Pourquoi mon fusible a-t-il sauté après plus de 3 ans sans problème?

Depuis plusieurs années, j'ai un solénoïde câblé à la sortie 24VDC d'un automate (Rockewell Automation 1769-OB16 ).

Pour protéger la carte de sortie de l'automate, un fusible à action rapide de 500 mA a été installé entre l'automate et le solénoïde. Le fusible fonctionne sans problème depuis longtemps.

Récemment, ce fusible a sauté. Il n'y a eu aucun changement sur la ligne, aucune utilisation anormale ou excessive du solénoïde, et rien d'extraordinaire. Ça a juste explosé. J'ai remplacé le fusible par un fusible identique, et le solénoïde fonctionne aussi bien qu'avant la fusion du fusible.

J'ai mesuré le courant pour essayer de savoir pourquoi il a soufflé et j'ai découvert que le solénoïde tire en fait 530mA. J'ai laissé le solénoïde continuer à tirer autant pendant plus de 20 minutes et le fusible s'est maintenu.

Pourquoi le fusible ne saute-t-il pas alors que la charge tire plus que le fusible n'est prévu? Et pourquoi soufflerait-il seulement maintenant, après plus de 3 ans, et pas plus tôt?

La valeur nominale d'un fusible est la quantité de courant qu'il transportera indéfiniment sans souffler. Afin de garantir cela, la plupart des fusibles ne sauteront pas jusqu'à ce que le courant atteigne 2 × ou plus de leur valeur nominale. En fait, si vous regardez la fiche technique d'un fusible, il y aura généralement un graphique qui relie le temps de fusion au pourcentage (sur) de charge. La plupart de ces graphiques atteignent un temps infini pour souffler quelque part près de 200% de charge.

Si vous placez quelque part entre 1 × et 2 × la valeur nominale actuelle du fusible, vous êtes dans une zone grise dans laquelle il peut ou non sauter, ou il peut simplement s'affaiblir avec le temps, conduisant éventuellement à un seuil inférieur de soufflage.

Il y a d'autres choses spécifiques aux solénoïdes qui pourraient également provoquer une telle défaillance. À un niveau simpliste, vous pouvez considérer un solénoïde comme une inductance, et sa résistance CC limite son courant de régime permanent. Cependant, lorsque le piston bouge réellement, l'inductance change, ce qui crée une surtension supplémentaire à chaque fois que vous l'utilisez. Si quelque chose dans la charge mécanique rend l'opération un peu plus lente que la normale, cette surtension durera plus longtemps et pourrait potentiellement faire sauter votre fusible.

C'est pourquoi les fusibles à fusion lente sont normalement utilisés avec des charges qui ont des surtensions au démarrage. C'est également la raison pour laquelle vous devez utiliser une sortie PLC qui est conçue pour gérer la surtension.

Conception de fusible

En regardant cette fiche technique pour les fusibles rapides 5x20mm d'ESKA, vous trouvez un tableau avec "limites de temps de pré-arc" en bas. Pour un fusible de 500 mA, il indique:

 2.1*500mA  =1050mA:         30min
 2.75*500mA =1375mA:     50ms-2s
 4*500mA    =2000mA:     10-300ms
10*500mA    =5000mA:         20ms

Donc, c'est complètement dans les spécifications (de ce fusible) qu'il ne saute pas à 530mA en 20min.

Vieillissement par fusion dans des conditions constantes

De l'autre côté, il est étrange que le fusible ait sauté. Nous avons vu une fois le même comportement étrange et avons fait un test. Nous avions quatre fusibles 1A en série, chacun avec une diode en parallèle. Celui-ci était connecté à une source de courant constant de 1A, et la chute de tension sur chaque fusible a été surveillée. Tant que les fusibles étaient OK, la chute de tension était bien en dessous de 0,7 V, et tout le courant traversait les fusibles. Un fusible grillé serait indiqué par une chute de tension d'environ 0,7 V:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Nous avons mis cinq de ces ensembles équipés de fusibles de différents fabricants et lots dans un four à une température constante de 85 ° C pour ajouter un peu de stress et avons obtenu ce résultat assez intéressant:

Tous les fusibles ont commencé à "vieillir" immédiatement, comme le montre la chute de tension qui augmente lentement.

• Le jeu 1 a une propagation élevée de la chute de tension et le premier fusible commence à augmenter la chute de tension au jour 10 et a finalement sauté 15 jours plus tard (!)
• L'ensemble 3 est un lot différent du même fabricant. Cela a pris plus de temps, mais le résultat est le même.
• Le set 4 a commencé avec une chute de tension élevée, mais semblait s'installer quelque part.
• Le set 2 commence avec une faible baisse et la pente commence à augmenter au jour ~ 25-30
• Le set 5 a une petite chute de tension supérieure et une très petite dispersion des pièces, mais même ici, la pente commence à augmenter très lentement vers le jour 30. Le prix de ces fusibles est 3x le prix du set 1 et 3 ...

