煤矿机电(上)——井下“三大保护”

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煤矿井下“三大保护”

第一节 井下电气设备的工作条件及造成的危害和预防措施

1、井下电气设备的工作条件 井下电气设备的特殊工作环境：

(1)、巷道、峒室和采掘工作面以及安装电气设备的空间等，都较狭窄，人体接触电气设备的机会多。

(2)、由于岩石和煤层的压力以及放炮等影响，井下电气设备，尤其是电缆，经常有受落石、重物砸、压的可能。

(3)、井下空气潮湿，峒室又经常有滴水、淋头水现象，电气设备容易受潮。 (4)、由于防爆电气设备外壳的密封性能及井下通风量少，散热条件差，为了散热增加了水冷系统，这些都是造成电气绝缘下降的主要因素。 (5)、井下电气设备移动性大、负荷大、启动频繁、容易过载。

(6)、井下空气中含有瓦斯、煤尘和其它有害气体极容易造成燃烧及爆炸事故。 综上所述，井下极易发生人身触电、短路过负荷、漏电等事故。 2、造成的危害及预防措施 A、危害：

1）漏电的事故极易造成人身触电，引爆电雷管等危害。长期的漏电，容易造成绝缘下降及短路事故。

2）短路事故极易造成烧毁电缆及电器设备，如得不到及时控制有可能造成一片火海。 3）短路和漏电事故发生时，得不到及时的控制而瓦斯在空气中含量达到一定浓度时极易造成瓦斯爆炸及燃烧事故，而瓦斯爆炸时产生的冲激波极易使煤层飞扬，造成煤层爆炸，全井毁灭的重特大事故。

综上所述，煤矿安全供电在煤矿安全生产中起决定作用。

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B、预防措施：

加装必要的安全保护、漏电保护、保护接地、过负荷保护，也就是通常所说的“三大保护”。不管有多少安全措施，都离不开这“三大保护”。

保护在煤矿安全生产中起着举足轻重的作用，这一点是通过多少年的研究及血的事故教训中得来的。

第二节 漏电保护作用及工作原理、日常维修

1、漏电保护的作用及工作原理

当电网绝缘下降，电器设备接地以及人身接触带电设备时，能及时切断供电电源，保护人身及电器设备的安全。 (1)、漏电保护的工作原理：

目前、我们采用较多的两种方法：直流检测法、零序电流电压法

直流检测法是我们采用较多的一种方法。它的优点是电路简单，设备造价低，使用可靠。缺点是不具备选择性，一个供电系统只能加装一个。它的代表设备主要由JL-82、JY-82两种。它们的工作原理都是采用附加直流电源的方式进行漏电保护的，当检漏继电器接入电网时，直流电源便和电网、绝缘电阻构成直流电路，其回路是：直流电源（+）→大地→电网绝缘电阻→三相电抗器→零序电抗器→直流继电器线圈→电源（—）。该回路的电流和电网总绝缘电阻值成反比，也就是说，绝缘电阻值越高回路电流就越小，故可用回路电流的大小来表示电网总绝缘电阻值。当电网绝缘电阻值下降到整定值时，直流继电器线圈就会吸合，切断供电电路，从而达到漏电保护目的。 (2)、零序电流电压法：

零序电流电压法的优点：可以进行漏电选择，有效地切断有故障的一路； 零序电流电压法的缺点：设备体积大、造价昂贵，由于技术不过关易造成误动作。

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当电网绝缘电阻较高时，零序电流电压为零，电网绝缘电阻下降至整定值时或电网有接地故障时，电流互感器检测到零序电流和零序电压比较后产生的信号，经电路放大，使开关动作切断故障电源，从而达到漏电保护的作用。 2、试验及安装

