Types de fusibles

Chaque système électrique fonctionne sur l'équilibre de l'énergie fournie et consommée. Lorsqu'une tension est appliquée à un circuit électrique, elle est appliquée à une certaine résistance dans le circuit. En conséquence, sur la base de la loi d'Ohm, un courant est généré en raison de l'action dont le travail est effectué.

En cas de défauts d'isolement, d'erreurs de montage, de mode secours, la résistance du circuit électrique diminue progressivement ou chute brutalement. Cela entraîne une augmentation correspondante du courant qui, lorsqu'il dépasse la valeur nominale, provoque des dommages matériels et humains.

Les questions de sécurité ont toujours été et seront toujours pertinentes lors de l'utilisation de l'énergie électrique. Par conséquent, une attention particulière est constamment portée aux dispositifs de protection. Les premières conceptions de ce type, appelées fusibles, sont encore largement utilisées aujourd'hui.

Le fusible électrique fait partie du circuit de travail, il est coupé sur la section du fil d'alimentation, il doit supporter de manière fiable la charge de travail et protéger le circuit de l'apparition de surintensités.Cette fonction est à la base de la classification du courant nominal.

Selon le principe de fonctionnement appliqué et la méthode de coupure du circuit, tous les fusibles sont divisés en 4 groupes :

1. avec lien fusible;

2. conception électromécanique ;

3. Basé sur des composants électroniques;

4. modèles d'autocicatrisation avec des propriétés réversibles non linéaires après l'action d'une surintensité.

Lien dynamique

Les fusibles de cette conception comprennent un élément conducteur qui, sous l'action d'un courant dépassant la valeur nominale de consigne, fond par surchauffe et s'évapore. Cela supprime la tension du circuit et le protège.

Les liaisons fusibles peuvent être constituées de métaux tels que le cuivre, le plomb, le fer, le zinc ou certains alliages qui ont un coefficient de dilatation thermique qui fournit les propriétés protectrices des équipements électriques.

Les caractéristiques de chauffage et de refroidissement des fils pour les équipements électriques dans des conditions de fonctionnement stationnaires sont indiquées sur la figure.

Le fonctionnement du fusible à la charge nominale est assuré en créant un équilibre de température fiable entre la chaleur dégagée sur le métal par le passage d'un courant électrique de fonctionnement à travers celui-ci et l'évacuation de la chaleur vers l'environnement due à la dissipation.

En cas de modes d'urgence, cet équilibre est rapidement perturbé.

La partie métallique du fusible augmente la valeur de sa résistance active lorsqu'elle est chauffée. Il en résulte plus de chauffage car la chaleur générée est directement proportionnelle à la valeur de I2R. Dans le même temps, la résistance et la génération de chaleur augmentent à nouveau. Le processus se poursuit comme une avalanche jusqu'à ce que la fusion, l'ébullition et la destruction mécanique du fusible se produisent.

Lorsque le circuit se coupe, il y a un arc électrique à l'intérieur du fusible. Jusqu'au moment de sa disparition complète, un courant dangereux pour l'installation le traverse, qui évolue selon la caractéristique indiquée sur la figure ci-dessous.

Le principal paramètre de fonctionnement du fusible est son courant caractéristique dans le temps, qui détermine la dépendance du multiple du courant de secours (par rapport à la valeur nominale) au temps de réponse.

Pour accélérer le fonctionnement du fusible à faible débit de courants d'urgence, des techniques spéciales sont utilisées:

• créer des formes en coupe variables avec des zones de surface réduite ;

• en utilisant l'effet métallurgique.

Changer d'onglet

Au fur et à mesure que les plaques se rétrécissent, la résistance augmente et plus de chaleur est générée. En fonctionnement normal, cette énergie a le temps de se répartir uniformément sur toute la surface, et en cas de surcharge, des zones critiques se créent dans des endroits étroits. Leur température atteint rapidement un état où le métal fond et coupe le circuit électrique.

Pour augmenter la vitesse, les plaques sont constituées d'une feuille mince et sont utilisées en plusieurs couches connectées en parallèle. Brûler chaque zone d'une des couches accélère l'opération de protection.

Le principe de l'effet métallurgique

Il repose sur la propriété de certains métaux à bas point de fusion, par exemple le plomb ou l'étain, de dissoudre davantage le cuivre, l'argent et certains alliages réfractaires dans leur structure.

Pour ce faire, des gouttes d'étain sont appliquées sur les fils toronnés à partir desquels le lien fusible est fabriqué.À la température admissible du métal des fils, ces additifs ne créent aucun effet, mais en mode d'urgence, ils fondent rapidement, dissolvent une partie du métal de base et accélèrent le fonctionnement du fusible.

L'efficacité de cette méthode ne se manifeste que sur des fils fins et diminue considérablement avec une augmentation de leur section.

Le principal inconvénient d'un fusible est que lorsqu'il est déclenché, il doit être remplacé manuellement par un nouveau. Cela nécessite de maintenir leurs stocks.

Fusibles électromécaniques

Le principe de couper un dispositif de protection dans le fil d'alimentation et d'assurer sa coupure pour soulager la tension permet de classer les produits électromécaniques créés à cet effet comme des fusibles. Cependant, la plupart des électriciens les classent dans une classe distincte et les appellent disjoncteurs ou abrégés en machines automatiques.

Pendant leur fonctionnement, un capteur spécial surveille en permanence la valeur du courant passant. Après avoir atteint une valeur critique, un signal de commande est envoyé au variateur - un ressort chargé à partir d'un déclencheur thermique ou magnétique.

Fusibles de composants électroniques

Dans ces conceptions, la fonction de protection du circuit électrique est prise en charge par des interrupteurs électroniques sans contact basés sur des dispositifs semi-conducteurs de puissance à diodes, transistors ou thyristors.

