ヒューズの種類

すべての電気システムは、供給エネルギーと消費エネルギーのバランスに基づいて動作します。電気回路に電圧が印加されると、回路内の特定の抵抗に電圧がかかります。その結果、オームの法則に基づき、仕事が行われる作用により電流が発生します。

絶縁欠陥、組み立てミス、緊急モードの場合、電気回路の抵抗は徐々に減少または急激に低下します。これにより電流も増加し、公称値を超えると機器や人体に損傷を与える可能性があります。

安全性の問題は、電気エネルギーを使用する際に常に関連しており、今後も常に関連します。したがって、保護装置には常に特別な注意が払われています。このような最初の設計はヒューズと呼ばれ、今日でも広く使用されています。

電気ヒューズは動作回路の一部であり、電源線の部分で切断されており、動作負荷に確実に耐え、過電流の発生から回路を保護する必要があります。この機能は定格電流の分類の基礎となります。

適用される動作原理と回路を遮断する方法に従って、すべてのヒューズは 4 つのグループに分類されます。

1. ヒュージブルリンク付き;

2. 電気機械設計。

3. 電子部品に基づく。

4. 過電流が作用した後の非線形可逆特性を備えた自己修復モデル。

ホットリンク

この設計のヒューズには、公称設定値を超える電流が作用すると過熱により溶融し、蒸発する導電性要素が含まれています。これにより、回路から電圧が除去され、回路が保護されます。

ヒュージブル リンクは、銅、鉛、鉄、亜鉛、または電気機器の保護特性を提供する熱膨張係数を持つ一部の合金などの金属で作ることができます。

定常運転条件下での電気機器用電線の加熱・冷却特性を図に示します。

設計負荷でのヒューズの動作は、動作電流が流れることによって金属に放出される熱と、放散による環境への熱の除去との間に信頼性の高い温度バランスを作り出すことによって保証されます。

緊急モードの場合、このバランスはすぐに崩れます。

ヒューズの金属部分は加熱されるとアクティブ抵抗の値が増加します。発生する熱は I2R の値に正比例するため、これによりさらに加熱が発生します。同時に抵抗と発熱も再び増加します。このプロセスは、ヒューズの溶融、沸騰、機械的破壊が起こるまで、雪崩のように続きます。

回路が破損すると、ヒューズの内部で電気アークが発生します。完全に消失する瞬間まで、設備にとって危険な電流が流れます。電流は、下図に示す特性に従って変化します。

ヒューズの主な動作パラメータは、時間の経過に伴う特性電流であり、これにより、応答時間に対する緊急電流の倍数 (公称値に対する) の依存性が決まります。

緊急電流が低い場合にヒューズの動作を高速化するために、特別な技術が使用されます。

• 面積が縮小された領域で可変の断面形状を作成する。

• 冶金効果を利用したもの。

タブの変更

プレートが狭くなると、抵抗が増加し、より多くの熱が発生します。通常の動作では、このエネルギーは表面全体に均一に広がる時間があり、過負荷の場合には狭い場所にクリティカルゾーンが作成されます。温度はすぐに金属が溶けて電気回路を破壊する状態に達します。

速度を上げるために、プレートは薄い箔でできており、並列に接続されたいくつかの層で使用されます。いずれかの層の各領域を燃やすと、保護動作がスピードアップします。

冶金効果の原理

これは、鉛や錫などの特定の低融点金属が、その構造内でより高融点の銅、銀、および特定の合金を溶解するという特性に基づいています。

これを行うには、ヒュージブル リンクを作成する撚り線に錫を滴下します。ワイヤの金属の許容温度では、これらの添加剤は何の影響も及ぼしませんが、緊急モードでは急速に溶け、母材金属の一部を溶解し、ヒューズの動作を促進します。

この方法の有効性は細いワイヤでのみ現れ、ワイヤの断面積が大きくなると大幅に低下します。

ヒューズの主な欠点は、ヒューズが作動したときに手動で新しいものと交換する必要があることです。そのためには在庫を維持する必要があります。

電気機械ヒューズ

電圧を軽減するために電源線に保護装置を切り込み、その遮断を確実にするという原理により、このために作成された電気機械製品をヒューズとして分類することが可能になります。ただし、ほとんどの電気技師はそれらを別のクラスに分類し、次のように呼んでいます。 サーキットブレーカー または自動機械と略されます。

動作中、特別なセンサーが通過電流の値を常に監視します。臨界値に達すると、制御信号がドライブ (熱または磁気リリースによるチャージされたスプリング) に送信されます。

電子部品用ヒューズ

これらの設計では、電気回路を保護する機能は、ダイオード、トランジスタ、またはサイリスタのパワー半導体デバイスに基づく非接触電子スイッチによって引き継がれます。

これらは、電子ヒューズ (EP) または電流制御およびスイッチング モジュール (MKKT) と呼ばれます。

例として、図にトランジスタヒューズの動作原理を示すブロック図を示します。

このようなヒューズの制御回路は、測定された電流値信号を抵抗シャントから除去します。絶縁型半導体ゲートの入力に修正して適用します。 MOSFET型電界効果トランジスタ. 

