ヨーロッパの電気フューズおよびサーキットブレーカー

フューズは古いタイプの安全装置であり、一部の住宅では現在も使用されていますが、その多くはサーキットブレーカーに置き換わっています。フューズは小さな円筒形の装置で、電流が一定のレベルを超えると溶断するワイヤまたはフィラメントが含まれています。フューズが溶断すると回路が遮断され、電気の流れが止まります。フューズには異なる定格があり、これは安全に流れることができる最大電流を示しています。フューズが切れた場合は、同じ定格の新しいものと交換する必要があります。

一方、サーキットブレーカーはより現代的な安全装置であり、電流が一定のレベルを超えると電気機械式スイッチを使用して回路を遮断します。フューズとは異なり、サーキットブレーカーはトリップ（遮断）後にリセットできるため、より使い勝手が良くなっています。サーキットブレーカーには異なるサイズと定格があり、これは安全に流れることができる最大電流を示しています。サーキットブレーカーがトリップした場合は、スイッチを「オン」の位置に戻すことでリセットできます。

一般的に、サーキットブレーカーはフューズよりも信頼性が高く便利であると考えられていますが、どちらの装置も過負荷やショートによる損傷から家庭内のワイヤリングを保護するという基本的な目的は同じです。家庭で使用されているフューズやサーキットブレーカーが、保護対象の電気負荷に対して適切な定格であることを確認することが重要です。

IEC 60269（旧IEC 269、EN 60269およびVDE 0636と同等）に準拠した低圧フューズは、配電網、産業界、およびエンドユーザー（フューズボックスなど）で使用されます。一般的な定格電圧は230/400 V ACです。産業プラント向けには、最大1000 V DCまたはAC電圧の設計も利用可能です。

さまざまな種類のフューズ（ねじ込み式フューズ、NHフューズ、円筒形フューズなど）があり、異なる動作クラス（トリップ特性）で製造されています。

動作クラスgG (gL) の時間－電流特性図（例）

フューズは、他の種類の保護装置と同様に、そのトリップ特性によって特徴付けられます。定格電流および遮断容量とともに、これは重要なパラメータです。

トリップ特性は、時間－電流特性図において、定格電流に対する相対的な過電流ごとのトリップ時間の範囲を表します。同じ特性であっても、その耐性は比較的大きくなっています。例えば、定格電流の1.5倍ではトリップ時間は約1時間ですが、定格電流の15倍（ショート）では50 ms未満になります。

すべての保護装置の時間－電流特性図に共通する特徴として、高い過電流に比べて低い過電流の方が耐性の範囲が広いという点が挙げられます。厳しいトリップ耐性が求められる場合（例えば、小さな変圧器を過負荷から保護する場合など）、フューズ素子は不向きであることが多く、その代わりとして温度ヒューズやバイメタル式過電流スイッチが使用されます。

スローブロー型のD型フューズは1930年頃に導入されました。従来のファストブロー型フューズと区別するために、様式化されたカタツムリのシンボルでマークされるか、スイスでは円で囲まれた「T」の文字でマークされました。1967/68年、回路保護用フューズにおけるスローブロー型とファスト（ノーマル）型フューズの区別は廃止され、統一された動作クラスであるgL（後にgG）が導入されました。gL（gG）特性は「スローファスト」であり、低いショート電流に対しては低速、高い電流に対しては高速で動作することを意味します。カタツムリのシンボルマークは、gL D型フューズにおいて数十年にわたり保持されました。

gG（gL）動作クラスのフューズの経験則として、電流が定格電流の4倍（gLの場合は5倍）を超えると5秒以内にトリップし、定格電流の9倍を超えるとトリップ時間は0.2秒になります。

低圧フューズの動作クラスは2つの文字で指定され、最初の文字が機能クラスを、2番目の文字が保護対象を示します。フューズの機能クラスは、損傷することなく特定の電流を通電し、特定の範囲を超える過電流を遮断する能力を示します。

機能クラスには以下の2つがあります：

保護対象に関しては、以下の分類があります：

これらを組み合わせると、一般的な動作クラスは以下のようになります：

ヨーロッパと米国では、公称電流の定義とトリップ特性の点でフューズが異なります。

トリップ特性と密接に関係しているのが配電システムの選択性です。ショートや過負荷が発生した場合、影響を受ける回路のフューズのみがトリップし、他の回路を保護する上位のフューズはトリップしてはいけません。そのため、フューズはその応答動作において互いに調整されている必要があります。

