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1、第三章第三章 防雷保護(hù)防雷保護(hù)3.1 防雷裝置的種類(lèi)與作用防雷裝置的種類(lèi)與作用過(guò)電壓及其分類(lèi) 由于雷擊和操作等原因,電力系統(tǒng)中某些部分由于雷擊和操作等原因,電力系統(tǒng)中某些部分的電壓可能升高,甚至?xí)蟠蟪^(guò)正常狀態(tài)下的數(shù)的電壓可能升高,甚至?xí)蟠蟪^(guò)正常狀態(tài)下的數(shù)值,這種對(duì)電氣設(shè)備絕緣造成的危險(xiǎn)的電壓升高,值,這種對(duì)電氣設(shè)備絕緣造成的危險(xiǎn)的電壓升高,稱(chēng)為過(guò)電壓。稱(chēng)為過(guò)電壓。大氣過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓3.1.1 大氣過(guò)電壓大氣過(guò)電壓由于雷云放電或者雷電感應(yīng)引起的過(guò)電壓,成為大氣過(guò)電壓,也叫雷電過(guò)電壓3.1.2 內(nèi)部過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓 注:大氣過(guò)電壓與電力系統(tǒng)本身運(yùn)行情況無(wú)關(guān),因而注:大氣過(guò)電壓與電力系統(tǒng)本

2、身運(yùn)行情況無(wú)關(guān),因而 這種過(guò)電壓又稱(chēng)為外部過(guò)電壓這種過(guò)電壓又稱(chēng)為外部過(guò)電壓由于電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的轉(zhuǎn)換或傳送引起的過(guò)電壓,稱(chēng)為內(nèi)部過(guò)電壓。注:斷路器分與合、負(fù)荷劇變、線(xiàn)路斷線(xiàn)、短路與接注:斷路器分與合、負(fù)荷劇變、線(xiàn)路斷線(xiàn)、短路與接地等故障均會(huì)引起不同程度的過(guò)電壓地等故障均會(huì)引起不同程度的過(guò)電壓3.1.2.1 雷電的形成雷電的形成+-+主放電 溫度可達(dá)20000余光放電雷電流I的幅值P:雷電流超過(guò)I(KA)的概率108/lgIPP=30,I=?P=100,I=?雷電的極性有正有負(fù):負(fù)極性雷的數(shù)目遠(yuǎn)超出正極性雷的數(shù)目,一年四季均如此;但正極性雷的幅值普遍比負(fù)極性雷的幅值高,而且電流幅值最大的雷也

3、是正極性的雷。 (1)直接雷過(guò)電壓3.1.2.2 大氣過(guò)電壓基本形成大氣過(guò)電壓基本形成雷云直接擊中房屋、桿塔、電力裝置等物體時(shí),雷電電流流過(guò)該物體而泄入大地,在該物體上將產(chǎn)生很高的電壓降,稱(chēng)為直接雷過(guò)電壓。由于直接雷過(guò)電壓幅值極高,因此必須采取有效的保護(hù)措施,通常使用避雷針、避雷線(xiàn)、避雷帶或者避雷網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)(2)感應(yīng)雷過(guò)電壓當(dāng)雷擊設(shè)備或架空線(xiàn)路附近地面時(shí),在設(shè)備或?qū)Ь€(xiàn)上由于靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的過(guò)電壓。(3)侵入波過(guò)電壓由于架空線(xiàn)路或架空金屬管道上遭受直接雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的高壓沖擊雷電荷。在電力系統(tǒng)中,由于雷電波侵入而造成的雷害事故,約占雷害總數(shù)的一半以上對(duì)于110kV以上的高壓輸電線(xiàn)路,

