Fusible ou disjoncteur : comment choisir en distribution industrielle

On choisit un fusible lorsque le courant de défaut présumé est élevé, lorsque le dispositif doit couper sans mécanisme susceptible de défaillir et lorsque la place en armoire est comptée. On choisit un disjoncteur lorsqu'il faut rétablir rapidement le service après déclenchement, lorsque les réglages de protection doivent être ajustés et coordonnés sur site, et lorsque le même appareil doit être réutilisé après avoir éliminé un défaut. La plupart des tableaux industriels finissent par combiner les deux, coordonnés entre eux.

Le débat est souvent présenté comme l'affrontement d'une technique ancienne et d'une technique moderne. Cette lecture produit de mauvaises spécifications, parce que les deux appareils ne défaillent pas de la même manière et ne coûtent pas au même endroit. Ce qui tranche vraiment, c'est la fréquence d'exploitation de l'installation, le niveau de courant de défaut, et la personne présente devant le tableau à trois heures du matin quand il déclenche.

Deux façons de couper le courant

Le fusible coupe en se détruisant. L'élément fond, l'arc s'éteint à l'intérieur d'un corps rempli, et le chemin du courant disparaît. Il n'y a ni mécanisme, ni ressort, ni verrou, ni bobine de déclenchement : c'est pourquoi un fusible a très peu de choses à défaillir, et pourquoi son comportement après dix ans est essentiellement le même qu'au premier jour.

Le disjoncteur coupe en écartant des contacts et en poussant l'arc dans un dispositif d'extinction — plaques de coupure en basse tension à air, ampoule à vide en moyenne tension, ou gaz isolant. C'est un mécanisme, et un mécanisme demande entretien, manœuvres d'essai et remplacement de pièces. En échange, il se réarme, il accepte des réglages ajustables et il peut être manœuvré à distance.

Fusible et disjoncteur en un coup d'œil

Le pouvoir de coupure, avantage discret du fusible

Aux niveaux de défaut rencontrés près d'un transformateur, un fusible de taille modeste peut couper un courant qui exigerait un disjoncteur très volumineux. Non parce qu'il serait plus élaboré, mais parce que faire fondre un élément dans un corps rempli et confiné est un moyen extrêmement efficace d'éteindre un arc.

Cela compte lorsqu'un tableau est étendu plutôt que conçu de zéro. Ajouter un départ important à une armoire existante augmente souvent le courant de défaut présumé au niveau de l'appareil d'arrivée. Si cet appareil est un disjoncteur de calibre fixe, c'est parfois tout le tableau qu'il faut remplacer. Si c'est un fusible, un fusible de calibre supérieur dans le même encombrement suffit souvent.

Le temps d'arrêt, avantage discret du disjoncteur

Un fusible qui a fonctionné laisse le circuit hors tension jusqu'à ce que quelqu'un arrive avec la bonne pièce. Sur une ligne de production, ce délai vaut presque toujours bien plus que l'écart de prix entre les deux appareils. Un disjoncteur se referme en quelques secondes, par un opérateur qui n'a pas besoin de connaître le calibre, la caractéristique ni le fabricant.

La comparaison économique n'a donc rien à voir avec le prix d'achat au pôle. C'est le nombre prévisible de fonctionnements multiplié par le coût de l'arrêt que chacun provoque. Un tableau qui déclenche deux fois par an plaide pour le fusible. Un tableau qui déclenche chaque semaine, ou qui alimente un process où chaque minute se compte, plaide pour le disjoncteur.

Là où le fusible reste la meilleure réponse

• Courant de défaut présumé très élevé à proximité du transformateur d'alimentation, là où il faut un appareil compact.
• Courant continu et chaînes photovoltaïques, où un fusible calibré DC coupe un défaut sans passage par zéro naturel. Dans cette gamme, la série NH1 est proposée en fusible solaire 48 V DC, en versions 80 A, 125 A et 250 A.
• Coupe-circuits de distribution sur réseaux aériens et moyenne tension, où l'appareil fonctionne rarement et est remplacé par un monteur. Le coupe-circuit en porcelaine 11 à 24 kV et le coupe-circuit H.V. DOFC appartiennent à cette famille, tous deux annoncés avec un délai de production de 25 jours et des quantités minimales de 5 et 10 pièces respectivement.
• Sites où l'accès de maintenance est difficile ou coûteux, donc où un appareil n'ayant presque rien à entretenir est préférable.
• Là où une coupure visible et sans ambiguïté est exigée pour la consignation, ce qu'un fusible consommé offre par simple examen.

Là où le disjoncteur est la meilleure réponse

• Coupures répétées, comme les départs moteurs, les alimentations de soudage ou tout circuit à fort appel de courant qui déclenchera souvent.
• Protection ajustable, où le même type d'appareil doit convenir à des départs différents et où les réglages sont réglés à la mise en service.
• Manœuvre à distance ou automatisée, y compris l'inversion de source, le verrouillage et la téléconduite.
• Mesure intégrée, lorsque l'arrivée est aussi le point où l'on collecte les données de charge. Les disjoncteurs à vide de cette gamme, comme le VS1-12/630A fixe intérieur et le ZW32-12G/630A sur poteau extérieur, sont l'extrémité moyenne tension de cet argument.
• Service de commutation fréquent, où l'appareil sert d'appareil d'exploitation et non seulement de protection.

