Guide des fusibles à haut pouvoir de coupure : valeurs nominales, types et protection des relais

Un fusible NH de 100 A avec un pouvoir de coupure de 120 kA et un fusible de 100 A avec un pouvoir de coupure de 20 kA sont presque identiques en rayon, transportent le même courant en service normal et s'adaptent souvent au même support. Ils se comportent complètement différemment lors du premier court-circuit, et l’un d’eux peut détruire le panneau qu’il a été acheté pour protéger.

La valeur nominale qui en décide n'est pas l'ampérage imprimé le plus grand sur le canon. Il s'agit du pouvoir de coupure, comparé au courant de court-circuit présumé à ce point précis de l'installation, soutenu par l'énergie laissée passer et la catégorie d'utilisation correcte. Les sections ci-dessous expliquent la signification de chaque champ nominal, comment le fusible interrompt un défaut et où les fusibles et les relais se rencontrent à l'intérieur d'un panneau de commande.

À quoi sert un fusible à haute capacité de rupture

HRC signifie haute capacité de coupure et décrit un fusible conçu pour interrompre des courants de défaut bien supérieurs au courant qu'il transporte quotidiennement. Un fusible à lame NH évalué à 100 A peut être testé à 120 kA à 415 V CA. Un MCB domestique est généralement évalué à 6 kA ou 10 kA. Si l'impédance du transformateur, la longueur du câble et les données d'alimentation placent le courant de court-circuit présumé à 25 kA au niveau du panneau, un MCB est hors de question et un fusible HRC est la réponse normale.

Quatre domaines comptent. Le courant nominal est une valeur thermique décrivant un fonctionnement continu dans une ambiance définie. Le pouvoir de coupure est l'indice de défaut, c'est-à-dire le courant le plus important que le fusible peut interrompre en toute sécurité sans rompre son corps ou son support. La tension nominale, en particulier dans les circuits CC, ne peut pas être déduite d'une fiche technique CA. La catégorie d'utilisation indique le type de charge que le fusible est destiné à protéger.

La terminologie provoque ici une réelle confusion. La documentation du Royaume-Uni et du Commonwealth indique souvent le fusible HBC, ce qui signifie une capacité de coupure élevée, et les fusibles BS 88 sont fréquemment étiquetés de cette façon. Les documents CEI privilégient une capacité de rupture élevée. Les deux noms décrivent le même comportement, donc la question utile pour un fournisseur n'est pas de savoir ce que dit l'étiquette mais par quelle norme et par quelles données de test le fusible est déclaré.

À l’intérieur du fusible : construction et limitation de courant

Un fusible HRC est un appareil simple comportant très peu de pièces. Un corps céramique en stéatite ou en porcelaine contient un élément en argent ou en cuivre, généralement comportant plusieurs sections réduites sur sa longueur. L'espace restant est étroitement rempli de sable de quartz classé et les extrémités sont fermées par des capuchons, des étiquettes ou des contacts de lame qui s'engagent dans le support.

Lorsqu'une faille se produit, l'élément fond au niveau de la section la plus étroite et un arc se forme à l'intérieur du sable. La chaleur fait fondre le sable en une masse vitreuse appelée fulgurite, qui absorbe l'énergie et fait monter fortement la tension de l'arc. Cette tension d'arc croissante force le courant de défaut vers zéro au cours du premier quart de cycle, généralement de 4 à 6 ms à 50 Hz et rarement plus de 10 ms.

Cette action rapide confère aux fusibles HRC leur caractère limiteur de courant. Le courant de crête transmis par les câbles, les jeux de barres, les contacteurs et les contacts de relais en aval ne représente qu'une fraction de ce que le réseau pourrait fournir si le défaut pouvait se développer librement. Les contacts qui se souderaient en cas de défaut illimité survivent souvent lorsque le fusible en amont limite l'énergie.

Une erreur de lecture fréquente : un fusible qui tient lors d'un démarrage moteur n'est pas défectueux. Un moteur consomme six à huit fois son courant nominal pendant quelques secondes, et la courbe temps-courant d'un fusible gG ou suis est délibérément dessinée pour ignorer cet appel.