ショートや大きな突入電流が発生する場合、通過エネルギーI²t（電流の2乗を時間で積分したもの。融解積分や電流積分とも呼ばれる）が重要です。これをフューズの抵抗値に乗じると、フューズがぎりぎりトリップしないエネルギー値が表されます。フューズ素子における電力損失（ジュール熱）は電流の2乗に依存し、特定の時間内にフューズをトリップさせる一定の温度に達します。このようなスイッチングサイクルを何度も繰り返すと熱的に変化し、早期にトリップする可能性があるため、フューズの寸法設計時に通過エネルギーを最大限に利用してはなりません。

D型フューズ用のねじ込み式フューズホルダーは、固定フューズベースとフィッティングエレメント（フィッティングねじ）、および窓付きの取り外し可能なねじ込みキャップで構成されています。フューズインサート（溶断インサート、フューズカートリッジ、フューズ）には、フューズをねじ込んだ際にキャップの窓から見える色の付いた動作状態インジケータ（識別マーカー、スイッチ状態インジケータや断線検知器とも呼ばれる）と、フィッティングインサートの直径とペアになったフット接点が付いています。フィッティングインサートは多くの場合カラーコード化されており、フューズの識別エレメントと同じ色になっています（下の表を参照）。フィッティングねじの絶縁ヘッドの内径は、使用可能なフューズサイズの直径、ひいては定格電流を制限します。ねじは絶縁体の円筒面に2つの溝がある専用工具でしっかりと締め付ける必要があり、設置された回線の負荷容量に応じて適切に選択する必要があります。

フューズインサートは、フューズの反応性のある交換可能な部分です。

ねじ込み式フューズには、定格電流に応じて直径が段階的に異なるフット接点があります。フューズホルダーのベースには、対応する色のフィッティングエレメント（フィッティングねじ、フィッティングインサート）が含まれており、意図したものより高い定格電流のフューズが使用されるのを防ぎます。伝統的に、Diazed DIIフューズには例外があり、10 Aのフューズを6 Aのフィッティングねじに装着することが許容されています。この特殊タイプは10A/6F、10/6A、または10R/6と表記されます。

フューズインサートのヘッド接点の中央には、スイッチ状態インジケータとして色付きの金属プレート（識別マーカー）があります。その下にはバネがあり、フューズインサートのフット接点に取り付けられた高抵抗のワイヤによって保持されています。導体が溶断すると、識別マーカーを保持していたワイヤも溶断し、識別マーカーが飛び出します。ねじ込みキャップのガラスパネルは、識別マーカーが脱落するのを防ぎ、トリップしたフューズを目視で確認できるようにしています。

識別マーカーとフィッティングインサートは、定格電流に応じてカラーコード化されています。1906年にD型フューズを開発した際、記憶術として1900年のドイツの記念切手セットの色が選ばれました。これらの切手には、5ペニヒ切手が緑、10ペニヒ切手が赤、15ペニヒ切手がグレー、20ペニヒ切手が青、25ペニヒ切手が黄色といった色が採用されていました。

D型とD0型フューズの主な違いは、その寸法に加え、許容動作電圧にあります。D型フューズは最大500 V、特殊タイプでは最大750 V（ACおよびDC両方）の電圧に適していますが、D0システムは400 V ACおよび250 V DCまでの電圧用です。

今日では、gG動作クラス（1998年までは旧gL）のねじ込み式フューズが配電盤までの配線を保護するライン保護フューズとして使用されています。ねじ込み式フューズは、特に高い始動電流を持つ機械を操作する際にモーターを保護するためのモーター保護スイッチと組み合わせて使用されることもあります。

ねじ込み式フューズ（D, D0）は、以下の条件下でのみ負荷状態で操作できます：

• 訓練を受けた担当者のみ
  • AC電圧 400 V超、定格電流最大 16 A
  • DC電圧 25-60 V、定格電流最大 6 A
  • DC電圧 60-120 V、定格電流最大 2 A
  • DC電圧 120-750 V、定格電流最大 1 A
• 一般の方
  • AC電圧 最大400 V、定格電流 最大63 A
  • DC電圧 最大25 V

