ヒューズ

電子機器アプリケーション向けのヒューズの選定

電子機器アプリケーション向けのヒューズの選定において考慮すべき多くの要因が以下に挙げられています。その他のガイダンスについては、 ヒューズ技術リファレンスガイド をご覧いただくか、お近くのリテルヒューズ製品担当者 までお問い合わせください 。

選定要因

1. 通常の動作電流
2. アプリケーション電圧（AC または DC）
3. 周囲温度
4. 過負荷電流およびヒューズが溶断しなければならない時間
5. 発生し得る最大の故障電流
6. パルス、サージ電流、突入電流、起動電流および回路過渡現象
7. 長さ、直径、高さなどの物理的サイズ制限
8. UL、CSA、VDE、METI、MITI または軍事規格など、必要な規格認証
9. ヒューズ機能（取付けタイプ / フォームファクター、取外しやすさ、アキシャルリード、視覚的な表示など）
10. 該当する場合はヒューズホルダーの機能および関連する再定格(クリップ、取付けブロック、パネル実装、プリント基板実装、R.F.I 遮蔽など)
11. 生産前のアプリケーションの試験と検証

リテルヒューズのヒューズパッケージおよび品番割り当てシステム

定義と用語

周囲温度

ヒューズを直接取り巻く空気の温度を指します。「室温」と混同しないよう注意しなければなりません。ヒューズの周囲温度は多くの場合、密閉されていること(パネル実装マウントヒューズホルダー内にあるため)、または抵抗器やトランスなどの熱を生み出す他のコンポーネントの近くに取り付けられていることから、かなり高めになっています。

遮断容量

遮断定格または短絡回路定格としても知られ、ヒューズが定格電圧で安全に遮断できる承認された最大電流を指します。詳細については、このセクションの遮断定格の定義を参照してください。

定格電流

ヒューズの公称電流量値です。管理された一連の試験条件に基づき、ヒューズが伝達できる電流量の値としてメーカーが決定します（再定格を参照）。

カタログのヒューズ品番には、シリーズの識別と定格電流が含まれています。正しい選択を行うためのガイダンスとしては、ヒューズ選定ガイドのセクションを参照してください。

再定格

周囲温度が 25 ºC の場合、ヒューズは管理された試験条件を使用して決定された公称定格電流の 75% 以下での動作が推奨されています。これらの試験条件は、UL/CSA/ANCE(メキシコ)248-14「補助的過電流保護用ヒューズ」の一部であり、火災などに対する保護を目的とした製造品目の継続的な管理に必要な共通試験規格を規定することを主な目的としています。これらの規格の一般的なバリエーションには、完全に密閉されたヒューズホルダー、高い接触抵抗、気動、過渡スパイク、接続ケーブルサイズの変更(直径と幅)などがあります。ヒューズは本来、温度感受性の高いデバイスです。管理された試験条件から少し外れただけでも、公称値（通常、定格の 100% で表記）に負荷がかけられた際のヒューズの予測寿命に大きな影響を与えます。

回路設計エンジニアは、これらの管理された試験条件の目的が、各ヒューズメーカーがその製品において統一された性能基準を維持するためであることを明確に理解する必要があり、各アプリケーションの可変条件には責任を負わなければなりません。これらの変数を補正するため、機器でトラブルのない長寿命のヒューズ保護を設計する回路設計エンジニアは、過負荷および短絡保護が適切に装備されなければならないことを念頭に置いて、通常、ヒューズにメーカーが記載した公称定格の 75% 以下で負荷をかけます。

ここで言及されているヒューズは、25ºC の周囲温度で定格が定められた温度感受性の高いデバイスを指します。ヒューズの温度は、ヒューズを通る電流が周囲温度の変化により増加したり減少したりすることにより発生します。

ヒューズ選定ガイドのセクションにある周囲温度のチャートでは、周囲温度がヒューズの公称定格電流にもたらす影響が説明されています。従来型の Slo-Blo® ヒューズの大半の設計ではより低い溶断温度の材料を使用しているため、周囲温度の変化により敏感です。

寸法

特に定めがない限り、寸法はインチで記載されています。

このカタログでは、約 0402 チップサイズ（.041"L x .020"W x .012"H）から「ミゼット」ヒューズ（直径 13/32" x 長さ 11/2"）としても知られる 5 AG まで、幅広いサイズのヒューズを取り揃えています。何年もかけて新製品が開発され、ヒューズのサイズも様々な電気回路保護のニーズを満たすよう進化してきました。