4、直接雷擊過(guò)電壓對(duì)線(xiàn)路絕緣威脅最為嚴(yán)重,由于其絕緣的沖擊耐壓水平高于500KV, 故感應(yīng)雷過(guò)電壓沒(méi)有危險(xiǎn);而對(duì)于低壓配電線(xiàn)路,由于絕緣水平低,非直擊雷過(guò)電壓引起的雷害故障次數(shù)明顯增加, 6kV或10kV架空配電線(xiàn)路由雷擊引起絲路閃絡(luò)或故障的主要因素不是直擊雷過(guò)電壓而是感應(yīng)雷過(guò)電壓,感應(yīng)雷過(guò)電壓導(dǎo)致的故障比例超過(guò)90%。 (1) 雷暴日3.1.2.3 雷電參數(shù)雷電參數(shù)在一天內(nèi)只要聽(tīng)到雷聲就算一個(gè)雷暴日全年雷暴日的總和叫年雷暴日少雷區(qū):每年平均雷暴日不超過(guò)15日的地區(qū)多雷區(qū):超過(guò)40日的地區(qū)強(qiáng)雷區(qū):超過(guò)90日的地區(qū)我國(guó)沿海雷暴以海南島最多,平均每年出現(xiàn)100多天,廣州雷州半島是我國(guó)最大的雷區(qū) 3.1

5、.3 常用防雷裝置的種類(lèi)和作用常用防雷裝置的種類(lèi)和作用防雷作用電氣設(shè)備的防雷建筑物的防雷發(fā)電廠、變電所、架空電力線(xiàn)路工業(yè)民間防雷裝置:避雷針、避雷線(xiàn)、避雷網(wǎng)、避雷帶避雷針是由接閃器(針尖)、接地引下線(xiàn)和接地裝置三部避雷針是由接閃器(針尖)、接地引下線(xiàn)和接地裝置三部分組成分組成避雷針就其本質(zhì)功能而言,并不是避雷,相反卻是招雷或避雷針就其本質(zhì)功能而言,并不是避雷,相反卻是招雷或引雷。它是利用高聳空間的有利位置,當(dāng)附近空中有雷電引雷。它是利用高聳空間的有利位置,當(dāng)附近空中有雷電放射時(shí),便不斷把雷電引向自身并將雷電流迅速地泄入大放射時(shí),便不斷把雷電引向自身并將雷電流迅速地泄入大地消散。地消散。3.1.

6、4 避雷針避雷針3.1.4.1 單支避雷針保護(hù)范圍單支避雷針保護(hù)范圍避雷針在地面上的保護(hù)半徑避雷針在地面上的保護(hù)半徑單支避雷針的保護(hù)范圍單支避雷針的保護(hù)范圍hr5 . 12xhh 1)1)當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)Phhrxx)( 2xhh 時(shí)時(shí) 2)當(dāng)當(dāng)Phhrxx)25 . 1 (r保護(hù)半徑,保護(hù)半徑,mh避雷針的高度,避雷針的高度,mhx被保護(hù)物的高度,被保護(hù)物的高度,mha被保護(hù)物的有效高度,被保護(hù)物的有效高度,mP高度影響系數(shù):高度影響系數(shù):?jiǎn)沃П芾揍槺Wo(hù)范圍單支避雷針保護(hù)范圍130m/5 . 5120h30130PPrhhPPmhx,需要乘以,當(dāng);時(shí),;時(shí),某廠煙囪油罐,高10m,直徑10m,用一根

7、高25m的避雷針保護(hù)。問(wèn)針與罐之間的距離x不超過(guò)多少?解:針高h(yuǎn)=25m,被保護(hù)物高度hx =10m,由于 xh50A)的的電力設(shè)備的接地電阻要求符合電力設(shè)備的接地電阻要求符合R4000A時(shí),要求時(shí),要求R=0.5 火花效應(yīng)火花效應(yīng):地中的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)土壤的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng),:地中的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)土壤的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng),土壤內(nèi)靠近接地體的部分會(huì)發(fā)生局部火花放電,從而使土壤內(nèi)靠近接地體的部分會(huì)發(fā)生局部火花放電,從而使接地電阻下降,小于工頻電流作用下的接地電阻值接地電阻下降,小于工頻電流作用下的接地電阻值R。電感效應(yīng)電感效應(yīng):雷電沖擊電流的等值頻率很高,接地體自身:雷電沖擊電流的等值頻率很高,接地體自身呈現(xiàn)