On les combine plus qu'on ne les oppose

Une disposition courante et judicieuse consiste à confier le devoir de défaut à haute énergie au fusible et l'exploitation au disjoncteur : un interrupteur-sectionneur à fusibles comme barrière de sectionnement et de court-circuit, avec un disjoncteur en aval pour la commutation et la protection réglable. La famille d'interrupteurs-sectionneurs à fusibles de cette gamme, en versions 250 A, 400 A et 630 A, est exactement ce bloc de construction — un interrupteur à couteaux porteur de fusibles, à construction protégée contre les contacts accidentels, corps en PC retardateur de flamme et parties en cuivre pur, livré marqué CE et RoHS.

À l'autre bout de la chaîne, un tableau basse tension utilise souvent un disjoncteur boîtier moulé ou à air à l'arrivée, et des fusibles sur les départs où le courant de défaut est le plus élevé et la charge stable. Chaque famille fait alors ce qu'elle fait le mieux.

La coordination, partie la plus souvent ratée

Quel que soit l'appareil retenu, l'installation ne fonctionne que si l'appareil le plus proche du défaut ouvre en premier et si l'appareil amont reste fermé. C'est la sélectivité, et c'est une propriété du couple, non de l'un ou l'autre appareil isolément.

Avec des fusibles, la sélectivité se déduit des caractéristiques temps-courant et du rapport de calibres ; elle reste stable pendant toute la vie de l'installation, puisque rien ne peut être réglé. Avec des disjoncteurs, elle dépend des réglages : plus souple, et aussi plus fragile. Un disjoncteur redétecté par quelqu'un lors d'une recherche de défaut peut ne plus être sélectif avec l'appareil situé en amont.

Lorsqu'un fusible et un disjoncteur cohabitent dans un même tableau, l'étude de sélectivité doit porter sur le couple mixte. Une caractéristique de fusible et une courbe de disjoncteur ne se combinent pas comme deux fusibles d'une même famille, et c'est dans leur zone de recouvrement qu'apparaissent les déclenchements intempestifs de l'arrivée.

Liste de contrôle de spécification

1. Courant de défaut présumé au point d'installation, et pouvoir de coupure de chaque appareil confronté à lui.
2. Nombre prévisible de fonctionnements par an, et coût d'une heure d'arrêt sur ce circuit.
3. Circuit en alternatif ou en continu. Une application DC exige un appareil calibré DC ; un calibre AC n'est pas transférable.
4. Tension assignée, vérifiée comme valeur de réseau et non déduite du calibre de courant.
5. Ambiance et enveloppe, déclassement en armoire fermée inclus.
6. Politique de rechange — si des fusibles sont retenus, les bons calibres doivent être stockés sur site, sinon l'avantage du disjoncteur sur le temps d'arrêt disparaît.
7. Exigences de sectionnement et de consignation, et caractère obligatoire ou non d'une coupure visible.

Envoyez le courant de défaut, la tension, le type de charge et le régime d'exploitation. La famille correcte découle en général de ces quatre données, et le calibre de l'appareil découle du courant de défaut.

Questions fréquentes

Un fusible est-il plus sûr qu'un disjoncteur ?

Ni l'un ni l'autre ne l'est en général. Un fusible a moins de modes de défaillance et un très haut pouvoir de coupure dans un petit volume ; un disjoncteur peut être essayé, réarmé et doté de réglages. La sécurité vient du bon calibre, du bon pouvoir de coupure et de la bonne coordination, pas de la famille retenue.

Peut-on remplacer un fusible par un disjoncteur de même calibre ?

Pas sur le seul calibre. Le remplacement doit respecter le pouvoir de coupure au point considéré, le comportement temps-courant sur lequel les appareils amont et aval ont été coordonnés, et le service AC ou DC. Un substitut de même courant mais de caractéristique différente peut détruire la sélectivité de tout le tableau.

Pourquoi les fusibles dominent-ils encore les coupe-circuits moyenne tension ?

Parce que le service est rare, l'énergie de défaut élevée, et l'appareil manœuvré par un monteur qui remplace l'élément dans le cadre de la réparation. Un disjoncteur refermable à ce service coûte bien plus cher et ajoute de l'entretien à un endroit généralement difficile d'accès.

Faut-il les deux dans un même tableau ?

Souvent, oui. Une disposition courante associe un fusible ou un interrupteur-sectionneur à fusibles pour le sectionnement et la forte énergie de défaut, et un disjoncteur en aval pour le service de commutation et la protection réglable. L'essentiel est que la coordination entre les deux soit étudiée comme un couple.