電流ヒューズとは
電流ヒューズは、電気機器の安全装置の一種です。
電気回路がショートするなどの事故が発生すると、異常に高い電流が回路に流れて発熱し、火災の原因になる恐れがあります。この危険性を回避する手段の一つが、回路に電流ヒューズを入れるということです。
異常電流が流れると、電流ヒューズ内のヒューズエレメントと呼ばれる金属の可溶体が発熱して溶けて回路がオープン状態になり、異常電流が抑制されます。 なお、溶けてしまったエレメントは元に戻せません。電流ヒューズが一度安全装置としての役割を果たした後は、新しいヒューズに交換することになります。
電流ヒューズの使用用途
電流ヒューズは異常電流に対する安全装置なので、家電製品、配電盤、自動車など様々な場所で使用されています。
特に、自動車分野は、マイコンによるエンジン制御など電子部品が増えてきたこともあり、安全装置としての電流ヒューズの需要が高くなっています。
一方、電流ヒューズは安価に設置できるというメリットがあるものの、一度エレメントが溶断してしまうと、新しいヒューズに交換するという手間が発生します。そのため、過電流遮断後すぐに復帰する必要がある配電盤などでは、異常電流を遮断する安全装置として電流ヒューズよりもスイッチ型ブレーカーが主流になっています。
電流ヒューズの原理
電流ヒューズは、ヒューズの定格電流値を超える電流が流れると、ヒューズ内のエレメントが発熱して溶断し、回路を遮断するという単純な原理で動作します。
エレメントの熱抵抗は中央部の方が両端部よりも高いため、熱は中央部から両端部へと伝導します。通常時はエレメント内の熱は両端へ逃げていきますが、定格電流を超える電流が流れた場合は、熱伝導が追いつかず、エレメント中央部が溶融温度を超えて遮断されるのです。
電流ヒューズは、異常電流が流れたときに回路を遮断するだけでなく、通常動作時には電流を通す必要があります。そのため、電流ヒューズを選定する場合は、通常動作時の定常電流が定格電流よりも低くなるよう考慮しなくてはなりません。
実際は、定常電流は定格電流に対して、安全規格が定める定常ディレーティングと、金属エレメントの抵抗温度係数を考慮した温度ディレーティングを、定格電流に加味した値以下にする必要があります。
また、起動時電流やON/OFF電流のように、電気回路の動作電流よりも高い値であっても異常ではない電流値に対して、電流ヒューズが遮断することがないよう、ヒューズを使用する機器のパルス電流や突入電流の値を測定して電流ヒューズを選定し、選定後は必ず実機テストを行うことが重要です。
参考文献
https://www.pecj.co.jp/fuse/outline/index.html
https://toragi.cqpub.co.jp/Portals/0/support/analogware/09/chap2.pdf
https://www.jeita.or.jp/japanese/exhibit/2014/1117/pdf/fuse.pdf