• 電氣線路

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    電氣線路

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    電線是電纜和相關設備的電氣安裝,例如結構中的開關、配電板、插座和具。

    接線符合設計和安裝的安全標準。允許的電線和電纜類型和尺寸是根據電路的工作電壓和電流能力指定的,對環境條件有進一步的限制,例如環境溫度范圍、濕度水平以及暴露于陽光和化學品。

    建筑物布線系統內的相關電路保護、控制和配電設備受電壓、電流和功能規范的約束。接線安全規范因地區、國家或地區而異。國際電工委員會(IEC)正試圖協調成員國之間的布線標準,但設計和安裝要求仍然存在顯著差異。

    接線實務守則和規定

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    接線安裝規范和法規旨在保護人員和財產免受電擊和火災危害。它們通常基于由國家或國際標準組織(例如IEC)制定的模型代碼(有或沒有當地修訂)。

    澳大利亞和新西蘭

    在澳大利亞和新西蘭,通常稱為布線規則的AS/NZS3000標準規定了電氣設備的選擇和安裝以及此類安裝的設計和測試的要求。該標準在新西蘭和澳大利亞都是強制性的;因此,該標準涵蓋的所有電氣工作都必須遵守。

    歐洲

    歐洲國家,已嘗試在IEC標準、IEC60364建筑物電氣安裝中統一國家布線標準。因此,國家標準遵循相同的章節和章節系統。但是,該標準并非以可以很容易地作為國家布線代碼采用的語言編寫。它也不是為電氣技工和檢查員現場使用而設計的,用于測試是否符合國家布線標準。相比之下,NEC或CSAC22.1等國家規范通常體現了IEC60364的共同目標,但以允許對電氣系統安裝和檢查人員進行指導的形式提供了具體規則。

    德國

    德國DIN和VDE電工、電子信息技術委員會(DKE)(DeutscheKommissionElektrotechnikElektronikInformationstechnikinDINundVDE)是負責頒布電氣標準和安全規范的組織。DINVDE0100是與IEC60364協調一致的德國布線法規文件。

    北美

    美國的xxx個電氣規范于1881年起源于紐約,用于規范電氣照明的安裝。自1897年以來,由保險公司組成的私營非營利性協會美國國家消防協會發布了國家電氣規范(NEC)。州、縣或市通常通過參考將NEC與當地差異一起包含在其當地建筑規范中。NEC每三年修改一次。這是一個考慮相關方建議的共識代碼。這些提案由工程師、商人、制造商代表、消防員和其他受邀者組成的委員會研究。

    自1927年以來,加拿大標準協會(CSA)制定了加拿大電氣裝置安全標準,這是省級電氣規范的基礎。CSA還制定了加拿大電氣規范,其2006年版引用了IEC60364(建筑物的電氣裝置),并指出該規范在第131節中闡述了電氣保護的基本原則。加拿大規范重印了IEC60364的第13章,但該章沒有列出任何數字標準來評估任何電氣裝置的充分性。

    盡管美國和加拿大的國家標準處理相同的物理現象和大致相似的目標,但它們偶爾會在技術細節上有所不同。作為北美自由貿易協定(NAFTA)計劃的一部分,美國和加拿大的標準在一個被稱為協調的過程中逐漸趨同。

    英國

    英國,布線安裝受電氣安裝工程和技術要求協會的監管:IEE布線規則,BS7671:2008,與IEC60364協調一致。第17版(2008年1月發布)包括新的章節:微型發電太陽能光伏系統.xxx版于1882年發布。2018年,第18版布線法規BS7671:2018發布并于2019年1月生效,BS7671:2018Amendment1于2020年2月發布。BS7671是英國的標準電氣行業遵守BS7671,現在通過2002年電力、安全、質量和連續性法規要求遵守BS7671。{2002年電力、安全、質量和連續性法規}

    按地區劃分的接線顏色編碼

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    在典型的電氣代碼中,電線的一些顏色編碼是強制性的。每個國家、州或地區都存在許多當地規則和例外情況。較舊的安裝在顏色代碼上有所不同,并且顏色可能會隨著絕緣暴露于熱、光和老化而褪色。

