Calibre de fusible pour transformateur : comment dimensionner le primaire et le secondaire

Pour choisir le calibre d’un fusible de transformateur, partez du courant à pleine charge du transformateur du côté que le fusible protège, prenez le calibre normalisé immédiatement supérieur ou égal, puis vérifiez que la courbe temps-courant du fusible reste au-dessus du courant d’appel pendant le premier dixième de seconde. Pour un transformateur de 100 kVA en 400 V triphasé, ce courant vaut 144 A : un fusible gG de 160 A en cartouche NH00 est le point de départ habituel.

L’erreur qui coûte cher n’est pas l’arithmétique, c’est l’ordre des opérations. La moitié des problèmes de fusibles de transformateur vient d’un dimensionnement sur les kVA, en supposant que le chiffre se transporte à travers le rapport de tension. L’autre moitié vient d’un fusible qui protège parfaitement le transformateur et déclenche à chaque mise sous tension, parce que personne n’a regardé la courbe d’appel.

Ce guide couvre la formule du courant à pleine charge, un tableau lisible pour les puissances triphasées standard, la fenêtre d’appel qui fixe le plancher, la différence entre protection primaire et secondaire, et la famille de fusibles adaptée à chaque service. Tous les calibres ci-dessous sont des recommandations de conception ; les courbes de fusion publiées par le fabricant font foi, et le code d’installation applicable fixe le calibre maximal autorisé.

Partir du courant à pleine charge, jamais des kVA

La plaque signalétique donne une puissance apparente en kVA. Le fusible travaille sur un courant. Les deux ne sont interchangeables qu’une fois la tension fixée, et la tension au primaire d’un transformateur de distribution n’est pas celle du secondaire.

Deux exemples montrent l’écart pour une même puissance :

• 100 kVA en 400 V triphasé. Le courant à pleine charge vaut environ 144 A. Le calibre normalisé suivant est 160 A.
• Les mêmes 100 kVA en 20 kV au primaire. Le courant primaire à pleine charge vaut environ 2,9 A. Le fusible primaire est une cartouche moyenne tension, pas un appareil de 160 A, et il se choisit pour se coordonner avec l’appareil basse tension en aval, pas pour le transformateur seul.

Dimensionner un fusible primaire 20 kV à partir d’un courant 400 V donne un appareil environ cinquante fois trop gros, et aucune précaution en basse tension ne le rattrapera.

Une réserve aussi sur les kVA eux-mêmes : un transformateur est normalement dimensionné pour une ambiance de 40 °C, pas le fusible. Si le transformateur est dans un local technique chaud, le courant continu utile est inférieur à la plaque avant même de choisir, et le fusible doit être choisi pour le courant que l’installation portera réellement.

La formule, et un tableau directement lisible

Pour un transformateur triphasé, le courant à pleine charge vaut :

I = kVA × 1000 / (√3 × U), ce qui donne en 400 V I ≈ kVA × 1,44.

Pour un transformateur monophasé, c’est simplement I = kVA × 1000 / U, soit en 230 V I ≈ kVA × 4,35.

Triphasé 400 V, calibre normalisé immédiatement supérieur au courant à pleine charge :

Monophasé 230 V, même logique :

Ce sont des points de départ, pas des réponses. Le calibre normalisé supérieur au courant à pleine charge est le plus petit fusible qui ne fondra pas en régime continu. Savoir s’il tient aussi l’appel, et s’il reste assez petit pour protéger le câble, demande les deux vérifications suivantes.

L’appel fixe le plancher, pas la charge

Un transformateur mis sous tension à secondaire ouvert absorbe un courant plusieurs fois supérieur à son calibre pendant un instant très bref. Le circuit magnétique sature à la première demi-alternance, le courant magnétisant fait une pointe, puis décroît en quelques cycles à mesure que le flux se stabilise. Selon la conception et l’instant de fermeture sur l’onde de tension, la pointe peut atteindre 8 à 12 fois le courant nominal, parfois davantage sur les petites unités.

Cette impulsion dure une fraction de seconde, mais un fusible y réagit. La zone utile de la courbe temps-courant se situe autour de 0,01 à 0,1 s, où un fusible gG demande environ 5 à 8 fois son calibre pour fondre. Un gG de 160 A traverse donc une pointe d’appel d’environ 1 000 A sans fondre : c’est pourquoi 160 A tient un transformateur de 100 kVA qui appelle 144 A en charge mais dépasse largement 1 000 A à la fermeture.

Trois conséquences :

• L’appel fixe le plancher. Si la courbe du fusible choisi fondait dans la fenêtre d’appel, il faut monter d’un calibre, même si le courant à pleine charge le dit déjà généreux.
• La fenêtre est courte, le courant ne l’est pas. Le fusible doit tenir la pointe, pas la moyenne. C’est pourquoi un fusible correct pour une charge résistive déclenche sur un transformateur de même puissance.
• La répétition compte. Un transformateur mis sous tension plusieurs fois par jour accumule un préendommagement si le fusible travaille près de son point de fusion à chaque fermeture. Un calibre qui tient un démarrage à froid peut ne pas tenir une année de démarrages.