ヒューズを流れる電流が許容値を超え始めると、ゲートが閉じて負荷がオフになります。この場合、ヒューズはセルフロックモードに切り替わります。

回路内で多くのビデオ監視が使用されている場合、ヒューズが切れているかどうかを判断することが困難になります。見つけやすくするために、「アラーム」信号機能が導入されました。これは、LED の点滅、または固体リレーまたは電気機械リレーのトリガーによって検出できます。

このような電子ヒューズは速断性があり、応答時間は 30 ミリ秒を超えません。

上で説明したスキームは単純であると考えられていますが、新しい追加機能によって大幅に拡張できます。

• 負荷回路の電流を継続的に監視し、電流が公称値の 30% を超えた場合にシャットダウン コマンドを生成します。

• 負荷の電流が設定値の 10% を超えて増加した場合、信号による短絡または過負荷が発生した場合に保護ゾーンをシャットダウンします。

• 100度を超える温度の場合のトランジスタのパワー素子の保護。

このようなスキームでは、使用される ICKT モジュールは 4 つの応答時間グループに分割されます。最も高速なデバイスはクラス「0」として分類されます。設定を超える電流を最大 5 ms で 50%、1.5 ms で 300%、10 μs で 400% 遮断します。

自己修復ヒューズ

これらの保護装置は、緊急負荷がオフになった後も動作性を維持し、さらに繰り返し使用できるという点でヒューズとは異なります。それが、それらが自己治癒と呼ばれる理由です。

この設計は、正の電気抵抗温度係数を持つポリマー材料に基づいています。通常の状態では結晶格子構造をしていますが、加熱すると突然非晶質状態に変化します。

このようなヒューズのトリップ特性は、通常、抵抗対材料温度の対数として与えられます。

ポリマーに結晶格子があると、金属と同様に電気を通しやすくなります。アモルファス状態では導電性が著しく低下するため、異常モード発生時に確実に負荷をオフできます。

このようなヒューズは、ヒューズの交換やオペレータの手動操作が困難な場合に、繰り返しの過負荷の発生を防ぐために保護装置に使用されます。これは、コンピュータ技術、モバイルガジェット、測定および医療技術、車両などで広く使用されている自動電子機器の分野です。

自己リセット型ヒューズの信頼性の高い動作は、周囲温度とヒューズを流れる電流量の影響を受けます。説明されるために、次のような技術的条件が導入されています。

• 送信電流。摂氏 +23 度の温度での最大値として定義され、デバイスをトリガーしない。

• 同じ温度でポリマーが非晶質状態に転移する最小値としての動作電流。

• 印加動作電圧の最大値。

• 応答時間は、緊急電流が発生した瞬間から負荷がオフになるまで測定されます。

• 消費電力。+23 度でのヒューズの熱を環境に伝達する能力を決定します。

• ワークに接続する前の初期抵抗。

• 抵抗は操作終了後 1 時間に達します。

自己修復プロテクターには次の機能があります。

• 小さいサイズ。

• 迅速な対応;

• 安定した仕事。

• デバイスを過負荷と過熱から組み合わせて保護します。

• メンテナンスの必要はありません。

さまざまなヒューズ設計

タスクに応じて、回路内で動作するヒューズが作成されます。

• 産業施設;

• 一般家庭用の電気製品。

異なる電圧の回路で動作するため、エンクロージャは独特の誘電特性を持って製造されています。この原則に従って、ヒューズは機能する構造に分類されます。

• 低電圧デバイスの場合。

• 1000 ボルト以下の回路内。

• 高電圧産業用機器回路。

特別な設計にはヒューズが含まれます。

• 爆発物。

• 穴あき;

• 回路が細粒充填剤の狭いチャネルで開くか、または自己ガスまたは液体爆発が形成されると、アークが消滅します。

• 車両用。

ヒューズの制限された故障電流は、アンペアの数分の 1 からキロアンペアまで変化します。

電気技師は、ヒューズの代わりに、校正済みのワイヤをハウジングに取り付けることがあります。断面を正確に選択したとしても、金属または合金自体の特性によりワイヤの電気抵抗が推奨値と異なる可能性があるため、この方法は推奨されません。このようなヒューズは確実に機能しません。

さらに大きな間違いは、自家製の「バグ」を誤って使用したことです。これらは、電気配線における事故や火災の最も一般的な原因です。