Analyse du principe de fonctionnement et des caractéristiques techniques des fusibles à déconnexion
Le fusible haute tension est un dispositif de protection contre les surintensités largement utilisé dans les réseaux de distribution d'énergie. Sa fonction principale est de couper le circuit en le faisant fondre, isolant ainsi la zone de défaut et garantissant la sécurité des équipements électriques. Cet article analyse son principe structurel, son mécanisme d'actionnement, ses caractéristiques techniques et ses applications typiques.
Le fusible à déclenchement est composé d'un tube de fusion, d'un fusible, d'un dispositif d'extinction d'arc, de contacts supérieur et inférieur, ainsi que d'un support de montage. Le tube de fusion est généralement fabriqué en résine époxy gazogène, avec un fusible fixe à l'intérieur et rempli de sable de quartz comme agent d'extinction d'arc. Lorsque le courant du système dépasse le seuil défini, le fusible chauffe et fond. Le matériau gazogène contenu dans le tube se décompose sous l'effet de la température élevée de l'arc pour produire du gaz à haute pression, créant ainsi un effet de soufflage longitudinal, forçant l'arc à refroidir et à s'éteindre rapidement dans l'espace de sable de quartz.
En conditions normales de fonctionnement, le tube fusible maintient un contact étroit avec le contact statique supérieur grâce à la tension du ressort, formant ainsi un chemin conducteur. Une fois le fusible fondu, le tube fusible perd sa tension mécanique et bascule sous l'effet de la gravité, formant un point de déconnexion clairement visible. Cette fonction de chute mécanique fournit non seulement une indication intuitive du défaut, mais permet également à l'opérateur de le localiser rapidement.
... 2. Caractéristiques d'action et mécanisme d'extinction d'arc
Les caractéristiques de fonctionnement du fusible dépendent des propriétés du matériau et de sa structure géométrique. Le fusible est généralement fabriqué en alliage argent-cuivre, à faible résistivité et à point de fusion stable. Les caractéristiques temps-courant peuvent être personnalisées en concevant avec précision la section et la longueur du fusible. En cas de court-circuit, le courant de court-circuit vaporise le fusible en 1 à 10 millisecondes. Le matériau gazogène se décompose alors rapidement pour produire des gaz isolants tels que l'hydrogène et le dioxyde de carbone. Grâce à l'effet d'adsorption du sable de quartz, l'extinction de l'arc peut être réalisée en moins de la moitié du cycle de fréquence industrielle.
En cas de courant de surcharge, le fusible assure une fusion retardée grâce à l'accumulation de chaleur. Cette protection hiérarchique permet non seulement d'éviter les faux fonctionnements dus aux fluctuations instantanées de charge, mais aussi de protéger efficacement les équipements contre les dommages causés par une surcharge prolongée. Le pouvoir de coupure nominal du fusible peut atteindre 12,5 kA à 20 kA, ce qui répond aux exigences de protection des réseaux de distribution de 10 kV et moins.
3. Principales caractéristiques techniques
... Économique et facile à entretenir : Par rapport aux disjoncteurs, les fusibles de chute ne nécessitent pas de puissance de fonctionnement et les coûts de maintenance sont réduits de plus de 60 %. Le remplacement du fusible peut être effectué au sol grâce à une tige de traction isolante, ce qui améliore considérablement l'efficacité de l'exploitation et de la maintenance.
Adaptabilité environnementale : Le fusible spécialement conçu, résistant à la pluie, résiste à des températures ambiantes comprises entre -40 °C et +80 °C, et son agent extincteur d'arc assure des performances stables à moins de 2 000 mètres d'altitude.
... Protection de ligne de distribution : Installé au nœud de dérivation de la ligne aérienne 10 kV comme dispositif de protection de segment de ligne. En cas de court-circuit entre phases dû à la foudre, à des arbres, etc., le fusible peut couper le courant de défaut en 0,1 seconde.
Protection des transformateurs de distribution : Pour la protection contre les surintensités côté primaire des transformateurs inférieurs à 35 kV, son courant nominal est choisi entre 1,5 et 2 fois le courant nominal du transformateur, ce qui permet de prévenir efficacement les défauts internes tels que les courts-circuits entre les spires.
Protection des batteries de condensateurs parallèles : Compte tenu de l'effet d'amplification harmonique de la batterie de condensateurs, un fusible à temps inverse est utilisé pour éviter le claquage de l'isolation du condensateur dû à une surtension.
5. Points clés pour l'installation, l'exploitation et la maintenance
... Grâce à l'utilisation de nouveaux matériaux nanocomposites d'extinction d'arc, leur pouvoir de coupure et leur durée de vie continuent d'augmenter, offrant une garantie essentielle pour la construction de réseaux de distribution intelligents. À l'avenir, les caractéristiques d'auto-récupération des matériaux fusibles devront être étudiées plus en détail afin de s'adapter aux conditions de fonctionnement complexes induites par l'accès aux nouvelles énergies.
