Fusibles

Un fusible est un composant conducteur d'électricité qui accepte de laisser passer un courant jusqu'à une certaine valeur, sans fondre. Au delà de cette valeur de courant limite, il fond et empêche ainsi le courant de continuer sur sa lancée. On l'utilise pour protéger un équipement ou pour protéger une ligne d'alimentation (câble électrique) contre des surintensités, qui peuvent provoquer un échauffement important, voir un incendie. Une surintensité peut tout aussi bien provenir d'une surtension, que d'un défaut d'un composant dans une électronique quelconque. Un court-circuit est une cause fréquente de surintensité (court-circuit en sortie d'une alimentation ou en sortie HP d'un amplificateur BF, par exemple). On connait bien, au moins pour les avoir vus au moins une fois dans sa vie, les fusibles archi-connus de type 5x20 (diamètre 5 mm et longueur 20 mm), largement utilisés dans les appareils électroniques, ou ceux de type 10x38 utilisés dans les anciennes installations électriques individuelles (les fameux 10A, 16A ou 20A). Mais on connait peut-être un peu moins bien les autres types de fusibles. Cette page passe en revue quelques types de cette grande famille de composants.

Un fusible présente toujours une certaine résistivité ohmique, et de ce fait occasionne une chute de tension quand il est parcouru par un courant. Sa résistivité ohmique est normalement faible en regard du courant qui doit le traverser, la chute de tension qu'il présente à ses bornes doit en effet resté faible. Cette chute de tension est de quelques dizaines à quelques centaines de mV pour un fusible de calibre faible - 500 mV pour un fusible de calibre 100 mA par exemple, et de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de mV pour un fusible de calibre élevé - 150 mV pour un fusible de calibre 10A, par exemple. 

Il existe deux catégories de fusibles : les rapides et les retardés (appelés aussi temporisés). Le fusible rapide fond très rapidement dès l'instant où le courant qui le traverse dépasse la valeur qui conduit à sa fusion. Le fusible retardé (temporisé) ne fond pas immédiatement, il faut que le courant qui le traverse persiste un moment à dépasser le seuil autorisé pour que la fusion ait lieu. On emploie le fusible rapide où aucune surintensité, même très brève n'est supportée. Et on emploie le fusible retardé dans les montage où l'on sait d'avance qu'auront forcement lieu des surintensités brèves, la plupart du temps au moment de la mise sous tension ou du démarrage d'une charge provoquant un appel de courant fort. Il est déconseillé de remplacer un fusible rapide par un retardé. L'inverse est moins dangereux pour l'équipement protégé, mais le fusible risque de griller plus souvent qu'il ne le devrait. De toute façon, il est toujours conseillé de remplacer un fusible défectueux par un de même type et de même calibre.

Codage par lettre :

F = Rapide (Fast)

T = Temporisé (Temporised)

La rapidité de la fusion peut être exprimée par la formule I²t, qui correspond au produit du carré d'un courant qui le traverse (I²) par le temps qu'il met à fondre (t) quand il est traversé par ce même courant. En termes plus clairs, le fusible ne fond pas immédiatement quand le courant qui le traverse dépasse son calibre. Certains fabricants fournissent des tables ou des abaques qui permettent de connaitre le temps que met un fusible pour fondre quand il est parcouru par un courant donné. Il est important de connaitre cette caractéristique du fusible, car tout cela implique une protection qui peut être trop "lente", et qui peut ne pas suffire dans certains cas où la coupure doit s'effectuer très rapidement (protection des personnes par exemple). Le choix d'un fusible n'est pas toujours évident, et il faut parfois trouver un compromis entre rapidité de fusion et nombre de fusions intempestives. 