A、为了保证检漏继电器的正常运行，《煤矿安全规程》及《质量标准化标准》都有

明确的规定。

1）检漏继电器的装运率、合格率为100%。

2）使用中的检漏继电器必须每天做一次动作性能试验、每一个月进行一次远方接地试验，并且要有记录。 B、检漏继电器动作电阻整定值：

电阻(K )电压(V)1275.301.521.1038019.006.353.5066035.0011.7011.00114063.0021.0020.00最低绝缘电阻值整定值(计算)整定值(采用)

C、检漏继电器的试验：

1）每一日的试验由当班机电维护工进行。

2）远方动作试验由机电工区管理组进行，下面讲一下试验方法及注意事项。 D、试验方法：

1）检漏继电器远方动作试验应由两人操作，其中一人在配电室或配电点送电，一人

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进工作面试验。远试前先进行了一次检漏器本身试验，只有在检漏器动作，灵敏可靠时才能进行远试。

2）远试应选择供电系统中最远一台开关进行。首先按下停止按钮，打正开关手把，打开负荷侧盖板，把试验电阻接入一根火线和地线之间，要先接地线后接火线，然后把盖板盖好。开关电源和负荷共用一个接线腔时，可在电机接线盒内进行。因电机接线盒小，不好操作时要先停上一级电源方可进行。

3）给开关送电，按下启动按钮，启动后立即停止说明试验正常，如开关启动后没有立即停止应马上停电，检查试验电阻是否接好，接好后重新试验。如还不动作，说明接地系统和检漏继电器有问题，处理后方可进行试验。

4）配电室负责送电人员，等检漏继电器动作，开关停电5分钟后才能送电。试验人员完成试验后，解下试验电阻，把开关盖拧紧，送电后方可离开现场，上井后要填写试验报表。 E、注意事项：

1）正规操作、严禁带电作业。

2）试验的前一天要通过调度联系，取得同意后才能进行。 3）试验前要认真检查被试系统保护接地是否完整。 4、检漏继电器的安装：

检漏继电器要安装在专用的架上，外壳和保护接地网可靠连接，辅助接地和主接地极间隔5米以上的距离。连接辅助接地要用有绝缘外套的橡套电缆。检漏继电器和馈电开关连接要采用5芯电缆，其中三根分别接A、B、C三相火线，一根接脱扣线圈，一根接地线，辅助接地要用专线。严禁把主辅接地直接短接运行。 3、日常维修及故障处理 A、漏电故障分类：

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1）集中漏电：

集中漏电在井下发生的比较多，主要表现是漏电点相对固定，造成原因是电网的某一点因绝缘损坏，绝缘电阻下降至漏电继电器动作值以下，如：电动机烧坏、开关绝缘损坏、电缆破口漏电等，因这类故障漏电点是固定的，所以比较容易查找及处理。 2）分散漏电：

分散漏电在井下也是常见的，主要表现是漏电点不固定，造成的原因是电网中有多台电气设备绝缘电阻值较低，但是单独检查一台电气设备时，其绝缘电阻值都在漏电继电器整定值以上，所以单独开启任意一台设备都不会顶闸，随着开启的设备越多，绝缘电阻越低，相当于电阻并联。这类漏电故障不太好判断，人们往往认为是最后开的一台设备顶闸，其实不然，最后开哪一台都顶闸，主要是要并联的电阻达到漏电继电器的动作值它就会顶闸。 3）高阻漏电：

高阻漏电的主要表现是电网的绝缘电阻相对较高，所有的电气设备都不存在绝缘电阻低的问题，但在运行的过程中时有漏电故障的发生，在发生漏电顶闸时送电后又能正常工作。 B、造成这种故障的原因有两点： a、电动机转子导条开焊。

b、真空接触器阻容保护器损坏或开关辅助接点闭合超前于主触头。

电动机导条开焊造成的顶闸主要表现在开的时候容易顶闸；阻容保护器造成的顶闸主要表现在停的时候容易顶闸。

由于煤矿井下的条件复杂以及新技术的应用，造成漏电故障的因素很多，如变频开关的变频器损坏都可能发生漏电故障，在这里我们就讲经常发生的这三种。

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C、漏电故障的查找方法：

开关顶闸后首先区别顶闸的性质，DW系列馈电开关没有故障显示但从顶闸的声音上可以区别是漏电还是过流，漏电顶闸时响声小，基本没有响声，过流顶闸时则开关、变压器都响声很大。真空系列馈电开关大部分都有显示，可以直接显示出故障原因。