    歐洲

    自2011年3月起,歐洲電工標準化委員會(CENELEC)要求使用綠色/黃色電纜作為保護導體,藍色作為中性導體,棕色作為單相導體。

    美國

    美國國家電氣規范要求使用裸銅或綠色或綠/黃絕緣保護導體,白色或灰色中性線,任何其他顏色用于單相。NEC還要求高腳三角形系統的高腳導體具有橙色絕緣,或通過其他合適的方式(例如標記)進行識別。在1971年NEC采用橙色作為高腿的建議顏色之前,某些地區為此目的使用紅色是常見的做法。

    NEC的引入明確指出它不是設計手冊,因此為未接地或熱導體創建顏色代碼超出了NEC的范圍和目的。然而,一個常見的誤解是該規范要求對熱導體進行顏色編碼。

    在美國,三相系統導體的顏色編碼遵循事實上的標準,其中黑色、紅色和藍色用于三相120/208伏系統,棕色、橙色或紫色和黃色用于用于277/480伏系統。(紫羅蘭避免與NEC的高腳三角形規則相沖突。)在具有多個電壓系統的建筑物中,兩個系統的接地導體(中性線)需要單獨標識并區分,以避免跨系統連接。大多數情況下,120/208伏系統使用白色絕緣,而277/480伏系統使用灰色絕緣,盡管這種特殊的顏色代碼目前不是NEC的明確要求。但是,一些地方司法管轄區確實在其當地建筑規范中指定了所需的顏色編碼。

    英國

    英國要求使用覆蓋有綠色/黃色條紋絕緣層的電線進行安全接地(接地)連接。這一不斷發展的國際標準因其獨特的外觀而被采用,以減少安全接地(接地)線與其他電氣功能發生危險混淆的可能性,尤其是受紅綠色盲影響的人。

    在英國,可以通過使用彩色指示燈(紅色、黃色和藍色)將階段識別為帶電。棕色、黑色和灰色的新電纜顏色不適合彩色指示器。出于這個原因,三相控制面板經??常使用舊顏色的指示燈。

    顏色、固定和柔性電纜

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    接線方式

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    建筑物內部電氣系統布線的材料因以下因素而異:

    例如,單戶住宅或復式住宅中的布線系統簡單,電力需求相對較低,建筑結構和布局不經常變化,通常具有干燥、適中的溫度和無腐蝕性的環境條件。在輕型商業環境中,可能會更頻繁地更換接線,可能會安裝大型設備,并且可能會出現特殊的高溫或潮濕條件。重工業有更苛刻的布線要求,例如非常大的電流和更高的電壓、設備布局的頻繁變化、腐蝕性或潮濕或爆炸性環境。在處理易燃氣體液體的設施中,特殊規則可能會管理危險區域中電氣設備的安裝和接線。

    電線和電纜是根據電路電壓、溫度等級和可以使用的環境條件(水分、陽光、油、化學品)來評定的。電線或電纜具有額定電壓(對中性線)和xxx導體表面溫度額定值。電纜或電線可以安全承載的電流量取決于安裝條件。

    國際標準電線尺寸在國際電工委員會的IEC60228標準中給出。在北美,使用美國線規標準來確定電線尺寸。

    電纜

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    現代布線材料

    現代非金屬護套電纜,例如(美國和加拿大)NMB和NMC型,由兩到四根覆蓋有熱塑性絕緣材料的電線和一根用于保護性接地/接地(連接)的電線組成,并被柔性塑料護套包圍。在北美和英國,這種導體通常是裸線,但在英國,要求將這種裸露的保護性接地(PE)導體包裹在綠色/黃色絕緣管中,其中電纜護套已被移除。大多數其他司法管轄區現在要求保護接地導體的絕緣標準與具有綠色/黃色絕緣的載流導體相同。

    對于某些電纜,在應用塑料護套之前,單獨的導體會用紙包裹起來。

    特殊版本的非金屬護套電纜,例如US型UF,設計用于直接地下埋藏(通常具有單獨的機械保護)或可能暴露于紫外線輻射(UV)的外部使用。這些電纜的不同之處在于具有防潮結構、沒有紙或其他吸收性填充物,并且被配制為抗紫外線。

