Fusibles

Normalement, l'intensité nominale d'un conducteur est une limite de conception de circuit à ne jamais dépasser intentionnellement, mais il existe une application où un dépassement d'intensité admissible est attendu :dans le cas des fusibles .

Qu'est-ce qu'un fusible ?

Un fusible est un dispositif de sécurité électrique construit autour d'une bande conductrice conçue pour fondre et se séparer en cas de courant excessif. Les fusibles sont toujours connectés en série avec le(s) composant(s) à protéger contre les surintensités, de sorte que lorsque le fusible grille (s'ouvre) il ouvrira tout le circuit et arrêtera le courant à travers le(s) composant(s). Un fusible connecté dans une branche d'un circuit parallèle, bien sûr, n'affecterait pas le courant à travers l'une des autres branches.

Normalement, le mince morceau de fil fusible est contenu dans une gaine de sécurité pour minimiser les risques d'explosion d'arc si le fil brûle avec une force violente, comme cela peut arriver dans le cas de surintensités sévères. Dans le cas des petits fusibles automobiles, la gaine est transparente afin que l'élément fusible puisse être inspecté visuellement. Le câblage résidentiel utilise couramment des fusibles à visser avec des corps en verre et une fine bande de feuille métallique étroite au milieu. Une photo montrant les deux types de fusibles est montrée ici :

Les fusibles de type cartouche sont populaires dans les applications automobiles et dans les applications industrielles lorsqu'ils sont construits avec des matériaux de gaine autres que le verre. Parce que les fusibles sont conçus pour « échouer » à s'ouvrir lorsque leur courant nominal est dépassé, ils sont généralement conçus pour être remplacés facilement dans un circuit. Cela signifie qu'ils seront insérés dans un certain type de support plutôt que d'être directement soudés ou boulonnés aux conducteurs du circuit. Ce qui suit est une photographie montrant quelques fusibles à cartouche en verre dans un porte-fusible multiple :

Les fusibles sont maintenus par des pinces métalliques à ressort, les pinces elles-mêmes étant connectées en permanence aux conducteurs du circuit. Le matériau de base du porte-fusible (ou boîte à fusibles comme on les appelle parfois) est choisi pour être un bon isolant.

Un autre type de porte-fusible pour fusibles de type cartouche est couramment utilisé pour une installation dans des panneaux de commande d'équipement, où il est souhaitable de dissimuler tous les points de contact électrique du contact humain. Contrairement à la boîte à fusibles qui vient d'être illustrée, où tous les clips métalliques sont à découvert, ce type de porte-fusible enferme complètement le fusible dans un boîtier isolant :

Le dispositif le plus couramment utilisé pour la protection contre les surintensités dans les circuits à haute intensité aujourd'hui est le disjoncteur .

Qu'est-ce qu'un disjoncteur ?

Disjoncteurs sont des interrupteurs spécialement conçus qui s'ouvrent automatiquement pour arrêter le courant en cas de surintensité. Les petits disjoncteurs, tels que ceux utilisés dans les services résidentiels, commerciaux et industriels légers, fonctionnent thermiquement. Ils contiennent un bimétallique (une mince bande de deux métaux collés dos à dos) transportant le courant du circuit, qui se plie lorsqu'il est chauffé. Lorsqu'une force suffisante est générée par le bilame (en raison d'un échauffement de surintensité de la bande), le mécanisme de déclenchement est actionné et le disjoncteur s'ouvre. Les disjoncteurs plus grands sont automatiquement actionnés par la force du champ magnétique produit par les conducteurs porteurs de courant à l'intérieur du disjoncteur, ou peuvent être déclenchés pour se déclencher par des dispositifs externes surveillant le courant du circuit (ces dispositifs étant appelés relais de protection ).

Étant donné que les disjoncteurs ne tombent pas en panne lorsqu'ils sont soumis à des conditions de surintensité - au contraire, ils s'ouvrent simplement et peuvent être refermés en déplaçant un levier - ils sont plus susceptibles d'être connectés à un circuit de manière plus permanente que les fusibles. Une photo d'un petit disjoncteur est montrée ici :

D'apparence extérieure, cela ne ressemble à rien de plus qu'à un interrupteur. En effet, il pourrait être utilisé comme tel. Cependant, sa véritable fonction est de fonctionner comme un dispositif de protection contre les surintensités.