On peut trouver des petits fusibles de 63 mA, comme on peut en trouver des "gros" de 300 A. Il est d'usage de penser, et cela est compréhensible, que le calibre du fusible correspond à la valeur du courant qu'il est censé accepter, et que cette valeur correspond à une valeur infranchissable. En d'autres termes, que le fusible fond dès que la valeur du courant qui le traverse dépasse son calibre. Mais ça ne se passe pas tout à fait comme ça, on l'a vu dans le paragraphe précédent. Le fusible fond parce qu'il a trop chaud. Chaud à tel point, qu'il en devient d'abord tout rouge, puis fini par se couper. Pour atteindre une température qui suffise à le faire fondre, le courant qui le traverse doit dépasser les limites pendant un temps minimal (voir formule du paragraphe précédent). Prenons pour exemple un fusible de 1A retardé, parcouru par une courant nominal 600 mA. Pendant une durée très brève de 10 us, le courant qui traverse ce fusible va atteindre 3A, ce qui représente trois fois plus que son calibre. Le fusible fond-il ? Et bien non. La durée de la surintensité n'a pas été assez importante pour que le fusible chauffe assez et fonde.

Il existe un code couleur pour certains fusibles, où à une couleur correspond un calibre donné pour une catégorie donnée. Le tableau ci-dessous indique la correspondance entre code couleur et calibre pour des fusibles industriels basse tension de type D (D01, D02, D03, DI, DII, DIII, DIV, DV).

       

Attention ! Comme vous pouvez le constater, une même couleur peut être utilisée pour des calibres différents dans plusieurs catégories différentes.

Rentrent dans cette catégorie, tous les fusibles que nous avons l'habitude de voir dans nos petits équipements électroniques de tous les jours : amplificateurs, enceintes amplifiées de quelques watts à quelques dizaines de watts, par exemple.



Il s'agit de petits fusibles, dont le calibre et les dimensions physiques sont faibles, et qui se présentent en général sous la forme d'un tube en verre scellé aux deux extrémités par deux capuchons métalliques, les deux capuchons étant reliés entre eux par un fil de cuivre assez fin. Il peut s'agir d'un fil droit ou présentant un petit enroulement. Le fil peut se retrouver seul dans son enceinte en verre, ou baigner dans du sable.

Ce sont ceux que l'on rencontre sur la distribution électrique dans les maisons et appartement, quand ils ne sont pas encore remplacés par des disjoncteurs, et que l'on appelle aussi cartouche céramique. 



Certains possèdent un voyant de fusion, permettant d'un coup d'oeil de savoir si le fusible est encore bon ou s'il a fondu. 
Calibres : de quelques ampères à quelques dizaines d'ampères.
Dimensions : 8,5 x 23 mm - 8,5 x 31,5 mm - 10,3 x 25,8 mm - 10,3 x 31,5 mm - 10,3 x 38 mm

Il existe divers types de fusibles de puissance, dont par exemple le modèle ANL utilisé en automobile, et dont le calibre peut monter jusqu'à 300A.



Les fusibles de puissance peuvent aussi être constitués d'un morceau de cuivre plein, sur circuit imprimé ou sur plastique, dont les largeur et épaisseur ont été calculées pour occasionner la fusion à partir d'une certaine valeur de courant. Le dessin ci-après représente un fusible de 100A, réalisé en cuivre et posé sur un morceau de plastique. 



Trois connections par vis sont assurées de chaque côté pour le raccordement au circuit. Il y a trois connections de chaque côté car une seule serait un peu juste et risquée pour faire passer un courant de plusieurs dizaines d'ampères (l'épaisseur du cuivre n'est pas ici aussi importante que l'épaisseur des connexions du fusible ANL présenté juste avant). Le fusible en lui-même (la partie qui va fondre en cas de problème) est la zone centrale où la largeur de cuivre est raccourcie.

Un fusible réarmable est un composant qui assure une protection contre les surintensité, tout comme un fusible normal à usage unique, mais qui se réarme tout seul quand le défaut à disparu et qui n'a pas besoin d'être changé.



