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文档简介

电气设备绝缘试验绝缘诊断与绝缘试验主要内容1

绝缘测试和诊断的基本概念2

绝缘电阻和泄漏电流的测量3

介质损耗角正切的测量4

局部放电的测量5耐压试验与预防性试验方法的特点总结

6

绝缘的在线监测1、

绝缘测试和诊断的基本概念绝缘的测试和诊断技术概念:电力设备绝

缘在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因素的作用,其性能将逐渐劣化,

以致出现

缺陷,造成故障,引起供电中断。通过对绝缘

的试验和各种特性的测量,了解并评估绝缘在

运行过程中的状态,从而能早期发现故障的技

术称为绝缘的监测和诊断技术绝缘的测试和诊断技术分类:1)按照对设备造成的影响程度分类(两类)非破坏性试验,亦称绝缘特性试验:在较低电压下或用其它不会损伤绝缘的方法测量绝缘的不同特性,采用

综合分析的方法来判断绝缘内部的缺陷包含的种类:绝缘电阻和泄漏电流的试验、介质损耗

角正切试验、局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等破坏性试验,即耐压试验:以高于设备的正常运行电压来考核设备的电压耐受能力和绝缘水平。耐压试验对绝

缘的考验严格,能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度;

缺点是可能在试验时给绝缘造成一定的损伤,同时不能反

映绝缘缺陷的性质包含的种类:交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击耐压试验及操作冲击耐压试验2

)

(

)离线:在离线的测试和诊断时,要求被试设备退出运行

状态,通常是周期性间断地施行,试验周期由电力设备预

防性试验规

(DL/T

596)

定特点:可采用破坏性试验和非破坏性试验两种方式,

两种方式是相辅相成的。耐压试验往往是在非破坏性试验

之后才进行。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接,尤

其对于周期性的离线试验更不易判断准确在线:在线监测则是在被试设备处于带电工作运行的

条件下,对设备的绝缘状况进行连续或定时的监测,通常

是自动进行的特点:只能采用非破坏性试验方式。由于可连续监

测,除测定绝缘特性的数值外,还可分析特性随时间的变

化趋势,从而显著提高了其判断的准确性绝缘预防性试验概念:为了对绝缘状态

作出判断,需对绝缘进行各种试验和检测,通称为绝缘预防性试验。绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节:传感器与测量方法:正确选用各种传感器及测量

手段,检测或监测被试对象的种种特性,采集各

种特性参数;数据处理:对原始的杂乱信息加以分析处理(数据处理),去除干扰,提取反映被试对象运行状态最

敏感、有效的特征参数;绝缘诊断:根据提取的特征参数和对绝缘老化过

程的知识以及运行经验,参照有关规程对绝缘运

行状态进行识别、判断,即完成诊断过程。并对

绝缘的发展趋势进行预测,从而对故障提供预警,

并能为下一步的维修决策提供技术根据。绝缘诊断规则:规则分类:逻辑诊断,模糊诊断,统计诊断逻辑诊断:逻辑诊断中将特征只归结为“有”和“无”两种(或特征参数大于某给定的阈值则为

“有”该特征,否则为“无”),诊断对象的状态

同样只归结为“有”和“无”,或“好”和“坏”

两种,即特征和状态均采用二值逻辑量来描述。逻辑诊断简单明了,应用较广,但把问题过于简

化,诊断准确度较低模糊诊断:考虑到被试对象的特征及状态评

价的主观不确定性,即模糊性,许多情况不能简单地用“有”、“无”和“好”、“坏”来评定。模糊诊断中被试对象的特征和状态不用二值逻辑量描述

而用

来雨警:如英极重按特、征或

态般参数、的轻取值微量、确定

一,状一如采用连续变化的特征函数,判断可更加准确统计诊断:考虑到被试对象特征参数分布的不

确定性,即统计性。对于处于同样状态的同类设

备,其特征参数并不相同,而按一定的统计规律

分布。利用这些规律进行绝缘诊断(a)绝缘完好和损坏时

(b)两者重叠图概率密度曲线不重叠某特征参数的概率密度2

绝缘电阻和泄漏电流的测量1)测量绝缘电阻与吸收比的工作原理2)测量绝缘电阻与吸收比的方法3)泄漏电流的测量4)测量绝缘电阻和泄漏电流的功效5)测量绝缘电阻和泄漏电流的注意事项双层介质模型的电流