初期のヒューズはシンプルな裸線のデバイスであり、1890 年代にはエジソンが電球のベースに細線を組み込んだ密閉型の初のプラグ型ヒューズを作りました。1904 年までに、アンダーライターズ・ラボラトリーズは安全規格に適合するサイズと定格の仕様を定めました。復帰型ヒューズおよび自動車用ヒューズは 1914 年に登場し、1927 年にはリテルヒューズがまだ発展途上だった電子機器業界向けの非常に低い電流のヒューズを作り始めました。

次のチャートのヒューズサイズには、初期の「自動車用ガラス管（Automobile Glass）」ヒューズに由来する「AG」という単語が使用されています。新しいサイズを作り始めた別々のメーカーにより、年代順に番号が付けられました。たとえば「3AG」は 3 番目に市場に出されたサイズです。他のガラス管以外のヒューズのサイズおよび構造は機能要件により決定されますが、長さまたは直径の寸法についてはガラス管ヒューズを踏襲しています。これらの記号表示は、外側のチューブがベークライト、ファイバー、セラミックまたはガラス以外の類似した材料であることを示すため、AG の代わりに AB と修正されました。チャートに記載されている最大サイズのヒューズは 5AG または「ミゼット」であり、その名前は電気関連業界および通常、実際に使用できる最小の標準ヒューズを 9/16" x 2" とする米国電気工事規定における使用に由来しています。

工業用ヒューズとその働き

ヒューズ選定に関する詳しい情報は、リテルヒューズの POWR-GARD カタログをご覧ください 高品質な過電流保護の開発において重要なのは、システムのニーズと過電流保護デバイスの基本を理解することです。このセクションではヒューズのアプリケーションに特に注目し、これらのトピックスについて説明します。ご質問があれば、弊社の技術サポートおよびエンジニアリングサービスグループ 1-800-TEC-FUSE（1-800-832-3873）までお電話にてお問い合わせください。

過電流保護が必要な理由

過電流は、いずれすべての電気システムで起こります。時間内に除去されない限り、中程度の過電流であってもシステムコンポーネントをオーバーヒートさせ、絶縁体、コンダクタ、および機器にダメージを与えます。大きな過電流はコンダクタを溶かし、絶縁体を気化させる場合もあります。非常に高い電流は磁力を発生させ、バスバーを屈曲させます。これらの高い電流により端子からケーブルが抜けたり、絶縁体およびスペーサーが割れることがあります。

ごく頻繁に、火災、爆発、有毒ガス、パニック状態は、制御されていない過電流に伴って発生します。これにより電気システムおよび装置がダメージを受けるだけではなく、近くにいる人がけがを負ったり死亡する可能性もあります。

こういった危険を減らすため、米国電気工事規定（NEC®）、OSHA 規制、他の該当する設計および実装の標準規格では、過負荷または故障した機器との接続を切断する過電流保護が必要とされています。

業界および政府機関は、過電流デバイスの性能基準、および標準規格や NEC に準拠した試験手順を策定しました。これらの機関には、米国国家規格協会（ANSI）、全米電気機器製造業者協会（NEMA）、全米防火協会（NFPA）、そしてアンダーライターズ・ラボラトリーズ（UL）などの国家認定試験機関（NRTL）と連携して活動するすべての団体が挙げられます。

電気システムは、電力会社が施設に電力を供給する許可を得る前に、過電流保護を含む該当する規則要件を満たしておく必要があります。

高品質な過電流保護とは

高品質な過電流保護を備えたシステムは以下の特性を持っています：

• NEC、OSHA、地方の規則など、法的要件をすべて満たしています。
• 人員に対し最大の安全性を提供し、必要に応じて最低限の規則要件を上回ります。
• 資産、機器、電気システムへの過電流によるダメージを最小限に抑えます。
• 複合保護を提供します。過電流のラインサイドに直接接続されている保護デバイスだけが、システムを保護して不必要なダウンタイムを最小限に抑えるために溶断します
• コスト効率が高く、将来の拡張のための遮断容量を留保しています。
• 生産中止の可能性のない機器およびコンポーネントで構成され、通常のメンテナンス担当者がすぐに入手できるツールや備品を利用して行う最低限のメンテナンスのみを必要とします。

過電流の種類と影響

過電流とは、使用条件下においてコンダクタ、機器、またはデバイスの定格電流を超える電流のことです。「過電流」という単語は、過負荷と短絡回路の両方を意味しています。

過負荷

過負荷とは、絶縁破壊がない通常の電流路内の過電流です。

継続した過負荷は、通常、追加の照明器具や多すぎるモーターなど、過剰な機器を取付けることにより起こります。継続した過負荷は、機械装置の過負荷、および破損したベアリングなどの機器の故障によっても起こります。決められた制限時間内に切断されなかった場合、継続した過負荷が次第に回路のコンポーネントのオーバーヒートを起こし、絶縁体および他のシステムコンポーネントへの熱損傷の原因となります。