    橡膠合成聚合物絕緣由于其優異的防潮性而用于安裝在地下的工業電纜和電力電纜

    絕緣電纜根據其允許的工作電壓和導體表面的最高工作溫度來評定。一條電纜可能具有多種應用額定值,例如,一個額定值用于干式安裝,另一個額定值用于暴露于濕氣或油中。

    通常,小尺寸的單導體建筑線是實心線,因為不需要非常靈活的布線。大于10AWG(或約5mm2)的建筑導線在安裝過程中被絞合以提高靈活性,但其柔韌性不足以用作電器線。

    用于工業、商業和公寓建筑的電纜可能在一個整體護套中包含許多絕緣導體,帶有螺旋帶或鋁鎧裝或鋼絲鎧裝,也許還有一個整體PVC或鉛護套,以防止潮濕和物理損壞。用于非常靈活的服務或海洋應用的電纜可能會受到編織銅線的保護。根據模型建筑規范,在辦公樓的空氣處理空間(通風室)內或通過其布線的電源或通信電纜(例如,計算機網絡)必須被包裹在金屬導管中,或被定為低火焰和煙霧產生。

    對于鋼廠和類似高溫環境中的某些工業用途,沒有有機材料可以提供令人滿意的服務。有時使用用壓縮云母片絕緣的電纜。另一種形式的高溫電纜是礦物絕緣電纜,將單獨的導體放置在銅管內,空間填充氧化鎂粉末。整個組件被拉成更小的尺寸,從而壓縮粉末。這種電纜具有經過認證的耐火等級,并且比非防火電纜更昂貴。它們幾乎沒有靈活性,并且表現得更像剛性導管而不是柔性電纜

    安裝電線的環境決定了電纜允許承載多少電流。由于捆綁在電纜中的多根導體不像單根絕緣導體那樣容易散熱,因此這些電路的額定載流量總是較低。電氣安全規范中的表格根據導體尺寸、電壓電位、絕緣類型和厚度以及電纜本身的溫度額定值給出了xxx允許電流。對于潮濕或干燥位置、炎熱(閣樓)或涼爽(地下)位置,允許的電流也將有所不同。在通過多個區域的電纜運行中,具有最低額定值的部分成為整個運行的額定值。

    電纜通常在進入電氣設備的地方用特殊配件固定;這可能是一個簡單的螺絲夾,用于干燥位置的護套電纜,或者是一個聚合物密封電纜連接器,它可以機械地接合鎧裝電纜的鎧裝并提供防水連接。可以使用特殊的電纜接頭來防止爆炸性氣體流入護套電纜的內部,電纜通過存在易燃氣體的區域。為防止電纜的各個導體的連接松動,電纜必須在設備入口附近和沿其運行的固定間隔進行支撐。在高層建筑中,需要特殊設計來支撐電纜垂直走線的導體。通常,每個配件只允許使用一根電纜,

    安裝在船上的電纜需要特殊的電纜結構和端接技術。這種組件受到環境和機械極端的影響。因此,除了電氣和防火安全問題之外,還可能要求此類電纜在它們穿過船舶的艙壁時具有耐壓性。它們還必須抵抗由鹽水或鹽霧引起的腐蝕,這是通過使用更厚的、特殊構造的護套和對單個電線支架鍍錫來實現的。

    在北美的實踐中,從電線桿上的變壓器到住宅電力服務的架空電纜通常由三根絞合(三重)導體組成,一根是裸露的中性導體,另外兩根是用于兩者的絕緣導體兩個180度異相120V線電壓通常提供。中性線通常是支撐吊索鋼絲,用于支撐絕緣線路導體。

    銅導體

    電氣設備經常使用銅導體,因為它們的特性包括高導電性、抗拉強度、延展性、抗蠕變性、耐腐蝕性、導熱性、熱膨脹系數、可焊性、抗電過載、與電絕緣體的兼容性,以及易于使用的安裝。銅用于許多類型的電線。

