Raconte-moi la radio
Pourquoi protéger un réseau électrique ?
L'électricité qui circule dans un circuit électrique est caractérisé par deux grandeurs de base qui sont d'une part l'Intensité du courant en Ampères et d'autre part le niveau de tension en Volt entre les conducteurs et aux bornes des appareils (générateurs ou consommateurs).
Lorsqu'une installation électrique est construite, il convient de disposer de protections efficaces pour éviter plusieurs types d'incidents rappelés ci-après.
Tout d'abord, on sait depuis l'invention de la lampe à incandescence par EDISON que l'électricité produit un échauffement des conducteurs du fait de leur résistance au passage du courant.
Pour éviter un échauffement prohibitif, il convient donc de limiter la densité du courant (A/mm2) en choisissant un diamètre du fil suffisant et en interdisant la circulation d'un courant d'intensité supérieure à une valeur maximale admissible.
Pour mémoire, une densité de courant de l'ordre de 4 A/mm2 peut être prise comme valeur de base de dimensionnement pour des conducteurs cuivre domestiques.
Cet échauffement peut devenir maximum lorsque l'on a à faire à un court-circuit que celui-ci se produise sur un appareil récepteur ou en un point quelconque de la ligne elle-même.
Pour éviter un incendie, il suffit de couper le courant à l'aide d'un dispositif automatique mis en place dès la construction de l'installation.
Mais l'échauffement des conducteurs n'est pas le seul phénomène à prendre en compte. Si l'appareil consommateur n'est pas une résistance pure (charge résistive) comme une lampe ou un appareil de chauffage, mais plutôt un moteur ou un transformateur (charge inductive), les phénomènes de self induction liés au courant alternatif génèrent des arcs électriques dont l'extinction peut être plus ou moins longue.
Cet arc qui se développe en général dans l'air, mais pourrait aussi se développer dans une atmosphère explosive est extrêmement dangereux et peut avoir des effets très destructeurs.
Un dernier type de protection à prévoir reste bien sûr la prévention d'éventuelles électrocutions des hommes ou des animaux qui peuvent accidentellement être en contact avec des conducteurs nus sous tension.
Eviter les accidents
Dès la fin du 19ième siècle, l'électricité entre dans la vie de tout les jours, à la maison, à l'usine, dans les transports etc...
Les premières applications vont être, bien sûr, l'éclairage, puis la mise au point de moteurs pour la traction et l'activation de machines industrielles de plus en plus puissantes.
Le remplacement de l'éclairage au gaz ou de la lampe à pétrole par l'ampoule à incandescence de Monsieur EDISON, va rapidement se traduire par une baisse sensible du nombre des incendies domestiques, à la grande satisfaction des Compagnies d'Assurance.
En même temps,l'augmentation de la taille des installations de production d'électricité et les puissance demandées par les gros consommateurs (sidérurgie, électrochimie, électrométallurgie, traction ferroviaire, métro, trolleybus, ...) conduisent les industriels à développer des appareils de coupure et de protection des réseaux électriques de plus en plus gros.
Dès 1910 par exemple, les Ets BRANDT et FOUILLET, en France, commercialisent déjà des interrupteurs capables d'un pouvoir de coupure de 10,000 A sous 600 V.
Mais les choses ne vont pas durer.
La mise en place de douilles voleuses, l'augmentation de la puissance des appareils électriques domestiques (radiateurs de chauffage) l'apparition de l'électro-ménager, vont conduire de nombreux utilisateurs à surcharger involontairement ou non leurs installations et déclencher des accidents souvents dramatiques (incendies, explosions, électrocutions, ...).
Les Compagnies d'Assurance exaspérées par la recrudescence de ces très nombreux sinistres domestiques, en particulier aux Etats-Unis où les maisons sont souvent en bois, et quelques incendies spéctaculaires et dramatiques comme par exemple l'explosion d'une usine sidérurgique à Détroit en 1945 qui fit de nombreuses victimes vont pousser la Commission Electrique Internationale (CEI) à proposer des normes de plus en plus sévères tant pour la conception des appareillages de protection que pour l'installation des réseaux électriques.
Ansi, le soucis majeur des fabricants de matériels de protection électrique restera toujours la recherche de la meilleure fiabilité et l'amélioration des performances générales de la protection des installations électriques, qu'elles soient de puissance limitée (installations domestiques) ou de forte puissance (industries, producteurs), que le courant soit continu ou alternatif.
Le fusible
L'idée du fusible remonte au début du développement de l'éclairage électrique. Elle consiste à mettre dans le circuit électrique une section de conducteur en métal à bas point de fusion et de calibrer le fil pour qu'il chauffe puis fonde quand l'intensité du courant atteint une certaine valeur.