過電流保護デバイスは、継続的な過負荷がかかっている回路や機器を、オーバーヒートが起こる前に切断しなければなりません。絶縁体の中程度のオーバーヒートでさえ、コンポーネントおよび / または関連する機器の寿命を大幅に減らす可能性があります。たとえば、モーターのたった 15% の過負荷によって、通常の絶縁体寿命が 50% 未満に減ることがあります。

一時的な過負荷は頻繁に起こります。一般的な原因には、工作機械が深く切り込み過ぎた時、または単にモーターなどの誘導負荷が立ち上がる時など、一時的な機器の過負荷が含まれます。一時的な過負荷は無害と定義されているため、この場合、過電流保護デバイスは回路の溶断またはクリアを行うべきではありません。

選択したヒューズが、モーターが起動し一時的な過負荷が低減するのに十分な遅延を有している必要があることを知っておくことが大切です。しかし、過電流状態が継続する時は、ヒューズはシステムのコンポーネントがダメージを受ける前に溶断しなければなりません。リテルヒューズの POWR-PRO および POWR-GARD 遅延型遅延ヒューズは、このような保護ニーズを満たすように設計された製品です。一般的に、遅延ヒューズは定格電流の 500% を最低 10 秒間保持しますが、より高い電流においては素早く溶断します。

政府指令の高性能モーターと NEMA Design E モーターはより高いロックされたローター電流を持っていますが、FLSR_ID、LLSRK_ID、IDSR シリーズなどの POWR-PRO® 遅延ヒューズは、ヒューズが NEC に従って正しく選択されている場合、モーターの始動を可能にする十分な遅延を持っています。

短絡回路

短絡回路は、本来の回路以外に過電流が流れることをいいます。短絡回路は通常、ボルト短絡、アーク短絡、接地短絡の 3 つのカテゴリーに分けられます。短絡回路の種類については、用語と定義のセクションに定義されています。

短絡回路は、絶縁破壊または誤った接続により起こります。回路の動作中、電流値は接続されている負荷により決定されます。短絡が起こった際、電流は通常の負荷を迂回し「より短い回路」を流れます。これが「短絡回路」の言葉の由来です。そこには負荷インピーダンスがないため、設備の発電機から故障のポイントまでにおいて、電流を制限する要素は全体の配電システムのインピーダンスのみとなってしまいます。

一般的な電気システムの標準負荷インピーダンスは 10 オームです。しかし、単相状態においては、同じシステムの負荷インピーダンスは 0.005 オーム以下になる場合があります。2 つのシナリオを比較するためには、オームの法則（AC システム：I = E/R）を適用するのが一番です。10 オームの負荷インピーダンスを有する 480 ボルトの単相回路の電流の大きさは、48 アンペアです（480/10 = 48）。負荷が短絡されている場合、同じ回路が 0.005 のシステムインピーダンスを有しているとすると、故障電流は大幅に大きくなり、96,000 アンぺアとなります（480/0.005 = 96,000）。

上記のとおり、短絡回路とは、通常の回路以外を電流が流れることを指します。過電流の大きさに関わらず、超過電流はすぐに除去されなければなりません。速やかに除去されない場合、短絡回路に伴う大きな電流は電気システムに発熱、磁気応力、アーク放電の 3 つの重大な影響をもたらす可能性があります。

電流が電気システムを通過すると、システムのあらゆる部分で発熱が起こります。過電流が十分な大きさである時、発熱はほとんど瞬間的に起こります。このような過電流のエネルギーは、アンペア平方秒（I2t）で測定されます。0.01 秒継続する 10,000 アンペアの過電流の I2t は 1,000,000 A2s です。同じ時間に対し、電流の大きさが 10,000 アンぺアから 1,000 アンペアに減少した場合、I2t は 10,000 A2s、または元々の値の 1% にまで減少します。

コンダクタの電流が 10 倍になった場合、I2t は 100 倍になります。たった 7,500 アンペアの電流で、#8 AWG 銅ワイヤーが 0.1 秒で融解します。8 ミリセカンド（0.008 秒または半周期）内で、6,500 アンペアの電流は、#12 AWG THHN 熱可塑性絶縁銅ワイヤーの温度を動作温度の 75°C から最大短絡回路温度の 150°C にまで上昇させます。これ以上の電流は有機絶縁体を即時に気化させます。故障のポイントにおける、または自動伝達スイッチや回路ブレーカーなどの機械式スイッチからのアークは蒸気に点火し、大爆発や電気フラッシュを起こす場合があります。

磁気応力（または磁力）はピーク電流の二乗の関数で求められます。100,000 アンペアの故障電流は、バスバー 1 フィートあたり 7,000 lb 以上の力を発揮します。この大きさの応力は絶縁体にダメージを与え、コンダクタを端子から引き抜き、機器の端子に十分な圧力を加える可能性があり、重大なダメージが起こります。

