SINAMICS G130 装机装柜型变频调速柜，框架规格 FX + HX
SINAMICS G130 变频调速柜是一种 AC/AC 变频器，可以非常灵活地与有关系统部件组合使用，并可集成到客户控制柜中或直接集成到机器中。
SINAMICS G130 装机装柜型变频调速柜具有下列电压和额定功率：
线路电压 | 功率 |
380 V ... 480 V 3 AC | 110 kW ... 560 kW |
500 V ... 600 V 3 AC | 110 kW ... 560 kW |
660 V ... 690 V 3 AC | 75 kW ... 800 kW |
可以用大量附加电气部件对驱动系统进行优化以满足特定应用要求。组态和调试工作因预定义接口而被大大简化。
无传感器矢量控制的控制精度适合大多数应用，因此，无需使用附加实际转速编码器。
但，SINAMICS G130 变频调速柜配有编码器评估单元，以适应由于工厂原因需要编码器的应用场合。
控制单元、电源模板和其它 SINAMICS 部件之间通过变频调速柜的内部接口 DRIVE-CliQ 进行通讯。DRIVE-CLiQ 接口配有各种长度的预制电缆，可以快速形成一个完整的变频器系统。
CU320-2 标配有 PROFIBUS 或 PROFINET 接口，可用于与过程控制系统之间的通讯。还可以选择使用数字和模拟输入端和输出端扩展接口。为此提供了 TM31 端子模块和 TB30 端子板。也可以安装附加扩展卡，以允许通过 PROFINET 和 CAN 协议通信。
Benefits
- 采用了最新的 IGBT 的电力半导体技术和革新的冷却方法，因而运行安静，结构紧凑。
- 每个模块和电源部件都可快速、轻松地更换，从而提高了装置可用性。可更换部件的设计均基于快速、简单更换的原则。另外，“SparesOnWeb”Internet 工具方便查看可用于订购的系统组件的备件。
- 由于标配有一个通讯接口以及多种模拟量和数字量接口，可以轻松地集成到自动化解决方案中。
- 可使用配有图形显示 LCD的 AOP30 高级操作员面板或从一台安装有 STARTER 调试工具（→ 工具与组态）的 PC， 轻松进行调试和参数设定
- 预先设置的软件功能易于使变频器符合单独设备的要求。
- 所有部件，从单独的零件到可随时连接的成品变频调速柜，在整个生产过程中均经过严格的测试。这保证了在安装和调试阶段以及操作过程中达到高级别的功能可靠性。
Area of application
变速驱动系统适用于涉及运动、传送、泵送或对固体、液体或气体进行压缩的所有应用。
特别是可用于以下应用：
• 泵和风机
• 压缩机
• 挤出机和搅拌机
轧钢机
Design
SINAMICS G130 变频调速柜为机器和装置制造厂商提供了一种可满足特定应用要求的模块化驱动系统。
SINAMICS G130 变频调速柜由两个模块化的独立部件组成：
• 电源模板，和
• 控制单元
它们可以分开，也可以组合进同一个装置中。电源模板上有一个用于控制单元的插槽。
电源模板提供了一条 DRIVE-CLiQ 通讯电缆，以及用于为控制单元提供 24 V 电源的电缆。在功率模块中，用于安装控制单元的这些电缆已经预组装。如果两个装置分开安装，则应订购相应长度的电缆。
AOP30 高级操作面板和 BOP20 基本操作面板可以用于试运行和本地运行。
通过端子排或 CU320-2 控制单元，利用预定义的 PROFIBUS 或 PROFINET 接口，可对变频调速柜进行简便的调试和控制。控制单元 CU320-2 的接口可通过附加模板进行扩展，例如，插入式终端模板 TM31 或端子板 TB30。
如果需要使用其它客户接口来与驱动系统进行通讯，则必须提供外部 24 V 电源。
请参见下页中的两个插图，以正确安装所需变频调速柜部件。第一个图画出了SINAMICS G130驱动器的设计和每个组件。
第二图是包含各个部件所要求的决策和选型标准的流程图。
涂漆电路板
以下变频调速柜部件标配有涂漆电路板：
- 电源模块
- 控制装置
- 传感器模块
- 端子模板
- 高级操作员面板 (AOP30)
模板上的涂层可防止敏感的表面贴装元件受到腐蚀性气体、化学活性粉尘和湿气的影响。
镀镍母排电源模板的所有铜排都进行镀镍处理，以确保最佳的耐候性。而且，裸露的铜接头不需要清洁，即可进行接线。
Functions
与上位控制系统和客户终端模板之间的通讯