Champs d'évaluation qui déterminent si le fusible fonctionne

La première vérification concerne le courant de court-circuit présumé à la position du fusible. Il provient de l'impédance du transformateur d'alimentation, de la longueur et de la section du câble, ainsi que de toute contribution des moteurs ou des onduleurs. Le pouvoir de coupure doit dépasser cette valeur avec marge, et pas seulement y correspondre.

Le deuxième contrôle concerne l’énergie laissée passer, exprimée en valeurs I2t. Il existe une valeur de fusion et une valeur de compensation totale, et la valeur de compensation doit rester inférieure à la tenue du câble, du jeu de barres ou du semi-conducteur en aval. Pour la sélectivité entre deux fusibles gG en série, un rapport d'environ 1,6 à 1 entre les courants nominaux en amont et en aval est un point de départ courant.

Le troisième contrôle est souvent entièrement ignoré : la chaleur. Les fusibles dissipent l'énergie et, à l'intérieur d'un boîtier scellé, la température ambiante peut se situer bien au-dessus de 35 degrés Celsius, où le courant nominal d'un fusible NH doit être déclassé.

Le préfixe compte. Un fusible de catégorie G a une gamme complète et gère les surcharges ainsi que les courts-circuits. Un fusible de catégorie A est à portée partielle et doit être sauvegardé par un autre dispositif, généralement un relais de surcharge thermique dans un démarreur de moteur. L'installation d'un fusible AM ​​comme seule protection pour un câble supprime complètement la protection contre les surcharges.

Types et formats de montage

• Fusibles à lame NH : construits selon la norme DIN 43620, tailles NH00 à NH4, jusqu'à environ 1 250 A et 690 V AC, standard dans les tableaux de distribution industriels et les panneaux principaux.
• Fusibles cylindriques : tailles 10x38, 14x51 et 22x58, environ 1 A à 100 A, courants dans les circuits de commande, les alimentations d'instruments et les petits boîtiers.
• Fusibles D et D0 : types à visser avec des anneaux de jauge qui empêchent physiquement l'installation d'un fusible de plus grande capacité dans le même support, utiles lorsqu'une augmentation non autorisée constitue un risque.
• Fusibles BS 88 : largement utilisés dans les installations industrielles et les équipements existants au Royaume-Uni, disponibles sous forme boulonnée et clipsable.
• Fusibles semi-conducteurs : aR et classes similaires avec un I2t très faible pour variateurs, redresseurs et démarreurs progressifs.
• Fusibles PV et DC : calibrés à 1 000 V ou 1 500 V DC pour les strings et les racks de batteries, avec une construction interne adaptée aux arcs DC.

La compatibilité des supports fait partie de la valeur nominale du fusible et non d'une décision distincte en matière d'accessoires. Un fusible de 120 kA installé dans un support évalué à 50 kA donne à l'ensemble de l'installation un indice de défaut de 50 kA, et c'est ce que l'inspecteur enregistrera. La même logique s'applique au sectionneur et aux terminaisons de câble.

Coordonner les fusibles HRC avec les relais dans les panneaux de commande

Un fusible protège le circuit, pas le relais. Il limite l'énergie qui atteint les contacts lors d'un défaut, mais n'a aucun effet sur le courant de charge normal. Si un radiateur de 16 A est commuté par un relais avec des contacts de 5 A, ces contacts échoueront, que le fusible en amont soit évalué à 100 kA ou non. Les valeurs nominales des contacts doivent être lues pour le type de charge réel, en utilisant AC-1 pour les charges résistives, AC-3 pour la commutation de moteur et souvent un chiffre beaucoup plus bas pour le courant continu.

Lorsque les courants de charge sont plus élevés, un relais de puissance avec des contacts de 30 A ou 40 A et une catégorie de commutation définie est la réponse habituelle, protégé en amont par un fusible HRC dimensionné pour le câble plutôt que pour le relais lui-même. La courbe du fusible et la valeur nominale du contact doivent être examinées ensemble, car le fusible est ce qui maintient l'énergie de l'arc au niveau du contact dans une plage de survie.