C'est EDISON, ce savant infatigable qui fit breveté le premier, vers 1880, un conducteur de sûreté (Safety Wire). Son concurrent direct SWAN, revendiqua lui aussi l'invention d'un dispositif de même type.
Mais il semble bien qu'un tel dispositif de protection ait été utilisé bien avant en France pour éviter des destructions par la foudre d'installations télégraphiques.
Vers 1850, le grand constructeur français Louis Bréguet, avait en effet fait intercaller dans les circuits des postes télégraphiques de Paris, un appareil composé d'un fil plus fin et plus résistant que celui des électro-aimants des appareils qui, par fusion, interrompait le circuit et protégeait ainsi les appareils électriques sensibles des surcharges et coups de foudre.
Le Conducteur de Sûreté d'Edison
Fil calibré en alliage de plomb
En tous cas, après un procès coûteux, les deux industriels EDISON et SWAN conclurent un accord pour l'exploitation vers 1883 d'une usine de fabrication commune de fusibles industriels.
Le conducteur de sûreté en alliage de plomb vu ci-dessus, était vendu en bobine et l'utilisateur en coupait une longueur pour monter sur un "porte fusible" en porcelaine.
Le fil fusible et son support en porcelaine
Ce n'est que bien plus tard que les fabricants proposèrent divers types de fusibles "jetables" tels que nous les connaissons de nos jours.
Ces fusibles de première génération n'étaient bien sûr pas très performants et ne coupaient pas toujours le courant à la valeur prévue de l'intensité.
Les fabricants menèrent pas mal de recherche pour déterminer le meilleur métal de fusion à utiliser.
Edouard Weston, W. Siemens, Bill Cutler, testèrent divers alliages à base de plomb, aluminium, étain, cuivre et conclurent que le meilleur métal restait l'argent pur ou des alliages argent/cuivre moins coûteux.
Fusibles industriels anciens (vers 1940)
Dans ce contexte des années 1880, ou la demande en matériel de protection est grandissante, un centre de Recherche et Développement sur les fils fusibles voit le jour, par exemple, en 1884 à Boston : La Shawmut Fuse Wire Company (Nom original emprunté à la tribu indienne qui occupait la région avant l'arrivée des Européens).
Cette entreprise qui sera l'une des premières à proposer son Amp-Traps, fusible à élément Argent/sable (fil d'argent monté dans un tube en céramique rempli de sable fin), restera longtemps leader mondial dans son domaine.
D'autres entreprises seront crées aussi dans le monde , en allemagne et en France en particulier.
Pendant la première guerre mondiale, l'armement sera un gros client de ces industries naissantes, en particulier la marine (US Navy) qui avait besoin de protections fiables pour les circuits électriques des bateaux et des sous-marins soumis à des conditions de fonctionnement difficiles (humidité , corrosion marine, milieu explosif, ...)
Gardons en mémoire que le feu à bord reste un danger permanent pour la marine, civile ou militaire.
Et puis n'oublions pas que c'est l'époque ou l'éclairage électrique se généralise dans les rues, les immeubles, les Grands Magasins et les théâtres. Bon nombre d'incendies dramatiques sont nés d'une insuffisance de protection des installations électriques qui atteignaient vite une forte puissance.
En France, des entreprises comme FERRAZ à LYON, vont développer des produits extrêmement performants, pour l'industrie électrique (centrales thermiques et nucléaires, postes de transformation,...), la maison (fusible à usage domestique) et aujourd'hui dans le domaine très spécifique de la microinformatique ou de l'électronique où la protection de composants sensibles est à assurer.
Le fusible est devenu de nos jours un composant essentiel de la protection électrique. La recherche de performances élevées et d'une fiabilité quasi absolue en font un élément complexe, qui fait appel à des techniques de pointe.
Bande perforée en argent pour fusibles industriels (environ 5 cm X 2 cm)
La photo ci-dessus montre un élément de fusible industriel moderne. L'intensité qui conduit à la fusion du fusible est fixée par les petites parties de métal qui restent entre les trous des perforations de la bande d'argent. La tolérance dans la fabrication de cette pièce est de l'ordre de quelques microns (millième de mm).
Le "plomb" de grand 'pa est bien loin derrière nous !
Fil en argent pour fusibles domestiques
Les disjoncteurs
On ne parle ici que des disjoncteurs basse tension, les disjoncteurs haute tension font appel à des techniques très complexes hors sujet ici.
