ヒューズ

通常、導体の定格電流は、意図的に超えてはならない回路設計の限界ですが、電流容量の超過が予想されるアプリケーションがあります。ヒューズの場合 。

ヒューズとは何ですか？

ヒューズ は、過電流が発生した場合に溶融して分離するように設計された導電性ストリップの周りに構築された電気安全装置です。ヒューズは常に過電流から保護するためにコンポーネントと直列に接続されているため、ヒューズが溶断 （開く）回路全体を開き、コンポーネントを流れる電流を停止します。もちろん、並列回路の1つの分岐に接続されたヒューズは、他の分岐を流れる電流に影響を与えません。

通常、ヒューズワイヤーの細い部分は安全シース内に含まれており、激しい過電流の場合に発生する可能性があるように、ワイヤーが激しい力で燃え尽きる場合のアーク爆発の危険性を最小限に抑えます。小型の自動車用ヒューズの場合、シースは透明であるため、可融性要素を視覚的に検査できます。ガラスボディと中央に薄くて細い金属箔ストリップを備えたねじ込み式ヒューズを一般的に使用するために使用される住宅用配線。両方のタイプのヒューズを示す写真をここに示します：

カートリッジタイプのヒューズは、自動車用途、およびガラス以外のシース材料で構築された産業用途で人気があります。ヒューズは、定格電流を超えると「フェールオープン」するように設計されているため、通常、回路内で簡単に交換できるように設計されています。これは、回路導体に直接はんだ付けまたはボルト締めするのではなく、ある種のホルダーに挿入されることを意味します。以下は、マルチヒューズホルダー内のいくつかのガラスカートリッジヒューズを示す写真です。

ヒューズはバネ金属クリップによって保持され、クリップ自体は回路導体に恒久的に接続されています。ヒューズホルダー（またはヒューズブロック）のベースマテリアル 時々呼ばれるように）は良い絶縁体として選ばれます。

カートリッジタイプのヒューズ用の別のタイプのヒューズホルダーは、一般に、機器の制御パネルに取り付けるために使用されます。この場合、すべての電気接点を人との接触から隠すことが望ましいです。すべての金属クリップが開いて露出している上記のヒューズブロックとは異なり、このタイプのヒューズホルダーは、ヒューズを絶縁ハウジングに完全に封入します。

今日、大電流回路の過電流保護に使用されている最も一般的なデバイスは、 回路ブレーカーです。 。

サーキットブレーカーとは何ですか？

サーキットブレーカー は、過電流状態が発生した場合に電流を停止するために自動的に開く特別に設計されたスイッチです。住宅用、商業用、軽工業用などの小型サーキットブレーカは熱的に作動します。 バイメタルストリップが含まれています （背中合わせに結合された2つの金属の薄いストリップ）加熱されると曲がる回路電流を運びます。バイメタルストリップによって十分な力が発生すると（ストリップの過電流加熱により）、トリップメカニズムが作動し、ブレーカーが開きます。大型の回路ブレーカーは、ブレーカー内の通電導体によって生成される磁場の強さによって自動的に作動するか、回路電流を監視する外部デバイス（保護リレーと呼ばれるデバイス）によってトリップするようにトリガーできます。 。

回路ブレーカーは、過電流状態にさらされても故障しないため（むしろ、単に開いてレバーを動かすことで再び閉じることができます）、ヒューズよりも永続的な方法で回路に接続されていることがわかります。小さなサーキットブレーカーの写真をここに示します：

外見からは、スイッチに過ぎないように見えます。確かに、それはそのように使用することができます。ただし、その真の機能は、過電流保護デバイスとして動作することです。

一部の自動車は、ヒュージブルリンクと呼ばれる安価なデバイスを使用していることに注意してください。 適切に定格されたヒューズとホルダーの費用による、バッテリー充電回路の過電流保護用。可融性リンクは原始的なヒューズであり、過電流が発生した場合に溶けて開くように設計されたゴム絶縁ワイヤの短い部分にすぎず、いかなる種類のハードシースもありません。このような粗雑で潜在的に危険なデバイスは、主に遭遇する電圧と電流のレベルが高いため、産業や住宅の電力使用でさえ使用されることはありません。この著者に関する限り、自動車回路でのそれらのアプリケーションは疑わしいです。

ヒューズの電気回路図面記号はS字型の曲線です：

ヒューズ定格

ヒューズは、予想されるように、主に電流の単位であるアンペアで評価されます。それらの動作は、ヒューズ自体の電気抵抗による過電流の条件下での熱の自己生成に依存しますが、保護する回路に無視できる量の余分な抵抗を与えるように設計されています。これは主に、ヒューズワイヤを実際に可能な限り短くすることによって実現されます。通常のワイヤの電流容量がその長さに関係しないのと同じように（10ゲージの単線銅線は、ピースの長さや短さに関係なく、自由空気中の40アンペアの電流を処理します）、特定の材料とゲージのヒューズワイヤどんなに長くても一定の電流で吹くでしょう。長さは定格電流の要因ではないため、短くするほど、エンドツーエンドの抵抗が少なくなります。

