下面以丹佛斯220kw軟起動(dòng)器mcd3220為例，討論一下軟起動(dòng)器的短路保護(hù)措施。
mcd3220額定輸出能力見下表：
當(dāng)起動(dòng)電流倍數(shù)為3倍時(shí)，額定電機(jī)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(dòng)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(dòng)器的額定輸出電流能力1290a近似相同；
關(guān)鍵數(shù)據(jù)2：?jiǎn)未?0ms最大峰值有效電流8000a，即靠可控硅自然換流關(guān)斷的話最大短路電流不允許超過8000a；
關(guān)鍵數(shù)據(jù)3：最高結(jié)溫（125℃）時(shí)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(hù)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(shí)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(shí)短路最為嚴(yán)重。我們就以此種短路形式分析短路電流。
圖二、不同電網(wǎng)容量和電網(wǎng)內(nèi)阻時(shí)的短路電流
三相火線同時(shí)短路時(shí)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。
圖二以電網(wǎng)內(nèi)阻為5%和2%為例，分別計(jì)算出isca的值。
mcd3220用于可能的較差的500kva容量、5%內(nèi)阻的電網(wǎng)中時(shí)，短路電流也達(dá)到13222a，比可控硅模塊t588n16tof能夠耐受的單次10ms最大峰值有效電流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(hù)。因此丹佛斯軟起動(dòng)器本體只提供過載和瞬時(shí)過載兩個(gè)過載保護(hù)。
下圖是丹佛斯軟起動(dòng)器瞬時(shí)過載保護(hù)的整定參數(shù)。
通常用于短路保護(hù)的電氣裝置是斷路器和熔斷器，下面就他們的應(yīng)用進(jìn)行討論。
討論一、用斷路器作短路保護(hù)
選配斷路器作短路保護(hù)的話，按電機(jī)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(hù)功能，由于mcd3000自帶過載保護(hù)，所以可以選用此型號(hào)的斷路器，最快動(dòng)作時(shí)間為固定的20ms。ns630還可配置另一種電機(jī)專用電子式脫扣器str43me(500a)，有短路和過載保護(hù)，短路保護(hù)最大動(dòng)作時(shí)間為10ms。
但是由于斷路器是一種機(jī)械裝置，機(jī)械裝置有較大的動(dòng)作滯后，所以施耐德給出總分?jǐn)鄷r(shí)間約為60ms?？偡?jǐn)鄷r(shí)間與選用何種脫扣器沒有關(guān)系。另外也有文獻(xiàn)估算斷路器的分?jǐn)嘀辽傺舆t一個(gè)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(jī)專用型sm30 630a或sm40 630a斷路器，最快短路保護(hù)時(shí)間為固定的20ms，查不到也問不到總分?jǐn)鄷r(shí)間，但是由于國內(nèi)產(chǎn)品多數(shù)仿制進(jìn)口產(chǎn)品，所以可以估計(jì)實(shí)際總分?jǐn)鄷r(shí)間不會(huì)優(yōu)于施耐德的產(chǎn)品。
上述傳統(tǒng)斷路器的保護(hù)動(dòng)作延時(shí)都比scr可控硅的自然換流關(guān)斷時(shí)間長得多，因此不適于作軟起動(dòng)器的短路過流保護(hù)。
再看一下施耐德ns斷路器的高級(jí)功能 — reflex能量跳閘功能，據(jù)稱在短路故障時(shí)能產(chǎn)生一種強(qiáng)大氣體壓力直接作用于一個(gè)活塞機(jī)構(gòu)，使斷路器快速可靠地分?jǐn)?。由于?dòng)作非常迅速，<10ms，所以如同快速熔斷器一樣，具有自然抑制短路電流的功能。其限流特性曲線如下圖：
圖三、施耐德斷路器的reflex抑制短路電流功能
從圖三可以看出ns630在預(yù)期短路電流>30ka以上時(shí)，有明顯的限制短路電流能力，但是30ka對(duì)于可控硅來說實(shí)在太大了，而且動(dòng)作延時(shí)時(shí)間也要達(dá)到半個(gè)工頻周波10ms，因此reflex功能也不適于作軟起動(dòng)器的短路過流保護(hù)。實(shí)際上施耐德推出此功能本身也只是定位在改善對(duì)動(dòng)力電纜或母線的保護(hù)上的。