时间特性i(t)=[U/(R₁+R₂)]+{U(R₁C₁

-R₁C₂)²/[(C₁+C₂)²(R₁+R₂)R₁

R₂]}exp(-t/T)T=R₁

R₂

(C₁+C₂)/(R₁+R₂)1)

测量绝缘电阻与吸收比的工作原理双层介质等值电路图想泄漏电,流,及绝缘电阻的变化"曲线七i(t)=Kexp(-t/r)T=R₁

R₂

(C₁+C₂)/(R₁+R₂)在工程应用上的表达方便,把介质处在吸收过

的U/i

也称呼为绝缘电阻R七绝

泄的漏变电化流曲及线双层介质等值电路图定

比K:

为加压60秒时的绝缘电阻R60”

与15秒

时电阻R

15°之比值K=R₆o”/R₁5”定

数P:

为加压10分钟时的绝缘电阻R₁o,

与1分

钟时电阻R₁,

之比值P=R₁o·/R₁,我国电力行业标准DL/T596—1996

即电力设备预防性试验

规程等规定:电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘

者:

K值应不小于1.3,

P值应不小于1.5大发电机当采用环氧粉云母者:

K值应不小于1.6,

P应不

小于2.0。发电机容量在200MW及以上者推荐测量绝缘状态的判定若绝缘内部有集中性导电通道,或绝缘严重受潮,则电阻R1、R2会显著

降低,泄漏电流大大增加,时间常数T

大为减小,吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮,只要R1与R2中的一个数值降低,

r

值也会大为减小

吸收电流仍会迅速衰减,仍可造成吸收比K

(及极化指数P,下同

)

下降。当K=1

或接近于1,则设备基本丧失绝缘能力。不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线2)

测量绝缘电阻与吸收比的方法测量仪表:

一般用兆欧表进行兆欧表的原理结构图屏蔽端子G:

主要用于屏蔽表

面泄漏电流级的不同,选用不同电压的兆欧表。例:额定电压1kV及以下煮使用1000V兆欧表;1kV以上者使用2500V兆欧表E表G导

体积

电面

电L用兆欧表测电缆绝缘电阻的接线图1

铅铠外皮2

绝缘3

导芯

4-屏蔽环例:用兆欧表测量电缆绝缘电阻测量电力变压器主绝缘泄漏电流的接线T1

;T2-

高压试验变压器;D一

高压硅堆R

保护电阻;C

滤波电容;T

被试变压器3)泄漏电流的测量微安表直读法(高电位和低电位两种接法)4)测量绝缘电阻和泄漏电流的功效测量

1、

两极间穿透性的导电通道2、

绝缘受潮3、

表面污垢测量绝缘电阻和泄漏电流不易发现的缺陷:1、

绝缘的局部缺陷(局部损伤或裂缝、含有气泡、绝缘分层、脱开等)2、

绝缘的老化(此时的绝缘电阻还相当高)5)测量绝缘电阻和泄漏电流的注意事项A、

测量结果不应作为最后定论,应与下列数据比较:(1)、历史资料(2)、同类设备数据(3)、同

设备不同部位(不同相)的数据不

数三

当K>2时,有缺陷存在(4)、其它实验结果B、

要考虑测量时温度的影响,只有同一温度下的结果才能比较

C、

测量电压要稳定,直流脉动不应大于3%D

、测量仪表的保护与屏蔽E、

测量前应充分放电,避免残余电荷造成误差F、

被试品的接地问题的

最的

最中中项相3

介质损耗角正切的测量1)西林电桥的基本原理2)反接法的西林电桥3)存在外界电磁场干扰时的测量4

)

效5)测量介损的注意事项测量介损的方法测试无线电材料:常采用高频施压法,所加的电压不高在电工界:测量tgδ

的仪器和方法有多种,西林电桥测法和电流比较式电桥测法在线监测:采用微计算机对tgδ

的测量1)西林电桥的基本原理高压臂:

一个是代表试品的

Z1;

另一个是无损耗的标准电

容C0,

它以阻抗Z2作为代表

。低压臂:

一个处在桥箱体内,

一个是可调无感电阻R3;

一个是无感电阻R4

和可调电

容C4

的并联回路。前者以Z3

来代表,后者以Z4来代表保护:放电管P电桥平衡:检流计G检

零屏蔽:消除杂散电容的影响西林电桥的基本回路电桥的平衡条件:Z₁/Z₃=Z₂/Z₄串联等值回路tgō=wR₄C₄Cx=R₄Co/R₃并联等值回路tgǒ=wR₄C₄Cx

R₂Cx:

因为tg²ō极

故两种等值电路的

Cx相

等)/tgC解之得:G.G-o²CC₁

=0

(1)G₄Ca+GCa=GsCo

(2)由(

o得

./oC=0C/G₄

=oR₄C取Ra=10/nΩ

o=100

刀则tgC=105C₄

(F)=C(μF)将

Gx=oCgσ;C₄

=Gtgo/代入(2)得:Cx=R₄Co/[R₂

(1+tg²σ)]tg1

)T

工0Utgō=IRx/LcxIeGxCX屏

:在替坚资会喜重影的多婚,可

容由于低压臂的电位很低,CxO

O

5容0

1

0小pF,。

量电误睿

s的引入,会若附近另有高压源,

其间西林电桥的基本回路CU在实验室内:通常测试材料及小设备,被试品是对地绝缘的现场试验中:有许多一端

接地的试品,如敷设在地

下的电缆及摆在地面的重

大电气设备,要改成对地

绝缘是不可能的,只能改

变电桥回路的接地点。这

样就产生了一种反接法的西林电桥2)反接法的西林电桥反接法西林电桥的接线现场的试品:难以实现屏蔽,故干扰较严重两次测量法:消除或减小外

界电场影响的测试方法,是

采用两次测量。第一次先调

电桥到平衡,测得tgδ₁

和Cx′,

然后倒换试验变压器原边电源线的两头,即把试验电压U的相位转一个180°,C

,

十Cx”】Cx=(Cx,+Cx)/23)存在外界电磁场干扰时的测量然后再测得第二次的数值tgō₂

和Cx”,可用下式计算得准确的tgδ和Cx值。tgō=(Cx,tgō₁

+C,tgō₂

)西林电桥的基本回路CJ

磁场干扰时介损的测量检流计正反接抗磁场干扰的原理:先设想当无磁干扰时,调电桥到平衡,两个测量臂的数值分别为R₃

和G₄

。如存在磁干扰时,调

(Ra+△Ra)和子现电势,于使护指全原若范心产着有值高

,分由别于为其(R

R

)变和,(G

△如G

)调

测量

的当检流计正接时测得:

tgδ₁=w(C₄+△C₄)R₄当检流计反接时测得:

t

₄)R₄Cx₂=C₀

R₄/(R₃—

△R₃)因无磁场干扰时:

tgδ=wC₄

R₄Cx=C₀

R₄/R₃,故

:tgō=(tgδ,+tgǒ₂)/2Cx=2CxiCx₂/(Cx₁+Gx₂)G₃)△△Rw(R₄/δx₁gC₄—此

时₃不值一则:

当C₂/C

越小,

C₂中缺陷

(tgõ

增大)在测整体的

时越难发现解决办法是将整体绝缘分解后分部测量(如分别

对变压器线国和套管的

tgö

进行测量)4

)

量测量介损創

(1)绝缘受洱(2)

穿透性导

(3)绝缘内含

(

4

)

(5)

绝缘油肌测量介损不(1)非穿透性局部损坏(测介损时没

(2)很小部分绝缘的老化劣化(3)个别的绝缘弱点例1:当试品绝缘有两种不同绝缘并联组成局部放电)5)测量介损时的注意事项(1)尽可能地分部测试(2)与温度的关系:不同温度下的测量结果不能换算为进行比较,要求在相同温度条件下测试。(3)与电压的关系:试验电压过低,不易发现缺陷,