Dシステム（DIAZED；直径で分類された2部構成のEdisonフューズプラグ）は、Siemens-Schuckertwerkeによって開発され、最初は現在のDⅡサイズでした。DIAZEDはブランド名であるため、中立的な規格上の名称はDシステムまたはDフューズです。これは、現在でも米国で「プラグフューズ」として使用されている一般的な一体型フューズプラグを置き換えるものでした。このシステムの新しい点は、ねじ込みキャップとフューズインサート（「カートリッジ」）が分離されていることです。Dフューズには5つのサイズがあります。名称は「D」という文字とローマ数字で構成されています。スローブロータイプは「DT」とも指定されます。

¹ねじ込みキャップのねじ山：E = Edisonねじ、G = パイプねじ（ストレート）、R = パイプねじ（雄ねじ・円錐形）

1920年代末に導入された小径のNDzフューズ（NDまたはDⅠと呼ばれることは少ない）は、還元スリーブを使ってDⅡソケットに取り付けられるため「節約カートリッジ」とも呼ばれます。今日では古い設備でわずかに使われる程度ですが、ねじ込みキャップねじ山SE 21を持つ短いDⅠデザインはスイスで普及しています。最も一般的なDiazedフューズはおそらくDⅡサイズでしょう。これはDⅢソケットにも保持クリップを使って取り付け可能です。DⅢ、DⅣ、DⅤサイズは今日でも古い配電盤で使用されています。DⅣおよびDⅤは、NHフューズの方がそのような大電流や負荷状態での運用に適しているため、何十年も前から新規設備には設置されていません。DⅡおよびDⅢサイズは、より高い定格電圧に対応する通常バージョンや拡張バージョンでも利用可能です。典型的な例として、産業や発電所における690 V三相交流、および最大750 Vまたは最大1200 Vの鉄道電力システムやトロリーバス用があります。

¹ねじ込みキャップのねじ山：E = Edisonねじ

D0システム（NEOZED；DIAZEDフューズの新型。neoは「新しい」を意味する）は、1967年にSiemensとLindnerによって導入されました。それまで主流だったDシステム（DIAZED）を進化させたもので、フューズ保護が使用される新規設備では主流となっています。Dシステムに比べて、同じ定格電流でサイズが小さく、電力損失（発熱）が少ないという利点があります。NEOZEDはトレードマークであるため、中立的な標準名称はD0システムまたはD0フューズ（Dゼロと発音）です。D0フューズは3つのサイズで製造されています。

サイズの名称は「D0」と数字で構成されています：

¹ねじ込みキャップのねじ山：E = Edisonねじ、M = メートルねじ

D01フューズはDLソケットにも適合し、特別な保持バネを使用することでD02ねじ込みソケットにも使用可能です。D03設計は、高定格電流に対してNHフューズの方が信頼性が高いと証明されているため、使用されることはほとんどありません。D03フューズは新規システムへの設置が禁止されています。

DおよびD0フューズ用には、ねじ止め用、DINレール用、母線用（「ライダーソケット」）のソケットがあります。さらにD0フューズ用には、スイッチ断路器を内蔵したフューズソケットとして機能するフューズスイッチ断路器もあります。フューズを交換する前に、フューズの前面にあるフラップでソケットをオフにする必要があります。この「無電圧・無負荷状態」での交換により操作安全性が高まり、使用者がライブコンポーネント（通電部分）に触れることを確実に防止します。これらのスイッチ断路器の新しいバージョンでは、フューズカートリッジはねじ込み式ではなくバネ力で接点に接続されます。

Dシステムの代替として、旧東ドイツ（GDR）で380V AC用の省スペースなDLシステムが導入されました。設計はD01フューズと似ていますが、最大20Aまで対応するように設計されています。法的保護を受ける古いシステム向けに、動作クラスgGで定格電圧400V ACのDLフューズが現在も製造されています。

D01フューズ（NEOZED）は最大16AまでならDLソケットにも適合しますが、その逆（DLをD01へ）はできません。

¹ねじ込みキャップのねじ山：E = Edisonねじ

低圧高パフォーマンスフューズは「NHフューズ」とも呼ばれ、ナイフフューズ、ソードフューズ、あるいは（引き込みボックスに関連して）タンクフューズとも呼ばれます。最大の特徴は、ねじ込み式フューズと比較して大幅に大きいサイズと、大きな電流の誘導と遮断のために両端に備えられた大型のコンタクトブレードです。一般的なNHフューズは最大120 kA（定格遮断容量）までのショート故障電流を安全に遮断でき、標準化された定格電流は最大1,250 Aです。標準以外では、最大1,600 Aの定格電流を持つフューズも利用可能です。NHフューズには、故障したフューズを表示するインジケータがあります。バージョンにより、端面（上面）に取り付けられたフラップ式インジケータか、フューズを挿入した状態で正面から見えるセンターインジケータのいずれかになっています。2つのインジケータ（コンビネーションインジケータ）を持つNHフューズも利用可能です。NHフューズには異なるトリップ特性のものがあり、動作クラスのセクションで説明されています。