控制单元 CU320-2、终端模板 TM31 和端子板 TB30 上标配有通讯接口，用作客户控制接口，以支持 PROFINET 和 CANopen 扩展。
使用该客户终端模板，通过模拟量和数字量信号，可将系统连接到上位控制器或连接附加单元。
要简化驱动器的组态和调试过程，可以将 TM31 端子模块预先设置为多种出厂设置。
《SINAMICS低压工程手册》中包含补充信息，此信息在目录的光盘中以PDF文件提供。
开环和闭环控制功能变频器控制功能包括高质量矢量控制、速度和电流控制以及电机和变频器保护功能。
软件和保护功能标准软件功能如下：
软件和保护功能 | 描述 |
设定点输入 | 设定点既可以内部输入，也可从外部输入。作为固定设定点，内部通过电动电位计设定点或微动设定点输入；外部通过通讯接口或客户终端模板上的模拟量输入进行输入。内部固定设定点和电动电位器设定点可使用控制命令或通过接口进行切换或调节。 |
电机识别 | 自动电机识别功能，使得调试更快捷，优化变频调速柜的闭环控制。 |
斜坡函数发生器 | 方便的斜坡函数发生器，斜坡时间单独可调，在最低和最高速度范围内圆整时间可调，从而可使变频调速柜平稳加速和制动。这样，可以避免变频调速柜过载，降低对机械组件的应力。为快速停止，还可单独对下降斜坡进行参数设定。 |
Vdc max控制器 | The Vdc max控制器可自动防止直流链路中出现过电压，例如设定的下降斜坡过短时。这样就延长了斜坡下降时间。 |
动态缓冲 (KIP) | 出现电压降时，利用回转驱动装置的动能，可以缓冲直流链路，防止故障跳车。这样，由于回转驱动装置的运动和直流链路的电压不会降到跳车阈值以下，只要变频调速柜能提供再生能源，就能继续保持运行。当在该时间段内，电网电压再恢复后，变频调速柜就会再次加速至其整定速度。 |
自动重新启动1） | 当电源在发生电源故障后重新恢复时，自动重启会再次接通驱动器电源，并线性上升到当前转速设定点。 |
快速再启动1） | 使用快速重启功能，可将变频调速柜与仍在旋转的电机连接。 |
工艺控制器 | “工艺功能控制器”功能模块允许执行简单的控制功能，例如，液位控制或容积流量控制。工艺功能控制器设计作为 PID 控制器，由此，微分器可以切换为控制偏差通道或实际值通道（出厂设置）。可以分别设置 P、I 和 D 组件。 |
自由函数块 | 使用可自由编程的功能块，易于执行用于控制 SINAMICS G130 型设备的逻辑和算术功能。可以通过操作员面板或 STARTER 调试工具对该功能块进行编程。 |
驱动控制图 (DCC) | 驱动控制图 (DCC) 是一种附加工具，用于轻松组态 SINAMICS G130 以过程为导向的功能。功能块库包括众多控制、算术和逻辑块以及大量的开环和闭环控制功能。用户友好的 DCC 编辑器便于简便地进行图形化组态和清晰地展示控制回路结构，并且使现有图表具有高度的可用性。DCC 是 STARTER 调试工具的附加件（→ 工具和组态）。 |
I²t 检测，用于电机保护 | 使用存储在变频调速柜软件中的电机模型，可以根据当前转速和负载计算电机温度。通过使用电机绕组中的 KTY84 传感器进行直接温度检测，由于还另外考虑到了环境温度的影响，温度的检测更加精确。 |
电机温升分析 | 通过分析 KTY84、PTC 或 PT100 温度传感器，可实现电机保护。当连接一个 KTY84 传感器时，可以设定报警或关断极限值。若连接的是 PTC 热敏电阻，则可以对触发该热敏电阻后的系统响应（报警或关断）进行设定。 |
电机堵转保护 | 堵转的电机得到识别，并通过关断而防止热过载。 |
电源装置保护 | 描述 |
输出侧接地故障监视 | 通过总电流监视器，可检测输出侧的接地故障，并使接地中性线系统关断。 |
输出侧电子短路保护 | 可检测输出侧的短路（例如，变频器输出端子上、电机电缆中、电机接线盒内），并关断变频调速柜。 |
热过载保护 | 在超出过热阈值时，首先发出一条警告消息。如果温度进一步上升，变频调速柜就会自动关断，或分别调整脉冲频率或输出电流，以降低热负荷。故障原因消除之后（如改善冷却），就会自动恢复原始工作参数。 |
1) 出厂设置：未被激活（可被编程）
Safety Integrated 功能
SINAMICS S120 的集成安全功能为人员和机器提供了高度有效的应用保护。
SINAMICS G130 变频调速柜标准提供有集成安全功能（术语定义参见 IEC 61800-5-2）：