討論二、 用半導(dǎo)體保護(hù)專用快速熔斷器作短路保護(hù)（丹佛斯說明書的要求）
丹佛斯推薦mcd3220軟起動(dòng)器前級(jí)安裝800a的快速熔斷器。
快速熔斷器的熔斷特性如圖三所示：
熔斷器動(dòng)作時(shí)間分為兩段，第一四是弧前時(shí)間，即熔斷器溶化的時(shí)間，期間電流與預(yù)期短路電流相同。
弧前時(shí)間具體值可從圖五查得?？梢圆榈筋~定電流800a的快速熔斷器，當(dāng)短路電流為13222a時(shí)，弧前時(shí)間<2ms；當(dāng)短路電流為99165a時(shí)，弧前時(shí)間< 0.1ms。第二段為弧斷時(shí)間，這是產(chǎn)生電弧和滅弧所需的時(shí)間，在此期間電流是不斷減小的。
圖五、快速熔斷器的弧前時(shí)間
圖四、快速熔斷器的動(dòng)作特性 圖五、快速熔斷器的弧前時(shí)間
總的來說快速熔斷器在發(fā)生故障時(shí)的總動(dòng)作時(shí)間與短路電流的熱效應(yīng)相關(guān)，因此快熔的關(guān)鍵參數(shù)不是動(dòng)作時(shí)間，而是動(dòng)作過程中的累計(jì)電流發(fā)熱量i2t，這與可控硅短路保護(hù)需要參考的數(shù)據(jù)指標(biāo)是一致的。只要快熔的總i2t值與被保護(hù)的半導(dǎo)體器件的i2t值相匹配，就能起到有效的短路保護(hù)作用。
下表是丹佛斯軟起動(dòng)器要求的前級(jí)短路保護(hù)快熔選型表：
丹佛斯說明書中要求mcd3220前級(jí)安裝bussmann的170m6012半導(dǎo)體熔斷器，要求的可控硅需要的短路保護(hù)i2t值為320000a2s，也就是mcd3220軟起動(dòng)器使用的可控硅t588n16tof需要的短路保護(hù)i2t值。
半導(dǎo)體熔斷器170m6012的數(shù)據(jù)見下表：
由于bussmann的手冊(cè)中給出的弧斷i2t值為660v電網(wǎng)電壓時(shí)的數(shù)據(jù)，所以還要查表求出400v電網(wǎng)電壓時(shí)的修正系數(shù)，從右圖可以查到修正系數(shù)約為0.61。則可得：
170m6012在400v電網(wǎng)中的弧斷i2t 。
弧斷i2t = 465000×0.61= 283650
170m6012的總i2t值 = 弧前i2t + 弧斷i2t
= 69500 + 283650
= 353150
此值與可控硅保護(hù)需要的i2t值320000相近。
結(jié)論：
半導(dǎo)體器件保護(hù)專用快速熔斷器能夠提供軟起動(dòng)器短路保護(hù)。對(duì)于通常客戶，必須要求采用丹佛斯推薦的半導(dǎo)體熔斷器作軟起動(dòng)器短路保護(hù)。斷路器不能滿足軟起動(dòng)器短路保護(hù)的要求。
軟起動(dòng)器型號(hào)
快速熔斷器型號(hào)
熔斷器座型號(hào)
mcd3007
ngt00c-380v/125 (63a)
sist101
mcd3015
ngt00c-380v/125 (125a)
mcd3018
ngtc1-380v/250 (160a)
sist201
mcd3022
ngtc1-380v/250 (160a)
mcd3030
ngtc1-380v/250 (160a)
mcd3037
ngtc2-380v/400 (280a)
sist401
mcd3045
ngtc2-380v/400 (280a)
mcd3055
ngtc2-380v/400 (280a)
mcd3075
ngtc2-380v/400 (400a)
mcd3090
ngtc3-380v/630 (500a)
sist601
mcd3110
ngtc3-380v/630 (560a)
mcd3132
ngtc3-380v/630 (630a)
mcd3185
rst3-500v/800 (700a)
無座
mcd3220
rst3-500v/800 (800a)
mcd3300
rst3-500v/1200 (1000a)
mcd3315
rst3-500v/1200 (1200a)
mcd3400
rst1-1000v/2000 (1600a)
mcd3500
rst1-1000v/2000 (2000a)
mcd3600
rst1-1000v/2000 (2000a)
mcd3700
rst1-1000v/2000 (2000a)
mcd3800
rst1-1000v/2000 (2000a)