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電器

(用電器具)

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電器(electrical appliance)泛指所有用電的器具,從專業角度上來講,主要指用於對電路進行接通、分斷,對電路參數進行變換,以實現對電路或用電設備的控制、調節、切換、檢測和保護等作用的電工裝置、設備和元件;從普通民眾的角度來講,主要是指家庭常用的一些為生活提供便利的用電設備,如電視機、空調、冰箱洗衣機、各種小家電等等。
中文名
電器
外文名
electrical appliance

電器主要分類

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功能分類
1、用於接通和分斷電路的電器,如接觸器刀開關負荷開關、隔離開關、斷路器等;
2、用於控制電路的電器,如電磁起動器自耦減壓起動器變阻器控制繼電器等;
3、用於切換電路的電器,如轉換開關主令電器等;
4、用於檢測電路係數的電器,如互感器、傳感器等;
5、用於保護電路的電器,如熔斷器、斷路器、避雷器等。
電路作用分類
1、控制類電器:包括接觸器、開關電器、控制繼電器、主令電器等。其在電路中主要起控制、轉換作用;
2、保護類電器:包括熔斷器、熱繼電器過電流繼電器、欠壓繼電器過電壓繼電器等,其在電路中起保護作用。
動作原理分類
1、電器,如手動開關、控制按鈕、行程開關等主令電器;
2、電磁力或某個物理量的變化自動進行操作的電器,如接觸器、各種類型的繼電器電磁閥等。
用途分類
1、控制電器:用於各種控制電路和控制系統的電器,例如接觸器、繼電器、電動機起動器等;
2、主令電器:用於自動控制系統中發送動作指令的電器,例如按鈕、行程開關萬能轉換開關等;
3、保護電器:用於保護電路及用電設備的電器,如熔斷器、熱繼電器、各種保護繼電器、避雷器等;
4、執行電器:指用於完成某種動作或傳動功能的電器,如電磁鐵、電磁離合器等;
5、配電電器:用於電能的輸送和分配的電器,例如高壓斷路器、隔離開關、刀開關自動空氣開關等。
工作原理分類
1、電磁式電器:依據電磁感應原理來工作,如接觸器、各種類型的電磁式繼電器等;
2、非電量控制電器:依靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器,如刀開關行程開關、按鈕、速度繼電器温度繼電器等。
低壓電器功能分類
1、開關電器:接通和分斷電路並有一定通斷能力的電器,如轉換開關起動器等;
2、熔斷器:分斷過載或短路狀態下電路的電器,如高分斷能力熔斷器自復熔斷器等;
3、繼電器:用於控制和保護的電器;
4、電阻器變阻器:改變電路參數或將能轉換為熱能的電器,如起動電阻、調節電阻和起動變阻器、勵磁變阻器等;
5、調節器:使電路中某些量保持不變或使其按預定方式變化的電器;
6、電磁鐵
高壓電器功能分類
1、開關電器:主要有高壓斷路器高壓隔離開關高壓熔斷器高壓負荷開關接地短路器。高壓斷路器用於接通或分斷空載、正常負載或短路故障狀態下的電路。高壓隔離開關用於將帶電的高壓電工設備與電源隔離,一般只具有分合空載電路的能力。高壓熔斷器用於分斷過載或短路狀態下的電路。高壓負荷開關用於接通或分斷空載、正常負載和過載狀態下的電路,通常與高壓熔斷器配合使用。接地短路器用於將高壓線路人為地造成對地短路。
2、限制電器。主要包括電抗器避雷器
3、變換電器,又稱互感器 [1] 

電器使用須知

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電器的“待機能耗”是指產品在關機或不使用其原始功能時的能源消耗。大多數家電產品在關機狀態下也在消耗能量。
具有待機能耗的電器有:空調、加濕器、電話、錄音機、抽油煙機、音響系統、微波爐、洗衣機手機充電器、電腦、便攜式電暖氣、電扇、電源適配器、打印機、電飯煲、消毒櫥櫃、電視機、錄像機、傳真機等。因此,為了節能應該養成拔掉插頭的習慣。 [1] 

