さまざまな種類のヒューズ

ヒューズはおそらく最もシンプルな電気機器ですが、電気回路を損傷から保護する上で重要な役割を果たします。ヒューズは、様々な形状、サイズ、定格で、あらゆる回路に何らかの形で使用されています。この記事では、ヒューズの仕組みと、ヒューズの種類について学びます。

ヒューズのシンボル

ヒューズの標準 IEEE/ANSI シンボルは次のとおりです。

ただし、IEC ヒューズは少し異なります。

ヒューズの種類

ヒューズは、ACヒューズとDCヒューズの2つの主要なカテゴリに分けられます。以下のブロック図は、各カテゴリにおける様々なタイプのヒューズを示しています。この記事では、それぞれのヒューズについて簡単に説明します。

DCヒューズ

1. カートリッジヒューズ

これは最も一般的なタイプのヒューズです。ヒューズエレメントはガラス容器に収められており、金属キャップで終端されています。ヒューズは適切なホルダーに収納されます。ガラス容器は透明なので、ヒューズが切れているかどうかは目視で容易に確認できます。

この設計には、スローブローヒューズやファストブローヒューズなど、多くのバリエーションがあります。スローブローヒューズは、比較的短時間の過電流に耐えられる大きな素子を備えており、機器内のスパイク電流の影響を受けません。ファストブローヒューズは、電流スパイクに瞬時に反応します。

このヒューズには、高温に耐えられるようセラミックケースに収められたタイプもあります。高電圧用途のヒューズには、砂または油が充填されています。これは、ヒューズが切れた後に両端間でアーク放電が発生するのを防ぐためです。カートリッジヒューズには、PCBに直接実装できるSMDタイプもあります。

2. 自動車用ヒューズ

これらのヒューズは、最大32V、場合によっては42Vで動作する自動車システム向けに特別に設計されています。「ブレード」型（平らな接点を持つ透明なプラスチック製の容器）で提供され、定格電流に応じて色分けされています。これらのタイプの一部は、他の高電力回路にも使用されています。

3. リセット可能ヒューズ/ポリヒューズ

名前の通り、これらのヒューズは自己復帰型です。カーボンブラック粒子が有機ポリマーに埋め込まれています。通常、カーボンブラックは混合物を導電性にします。大電流が流れると熱が発生し、有機ポリマーが膨張します。カーボンブラック粒子は押し広げられ、導電性が低下して電流が流れなくなります。温度が下がると導電性は回復します。そのため、ヒューズを物理的に交換する必要はありません。このタイプのヒューズは、抵抗が温度とともに増加するため、正温度係数（PTC）とも呼ばれます。

PTCヒューズは、コンピューターの電源や携帯電話の充電器に広く使用されています。交換が困難なため、特にこれらの用途で重宝されています。同じ理由で、航空宇宙機器にも使用されています。

PTCは、スルーホールタイプの場合には、黄橙色と円盤状（場合によっては長方形）で簡単に識別できます。SMDポリヒューズは通常、緑色に白いマーク、または黒色に金色のマークが付いています。PTCは、ほぼすべての電流定格で提供されています。

4. 半導体ヒューズ

半導体の消費電力は電流の増加に伴って指数関数的に増加するため、半導体は超高速ヒューズに使用されます。これらのヒューズは通常、小さな電流スパイクにも敏感な半導体スイッチングデバイスを保護するために使用されます。

5. 過電圧抑制

場合によっては電圧スパイクも回路に悪影響を与える可能性があり、電圧スパイクと電流スパイクの両方から保護するために過電圧保護装置がヒューズとともに使用されることがよくあります。

NTC（負温度係数）ヒューズは電源と並列に配置されます。電源電圧が急上昇すると、 NTCヒューズは電流の増加によって抵抗値を減らし、急上昇を「吸収」します。

金属酸化物バリスタ（MOV）は、電圧スパイクを双方向に吸収する半導体のようなデバイスです。MOVとその動作について詳しくは、リンク先の記事をご覧ください。

ACヒューズ

高電圧ヒューズ:

これらのヒューズは、電圧が数百キロボルトを超える高電圧 AC 送電線で使用されます。

HRC（高破断電流）ヒューズ：

HRCヒューズは、ステアタイト（ケイ酸マグネシウム）製の透明な容器で構成されたカートリッジタイプのヒューズです。ヒューズ内には、アーク消弧剤として作用する石英粉末（液体封入型HRCヒューズの場合は、鉱油などの非導電性液体）が充填されています。

これらのヒューズは非常に高い故障電流に使用されます。

排除ヒューズ:

これらのヒューズには、加熱するとガスを発生するホウ酸などの化学物質が充填されています。これらのガスはアークを消火し、ヒューズの両端から排出されます。ヒューズエレメントは銅、錫、または銀で作られています。

低電圧ヒューズ:

これらのヒューズは、比較的低電圧の配電ネットワークで使用されます。

カートリッジヒューズ:

カートリッジ型DCヒューズと非常によく似ています。ヒューズエレメントを透明なカバーで囲んだ構造で、プラグ（ブレード型）または器具にねじ込む（ボルト型）ことができます。

ドロップアウトヒューズ:

スプリング式のレバーアームが内蔵されており、故障が発生するとレバーアームが引き込まれます。通常の動作を再開するには、配線をやり直して元の位置に戻す必要があります。これは放出ヒューズの一種です。

再配線可能なヒューズ:

家庭やオフィスで使用される、シンプルで再利用可能なヒューズです。キャリアとソケットで構成されています。ヒューズが切れた場合は、キャリアを取り外し、配線をやり直してからソケットに戻すことで、通常の動作を再開できます。HRCヒューズに比べると信頼性はやや劣ります。

ストライカーヒューズ:

これらのヒューズには、ヒューズが切れたことを視覚的に知らせるとともに、他のスイッチギアを作動させる機能も果たすバネ式のストライカーが装備されています。

スイッチヒューズ:

手動で操作するハンドルで、高電流ヒューズの接続や切断が行えます。