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采区变电所供电设计方案第一章 采区变电所的变压器选择一、采区负荷计算根据巷道、生产机械的布置情况，查煤矿井下供电设计指导书和矿井供电，查找有关技术数据，列出采区电气设备技术特征如表1-1所示。表1-1 采区电气设备技术特征采区设备额定容量Pe(KW)额定电压Uc(V)额定电流Ie(A)额定起动电流IQe (A)功率因数cos效率j台数设备名称设备型号上山绞车JT1600/12241103801212420.860.931照明1.2127煤电钻MZ2-121.21279540.790.7952回柱绞车YB3160M-41166014.5870.840.8852喷浆机YB112M-446605.0830.50.800.851局部扇风机BKY60-446604.732.90.800.856耙斗装岩机Ybb-10-41166012.172.60.750.801充电机KGCA10-90/4016660210.750.883二、变压器容量计算1.+830水平绞车变电所变压器容量：ST1 =Pe1KxKc /cospj=111.20.41/0.6=74.13 KVA式中：cospj 加权平均功率因素，根据煤矿井下供电设计指导（以下简称设指）表1-2查倾斜炮采工作面，取cospj =0.6；Kx需要系数，参见设指表1-2，取Kx=0.4；Kc采区重合系数，供一个工作面时取1，供两个工作面时取0.95，供三个工作面时取0.9，此处取1；Pe1+830绞车电动机与照明的额定容量之和；Pe1110+1.2=111.2 kw2.+830水平采区变电所变压器容量:ST2 =Pe2KxKc/cospj=111.40.40.9/0.6=66.84 KVA式中：cospj 加权平均功率因素，根据煤矿井下供电设计指导表1-2查倾斜炮采工作面，取cospj =0.6；Kx需要系数，参见设指表1-2，取Kx=0.4；Pe2由+830水平采区变电所供电的+805、+775、+755水平的所有电动机额定容量之和；Pe246+112+1.22+163+4+11=111.4 kw三、变压器的型号、容量、台数的确定根据SteSt原则，查煤矿井下供电的三大保护细则表3-1选型号为KS9-100/6/0.4 变压器一台，用于绞车与照明的供电，选型号为KS9-100/6/0.69变压器一台,用于三个工作面设备的供电。其技术特征如表1-2所示。表12 变压器技术数据型号额定电压（V）额定容量Se(KVA)阻抗电压（）损耗（W）线圈阻抗（）重量（KG）参考价格 /元一次二次UdUrUx空载短路RXKS9-100/66000400/69010041.453.7328014500.0233/0.06900.0597/0.177525004万第二章 采区变电所及工作面配电所位置的确定一、采区变电所位置根据采区变电所位置确定原则，采区变电所位置选择要依靠低压供电电压，供电距离，采煤方法，采区巷道布置方式，采煤机械化程度和机械组容量大小等因素确定。二、工作面配电点的位置在工作面附近巷道中设置控制开关和起动器，由这些装置构成的整体就是工作面配电点。它随工作面的推进定期移动。根据掘进配电点至掘进设备的电缆长度，设立：P1配电点：含春第二变电所人行上山+825采区变电所+830绞车峒室；P2配电点：+825采区变电所+805水平采区配电点；P3配电点：+825采区变电所+775水平采区配电点；P4配电点：+825采区变电所+755水平运输巷掘进配电点。第三章 采区供电电缆的确定一、拟定原则采区供电电缆是根据采区机械设备配置图拟定，应符合安全、经济、操作灵活、系统简单、保护完善、便于检修等项要求。原则如下：1） 保证供电可靠，力求减少使用开关、起动器、使用电缆的数量应最少。原则上一台起动器控制一台设备。2） 采区变电所动力变压器多于一台时，应合理分配变压器负荷，通常一台变压器担负一个工作面用电设备。3） 变压器最好不并联运行。4） 采煤机宜采用单独电缆供电，工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电上山及顺槽输送机宜采用干线式供电。5） 配电点起动器在三台以下，一般不设配电点进线自动馈电开关。6） 工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线，以减少起动器间连接电缆的截面。