電子回路

商用電源で動作する機器の保護に用いる電流ヒューズの選定方法

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今回説明するヒューズは、商用電源で動作する製品に内蔵される保護用の電流ヒューズです。

1. ヒューズの規格

ヒューズは製品の保護をするための基本部品です。家庭用の差し込みプラグから給電する製品で、ヒューズの無いものは無いと言っても過言ではないと思います。

さて、そのヒューズですが、規格がいろいろとあります。図 1に同じ定格容量で規格の違うヒューズの溶断特性を示します。よく見ると同じ1Aのヒューズでも1.3A位で切れるものと、2A位で切れるものがあることが分かります。

図 1 同じ定格容量で規格の違うヒューズの溶断特性

※エス・オー・シー株式会社のカタログから抜粋

ヒューズは、適用する規格を確認して選定する必要があります。

その時のディレーティングの目安は、 A種 60%、 B種 70%、 IEC 80%です。

最終的にはメーカに確認してください。

 

2   ヒューズの規格と通電容量

昔ヒューズメーカの方に聞いた話ですが、「ヒューズの規格は、その電流で切れることを目的としたものと、切れないことを目的としたものがある。」とのことです。

その規格を表 1に記載します。

A種のヒューズはUL(米国)の規格に近い仕様で、定格で切れることを考慮したヒューズです。

IECのヒューズが定格で切れないことを考慮したヒューズということになります。

B種は日本の独自規格で前述の2つのヒューズの中間の特性です。

最近は製品を海外に輸出することが増えましたので、日本独自のB種ヒューズは海外認証を受けるのに何かと都合が悪いため、A種かIECのどちらかのヒューズを使用しています。

表 1 ヒューズの規格と通電容量、溶断電流

規格 通電容量 溶断電流 溶断時間
JIS C 6575-2 A種(UL規格) 1.1倍 1.35倍 60分
JIS C 6575-2 B種 1.3倍 1.6倍 60分
IEC 60127 1.5倍 2.1倍 60分

これを規格毎に通電容量を記載すると表 2の様になります。

IECヒューズの1Aは、A種ヒューズでは 1.25Aと1.76Aの中間あたり の実力であることが分かります。

表 2 ヒューズの規格と通電容量

定格 A種 B種 IEC
1A 1.1A 1.3A 1.5A
1.25A 1.375 A 1.625 A 1.875 A
1.6A 1.76 A 2.08 A 2.4 A
2A 2.2 A 2.6 A 3 A

各規格とヒューズの通電容量の関係をご理解いただけたでしょうか。

 

3    温度特性

意外と知られていないのですが、ヒューズには温度特性があります。発熱して溶断する素子ですので、周囲温度に影響を受けます。どれくらい変化するかと言うと、これもメーカの技術資料を見ると、例として以下の特性が表示されています。通常の設計では50℃程度まで見る必要がありますので、通電容量は95%程度になることを考慮にいれるべきです。

図 2 ヒューズの温度特性例

※エス・オー・シー株式会社のカタログから抜粋

 

4    定常電流

仕様書には「I-tカーブ」のグラフが挿入されてきますが、突入時の過渡的な電流の評価は別のグラフを使用するので、定常電流の評価で使うことはほぼありません。

基本、定格電流に対して、必要なディレーティングを取ればOKです。

ディレーティングの値についてはメーカに確認する必要があります。

 

5 突入電流

I^2-tカープを使って評価します。これは、突入時の電流値とその継続時間をオシロスコープ等で計測し、その表に記載されたカーブに対して十分な余裕のあることを確認する作業です。25%以下と書いてあるメーカもありますが、最終的にはメーカに確認しましょう。I^2-tカープは仕様書に添付されていることもありますが、無い場合はメーカに要求しましょう。突入電流が大きいと経年劣化で、定格以下の電流で切れてしまう可能性があります。

突入に対して耐力が無ければ、耐ラッシュヒューズを使う選択肢もあります。

 

6 直流ヒューズ

以上の説明は交流ヒューズを前提にして説明しましたが、

最近はインバータ機器の導入で直流側にヒューズを挿入することが多くなりました。交流の場合は、電圧が必ず0Vとなる点があるため、ヒューズが破断した時に発生するアース放電はそのポイントで遮断されますが、直流の場合はそれがありません。その結果、アーク放電が持続し、交流のガラス管ヒューズをつかっていると爆発し、ガラスの部分がはじけ飛んでしまいとても危険です。

そのため、直流回路には直流ヒューズを使わないといけません。

しかし、直流ヒューズは交流ヒューズに比べて流通量が少なく、値段も数倍します。

こんなときは、消弧剤の入ったセラミック管タイプのヒューズを使用していました。もちろん用途をメーカに伝えて、安全が確保できるものを選定します。

最近は電圧の高いチップ型の直流対応ヒューズも出てきたようですので、そちらも選択としてはあるかと思います。

7    製品に使う時のヒューズ定格の表示

交換できるヒューズの近傍には必ず定格電流の記載が必要です。

戦記用品安全法 別表第八 1共通の事項 (2)構造 マに以下の記載があります。

ヒューズを取り付けるものにあっては、その銘板またはヒューズの取付け部に、

電流ヒューズにあっては定格電流を、温度ヒューズにあっては定格動作温度を、容

易に消えない方法で表示すること。ただし、取り換えることができないヒューズに

あっては、この限りでない。

電流定格は必須です。電気用品安全法では、定格電圧については明確な規定はありませんが、輸出時に適用されるIEC60950系安全規格では"定格電流、定格電圧、溶断特性"の表示が求められています。

定格電流、定格電圧、溶断特性をすべて表記すれば間違いがありません。

以上がヒューズに対する設計上の注意事項です。

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