Pourquoi un MSD de 240 A peut accueillir un fusible de 400 A, et pourquoi il ne faut jamais les intervertir

La valeur nominale du fusible MSD et l'intensité nominale indiquée sur le même sectionneur répondent à deux questions différentes, et aucune des deux n'est une erreur. Le chiffre figurant sur le fusible, 400 A dans le cas présent, correspond à l'intensité que l'élément fusible est conçu pour supporter sans se déclencher. Le chiffre de 240 A indiqué sur le sectionneur correspond au courant continu auquel l’ensemble de l’appareil a passé avec succès son essai d’élévation de température, ce fusible étant déjà en place. Un fusible de 400 A dans un sectionneur de 240 A est le résultat normal de la conception, car le fusible doit être réglé au-dessus de la limite de courant continu de l’appareil afin de rester fermé en fonctionnement normal. Intervertir l’un ou l’autre de ces chiffres rompt une paire qui a été testée ensemble.

Les chiffres clés en un coup d'œil

Ce que mesure réellement l'intensité nominale d'un fusible MSD

Ces deux essais permettent d'obtenir ces deux valeurs et évaluent des modes de défaillance différents. La valeur relative au fusible est issue de la norme applicable aux fusibles. Un fusible homologué UL 248 de 600 A ou moins est testé à 100 % de son courant nominal. Les fusibles de 601 A et plus des classes L et T sont testés à 110 %. C’est ainsi que le fabricant peut affirmer que l’élément fusible supporte sa propre intensité nominale sans s’ouvrir. Au-delà de ce seuil, c’est la courbe temps-courant publiée qui détermine le moment où il fond. Les éléments fusibles gG conformes à la norme CEI 60269 sont quant à eux contrôlés entre deux seuils : aucune ouverture à 1,25 fois le courant nominal dans le délai conventionnel, et une ouverture à 1,6 fois le courant nominal.

La valeur de coupure résulte d'un essai d'élévation de température réalisé sur le matériel, et aucun élément de cet essai ne permet de déterminer la valeur nominale d'un fusible MSD. Un courant est fait passer à travers les contacts raccordés, les clips de fusible, les bornes et une longueur de câble spécifiée, à une température ambiante donnée, et la température est surveillée jusqu'à ce qu'elle se stabilise. Le résultat obtenu correspond à une caractéristique propre à l'ensemble du circuit de passage du courant. Il s'applique exclusivement à cette configuration.

Considérés ensemble, ces deux chiffres sont cohérents. Le matériel supporte 240 A en continu, et le fusible ne commence à se déclencher que bien au-delà de cette valeur. Un ingénieur qui ne tiendrait compte que du chiffre le plus bas se mettrait à rechercher un défaut qui n'existe pas.

Pourquoi le numéro du fusible figure-t-il au-dessus de celui du sectionneur ?

La charge définit la valeur minimale pour le calibre d’un fusible MSD, et cette valeur minimale est déjà supérieure au calibre du dispositif. Les articles NEC 210.20(A) et 215.3 fixent le calibre du dispositif de protection contre les surintensités à 125 % de la charge continue. Avec un courant continu de 240 A, le circuit nécessite donc un dispositif d’au moins 300 A avant que tout autre facteur n’entre en ligne de compte. Les valeurs nominales standard s’échelonnent à partir de là, et ce calcul aboutit à 350 A ou 400 A.

Un circuit intermédiaire en courant continu doit être préchargé, et un contacteur se ferme avec un rebond ; ainsi, un rack peut être soumis, pendant une fraction de seconde, à un courant de charge du condensateur bien supérieur à sa valeur stable. Un fusible dont le calibre MSD correspondrait exactement au courant continu se déclencherait dès la première précharge du quart de travail.

À l'intérieur d'un boîtier hermétique, la chaleur dégagée par l'élément fusible ne peut s'échapper. La note d'application d'Eaton sur la charge à 100 % des fusibles le souligne clairement : la possibilité d'utiliser un fusible à sa capacité nominale maximale dépend de l'environnement, ainsi que du disjoncteur et des raccordements qui l'entourent. Un MSD est un boîtier étanche situé dans une armoire chaude ; le fusible fonctionne donc bien en deçà de sa valeur nominale, et la capacité nominale du fusible MSD tient compte de cette chaleur.

C'est le courant de défaut qui détermine la classe du fusible, et non sa taille. Le courant de court-circuit prévisionnel d'une chaîne de 1 500 V CC aux bornes est une valeur issue de l'étude de défaut. Le fusible doit l'interrompre à cette tension. Le concepteur choisit la plus petite valeur nominale standard qui satisfait à la charge, au courant d'appel et à la coordination. Le pouvoir de coupure et l’énergie admissible sont ensuite vérifiés par rapport aux composants en aval. Cette vérification ne peut être effectuée que si l’on dispose de la chaîne complète, car le câble, le contacteur et le sectionneur présentent chacun une courbe de dommage. La valeur nominale d’un fusible MSD doit se situer au-dessus du fonctionnement normal et en dessous de la plus basse de ces trois courbes.

Les chiffres publiés qui expliquent cet écart

Les fabricants de composants pour sectionneurs manuels à fusible publient ces deux valeurs, et l'écart entre celles-ci est plus important que ne le pensent la plupart des ingénieurs. Les chiffres ci-dessous sont tirés des fiches techniques publiées pour les sectionneurs manuels à fusible ; ils sont cités à titre de référence du secteur et ne constituent pas une évaluation de PVLinkTech. Les valeurs de courant indiquées s'appliquent à un câble de 70 mm² à la température ambiante spécifiée.

