軟起動器短路保護問題探討
發(fā)布時間：2019-08-02 10:19:07來源：
軟起動器短路保護問題探討
Danfoss軟起動器在許多工業(yè)現(xiàn)場有廣泛應(yīng)用。比較近我們?yōu)閹讉€用戶現(xiàn)場排除了軟起動器故障，發(fā)現(xiàn)故障原因都是因為軟起動器前端沒有按照Danfoss說明書的要求安裝快速保險絲，在電機或電機電纜線發(fā)生相間或?qū)Φ囟搪饭收蠒r造成軟起動器可控硅損壞，因此在此討論一下軟起動器的短路保護問題。一、軟起動器工作原理：
軟起動器的主回路功率器件為SCR可控硅，軟起動器的工作原理為通過控制可控硅的觸發(fā)信號導(dǎo)通角以達到控制輸出三相交流電壓的目的。軟起動器比較常見的故障為主回路可控硅損壞直通，短路電流的熱效應(yīng)是造成可控硅損壞的主要原因。短路電流的熱效應(yīng)用I2t值表示，短路時的電流值和短路持續(xù)的時間是短路保護的重要參考參數(shù)。SCR觸發(fā)導(dǎo)通以后沒有自關(guān)斷的能力，如果靠可控硅自然換流關(guān)斷的話，比較長短路關(guān)斷延時時間將達到半個交流周波，對于50Hz的工頻電網(wǎng)而言為10mS?？煽毓璧亩搪愤^流耐受能力一般沒有那么強，所以軟起動器要求由外部裝置提供短路過流保護。
二、軟起動器的短路保護：
下面以丹佛斯220kW軟起動器MCD3220為例，討論一下軟起動器的短路保護措施。
當(dāng)起動電流倍數(shù)為3倍時，額定電機滿載電流430A，由此推算其額定輸出電流能力為：
Ie = 430×3.0 = 1290 A
丹佛斯軟起動器MCD3220主回路可控硅模塊為EUPEC公司出品的T588N16TOF，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：
關(guān)鍵數(shù)據(jù)1：通態(tài)電流有效值1250A，與軟起動器的額定輸出電流能力1290A近似相同；
關(guān)鍵數(shù)據(jù)2：單次10ms比較大峰值有效電流8000A，即靠可控硅自然換流關(guān)斷的話比較大短路電流不允許超過8000A；
關(guān)鍵數(shù)據(jù)3：比較高結(jié)溫（125℃）時的I2t熱耐受能力為320000A2S，這是半導(dǎo)體器件的短路熱耐受能力，短路保護的主要參考數(shù)據(jù)。
短路電流的大小
短路電流到底有多大，由短路的類型和電網(wǎng)內(nèi)阻決定。短路類型有三相火線同時短路，兩相火線之間短路和單相火線接地短路，其中以三相火線同時短路比較為嚴(yán)重。我們就以此種短路形式分析短路電流。
關(guān)鍵數(shù)據(jù)2：單次10ms比較大峰值有效電流8000A，即靠可控硅自然換流關(guān)斷的話比較大短路電流不允許超過8000A；
關(guān)鍵數(shù)據(jù)3：比較高結(jié)溫（125℃）時的I2t熱耐受能力為320000A2S，這是半導(dǎo)體器件的短路熱耐受能力，短路保護的主要參考數(shù)據(jù)。
短路電流的大小
短路電流到底有多大，由短路的類型和電網(wǎng)內(nèi)阻決定。短路類型有三相火線同時短路，兩相火線之間短路和單相火線接地短路，其中以三相火線同時短路比較為嚴(yán)重。我們就以此種短路形式分析短路電流。
三相火線同時短路時的短路電流為Isca：
其中S為電網(wǎng)（變壓器）容量；
Z為電網(wǎng)（變壓器加上電纜）內(nèi)阻。
