Introduction à la Protection par Fusibles
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Introduction à la Protection par Fusibles Surintensités 2 types de surintensités: • Surcharge • Court circuit 2 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Surintensités Surcharges Surcharge: inférieure à 8 à 10 fois le courant nominal Courant de court-circuit: typiquement plus grand que 10 fois le courant normal système – jusqu’à 300 KA. 3 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Surintensités Causes habituelles des surcharges Manque de maintenance Accumulation de poussières, salissures, Particules étrangères Vieillissement des équipements Pièces usées Lubrification insuffisante Particules métalliques Dégâts des eaux Surtensions et sous tensions transitoires Copyright Mersen ® Capacité insuffisante Usage excessif Défauts de terre de faible amplitude Qualité de l’énergie 4 / 37 Problème thermique TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Surintensités Causes habituelles des court-circuits Elément étranger Boulons, tournevis, autres objets conducteurs Défaillance de composants Claquage de semi-conducteur Défauts de terre de grande amplitude Copyright Mersen ® Foudre, commutations, interruptions Influences externes Inondations, incendies, vibrations Court-circuit à la terre 5 / 37 Surtensions TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Surintensités Causes habituelles des court-circuits Personnes Arrêt de production Décès, brûlures, cécité (arcs) Effet mécanique 6 / 37 Perte de milliers de dollars ou euros par minute Perte du Contrôle du processus Processus permanent, acier dans les fours, pièces non conformes Effet thermique Equipement endommagé, destruction due à des forces électrodynamiques Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Equipement endommagé, Destruction par des arcs Surintensités Impact des considérations juridiques • Les fabricants sont responsables de leurs composants • Les constructeurs sont entièrement responsables de leurs assemblages/équipement •«La responsabilité limitée» est du domaine du passé •Coûts des transactions juridiques augmentent de façon astronomique! (dommages corporels et matériels, arrêts de production, traumatismes psychologiques, dommages très sévères …) 7 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Avantages du fusible Sécurité • Les éléments métalliques à l’intérieur du fusible fondent directement sous l’effet du courant de défaut sans mécanismes intermédiaires, détecteurs etc. • L’extinction de l’arc est totalement enfermée: absence d’émission de gaz, d’ arcs et de particules en fusion • L’énergie d’un arc est considérablement réduite lorsque le courant crête est limité par un fusible Limitation optimisée de l’énergie = dégâts & blessures minimisés 8 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Avantages du fusible Vitesse / Courant crête Comparaison de dispositifs de protection i Disjoncteur non limiteur Disjoncteur limiteur Fusible t 9 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Avantages du fusible Pouvoir de coupure: jusqu’à 100 000 A, 200 000 A et même 300 000 A. Maintenance avant un court-circuit: aucune Maintenance après un court-circuit : remplacer le fusible fondu par un nouveau. Rapide et assurance de protéger les équipements avec la même efficacité qu’auparavant. 10 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Avantages du fusible Sélectivité Fusible = arrêt du circuit minimisé, pas de” black out”. Future extension du système Faible consommation d’énergie 11 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Avantages du fusible Fiabilité Universel Prix 12 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Construction d’un fusible Eléments fusibles Corps Sable Contacts 13 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Interruption des courants de court-circuit Courant de défaut IC 0 14 / 37 Prearc arc tp Copyright Mersen ® tt TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Interruption des courants de court-circuit Sable fondu = fulgurite (substance semblable au verre) 15 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Interruption des surcharges 0 arc Temps de préarc = 0.1s à 4 heures tP Temps total Lorsqu’un fusible n’est pas conçu pour interrompre des surcharges le corps peut être endommagé par les échauffements excessifs atteints à l’intérieur du fusible avant la fusion des éléments fusibles. 16 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Introduction à la norme CEI 60269 Règles Générales CEI 60269-1 Fusibles basse tension 1000VAC & 1500VDC CEI 60269-2 CEI 60269-3 CEI 60269-4 Systèmes pour des personnes habilitées (applications industrielles) Systèmes pour des personnes non qualifiées (applications domestiques) Systèmes pour la protection des semi-conducteurs CEI 60269-2-1 CEI 60269-3-1 CEI 60269-4-1 Section I : système NH Section II : BS88 Section III: 10x38,14x51,22x58 Section IV: BS88 Couteaux déportés Section V : équiv. UL 248 Classes J & L Usages industriels Protection générale câbles et moteurs 17 / 37 Copyright Mersen ® Section I : D & D0 (Neozed®) Section IIA : NF 6A 6,2 x 22,2 - 10A 8,4 x 22,2 16A 10,2 x 25,4 - 20A 8,4 x 31 25A 10,2 x 31 - 32A 10,2 x 37,4 Section IIB : BS 1361 Section IIC : type C (Italie) Section III : fusibles à broches Section IV : fusibles utilisés dans des fiches prises de courant (BS 1362) Usages domestiques Selon les types et règles des pays TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Exemples: BS88, USA, DIN etc… Usages spécifiques Peut aller au delà de 1000VAC & 1500VDC Introduction à la norme CEI 60269 Type Applications aM Protection des circuits moteurs contre les court circuits Zone de coupure Grands courants aR Protection des semi-conducteurs gG Usage général pour la protection des conducteurs gM Protection des circuits moteurs gN Usage général américain pour la protection des conducteurs (fusibles classe J et classe L) gD Usage général américain pour la protection des conducteurs et des circuits