D、漏电故障发生后，可以试送一次，主要表现有两种情况： 1）试送时马上顶闸（送不上）。

2）送上后系统内某一台开关启动后又顶了。 下面就分两路讲解处理故障的思路：

a、试送时马上顶闸（送不上），遇到这种情况时把所有分路开关的手把打在“0”位，用摇表分别从各分路开关的负荷侧开始摇测绝缘电阻值，找出漏电的那一路，进行处理。如果所有开关的馈出线上绝缘电阻都很高，说明漏电故障在开关的电源侧、引线（拉手线）和变压器二次侧，用摇表分段查找，直到查到漏电点为止。

漏电点在电源侧，重点摇测变压器二次侧绕组、总开关、分路开关的电源侧，引线的绝缘电阻值。

漏电点在分路开关馈出线上时，首先分开在主干线上还是在开关内部。方法是： 把所有开关的隔离开关手把打在“0”位，用摇表摇测主干线绝缘电阻值，有两种可能：一种绝缘电阻低说明漏电故障在干线上，用1/2法分段查找漏电故障点；另一种是绝缘电阻高，则说明漏电故障在开关的隔离开关负荷侧至接触器的静触头之间，重点查找控制变压器及引线，用摇表分别摇测各开关的这一段就可以查到。 b、试送后可以送上，有三种可能：

a）某台开关一启动马上就顶闸，说明漏电故障在开关的负荷侧、负荷线、电动机这一段。把所有开关手把打至“0”位，分别打开每台开关的负荷侧用摇表摇测绝

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缘电阻值就可以找到故障点。

b）等大部分机电设备启动后顶闸，这类故障大部分在采掘设备的电动机和负荷线上，如：掘进机电机、采煤机电机、工作溜电机以及它们的负荷线这一段。用摇表分别找出绝缘电阻低的电器设备全部更换就可以解决。

c）试送后可以正常启动及运行，但时有不规则的漏电顶闸现象发生，有时30分，有时2小时，有时8小时顶一次，这类故障是高阻漏电故障。处理这类故障需要现场仔细观察，有三种可能：

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开关因漏电顶闸

试送一次

送

可以送上电

说明故障点在所有开关的负荷侧

停分路开关后再送

可以正常但还有不定时的顶闸出现 某一台开关一启动马上顶闸 全部设备开启后顶闸则重点

不

上

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检查绝缘电阻较柢的电气设

送不上电 可以送上电 备。

把该系统所有开关手把都打

在”0“位，重点检查开关负

重点检查以下设备 荷侧至电动机及引线的绝缘

的绝缘电阻值 电阻值直到找到故障点为止。

各开 总 漏 变及 把该系统所有的开关手把打至 9

现场观察、逐个排查、重点注意 开关

的

开

启

状

态

。

按顺序分别送分路开关

找出顶闸的一路

开时顶闸，检查 停时顶闸，检 该开关所带的电 查该开关的阻 动机。 容保护。

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分关 开 电 压电 “0”位用摇表摇测绝缘电阻 路至 关 继 器源 开分 电 二引

关路 器 的开 电关 源的 侧引 及线 总 次线 绕 组 高 说明漏电故障在开关的至电源侧。分别检查各开关的绝缘电阻值 低 说明漏电故障在 馈出线上至各开 关的电源接线柱 和隔离开关电源 侧。用1/2法从

中间分开，分别检查直至找到。

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即：设备在启动时顶闸、设备在运行中顶闸、设备在停止时顶闸，需要反复多次试