NHフューズは異なる定格電流範囲に合わせて様々なサイズで製造されています。サイズ0は、新規設備では許可されていません。

NHフューズは、低圧ネットワークの大電流範囲で使用され、産業プラントで広く採用されています。また、公共電力網（変電所、主配電盤など）や、建物のメーターキャビネットなどでメーター用フューズとしても使用されます。

顧客システムのメーター前エリアでは、TAB 2007（エネルギーネットワーク事業者の技術接続条件）により、メーターごとに断路装置が義務付けられています。引用：

「断路装置とは、配電網から顧客システムを切り離すための装置であり、顧客（電気の素人）でも操作可能なもの（例：SMB）を指す。」

選択的サーキットブレーカーやNeozed負荷断路スイッチなどはこの要件を満たしますが、NHフューズは満たしません。そのため、NHフューズが新規設備でメーター用フューズとして使用されるのは、一般人が操作可能な他の断路装置（Neozed負荷断路スイッチを備えたメーターバックアップなど）が他に提供されている場合のみです。

英国では、古い設備の家庭用ユニットには、密閉型フューズリンクや半開放型の再配線可能なフューズを装着できるフューズホルダーが備わっています。

Wylex社などが製造したこのシステムでは、使用者がフューズエレメント内のフューズワイヤを交換できます。フューズワイヤのバラ売りは、スーパーマーケット、ガソリンスタンド、ホームセンターなどで購入可能です。再配線可能なフューズキャリアは英国規格BS 3036で規定されており、5 A、15 A、20 A、または30 Aの定格電流のフューズワイヤを装着できます。

BS 7671によると、このようなフューズの定格電流は回路の連続定格電流の0.725倍を超えてはなりません。これらのフューズの代わりとしてサーキットブレーカーを使用することも可能です。

このシステムに伴う危険性として、電気設備の知識がない個人による作業、意図的または偶発的な過剰フューズの使用、およびコイン、釘、ヘアピン、ワイヤの切れ端、ペーパークリップといった不適切な導電性の「フューズ素材」の使用などが挙げられます。使用されているフューズ素材の種類は、フューズを取り外さないと判断できません。さらに、再配線可能なフューズの遮断容量は砂充填フューズよりもはるかに低いため、隣接する設備でアーク放電を引き起こす可能性があります。

サーキットブレーカーは、フューズリンクやパワーブレーカーと同様に、過負荷やショートが発生した際に自動的に回路を遮断します。ドイツの場合、新規設置には以下の規則（DIN 18015-1に関連する技術接続要件）が適用されます：

• 住宅のサーキット配電盤では、照明回路やソケット回路には、専門家以外でも操作可能なサーキットブレーカーのみを使用しなければなりません。フューズリンクは、固定機器（給湯器など）のみ、あるいは副配電盤の一次保護としてのみ許可されます。
• メーター前エリアの保護には、選択的サーキットブレーカー（SLS）が使用されます。NHフューズがこのアプリケーションエリアで許可されるのは、「顧客システム用の非専門家向け断路オプション」（メーター後のNeozed断路スイッチなど）が提供されている場合のみです。

住宅やオフィススペースでは、通常B特性のサーキットブレーカーが使用されます。C特性は、突入電流が大きい消費者向けの配線や機器の保護に使用されます（B特性だと起動時に誤トリップを引き起こす可能性があるため）。電子機器（電子安定器、スイッチング電源）を備えた回路をサーキットブレーカーで保護する場合は、その大きな突入電流に特別な注意を払う必要があります。

B特性を持つサーキットブレーカーは、Renard系列に従い、定格電流 6、10、13、16、20、25、32、35、40、50、63 アンペアのものが利用可能です。メーカーによっては他の値も提供されている場合があります。タイプC、D、K、Zのサーキットブレーカーは、1 A未満から値までより多くのタイプが用意されています。ドイツの住宅では、各回路は通常B-16サーキットブレーカー（16 A）で保護されます。