故障のポイントにおけるアーク放電は、故障に関与するコンダクタおよびコンポーネントを融解し気化させます。アークは多くの場合、配線管および機器の筐体を溶かし、エリア内に溶融金属を降らせます。それによりすぐに火災が起こり、エリア内の人がけがを負います。気化した材質が絶縁体および他の表面上に堆積すると、多くの場合、さらなる短絡回路が作られます。継続したアーク放電故障は、有機絶縁体を気化させ、その蒸気が爆発または燃焼することがあります。

現象が発熱、磁気応力および / またはアーク放電のいずれであっても、短絡回路の発生が電気システムにもたらし得るダメージは重大なものになる可能性があります。

II. 選定における検討事項

ヒューズの選定における検討事項（600 ボルト以下）

過電流保護は信頼性の高い電気システムの動作および安全性に非常に重要であるため、過電流デバイスの選定およびアプリケーションについては慎重に考慮しなければなりません。ヒューズを選ぶ時には、以下のパラメータまたは検討事項について評価する必要があります：

• 定格電流
• 定格電圧
• 遮断定格
• 保護のタイプとヒューズの特性
• 限流
• 物理的サイズ
• 表示

一般的な工業用ヒューズに関する推奨事項

上記の選定における検討事項に基づき、以下が推奨されます：

1/10 ～ 600 アンペアの定格電流のヒューズ

• 故障電流が 100,000 未満で機器が UL クラス RK1 ヒューズを超える限流特性を必要としていない場合、FLNR および FLSR_ID シリーズ クラス RK5 限流ヒューズは、RK1 ヒューズよりも低いコストで優れた遅延およびサイクリング特性を提供します。故障電流が 100,000 アンペアを超える場合、機器には LLNRK、LLSRK および LLSRK_ID シリーズ クラス RK1 ヒューズの限流能力を追加する必要になる場合があります。
• 速断型 JLLN および JLLS シリーズ クラス T ヒューズは省スペースを特徴とし、特に成型ケース回路ブレーカー、メーターバンク、および類似するスペースの限られたアプリケーションの保護に最適です。
• 遅延型 JTD_ID および JTD シリーズ クラス J ヒューズは、省スペースの IEC タイプ 2 保護を必要とする OEM モーター制御センターのアプリケーションおよび MRO モーター、トランスのアプリケーションで使用されています。
• クラス CC およびクラス CD シリーズのヒューズは、スペースが重要視される制御回路および制御パネルに使用されています。リテルヒューズの POWR-PRO CCMR シリーズヒューズは小さなモーターの保護に最適であり、リテルヒューズの KLDR シリーズヒューズは制御電源トランスおよび類似するデバイスに理想的な保護を提供します。

製品のアプリケーションについては、技術サポートグループ 800-TEC-FUSE までお電話にてお問い合わせください。

601 ～ 6,000 アンペアの定格電流のヒューズ

大半の汎用およびモーター回路に優れた保護を提供するには、POWR-PRO® KLPC シリーズ クラス L ヒューズがお勧めです。クラス L ヒューズは、これらのより高い電流定格を有する唯一の遅延ヒューズシリーズです。

上記のすべてのリテルヒューズのヒューズシリーズに関する情報は、POWR-GARD 製品カタログの最後にある技術アプリケーションガイドの UL/CSA ヒューズクラスおよびアプリケーションチャートをご参照ください。

工業用回路保護に関するチェックリスト

電気システムに適切な過電流保護デバイスを選択するには、回路およびシステム設計者はシステムの設計前に以下の質問について検討する必要があります：

• 予想される通常および平均電流値はどのくらいか。
• 予想される最大継続（3 時間以上）電流値はどのくらいか。
• 予想される突入または一時的サージ電流値はどのくらいか。
• 過電流保護デバイスは、予想される突入電流とサージ電流を区別でき、継続的な過負荷および故障状態下で溶断できるか。
• どのような極限環境が考えられるか。塵埃、湿度、温度の極限およびその他の要素も考慮する必要があります。
• 保護デバイスが遮断する可能性がある最大故障電流値はどのくらいか。
• 過電流保護デバイスはシステム電圧について定格されているか。
• 過電流保護デバイスは、特定の機器に対して最も安全で信頼性の高い保護を提供するか。
• 短絡回路状態下において、過電流保護デバイスは火災または爆発の危険性を最小限に抑えるか。
• 過電流保護デバイスは該当するすべての安全規格および取付け要件に適合しているか。

これらの質問および他の基準への回答は、最適な安全性、信頼性、性能を実現する過電流保護デバイスの種類を決定するのに役立ちます。