    鋁導體

    由于銅成本的上漲,鋁線在1960年代后期至1970年代中期的北美住宅布線中很常見。由于其更大的電阻率,鋁線需要比銅更大的導體。例如,在典型的15安培照明電路上,鋁線不是14AWG(美國線規)銅線,而是需要12AWG,盡管當地建筑規范有所不同。

    實心鋁導體最初是在1960年代由實用級鋁合金制成的,該鋁合金對建筑電線具有不良特性,并與用于銅導體的布線設備一起使用。這些做法被發現會導致有缺陷的連接和潛在的火災危險。在1970年代初期,引入了由幾種特殊合金中的一種制成的新鋁線,所有設備——斷路器、開關、插座、接頭連接器、電線螺母等——都是為此目的而專門設計的。這些較新的鋁線和特殊設計解決了不同金屬之間的連接、金屬表面氧化以及隨著溫度升高不同金屬以不同速率膨脹而發生的機械效應的問題。

    與銅不同,鋁在壓力下容易蠕變或冷流,因此較舊的普通鋼螺釘夾緊連接可能會隨著時間的推移而松動。為鋁導體設計的較新的電氣設備具有旨在補償這種影響的功能。與銅不同,鋁在表面形成絕緣氧化層。這有時可以通過在接頭處用抗氧化糊劑(在低殘留聚丁烯基中含有鋅粉)涂覆鋁導體,或通過在安裝過程中應用旨在突破氧化層的機械端接來解決。

    僅為銅線設計的布線設備上的某些終端在大電流負載下會過熱,并在與鋁導體一起使用時會引起火災。制定了電線材料和布線設備的修訂標準(例如CO/ALR銅鋁修訂名稱)以減少這些問題。雖然更大的尺寸仍用于為電氣面板和大型設備供電,但住宅用鋁線的名聲很差,已經失寵。

    鋁導體仍然大量用于大電流傳輸、配電和具有大電流負載的大型饋線電路,因為它們比銅布線具有各種優勢。鋁導體的成本和重量都低于銅導體,因此在相同重量和價格的情況下,可以使用更大的橫截面積。這可以補償鋁的更高電阻和更低的機械強度,這意味著需要更大的橫截面積才能實現相當的電流容量和其他特性。鋁導體必須與兼容的連接器一起安裝,并且必須特別注意確保接觸表面不會氧化。

    跑道和電纜運行

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    絕緣線可以在電氣設備之間以多種形式之一運行。這可能是一種專門的可彎曲管道,稱為導管,或者是多種金屬(硬鋼或鋁)或非金屬(PVC或HDPE)管道中的一種。如果需要許多電路,可以使用矩形橫截面的金屬或PVC線槽(北美)或線槽(英國)。鋪設在地下的電線可能會在包裹在混凝土中的塑料管中鋪設,但金屬彎頭可用于劇烈拉力。暴露區域(例如工廠地板)中的布線可以在電纜橋架或帶蓋的矩形管道中運行。

    在布線或固定布線的管道必須穿過防火等級的墻壁和地板的地方,當地建筑規范要求對開口進行防火。如果在發生意外火災時必須保持安全關鍵線路正常運行,則必須采用防火措施以符合產品認證清單的方式保持電路完整性。與布線和管道一起使用的任何被動防火材料的性質和厚度對載流量降額具有可量化的影響,因為耐火所需的隔熱性能也會抑制電源導體的空氣冷卻

    電纜橋架用于許多絕緣電纜一起鋪設的工業區域。單根電纜可以隨時從托盤中引出,簡化了布線安裝,降低了安裝新電纜的人工成本。電力電纜可能在托盤中具有配件以保持導體之間的間隙,但通常安裝小型控制線,而電纜之間沒有任何有意的間距。

    當地電氣法規可能會限制或對一個電纜橋架內的電壓水平混合提出特殊要求。例如,良好的設計實踐可以將低電平測量或信號電纜與承載大功率分支電路的托盤分開,以防止將噪聲感應到敏感電路中。

