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.
Chute de tension
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.
Retardé / Rapide / Ultra-rapide
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.
Très important : on ne choisit pas un fusible "au pif". Pour bien choisir un fusible, il faut connaître l'équipement et/ou l'installation que l'on veut protéger.
Calibres
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.
Code de couleur pour le calibre
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).
Couleur |
Type |
Calibre |
Couleur |
Type |
Calibre |
|||
Rose |
D01, DI, DII |
2A |
Noir |
DIII |
35A |
|||
Marron |
D01, DI, DII |
4A |
Blanc |
D02, DIII |
50A |
|||
Vert |
D01, DI, DII |
6A |
Cuivre |
D02, DIII |
63A |
|||
Rouge |
D01, DI, DII |
10A |
Argent |
DIV |
80A |
|||
Gris |
D01, DI, DII |
16A |
Rouge |
DIV |
100A |
|||
Bleu |
D02, DI, DII |
20A |
Jaune |
DV |
125A |
|||
Jaune |
D02, DI, DII |
25A |
Cuivre |
DV |
160A |
|||
Noir |
D02, DII |
30A |
Bleu |
DV |
200A |
Attention ! Comme
vous pouvez le constater, une même couleur peut être utilisée pour des calibres
différents dans plusieurs catégories différentes.
Fusibles de petite puissance
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.
Fusibles de moyenne puissance pour usage domestique
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
Fusibles de forte puissance
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.
Fusibles réarmables
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.
Fusibles miniatures (TR5)
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.
Fusibles de voiture
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).
Fusibles haute tension
Les fusibles haute tension sont
plus allongés que la "moyenne", puisqu'ils doivent présenter une isolation
supérieure entre les deux extrémités.
Fusibles thermiques
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
Fusibles limiteurs MT
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.
Fusibles explosifs
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.
Un fusible se fatigue-t-il ?
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.
Un fusible peut-il être de mauvaise qualité ?
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).
Côté échauffement
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).
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Cette photo montre un exemple d'appareil possédant un bloc d'arrivée secteur avec filtre secteur et porte-fusibles intégré, où un des deux fusibles intégrés dans le porte-fusibles présente une température de fonctionnement anormale. Il y a visiblement un défaut, soit au niveau des contacts du fusible (de mauvaise qualité) soit au niveau du fusible lui-même (mauvais calibre ou type, ou fusible fatigué). |