ヒューズ

一応電気系の大学生です。

恥ずかしい話ですが、ヒューズの原理が分かりません。
電流が流れた時に、発熱量が大きければ線が溶けて切れる事は分かります。
ですが、どのような原理でそれができているのかまでは知りません。
単なる抵抗なのでしょうか？

No.4 ベストアンサー 回答者： info22 回答日時： 2008/10/26 02:08

ヒューズは銅線より抵抗が大きいですが、普通の抵抗よりはずっと抵抗が少ないです。

どんな金属の導線でも抵抗があり、流す電流を増やして行くと消費電力＝（電流）^2ｘ（抵抗）で導線に熱が発生します。しかし、その導線で発生する熱が、導線から空気中に放熱されて、熱が逃げてしまうなら、導線は厚くなりません。しかし導線から放熱される以上に、導線から熱が発生すると、導線の温度が上昇し、更に電流を増やしていくと、導線が熱くなり赤くなって光を出すようになりますが、発生する熱量と放熱される熱量が釣り合った所で、導線の赤く光る状態は安定します。更に電流を増やすと導線が軟化して溶け出します。そして溶断します。
銅線場合はかなり赤くなって光を発してもまだ溶断しません。
しかしヒューズの鉛の合金は、銅線に比べ抵抗が大きいため同じ電流でも発生する熱が大きく、低温で溶けて溶断してしまいます。赤くなる前に直ぐ溶けて断線してしまいます。電気コンロなどのニクロム線や電球のなかのタングステン線は電流を多く流して赤く高熱を発して光っていても融点が高く断線しません。ヒューズは赤く光るまえに溶け出して断線します。
電気系の学生なら、電線や電気回路の部品や銅線や錫メッキ線を糸半田（鉛と錫の合金）を半田ごてで溶かして半田付けしますね。糸半田が溶融しても赤く光って熔けるわけでは無いですね。赤く光らないのは200℃を少し上回った所で熔けるからです。ヒューズも鉛合金ですから、赤く光って高熱を発する前に、一気に溶断するから安全なのです。
1000℃以上の高熱になってから溶断するような金属の導線はヒューズに向きません。
ヒューズに要求される条件は
「低い決まった温度範囲の温度になると、瞬間的に溶断し、熔けたヒューズがたれ落ちても、周囲のものを融かしたり燃やしたりしない。」
つまり、安全に溶断するということです。

>例えば、1Aのヒューズで500mAを流せば、発熱量は1/4になるので、
1Aで溶ける時間の何倍かでヒューズが切れてしまう可能性があると思います。
ヒューズで発生する熱は、流れる電流の二乗に、ヒューズの抵抗値を掛けたワット数に対応した発熱をしますが、その発生熱以上に、ヒューズから周囲の空気中に放熱される限り、ヒューズの温度は上がりません。10Aのヒューズであれば、10.1[A]位の電流が流れると電流によって発生する熱量が、ヒューズ表面から放熱しきれないため急速に温度上昇をし、温度上昇により直ぐ溶断するという性質を持った金属（鉛と錫の合金）をヒューズとして使われます。
10[A]のヒューズに５[A]を流し続けても、発生する熱は、ヒューズの表面から空気中に全部放熱されてしまいますのでヒューズの温度が上昇しません。それで長い時間、５[A]の電流をヒューズに流し続けてもヒューズが溶断することはないですね。

最近即断ヒューズといって、ヒューズの一部にバネをつけて、ヒューズが溶融しかけたら、バネで引っ張りちぎって、溶断する時間を短くしたヒューズがあります。
家電製品や計測器やヤクラコタツ（低温ヒューズ）や自動車のヒューズボックスなどに、溶融形の鉛合金ヒューズが使われています。
家庭用のAC100Vの契約電流以上の過電流に対しては、「バイメタル＋バネ」を利用したブレーカが使われています（昔はヒューズが使われていました。）。

No.3 回答者： lumiheart 回答日時： 2008/10/26 00:51

多くの方が誤解してるのが

定格１Ａのヒューズに１．１Ａの電流を流したら切れると思い込んでる事
一般的なヒューズではそんな少ない電流では切れません
ほぼ定格の２倍以上の電流が１秒以上流れて切れます
http://homepage3.nifty.com/tsato/terms/fuse.html
http://www.pecj.co.jp/fuse/glass/glass.html
http://www.satoparts.co.jp/jp/F/F-7142.html

No.2 回答者： sanori 回答日時： 2008/10/25 23:31

へいっ　まいどっ　　＾＾

＞＞＞つまり、回路的に書き表すには抵抗と同じで良いと言う事でしょうか？

回路図用のヒューズ記号がありますから、それを描きます。
＜例＞
http://takumipapa.hp.infoseek.co.jp/fit2/content …


＞＞＞抵抗のように、比例的に電流,電圧が流れるのであれば電流の少しの変動で回路は切れると思います。

はい。
逆に言えば、ヒューズというものは、そうでなくてはいけません。


＞＞＞例えば、1Aのヒューズで500mAを流せば、発熱量は1/4になるので、1Aで溶ける時間の何倍かでヒューズが切れてしまう可能性があると思います。

いえ、それは考え違いです。
「熔融が蓄積」するようなことを想定する必要は、基本的にありません。
１Ａのヒューズは、あくまでも１Ａで切れるという考え方で大丈夫です。

ただし、
金属は温度が高くなると、電気抵抗が高くなります。

じわじわと電流値が上がることにより、じわじわと温度が高くなって、じわじわと抵抗値があがる場合と、
常温で低抵抗のところから、いきなり電流値が上がる場合とを比較すれば、
後者のほうが溶断しやすいということになると考えられます。
あまり考える必要がないことですけどね。


以上、ご参考になりましたら。

No.1 回答者： sanori 回答日時： 2008/10/25 22:13

こんばんは。

はい。単なる（直列の）抵抗です。
細い線であることによって、抵抗が高くなっており、
そして、抵抗が高く、直列つなぎされているがゆえに、線の両端にある程度高い電圧が配分され、
電圧×電流　で熱になって切れる、
ということです。

ヒューズの抵抗値は決まっているので、
（切れるための最低限の）電流だけ決まれば電圧も自動的に決まるので、
ヒューズの（切れるための）規格は、電流値だけになっています。


以上、ご参考になりましたら。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

つまり、回路的に書き表すには抵抗と同じで良いと言う事でしょうか？

抵抗のように、比例的に電流,電圧が流れるのであれば電流の少しの変動で回路は切れると思います。
例えば、1Aのヒューズで500mAを流せば、発熱量は1/4になるので、
1Aで溶ける時間の何倍かでヒューズが切れてしまう可能性があると思います。

・・・・あっているのでしょうか？

お礼日時：2008/10/25 22:55