8、明顯的電感作用,阻礙電流向接地體的遠(yuǎn)端流通,呈現(xiàn)明顯的電感作用,阻礙電流向接地體的遠(yuǎn)端流通,接地體的沖擊電阻大于工頻接地電阻接地體的沖擊電阻大于工頻接地電阻R。由于火花效應(yīng)和電感效應(yīng),使統(tǒng)一接地裝置具有不由于火花效應(yīng)和電感效應(yīng),使統(tǒng)一接地裝置具有不同的沖擊接地電阻同的沖擊接地電阻 與工頻接地電阻值與工頻接地電阻值R,用沖,用沖擊系數(shù)擊系數(shù)a來(lái)衡量來(lái)衡量chRRRach一半情況下火花效應(yīng)大于電感效應(yīng),所以一半情況下火花效應(yīng)大于電感效應(yīng),所以a13.2 電力設(shè)施和建筑物的防雷電力設(shè)施和建筑物的防雷3.2.1 電力線(xiàn)路的防雷保護(hù)措施電力線(xiàn)路的防雷保護(hù)措施3.2.1.1 低壓架空線(xiàn)路的防雷保護(hù)措施低壓

9、架空線(xiàn)路的防雷保護(hù)措施 低壓架空線(xiàn)分布廣,絕緣水平較低,同時(shí)低壓線(xiàn)路直接引入室內(nèi)。因此,必須考慮對(duì)低壓架空線(xiàn)路的保護(hù),以及當(dāng)雷擊線(xiàn)路時(shí)雷電波沿線(xiàn)侵入室內(nèi)的防雷保護(hù)問(wèn)題。低壓架空線(xiàn)路的防雷有六種方法:低壓架空線(xiàn)路的防雷有六種方法:(1) 一般用戶(hù)低壓線(xiàn)路及接戶(hù)線(xiàn)的絕緣子鐵腳宜接一般用戶(hù)低壓線(xiàn)路及接戶(hù)線(xiàn)的絕緣子鐵腳宜接地地(2) 重要用戶(hù),宜在低壓線(xiàn)路進(jìn)入室前重要用戶(hù),宜在低壓線(xiàn)路進(jìn)入室前50m處安裝處安裝一組低壓避雷器;進(jìn)入室內(nèi)后在裝設(shè)一組低壓避雷一組低壓避雷器;進(jìn)入室內(nèi)后在裝設(shè)一組低壓避雷器及接戶(hù)線(xiàn)的絕緣子鐵腳宜接地器及接戶(hù)線(xiàn)的絕緣子鐵腳宜接地 (3)室內(nèi)有電力設(shè)備接地裝置的建筑物,在入口處宜

10、室內(nèi)有電力設(shè)備接地裝置的建筑物,在入口處宜將絕緣子鐵腳與接地裝置相連,可以不必另設(shè)接地將絕緣子鐵腳與接地裝置相連,可以不必另設(shè)接地裝置。裝置。(4)人員密集的公共場(chǎng)所及由木桿或木橫擔(dān)引下)人員密集的公共場(chǎng)所及由木桿或木橫擔(dān)引下的接戶(hù)線(xiàn),其絕緣子鐵腳應(yīng)接地,并要設(shè)置專(zhuān)用的的接戶(hù)線(xiàn),其絕緣子鐵腳應(yīng)接地,并要設(shè)置專(zhuān)用的接地裝置。接地裝置。(5)雷暴日不超過(guò))雷暴日不超過(guò)30天的地區(qū)以及低壓線(xiàn)路被建天的地區(qū)以及低壓線(xiàn)路被建筑物及樹(shù)木屏蔽,或接戶(hù)線(xiàn)距低壓干線(xiàn)的接地點(diǎn)不筑物及樹(shù)木屏蔽,或接戶(hù)線(xiàn)距低壓干線(xiàn)的接地點(diǎn)不超過(guò)超過(guò)50m的線(xiàn)路,由于受雷擊機(jī)會(huì)少,其接戶(hù)線(xiàn)的的線(xiàn)路,由于受雷擊機(jī)會(huì)少,其接戶(hù)線(xiàn)的絕緣子鐵

