CN112310813A - 一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置 - Google Patents

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CN112310813A CN202011307408.5A CN202011307408A CN112310813A CN 112310813 A CN112310813 A CN 112310813A CN 202011307408 A CN202011307408 A CN 202011307408A CN 112310813 A CN112310813 A CN 112310813A
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裴海林
陈少华
彭金宁
汪俊波
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Abstract

本发明公开了一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，包括水平固定间隙件，水平固定间隙件水平设置在避雷器上；可移动间隙件水平设置在间隙调节机构的顶部；间隙调节机构能够带动可移动间隙件水平移动，水平固定间隙件与可移动间隙件之间形成放电间隙；控制单元的输出端与间隙调节机构的输入端连接，控制单元能够获取外界环境信息，并根据环境信息向间隙调节机构发送调节指令；本发明利用控制单元获取外界环境信息，并根据采集的环境信息向间隙调节机构发送实时调节指令，间隙调节机构根据调节指令带动可移动间隙件水平移动，确保间隙放电电压与当前环境实时匹配，避免了间隙击穿引起的保护间隙装置误动及变压器损坏。

Description

一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置
技术领域
本发明属于电力设备技术领域，特别涉及一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置。
背景技术
目前，为了限制变压器系统的零序阻抗，110kV、220kV电压等级电网普遍采用部分变压器中性点直接接地，部分变压器中性点不接地的接地方式；由于110kV、220kV千伏变压器通常采用分级绝缘，当中性点不接地时，为保护中性点绝缘，通常变压器中性点经保护间隙和避雷器并联接地；两者的配合原则是：避雷器承担雷电过电压和正常运行工况的操作过电压保护；因接地故障形成局部不接地系统时，在工频稳态和暂态过电压下间隙应动作，以保护变压器中性点绝缘及避雷器；当变压器系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时，在工频稳态和暂态过电压下间隙不应动作；间隙的标准雷电冲击放电电压应低于变压器中性点的雷电冲击保护水平；避雷器不能耐受超过其额定电压的工频过电压，间隙的工频放电电压上限需小于避雷器的额定电压；这种保护原则是以避雷器作为正常运行工况下雷电和操作过电压的主保护，而以间隙作为后备保护，一旦出现异常工况，间隙放电保护避雷器。间隙的绝缘介质是空气，击穿电压受到空气湿度、温度、大气压、海拔高度的影响，需要人工不断的调整间隙的距离。如配合不当，会在应由避雷器保护的过电压情况下，发生间隙击穿，避雷器被短路，未起到保护作用，造成保护装置误动或变压器损坏。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，以解决现有的间隙放电电压受环境因素影响，采用人工调节间隙距离时，易发生间隙击穿，造成保护装置误动或变压器损坏的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，包括水平固定间隙件、可移动间隙件、间隙调节机构及控制单元；水平固定间隙件水平设置在避雷器上；可移动间隙件水平设置在间隙调节机构的顶部；
间隙调节机构能够带动可移动间隙件水平移动，水平固定间隙件与可移动间隙件之间形成放电间隙；控制单元的输出端与间隙调节机构的输入端连接，控制单元能够获取外界环境信息，并根据环境信息向间隙调节机构发送调节指令。
进一步的，间隙调节机构包括绝缘固定杆、基座及基座驱动单元；绝缘固定杆设置在基座上；绝缘固定杆的上端与可移动间隙件连接，下端与基座固定连接；基座驱动单元的输入端与控制单元的输出端连接；基座驱动单元的输出端与基座连接，用于带动基座水平移动。
进一步的，基座驱动单元包括伺服电机、丝杠、导轨及配合螺母；伺服电机的输入端与控制单元的输出端连接，伺服电机的输出端与丝杠连接；配合螺母套设在丝杠上，基座固定设置在配合螺母上；导轨与丝杠平行设置，配合螺母活动套设在导轨上。
