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

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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?

solenoid fuses solenoid-valve

— CaptJak
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La température ambiante a un effet; s'il est plus chaud, la probabilité que le fusible saute (quelque peu) augmente.

— Daniel Griscom

Merci, j'étais au courant de ce fait à l'origine, et heureusement, le fusible était dans une pièce 65-70 (F) et est resté ainsi.

— CaptJak

@DanielGriscom, à l'inverse, les pièces mécaniques deviennent souvent plus rigides au froid. Selon ce que le solénoïde conduisait et s'il y a un retour pour une tension de maintien réduite, il pourrait fonctionner à plat plus longtemps que la normale. OK, cela ne ressemble pas à ça dans ce cas spécifique, mais cela pourrait être implémenté avec un swicth attaché au solénoïde.

— Chris H

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Le dépassement du courant nominal entraîne un vieillissement prématuré. Même si le nouveau fusible n'a pas sauté dans les 20 minutes, il ne durera pas aussi longtemps que prévu.

— Dmitry Grigoryev

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Ne pensez pas à un fusible comme limiteur de courant. Considérez-le comme une protection contre les pannes catastrophiques. Il est là pour éviter que les surtensions et les pannes brèves ne se transforment en incendies, pas pour protéger une alimentation légèrement surchargée.

— Passant

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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.

— Dave Tweed
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Merci. L'automate que j'ai est conçu pour gérer la surtension (constante 1A et jusqu'à 2A chaque 10 ms), ce n'est pas moi qui ai conçu le système. Est-il recommandé de remplacer le fusible à action rapide de 500 mA par un fusible à fusion lente de 500 mA? Ou dois-je le remplacer par un fusible à action rapide de calibre supérieur?

— CaptJak

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Je serais enclin à utiliser un fusible de 1A, ce qui correspond bien à la valeur nominale de la sortie de l'automate.

— Dave Tweed

@DaveTweed, mais comme vous le constatez, un fusible de 1 A pourrait transporter jusqu'à 2 A pendant une durée indéterminée, ce qui serait en dehors de la surtension de 1 A max / 2 A de l'automate, non?

— nekomatic

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@nekomatic: Non. Comme je l'ai dit, la plage entre 1x et 2x est une zone grise, protégeant la marge d'erreur de test et les tolérances de production pour le fabricant. La seule garantie de durée infinie est à la cote réelle.

— Dave Tweed

@DaveTweed 'indéfini', pas 'infini'. Je pense que cela signifie à peu près la même chose que «zone grise». Il me semble qu'un fusible de 1 A pourrait permettre à la sortie de l'automate d'être surchargée pendant une période prolongée.

— nekomatic

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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:

schématique

^{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).

— bonbon
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Logique. La fiche technique du fusible montre qu'il peut aller de 30 à 60 minutes à 150% de la puissance nominale. La pièce où le fusible est conservé reste à environ 66 F, donc je vais y aller avec l'âge et la nature d'une opération de solénoïdes comme cause. Les graphiques et illustrations ont été très utiles.

— CaptJak

Dans quelle mesure pensez-vous que le vieillissement est accéléré en utilisant 85 ° C? Serait-ce le facteur commun de 2 pour 10 ° C (ce serait de l'ordre de 50 fois)?

— Peter Mortensen

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Voilà une excellente réponse. J'avais une voiture (Saab) qui est décédée après 10 ans. Le fusible du circuit d'allumage s'est déformé et s'est ouvert tout en semblant bon. L'élément fusible avait l'air OK, bien que quelque peu allongé, mais s'est effondré en poussière au moindre contact. A remplacé un fusible du circuit A / C (c'était l'hiver) et a filé.

— WhatRoughBeast

@PeterMortensen probablement pas. Cela dépend complètement de l'énergie d'activation de la réaction. Cette règle empirique est basée sur des réactions qui ont un taux appréciable proche de la température ambiante, mais le taux de dégradation des fusibles à température ambiante est à peu près négligeable. Si le processus qui conduit au vieillissement est connu, son énergie d'activation pourrait être utilisée pour obtenir une dépendance précise (à l'échelle) de la température.

— Oleksandr R.

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@ Rev1.0 En fait, le test fonctionnait au moins 100 jours, je ne trouve tout simplement pas les données ... J'ai testé cela à l'université, le four était gratuit et nous l'avons laissé fonctionner. En fait, le projet est en effet un peu plus grand et les fusibles tombaient en panne dans des appareils qui n'étaient pas accessibles pendant des mois lorsqu'ils étaient en fonctionnement. Alors que nous remplaçons juste 1A par 1,6A, cette mesure était plus ou moins intéressante pour nous.

— sweber

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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.

— Roland
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Merci. Tout d'abord, je suis presque sûr que tous ceux qui participent à ce fil savent que ce n'est pas réellement "pour toujours", c'est juste figuratif pour "indéfiniment / très longtemps". Deuxièmement, avez-vous quelque chose pour étayer votre réponse? Des tests? Sources d'information? Je ne crois pas que 3 ans soit un délai raisonnable, d'autant plus que j'ai des centaines (littéralement) de fusibles plus anciens qui n'ont pas sauté.

— CaptJak

@CaptJak J'ai ajouté quelques données concrètes à ma réponse. À propos de vos fusibles: ceux-ci transportent-ils tous un courant constant autour de la valeur nominale tout le temps? Sinon, vous verrez sur les graphiques d'échantillonnage qu'à une charge de courant plus légère (moyenne), le temps de fusion augmentera considérablement.

— Roland

Cela varie. Certains fusibles (comme celui qui a sauté) ne transportent le courant que momentanément, tandis que d'autres sont constants. Certains portent moins que ce pour quoi ils sont évalués (250 mA) et d'autres portent leur cote ou légèrement plus.

— CaptJak

Et je ne doute pas qu'ils finiront par mourir. Mais trois ans semblaient trop tôt, d'autant plus qu'il s'agissait du seul fusible parmi tant d'autres.

— CaptJak

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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).

— Roland
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