11、腳可不接地。絕緣子鐵腳可不接地。(6)在多雷區(qū)或易遭受雷擊的地段,直接與架空)在多雷區(qū)或易遭受雷擊的地段,直接與架空線(xiàn)路相連的電能表宜設(shè)防雷裝置。線(xiàn)路相連的電能表宜設(shè)防雷裝置。3.2.1.2 高壓架空線(xiàn)路的防雷保護(hù)措施高壓架空線(xiàn)路的防雷保護(hù)措施 線(xiàn)路防雷問(wèn)題是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。由于雷擊引起頻線(xiàn)路防雷問(wèn)題是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。由于雷擊引起頻繁的跳閘,造成經(jīng)濟(jì)上的較大損失,因而必須采用適當(dāng)?shù)姆钡奶l,造成經(jīng)濟(jì)上的較大損失,因而必須采用適當(dāng)?shù)姆览状胧硪环矫?,如在防雷方面要求過(guò)高,從而使投防雷措施,另一方面,如在防雷方面要求過(guò)高,從而使投資過(guò)分增大。資過(guò)分增大。 根據(jù)線(xiàn)路的電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)、雷電活

12、動(dòng)強(qiáng)弱和土根據(jù)線(xiàn)路的電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)、雷電活動(dòng)強(qiáng)弱和土壤電阻率等許多條件通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定合理的防雷壤電阻率等許多條件通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定合理的防雷措施。措施。1、 架設(shè)避雷線(xiàn)架設(shè)避雷線(xiàn)架設(shè)避雷線(xiàn)是高壓和超高壓輸電線(xiàn)最基本的防雷保護(hù)措施。架設(shè)避雷線(xiàn)是高壓和超高壓輸電線(xiàn)最基本的防雷保護(hù)措施。 防止雷直擊導(dǎo)線(xiàn);防止雷直擊導(dǎo)線(xiàn);優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): 避雷線(xiàn)對(duì)雷電流有分流作用,可以減小流入桿塔的避雷線(xiàn)對(duì)雷電流有分流作用,可以減小流入桿塔的雷電流,使塔頂電位下降;雷電流,使塔頂電位下降; 對(duì)導(dǎo)線(xiàn)有耦合和屏蔽的作用,可以降低導(dǎo)線(xiàn)上的對(duì)導(dǎo)線(xiàn)有耦合和屏蔽的作用,可以降低導(dǎo)線(xiàn)上的感應(yīng)過(guò)電壓。感應(yīng)過(guò)電壓。 增加線(xiàn)

13、路的投資;增加線(xiàn)路的投資;缺點(diǎn):缺點(diǎn): 線(xiàn)路電壓在線(xiàn)路電壓在20kV以下時(shí),線(xiàn)路的絕緣不高,只要雷以下時(shí),線(xiàn)路的絕緣不高,只要雷電流稍微大一些,接地引下線(xiàn)在桿頂處的電位升高就足以電流稍微大一些,接地引下線(xiàn)在桿頂處的電位升高就足以引起接地引下線(xiàn)向?qū)Ь€(xiàn)放電,使導(dǎo)線(xiàn)受到很高的電位,設(shè)引起接地引下線(xiàn)向?qū)Ь€(xiàn)放電,使導(dǎo)線(xiàn)受到很高的電位,設(shè)備受到損害。備受到損害。、避雷線(xiàn)的應(yīng)用:、避雷線(xiàn)的應(yīng)用: 避雷線(xiàn)一般在避雷線(xiàn)一般在35KV及以上電壓等級(jí)的線(xiàn)路上裝設(shè)。及以上電壓等級(jí)的線(xiàn)路上裝設(shè)。110kV及以上線(xiàn)路一般全線(xiàn)裝設(shè)避雷線(xiàn)。但在雷不嚴(yán)重及以上線(xiàn)路一般全線(xiàn)裝設(shè)避雷線(xiàn)。但在雷不嚴(yán)重的地區(qū),的地區(qū),110KV及及2