- 安全扭矩断开（STO）
- 安全停机1 (SS1)
安全集成功能通过电子设备实现，因此与带外部实现监控功能的解决方案相比，具有较短的响应时间。
法规框架
机器制造商和工厂建造公司必须确保其机器或工厂不能由于功能故障造成电击、灼伤、辐射或危害等危险。例如，在欧洲，符合机器指令是欧盟工业安全指令的法律要求。
为了确保符合此法规，建议采用相应适用的欧洲标准。从而，可既符合国家法规，也可符合欧盟指令，为制造商和操作人员提供了法定安全性。设备制造商使用 CE 标识对货物自由移动所有相关的法规、规程的一致性进行文档化。
安全标准
功能安全的指定采用了多种标准。例如，EN ISO 12100 和 EN ISO 14121-1 考虑的是机器的设计和风险评估。EN 62061（仅适用于电气和电子系统）和 EN ISO 13849-1 规定了控制系统的功能和安全要求。该标准将在 2011 年底前由 EN 954-1 取代。
上述标准定义了设备必须符合的各种不同安全要求，如风险，危险情况的频率，发生的可能性和识别未定风险的机率。
- EN 954-1:B 类，1 … 4
- EN ISO 13849-1:性能等级 PL a … e
- EN 62061:安全集成度级 SIL 1 … 3
SINAMICS 变频调速柜中的集成安全功能
集成到 SINAMICS 中的安全功能满足以下要求：
- Category 3，符合标准 EN 954-1 或 EN ISO 13849-1
- 符合 EN 61508 的安全完整性等级 2 (SIL)
- 性能等级（PL）d 符合 EN ISO 13849-1
另外，SINAMICS 的集成安全功能通常经过独立机构的认证。您可以向自己当地的西门子办事处索取最新的已认证组件清单。
基本功能和扩展功能
SINAMICS 变频调速柜的集成安全功能分为基本功能和扩展功能。
对于 SINAMICS G130，标准提供有上述 STO 和 SS1 基本功能，不需要许可。目前还没有需要许可的扩展功能。
集成安全功能可通过控制单元和电源单元的终端或通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS 或 PROFINET 启用。
使用基本功能不需要编码器。
有关 SINAMICS G130 中的可用集成安全功能将在下面详细阐述（有关术语，请参见标准 IEC 61800-5-2）：
安全集成 | 描述 |
安全扭矩断开（STO） | 功能说明 根据 EN 60204-1 的 5.4 部分，此功能可以防止驱动器意外重启。安全转矩断开功能抑制驱动脉冲并将电机电源断开（符合 EN 60204-1 的）停机类别 0）。驱动器可以可靠地实现零转矩。这个状态在驱动器内部监控。 应用、客户利益 功能描述 STO 具有驱动器无法提供任何转矩产生的能量的即时效应。STO 可在变频调速柜因负载转矩或充分的短时间摩擦而达到自主停车的任何场合使用，或在变频调速柜的惯性降速对安全无关紧要的情况下使用。
|
安全停机1 (SS1) | 功能说明 安全停车 1 功能 (SS1) 可以根据 EN 60204-1 的停车类别 1，将变频调速柜安全停车。当选择 SS1 功能时，变频调速柜沿着一个快速停车斜坡制动 (OFF3)，并且在参数化安全延时时间 Δt 到时，自动激活安全断开扭矩功能。 应用、客户利益 使用该集成的自行制动功能后，无需复杂的外部监控设备。并且，还可摒弃会发生磨损的机械抱闸或减轻机械抱闸的负荷，从而降低成本和机器承受的应力。安全停车 1 功能可用于需要采取监控制动的应用，如用于离心机、输送车辆等。
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Technical Specifications
最重要的指令和标准见下表。这些标准和指令都是 SINAMICS 变频调速柜的设计基础，必须严格遵守，以实现在功能上和运行时都安全的电磁兼容性配置。
2006/95/EG | 低压规程： 关于在规定电压限值内使用电气设备的欧盟成员国法律指南 |
2004/108/EG | EMC 规程： 电磁兼容性方面的欧盟成员国法律指南 |
欧洲标准 | |
EN 954-1 | 机械安全 – 控制系统的安全相关产品 第一部分：一般设计原则 |
EN ISO 13849-1 | 机械安全 – 控制系统的安全相关产品 第一部分：一般设计原则 (ISO 13849-1:2006)（取代 EN 954-1） |
