Barrières physiques et coordination diélectrique à l'intérieur du fusible
À la frontière entre les appareils électriques basse tension et les systèmes de protection haute tension, les caractéristiques physiques de l'arc électrique constituent un facteur de conception essentiel. Un fusible à déclenchement peut allonger et refroidir l'arc électrique, un processus qui correspond essentiellement à une reconstruction géométrique et une intervention thermodynamique sur le canal de plasma. Lorsque le métal en fusion se vaporise sous l'effet d'un courant de défaut, un arc initial se forme rapidement et sa conductivité augmente exponentiellement avec la température. Dès lors, la fonction principale du système d'extinction d'arc n'est plus de dissiper l'énergie, mais de modifier la forme et l'environnement de l'arc.
Reconstruction à l'échelle physique : Allongement et segmentation
La longueur de l'arc détermine directement la tension nécessaire à son maintien. Dans les dispositifs à limitation de courant, la colonne d'arc est étirée mécaniquement par une augmentation rapide de l'écartement des contacts ou par l'utilisation d'une force électromagnétique pour la propager.
Dans les structures de contact de type pont, le champ magnétique généré par le courant traversant le circuit de contact agit sur l'arc, et la force électromagnétique le propulse rapidement vers l'extérieur.
Le trajet de l'arc est forcé de s'allonger, et l'intensité du champ électrique par unité de longueur diminue en conséquence.
Certains fusibles utilisent des grilles métalliques pour segmenter davantage l'arc allongé en plusieurs segments d'arc courts.
Chaque segment d'arc court nécessite une chute de tension cathodique pour se maintenir. Cet effet d'accumulation de tensions en série augmente considérablement la demande totale en tension d'arc jusqu'à dépasser la capacité de l'alimentation.
Amélioration du contact diélectrique : Refroidissement et transposition
Un simple allongement de l'arc sans refroidissement concomitant peut entraîner son ionisation au sein du long canal. C'est là qu'intervient le sable de quartz ou le matériau générateur de gaz qui remplit le fusible.
Les structures remplies de sable de quartz exploitent la grande surface spécifique des fines particules ; lorsque l'arc brûle à l'intérieur, la chaleur est rapidement absorbée par le matériau de remplissage.
La vapeur métallique diffuse dans les interstices entre les particules de sable, provoquant une chute brutale de la température du plasma d'arc et supprimant l'ionisation thermique.
Dans les fusibles à déclenchement par gaz, le matériau générateur de gaz présent sur la paroi interne du tube fusible se décompose à haute température, libérant d'importantes quantités d'hydrogène et d'autres gaz.
Un flux de gaz à haute pression est injecté axialement le long du tube, évacuant la chaleur et remplaçant directement le milieu ionisant dans l'entrefer.
L'allongement du fusible diminue la tension d'arc, tandis que le refroidissement prive l'arc de l'énergie nécessaire au maintien de l'ionisation. Ces deux phénomènes se conjuguent dans l'espace confiné du fusible, rendant difficile le réamorçage de l'arc lorsque le courant s'annule.