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Dans les installations sur rail DIN, les modules de relais combinent une prise montée sur rail avec un relais enfichable, de sorte que le circuit de bobine et le circuit de contact peuvent être protégés et remplacés séparément. Le module occupe une largeur de rail standard et un relais défaillant est remplacé sans recâbler le panneau ni perturber l'installation des fusibles.

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Les relais à verrouillage couvrent un risque différent. Lorsqu'un fusible élimine un défaut, la tension de commande s'effondre généralement. Un relais standard tombe et l'état de la machine devient indéfini, tandis qu'un relais à verrouillage magnétique conserve sa dernière position et ne peut être réinitialisé que délibérément. Ce comportement est important dans les systèmes où un changement de position inattendu après un déclenchement pourrait déplacer un mécanisme ou perdre une indication.

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Pour la commutation à faible courant et à haute tension, des relais Reed sont utilisés à la place des relais de puissance, souvent sur des circuits CC qui portent également un fusible CC. Les situations de commutation dans lesquelles ce couplage est logique sont décrites dans cet aperçu de applications de relais Reed .

Une séquence de sélection pratique

1. Confirmez si le circuit est CA ou CC et enregistrez la tension du système, y compris les niveaux transitoires.
2. Obtenez le courant de court-circuit présumé à la position du fusible à partir des données du secteur, du transformateur ou de l'onduleur.
3. Faites correspondre la tension nominale du fusible au circuit, en choisissant une série CC pour les systèmes CC.
4. Dimensionnez le courant nominal de la charge, puis appliquez un déclassement pour la température ambiante et le groupement de boîtiers.
5. Vérifier que le pouvoir de coupure dépasse avec marge le courant de court-circuit présumé.
6. Vérifier I2t par rapport à la tenue en aval et vérifier la sélectivité par rapport au dispositif de protection en amont.
7. Confirmez que le support, le sectionneur et les terminaisons de câble portent le même indice de défaut que le fusible.

Erreurs courantes sur le terrain

• Application de données de tension alternative à un circuit continu, où l'arc se comporte très différemment.
• Surdimensionner le fusible pour arrêter les grillages intempestifs au lieu de trouver la cause, comme une mauvaise courbe ou un moteur défaillant.
• Ignorer I2t lorsque le périphérique en aval est un semi-conducteur ou un contact de relais de faible valeur.
• Remplacer un fusible sans inspecter le support pour déceler des traces, une décoloration ou une céramique fissurée.
• Traiter le HRC comme un type de produit universel lorsque les fusibles NH, cylindriques, BS 88 et semi-conducteurs ne sont pas interchangeables.
• Retrait d'un fusible sous charge sans sectionneur approprié.
• En supposant qu'un fusible à plage partielle fournit à lui seul une protection contre les surcharges.

Normes, fiches techniques et vérification

Un fusible à haute capacité de coupure est aussi bon que la norme par rapport à laquelle il est testé. La CEI 60269 couvre les fusibles basse tension et est divisée par application, y compris les fusibles industriels généraux, les fusibles de type D, les fusibles à semi-conducteurs et les fusibles PV. BS 88 couvre la gamme britannique et UL 248 couvre la gamme nord-américaine. Lorsqu'un fournisseur indique un pouvoir de coupure, demandez à quelle tension il a été vérifié et sous quelle norme, car un chiffre de 120 kA à 415 V AC ne pèse rien dans un rack de batteries 600 V DC.

La dissipation de puissance, les courbes de déclassement ambiant et les graphiques I2t de passage doivent provenir de la même fiche technique que le pouvoir de coupure. Le mélange de figures provenant de différentes sources permet aux erreurs de coordination de s'infiltrer dans un dessin de panneau.

Obtenir la bonne protection

Un fusible HRC tire son nom d'un moment précis, et ce moment est déterminé par trois chiffres : la capacité de coupure contre le courant de défaut présumé, I2t contre la tenue en aval et le courant nominal contre la charge réelle et la température ambiante réelle. Les relais se situent en aval de cette décision et leurs valeurs de contact méritent le même soin que le fusible. Si vous associez un relais à un circuit protégé et devez confirmer les valeurs nominales des contacts, les tensions des bobines ou le montage, les questions qui reviennent le plus souvent lors des devis sont rassemblées sur notre site Web. Page FAQ .