EN 60146-1-1 | 半导体变频器 - 一般要求和电源换向变频器 第 1-1 部分：基本要求技术规范 |
EN 60204-1 | 机器中的电气设备 第一部分：一般要求 |
EN 60529 | 由外壳提供的防护等级（IP 代码） |
EN 61508-1 | 电气/电子/可编程电子系统的功能安全 第一部分：一般要求 |
EN 61800-2 | 变频调速系统 第二部分：一般要求 – 低压变频调速系统的额定技术规格 |
EN 61800-3 | 变频调速系统 第三部分：电磁兼容性要求和测试方法 |
EN 61800-5-1 | 变频调速系统 第五部分：安全要求 第 1 部分：电气和热量要求 |
EN 61800-5-2 | 变频调速系统 第 5-2 部分：安全要求 – 功能安全 (IEC 61800-5-2:2007) |
北美标准 | |
UL508A | 工业控制面板 |
UL508C | 动力转换设备 |
CSA C22.2 No. 14 | 工业控制设备 |
认证 | |
cULus、cURus | 根据 UL 和 CSA 标准进行 UL 认证 (http://www.ul.com) |
测试符号：
(→ 附录，认证)
通用技术数据
电源电压和输出范围 |
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电源类型 | 接地 TN/TT 系统或非接地 IT 系统（在 690 V 系统中，不允许出现接地相导线） | ||
线路频率 | 47 ... 63 Hz | ||
输出频率 | 0 ... 650 Hz | ||
功率因数 | |||
| > 0.96 | ||
| 0.75 ... 0.93 | ||
效率 | > 98 % | ||
过压类别 | III 符合 EN 61800-5-1 | ||
额定短路电流 SCCR（短路电流额定值），UL508C（最大 600 V），与指定熔断器或断路器配套使用 |
| ||
控制方法 | 带或不带编码器的矢量控制或V/f控制 | ||
固定速度 | 15 种固定速度，1 种最小速度，可参数化（在默认设置中，可通过端子板/ PROFIBUS 选择 3 个整定值外加 1 个最低速度） | ||
跳频速度范围 | 4，可编程 | ||
设定点分辨率 | 0.001 rpm 数字量 12 位模拟量 | ||
制动操作 | 通过附加制动模板和制动电阻 | ||
机械数据 | |||
防护等级 | IP00 或 IP20，取决于型号 | ||
保护级别 | I 符合 EN 61800-5?-1 | ||
冲击危险保护 | EN 50274 / BGV A3 | ||
冷却方式 | 强制风冷，符合标准 EN 60146 | ||
环境条件 | 储存 | 运输 | 运行 |
环境温度 | -25 ... +55 °C | -25 ... +70 °C 从-40 °C | 0... +40 °C 到 +55℃，参见降额数据 |
相对湿度（无凝结） | 5 ... 95 % | 5 ... 95 % | 5 ... 95 % |
Class 1K4，符合标准 EN 60721?3?1 | Class 2K3，符合标准 EN 60721?3?2 | Class 3K3，符合标准 EN 60721?3?3 | |
环境等级/有害化学物质 | Class 1C2，符合标准 EN 60721?3?1 | Class 2C2，符合标准 EN 60721?3?2 | Class 3C2，符合标准 EN 60721?3?3 |
有机体/生物体影响因素 | Class 1B1，符合标准 EN 60721?3?1 | Class 2B1，符合标准 EN 60721?3?2 | Class 3B1，符合标准 EN 60721?3?3 |
污染等级 | 2，符合标准 EN 61800-5-1 | ||
安装高度 | 海拔 2000 米以下，额定值没有降低；对于海拔高于 2000 米，见额定值降低数据摂 | ||
机械稳定性 | 储存 | 运输 | 运行 |
振动载荷 | |||
| 1.5 mm，5 ... 9 Hz 时 | 3.1 mm，5 ... 9 Hz 时 | 0.075 mm，10 ... 58 Hz 时 |