Le tableau montre que ce même boîtier perd plus de la moitié de sa capacité dès qu’un fusible saute. L’élément chauffant et les bornes constituent des sources de chaleur situées dans le même boîtier hermétique que les contacts. Il montre également qu’un fusible MSD fonctionne bien au-dessus de son intensité nominale en service continu, avec un rapport d’environ 1,8 pour 1 dans la gamme des 350 A. Un dispositif de 240 A équipé d'un fusible de 400 A présente le même schéma, mais à un point différent de la courbe.

Ce qu'un échange change réellement

On choisit parfois un fusible de remplacement parce qu'on a besoin d'une marge de sécurité plus importante, parce que le seul fusible disponible en magasin est d'un calibre différent, ou parce que le fusible d'origine semble trop gros par rapport au câble. Ce changement a des répercussions sur plusieurs paramètres à la fois, et le calibre du fusible MSD n'est pas le seul à être concerné.

Une étude de coordination ne se limite pas à la courbe de fusion. L'autre aspect concerne la résistance du câble, du contacteur et des contacts de sectionnement ; or, ces valeurs ont été établies en fonction d'un fusible spécifique présent dans le circuit : si l'on en remplace un par un autre, l'étude porte alors sur un tableau qui n'existe plus, même si le nouveau composant est, en soi, un meilleur fusible.

La valeur du fusible fait également partie de la configuration évaluée du bloc ou de l'armoire. Les articles 110.9 et 110.10 du NEC imposent le pouvoir de coupure et la résistance des composants à l'installation, et non à la personne qui a choisi le fusible. Personne sur le chantier ne peut reproduire cette évaluation à partir d'une référence figurant dans un catalogue.

Le détail concernant le courant continu qui rend un échange dangereux

Le courant continu n'ayant pas de tension nulle par nature, seul l'arc électrique du fusible permet de ramener le courant à zéro. Note technique de Mersen sur le fonctionnement des fusibles en courant continu Le dit sans détour. En l'absence d'un zéro de tension naturel, l'interruption d'un défaut en courant continu est plus difficile qu'en courant alternatif. Une constante de temps L/R élevée complique encore davantage la tâche, car le courant augmente plus lentement et le temps de pré-arc s'allonge. La même note ajoute une règle pratique : un fusible homologué pour le courant alternatif ne peut être utilisé en courant continu que si le fabricant indique explicitement la capacité en courant continu de ce fusible.

Si l'on considère cela dans le contexte d'une chaîne de batteries de 1 500 V CC, le calibre d'un fusible MSD n'est plus une simple question d'entretien. Un fusible dont la tension nominale ou la constante de temps est inadaptée ne se déclenche pas simplement avec un léger retard. Il ne parvient pas à interrompre le circuit, et l'énergie reste confinée dans le boîtier.

Le MSD n'est pas le composant qui efface le défaut.

La confusion concernant l'intensité nominale d'un fusible MSD provient principalement du fait que l'on considère le sectionneur comme un disjoncteur. Le sectionneur isole la chaîne. C'est le fusible qui élimine le défaut. NEC 706.15(E)(2) Cela vaut également pour les circuits de batterie dont la tension nominale est supérieure à 240 V CC et qui font l’objet d’interventions de maintenance sur site. La conception doit permettre de diviser la chaîne en segments de 240 V CC ou moins. Les sectionneurs à boulons et enfichables sans capacité de coupure en charge sont explicitement autorisés à des fins de maintenance ; c’est pourquoi un dispositif sans capacité de coupure en charge peut constituer la solution appropriée dans ce cas.

Le nôtre MSD-350 Il suit la même configuration. Il s'agit d'un sectionneur sans fusible d'une intensité nominale de 350 A à 1 500 V CC, étanche selon la norme IP67 lorsque le joint repose à plat sur le panneau, doté d'une poignée à deux positions qui ouvre les contacts avant de se déverrouiller. Le fusible est situé ailleurs dans l’ensemble, et son calibre dépend de la conception du rack plutôt que du sectionneur, ce qui explique pourquoi aucun calibre de fusible MSD n’apparaît sur le sectionneur lui-même.

Comment lire la paire indiquée sur l'étiquette

Quatre chiffres sont importants lorsque vous vous trouvez devant un sectionneur à fusible avec un fusible de rechange à la main, et la valeur nominale du fusible MSD n’est que l’un d’entre eux.

Une intensité nominale MSD sans ses conditions d'utilisation ne peut être comparée à rien. Demandez le rapport sur l'élévation de température, tout comme vous demanderiez une courbe de déclassement avant de choisir un connecteur pour une armoire. La chaleur constitue l'autre aspect de cette question, et Élévation de température du connecteur BESS mesure le courant, la résistance de contact et la section des câbles dans l'armoire.

Si vous avez besoin d'un courant plus élevé

Lorsqu'une installation nécessite un courant plus élevé, il ne faut pas modifier la valeur nominale du fusible MSD. Le sectionneur, la classe de fusible, le câble, le contacteur et le jeu de barres font tous partie de la même étude de coordination, et l'augmentation de l'un d'entre eux déplace la limite vers l'élément suivant le plus faible. Fournissez le profil de charge, la température ambiante et le courant de défaut disponible au fabricant du bloc d'alimentation ou de l'armoire, et demandez-lui quel fusible et quel sectionneur ont été évalués conjointement pour ce courant.

Que signifient ces deux chiffres pris ensemble ?

Ce sectionneur de 240 A et ce fusible de 400 A forment un ensemble harmonisé, et non une contradiction. Le dispositif supporte 240 A, le fusible reste fermé au-delà de cette valeur, et l'ensemble a été testé en tant que tel à une température ambiante spécifiée avec un câble spécifié. Quiconque modifie l'un des deux éléments de cet ensemble sans s'appuyer sur une étude des défauts et l'évaluation qui en découle ne travaille plus sur le même dispositif.