Les fusibles conçus pour ce service existent pour cette raison : les fusibles classe J à retard en Amérique du Nord et les fusibles aM en pratique CEI décalent tous deux la courbe vers la droite dans la zone d’appel. L’arbitrage est discuté ci-dessous.

Primaire et secondaire ne protègent pas la même chose

La protection des deux côtés d’un transformateur n’est pas interchangeable, et un tableau qui porte les deux n’est pas surprotégé par hasard.

La coordination compte plus que chaque calibre pris isolément. Si le fusible secondaire est plus lent que le primaire pour un défaut sur un départ secondaire, c’est le primaire qui coupe et met tout le tableau hors tension — une nuisance imputée au calibre du fusible alors que le problème est la coordination.

La pratique américaine de la NEC 450.3 plafonne l’appareil primaire à 125 % du courant primaire à pleine charge, le code autorisant un calibre supérieur lorsque l’appel du transformateur ne permet pas de tenir 125 %. La pratique CEI obtient le même résultat par la courbe temps-courant gG et les tables de sélectivité du fabricant. Dans les deux cas, le maximum autorisé et l’exigence d’appel doivent être satisfaits simultanément ; quand ils s’opposent, c’est la conception qui change, pas le code.

gG, aM, classe J, broche et aR comparés

Cinq familles apparaissent sur les transformateurs, et utiliser l’une à la place d’une autre est l’erreur de spécification la plus fréquente après celle des kVA.

La logique est simple. Le gG est la réponse générale, avec surcharge et court-circuit. Tout le reste est spécialisé, et chaque spécialité retire quelque chose : le aM retire la surcharge, le aR retire la surcharge et l’aptitude au courant alternatif, le fusible à broche déplace la réponse vers la moyenne tension.

Le porte-fusible, l’enveloppe et la température

Un fusible est calibré dans un environnement de référence, et le support dans lequel il est monté fait partie du circuit. Trois effets pratiques déplacent le calibre utilisable :

• Le support a son propre échauffement. Un porte-fusible sous-dimensionné pour le courant ajoute résistance de contact et chaleur, et l’élément fond alors plus chaud que ne le suppose la courbe. Un fusible de 160 A dans un support donné pour 160 A n’a aucune marge ; la taille de corps supérieure en a.
• La température de l’enveloppe. Un fusible dans une armoire fermée à 55 °C d’ambiance est déjà à mi-chemin de son point de fusion avant tout courant. Les fabricants publient des facteurs de déclassement au-delà de l’ambiance de référence, et ils ne sont pas facultatifs dans un local chaud.
• Le groupement. Plusieurs fusibles côte à côte dans une même enveloppe se chauffent mutuellement. Une rangée de six fusibles de 160 A dans un petit coffret n’est pas six fusibles de 160 A indépendants.

Rien de tout cela ne change l’arithmétique ; cela change la marge. Si le calcul tombe exactement sur un calibre normalisé, les effets ci-dessus le feront déborder, et la réponse pratique est le calibre supérieur — à condition que le câble et le niveau de défaut l’autorisent encore.

Quatre erreurs qui provoquent des déclenchements intempestifs

Quand un fusible de transformateur fond à la mise sous tension plutôt que sur un défaut, la cause est généralement l’une de celles-ci :

• Dimensionner sur les kVA au lieu du courant. L’erreur la plus fréquente et la plus facile à repérer : divisez les kVA par la tension et le calibre cesse de paraître généreux.
• Ignorer le point d’appel sur la courbe. Un calibre correct à 1,3 fois le courant à pleine charge peut rester trop rapide à 8 fois pendant 20 ms. Lisez la courbe à 0,02 s, pas à 10 s.
• Utiliser un fusible rapide là où il faut un retard. Un gG choisi uniquement sur le courant permanent, dans une application qui avait besoin de la zone de retard, fondra à chaque mise sous tension.
• Un transformateur défaillant plutôt qu’un fusible défaillant. Si le fusible fond répétitivement au même moment du cycle de fermeture, et que le calibre est manifestement suffisant, l’étape suivante est un essai de résistance d’isolement et un contrôle du rapport de transformation, pas un fusible plus gros. Surdimensionner un fusible pour l’empêcher de fondre masque un défaut d’enroulement jusqu’à l’incendie.

Ce dernier point mérite d’être dit clairement : augmenter le calibre est une réponse légitime à l’appel, et une réponse illégitime à un défaut. La distinction, c’est l’essai d’isolement, et il coûte moins cher que ses conséquences.

Transformateurs alimentés en continu ou par le photovoltaïque

Le courant continu ne se comporte pas comme l’alternatif au niveau du fusible. Il n’y a pas de passage par zéro, donc l’arc continu s’entretient, et un fusible prévu pour l’alternatif n’interrompt pas un défaut continu sous la même tension. Un fusible adapté au continu a un élément et une charge différents, et sa tension assignée ne vaut qu’en continu.

