回路の中に、ヒューズという部品が描かれている問題があります。大きな電流が流れたときに切れる部品、と覚えるだけでは、どの電球が消えるかまでは決まりません。ヒューズが電池と分岐点の間にあるのか、それとも枝分かれした一方だけにあるのかで、止まる電流の範囲が変わります。
ここでは、過電流で金属部分が溶けて回路を切る、一般的な使い切りの電流ヒューズを扱います。外部の温度を主に検出する温度ヒューズや、繰り返し使える別方式の保護部品とは区別します。実物の選び方や交換手順ではなく、回路図の読み方の練習です。
切れる前はつながり、切れた後は途切れる
通常の状態ではヒューズを通して電流が流れます。過電流による発熱で内部の可溶部分が溶けると、導通が断たれます。したがって、切れた後の模型は、その場所を開いたスイッチに置き換えると考えやすくなります。
ヒューズは、電流を一定量だけ吸い取る袋ではありません。上限を越えた分の電流だけを取り除き、残りをそのまま流し続ける、という説明は違います。回路が開くことで、その通り道の電流を止めるのです。また、溶けて切れた部分が、冷えただけで元どおりにつながるわけでもありません。
分岐より手前なら、共通の道を切る
二つの電球AとBを並列につなぎ、分岐する前の一本の線にヒューズF0を入れた模型を考えます。Aへ行く電流もBへ行く電流も、そこを通ります。F0が切れれば、両方とも電池を一周する道が途切れるため、どちらも消えます。
一方、Aの枝にだけF1があれば、F1が切れた後もBの枝には道が残ります。ここでは電源が働き続け、B側に故障がない条件とします。実際の装置では保護部品の組み合わせや動作時間も関わりますが、まずは「どの線を通らないと戻れないか」を読みます。
流れる電流は、置く場所で違う
分岐前の共通部分には、各枝の電流を足した電流が流れます。Aに0.2A、Bに0.3Aが流れるなら、共通部分は0.5Aです。A側のヒューズに0.5Aが流れるわけではありません。共通部分と各枝に数字を書き分ければ、どの部分が模型の条件を満たすかを判断できます。
電球が二個だから各枝の電流が必ず同じとも限りません。異なる電球なら、同じ電圧をかけても流れる電流が違う場合があります。個数から決めず、問題に指定された電流の値や、同じ電球だという条件を使ってください。
例題1：一本だけが切れた模型
図のように、電球Aの枝にF1、分岐前の共通部分にF0があります。F1だけが切れ、F0とBの枝、電池は正常です。消える電球はどれですか。また、その後F0も切れた場合はどうなりますか。
答え・解説： 最初はAだけが消えます。Aの枝は途中で切れていますが、Bの枝は電池まで戻れる道を持つからです。F0も切れると、共通部分が開くのでBも消えます。図の左から順に眺めるだけでなく、電池の一方の端から各電球を通り、もう一方の端まで戻れるかを一本ずつたどります。
例題2：模型の作動条件を比べる
Aの枝に0.2A、Bの枝に0.3Aが流れています。この問題だけの単純化として、共通部分のF0は0.4Aを超えると切れ、Aの枝のF1は0.25Aを超えると切れるとします。最初に与えられた電流の状態で、切れる条件を満たすのはどちらですか。
答え・解説： F0です。共通部分は0.2＋0.3＝0.5Aなので0.4Aを超えます。F1にはAの枝の0.2Aが流れ、0.25Aを超えません。F0が切れた後はAもBも流れなくなるので、切れる前の0.5Aを、その後もずっと流れる値として扱わないようにします。
実物は「数字を少し越えた瞬間に切れる」とは限らない
実際のヒューズは、電流の大きさだけでなく、その電流が続く時間にも関係する特性を持っています。表示された定格電流を少し超えた瞬間に必ず切れる、という単純な模型とは違います。部品の用途や温度条件などもあるので、例題の数値を実物の選定に使わないでください。
考察問題で特性の表やグラフが与えられたら、縦横の軸と単位を確かめます。同じ電流でも「何秒続くか」が違うデータなら、時間を無視して大小だけで比較できません。部品名を知っているだけで済ませず、その問題の作動条件を読むことが必要です。
回路全体の整理には電流の単元ページが、温度で接点を動かす仕組みの比較にはバイメタルの記事が役立ちます。どちらも「切れる」という言葉が出ても、溶けて途切れる部品なのか、接点を動かす部品なのかを分けて考えましょう。