    由于在管道或地下運行的電線不能像在露天那樣容易地散熱,而且由于相鄰電路會產生感應電流,因此布線法規規定了確定電流容量(載流量)的規則。

    特殊密封配件用于通過潛在爆炸性環境布線。

    母線、母線槽、電纜母線

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    對于電氣設備中的非常高的電流,以及通過建筑物分布的高電流,可以使用匯流條。(總線一詞是拉丁語綜合的縮寫——意思是所有人。)這種系統的每個帶電導體都是一塊剛性的銅或鋁,通常是扁條(但有時是管材或其他形狀)。開放式母線從未在公共區域使用,盡管它們用于制造廠和電力公司開關場以獲得空氣冷卻的好處。一種變體是使用較重的電纜,尤其是在需要轉換或滾動相位的地方。

    在工業應用中,導體條通常與接地外殼中的絕緣體預組裝在一起。該組件稱為母線槽或母線槽,可用于連接大型開關設備或將主電源饋入建筑物。一種稱為插入式總線的母線槽用于在建筑物的長度上分配電力;它的構造允許在總線沿線的指定位置安裝分接開關或電機控制器。該方案的一大優勢是能夠在不移除整個管道電壓的情況下移除或添加分支電路。

    母線槽可以將所有相線導體放在同一個外殼中(非隔離母線),也可以使每個導體通過接地屏障與相鄰相區隔開(隔離母線)。為了在設備之間傳導大電流,使用電纜總線。

    對于難以提供電路保護的發電站或變電站中的非常大的電流,使用隔離相總線。電路的每一相都在單獨的接地金屬外殼中運行。xxx可能的故障是相接地故障,因為外殼是分開的。這種類型的總線可以額定高達50,000安培和高達數百千伏(在正常服務期間,不僅僅是故障),但不用于傳統意義上的建筑布線。

    配電盤

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    電氣面板是易于使用的接線盒,用于重新布線和切換電氣服務。該術語通常用于指代斷路器面板或保險絲盒。當地法規可以指定面板周圍的物理間隙。

    害蟲的退化

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    松鼠、老鼠和其他嚙齒動物可能會啃咬未受保護的電線,導致火災和觸電危險。對于PVC絕緣電話和計算機網絡電纜尤其如此。已經開發了幾種技術來阻止這些害蟲,包括裝有胡椒粉的絕緣材料。

    早期接線方法

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    xxx個內部電源布線系統使用裸露或用布覆蓋的導體,這些導體通過訂書釘固定在建筑物的框架或踏板上。導體穿過墻壁的地方,用布膠帶保護。拼接的方式與電報連接類似,并且為了安全而焊接。地下導體用浸泡在瀝青中的布帶包裹起來絕緣,然后鋪設在木槽中,然后將其掩埋。由于存在觸電和火災的危險,加上這種安裝的人工成本高,這種布線系統不能令人滿意。xxx個電氣規范1880年代隨著電力的商業引入而出現;然而,在選擇電線尺寸和電氣安裝的其他設計規則方面存在許多相互矛盾的標準,并且出于安全考慮,需要引入統一性。

    旋鈕和管子(美國)

    最早在1880年至1930年代在北美普遍使用的建筑物布線標準化方法是旋鈕和管(K&T)布線:單導體穿過墻壁和天花板的結構構件之間的空腔,形成陶瓷管通過連接到結構構件的托梁和陶瓷旋鈕的保護通道,以在電線和木材之間提供空氣并支撐電線。由于空氣可以在電線上自由流通,因此可以使用比電纜中所需的更小的導體。通過在建筑結構構件的相對側布置電線,可以防止因同時將釘子釘入兩個導體而引起的短路。

    到1940年代,安裝兩根導線而不是一根電纜的人工成本導致新的旋鈕和管式安裝數量下降。但是,美國規范仍然允許在特殊情況下(一些農村和工業應用)安裝新的K&T布線。

    金屬護套電線

    在英國,一種早期形式的絕緣電纜于1896年推出,由兩根浸漬紙絕緣導體組成,導體包裹在一個整體的鉛護套中。焊接接頭,燈座和開關使用特殊配件。這些電纜類似于當時的地下電報和電話電纜。紙絕緣電纜被證明不適合內部布線安裝,因為鉛護套需要非常仔細的工藝以確保水分不會影響絕緣。