进一步的，导轨上设置有光栅直线测量传感器，光栅直线测量传感器沿导轨的轴线方向布设；光栅直线测量传感器的输出端与控制单元连接。
进一步的，控制单元包括环境数据采集模块及中心控制模块；环境数据采集模块的输出端与中心控制模块的输入端连接，中心控制模块的输出端与间隙调节机构的输入端连接。
进一步的，环境数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器；中心控制模块包括单片机及伺服控制电路；
温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器的输出端均与单片机的输入端连接，单片机的输出端与伺服控制电路的输入端连接，伺服控制电路的输出端与间隙调节机构的输入端连接。
进一步的，还包括屏蔽盒，控制单元设置在屏蔽盒中；屏蔽盒的侧面设置有大气连通窗。
进一步的，避雷器设置底座上，间隙调节机构设置在避雷器的一侧，间隙调节机构的下端与底座连接。
进一步的，水平固定间隙件采用球间隙或棒间隙，可移动间隙件为球间隙或棒间隙。
进一步的，可移动间隙件通过导线接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，将水平固定间隙件设置在避雷器上，将可移动间隙件设置在间隙调节机构上；利用控制单元获取外界环境信息，并根据采集的环境信息向间隙调节机构发送实时调节指令，间隙调节机构根据调节指令带动可移动间隙件水平移动，实现对放电间隙的调节，确保间隙的放电电压与当前环境实时匹配，避免了人工调节间隙距离时，造成间隙击穿引起的保护间隙装置误动及变压器损坏；有效克服了环境因素对间隙放电电压的影响。
进一步的，通过将可移动间隙件固定在绝缘固定杆的上端，通过基座驱动单元带动基座水平移动时，带动绝缘固定杆移动，进而实现可移动间隙件水平位移的改变，调节过程稳定性好，有效避免了保护间隙装置误动。
进一步的，基座驱动单元采用伺服电机、丝杠、导轨及配合螺母组合设置，利用配合螺母与丝杠的配合带动基座水平移动，对基座的位移调整精度高，确保了间隙放电电压的稳定。
进一步的，通过在导轨上设置光栅直线测量传感器，实现对基座和配合螺母相对导轨的直线位移量测量，将光栅直线测量传感器与控制单元连接，实现控制单元及基座驱动单元的闭环控制，有效提高了中性点放电间隙装置对间隙距离的精准调节。
进一步的，控制单元采用环境数据采集模块及中心控制模块组合，通过环境数据采集模块实现对周围外界环境信息的实时采集，利用中心控制模块对采集的周围外界信息比较，根据比较结果，对间隙调节机构输出动作指令，进而实现对可移动间隙件的位移调节，确保了中性点保护放电间隙距离与当前环境的实时匹配，避免了人工调节间隙。
进一步的，环境数据采集模块采用温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器组合，实现了对监测现场周围环境的温度、湿度、气压及辐照度的数据进行检测，并对数据处理后发送至单片机及伺服控制电路，通过单片机及伺服控制电路实现对间隙调节机构的指令发送，结构简单，操作方便，系统稳定性较高。
进一步的，通过将控制单元设置在屏蔽盒中，可屏蔽雷击等过电压过程中产生的外部电磁干扰，确保控制单元的可靠工作；通过在屏蔽盒的侧面设置大气连通窗，确保了屏蔽盒中控制单元能够获取较为准确的环境数据信息，提高了装置的位移调节精度。
综上，本发明所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，通过设置控制单元，控制单元中的环境数据采集模块能够实时监测和采集现场的温度、湿度、气压及辐照度等环境数据，并利用单片机对环境数据进行处理和计算，然后通过伺服控制电路发出指令驱动伺服电机动作，通过伺服电机带动丝杠转动，进而实现基座水平移动，基座水平移动时带动绝缘固定杆上的可移动间隙件水平移动，以调整放电间隙，使该放电间隙适合当前环境，从而能够克服气候或环境因素对间隙放电电压的影响。
附图说明
图1为本发明所述的变压器中性点保护放电间隙装置的整体结构示意图；
图2为本发明所述的变压器中性点保护放电间隙装置中A处的放大结构示意图；
图3为本发明所述的变压器中性点保护放电间隙装置中的控制单元结构框图。