14、060KV線(xiàn)路通常不沿全線(xiàn)裝設(shè),而線(xiàn)路通常不沿全線(xiàn)裝設(shè),而只是在發(fā)電廠升壓站出線(xiàn)和變電站進(jìn)出線(xiàn)只是在發(fā)電廠升壓站出線(xiàn)和變電站進(jìn)出線(xiàn)12Km內(nèi)裝設(shè)內(nèi)裝設(shè)避雷線(xiàn),作為進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)。避雷線(xiàn),作為進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)。 610KV配電線(xiàn)路上都不裝設(shè)避雷線(xiàn),而是利用鋼配電線(xiàn)路上都不裝設(shè)避雷線(xiàn),而是利用鋼筋混凝土電桿的自然接地作用和中性點(diǎn)不直接接地作用。筋混凝土電桿的自然接地作用和中性點(diǎn)不直接接地作用。、單根避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍、單根避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍2/hhxPhhrxx)(47. 02/hhxPhhrxx)53. 1( 130m/5.5120h30130PPrhhPPmhx,需要乘以,當(dāng);時(shí),;時(shí),rx保護(hù)半徑,mh避

15、雷針的高度,mhx被保護(hù)物的高度,mP高度影響系數(shù):高度影響系數(shù):2. 降低桿塔接地電阻降低桿塔接地電阻 降低桿塔沖擊接地電阻時(shí)提高線(xiàn)路耐雷水平、防止反降低桿塔沖擊接地電阻時(shí)提高線(xiàn)路耐雷水平、防止反擊,降低雷擊跳閘率的有效措施。擊,降低雷擊跳閘率的有效措施。 在土壤電阻率低的地區(qū),應(yīng)充分利用鐵塔,鋼筋混凝在土壤電阻率低的地區(qū),應(yīng)充分利用鐵塔,鋼筋混凝土桿的自然接地電阻,在高土壤電阻率的地區(qū),可采用多土桿的自然接地電阻,在高土壤電阻率的地區(qū),可采用多根放射形接地體,或連續(xù)伸長(zhǎng)接地體或采用降阻劑降低接根放射形接地體,或連續(xù)伸長(zhǎng)接地體或采用降阻劑降低接地電阻。地電阻。3. 架設(shè)耦合地線(xiàn)架設(shè)耦合地線(xiàn)

16、可采用在導(dǎo)線(xiàn)下方架設(shè)地線(xiàn)的措施,其作用是增可采用在導(dǎo)線(xiàn)下方架設(shè)地線(xiàn)的措施,其作用是增加避雷線(xiàn)與導(dǎo)線(xiàn)間的耦合作用以降低絕緣子串上的電加避雷線(xiàn)與導(dǎo)線(xiàn)間的耦合作用以降低絕緣子串上的電壓。壓。4. 采用不平衡絕緣方式采用不平衡絕緣方式 使兩回線(xiàn)的絕緣子片數(shù)有差異,這樣雷擊時(shí)絕緣使兩回線(xiàn)的絕緣子片數(shù)有差異,這樣雷擊時(shí)絕緣子片數(shù)少的回路先閃絡(luò),閃絡(luò)后的導(dǎo)線(xiàn)相當(dāng)于地線(xiàn),子片數(shù)少的回路先閃絡(luò),閃絡(luò)后的導(dǎo)線(xiàn)相當(dāng)于地線(xiàn),增加了對(duì)另一回路導(dǎo)線(xiàn)的耦合作用,使其耐雷水平提增加了對(duì)另一回路導(dǎo)線(xiàn)的耦合作用,使其耐雷水平提高。高。5. 裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝設(shè)自動(dòng)重合閘由于線(xiàn)路絕緣線(xiàn)路具有自恢復(fù)性能,大多數(shù)雷擊造成由于線(xiàn)路絕緣線(xiàn)路