验每一台设备并仔细观察。设备在启动时顶闸有可能是电动机导条开焊，轴承间隙大造成的；设备在运行中顶闸有可能是负荷线有破口及被碾压造成的，如：采煤机负荷线、掘进机负荷线等；设备在停止时顶闸则有可能是真空开关内的阻容保护器损坏造成的。 四、煤矿井下漏电故障案例

前面我们讲了井下常见的三种漏电故障的判断及处理方法，为了加深大家的记意，现在我们就这三种漏电故障讲两个案例： 1、案例一：

事故发生时间：2006年7月6日 事故发生地点：8710后尾巷

事故现场情况：7月6日0点班8710后尾巷发现顶闸，当班维护工经查找属漏电顶闸，直至交班也没有查出漏电故障点，8点班当班维护工接班后，从分路开关处解开电缆用摇表摇测绝缘电阻值，发现给8710后尾巷动力线有两相绝缘电阻为零，当时他们采取从外往里解开电缆逐段摇测的方法，直至4点30分左右也没有找到故障点。

当时我们两人正好去8710后尾巷、高抽检查问题及跟供电系统。发现他们查找故障方法不正确后，及时指出并帮助他们查找故障，首先指挥他们把没有检查到的三台开关隔离手把打到零位，然后再摇测绝缘电阻值，发现接地现象不存在，说明漏电故障在这三台开关的隔离开关以外，按事故处理程序应该逐个合上隔离开关，同时摇测对地绝缘电阻值，当检查到三部绞车开关时，发现开关负荷侧三相接地，

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进一步检查绞车开关发现有两个真空管因漏气而粘连，JDB保护短接。通过询问绞车司机得知该绞车在发生事故前，一合上隔离开关手把电机就有异响，只有按下启动按钮后，电机异响才能消除，并且在前两天已经烧坏过一台绞车电机。

事故原因分析：从绞车开关两个真空管粘连的现象到前两天烧坏绞车电机，这是一起典型的因单相运转JDB保护短接造成的烧坏两台电机事故。第一台电机烧坏后造成的断路现象，第二台电机烧坏后造成三相接地现象。发现漏电顶闸后，没有按事故处理程序查找故障点，延长了处理事故的时间。 2、案例二：

事故发生时间：2006年5月中旬

事故发生地点：4302掘进工作面。事故现场情况：5月中旬，4302掘进工作面动力系统发生不定期顶闸事故，经分析属漏电顶闸事故，多时一班顶十几次，少时一班顶两三次，停电后打开所有的开关及四通接线盒、电动机，用摇表摇测对地绝缘电阻值，都没有发现接地现象，该事故一直延续了十天左右，最后导致一台绞车一启动就顶闸。经检查绞车开关阻容保护击穿，并且JDB漏电闭锁回路接点动作置后，造成漏电顶闸。

事故原因分析：从事故的现象到开关损坏的情况分析，这是一起典型的高阻漏电现象，由于该事故故障点不明显处理程序不正确，造成延续十天左右直至开关烧坏才彻理。

检漏继电器疑难故障分析：

一、连续绕坏三相电抗器、零序电抗器：

原因：可能是供电系统有接地现象而馈电开关不掉闸，较大的直流电流长期通过

电抗器造成电抗器烧坏。因电抗器是按长期通过正常工作直流电流设计，

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按瞬时通过故障状态下的直流电流设计的。

这种现象一般都是DW开关脱扣器有问题，造成脱扣线圈长期吸合烧坏后不知道，供电系统有接地现象不处理造成的。

二、井下供电系统中某一段电缆橡胶外套用验电笔可以验出电来，用万用表测量有

电压，但用手摸没感觉，换了检漏器后故障便不存在了。

原因：可能是检漏器中的零序电流互感器线圈串联的电容器和电网对地分布电

容、电阻并联后造成谐振。谐振后使频率、电压升高，在电缆橡套外皮形成感应电。

第三节 保护接地网

一、保护接地的作用

保护接地：就是用导体将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地极通过接地极和大地作良好的连接，把所有的保护接地连接到一起就称之为保护接地网。