其中，1水平固定间隙件，2可移动间隙件，3绝缘固定杆，4基座，5基座驱动单元，6屏蔽盒，7避雷器，8导线，9底座，10隔离开关，11隔离刀，12连接母排，13支架，14环境数据采集模块，15中心控制模块；51伺服电机，52丝杠，53导轨，54配合螺母；61大气连通窗。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1-3所示，本发明提供了一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，包括水平固定间隙件1、可移动间隙件2、间隙调节机构、控制单元及屏蔽盒6；水平固定间隙件1水平设置在避雷器7上，可移动间隙件2水平设置在间隙调节机构的顶部；间隙调节机构能够带动可移动间隙件2水平移动，水平固定间隙件1与可移动间隙件2之间形成放电间隙；控制单元的输出端与间隙调节机构的输入端连接，控制单元能够获取外界环境信息，并根据环境信息向间隙调节机构发送调节指令；控制单元设置在屏蔽盒6中，屏蔽盒6及避雷器7均设置在底座9上，底座9的下方设置有支架13，底座9水平固定在支架13的顶部；避雷器7设置在底座9的上表面，屏蔽盒6设置在避雷器7的一侧，且固定在底座9上。
间隙调节机构设置在屏蔽盒6的上方，间隙调节机构包括绝缘固定杆3、基座4及基座驱动单元5；基座驱动单元5设置在屏蔽盒6上，基座4水平滑动设置在基座驱动单元5上，基座驱动单元5的输入端与控制单元的输出端连接，基座驱动单元5能够带动基座4水平移动；绝缘固定杆3竖向固定在基座4的上方，绝缘固定杆3的上端与可移动间隙件2连接，下端与基座4固定连接；基座驱动单元5带动基座4水平移动时，基座4通过绝缘固定杆3带动可移动间隙件2靠近或远离水平固定间隙件1水平移动。
基座驱动单元5包括伺服电机51、丝杠52、导轨53、配合螺母54及光栅直线测量传感器，伺服电机51固定在屏蔽盒6的上端一侧，伺服电机51的输入端与控制单元的输出端连接，伺服电机51的输出端与丝杠52连接；丝杠52水平转动设置在屏蔽盒6上，丝杠52的轴线方向与基座4的水平移动方向一致，配合螺母54套设在丝杠52上，配合螺母54与丝杠52之间通过螺纹连接；基座4固定设置在配合螺母54上，丝杠52转动时，能够带动配合螺母54沿丝杠52的轴线移动，进而带动基座4水平移动；导轨53与丝杠52平行设置，配合螺母54活动套设在导轨53上，通过设置导轨53实现了对配合螺母54的导向定位功能；光栅直线测量传感器沿导轨53的轴线方向布设，光栅直线测量传感器的输出端与控制单元的输入端连接；通过设置光栅直线测量传感器，实现对配合螺母和基座相对导轨的直线位移量的测量，将光栅直线测量传感器与控制单元连接，实现控制单元及基座驱动单元的闭环控制，有效提高了中性点放电间隙装置对间隙距离的精准调节。
控制单元包括环境数据采集模块14及中心控制模块15，环境数据采集模块14及中心控制模块15均设置在屏蔽盒6中；环境数据采集模块14的输出端与中心控制模块15的输入端连接，中心控制模块15的输出端与伺服电机51的输入端连接；环境数据采集模块14用于采集周围外界环境数据，并将采集的周围外界环境数据发送至中心控制模块15，通过中心控制模块15对采集的周围外界环境数据进行对比分析，向伺服电机51发送动作指令，控制伺服电机51启闭工作。
环境数据采集模块14包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器，中心控制模块15包括单片机及伺服控制电路；温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器的输出端均与单片机的输入端连接，单片机的输出端与伺服控制电路的输入端连接，伺服控制电路的输出端与伺服电机51的输入端连接。
屏蔽盒6采用金属屏蔽盒，金属屏蔽盒的侧面设置有大气连通窗61；优选的，大气连通窗61采用百叶窗结构，通过在金属屏蔽盒的侧面设置百叶窗结构，确保了金属屏蔽盒中的环境数据采集模块14能够实时监测现场的温度、湿度、气压及辐照度等环境数据。
本发明中，水平固定间隙件1采用球间隙或棒间隙；可移动间隙件2采用球间隙或棒间隙，可移动间隙件2通过导线8接地。
本发明所述的中性点保护放电间隙装置能够与其他变压器中性点保护装置配合使用，以对变压器中性点进行包括；具体的，还包括隔离开关10、隔离刀11及连接母排12，隔离开关10设置在底座9上，且置于避雷器7的另一侧；隔离开关10与隔离刀11的绝缘支柱连接，隔离刀11的刀闸与隔离开关10的静触头连接，避雷器7的顶端通过连接母排12与隔离开关10连接。
工作原理
本发明所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，使用时，通过金属屏蔽盒上的百叶窗结构，使环境数据采集模块能够与大气连通；利用环境数据采集模块实时监测现场的温度、湿度、气压及辐照度等环境数据，并对数据进行处理后发送至单片机及伺服控制电路。
单片机及伺服控制电路对接收到的环境数据进行对比运算，得到适合当前环境的最佳放电间隙，并发出指令驱动伺服电机动作；伺服电机带动丝杠旋转，配合螺母转动，以使基座产生水平移动，进而是基座上的绝缘固定杆及其上端的可移动间隙件水平移动，实现调节放电间隙的距离，以使放电间隙适合当前环境。
实施例
