ヒューズの理解：種類、定格、安全な取り付け

導体の許容電流定格は通常、超えてはならない設計限界ですが、ヒューズは例外です。ヒューズは定格電流を超えたときに安全に回路を遮断するよう設計されています。

ヒューズとは

ヒューズは、電流が定格値を超えると溶断して回路を開放するように設計された導電ストリップを含む電気安全装置です。ヒューズは保護対象機器と直列に接続されるため、溶断すると回路全体が開放され、保護対象コンポーネントへの電流が停止します。並列回路では、一方の分岐のヒューズが切れても他分岐には影響しません。

ヒューズ素子が溶断する際の危険なアークを防ぐため、素子は通常保護シースに収められます。自動車用ヒューズではシースが透明で、目視点検が可能です。住宅配線では薄い金属箔を芯としたねじ込み式ガラスヒューズが使われてきました。以下の写真は両タイプを示しています：

 

 

カートリッジ型ヒューズは、ガラス以外のシースが必要な自動車や産業用で一般的です。ヒューズは開放故障するよう設計されているため、通常はホルダーに取り付け、直接半田付けやボルト締めはしません。次の画像はガラス管ヒューズが複数収納されたホルダーを示しています：

 

 

スプリングクリップでヒューズを保持し、ホルダーのベースは優れた電気絶縁体です。制御盤では全接点が絶縁ハウジングの裏に隠れるタイプのホルダーも使われます：

 

 

大電流過電流保護の現代的な主力は遮断器（サーキットブレーカー）です。

遮断器（サーキットブレーカー）とは

遮断器は、過電流を検知すると自動的に開放するスイッチです。住宅・軽工業用は熱動式で、バイメタルストリップが加熱で曲がり、一定量動くとトリップします。大型ブレーカーは磁気力や外部保護リレーを用いてトリップさせます。

ヒューズと異なり、遮断器は自己破壊せず、レバー操作で再投入可能です。そのため、恒久的に回路に配線されるのが一般的です。次の画像は小型住宅用ブレーカーを示しています：

 

 

一部の車両ではバッテリー充電回路に安価な溶断リンクを使用します。これはゴム絶縁ワイヤで、過電流で溶断します。高電圧・大電流が関わる産業・住宅用電力システムでは使用されません。

ヒューズの回路記号はS字曲線です：

ヒューズ定格

ヒューズは主にアンペアで定格付けされます。ヒューズワイヤ自体の抵抗を無視できるよう、可能な限り短く設計されます。溶断電流は素材とゲージで決まり、長さではありません。

しかし、溶断後、溶けたワイヤの両端は空気ギャップで隔てられます。高電圧回路でギャップが小さいと、火花が飛んで回路が復旧する恐れがあります。したがってヒューズには、開放後に耐えられる最大電圧を示す電圧定格もあります。

大型産業用ヒューズには交換可能なワイヤ素子を備え、コスト削減を図ったものもあります。カートリッジは不透明で再利用可能、素子を環境から保護します。

ヒューズの電流定格にはさらなるニュアンスがあります。30Aヒューズに35Aが流れても、必ずしも瞬時に溶断するとは限りません。設計により速溶断（ファストブロー）や遅溶断（スローブロー）の特性があります。スローブローヒューズは、起動時に定格の10倍もの突入電流が流れる電動機などに不可欠です。

逆に、半導体ヒューズは極めて高速に溶断し、デリケートな電子部品を過渡過電流から守ります。

ヒューズを取り付ける際、接地系の「ホット（非接地）」側に配置します。これによりヒューズ開放時に負荷側が完全に無電圧になります。以下の2図はその違いを示しています：

どちらも負荷を遮断しますが、最初の設計では中性側に危険な電圧が残るリスクを排除します。同じ配置原則が遮断器にも適用されます。

過電流保護装置は感電防止を目的としたものではなく、導体の過熱とそれによる火災を防ぐためのものです。人体接触を検知するには漏電遮断器が適切です。

復習：

• ヒューズは、電流が定格を超えると溶断して回路を開放する細い導体です。
• 遮断器は、過電流で自動的に開放するスイッチで、熱動、磁気、リレートリップ機構を備えます。
• ヒューズは最大電流と、開放後のギャップが耐えられる電圧で定格付けされます。
• 同一電流定格でも、速溶断、遅溶断、中間溶断タイプがあり、用途に合わせて選択できます。
• 接地系ではヒューズを非接地導体側に配置し、開放後に負荷側を安全に保ちます。

関連ワークシート：

• 過電流保護ワークシート