電器電器元件

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電流表 PA
電壓表 PV
無功電度表 PJR
無功電流表 PAR
聲信號 HA
光信號 HS
指示燈 HL
紅色燈 HR
綠色燈 HG
黃色燈 HY
藍色燈 HB
白色燈 HW
連接片 XB
插頭 XP
插座 XS
端子板 XT
電線,電纜,母線 W
直流母線 WB
插接式(饋電)母線 WIB
電力分支線 WP
照明分支線 WL
照明分支線 WL
電力幹線 WPM
照明幹線 WLM
應急照明幹線 WEM
合閘小母線 WCL
控制小母線 WC
信號小母線 WS
閃光小母線 WF
事故音響小母線 WFS
預告音響小母線 WPS
電壓小母線 WV
事故照明小母線 WELM
熔斷器 FU
限壓保護器件 FV
電容器 C
正轉按鈕 SBF
反轉按鈕 SBR
停止按鈕 SBS
緊急按鈕 SBE
試驗按鈕 SBT
復位按鈕 SR
限位開關 SQ
手動控制開關 SH
時間控制開關 SK
液位控制開關 SL
濕度控制開關 SM
壓力控制開關 SP
速度控制開關 SS
温度控制開關,輔助開關 ST
電壓表切換開關 SV
電流表切換開關 SA
控制電路有電源的整流器 VC
變頻器 UF
異步電動機 MA
鼠籠型電動機 MC
電磁閥 YV
跳閘線圈 YT
氣動執行器 YPA,YA
電動執行器 YE
發熱器件(電加熱) FH
照明燈(發光器件) EL
空氣調節器 EV
電加熱器加熱元件 EE
感應線圈,電抗器 L
電阻器,變阻器 R
放電電阻 RD
啓動變阻器 RS
限流電阻器 RC
光電池,熱電傳感器 B
壓力變換器 BP
温度變換器 BT
速度變換器 BV
時間測量傳感器 BT1,BK
液位測量傳感器 BL
温度測量傳感器 BH,BM




電器電流檢測

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電器中的金屬零件或帶電零件之間是相互絕緣的,在排除“施加電壓”和“沒有障礙”的情況下,絕緣零件表面通過介質形成的電流即為泄漏電流。是否存在泄漏電流是考量一個電器絕緣性能強弱的重要指標之一。從安全角度出發,人們對電器尤其是家用電器的性能提出了更高的要求,絕對不能接受電器存在電流泄漏的情況發生,以至於對使用者的人身安全造成威脅。
1、工作狀態中
1)檢測條件
需要工作中的電器進入穩定狀態 :連續工作的電器,需要保持連續運行,才能進入穩定狀態 ;斷續工作的電器,需要按照固定週期運行,才可進入穩定狀態 ;短時間工作電器,以額定時間為單位進行,才會進入穩定狀態。需要按照檢測要求提升工作電壓 :在電器正常運行的情況下,將工作電流調整到電器達到最大輸入功率時所對應電流的1.15 倍,比較典型的家用電器代表有電燙鬥和電飯鍋等。特殊情況特殊處理 :部分電動電器是屬於綜合型的產品,在測量時,必須保證被檢測電器時處於正常工作狀態中的,檢測電壓是正常工作電壓的 1.06 倍。
2)測試部位
將電源兩極中的任何一個緊貼在絕緣材料表面或者鄰近的容易接觸到的金屬部之間,並要求金屬箔的面積控制在20cm*10cm 之內。一般的 II 類電器,可將電源的一極放在絕緣零件和分割帶電金屬部件的零件之間。
2、冷態中
(1)檢測條件
冷態,即為濕熱試驗後的非工作狀態。斷開電器的電源,將電器放置在一定恆温的房間內或者濕熱箱內,開展檢測試驗。
(2)測試部位
用基本絕緣體隔開的帶電部件殼體之間、由加強絕緣體隔開的帶電 殼體之間以及帶電部件之間。所謂非工作狀態,就是指電器與電源正處於斷開的狀態。此時,對被檢測電器進行測試電壓的施加。直流電器在額定電壓小於等於 250V 時,施加測試電壓應取額定電壓的 1.06 倍,在測試5s 內如果有電流出現即存在電流泄漏問題,電器部件存在故障。
3、標準限值及判斷
(1)在 GB4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分 :通用要求》中明確規定,處於合理工作温度環境中的電器,其能保證足夠長的工作時間,一旦出現故障或者不利因素,電器工作時間會根據遇到問題的大小產生長短變化,正常範圍內的電流泄漏標準如下。
I 類駐立式電動器具小於等於3.5mA ;I 類駐立式電熱器具小於等於 0.75mA 或 0.75mA/kw( 兩者取較大值,但最大不超過5mA)。II類器具小於等於0.25mA;I類便攜式器具小於等於0.75mA。從數值大小上分析,國際安全標準對 II 類電器的泄漏電流的要求標準較高,而相對於 II 類的電器,對 I 類電器電流泄漏的規定就相對寬鬆 ;從固定式和移動式電器的規定標準來看,移動式電器的泄漏電流要求更加嚴苛,固定式則相對寬鬆 ;經過對比發現,限定不同種類電動電器的電流泄漏值時,不以其功率大小為參考標準 ;而電熱電器則正好相反,電器的功率越大其泄漏電流的限值就越大,不過最大值不可超過 5mA, 否則就超出了安全範圍 ;只有泄漏電流值完全在上述規定值以內的電器產品才屬於安全無故障產品,其泄漏電流值才能算作安全電流。 [2-3] 