7） 供电系统尽量减少回头供电。8） 低沼气矿井、掘进工作面与回采工作面的电气设备应分开供电，局部扇风机实行风电沼气闭锁，沼气喷出区域、高压沼气矿井、煤与沼气突出矿井中，所有掘进工作面的局扇机械装设三专（专用变压器、专用开关、专用线路）二闭锁设施即风、电、沼气闭锁。二、按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图采区变电所供电系统拟定图如附图1所示。附图1第四章 采区低压电缆的选择一、电缆长度的确定根据采区平面布置图和采区剖面图可知：人行上山倾角为25。以计算上山绞车的电缆长度为例：从剖面图可知+825采区变电所到+830水平上山绞车硐室的距离为50m。考虑实际施工电缆垂度，取其长度为理论长度的1.05倍则实际长度为：Ls=L1.05=52.5 m，取55 m.同理 其他电缆长度亦可计算出来，如附图1所示。二、电缆型号的确定 矿用电缆型号应符合煤矿安全规程规定，所有井下低压电缆匀采用MY型。三、电缆选择原则1）、在正常工作时电缆芯线的实际温升不得超过绝缘所允许的温升，否则电缆将因过热而缩短其使用寿命或迅速损坏。橡套电缆允许温升是65，铠装电缆允许温升是80，电缆芯线的时间温升决定它所流过的负荷电流，因此，为保证电缆的正常运行，必须保证实际流过电缆的最大长时工作电流不得超过它所允许的负荷电流。2）、正常运行时，电缆网路的实际电压损失必须不大于网路所允许的电压损失。为保证电动机的正常运行，其端电压不得低于额定电压的95%，否则电动机等电气设备将因电压过低而烧毁。所以被选定的电缆必须保证其电压损失不超过允许值。3）、距离电源最远，容量最大的电动机起动时，因起动电流过大而造成电压损失也最大。因此，必须校验大容量电动机起动大，是否能保证其他用电设备所必须的最低电压。即进行起动条件校验。4）、电缆的机械强度应满足要求，特别是对移动设备供电的电缆。采区常移动的橡套电缆支线的截面选择一般按机械强度要求的最小截面选取时即可，不必进行其他项目的校验。对于干线电缆，则必须首先按允许电流及起动条件进行校验。5)、对于低压电缆，由于低压网路短路电流较小，按上述方法选择的电缆截面的热稳定性均能满足其要求，因此可不必再进行短路时的热稳定校验。四、低压电缆截面的选择1.移动支线电缆截面 采区常移动的电缆支线的截面选择时考虑有足够的机械强度,根据经验按设指表2-23初选支线电缆截面即可.具体如附图1所示。2.干线电缆截面的选择：由于干线线路长,电流大,电压损失是主要矛盾,所以干线电缆截面按电压损失计算。采区变电所供电拟定图如附图1所示。(1) +755水平岩巷掘进配电点根据UZ值的取值原则,选取配电点中线路最长,电动机额定功率最大的支线来计算。1) .根据设指表2-23,11KW耙斗装岩机初选电缆为MY 316+16 100m,用负荷矩电压损失计算支线电缆电压损失：UZ% = KfPeLZK%=11110010-30.333=0.366式中： UZ%支线电缆中电压损失百分比；Kf负荷系数,取Kf=1；Pe电动机额定功率,KW；LZ支线电缆实际长度,KM；K%千瓦公里负荷电压损失百分数, 查设指表2-28,取K%=0.333 UZ =UZ%Ue/100=0.366660/100=2.4 V式中： UZ支线电缆中电压损失,V；2) .变压器电压损失为：UB% =(Ur%cospj+Ux%sinpj)= 0.67(1.450.6+3.730.8)=2.58式中：UB%变压器电压损失百分比；变压器的负荷系数, =Stj1/Se=66.84/100=0.67；Se变压器额定容量,KVA；Stj1变压器二次侧实际负荷容量之和,KVA. Stj1=66.84 KVA；Ur%变压器额定负荷时电阻压降百分数, 查表1-2,取Ur%=1.45；Ux%变压器额定负荷时电抗压降百分数, 查表1-2,取Ux%=3.73；cospj加权平均功率因数, 查设指表1-2,取cospj =0.6, sinpj=0.8；UB =UB%U2e/100=2.58660/100=17.03 V3) .干线电缆允许电压损失为:Ugy =UY-UZ-UB=63-2.4-17.03=43.57 V式中：Ugy干线电缆中允许电压损失,V；UY允许电压损失,V, 查设指表2-33, Ue=660V时, UY=63V；UZ支线电缆中电压损失,V；UB变压器中电压损失,V；4) .