二回線安裝了由云南電力科去年技開發(fā)公司研制的500KV線路綜合防雷裝置。它們都屬金屬導(dǎo)體型消雷器。根據(jù)線路雷擊的特點(diǎn)和規(guī)律,我局對(duì)雷擊跳閘頻繁的線路進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究、分析,在“易擊地區(qū)”和“易擊點(diǎn)”安裝綜合防雷裝置,重點(diǎn)

26、考慮在水庫(kù)、水塘附近山頂,孤山、突出山頂、向陽(yáng)坡上的高位桿塔上安裝。從1991年至1999年,共有八條線路的175基桿塔上安裝了綜合防雷裝置。導(dǎo) 體 消 雷 器 我局從 1992 年開始安裝運(yùn)行到現(xiàn)在,經(jīng)過(guò)10年的運(yùn)行實(shí)踐,從93年至今年2月的運(yùn)行情況來(lái)看,安裝有綜合防雷裝置的桿塔發(fā)生雷擊的有6基,即有3.4%的綜合防雷裝置被雷擊。這6基安裝有綜合防雷裝置的桿塔都是110kV線路,而其他220kV500kV線路安裝有綜合防雷裝置的桿塔均運(yùn)行正常,不在遭受過(guò)雷擊,綜合防雷裝置的防雷效果有待進(jìn)一步觀察分析。但在“易擊地區(qū)”和“易擊點(diǎn)”安裝綜合防雷裝置后,這些地段的桿塔被雷擊的情況明顯減少。5.3

27、新型接地裝置的應(yīng)用及效果分析根據(jù)規(guī)程,如土壤電阻率超過(guò)2000m,接地電阻很難降低到30時(shí)可采用6至8根總長(zhǎng)不超過(guò)500m的放射形接地體,其接地電阻不受限制。而在實(shí)際運(yùn)行中的線路,放射線型水平接地裝置通用設(shè)計(jì)的6A、6B、6S、6T、6DT、6SS型接地裝置為8根50米水平射線,7A、7B、7S、7T、7DT、7SS型接地裝置為8根60米水平射線。用如上所述8根射線的桿塔一般都屬于土壤電阻率特別高的巖石地區(qū)、砂泥巖地區(qū)、礫砂石地區(qū),用放射形接地體,桿塔接地電阻很難降至30以下。在巖石、砂泥巖、礫砂石等土壤電阻率特別高地區(qū)的桿塔改造接地網(wǎng),使用降阻劑成了常用的方法。工程應(yīng)用表明,雖然接地降阻劑的

28、效果不錯(cuò),但是有些專用的接地降阻劑一方面對(duì)土壤和自然環(huán)境有破壞作用,且穩(wěn)定性低;另一方面,如長(zhǎng)期使用,將對(duì)接地導(dǎo)體造成嚴(yán)重腐蝕。現(xiàn)有的各種接地技術(shù)仍然存在著這樣或那樣的不足。需要更有效的接地技術(shù)和接地裝置的出現(xiàn),使得接地裝置所占用的土地面積較小,工程施工時(shí)的工作量不大,而且能夠獲得較低的接地電阻,有長(zhǎng)期穩(wěn)定的效果,同時(shí)對(duì)環(huán)境還沒有污染,導(dǎo)電水泥、接地模塊、空腹式接地裝置等新型接地裝置應(yīng)運(yùn)而生。6、接地模塊6.1 接地模塊的降阻原理在接地體中加入接地模塊,可增大接地體有效截面,減小了工頻接地電阻,同樣也就減小了雷電沖擊接地電阻;桿塔接地電阻主要為流散電流流入大地時(shí)的電阻,其包括接地體與土壤間的接

29、觸電阻。使用導(dǎo)電接地模塊右增大接地體和土壤間的接觸面積,也就減小了接觸電阻。另外,導(dǎo)電接地模塊長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)腐蝕,能保持與土壤的良接觸。6.2 接地模塊的使用方法如圖4所示,DMK型水平埋設(shè)導(dǎo)電接地模塊安裝示意圖。導(dǎo)電接地模塊可以進(jìn)行垂直埋置或水平埋置,以DMK型水平埋設(shè)主例其埋設(shè)過(guò)程為: 挖溝,安裝接地極;埋置接地模塊;導(dǎo)電接地模塊的極芯與接地體連接;注入充足的水分,讓接地模塊與土壤充分吸濕;最后用粘性素土回填夯實(shí)。接地模塊接地體800圖4接地模塊安裝示意圖(接地模塊安裝照片)7、空腹式接地裝置如圖5所示,空腹式接地裝置如同一個(gè)扁球體水平埋入土壤中,類似于一個(gè)圓板水平接地極,則空腹式接地裝置直徑越大,相對(duì)工頻接地電阻就越小,對(duì)應(yīng)沖擊接地電阻也就小。從空腹式接地裝置結(jié)構(gòu)和施工運(yùn)行來(lái)看,由于施工時(shí)要求在空腹中注滿水,且空腹中的1/3的粘土可以保持水分。空腹中的水分不斷通過(guò)滲漏孔向接地裝置周圍土壤滲水,使接地裝置周圍土壤保持濕潤(rùn),從而降低了接地裝置周圍土壤電阻率,同樣可以降低工頻接地電阻和沖擊接地電阻值。在雨水多的季節(jié)雨水可以返滲入接地裝置空腹中,在干旱地區(qū)可人工加水,可達(dá)到裝置及周圍土壤長(zhǎng)期保持濕潤(rùn),使接地電阻達(dá)到規(guī)程或設(shè)計(jì)要求。7.1空腹式接地裝置的使用方法如圖5所示,

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