電器發展方向

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最早的電器是18世紀物理學家研究電與磁現象時使用的刀開關。19世紀後期,由於電能的應用陸續推向社會,各種電器也相繼問世。但這一時期的電器容量小,屬於手動式。電路的保護主要採用熔斷器(俗稱保險絲)。20世紀以來,由於電能的應用在社會生產和人類生活中顯示出巨大的優越性,並迅速普及,適應各種不同要求的電器也不斷出現。大的有電力系統中所用的二、三層樓高的超高壓斷路器,小的有普通家用開關。近百年來,電器發展的總趨勢是容量增大,傳輸電壓增高,自動化程度提高。例如,開關電器由20世紀初採用空氣或變壓器油滅弧介質,經過多油式、少油式、壓縮空氣式,發展到利用真空作滅弧介質和六氟化硫作滅弧介質的斷路器,其開斷容量從初期約20~30千安到80年代中後期達80~100千安,工作電壓提高到765千伏,以至到1150千伏。又如,20世紀60年代出現晶體管時間繼電器接近開關晶閘管開關等;70年代後,出現了機電一體化的智能型電器,以及六氟化硫全封閉組合電器等。這些電器的出現與電工新材料、電工製造新技術、新工藝相互依賴、相互促進,適應了整個電力工業和社會電氣化不斷髮展的要求。
隨着WTO的加入,進入21世紀我國低壓電器面臨更大的挑戰,為了加速我國低壓電器的發展,以適應新的形勢需要,及時分析國內外低壓電器發展動態,瞭解和掌握當前低壓電器的新技術具有重要意義。 [4] 
智能電器、可通訊電器與信息電器
微處理機和計算機技術引進低壓電器,一方面使低壓電器具有智能化的功能,另一方面使低壓開關電器,包括智能化斷路器和智能化電動機控制器實現與中央控制計算機雙向通訊。進入20世紀90年代,隨着計算機信息網絡的發展,低壓配電系統和電動機控制中心已統一形成了智能化監控、保護與信息網絡系統。
智能化低壓斷路器與電動機控制器是低壓開關櫃和電動機控制中心實現智能化的主要電器元件。微處理器引入低壓斷路器,首先使斷路器的保護功能大大增強。諸如:它的三斷保護特性中的短延時可設置成I2t特性,以便與後一級保護更好地匹配;接地保護可實現選擇性,對斷續的電弧接地故障可帶記憶功能。
工業用電的電網絡中使用大量的軟起動器、電力電子調速裝置和不間斷電源等,這些裝置都會使配電系統產生高次諧波,而模擬式電子脱扣器一般反映故障電流的峯值,因而電源的高次諧波會造成斷路器的誤動作。帶微處理的智能化斷路器反映負載電流真實的有效值(RMS值),它的採樣和保持電路能消除輸入信號中的高次諧波,因而能避免高次諧波造成的誤動作,它的中央處理單元能保證斷路器的正確動作。
與傳統的雙金屬熱繼電器相比,智能化過載繼電器有一系列的優點。它能保護多種起動條件的電動機,具有很高的動作可靠性。它不但可保護電動機過載與斷相,並可保護接地三相不平衡、反相或低電流等。由智能化電動機保護繼電器進一步開發的智能電動機控制器,兼有監控、保護和通訊的功能,它的保護功能也較智能化電動機保護繼電器進一步增強。
由新型低壓電器元件與中央控制計算機組成的網絡系統與傳統的低壓配電系統與電動機控制中心相比有以下優點:
1)實現中央計算機集中控制,提高了低壓配電系統自動化程度低壓開關設備與中央控制計算機的數據信息雙向傳輸是指:一方面智能化斷路器或其它開關設備向中央控制計算機傳送線路和保護對象的運行參數,保護整定值和故障信息;另一方面中央控制計算機向智能化斷路器或其它開關設備發出操作指令,改變和調節保護整定值。