Ceux-ci sont appelés fusibles électroniques (EP) ou modules de commande et de commutation de courant (MKKT).

A titre d'exemple, la figure montre un schéma de principe montrant le principe de fonctionnement d'un fusible à transistor.

Le circuit de commande d'un tel fusible supprime le signal de valeur de courant mesuré du shunt résistif.Il est modifié et appliqué à l'entrée de la porte semi-conductrice isolée Transistor à effet de champ de type MOSFET. 

Lorsque le courant traversant le fusible commence à dépasser la valeur autorisée, la porte se ferme et la charge est éteinte. Dans ce cas, le fusible est commuté en mode autobloquant.

Si beaucoup de vidéosurveillance est utilisée dans le circuit, il devient difficile de déterminer le fusible grillé. Pour faciliter la recherche, la fonction de signalisation "Alarme" a été introduite, qui peut être détectée par le clignotement de la LED ou en déclenchant un relais solide ou électromécanique.

De tels fusibles électroniques sont à action rapide, leur temps de réponse ne dépasse pas 30 millisecondes.

Le schéma décrit ci-dessus est considéré comme simple, il peut être considérablement étendu avec de nouvelles fonctions supplémentaires :

• surveillance continue du courant dans le circuit de charge avec formation de commandes d'arrêt lorsque le courant dépasse 30% de la valeur nominale ;

• arrêt de la zone protégée en cas de courts-circuits ou de surcharges avec un signal lorsque le courant dans la charge dépasse 10 % du réglage défini ;

• protection de l'élément de puissance du transistor en cas de températures supérieures à 100 degrés.

Pour de tels schémas, les modules ICKT utilisés sont divisés en 4 groupes de temps de réponse. Les appareils les plus rapides sont classés en classe « 0 ». Ils interrompent les courants dépassant le réglage de 50 % jusqu'à 5 ms, de 300 % en 1,5 ms, de 400 % en 10 μs.

Fusibles auto-cicatrisants

Ces dispositifs de protection diffèrent des fusibles en ce qu'après l'arrêt de la charge d'urgence, ils conservent leur fonctionnement pour une utilisation répétée.C'est pourquoi ils ont été appelés auto-guérison.

La conception est basée sur des matériaux polymères avec un coefficient de température positif de résistance électrique. Ils ont une structure de réseau cristallin dans des conditions normales et normales et se transforment brusquement en un état amorphe lorsqu'ils sont chauffés.

La caractéristique de déclenchement d'un tel fusible est généralement donnée comme le logarithme de la résistance en fonction de la température du matériau.

Lorsqu'un polymère a un réseau cristallin, il est bon, comme un métal, pour conduire l'électricité. A l'état amorphe, la conductivité est fortement dégradée, ce qui assure l'arrêt de la charge lorsqu'un mode anormal survient.

De tels fusibles sont utilisés dans les dispositifs de protection pour éliminer l'apparition de surcharges répétées lorsque le remplacement du fusible ou les actions manuelles de l'opérateur sont difficiles. C'est le domaine des appareils électroniques automatiques largement utilisés dans la technologie informatique, les gadgets mobiles, la technologie de mesure et médicale et les véhicules.

Le fonctionnement fiable des fusibles à réarmement automatique est affecté par la température ambiante et la quantité de courant qui la traverse. Afin d'être pris en compte, des conditions techniques ont été introduites :

• courant de transmission, défini comme la valeur maximale à une température de +23 degrés Celsius, qui ne déclenche pas l'appareil ;

• le courant de fonctionnement, comme valeur minimale qui, à la même température, conduit au passage du polymère à un état amorphe ;

• la valeur maximale de la tension de fonctionnement appliquée ;

• temps de réponse, mesuré à partir du moment où le courant de secours se produit jusqu'à ce que la charge soit éteinte ;

• dissipation de puissance, qui détermine la capacité du fusible à +23 degrés à transférer de la chaleur à l'environnement;

• résistance initiale avant de se connecter au travail ;

• la résistance atteint 1 heure après la fin de l'opération.

Les protecteurs auto-cicatrisants ont :

• petites tailles;

• réponse rapide;

• Emploi stable;

• protection combinée des appareils contre la surcharge et la surchauffe;

• pas besoin d'entretien.

Variétés de modèles de fusibles

Selon les tâches, des fusibles sont créés pour fonctionner dans des circuits :

• installations industrielles;

• appareils électroménagers à usage général.

Parce qu'ils fonctionnent dans des circuits avec des tensions différentes, les boîtiers sont fabriqués avec des propriétés diélectriques distinctives. Selon ce principe, les fusibles sont divisés en structures qui fonctionnent :

• avec des appareils à basse tension ;

• dans les circuits jusqu'à 1000 volts inclus ;

• dans les circuits d'équipements industriels à haute tension.

Les conceptions spéciales incluent des fusibles :

• explosif;

• perforé;

• avec extinction de l'arc lorsque le circuit s'ouvre dans des canaux étroits de charges à grains fins ou la formation d'autogaz ou d'explosion liquide;

• pour les véhicules.

Le courant de défaut limité d'un fusible peut varier de fractions d'ampère à kiloampères.

Parfois, les électriciens, au lieu d'un fusible, installent un fil calibré dans le boîtier. Cette méthode n'est pas recommandée, car même avec une sélection précise de la section, la résistance électrique du fil peut différer de celle recommandée en raison des propriétés du métal ou de l'alliage lui-même. Un tel fusible ne fonctionnera pas à coup sûr.

Une erreur encore plus grande est l'utilisation accidentelle de "bugs" faits maison.Ils sont la cause la plus fréquente d'accidents et d'incendies dans le câblage électrique.