En photovoltaïque, le service diffère aussi d’un primaire de transformateur : un fusible de chaîne protège le câble et les modules contre un courant inverse venant des autres chaînes, et il n’a aucun élément de surcharge. C’est pourquoi les fusibles de chaîne PV sont de type aR ou gPV avec une tension continue assignée, et pourquoi un gG du côté alternatif ne peut pas être substitué. Lorsqu’un transformateur se trouve entre un champ PV et le réseau, les deux services restent séparés : fusibles continu côté champ, gG ou appareil alternatif applicable côté transformateur.

La photographie en haut de cette page montre une cartouche YOMIN NH1 aR marquée 250 A, 48 V continu et CEI 60269-4 — un fusible à couteaux pour continu, qui est la bonne famille pour une liaison batterie ou PV et la mauvaise pour un primaire de transformateur 400 V alternatif. Les deux se ressemblent dans un catalogue et se comportent très différemment en défaut.

Fusibles de protection de transformateur chez YOMIN

YOMIN fournit les formats de fusibles que l’on trouve dans les tableaux de transformateurs basse tension, les remarques et les coffrets de distribution photovoltaïque. Quatre articles couvrent la majorité des demandes qui suivent cet article :

Le fusible à couteaux NH00 basse tension 160 A tripolaire, élément cuivre (référence ym-0378) est le format NH utilisé pour la protection des transformateurs et des départs dans les tableaux basse tension, avec élément cuivre et corps polyester, donné pour la protection contre les surcharges et les courts-circuits.

Le support de fusible à couteaux type J 300 A, sectionneur basse tension (référence ym-0429) associe le porte-cartouche à une fonction de sectionnement, ce dont une équipe de maintenance a besoin lorsqu’il faut remplacer un fusible sur un tableau sous tension.

Le fusible à broche 1P+N 60/80 A assigné 500 V (référence ym-0266) est le format monophasé pour les petits tableaux de distribution et les branchements.

Le fusible solaire NH1 80 A / 125 A / 250 A 48 V continu (référence ym-0066) est le fusible à couteaux pour continu destiné au photovoltaïque et à la distribution batterie, et c’est l’article visible sur la photographie ci-dessus.

Ce sont les calibres, matières et types publiés pour ces articles. Le calibre correct pour votre transformateur dépend toujours de son courant à pleine charge, de son appel et de votre niveau de défaut : envoyez les kVA, le rapport de tension, l’ambiance et le niveau de défaut, et la sélection est confirmée sur la courbe plutôt que sur une ligne de catalogue. La gamme complète se trouve sous fusibles et protection ; pour la méthode générale de choix, voir le guide de choix des fusibles et fusible ou disjoncteur.

Questions fréquentes

Quel calibre de fusible pour un transformateur de 100 kVA ?

En 400 V triphasé, le courant primaire à pleine charge vaut 144 A : le calibre normalisé suivant est 160 A, et un fusible gG NH00 de 160 A est le choix habituel. Ce calibre tient aussi l’appel d’un transformateur sec typique. En 20 kV, le même transformateur appelle environ 2,9 A au primaire, ce qui exige une cartouche moyenne tension choisie pour la coordination, pas un appareil de 160 A.

Pourquoi mon transformateur fait-il fondre les fusibles à la mise sous tension ?

Parce qu’on demande au fusible de tenir le courant d’appel magnétisant, qui culmine à 8–12 fois le courant nominal pendant quelques cycles. Si le calibre a été choisi uniquement sur le courant à pleine charge, la courbe du fusible peut passer dans cette pointe. Lisez la courbe à 0,02–0,1 s avant de changer quoi que ce soit ; si le calibre est adéquat, testez l’isolement de l’enroulement au lieu de monter d’un calibre.

Faut-il un fusible au primaire et au secondaire ?

Souvent oui, et ils protègent des choses différentes. Le fusible primaire protège le transformateur et son câble d’alimentation ; le fusible secondaire protège le câble secondaire et le tableau de distribution. Lorsque les deux sont présents, ils doivent être coordonnés pour que l’appareil secondaire agisse en premier sur un défaut en aval, sinon un défaut secondaire met tout le tableau hors tension.

Puis-je prendre un fusible 1,5 fois plus gros pour éviter les déclenchements ?

Seulement si le calcul d’appel montre que le calibre d’origine était trop petit, et seulement dans la limite maximale autorisée par votre code d’installation. Un fusible plus gros réduit la protection du câble et de l’enroulement : c’est une décision qui demande la courbe et le code, pas un essai par tâtonnements.

Un fusible gG protège-t-il un transformateur contre la surcharge ?

Oui. Les fusibles gG possèdent à la fois un élément de surcharge et un élément de court-circuit, ce qui explique qu’ils soient le choix par défaut en basse tension. Cet élément de surcharge est aussi la raison pour laquelle le calibre ne peut pas être poussé trop haut : un fusible assez gros pour ne jamais voir l’appel peut être trop gros pour protéger l’enroulement.