因接近工作电压(4)表面泄漏要排除:加屏蔽环(5)抗干扰措施:屏蔽和接地要好(6)测量绕组绝缘时,应将绕组首尾短接,避免电感和励磁铁损造成误差4

局部放电的测量1)局部放电概念和特点2)测量局部放电的几种方法3)局部放电的脉冲电流测量法4)脉冲电流法测PD的基本回路和检测阻抗5

)

施PD测量的其它技术问题1)局部放电的概念和特点:局部放电的概念:Partial

Discharge简称为PD,指在一定外施电压作用下,

电气设备内部绝缘里面存在的弱点处发生的局部重复击穿

和熄灭现象局部放电的危害:这种局部放电发生在一个或几个绝缘内部的缺陷中(如气

隙或气泡),因为在这个很小的空间内电场强度很大。虽

然其放电能量很小,在短时间内对电气设备的绝缘强度并不造成影响,但电气设备在工作电压下长期运行时,局部

放电会逐步扩大,并产生不良化合物,使绝缘慢慢地损坏,

日积月累,最后可导致整个绝缘被击穿,发生电气设备的突发性故障局部放电的特点:当介质内部发生局部放电时,伴随着发生许

多现象。有些属于电的:如电脉冲的产生,

介质损耗的增大和电磁波放射;有些属于非电的:如光、热、噪音、气体压力的变化和

化学变化。局部放电的检测:这些现象都可以用来判断局部放电是否存

在,因此检测的方法也可以分为电的和非电

的两类A-

局部

源B-电磁波的传播C-

高压端的电压下落D-

高压端对地杂散电容的电场传播

E-

流经接地线电流信号

和磁场传播2)测量局部放电的几种方法电磁测量方法:PD

非电量法的检测绝缘油的气相色谱分析法:这项试验是通过检

查电气设备油样内所含的气体组成的含量来判断设备内部的隐藏缺陷超声波探测法:在电气设备外壁放上由压电元

件和前置放大器组成的超声波探测器,用以探

测局部放电所造成的超声波,从而了解有无局

部放电的发生,粗测其强度和发生的部位3)局部放电的脉冲电流测量法局部放电的三电容模型以三个电容来表征介质内部存在缺陷时的局部放电的机理Cg:

气泡的电容;Cb:

和Cg相串联部分的介质电容;Cm:

其余大部分绝缘的电容CbCmCg

Cml

Cb(a)

(b)介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面

(b)等值电路气泡很小,

Cg

比Cb

,Cm

比Cg

很多电极间加上交流电压u,

则Cg

上的电压为ug

,例

如:Ug

=UCb/(Cg+Cb)

₀mb

101p

pF则:Ug=ikV;U=100kVCCC(a)

(b)介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面

(b)等值电路CmCbCmCgCbugCπubCbu局部放电机理Ug=UCb/(Cg+Cb)ug随外加电压u升高,当u上升到Us瞬时值时

,ug

达Cg

放电电压Ug,Cg

气隙放电。于是Cg上的电压一下子从Ug下

降到Ur,然后放电熄灭。Ur

叫做残余电压,它可以接近为

零值,也可以为小于Ug

(均绝对值)的其它值局部放电时气隙中的电压和电流的变化Ug

=UCb/(Cg+Cb)放电火花一熄灭,Gg

上的电压将再次上升,由于此时Cg及Cb已经有了一个初始的直流电压,所以此后的ug

值不能直接用上式来表达,ug

值与上式表达的值在绝对值上要小

个(Ug—Ur)值。外加电压仍在上升,Gg

上的电压也顺势而上升,当它再次升到Ug时

,Cg再次放电,电压再次降到Ur,放电再次熄灭局部放电时气隙中的电压和电流的变化Gg上的电压从Ug突变为Ur

(均绝对值)的

瞬间,

就是局部放电脉冲的形成的时刻,此时通过Cg有

一脉冲电流,局部放电时气泡中的电压和电流的

变化如图所示局部放电时气隙中的电压和电流的变化真实放电量:

△qr=(Ug—Ur)[Cg+CmCb/(Cm+Cb)]≈U₂C₈(1kV*1pF=1000pC)

实际无法测量整体电压降落:

△U=Cb(Ug-Ur)/(Cm+Cb)(0.01pF*1kV/100pF=0.1V)

可测视在放电量:

△q=△U{Cm+[CbCg/(Cb+Cg)]}=△UCm≈

U₂C₀(1kV*0.01pF=10pC)

可测视在放电量是局部放电试验中的重要参量,国际和国家标准中,

对于各类高压设备的△q

的允许值均有所规定Ll(a)

(b)介质内部气隙放电的三电容模型(a)

具有气泡的介质剖面

(b)等值电路CmCbCmCgCbW=△qr(Ug-Ur)/2=

△q(Cg+Cb)(Ug

-Ur)/(2

Cb)当外施电压由零上升到Us时

,Cg上的电压为Ug,

Ug=UsCb/(Gg+Cb)可得W=△q-Us(Ug

-Ur)/(2Ug

)如Ur≈0,

则W≈△q·Us/2放电能量表征局部放电的基本参数,除了视在放电量△q

外,还有

次脉冲放电能量W放电重复率放电重复率N:

是表征PD

的另一个基本参数。因为在加压

半周期内能发生好几个脉冲。所以定义一秒钟内产生的脉

冲数叫做放电重复率N,N

也是一个重要参量。可以通过实验求得如果每半周内的放电次数为n,

则N=2fn=100n局部放电时气隙中的电压和电

流的变

化局部放电的其它表示方法为了表征局部放电在一定期间内的平均综合效应,

出了各种累积参数,如平均放电电流,放电功率等。有时还测量局部放电的起始放电电压和熄灭电压。以及放电电

流的时域表示法。局部放电的统计表示法(在线检测常用):n-q-

中三维统计谱图;

以及n-

中和q-

中两维谱图

等影

主要有

电压的幅值电压的波形和频率、电压的作用时间、环境的温度及湿度

和气压等(A>t's)e6eiloA

uondəɔuile(A>s'g)ebeiloA

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—positive

pulseφ9Q(V)1.00.8

0.60.40.20.02015b

105

010000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.06080

100120

14016018020022024026028030032034036010010q(V)20n2040C404)脉冲电流法测PD

的基本回路和检测阻抗三种基本测量回路试品通过Ck后与检测阻抗并联的回路试品与检测阻抗相串联的回路电桥平衡回路1、

周期性干扰:(1)连续的周期性干扰信号:如广播,电力系统中的载波

通讯,手机通讯,高频保护信号,谐波,工频干扰等等,其波形一般是正弦形。(2)脉冲型周期性干扰信号:例如可控硅整流设备在可控

硅开闭时产生的脉冲干扰信号。其特点是该脉冲干扰周期性地出现在工频的某相位上。2、脉冲型随机干扰:高压输电线的电晕放电,相邻电气设备的内部放电,以及雷电,开关继电器的断、合,电焊操作等无规律的随机性干扰。旋转电机电刷和滑环间

的电弧等。5

)

施PD测量的抗干扰问题抗干扰措施背景噪音决定最小可见视在放电量,亦即决定

测量系统的灵敏度,严重噪音将使局部放电测量无法进行。目前常采用的抗干扰措施包括:软硬件滤波;

平衡电路;差动电路;相位锁定或可移开窗;

统计法等。图

中U1为最高额定线电压UmU2为1.3Um3

或1

.

5Um

人3要求在1.3Um3

的U2值下,△q≤300pC或要求在1.5Um/√3

的U2值下,△q≤

500pC预加电压测量PD试验:

国标规定对220kV及以上的电力变

压器必须做5

耐压试验与预防性试验方法的特点总结1)交流耐压2)直流耐压3)雷电冲击耐压4)操作冲击耐压5)各种预防性试验方法的特点总结1)交流耐压交

:是交流设备的基本耐压方式。适用于

≤220kV

下的电力设备。

以变压器为例如图所示交流耐压试验实施办法:

电力设备预防性

试验规程

(DL/T

596)