| 5 m/s2，> 9 ... 200 Hz 时 | 10 m/s2，> 9 ... 200 Hz 时 | 10 m/s2，> 58 ... 200 Hz 时 |
Class 1M2，符合标准 EN 60721-3-1 | Class 2M2，符合标准 EN 60721?3?2 | – | |
冲击载荷 | |||
| 40 m/s2，22 ms 时 | 100 m/s2，11 ms 时 | 100 m/s2，11 ms 时 |
Class 1M2，符合标准 EN 60721-3-1 | Class 2M2，符合标准 EN 60721-3-2 | Class 3M4，符合标准 EN 60721-3-3 | |
符合标准 | |||
CE 认证 | 符合电磁兼容性指令 No. 2004/108/EC 和低压指令 No. 2006/95/EC | ||
无线电干扰抑制 | SINAMICS G130 变频调速柜不能连接公共电网（第一环境摂）。无线电干扰抑制符合有关变速驱动器的 EMC 产品标准 EN 61800-3 中的有关第二环境摂（工业电网）。在将该设备连接到公共网络时，可产生电磁干扰。但，若采限弥补措施（例如使用输入滤波器），也可用于“第一环境”。1) | ||
认证 | cULus | ||
与所定义的类别有所偏差的数字用下划线标出。
1)适用于电缆长度 < 100 m。
Characteristics
额定值降低数据
SINAMICS G130 装机装柜型变频调速柜及相关系统组件设计用于环境温度 40 °C，安装海拔高度 2000 m。
环境温度大于 40 °C 时，必须降低输出电流。环境温度不允许超过 55 °C。
安装海拔高度超过 2000 m 时，应考虑到随着高度的增加，空气压力和空气密度会下降。因此，空气的冷却效率和绝缘能力也下降。
由于冷却效率下降，一方面，需要降低环境温度，另一方面，需要通过降低输出电流，降低变频调速柜中的热损失。
下表表明输出电流为安装海拔和环境温度的函数（在规定值中，已考虑到安装海拔和环境温度 < 40 °C 之间的允许补偿）。
表中值的前提条件是应保证通过变频调速柜的冷却空气流符合技术数据规定。
安装海拔高度介于 2000 m ～ 5000 m 时，需要安装一个隔离变压器，以降低瞬态过电压（标准 EN 60664-1）。SINAMICS 低压工程手册中有关该主题的详细信息。该工程手册以 PDF 格式保存在产品目录光盘中。
m | 20 °C | 25 °C | 30 °C | 35 °C | 40 °C | 45 °C | 50 °C | 55 °C |
0 … 2000 | 100 % | 100 % | 100 % | 100 % | 100 % | 93.3 % | 86.7 % | 80 % |
2001 … 2500 | 100 % | 100 % | 100 % | 100 % | 96.3 % |
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2501 … 3000 | 100 % | 100 % | 100 % | 98.7 % |
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3001 … 3500 | 100 % | 100 % | 100 % |
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3501 … 4000 | 100 % | 100 % | 96.3 % |
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4001 … 4500 | 100 % | 97.5 % |
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4501 … 5000 | 98.2 % |
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装机装柜型变频调速柜的电流降容系数为环境温度/进气温度和安装海拔的函数。
电流降额，取决于脉冲频率
要降低电机噪声或提高输出频率，可以相对于出厂设置提高脉冲频率。如果脉冲频率增加，则必须考虑输出电流的降容系数。并且该降容系数必须应用到技术数据中规定的电流。
详细信息，参见《SINAMICS 低压工程手册》。该工程手册以 PDF 文件的形式存储在随产品目录 D 11 提供的光盘中。
