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Dernière mise à jour : 08/12/2019Présentation
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 (cable 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 rester 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 brêve
n'est
supportée. Et on emploie le fusible retardé dans
les
montages où l'on sait d'avance qu'auront forcément lieu des
surintensités brêves, 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. Il ne faut jamais remplacer un fusible rapide par un fusible retardé.
Calibre en courant
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 celà 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.Calibre en tension
Un fusible est calibré pour fondre lorsque le courant qui le parcourt dépasse une certaine valeur pendant un certain temps. Mais alors, que vient faire là la caractéristique "tension" ? Il n'est pas rare, n'est-ce pas, de voir un fusible de type "1,25 A / 250 V". Que signifie cette valeur de 250 V ? Et est-elle valable pour une tension alternative (AC) ou continue (DC) ? Pour cette dernière question, la réponse est donnée par le fabricant, elle est souvent exprimée en alternatif.La tension maximale prend son sens au moment où le fusible se coupe. Il s'agit de la tension qui peut exister à ses bornes sans qu'il "flashe" et ne permette à nouveau le passage d'un courant dans le circuit qu'il est censé protéger. Pour faire simple, on peut dire que la tension maximale spécifiée doit être supérieure à la tension qu'on peut trouver aux bornes du fusible quand ce dernier est ouvert (coupé). Vous vous demandez sans doute comment une tension de 250 V pourrait provoquer un arc dans un fusible de 20 mm de long qui vient de lâcher; mais la distance qui sépare les deux contacts du fusible fait-elle dans ce cas 20 mm ? Après tout, le fil qui fond ne se rétracte pas forcément sur toute la longueur...
Généralement, et c'est un ordre de grandeur, la valeur de la tension maximale autorisée sous tension continue est égale à la moitié de la valeur autorisée en alternatif : un fusible donné pour 600 Vac peut être utilisé sous une tension continue de 300 Vdc.
La tension maximale donnée est un maximum (La Palisse dixit). Un fusible donné pour 250 Vac peut remplacer un fusible donné pour 120 Vac (sous condition bien sûr que les autres caractéristiques soient respectées). Il existe toutefois des exceptions, certains fusibles (en moyenne tension 2400 V à 38000 V par exemple) ne doivent pas être utilisés sous une tension inférieure à celle spécifiée comme minimum.
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 (PTC, PPTC, polyfuse, polyswitch)
PTC = Positive Temperature CoefficientPPTC = Polymere Positive Temperature Coefficient
Un fusible réarmable est un composant électronique passif de type thermistance non linéaire. Il assure une protection contre les surintensités de courant, tout comme un fusible normal à usage unique. Il se réarme tout seul quand le défaut à disparu, et ne nécessite pas de remplacement systématique.
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 manuelle ne doit être menée suit à la surintensité. Si la cause de cette dernière a disparu, le composant revient dans son état initial et le fonctionnement du système reprend son cours normal. Si la cause de la surintensité persiste, alors 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 association avec des haut-parleurs (tweeter notamment), ou à tout autre endroit où une surintensité est préjudiciable à un circuit électronique.
Remarque : tout comme les varistances (MOV) et les parasurtenseur en général, un fusible réarmable peut tout de même être défectueux. Ce n'est pas un composant miracle qui supporte tous les mauvais traitements.
Fusibles électroniques réarmables et télécommandables (eFuse)
eFuse = electronic Fuse = fusible électroniqueCe type de fusible entièrement électronique (se présentant comme un circuit intégré CMS) permet une protection contre les court-circuits francs. Il peut également faire office de limiteur d'intensité de courant grâce à une résistance externe (précision de l'ordre de 10%). Toshiba propose, dans sa série TCKE8xx, des fusibles dont le Ron (résistance à l'état passant) est de 0,028 ohm, pour une plage d'entrée comprise entre 4,4 V et 18 V et pour un courant maximal de 5 A.
Autres avantages présentés par ce type de fusible : temps de réaction très bref (150 ns), possibilité de tentative automatique de retour à la normale, temps de coupure ou mise en route ajustable, réarmement possible par télécommande (signal logique) et très faible résistance Ron même après plusieurs déclenchements.
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 lacher "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 extrêmités.
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 fréquement des accoups de courant (allumages / extinctions répétés par exemple) vieillit et devient de plus en plus "sensible". Dans les appareils professionnels soumis à un environement 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). |
Cette photo montre un exemple de mesure sur un appareil qui posséde 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). |