干线电缆截面确定Agy = KxPeLgy103/(UerUgypj)=0.739650103/(66042.543.570.85)=17.1 mm2式中：Agy干线电缆截面积, mm2； Kx需用系数，取Kx=0.7；Pe干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, Pe=42+11+4+16=39 KW；Lgy干线电缆实际长度,m；r电缆导体芯线的电导率, m/(mm2)取r=42.5mm2；Ugy干线电缆中最大允许电压损失,V；pj加权平均效率,pj=（160.88+40.85+110.8+420.85）/39=0.85；根据计算选择干线电缆为MY 325 +110 650m(2)+775水平采区配电点的干线电缆：1) .支线电缆电压损失：UZ% = KfPeLZK%=11115010-30.211=0.35式中：K%查设指表2-28,取K%=0.211UZ =UZ%Ue/100=0.35660/100=2.31 V2) .干线电缆允许电压损失为：Ugy =UY-UZ-UB=63-2.31-17.03=43.66 V3) .干线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy103/(UerUgypj)=0.736.2600103/(66042.543.660.87)=14.3 mm2式中：Pe干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, Pe=42+11+1.2+16=36.2 KW； pj 加权平均效率，pj=(420.85+110.885+1.20.795+160.88)/36.2=0.87根据计算选择干线电缆为MY 325+110 600m(3) +805水平采区配电点的干线电缆：由于+805水平与+775水平的设备完全相同，故两者的干线电缆允许电压损失相同，均为43.66 V.Agy = KxPeLgy103/(UerUgypj)=0.736.2520103/(66042.543.660.87)=12.4 mm2根据计算选择干线电缆为MY 325+110 520m(4) +830绞车房供电计算图如图4-1所示。图 4-1 +830绞车房供电计算图向110KW绞车供电的电缆截面的选择：根据所选用KS9-100/6 型变压器, 查表1-2得, Ur%=1.45,Ux%=3.73；变压器的电压损失为：UT%=(ST/Se)(Ur%cospj+Ux%sinpj) =(74.13/100)(1.450.6+3.730.8) =2.86UT =UT%U2e/100 =2.86400/100 =11.44 V绞车支线电缆允许电压损失： Ugy=UY-UB=39-11.44=27.56 V式中：UY 允许电压损失，V,查设指表2-33，Ue=380V时UY =39 V.绞车支线电缆截面确定：Agy = KxPeLgy103/(UerUgypj)=0.711055103/(38042.527.560.8)=11.9 mm2根据计算选用MY 350+116 55m 型电缆.五、采区电缆热稳定校验按起动条件校验电缆截面：11KW回柱绞车是较大负荷起动，也是采区中容量最大、供电距离较远的用电设备，选择的电缆截面需要按起动条件进行校验。 1) 电动机最小起动电压：UQmin= Ue = 660 =457.26V式中: Ue 电动机额定电压,V； KQ 电动机最小允许起动转矩MQmin 与额定转矩Me之比值. 查设指表2-38,取KQ=1.2；aQ电动机额定电压下的起动转矩MeQ与额定转矩Me之比值,由电动机技术数据表查得,矿用隔爆电动机aQ=Error! No bookmark name given. 2.5。2) . 