2)使低壓配電、控制系統的調度和維護達到新的水平。通過信息傳輸,中央控制計算機能存儲線路和被保護設備過去的運行參數及前10次甚至前50次故障情況。這些信息加上計算機強大的綜合計算能力,有助於操作者事先預測故障的產生和作出相應的決策,使線路和設備的停機維修時間大大減少;信息傳輸也提高了對配電系統的電能調度能力,能保證在用電高峯階段,對重要用户安全可靠地供電;信息傳輸可實現區域間連鎖保護,使前後級智能化斷路器的選擇性保護獲得合理的匹配。
3)由於採用數字化的新型監控元件,使開關櫃平面上提供信息大幅度增加。通過液晶顯示板可測量並顯示相和線的電流、電壓、功率因數、功率等各種參數,也能顯示被保護對象和線路過去的運行參數和故障情況,它還可以以圖形方式顯示被整定的斷路器保護特性。
4)監控元件和傳統的指示和指令電器相比較,接線簡單、便於安裝,提高了工作的可靠性。
5)可以實現數據共享,減少信息重複和信息通道。
網絡通訊的發展,日益要求用户和設備之間的開放性和兼容性,因而制定一個統一的通訊協議是急待解決的一個關鍵問題。由智能化電器與中央計算機通過接口構成的自動化通訊網絡正從集中式控制向分佈式控制發展。現場總線技術的出現,不但為構造分佈式計算機控制系統提供條件,並且它即插即用,擴充性好,維護方便,因而這種技術成為國內外關注的焦點。
低壓電器的一個重要功能是通斷能力,智能電器發展的另一途徑是通過微處理器的智能控制來提高電器的通斷性能。
智能化電器的發展,使電磁兼容性EMC變成越來越重要的問題。EMC要求包括兩種含義,一方面要求低壓電器在使用場合工作時,不受外界電磁干擾而引起誤動作,而另一方面要求電器的操作產生的電磁場不干擾附近的電子設備。國外對智能化電器和機電一起化產品的EMC問題非常重視,因為電磁干擾會引起這類系統失靈而誤動作,會造成巨大的經濟損失。智能化電器和其保護、監護系統把敏感的數字電器元件處於強電流及高電壓電磁場中,使這些設備的電磁抗干擾能力在設備設計和運行中已成為不可忽視的因素,因而在國外智能化電器和其系統在設計初始階段即制定嚴格的電磁兼容控制與管理計劃,該計劃主要包括產品或系統EMC分析,制定EMC設計技術指標、設計計劃、標準、實施計劃與測試方法等,並把這一計劃作為產品或系統設計的重要一環。EMC分析和設計是為了達到EMC技術要求的關鍵工作,包括分析電子線路的輻射程度及抗干擾能力以及系統集成的電磁兼容性能,EMC設計包括電磁屏蔽,接地,導線間距的確定,以及考慮印刷電路板佈線之間的電磁耦合等,隨着高頻電磁場數值分析和計算機硬年的發展,採用現代仿真技術取代傳統的測試方法和經驗分析方法,已在EMC分析中起越來越大的作用。
仿真技術與虛擬電器
國內工廠和設計院所紛紛引進如UGH、Pro/E等三維計算機輔助設計軟件,這類軟件能實現在三維空間內零部件和實體造型、裝配和自動生成工程圖紙,並且按照設計的零部件自動進行模具設計和生成數控編碼。這些軟件使國內低壓電器設計工作上了一個新的台階,但進一步要使產品設計滿足原始技術條件的要求,達到預定的電氣和機械性能,則需要採用仿真技術
進行一個低壓電器產品的設計,當根據給定的技術條件,確定了產品初步設計方案和尺寸後,必須進行工程分析或樣機實驗,來驗證設計方案是否附合原訂技術要求。長期以來人們用傳統的工程計算方法進行特性分析,精度很差,特別是作為低壓開關電器的主要特性,即開斷特性無法計算,因而人們不得不依靠樣機制造和實驗驗證來檢驗設計方案的可行性,這樣做法要花費大量人力和物力,並使得產品開發週期拉長,影響新產品的市場競爭力。