保护接地网的作用：

1、当电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体碰触外壳时，由于外壳有良好的接地（接地电阻小于2Ω）与人体形成并联回路时（人体电阻一般几KΩ—几百KΩ）大量减少通过人体的电流。

2、当两相火线同时接地时，可通过接地芯线形成短路电流使过流保护立即动作。 3、给漏电继电器提供可靠的监测回路。

总上所述，保护接地网的作用就是当电器设备绝缘下降或火线接触电气设备外壳时，给接地电流提供良好的入地回路。 二、煤矿井下保护接地网的组成及设置要求

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（一）井下保护接地网的组成

主接地级、局部接地极、接地母线、接地芯线组成。 （二）井下保护接地网的设置要求

1、“煤矿安全规程”规定：电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电器设备的金属外壳、构架、铠装电缆的钢带（或钢丝）铅皮或屏蔽护套等必须有保护接地，这就对煤矿井下保护接地的范围下了定义。

2、“煤矿安全规程”对接地电阻值的规定：接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2Ω。每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用电缆芯线和接地连接导线的电阻值，不得超过1Ω。这就给保护接地网的阻值下了定义。

3、主接地极

主接地极应在主、副水仓各埋设一块。主接地极应用耐腐蚀的钢板制成，其面积不得小于0.75m2 ，厚度不得小于5mm。

4、局部接地极

下列地点应装设局部接地极

一、采区变电所（包括移动变电站和移动变压器）。 二、装有电器设备 的峒室和单独装设的高压电器设备。 三、低压配电点或装有3台以上电气设备的地点。

四、无低压配电点的采煤机工作面和运输巷、回风巷、集中运输巷（胶带运输机巷）以及变电所单独供电的掘进工作面，至少应分别装设一个局部接地极。

五、连接高压动力电缆的金属连接装置。

局部接地极的装设方法及规格尺寸：局部接地极可设置于巷道水沟内或其它就近的潮湿处。

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1、设置在水沟中的局部接地极应用面积小于0.6m2 ，厚度不小于3mm的钢板或具有同等有效面积的钢管制成并平放于水沟深处。

2、设置在其它地点的局部接地极，可用直径不小于35mm，长度不小于1.5m的钢管制成，管上应至少钻20个直径不小于5mm的透孔，并垂直全部埋入底板，也可用直径不小于22mm，长度为1m的2根钢管制成，每根钢管上应钻10个相直径不小于5mm的透孔，两根钢管相距不得小于5mm，并联后垂直埋入底板，垂直埋深不得少于0.75m。

5、接地母线

（1）连接主接地极的接地母线，应采用截面不小于50mm2 的铜线或截面不小于100mm2 的镀锌铁线，或厚度不小于4mm，截面不小于100mm2 扁钢。

（2）电气设备的外壳与接地母线或局部接地极的连接，电缆连接装置两头的铠装、铅皮的连接，应采用截面不小于25mm2 的铜线或截面不小于50mm2 的镀锌铁线或厚度不小于4mm，截面不小于50mm2 的扁钢。

6、辅助接地极

辅助接地极可用直径不小于35mm，长度不小于1.5m的钢管制成，管上应至少钻10个直径不小于5mm的透孔，垂直埋入地下，和主接地极相距不得小于5m。 三、井下保护接地网电阻值的测试

煤矿安全规程规定，接地网接地电阻值每季度测定一次。 测定方法：

1、首先把被测接地极与接地网或被保护电气设备断开。

2、把E极接在被测接地极上，把探测针P、C分别打入地下，位置P距接地极E 7.5m的直线距离，距C 20m的直线距离，也就是说E→P（7.5米）、P→C（20米）。

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3、将仪表放置水平位置，检查检流计指针是否指于黑线上，否则可调整零位调节，使之指于黑线上。