起动时工作机械支路电缆中的电压损失： UZQ=（IQLZcosQ103）/（rAZ） =（60.30.150.55103）/(42.525) =8.11 V式中: cosQ电动机起动时的功率因数，估取cos=0.55,sin=0.84；r 支线电缆芯线导体的电导率,m/(mm2)；AZ支线电缆的芯线截面, mm2； LZ支线电缆实际长度.KM；IQ电动机实际起动电流,A；IQ=IeQUQmin/Ue=87457.26/660=60.3A； 式中: IeQ 电动机在额定电压下的起动电流,A；UQmin 电动机最小起动电压,V;Ue 电动机额定电压,V； 3)、 起动时干线电缆中的电压损失： UgQ=（IgQLgcosgQ103）/（rAg） =(102.70.60.57103)/(42.525) =57.3 V式中: r 干线电缆芯线导体的电导率,m/(mm2)； Lg 干线电缆实际长度,Km；Ag干线电缆的芯线截面, mm2；cosgQ干线电缆在起动条件下的功率因数,cosgQ =(IQcosQ+Iicospj)/IgQ =(60.30.55+42.20.6)/102.7 =0.57IgQ干线电缆中实际实际起动电流,A；IgQ= = =102.7 A中: Ii其余电动机正常工作电流，A；Ii =Pe/（Uepjcospj） =（25.2103）/(6600.870.6) =42.2 A4) . 起动时变压器的电压损失： UBQ% = (IBQ/IBe)( Ur% cosBQ+Ux%sinBQ ) =(102.7/113)(1.450.57+3.730.82) =3.53UBQ =UBQ%UBe/100=6903.53/100=24.36 V式中: IBQ起动时变压器的负荷电流,A； IBe 变压器负荷额定电流,A；UBe变压器负荷侧额定电压,V；cosBQ起动时变压器负荷功率因数；5) . 起动状态下供电系统中总的电压损失：UQ =UZQ + UgQ + UBQ =8.11+57.3+24.36 =89.77 V6) .检验条件：U2e-UQ =690-89.77=600.23V457.26V又因为600.23V相对于额定电压的百分数为600.23/660100%=90.9%，超过磁力起动器吸合线圈要求的电压。所以检验结果可以认为选用25mm2的橡套电缆满足了起动条件。第五章 采区高压电缆的选择一、选择原则1、按经济电流密度计算选定电缆截面，对于输送容量较大，年最大负荷利用的小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。2、按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果向单台设备供电时，则可按设备的额定电流校验电缆截面。3、按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端选定短路点。井下主变电所馈出线的最小截面，如果采用的铝芯电缆时，应该不小于50mm2 。4、按正常负荷及有一条井下电缆发生故障时，分别校验电缆的电缆的电压损失。5、固定敷设的高压电缆型号按以下原则确定：1） 在立井井筒或倾角45及其以上的井筒内，应采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆，钢丝铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢丝铠装铅包纸绝缘电缆。2） 在水平巷道或倾角45以下的井巷内，采用钢带铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢带铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢带铠装铅包纸绝缘电缆。3） 在进风斜井，井底车场及其附近，主变电所至采区变电所之间的电缆，可以采用铅芯电缆，其它地点必须采用铜芯电缆。6、移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆。二、选择步骤1、按经济电流密度选择电缆截面:A1=In/nJ=7.2/12.25 =3.2 mm2式中： A电缆的计算截面, mm2；In电缆中正常负荷时持续电流，In=SB1/(Ue) =74.13/( 6) =7.2A；n同时工作的电缆根数，n=1；J经济电流密度，A/mm2,见设指表2-18，铜芯电缆取J=2.25 A/mm2；A2 =In/nJ=6.43/12.25 =2.86 mm2式中：In电缆中正常负荷时持续电流，In=SB2/(Ue) =66.84/( 6) =6.43 A；由设指表2-9查取电缆型号为：MYJV22-6000 335 1000m2、校验方法： （1）、按持续允许电流校验电缆截面： KIP=(60.345180.9)AIa=7.2A式中： IP环境温度为25度时电缆允许载流量,A,由设指表2-8查取IP=135；K环境温度不同时载流量的校正系数,由设指表2-6查取：0.447K1.34；Ia持续工作电流, Ia= SB1/(Ue) =74.13/(6) =7.2A ；KIp =(60.345180.9)AIa,符合要求。 （2）电缆短路时的热稳定条件检验电缆截面,取短路点在电缆首端,取井下主变电所容量为50MVA,则Id（3） = Sd/(Up) =(50103)/( 6.3) =4582.1 A Amin = (Id（3）)/C =(4582.1)/159 =14.41mm2A1=35 mm2 符合要求。式中： Amin电缆最小截面, mm2；Id（3）主变电所母线最大运行方式时的短路电流,A；tj短路电流作用假想时间,S；对井下开关取0.25S；C 热稳定系数, 由设指表2-10查取C=159； (3)、按电压损失校验电缆截面：U% =KPL/1000 =1.836111.21/1000 =0.2%7% 故满足要求。式中： U%电缆电缆中电压损失的百分数；K兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数, 由设指表2-15查取6KV铜芯电缆兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失K=1.836；P电缆输送的有功功率；7%允许电压损失百分数；因此所选MYJV22-6000 335 的高压电缆符合要求。第六章 采区低压控制电器的选择一、电器选择按照下列一般原则进行1）按环境要求，采区一律选用隔爆型或隔爆兼本质安全型电器。2）按电器额定参数选择（1） 低压控制电器的额定电流要大于或等于用电设备的持续工作电流，其额定电压也应与电网的额定电压相符合。（2） 控制电器的分断能力，电流应不小于通过它的最大三相短路电流。3）工作机械对控制的要求选择(1) 工作线路总开关和分路开关一般选用自动馈电开关，如新系列的KBZ型自动馈电开关。(2) 不需要远方控制或经常起动的设备，如照明变压器，一般选用手动起动器，如QJC型等。(3) 需要远方控制，程控或频繁起动的机械，如采煤机、装岩机、输送机等一般选用QJC系列，DQBH型磁力起动器或新系列隔爆型磁力起动器等。(4) 需要经常正、反转控制的机械，如回柱绞车、调度绞车等，一般选用QC8380N型或新系列可逆磁力起动器等。4） 开关电器的保护装置，要适应电网和工作机械的保护要求：（1） 变压器二次的总开关要有过电流和漏电保护。（2） 变电所内各分路的配出开关及各配电点的进线开关要有过电流保护。（3） 大型采掘机械，如采煤机组、掘进机组等需要短路保护、过负荷保护，有条件的增设漏电闭锁保护。（4） 一般小型机械，如电钻、局扇、回柱绞车及小功率输送机等需要有短路保护和断相保护。5） 开关电器接线口的数目要满足回路和控制回路接线的要求，其内径应与电缆外径相适应。二、据已选定的电缆截面、长度来选择开关、起动器容量及整定计算1、计算开关的工作电流Ig（以110KW的上山绞车的控制开关为例） Ig （KfPe103）/（Uecosee）（0.8110103）/（6600.860.93）167.17A其余开关的工作电流如表61所示。2、开关的选择结果：根据Ig、Ue，查煤矿电工手册矿井供电 下表11-1-17选110KW上山绞车的控制开关选KBZ200馈电开关一台。11KW的装岩机控制开关的选择：Ig（KfPe103）/（Uecosee） （0.811103）/（6600.750.80）=12.83 A根据Ig、Ue，查煤矿电工手册矿井供电 下表11-1-1选QJC-60型磁力起动器一台。1.2KW煤电钻控制开关的选择：S =Pe/cose=1.2/0.79=1.52KVA根据S7 ， 符合要求。式中：Id(2) 被保护线路末端最小两相短路电流，A； 7灵敏度系数，可参考工矿企业供电设计指导书表3-39； Idz所选熔体的额定电流，A。其余各开关短路点、短路电流及灵敏度校验，如附图2和表7-1所示。