3年以上問題なくヒューズが切れたのはなぜですか？

数年前から、PLC（Rockewell Automation 1769-OB16）の24VDC出力に配線されたソレノイドがありました。

PLC出力カードを保護するため、PLCとソレノイドの間に速断型500mAヒューズが取り付けられました。ヒューズは長い間問題なく動作しています。

最近、このヒューズが切れました。回線に変化はなく、ソレノイドの異常または過剰な使用はなく、異常はありませんでした。ただ吹きました。ヒューズを同一のものと交換しましたが、ソレノイドはヒューズが切れる前と同じように機能します。

電流を測定して、なぜそれが飛んだのかを調べてみたところ、ソレノイドが実際に530mAを引いていることがわかりました。20分以上ソレノイドを引き続け、ヒューズを保持しました。

負荷がヒューズの定格を超えて引っ張っているのに、なぜヒューズが切れないのですか？そして、なぜそれが3年以上たった今すぐに、そしてすぐに吹き飛ぶのでしょうか？

ヒューズの定格は、切れることなく無期限に流れる電流の量です。これを保証するため、電流が定格の2倍以上に上昇するまで、ほとんどのヒューズは切れません。実際、ヒューズのデータ​​シートを見ると、通常、ブローするまでの時間をパーセント（過負荷）に関連付けるグラフがあります。そのようなチャートのほとんどは、無限の時間に上昇し、200％近くの負荷を吹き飛ばします。

ヒューズの定格電流の1倍から2倍の範囲に置くと、灰色の領域になり、溶けていない場合もあれば溶けていない場合もあります。吹くための下限しきい値。

このような障害を引き起こす可能性のあるソレノイドに固有のその他のものもあります。単純化したレベルでは、ソレノイドをインダクタと考えることができ、そのDC抵抗は定常電流を制限します。ただし、プランジャーが実際に動いている場合、インダクタンスが変化しているため、操作するたびに余分なサージが発生します。機械的負荷の何かが原因で操作が通常よりもやや遅くなる場合、このサージはより長く続き、ヒューズが切れる可能性があります。

これが、通常、スローヒューズがスタートアップサージのある負荷で使用される理由です。また、サージに対応できる定格のPLC出力を使用する必要があるのもこのためです。

ヒューズ設計

ESKAの高速5x20mmヒューズのこのデータシートを見ると、下部に「アーク放電前の制限時間」の表があります。500mAヒューズの場合、次のように表示されます。

 2.1*500mA  =1050mA:         30min
 2.75*500mA =1375mA:     50ms-2s
 4*500mA    =2000mA:     10-300ms
10*500mA    =5000mA:         20ms

そのため、20分以内に530mAで溶断しないのは（このヒューズの）仕様の範囲内です。

一定条件下でのヒューズの老化

反対側では、ヒューズが切れたのは奇妙です。同じ奇妙な振る舞いを見たことがあり、テストを行いました。4つの1Aヒューズが直列に接続され、それぞれにダイオードが並列に接続されています。これを1Aの定電流源に接続し、各ヒューズの電圧降下を監視しました。ヒューズが正常である限り、電圧降下は0.7Vをはるかに下回り、電流はすべてヒューズを通過しました。切れたヒューズは、約0.7Vの電圧降下によって示されます。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

さまざまなメーカーとバッチのヒューズを装備したこのセットのうち5つを85°Cの一定温度のオーブンに入れて、ストレスを追加し、この非常に興味深い結果を得ました。

ゆっくりと増加する電圧降下が示すように、すべてのヒューズはすぐに「老化」し始めました。

• セット1の電圧降下のばらつきは大きく、最初のヒューズは10日目に電圧降下の増加を開始し、15日後に最終的に溶断しました（！）
• セット3は、同じメーカーの異なるバッチです。時間がかかりましたが、結果は同じです。
• セット4は高い電圧降下で始まりましたが、どこかで落ち着いたようです。
• セット2は低ドロップで始まり、スロープは25日目から30日目まで増加し始めます
• セット5の電圧降下は非常に小さく、部品の広がりは非常に小さくなっていますが、ここでも、30日頃から傾斜が非常にゆっくりと増加し始めます。このヒューズの価格は、セット1と3の価格の3倍です。