Disjoncteur moderne
Production Legrand - France
Un disjoncteur est un composant électromécanique, voire électronique de protection électrique dont la fonction est d'interrompre le courant en cas d'incident. Il est capable d'interrompre un courant de surcharge ou un courant de court-circuit dans une installation. Sa principale caractéristique par rapport au fusible est qu'il est réarmable. Il est prévu pour ne subir aucune avarie lors de son fonctionnement. Il offre une grande fiabilité de fonctionnement et est d'emploi simple.
Le disjoncteur "ouvert" se repère facilement sur un tableau électrique et se rémet en service simplement en abaissant la manette de réarmement.
Il est par contre beaucoup plus cher à l'achat qu'un fusible.
Chaque appareil est règlé pour s'ouvrir lorsque le courant atteint un seuil d'intensité. La valeur de coupure est gravée sur l'appareil (10A, 16A, 20A, 32A, ...).
Et la T.S.F. dans tout ça ?
Vous savez qu'à l'aube de l'invention de la Radio, les premiers postes étaient alimentés par des batteries, elles mêmes chargées sur le secteur ou à l'aide de dynamos.
La conception parfois un peu "bricolée" de ces installations d'alimentation pouvait conduire à des accidents graves (incendies en particulier + brûlures par l'acide).
Si vous souhaitez reconstruire de tels dispositifs, n'oubliez pas que la résistance interne des batteries est très faible et qu'un court-circuit peut conduire à des courants extrêmement élevés succeptibles de faire rougir un conducteur de gros diamètre, même avec des batteries de faible tension (batterie 12 V type automobile).
N'oubliez pas de mettre un appareil sérieux de protection électrique ou de couper l'alimentaton à la source si vous devez quitter votre logement.
N'oubliez pas, non plus, le danger encouru à la remise sous tension d'un vieil appareil de radio retrouvé dans un grenier ou une brocante !
Le cordon secteur peut être en court-circuit du fait du vieillissement des isolants des fils ou un composant interne défectueux peut conduire à un quasi court-circuit.
Un condensateur de "filtrage" peut exploser ! Attention aux dégâts et dommages "colatéraux" !!
Le terme d'explosion n'est pas excessif car il s'agit bien de la destruction d'un petit réservoir métallique par une surpression gazeuse interne, due à l'ébullition de l'électrolyte.
Restez prudent et protégez l'alimentation efficacement pour éviter tout incident grave.
.... et ne laissez jamais un (vieil) appareil seul sous tension ! ...
.... Débranchez tout avant de partir !!
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de gauche à droite ; fusible industriel, fusible domestique avec indicateur de fusion, fusible sous verre
Un fusible a sauté : que faire ?
Coupez le courant au disjoncteur général avant de remplacer un fusible est une bonne précaution.
Identifiez le circuit défaillant.
Si les fusibles de votre tableau de répartition portent une étiquette indiquant la fonction du circuit ("cuisine", "éclairage chambre", etc.) ou si vous utilisez des fusibles comportant un témoin lumineux ou un voyant de fusion (éjection d’une pastille de couleur en cas d’incident), vous pouvez facilement identifier le circuit défaillant. Sinon, vous devez tester les fusibles les uns après les autres jusqu’à ce que vous ayez trouvé celui qui est défectueux.
Tester une cartouche
À défaut d’un testeur de fusibles, réglez votre multimètre (ou contrôleur universel) sur ohmmètre et mesurez la résistance de chaque cartouche. Une résistance infinie indique un fusible défectueux.
Identifier la cause de la panne
Avant de remplacer un fusible défectueux, il faut toujours repérer la cause de la panne et effectuer les réparations nécessaires.
– En cas de surcharge, débranchez quelques appareils, remplacez le fusible détruit et remettez l’installation en service.
– En cas de court-circuit, il vous faudra d’abord en éliminer la cause. Si la panne ne s’est pas produite au moment où
vous avez mis en marche un appareil précis, vous devez déconnecter tous les appareils du circuit et les inspecter.
Si ces recherches restent sans résultat, remplacez le fusible détruit et remettez l’installation sous tension, mais en laissant déconnectés tous les appareils du circuit. Si le circuit est à nouveau coupé, vous devrez procéder à une vérification de la ligne.
Des fusibles à remplacer !
Certains systèmes vétustes n’offrent pas une protection suffisante en cas de surcharge ou de court-circuit et doivent être remplacés impérativement par des coupe-circuit à cartouche calibrée, ou mieux, par des disjoncteurs divisionnaires.
Exemple de fusibles domestiques d'usage courant et de qualité technique reconnue
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de gauche à droite ; cartouche fusible, fusibles embrochables, fils fusibles en alliage d'argent de différents calibres
Sources :
- Photos et réalisation du webmaster.