17、具有自恢復(fù)性能,大多數(shù)雷擊造成的沖擊閃絡(luò)在線(xiàn)路跳閘后能夠自行消除,因此安裝自的沖擊閃絡(luò)在線(xiàn)路跳閘后能夠自行消除,因此安裝自動(dòng)重合閘裝置對(duì)降低線(xiàn)路的雷擊事故率效果較好。動(dòng)重合閘裝置對(duì)降低線(xiàn)路的雷擊事故率效果較好。6. 加強(qiáng)絕緣加強(qiáng)絕緣7. 采用消弧線(xiàn)圈接地方式采用消弧線(xiàn)圈接地方式對(duì)于對(duì)于35KV及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)可考慮采用系統(tǒng)中及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)可考慮采用系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式3.2.2 變配電所的防雷保護(hù)措施變配電所的防雷保護(hù)措施3.2.2.1 裝設(shè)避雷針裝設(shè)避雷針為了防止雷直擊于變電所,一般采用避雷針或避雷線(xiàn)進(jìn)為了防止雷直擊于變電所,一般采用避

18、雷針或避雷線(xiàn)進(jìn)行保護(hù),并且避雷針(線(xiàn))與被保護(hù)物(包括各種電氣行保護(hù),并且避雷針(線(xiàn))與被保護(hù)物(包括各種電氣設(shè)備、高大建筑、儲(chǔ)油罐等)之間的距離應(yīng)滿(mǎn)足以下兩設(shè)備、高大建筑、儲(chǔ)油罐等)之間的距離應(yīng)滿(mǎn)足以下兩個(gè)個(gè)原則:原則: 應(yīng)使發(fā)電廠、變電所所有被保護(hù)設(shè)備置于避雷針應(yīng)使發(fā)電廠、變電所所有被保護(hù)設(shè)備置于避雷針(線(xiàn))的保護(hù)范圍因內(nèi),以免遭受直接雷擊。(線(xiàn))的保護(hù)范圍因內(nèi),以免遭受直接雷擊。 當(dāng)雷直擊避雷針(線(xiàn))時(shí),會(huì)在避雷針(線(xiàn))上產(chǎn)當(dāng)雷直擊避雷針(線(xiàn))時(shí),會(huì)在避雷針(線(xiàn))上產(chǎn)生很高的對(duì)地電壓,若被保護(hù)設(shè)備過(guò)分靠近避雷針生很高的對(duì)地電壓,若被保護(hù)設(shè)備過(guò)分靠近避雷針(線(xiàn)),就有可能從避雷針(線(xiàn))至被

19、保護(hù)設(shè)備間發(fā)(線(xiàn)),就有可能從避雷針(線(xiàn))至被保護(hù)設(shè)備間發(fā)生放電,仍有可能將高電壓加到被保護(hù)設(shè)備上,造成生放電,仍有可能將高電壓加到被保護(hù)設(shè)備上,造成事故。這種現(xiàn)象叫逆閃絡(luò)或反擊。事故。這種現(xiàn)象叫逆閃絡(luò)或反擊。對(duì)于對(duì)于35KV以下變電所,因起絕緣水平低,故要求架設(shè)獨(dú)以下變電所,因起絕緣水平低,故要求架設(shè)獨(dú)立避雷針,不允許將避雷針裝設(shè)在配電構(gòu)架上,以免出現(xiàn)立避雷針,不允許將避雷針裝設(shè)在配電構(gòu)架上,以免出現(xiàn)反擊事故。反擊事故。對(duì)于對(duì)于110KV及以上變電所,絕緣水平高,不易發(fā)生反擊及以上變電所,絕緣水平高,不易發(fā)生反擊事故,因此一般允許將避雷針裝設(shè)在配電構(gòu)架上,但在事故,因此一般允許將避雷針裝設(shè)在配電構(gòu)架上,但在土壤電阻率大于土壤電阻率大于1000mm的地區(qū),不宜裝設(shè)構(gòu)架避雷的地區(qū),不宜裝設(shè)構(gòu)架避雷針。針。3.2.2.2 裝設(shè)閥型避雷器裝設(shè)閥型避雷器(1)利用閥型避雷器來(lái)限制雷電侵入波

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