Il convient de noter que certaines automobiles utilisent des dispositifs peu coûteux appelés liens fusibles pour la protection contre les surintensités dans le circuit de charge de la batterie, en raison du coût d'un fusible et d'un support correctement évalués. Un maillon fusible est un fusible primitif, n'étant rien de plus qu'un court morceau de fil isolé en caoutchouc conçu pour fondre en cas de surintensité, sans gaine dure d'aucune sorte. De tels dispositifs grossiers et potentiellement dangereux ne sont jamais utilisés dans l'industrie ou même dans l'utilisation d'électricité résidentielle, principalement en raison des niveaux de tension et de courant plus élevés rencontrés. En ce qui concerne cet auteur, leur application même dans les circuits automobiles est discutable.

Le symbole de schéma électrique d'un fusible est une courbe en forme de S :

Cotes des fusibles

Les fusibles sont principalement évalués, comme on pourrait s'y attendre, dans l'unité de courant :ampères. Bien que leur fonctionnement dépende de l'auto-génération de chaleur dans des conditions de courant excessif au moyen de la propre résistance électrique du fusible, ils sont conçus pour apporter une quantité négligeable de résistance supplémentaire aux circuits qu'ils protègent. Ceci est largement accompli en rendant le fil fusible aussi court que possible dans la pratique. Tout comme l'intensité admissible d'un fil normal n'est pas liée à sa longueur (un fil de cuivre solide de calibre 10 supportera 40 ampères de courant dans l'air libre, quelle que soit sa longueur ou sa longueur), un fil fusible de certains matériaux et calibre soufflera à un certain courant, peu importe sa durée. Étant donné que la longueur n'est pas un facteur dans l'estimation actuelle, plus elle peut être courte, moins elle aura de résistance de bout en bout.

Cependant, le concepteur de fusibles doit également tenir compte de ce qui se passe après qu'un fusible a sauté :les extrémités fondues du fil autrefois continu seront séparées par un intervalle d'air, avec une pleine tension d'alimentation entre les extrémités. Si le fusible n'est pas assez long sur un circuit haute tension, une étincelle peut sauter d'une des extrémités du fil fondu à l'autre, complétant à nouveau le circuit :

Par conséquent, les fusibles sont évalués en fonction de leur capacité de tension ainsi que du niveau de courant auquel ils vont sauter.

Certains gros fusibles industriels ont des éléments de fil remplaçables, pour réduire les dépenses. Le corps du fusible est une cartouche opaque et réutilisable, protégeant le fil fusible de l'exposition et protégeant les objets environnants du fil fusible.

La valeur nominale actuelle d'un fusible ne se résume pas à un seul numéro. Si un courant de 35 ampères est envoyé à travers un fusible de 30 ampères, il peut souffler soudainement ou retarder avant de souffler, selon d'autres aspects de sa conception. Certains fusibles sont destinés à sauter très vite, tandis que d'autres sont conçus pour des temps « d'ouverture » plus modestes, voire pour une action retardée selon l'application. Ces derniers fusibles sont parfois appelés à action lente fusibles en raison de leurs caractéristiques de temporisation intentionnelles.

Un exemple classique d'application de fusible lent est dans la protection de moteur électrique, où appel des courants allant jusqu'à dix fois le courant de fonctionnement normal sont couramment rencontrés chaque fois que le moteur est démarré à partir d'un arrêt mort. Si des fusibles à fusion rapide devaient être utilisés dans une application comme celle-ci, le moteur ne pourrait jamais démarrer car les niveaux de courant d'appel normaux feraient sauter le(s) fusible(s) immédiatement ! La conception d'un fusible à fusion lente est telle que l'élément fusible a plus de masse (mais pas plus d'intensité admissible) qu'un fusible à fusion rapide équivalent, ce qui signifie qu'il chauffera plus lentement (mais à la même température ultime) pour une quantité donnée du courant.