附图2表7-1 供电系统中各点短路电流值及灵敏度校验表短路点两相短路电流（A）开关保护整定值（A）灵敏系数B1 2595B2 1623G1538继电器100A5.361.5G2572继电器100A5.721.5G3636继电器100A6.361.5Z12192继电器200A10.961.5Z2161.68熔断器15A10.784Z3490.26熔断器20A24.517Z4348.24熔断器20A17.417Z5525.11熔断器40A13.137Z6580.47熔断器60A9.677Z767.43熔断器15A4.504Z8497熔断器60A8.287Z9420.75熔断器20A21.047Z10453.04熔断器40A11.337Z11315.49熔断器20A15.777Z12428.59熔断器20A21.437Z13450.44熔断器20A22.527Z14327.34熔断器20A16.377Z15480.08熔断器40A127Z16526.24熔断器60A8.777Z1763.36熔断器15A4.224第八章 高压配电箱的选择和整定一、高压配电箱的选择原则 1、配电装置的额定电压应符合井下高压网络的额定电压等级。 2、配电装置的额定开断电流应不小于其母线上的三相短路电流。 3、配电装置的额定电流应不小于所控设备的额定电流。 4、动作稳定性应满足母线上最大三相短路电流的要求。二、高压配电箱的选择 1、T1负荷长期工作电流： In=Sn/(Ue) =74.13/(6) =7.13 A UseUx=6kv IseIg=7.13A SseSd(3)=50MVA 式中： Sn受控制负荷的计算容量，KVAUe电网额定电压，KVUse高压开关额定电压，KV Ise高压开关额定电流，KASse 高压开关铭牌上标示的额定断流容量，KVA 根据以上这些计算结果，按煤矿安全规程的规定选用，查设指表2-62，选择高压配电箱型号为PB3-6GA，其技术数据如表8-1所示。 2、T2负荷长期工作电流： In=Sn/(Ue) =66.84/(6) =6.43 A UseUx=6kv IseIg=10.37A SseSd(3)=50MVA 根据以上这些计算结果，按煤矿安全规程的规定选用，查设指表2-62，选择高压配电箱型号为PB3-6GA，其技术数据如表8-1所示。表8-1 高压配电箱技术数据表型号额定电压（KV）最高工作电压（KV）额定电流（A）断流容量（MVA）额定断流电流（KA）极限通过电流（KVA）10S热稳定电流（KA）峰值有效值PB3-6 GA66.920201.924.812.780.50 三、高压配电箱的整定和灵敏度的校验1、T1的整定 Idz =(1.21.4) （IQD +Ie）/(KTKi)=1.3(660+2.4)/(9.110)=9.46 A 查设指表2-83，取Idz=10A； 式中： Ki电流互感器的变流比，Ki=50/5=10； 1.21.4可靠系数；KT变压比，KT=6300/690=9.1。 灵敏度校验： Id(2)= 2299A Km = Id(2)/(KTKiIdz) =2299/(9.11010) =2.531.5 符合要求。2、T2的整定 Idz=(1.21.4) （IQD +Ie）/(KTKi)=1.3(37.95+49.2)/(9.1 10)=1.25 A 查设指表2-83，取Idz=5A 灵敏度校验： Id(2)= 3750A Km = Id(2)/(KTKiIdz) =3750/(9.1105)=8.241.5 符合要求。第九章 井下漏电保护装置的选择一、井下漏电保护装置的作用1、工作电表经常监视电网的绝缘电阻，以便进行预防性维修。2、接地绝缘电阻降低到危险值或人触及一相导体，或电网一相接地时，能很快的使自动开关跳闸，切断电源，防止触电或漏电事故。3、当人触及电网一相时，可以补偿人身的电容电流，从而减少通过人体的电流，降低触电危险性。当电网一相接地时，也可以减少接地故障电流，防止瓦斯、煤层爆炸。二、漏电保护装置的选择由于选用KBZ型馈电开关，其自带漏电保护，无需再外设检漏继电器。三、井下检漏保护装置的整定检漏继电器动作电阻值，是根据保护人身触电的安全确定的。人触电安全电流规定为30mA，在不考虑电网电容情况下，通过人体的电流根据下式计算，即In3Uq/3Rn+r在给定电网电压下，人体电流30mA计算，则可确定出允许的电网最低对地绝缘电阻值rmin，以井下660V电网为例计算如下：rmin=(3UQ/In)-3Rn =3(660/)/30103-31000 =35000 计算检漏继电器的动作电阻值Rdz时，应考虑三相电网对地绝缘电阻值时并联通路，其整定值为：Rdz= rmin/3=35000/3=11700 井下低压电网的最低允许对地电阻值及简漏继电器的动作值如表9-1所示。表9-1（对地电阻值及简漏继电器的动作值）电压（V）每相允许最低电阻值（K）动作电阻计算值（K）动作电阻整定值（K）漏电闭锁动作电阻值（K）1274.31.43