為了解決上述問題,計算機摸擬和仿真技術得到快速發展,依靠這種新技術,人們可以在樣機制作以前就能精確掌握設計產品的性能,減少了重複樣機制作和實驗費用,加快了產品開發週期,並提高了產品性能,這是當前低壓電器產品開發手段現代化的重要內容。
低壓電器的基本特性包括開斷能力、温升、零部件的強度、電動穩定和熱穩定、絕緣性能及其它電氣性能等。這就需要對設計對象的電磁場、應力場、磁場等物理場域進行仿真和分析。計算機模仿和仿真技術的進展和商品有限元分析軟件性能的不斷提高為這種新技術在低壓電器的應用創造了條件。70-80年代的有限元分析軟件,前後處理工作十分繁鎖,例如進行一台大型變壓器的電場分析、輸入各零部件的三維尺寸等原始數據,一般是幾天甚至幾個星期的艱苦勞動。進入90年代商品化的有限元分析軟件都和可視化技術結合起來,用特徵造型方式輸入三維圖形代替每鎖的數據輸入,使輸入工作十分簡便而直觀,並且後處理部分使輸出的數據或三維圖形,方便地進行觀察和分析。與此同時,隨着解決複雜工程問題的需要,這種仿真和分析軟件更擴展到流體動力學、機械振動和機構動力學等方面。市場上已能提供各種精確的計算機仿真與分析軟件,這類軟件分成二種類型,一種是通用軟件,另一種是專用軟件,這種軟件都包括應力,温度場、電磁場和流場等分析模塊,可以進行單種場域分析,也可進行綜合場分析,例如計算熔斷器的保護特性,首先要計算熔片中電流場的分佈,然後是熱特性的計算,這是電流場和瞬態熱場計算的綜合,專用軟件是指用於專門的場合。國外著名公司更是把特性的計算機仿真和分析看作是產品開發手段現代化的一個重要措施。
通過計算機仿真可獲得產品設計的可行性方案,即保證設計方案滿足所制定技術條件的要求,但尚不是經濟技術指標最佳的方案,為了達到經濟技術指標的最佳,這就需要把仿真技術和最優化方法結合起來。
計算機圖形技術的發展,一種新的三維機交互式圖形技術,即虛擬現實(Virtual reality)技術的出現,給計算機仿真技術的發展,開闢了新的天地,虛擬現實與傳統的交互式三維圖形技術不同,後者操作者是在計算機外的現實世界操作計算機的圖形,而前者則可讓操作者進入計算機裏的虛擬世界親臨其境地進行操作,把這種技術和計算機仿真相結合就可以在計算機內設計產品,這種產品稱為虛擬產品,設計者可以在“虛擬”環境中對產品進行仿真和優化,這是計算機仿真技術的發展方向。長期以來,我國低壓電器產品往往是把各研究所和工廠有關技術人員集中在一處,進行聯合設計,這種方式使大多數設計人員脱離本廠的環境而造成諸多不便。90年代以來出現的計算機協同設計CSCD(Computer Supported Cooperative Design)技術,可提供遠程異地協同設計的環境,它是基於Internet而實現的一種羣體設計的新概念,國外的計算機輔助設計軟件如PRO/E和Internet等已新增了這方面的功能。依靠這種技術,人們可以在不同地點通過Internet共同討論設計方案,繪製和修改設計圖紙。
環保電器
隨着工農業的發展,環境保護問題日趨嚴重,這對大量使用的低壓電器提出新的要求。低壓電器中幾近80%的材料是塑料,因而對這些材料來説,一方面要保證長的壽命和電器本身的工作可靠性,還應考慮環保要求,即無污染,並且可以回收。不含CFC或鹵素的阻燃的塑料已得到推廣和應用。