本实施例提供了一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，包括水平固定间隙件1、可移动间隙件2、间隙调节机构、控制单元及屏蔽盒6；水平固定间隙件1水平设置在避雷器7的顶端，避雷器7设置在底座9的上表面，屏蔽盒6设置在避雷器7的一侧，且与底座9固定连接；底座9水平固定在支架13的顶端。
间隙调节机构设置在屏蔽盒6的顶部，间隙调节机构包括绝缘固定杆3、基座4及基座驱动单元5；基座驱动单元设置在屏蔽盒6的上方，基座4水平滑动设置在基座驱动单元5上，绝缘固定杆3竖向固定在基座4上，可移动间隙件2固定设置在绝缘固定杆3的顶端，可移动间隙件2的末端通过导线8接地，可移动间隙件2的前端与水平固定间隙件1之间形成放电间隙。
本实施例的一种实现方式：放电间隙采用棒间隙，即水平固定间隙件1为水平固定间隙棒，可移动间隙件2为可移动间隙棒；本实施例的另一种实现方式：水平固定间隙件1为水平固定间隙球，可移动间隙件为可移动间隙球，从而形成的放电间隙为球间隙。
基座驱动单元5能够带动基座4水平移动，以通过绝缘固定杆3带动可移动间隙件2水平移动；基座驱动单元5包括伺服电机51、丝杠52、导轨53、配合螺母54及光栅直线测量传感器，伺服电机51固定设置在屏蔽盒61的上端一侧，伺服电机51的输入端与控制单元的输出端连接，伺服电机51的输出端与丝杠52连接，丝杠52水平转动设置在屏蔽盒6上，丝杠52的轴线方向与基座4的水平移动方向一致，配合螺母54套设在丝杠52上，配合螺母54与丝杠52之间通过螺纹连接；基座4固定设置在配合螺母54上，丝杠52转动时，能够带动配合螺母54沿丝杠52的轴线移动，进而带动基座4水平移动；导轨53与丝杠52平行设置，配合螺母4活动套设在导轨53上；光栅直线测量传感器沿导轨53的轴线方向布设，光栅直线测量传感器的输出端与控制单元的输入端连接；通过设置光栅直线测量传感器，实现对配合螺母及基座相对导轨的直线位移量的测量，将光栅直线测量传感器与控制单元连接，实现控制单元及基座驱动单元的闭环控制。
控制单元设置在屏蔽盒6中，屏蔽盒6采用金属屏蔽盒，金属屏蔽盒的侧面设置大气连通窗61；优选的，大气连通窗61采用百叶窗结构；控制单元能够采集外界环境数据，并利用采集的外界环境数据控制伺服电机4运行。
控制单元包括环境数据采集模块14及中心控制模块15，环境数据采集模块14及中心控制模块15均设置在屏蔽盒6中；环境数据采集模块14的输出端与中心控制模块15的输入端连接，中心控制模块15的输出端与伺服电机51的输入端连接；环境数据采集模块14用于采集周围外界环境数据，并将采集的周围外界环境数据发送至中心控制模块15，通过中心控制模块15对采集的周围外界环境数据进行对比分析，向伺服电机51发送动作指令，控制伺服电机51启闭工作。
环境数据采集模块14包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器，中心控制模块15包括单片机及伺服控制电路；温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器的输出端均与单片机的输入端连接，单片机的输出端与伺服控制电路的输入端连接，伺服控制电路的输出端与伺服电机51的输入端连接；本实施例中控制单元包括用于采集外部环境数据的环境数据采集模块以及用于对外部环境数据进行计算并通过指令控制伺服电机的单片机及伺服控制电路；其中，单片机、伺服控制电路以及环境数据采集装置均为常规用于控制伺服电机的器件。
本实施例中的中性点保护放电间隙装置，能够与其他变压器中性点保护装置配合使用，以对变压器中性点进行保护；具体的，在底座上还设有隔离开关，隔离开关与隔离刀的绝缘支柱连接，隔离刀的刀闸与隔离开关的静触头连接，避雷器的顶端还通过连接母排与隔离开关14连接。
本实施例所述的中性点保护放电间隙装置，在使用时，金属屏蔽盒的百叶窗使环境数据采集模块可以与大气连通；环境数据采集模块能够实时监测现场的温度、湿度、气压及辐照度等环境数据，并对环境数据进行处理后送入单片机及伺服控制电路；单片机及伺服控制电路对接收到的环境数据进行运算，计算出适合当前环境的最佳放电间隙，并发出指令驱动伺服电机，伺服电机带动丝杠旋转，配合螺母移动，以使基座产生移动，进而使基座上的绝缘固定杆和绝缘固定杆上的可移动间隙件水平移动，从而调节放电间隙的距离，以使放电间隙适合当前环境。
本实施例中，通过在导轨上安装的光栅直线测量传感器，光栅直线测量传感器可以测量配合螺母和基座的直线位移量，直线位移量与伺服电机编码器速度信号、伺服电机电流信号一起反馈输入单片机及伺服控制电路，以实现伺服电机-丝杠螺母传动机构的闭环控制，从而准确调节中性点保护放电间隙的距离。