MCD3220用于可能的較差的500kVA容量、5%內(nèi)阻的電網(wǎng)中時，短路電流也達到13222A，比可控硅模塊T588N16TOF能夠耐受的單次10ms比較大峰值有效電流8000A大。所以靠可控硅自然換流關(guān)斷無法作可靠的短路過流保護。因此丹佛斯軟起動器本體只提供過載和瞬時過載兩個過載保護。
通常用于短路保護的電氣裝置是斷路器和熔斷器，下面就他們的應(yīng)用進行討論。
討論一、用斷路器作短路保護
選配斷路器作短路保護的話，按電機額定電流430A選，如果選用施耐德公司的產(chǎn)品，應(yīng)選擇NS630斷路器。此斷路器可以配置兩種脫扣器，其一為電磁式MA(MAE500)型脫扣器，只有短路電流保護功能，由于MCD3000自帶過載保護，所以可以選用此型號的斷路器，比較快動作時間為固定的20ms。NS630還可配置另一種電機專用電子式脫扣器STR43ME(500A)，有短路和過載保護，短路保護比較大動作時間為10ms。
但是由于斷路器是一種機械裝置，機械裝置有較大的動作滯后，所以施耐德給出總分?jǐn)鄷r間約為60ms?？偡?jǐn)鄷r間與選用何種脫扣器沒有關(guān)系。另外也有文獻估算斷路器的分?jǐn)嘀辽傺舆t一個工頻周期，即20mS。
如果選用國產(chǎn)斷路器，以上海華通的產(chǎn)品為例，當(dāng)選用電機專用型SM30 630A或SM40 630A斷路器，比較快短路保護時間為固定的20ms，查不到也問不到總分?jǐn)鄷r間，但是由于國內(nèi)產(chǎn)品多數(shù)仿制進口產(chǎn)品，所以可以估計實際總分?jǐn)鄷r間不會優(yōu)于施耐德的產(chǎn)品。
上述傳統(tǒng)斷路器的保護動作延時都比SCR可控硅的自然換流關(guān)斷時間長得多，因此不適于作軟起動器的短路過流保護。
再看一下施耐德NS斷路器的高級功能
其中S為電網(wǎng)（變壓器）容量；
Z為電網(wǎng)（變壓器加上電纜）內(nèi)阻。
MCD3220用于可能的較差的500kVA容量、5%內(nèi)阻的電網(wǎng)中時，短路電流也達到13222A，比可控硅模塊T588N16TOF能夠耐受的單次10ms比較大峰值有效電流8000A大。所以靠可控硅自然換流關(guān)斷無法作可靠的短路過流保護。因此丹佛斯軟起動器本體只提供過載和瞬時過載兩個過載保護。
通常用于短路保護的電氣裝置是斷路器和熔斷器，下面就他們的應(yīng)用進行討論。
討論一、用斷路器作短路保護
選配斷路器作短路保護的話，按電機額定電流430A選，如果選用施耐德公司的產(chǎn)品，應(yīng)選擇NS630斷路器。此斷路器可以配置兩種脫扣器，其一為電磁式MA(MAE500)型脫扣器，只有短路電流保護功能，由于MCD3000自帶過載保護，所以可以選用此型號的斷路器，比較快動作時間為固定的20ms。NS630還可配置另一種電機專用電子式脫扣器STR43ME(500A)，有短路和過載保護，短路保護比較大動作時間為10ms。
但是由于斷路器是一種機械裝置，機械裝置有較大的動作滯后，所以施耐德給出總分?jǐn)鄷r間約為60ms?？偡?jǐn)鄷r間與選用何種脫扣器沒有關(guān)系。另外也有文獻估算斷路器的分?jǐn)嘀辽傺舆t一個工頻周期，即20mS。
如果選用國產(chǎn)斷路器，以上海華通的產(chǎn)品為例，當(dāng)選用電機專用型SM30 630A或SM40 630A斷路器，比較快短路保護時間為固定的20ms，查不到也問不到總分?jǐn)鄷r間，但是由于國內(nèi)產(chǎn)品多數(shù)仿制進口產(chǎn)品，所以可以估計實際總分?jǐn)鄷r間不會優(yōu)于施耐德的產(chǎn)品。
上述傳統(tǒng)斷路器的保護動作延時都比SCR可控硅的自然換流關(guān)斷時間長得多，因此不適于作軟起動器的短路過流保護。
再看一下施耐德NS斷路器的高級功能