4、将倍率标准盘指于乘10倍数档，慢慢转动发电机的手把，同时转动测量标准盘，使检流计的指针指于黑线上。

5、当指流计的指针接近平衡进，加快发电机手把的转速，使其达到每分钟120转以上，调整测量标准盘，使指针指于黑线。

6、如测量标准盘数小于1时，应将倍率标度盘置于1的倍数档上，重新调整测量标准盘，以得到正确的读数。

7、用测量标准盘的读数乘以倍率标度盘的倍数，即为所测接地极的阻值。

第四节 过流保护

为了保障井下可靠的供电,保护电器设备及人身安全,在煤矿井下供电系统中除采用保护接地,装设漏电保护外,还必须装设过电流保护装置。这样,当井下电网上发生短路或过载故障时,过流保护装置就会动作，迅速而可靠的切除故障,避免造成重大事故的发生。

一、井下电网过流保护的种类 1、熔断器：

熔断器：主要用来保护电器设备的短路，常用的有RM1、RM10和RT0型。 工作原理：当用电设备及线路发生短路故障时熔断器迅速熔断切除故障，熔断

器熔断时产生电弧，RM系列的熔断器是靠附着在内壁上的化学材料遇高温产生的高压蒸汽来熄弧的，RT0型是靠充填在内部的石英沙来熄弧的。

2、热继电器：

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热继电器：主要用来保护设备的过载。常用的热继电器有JR4和JR9型。目前

我们常用的JR9是热继电器的综合产品。

工作原理：当电器设备发生过载故障时热继电器中的双金属片受热开始变形，

随着过载的继续，双金属片变形加剧，直至打开接点，也就是说，过载倍数越大变形时间越短，打开接点速度越快，从而达到切除过载故障的目的，当短路电流来到时，装设在JR9内部的三个磁原件迅速吸合，打开接点，切除短路故障。

3、电磁式过流继电器：

电磁式过流继电器：主要用来保护电缆及电器设备的短路，DW80系列开关用的就是这一种过流继电器。

4、《煤矿安全规程》要求：井下高压电动机变压器的高压控制设备，应具有短路、

过负荷、接地和欠压释放保护。井下由采区变电所，移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。

目前我矿高压开关基本上已改造完，全部采用了高压真空开关和电子综合保护，而低压馈电开关，DW80系列开关、KBZ-400型开关、BKD1-400Z型开关都在使用。 二、继电保护的整定 1、短路电流计算：

最小两相短路电流Id(2)--用来校验过流保护的灵敏度。

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最大三相短路电流Id(3)--用来选择开关的遮断容量。

由于现用的高压开关大都是100MVA的遮断容量，除入井主电缆外一般不需要计算三相短路电流，两相短路电流可用图表法获取。计算公式比较麻烦，这里就不详细介绍。而图表法比较简单，适用于工人使用，所以下面介绍一下利用图表法计算两相短路电流。 （由于表多，现场看书讲解查表法）。 2、电子保护器的过流整定： 计算公式： IZ≤Ie

IZ--电子保护器的过流整定值 （A）

Ie--所控电动机的额定电流 （A）

(2)Id校验公式： ≥1.2

8IZ(2)--被保护支线距变压器最远点两相短路电流 Id8--短路保护整定倍数

1.2--保证保护装置可靠动作的系数 现场讲解两种电子保护的整定方法。 3、过流继电器的整定： 计算公式：

①对保护电缆干线的装置: IZ≥IQe+KX?Ie

IQe--容量最大的电动机的额定起运电流 （A）

?Ie--其余电机的额定电流之和 （A）

KX--常用系数，取0.5-1

②对保护电缆支线的装置: IZ≥IQe

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校验公式: I(2)dI≥1.5

Z4、熔断器选择： 干线： IIQeR≈1.8?2.5+?Ie 支线： IR≈

IQe1.8?2.5

校验： I(2)dI≥4～7

R电动机额定电流：

660V系统 Ie=额定功率*1.12； 1140V系统 Ie=额定功率*0.65 电动机额定起动电流：

鼠笼电机： IQe=额定电流*6

绕线电机： IQe=额定电流*1

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