本实施例中，单片机中内置有不同气压、温度及湿度下放电间隙距离范围从100～500mm的击穿电压数据库；单片机可以根据间隙类型、变压器中性点绝缘水平、环境数据查找合适的击穿电压匹配的放电间隙距离；如果未找到误差范围内的值，则可通过插值计算得到拟合数值，计算出适合当前环境的最佳放电间隙距离，并保持放电间隙的击穿电压水平不受环境因素的影响，可以减小保护间隙击穿电压因环境因素变化出现的分散性，从而提高了中性点保护放电间隙的可靠性。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，包括水平固定间隙件(1)、可移动间隙件(2)、间隙调节机构及控制单元；水平固定间隙件(1)水平设置在避雷器(7)上；可移动间隙件(2)水平设置在间隙调节机构的顶部；
间隙调节机构能够带动可移动间隙件(2)水平移动，水平固定间隙件(1)与可移动间隙件(2)之间形成放电间隙；控制单元的输出端与间隙调节机构的输入端连接，控制单元能够获取外界环境信息，并根据环境信息向间隙调节机构发送调节指令。
2.根据权利要求1所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，间隙调节机构包括绝缘固定杆(3)、基座(4)及基座驱动单元(5)；绝缘固定杆(3)设置在基座(4)上；绝缘固定杆(3)的上端与可移动间隙件(2)连接，下端与基座(4)固定连接；基座驱动单元(5)的输入端与控制单元的输出端连接；基座驱动单元(5)的输出端与基座(4)连接，用于带动基座(4)水平移动。
3.根据权利要求2所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，基座驱动单元(5)包括伺服电机(51)、丝杠(52)、导轨(53)及配合螺母(54)；伺服电机(51)的输入端与控制单元的输出端连接，伺服电机(51)的输出端与丝杠(52)连接；配合螺母(54)套设在丝杠(52)上，基座(4)固定设置在配合螺母(54)上；导轨(53)与丝杠(52)平行设置，配合螺母(54)活动套设在导轨(53)上。
4.根据权利要求3所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，导轨(53)上设置有光栅直线测量传感器，光栅直线测量传感器沿导轨(53)的轴线方向布设；光栅直线测量传感器的输出端与控制单元连接。
5.根据权利要求1所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，控制单元包括环境数据采集模块(14)及中心控制模块(15)；环境数据采集模块(14)的输出端与中心控制模块(15)的输入端连接，中心控制模块(15)的输出端与间隙调节机构的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，环境数据采集模块(14)包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器；中心控制模块(15)包括单片机及伺服控制电路；
温度传感器、湿度传感器、气压传感器及辐照度传感器的输出端均与单片机的输入端连接，单片机的输出端与伺服控制电路的输入端连接，伺服控制电路的输出端与间隙调节机构的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，还包括屏蔽盒(6)，控制单元设置在屏蔽盒(6)中；屏蔽盒(6)的侧面设置有大气连通窗(61)。
8.根据权利要求1所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，避雷器(7)设置底座(9)上，间隙调节机构设置在避雷器(7)的一侧，间隙调节机构的下端与底座(9)连接。
9.根据权利要求1所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，水平固定间隙件(1)采用球间隙或棒间隙，可移动间隙件(2)采用球间隙或棒间隙。
10.根据权利要求1所述的一种环境自适应型变压器中性点保护放电间隙装置，其特征在于，可移动间隙件(2)通过导线(8)接地。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113991629A (zh) * 2021-11-05 2022-01-28 汇网电气有限公司 一种消除小间隙放电的方法
CN114498304A (zh) * 2021-11-30 2022-05-13 河北择东电气有限公司 变压器中性点机构型可控间隙智能保护设备及保护方法
CN114709787A (zh) * 2022-06-06 2022-07-05 安徽凯川电力保护设备有限公司 一种具有自动跳闸功能的避雷保护器

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