（より長い期間のデータはありますが、検索する必要があります）

こちらもヒューズの写真です。

左から右へ：

• 新品および未使用
• 多くの場合、ヒューズが切れたデバイスのいずれかでしばらくすると、すでにわずかに黄色のトーンがあります。
• まだ動作しているヒューズ、多くの黒い酸化が見える
• ヒューズが切れて、比較的速く切れたようです。
• 別の切れたヒューズ。吹き飛ばすのに時間がかかったようです。

負荷の切り替えによるヒューズの劣化

電流が流れると、ヒューズワイヤが熱くなり、膨張します。高温では、酸化が発生する可能性があり、これによりワイヤが機械的に弱くなり、電気的にも弱くなることがあります。負荷のオン/オフを切り替えると、ワイヤーが毎回曲げられます。このストレスにより、電流がしきい値を決して超えない場合でも、ある時点でヒューズが切れることがあります。

悪い回路設計

もちろん、あなたがソレノイドについて書いているとき、ヒューズを横切る短いが大きなパルスがあり、それがまた時間とともにそれを損傷する可能性があります。

勧告

ヒューズは通常、そもそもデバイスを保護するためではなく、ソースを保護するため、または火災などによるさらなる損傷を避けるためにあります。

メーカーは、最大定格の1.5〜2倍の定格のヒューズを使用するのが最善だろうと述べました。定格電流が高すぎますが、定格ヒューズが高すぎると、必要なときに切れない場合があります。

ただし、経年劣化は依然として発生し、（外部の）理由なし​​にヒューズが時々切れます。

私は電流に対するヒューズの融解曲線を見ましたが、それらの曲線は「無限大」にはなりません。グラフには無限大は存在しません。代わりに、名目上多少の電流が流れると、時間はかなりの時間、たとえば1000〜10,000になります。そして、おそらくあなたの場合のように、電流が常に「オン」ではない場合、3年は溶けるのに妥当な「長い」時間です。

これを見る別の方法：ヒューズは電球のようなもので、古いタイプの熱いフィラメントが付いています。非常に暑いですが、溶けるのに1000時間もかかります。そして、低電圧で、より低く燃焼しても、「永久に」点灯しません。

私の議論をバックアップするために、ここにグーグルで見つかった 任意のヒューズ時間図があります。0.01秒から1000秒まで、50年にわたって対数スケールでかなり直線を示しています。1000秒から3年はさらに50年です。

さらに別の議論として、25年の使用後にヒューズが切れるのを見ました。かつて、2010年頃、私はイランにいる間に吹き飛ばされた家庭用メインヒューズを交換しましたが、それは革命前（1979年）からコインを発見するためだけです！（私はこれを構成していません）明らかな過負荷または短絡イベントなし。

ヒューズは定格電流ですぐに溶ける（「吹く」）はずだというのは一般的な誤解です。

ヒューズは、過電流の場合に配線が火災を起こさないようにするため、および/または絶縁不良の場合に感電から保護するために使用されます。ヒューズは接地と連動して動作し、わずかな絶縁障害の場合に大きな短絡電流が発生する場合があります。最適な場合、短絡電流が大きいため、ヒューズは非常に速く切れます。

ヒューズは、設計よりわずかに高い電流の場合に配線の過熱から保護するために評価するのが難しいことが知られています。そのため、電気技術者はこれらの複雑なヒューズグラフを必要とします。

これらのグラフを見ると（たとえば、他の回答を参照）、定格100 Aのヒューズがその値の10倍の電流で溶着するのに数秒かかることがわかります。これは、なぜ500 mAのヒューズが530 mAの負荷で「切れない」のかという質問を説明します。いいえ、すぐに吹き飛ばされることはありませんが、後で溶けてしまう可能性があります。X Ampereのヒューズは、名目上X Ampereを引き込む負荷に対しては、それだけではあまり役に立ちません。たとえば、私の家では、10ワットのランプを点灯させながら、設置を16アンペア（230ボルトACで）と融合させます。