    后來于1908年在英國發明的系統采用化橡膠絕緣線封裝在帶狀金屬護套中。金屬護套與每個金屬接線裝置粘合,以確保接地連續性。

    德國開發的一種稱為Kuhlo線的系統在黃銅或鉛涂層鐵皮管中使用一根、兩根或三根橡膠絕緣線,并帶有卷邊接縫。外殼也可以用作回路導體。Kuhlo線可以暴露在表面上并涂,或嵌入石膏中。為燈和開關制作了特殊的插座和接線盒,由瓷器或鋼板制成。壓接縫不像英格蘭使用的Stannos線那樣防水,后者具有焊接護套。

    電氣線路

    1905年左右在美國引入了一種稱為同心布線的類似系統。在該系統中,絕緣電線用銅帶包裹,然后焊接,形成布線系統的接地(返回)導體。裸露的金屬護套處于接地電位,被認為是可以安全觸摸的。雖然通用電氣等公司為該系統制造了配件,并為一些建筑物連接了它,但它從未被美國國家電氣規范采用。該系統的缺點是需要特殊的配件,并且護套連接中的任何缺陷都會導致護套通電。

    其他歷史接線方法

    早在1906年就使用了在柔性金屬護套中帶有兩根橡膠絕緣導體的鎧裝電纜,當時被認為是比開放式旋鈕和管狀布線更好的方法,盡管價格要貴得多。

    用于美國建筑布線的xxx個橡膠絕緣電纜于1922年推出,美國專利1458803,Burley,Harry&Rooney,Henry,Insulatedelectricwire,發布于1923-06-12,轉讓給波士頓絕緣電線和電纜。這些是兩根或多根帶有橡膠絕緣層的實心銅電線,每根導體上都有編織棉布以保護絕緣層,還有一個整體編織的外套,通常用焦油浸漬以防潮。蠟紙用作填料和隔板。

    隨著時間的推移,橡膠絕緣電纜會因為暴露在大氣中的氧氣中而變脆,因此必須小心處理,并且通常在翻新時更換。更換開關、插座或燈具時,僅僅擰緊連接就可能導致硬化的絕緣層從導體上剝落。由于減少了與氧氣的接觸,電纜內部的橡膠絕緣層通常比連接處暴露的絕緣層處于更好的狀態。

    硫化橡膠絕緣層中的硫會腐蝕裸銅線,因此導體被鍍錫以防止這種情況發生。停止使用橡膠后,導體恢復為裸露狀態。

    大約在1950年,PVC絕緣和護套被引入,特別是用于住宅布線。大約在同一時間,具有較薄PVC絕緣層和薄尼龍護套的單導體(例如US型THN、THHN等)變得普遍。

    最簡單的電纜形式是將兩根絕緣導體絞合在一起形成一個單元。這種帶有兩個(或更多)導體的非護套電纜僅用于超低壓信號和控制應用,例如門鈴布線。

    其他已過時的固定接線方法包括:

    金屬模制系統具有扁平的橢圓形部分,由底條和卡扣式蓋通道組成,比開放式布線或木制模制更昂貴,但可以很容易地在墻壁表面上運行。類似的表面安裝管道布線系統今天仍然可用。

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    詞條目錄
    1. 電氣線路
    2. 接線實務守則和規定
    3. 澳大利亞和新西蘭
    4. 歐洲
    5. 德國
    6. 北美
    7. 英國
    8. 按地區劃分的接線顏色編碼
    9. 歐洲
    10. 美國
    11. 英國
    12. 顏色、固定和柔性電纜
    13. 接線方式
    14. 電纜
    15. 現代布線材料
    16. 銅導體
    17. 鋁導體
    18. 跑道和電纜運行
    19. 母線、母線槽、電纜母線
    20. 配電盤
    21. 害蟲的退化
    22. 早期接線方法
    23. 旋鈕和管子(美國)
    24. 金屬護套電線
    25. 其他歷史接線方法

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