À l'autre extrémité du spectre d'action des fusibles, il y a les soi-disant fusibles à semi-conducteurs conçu pour s'ouvrir très rapidement en cas de surintensité. Les dispositifs à semi-conducteurs tels que les transistors ont tendance à être particulièrement intolérants aux conditions de surintensité et, en tant que tels, nécessitent une protection à action rapide contre les surintensités dans les applications à haute puissance.

Les fusibles sont toujours censés être placés du côté « chaud » de la charge dans les systèmes mis à la terre. Le but de ceci est que la charge soit complètement hors tension à tous égards après l'ouverture du fusible. Pour voir la différence entre la fusion du côté « chaud » et du côté « neutre » d'une charge, comparez ces deux circuits :

Dans les deux cas, le fusible a réussi à interrompre le courant vers la charge, mais le circuit inférieur ne parvient pas à interrompre la tension potentiellement dangereuse de chaque côté de la charge à la terre, où une personne pourrait se tenir. La première conception de circuit est beaucoup plus sûre.

Comme il a été dit précédemment, les fusibles ne sont pas le seul type de dispositif de protection contre les surintensités utilisé. Appareils de type interrupteur appelés disjoncteurs sont souvent (et plus couramment) utilisés pour ouvrir des circuits avec un courant excessif, leur popularité étant due au fait qu'ils ne se détruisent pas en cassant le circuit comme le font les fusibles. Dans tous les cas, cependant, le placement du dispositif de protection contre les surintensités dans un circuit suivra les mêmes directives générales énumérées ci-dessus :à savoir, pour « fusionner » le côté de l'alimentation pas relié à la terre.

Bien que le placement de la protection contre les surintensités dans un circuit puisse déterminer le risque de choc relatif de ce circuit dans diverses conditions, il faut comprendre que de tels dispositifs n'ont jamais été conçus pour se prémunir contre les chocs électriques. Ni les fusibles ni les disjoncteurs n'ont été conçus pour s'ouvrir en cas d'électrocution; ils sont plutôt destinés à s'ouvrir uniquement dans des conditions de surchauffe potentielle du conducteur. Les dispositifs de surintensité protègent principalement les conducteurs d'un circuit contre les dommages causés par la surchauffe (et les risques d'incendie associés à des conducteurs trop chauds) et protègent secondairement des équipements spécifiques tels que des charges et des générateurs (certains fusibles à action rapide sont conçus pour protéger les appareils électroniques particulièrement sensibles aux surtensions de courant). Étant donné que les niveaux de courant nécessaires pour un choc électrique ou une électrocution sont bien inférieurs aux niveaux de courant normaux des charges électriques courantes, une condition de surintensité n'est pas indicative d'un choc. Il existe d'autres appareils conçus pour détecter certaines conditions de choc (les détecteurs de défaut à la terre étant les plus courants), mais ces appareils servent strictement à cet objectif et ne sont pas impliqués dans la protection des conducteurs contre la surchauffe.

AVIS :

• Un fusible est un petit conducteur mince conçu pour fondre et se séparer en deux morceaux dans le but de couper un circuit en cas de courant excessif.
• Un disjoncteur est un interrupteur spécialement conçu qui s'ouvre automatiquement pour interrompre le courant du circuit en cas de surintensité. Ils peuvent être « déclenchés » (ouverts) thermiquement, par des champs magnétiques ou par des dispositifs externes appelés « relais de protection », selon la conception du disjoncteur, sa taille et l'application.
• Les fusibles sont principalement évalués en termes de courant maximum, mais sont également évalués en termes de chute de tension qu'ils supporteront en toute sécurité après avoir interrompu un circuit.
• Les fusibles peuvent être conçus pour sauter rapidement, lentement ou n'importe où entre les deux pour le même niveau de courant maximum.
• Le meilleur endroit pour installer un fusible dans un système d'alimentation mis à la terre est sur le chemin du conducteur non mis à la terre vers la charge. De cette façon, lorsque le fusible saute, seul le conducteur mis à la terre (sûr) reste connecté à la charge, ce qui rend les personnes à proximité plus sûres.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail de protection contre les surintensités