moteur (fusibles “Time Delay” classes AJT, RK5 et A4BQ) gR, gS Protection des semi-conducteurs et des conducteurs gTr Protection des transformateurs gL, gF, gI, gII Fusibles anciens d’usage général remplacé par gG 18 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Toute surintensité Courbes CEI typiques 19 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Schéma électrique général d’une grande unité de production Haute tension G Générateur MT Transformateur HT / MT Moyenne tension : 4.16 KV, 6.6 KV, 7.2 KV Fusibles Moyenne tension Transformateur MT / BT Fusible BT aM Fusible BT gG Fusible BT gG Compresseurs Ventilateurs etc. 20 / 37 Eclairage Copyright Mersen ® Fusible BT gG Fusibles pour Semi-conducteurs URD, gRB, gRC etc. Variateur courant continu Fusible BT aM Variateur courant alternatif TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 etc. Démarreur progressif moteurs Fusible courant continu Moteur courant continu UPS Fuse voltage rating selection UFUSE MAX > VCIRCUIT MAX Fuse Type gG, gM, aM, aR(1), gR(1), Tension Nominale UN (V) Tension Maximum d’emploi UFUSE MAX (V) 230 253 400 440 500 550 690 725 600 600 gS(1) gN, gD (American ranges) (1) Pour la protection des convertisseurs statiques de courant et tension, la tension nominale UN des fusibles pour semi-conducteurs suit souvent la règle: 1.06 UN > VCIRCUIT MAX 21 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Protection des câbles IB IN IZ IF 1.45 IZ 22 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Protection des circuits moteur t 60 s Relais thermique Courbe de dégâts du moteur Fusible limiteur i 23 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 I Protection des circuits moteur Moteurs asynchrones triphasés 1500 trs / mn 220 V 24 / 37 380 V Copyright Mersen ® Fusibles sélectionnés: classe, tension et calibre 660 V TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Protection de l’électronique de puissance Paramètres du fusible Requirements V FUSIBLE > VENTRE PHASES Tension nominale et V FUSIBLE > V DEFAUT Dans un variateur de vitesse courant continu régénérateur V DEFAUT > VENTRE PHASES La tension des défauts n’est pas toujours une tension alternative (onduleurs & variateur de vitesse courant continu régénérateur) I FUSIBLE > IRMS Courant nominal le calcul du courant nominal du fusible nécessite l’utilisation de coefficients correcteurs prenant en compte les effets de: • température ambiante à l’intérieur de l’armoire • Refroidissement • dimensions des câbles ou des barres de cuivre connectées au fusible • variations du courant (diminuent la durée de vie du fusible) • la coordination avec un disjoncteur exige une valeur suffisante du courant de fusion à 15 ms Une telle coordination peut imposer un courant nominal du fusible plus grand que celui calculé à partir de la valeur efficace du courant du circuit. I²t total ou/et I2t total du fusible < I2t de la jonction du semi-conducteur I2t total du fusible < I2t d’explosion du boîtier du semi-conducteur Pouvoir de coupure Pouvoir de coupure du fusible > valeur efficace la plus élevée du courant de court circuit I DEFAUT Pouvoir de coupure minimum Pouvoir de coupure minimum du fusible > courant de défaut minimum Tension d’arc 25 / 37 Copyright Mersen ® Tension d’arc du fusible < tension inverse du semi-conducteur TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Pont triphasé avec un semi-conducteur par bras Diode ou thyristor Fusible Fusible VAC MAX VAC MAX Tension nominale UN du fusible CEI 60269 Majorité des calibres: VAC MAX ≤ 1.06 UN Pour certains calibres: VAC MAX ≤ 1.10 UN Pour certains fusibles 690V: VAC MAX ≤ 1.05 UN UL 248 26 / 37 Copyright Mersen ® VAC MAX ≤ UN TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Pont triphasé avec plusieurs semi-conducteur par bras Diode ou thyristor VAC MAX Fusible 27 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Variateur courant continu régénérateur Tension nominale UN du fusible UN K AC VAC MAX avec 1.25 K AC 1.70 Fusible Fusibles Fusibles Nécessaires en cas de court circuitage de la machine Voir prochaine diapositive 28 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Variateur courant continu régénérateur Court circuitage du générateur 29 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Démarreurs progresifs et relais statistiques Fusible VAC MAX M 30 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Onduleurs + Fusible Inductance E U C Semi-conducteurs + Fusible Inductance U E C Semi-conducteur - 31 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Systèmes multi-onduleurs + N onduleurs alimentant des machines triphasées - DC M VDC AC DC M VDC AC + Source de puissance de courant continu (Batterie ou redresseur ou pile à combustible ou photovoltaïque etc. …) DC VDC 32 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 M AC Possibilités en courant continu des fusibles L/R = f(U) des fusibles 2000 V DC SRD 33 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Typical values of L/R Equipement L/R in ms <1 Banc de condensateur Batterie < 10 Bus bar courant continu principal alimenté par un pont triphasé 20 - 60 Moteur courant continu 40 - 100 Traction en courant continu Excitation continue des machines* 34 / 37 Copyright Mersen ® < 25 TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 1000 Exemples de possibilités en continu d’une gammes de fusibles pour courant alternatif L/R = f(U) Value of Ipm (courant minimum de coupure) Um = f(U) 35 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Définition d’un fusible sous des conditions de courant continu Tension Constante de temps L / R Amplitudes des courants de défaut 36 / 37 Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112 Conclusion: simplement parfait ! F U S I B L E 37 / 37 Fidélité du fonctionnement, Fusion enfermée Universel (toutes applications) Sécurité, Sélectivité, Simplicité Idéal pour la protection générale Bonne tenue des surcharges Limiteur Économique, Excellente protection Copyright Mersen ® TM_001_PROTFUSEfr_001_0112