已对各类设备的耐压

值作出了规定。以电力变压器为例,

当大修而

全部更换绕组后,按出厂试验电压值进行试验。

在其它情况下,它们的耐压值取出厂试验电压

的85%。规程给出了电力变压器的交流工频耐

压值如表所示电力变压器交流试验电压值括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统2)直流耐压直流耐压:是直流电力设备的基本耐压方式。对于交流电网中的长电力电缆等,在现场进行交流耐压试验常出现困难,因为长电缆的电容量较大。为了减小试验电源的试验容量,规程规定采用直流耐压来检查电缆绝缘的质量。直流耐压基本上不会对绝缘造成残留性损伤直流耐压特点:与交流耐压不同,直流耐压无局部放电损伤:对于电缆等油纸绝缘,在交、直流电压作用下,在油和纸上的电压分布不

交流时电压按介电常数

E分布:电压较多作用在油层上

直流时电压按电阻系数

p

分布:

电压较多作用在纸上纸的耐压强度较高,所以电缆能耐受较高的直流电压为了加强绝缘的考验,电缆的直流耐压值规定得较高。尽管如此,对于使用在交流电网中的电缆,进行直流耐压对绝缘的考验不如交流耐压接近实际。对电力电缆的直流耐压持续时间为5分钟,可同时进行泄

漏电流的测量,加压极性为负对电力变压器绝缘的泄漏电流测试时所施加的直流电压不

很高,可以认为是非破坏性试验对电机绝缘进行直流耐压,也是发现绝缘缺陷的重要方法3)雷电冲击耐压雷电冲击耐压用作为考验电力设备承受雷电过电压的能力。对电力变压器类试品不仅考验了

主绝缘,而且是考验纵绝缘的主要方法。只在

制造厂进行本项试验,因为本项试验会造成绝

缘的

积累效应,所以在规定的试验电压下只施

加3次冲击。对小变压器是作为型式试验进行的。国家标准规定额定电压≥220kV

,容

量≥120MVA

的变压器出厂时应进行本项试验。电力系统中的绝缘预防性试验,不进行本项试验对主绝缘的耐受雷电过电压的能力,

由交流耐

压试验等值地承担4)操作冲击耐压≥330kV

电力设备的出厂试验应进行本项试验。对变压器进行出厂试验时,大多采用在高压绕

组上直接加压法。在电力系统现场进行各个电

压等级变压器的耐压试验时,可采用操作冲击感应耐压方式来取代工频耐压试验。由于利用被试变压器自身的电磁感应作用来升高电压,所以冲击电源装置电压较低,整个装备比较简

单。因为工频耐压试验本来是等值地代表雷电和操作过电压的,所以从这个意义上来说,进行操作冲击耐压试验是合理的。而且试验本身

不会在绝缘中产生残留性损伤IEC76-3

和国家标准规定的操作冲击波形IEC

1980

年76—3刊物对电力变压器内绝缘操作

波试验的波形,作出了下述规定,第一个半波极

性为负,视在波前时间Tf

不小于20μs,通常小于

250μs;

视在波长时间Tz不小于500μs,90%

值持续时间Td

不小于200μs国家标准GB7449—87

文件对波形的规定,基本上根据上述

IEC文件,但明确了Tf应为20μs~250μs,

反极性的峰值U₂m≤0.5Um。

电力工业部的行业标准DL/T

596—19

96

规定的波形,基本上符合IEC标准,唯Tf

规定为不小于20μs,未作上限值的规定。因为感应法产生的操作波,其Tf

会超过250μs。

若强行规定Tf不大于250μs,

波形上所迭加的高频振荡的幅值有可能会较高IEC76-3和国家标准规定的操作冲击波形表中序号6和7两项为破坏性试验,其它各项均属于非破坏性试验5)各种预防性试验方法的特点总结各种预防性试验方法的特点1)tgδ

的在线监测2)局部放电

(PD)

的在线监测6

绝缘的在线监测绝缘预防性试验是在电力设备处于离线情况下进行的。离线监测的缺点是:①

需停电进行,而不少重要的电力设备不能轻易地停止运

行;②只能周期性进行而不能连续地随时监视,绝缘有可能

在诊断期间发生故障;③停电后的设备状态,如作用电场及温升等和运行中不压是很低的相符合,影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘tgδ

检测,采用电桥法时,

由于标准电容器的额定电压的限制,

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