ただし、ヒューズの設計者は、ヒューズが飛んだ後に何が起こるかについても考慮する必要があります。1回連続したワイヤの溶断した端は、両端間に完全な供給電圧があり、エアギャップによって分離されます。高電圧回路でヒューズの長さが十分でない場合、溶けたワイヤの一方の端からもう一方の端に火花が飛び散り、回路が再び完成する可能性があります。

したがって、ヒューズは、電圧容量と溶断する電流レベルの観点から定格が定められています。

一部の大型産業用ヒューズには、費用を削減するために交換可能なワイヤー要素があります。ヒューズの本体は不透明で再利用可能なカートリッジであり、ヒューズワイヤーを露出から保護し、周囲の物体をヒューズワイヤーから保護します。

ヒューズの定格電流には、単一の数値以上のものがあります。 35アンペアの電流が30アンペアのヒューズを介して送られる場合、その設計の他の側面に応じて、突然吹くか、吹く前に遅れる可能性があります。一部のヒューズは非常に速く溶断することを目的としていますが、他のヒューズは、より控えめな「開」時間、またはアプリケーションによっては遅延動作用に設計されています。後者のヒューズは、スローブローと呼ばれることもあります。 意図的な時間遅延特性のためにヒューズ。

スローブローヒューズアプリケーションの典型的な例は、電気モーターの保護です。突入 モーターが完全停止から始動するたびに、通常の動作電流の最大10倍の電流が一般的に発生します。このようなアプリケーションで高速溶断ヒューズを使用すると、通常の突入電流レベルですぐにヒューズが溶断するため、モーターを始動できませんでした。スローブローヒューズの設計では、ヒューズエレメントの質量が同等のファストブローヒューズよりも大きくなります（ただし、電流容量は少なくなります）。つまり、任意の量でゆっくりと（ただし同じ極限温度まで）加熱されます。現在の。

ヒューズの動作スペクトルのもう一方の端には、いわゆる半導体ヒューズがあります。 過電流状態が発生した場合に非常にすばやく開くように設計されています。トランジスタなどの半導体デバイスは、特に過電流状態に耐えられない傾向があるため、高電力アプリケーションでの過電流に対する即効性のある保護が必要です。

接地されているシステムでは、ヒューズは常に負荷の「高温」側に配置されることになっています。これは、ヒューズが開いた後、すべての点で負荷の電源を完全に切ることを目的としています。負荷の「ホット」側と「ニュートラル」側の融合の違いを確認するには、次の2つの回路を比較してください。

いずれの場合も、ヒューズは負荷への電流を正常に遮断しますが、下部回路は、負荷の両側から人が立っている可能性のあるアースへの潜在的に危険な電圧を遮断できません。最初の回路設計ははるかに安全です。

前に述べたように、使用されている過電流保護装置のタイプはヒューズだけではありません。 サーキットブレーカーと呼ばれるスイッチのようなデバイス 多くの場合（そしてより一般的には）過剰な電流で回路を開くために使用されます。ヒューズのように回路を切断する過程で自分自身を破壊しないという事実のために人気があります。ただし、いずれの場合も、過電流保護デバイスを回路に配置する場合は、上記と同じ一般的なガイドラインに従います。つまり、電源の側面を「溶断」する アースに接続されています。

回路内の過電流保護の配置は、さまざまな条件下でのその回路の相対的な衝撃の危険性を決定する可能性がありますが、そのようなデバイスは感電を防ぐことを意図したものではないことを理解する必要があります。ヒューズも回路ブレーカーも、人がショックを受けた場合に開くようには設計されていません。むしろ、それらは潜在的な導体の過熱の条件下でのみ開くことを目的としています。過電流デバイスは、主に回路の導体を過熱損傷（および過度に高温の導体に関連する火災の危険性）から保護し、次に負荷や発電機などの特定の機器を保護します（一部の速断型ヒューズは、特に影響を受けやすい電子デバイスを保護するように設計されています現在のサージに）。感電または感電死に必要な電流レベルは、一般的な電力負荷の通常の電流レベルよりもはるかに低いため、過電流の状態は、ショックが発生していることを示すものではありません。特定の衝撃状態を検出するように設計されたデバイスは他にもありますが（地絡検出器が最も一般的です）、これらのデバイスはその1つの目的を厳密に果たし、過熱からの導体の保護には関与しません。

レビュー：

• ヒューズ は、過電流が発生した場合に回路を遮断する目的で、溶けて2つの部分に分離するように設計された小さくて細い導体です。
• サーキットブレーカー は、過電流状態が発生した場合に回路電流を遮断するために自動的に開く特別に設計されたスイッチです。ブレーカーの設計、サイズ、および用途に応じて、熱、磁場、または「保護リレー」と呼ばれる外部デバイスによって「トリップ」（開放）することができます。
• ヒューズは、主に最大電流で評価されますが、回路を遮断した後に安全に耐えられる電圧降下の量でも評価されます。
• ヒューズは、同じ最大レベルの電流で、高速、低速、またはその間の任意の場所で溶断するように設計できます。
• 接地された電力システムにヒューズを取り付けるのに最適な場所は、負荷への接地されていない導体経路です。そうすれば、ヒューズが飛んだときに、接地された（安全な）導体だけが負荷に接続されたままになり、人が周りにいるのがより安全になります。

関連するワークシート：

• 過電流保護ワークシート