長期以來由於AgCdO有較好的耐電弧侵蝕能力,因而在低壓電器、特別是作為控制電器的觸頭材料得到廣泛應用。但由於AgCdO材料有毒,從環保要求出發,以AgSnO2代替AgCdO材料已經得到推廣。但AgSnO2的觸頭温升過高,一直是一個關鍵技術問題。國際上一些觸頭材料生產廠都在研究如何通過加入添加劑來阻止觸頭表面SnO2膜的生成來降低觸頭温升。
採用真空技術與電力電子技術是解決環保電器的重要途徑。真空技術在中壓開關領域已具統治地位,在低壓開關領域近幾年也有很大的發展。真空中不存在氣體,在開斷故障電路時僅能產生能量較少的金屬蒸汽電弧,其強度、燃弧時間和對觸頭的燒蝕都比空氣中少,因而真空開關是不需要維護的。從環保的角度來看,真空開關的觸頭系統是封閉在真空管殼中,觸頭開斷時產生的電弧不會影響環境,因而它可以工作在苛刻的不利的工作環境下。在低壓電器領域中,儘管它的價格比一般空氣中滅弧的開關電器的價格要高,但它的優良性能和環保作用已越來越引起人們的關注。原先真空接觸器一般用於特殊環境下,由於真空技術的進展、真空技術的應用已推廣至通用的接觸器。國內研究單位和工廠也正積極開發這種產品,主要目標是提高其額定電流和開斷能力。
由於電力電子技術的發展,新型電子器件如GTO,GTR及IGBT等第三代大功率半導體開關器件的出現,固態無觸點開關也得到很大的發展。與機械式開關相比較,它是一種無電弧開關,因而它有很長的壽命,並且不需要維護,從環保角度來看,一方面因為沒有電弧,不會因為電弧引起觸頭材料和塑料氣化而污染環境,另一方面也不會因為環境污染而使觸頭上產生氧化膜而影響接觸可靠性。由於沒有觸頭,機械式開關因電弧的作用使觸頭髮熱現象也不存在,這樣無觸點開關的操作頻率可達到很高,固態斷路器由於工作過程中的損耗大,並且缺乏足夠額定電壓和電流的功率電子器件,加上體積大、價格高,因而限制了它的應用。
高性能、小型化與結構設計現代化
由於城市電網的發展,配電變壓器容量增大,對低壓開關電器提出了高性能、小型化要求。為了提高低壓開關電器的開斷能力,國外公司提出了一些新的滅弧系統和限流技術。
開關電器小型化有兩種含義,一方面是電器本身的尺寸要小,另一方面是減少噴弧距離或實現“無飛弧”以縮小安裝這種電器的開關櫃尺寸。
當前低壓電器在結構設計上廣泛應用模塊化、組合化模數化和零部件通用化。模塊化是電器製造過程大為簡便,通過不同模塊積木式的組合,使電器可獲得不同的附加功能。組合化使不同功能的電器組合在一起,有利於電器結構緊湊,減少線路中所需的元件品種,並使保護特性得到良好的配合。模數化使電器外形尺寸規範化,便於安裝和組合。不同額定值或不同類型電器實現零部件通用化,對製造廠商來説,將大大減小產品的開發和生產的費用;對用户來説,也便於維修和減少零部件的庫存量。 [4]  [5] 
參考資料
  • 1.    船舶大型電器設備安裝效率研討 張新 民營科技 2017-09-20
  • 2.    李華柏 , 張瑩 . 鐵道供電高壓污穢絕緣子泄漏電流在線檢測 系統研究 [J]. 高壓電器 ,2015,(06):145-151+160.
  • 3.    景小兵 . 接觸網絕緣子泄漏電流特性與狀態檢測研究 [D]. 西 南交通大學 ,2015.
  • 4.    《電器與能效管理技術》 電器與能效管理技術 2017-08-15
  • 5.    中國家電應成為環保技術的全球引領者——訪中國家用電器協會理事長姜風 於昊 電器 2017-10-08