Il présente une résistance faible à température ambiante et une résistance élevée à température élevée. Si le courant qui le traverse est trop important par rapport à son calibre, sa température augmente rapidement et sa résistance (au passage du courant) augmente aussitôt, assurant ainsi la protection contre la surintensité. Le fusible est dit réarmable car aucune action ne doit être menée suit à l'incident. Si la cause de la surintensité a disparu, le composant se replace dans son état initial et tout reprend son cours normal de fonctionnement. Si la cause de la surintensité persiste, le composant reste dans son état de protection. Quand on parle de fusible réarmable, on pense immédiatement à un emploi dans les alimentations secteur. Mais on peut aussi les utiliser en parallèle sur des HP (tweeter par exemple), ou à tout autre endroit où une surintensité est préjudiciable à un circuit électronique.

Il s'agit de fusibles à montage radial, dont les deux pattes sont parallèles et espacées de 5,08 mm (soit 2 x 2,54 mm, 2,54 mm correspondant à l'espacement entre deux pattes d'un circuit intégré). 



Ce type de fusible peut être directement soudé sur un circuit imprimé, ou être monté sur un support (bien entendu cette deuxième option est préférable pour un échange plus simple). Il existe en version temporisé et rapide, et la plage de calibres couverte commence à quelques milliAmpères et ne dépasse pas quelques ampères.

Les fusibles pour voiture (certains sont appelés fusibles à languette ou fusible à lamelle) ont souvent un calibre en courant important, car les appels de courant des divers organes électriques d'une voiture sont parfois très élevés, et ils ne doivent pas pour lâcher "trop vite". 

  


Certains fusibles Faston sont dotés d'un voyant qui s'allume quand le fusible est grillé (en temps normal, le voyant est court-circuité par le fusible lui-même et ne peut donc s'allume).

Les fusibles haute tension sont plus allongés que la "moyenne", puisqu'ils doivent présenter une isolation supérieure entre les deux extrémités.

On rencontre ce type de fusible dans les appareils électroménagers de moyenne puissance (petit électroménager comme cafetière, fer à repasser), et dans certains transformateurs d'alimentation secteur. 



Le côté en forme de pointe rouge n'indique pas qu'il s'agit d'une diode ou d'un condensateur (la première fois que j'ai vu ce composant, j'ai cherché un remplaçant pendant longtemps, pensant qu'il s'agissait d'une diode). Ils sont capable de laisser passer un courant d'une dizaine d'ampères, et fondent quand leur température excède une valeur donnée.
Températures de fusion possibles : 68°C - 91°C - 117°C - 128°C - 150°C - 183°C - 205°C - 250°C

Les fusibles limiteurs MT sont principalement utilisés pour la protection de transformateurs et de moteurs. Ils ont la particularité de limiter considérablement l'amplitude du courant et l'énergie libérée en cas de court-circuit franc. 

Ce type de fusible a un principe de fonctionnement différent des autres fusibles : en cas de surintensité, un matériaux explosif contenu dans le fusible, explose et provoque le mouvement d'un piston qui va couper le circuit.

Oui ! Un fusible placé en série dans une circuit qui subit fréquemment des à-coups de courant (allumages / extinctions répétés par exemple) vieillit et devient de plus en plus "sensible". Dans les appareils professionnels soumis à un environnement électrique difficile (zone où les coupures secteur sont nombreuses par exemple), il est parfois recommandé de changer préventivement le fusible. Le risque existe en effet que le fusible fonde lors d'une remise sous tension de l'équipement, alors même que le courant à cet instant n'était pas plus important que les autres fois. 

Oui ! Comme pour beaucoup de composants électroniques, il existe différentes qualités de fusibles, et certains, fabriqués à bas coût, ne sont pas aussi fiables que d'autres produits par des fabricants sérieux. Parfois, la partie du fusible qui fond n'est pas celle à laquelle on pense, à savoir le fil conducteur visible. En exemple, la photo suivante, ou la liaison capuchon-fil a fondu avant le fil principal (clic pour agrandir).

Il est des cas où un fusible chauffe exagérément, ce qui nuit à sa fiabilité et à sa durée de vie. Il n'est pas facile de voir à l'oeil nu si un fusible chauffe normalement ou trop, mais une caméra thermique, qui restitue une image avec des couleurs qui sont fonction des températures mesurées, peut être utilisée pour mettre en évidence des points chauds (on appelle point chaud un endroit où la température est anormalement élevée).