6SL3310-… | kW | A | 2.5 kHz | 4 kHz |
380 … 480 V 3 AC | ||||
1GE32-1AA3 | 110 | 210 | 95 % | 82 % |
1GE32-6AA3 | 132 | 260 | 95 % | 83 % |
1GE33-1AA3 | 160 | 310 | 97 % | 88 % |
1GE33-8AA3 | 200 | 380 | 96 % | 87 % |
1GE35-0AA3 | 250 | 490 | 94 % | 78 % |
输出电流的降容系数为额定脉冲频率 2kHz 设备的脉冲频率的函数。脉冲频率
6SL3310-… | kW | A | 2.0 kHz | 2.5 kHz | 4 kHz |
380 … 480 V 3 AC | |||||
1GE36-1AA3 | 315 | 605 | 83 % | 72 % | 64 % |
1GE37-5AA3 | 400 | 745 | 83 % | 72 % | 64 % |
1GE38-4AA3 | 450 | 840 | 87 % | 79 % | 64 % |
1GE41-0AA3 | 560 | 985 | 92 % | 87 % | 70 % |
500 … 600 V 3 AC | |||||
1GF31-8AA3 | 110 | 175 | 92 % | 87 % | 70 % |
1GF32-2AA3 | 132 | 215 | 92 % | 87 % | 70 % |
1GF32-6AA3 | 160 | 260 | 92 % | 88 % | 71 % |
1GF33-3AA3 | 200 | 330 | 89 % | 82 % | 65 % |
1GF34-1AA3 | 250 | 410 | 89 % | 82 % | 65 % |
1GF34-7AA3 | 315 | 465 | 92 % | 87 % | <TD, vAlign="top">67 % |
1GF37-4AA3 | 500 | 735 | 87 % | 79 % | 64 % |
1GF38-1AA3 | 560 | 810 | 83 % | 72 % | 61 % |
660 … 690 V 3 AC | |||||
1GH28-5AA3 | 75 | 85 | 93 % | 89 % | 71 % |
1GH31-0AA3 | 90 | 100 | 92 % | 88 % | 71 % |
1GH31-2AA3 | 110 | 120 | 92 % | 88 % | 71 % |
1GH31-5AA3 | 132 | 150 | 90 % | 84 % | 66 % |
1GH31-8AA3 | 160 | 175 | 92 % | 87 % | 70 % |
1GH32-2AA3 | 200 | 215 | 92 % | 87 % | 70 % |
1GH32-6AA3 | 250 | 260 | 92 % | 88 % | 71 % |
1GH33-3AA3 | 315 | 330 | 89 % | 82 % | 65 % |
1GH34-1AA3 | 400 | 410 | 89 % | 82 % | 65 % |
1GH34-7AA3 | 450 | 465 | 92 % | 87 % | 67 % |
1GH35-8AA3 | 560 | 575 | 91 % | 85 % | 64 % |
1GH37-4AA3 | 710 | 735 | 87 % | 79 % | 64 % |
1GH38-1AA3 | 800 | 810 | 83 % | 72 % | 61 % |
输出电流的降容系数为额定脉冲频率 1.25 kHz 设备的脉冲频率的函数。
过载能力
SINAMICS G130 变频调速柜具有可处理断开转矩的过载裕量。如果出现较大的浪涌负荷，在组态时就会将其考虑在内。因此，在具有过载要求的变频调速柜中，必须将相应的基本负载电流用作所需负荷的基础。
过载的标准是，在过载发生前后，变频调速柜以其基本负载电流运行，负载的持续时间假定为 300 s。
低过载的基本负载电流IL基于 60 秒时 110% 的负载率或 10 秒时 150% 的负载率。
大型过载的基本负载电流IH基于持续 60 s 的 150 % 暂载率和持续 10 s 的 160 % 暂载率。