(J'ai des données pour une période plus longue, mais je dois les rechercher)

Voici également une photo des fusibles:

De gauche à droite:

• Nouveau et inutilisé
• Après un certain temps dans l'un de nos appareils qui a souvent fait sauter des fusibles, a déjà une légère tonalité jaune.
• Fusible fonctionnant toujours, beaucoup d'oxydation noire visible
• fusible grillé, semble avoir sauté relativement vite.
• Un autre fusible grillé. Il semble qu'il ait fallu beaucoup de temps pour souffler.

Vieillissement des fusibles en commutant les charges

Le fil du fusible devient chaud et se dilate lorsque le courant circule. À des températures élevées, une oxydation peut se produire, ce qui affaiblit le fil mécaniquement et peut également être électrique. La mise sous / hors tension d'une charge signifie que le fil est plié à chaque fois. Cette contrainte peut provoquer un fusible grillé à un moment donné même lorsque le courant n'a jamais dépassé le seuil.

Mauvaise conception du circuit

Bien sûr, lorsque vous écrivez sur un solénoïde, il est possible qu'il y ait des impulsions courtes mais importantes à travers le fusible qui l'endommageront également au fil du temps.

Recommandation

Un fusible n'est généralement pas là pour protéger l'appareil en premier lieu, mais pour protéger la source ou pour éviter d'autres dommages, par exemple par un incendie.

Les fabricants ont déclaré qu'il serait préférable d'utiliser un fusible de 1,5 à 2 fois le maximum. courant prévu, bien qu'un fusible de calibre trop élevé ne puisse pas sauter quand il le devrait.

Cependant, le vieillissement se produit toujours et les fusibles sautent de temps en temps sans raison (externe).

J'ai vu fusionner des courbes de fusion avec le temps à contre-courant, et ces courbes ne vont PAS à «l'infini». L'infini n'existe pas sur les graphiques. Au lieu de cela, avec des courants quelque peu autour ou sous la valeur nominale, le temps passera à un grand nombre d'heures, disons 1000 à 10 000. Et si le courant n'est pas toujours allumé, comme probablement dans votre cas, 3 ans est un «long» délai raisonnable pour fondre.

Une autre façon de voir les choses: un fusible est comme une ampoule, l'ancien type avec un filament chaud. Bien que très chaud, il faut encore quelque 1000 heures pour fondre. Et même en cas de sous-tension, brûlant plus bas, il ne s'allumera pas «pour toujours».

Pour sauvegarder mon argument, voici un diagramme de temps de fusible arbitraire , trouvé avec google. Il montre une ligne assez droite sur une échelle logarithmique sur 5 décennies, de 0,01 s à 1000 s. De 1000 s à 3 ans, c'est encore 5 décennies.

Encore un autre argument: j'ai vu des fusibles sauter après 25 ans de service. Une fois, vers 2010 environ, j'ai remplacé un fusible principal de ménage grillé en Iran pour découvrir une pièce d'avant la Révolution (1979)! (Je n'invente rien) Sans une surcharge apparente ou un événement de court-circuit.

C'est une idée fausse commune qu'un fusible est censé fondre immédiatement («coup») à son courant nominal.

Un fusible est utilisé pour protéger votre câblage contre les incendies en cas de courants excessifs et / ou pour vous protéger contre l'électrocution en cas de rupture d'isolement. Un fusible peut fonctionner en conjonction avec la mise à la terre, provoquant un courant de court-circuit élevé en cas de défaillance d'isolement mineure. Dans le cas optimal, le fusible sautera très rapidement en raison du courant de court-circuit élevé.

Les fusibles sont connus pour être difficiles à évaluer pour protéger contre la surchauffe de votre câblage en cas de courants qui ne sont que légèrement supérieurs à ceux prévus. C'est pourquoi les ingénieurs électriciens ont besoin de ces graphiques de fusibles compliqués.

En regardant ces graphiques (par exemple, voir mon autre réponse), vous verrez qu'un fusible évalué à 100 A prendra plusieurs secondes pour fusionner à un courant de 10 fois cette valeur. Cela vous expliquera pourquoi votre fusible de 500 mA ne saute pas avec une charge de 530 mA. Non, il ne soufflera pas d'un coup, mais pourra / se fusionnera plus tard. Un fusible de X Ampere n'est pas en soi très utile pour une charge qui attire nominalement X Ampere. Par exemple, dans ma maison, je peux allumer une lampe de disons 10 watts, tandis que l'installation est fusionnée avec 16 ampères (à 230 volts CA).