H特性は、インピーダンスが高いネットワークやショート時の地絡発生時に信頼性の高い高速トリップを実現するため、1950年代から家庭用回路に使用されてきました。しかし、現在のネットワーク条件下では、この敏感なショートトリップが不用意に作動し、スイッチング電源を備えた機器（コンピューター、テレビなど）やモーター（掃除機など）に影響を与えることがあります。このような場合は、HサーキットブレーカーをBサーキットブレーカーに交換することをお勧めします。通常、H10はB13で置き換え可能です（過負荷特性が同じであるため）。

サーキットブレーカーは定格電流や設計だけでなく、トリップ特性によっても分類されます。現在標準化されている特性タイプはB、C、D、E、K、Zであり、表で強調表示されています。過電流トリップの2つの値は、非トリップ電流（小試験電流）とトリップ電流（大試験電流）を示します。最大トリップ時間はトリップ電流に適用されます。一部のメーカーでは、過電流およびショート保護用のトリップ電流に対してより狭い耐性を指定しています。

サーキットブレーカーは、高いショート電流を遮断できなければなりません。定格ショート遮断容量 I_cn と呼ばれるスイッチング容量は、規格上以下のように分類されます：

さらに、ショート電流制限に関する要件もあります。ドイツでは、32 Aまでのサーキットブレーカーの技術接続条件として、エネルギー制限クラス3（選択性クラス3、「高い要件」）のみが有効であり、VDE 0641に従って最も高いショート電流制限を持っています。

ショートが発生した場合、電流（予想ショート電流）は非常に高く、ネットワークインピーダンス（内部抵抗）によってのみ決定されます。サーキットブレーカーは、その設計によりショート電流をより低い値に制限します。高いエネルギー制限により、上流のフューズリンクとの高い選択性が確保され、電磁気的影響からシステムを保護します。

サーキットブレーカーにはプラスチック製の筐体があります。古いバージョンは円筒形で、Edisonねじ山にねじ込むか、薄い金属片で固定して使用されていました。現代のサーキットブレーカーは長方形の筐体で、取り付けレール（DINレール）上に密接して並べることが可能です。

単極サーキットブレーカーは、今日では通常1モジュール（1 TE）の幅です。1モジュールの幅は18 mmです。DIN 43880:1988-12規格に基づき、装置の取り付け幅は17.5 ～ 18.0 mmである必要があります。2極バージョンは幅2 TE、1.5 TE、または1 TEで製造されています。3極および4極サーキットブレーカーは、それに応じて幅が広くなります。極あたり1.5 TEの幅を持つサーキットブレーカーもあります。これらは通常、80 A ～ 125 Aの定格電流および/または非常に高い遮断容量向けに設計されています。選択的サーキットブレーカーは1.5 TE幅で、古いタイプは2 TEです。これらは中心間距離40 mmの母線に取り付けられます。あるいは、選択的サーキットブレーカーは通常のDINレールにも取り付けられますが、従来の小型配電盤には収まりません。

中性線もスイッチングする場合、特別なサーキットブレーカーを使用する必要があります。中性線用の接点は位相よりも遅れて開く（または先に閉じる）必要があるためです。これにより、位相が中性線なしでスイッチングされることがなくなります。

1. 手動オン/オフ操作用スイッチレバー。スイッチ状態の視覚表示も含む。
2. 故障状態下でサーキットブレーカーを解放するためのトリップ機構。
3. 電気接続を確立または切断するためのスイッチ接点。
4. 電気接続用の端子コネクタ。
5. 熱トリップによる過負荷保護用のバイメタルストリップ。
6. 熱トリップ動作を設定するために製造元が使用するキャリブレーションねじ（特性曲線の一部）。
7. 高電流（通常ショート電流）用の電磁トリップコイル。
8. ショート電流を遮断する際のアークを消去するための消弧室。アークは開放されたスイッチ接点（3）から消弧室エリアへ移動し、分割・冷却されることで消滅する。

遮断機構は以下の4つの方法でトリップ（解放）できます：

• 過負荷による遮断
  • サーキットブレーカーを流れる電流の所定の公称値が、長時間にわたって大幅に超過された場合、遮断が発生します。遮断までの時間は過電流の大きさに依存し、過電流が大きいほど短くなります。過電流による加熱でバイメタルが湾曲することでトリップ機構を解放します（熱的遮断）。
• ショートによる電磁的遮断
  • システム内でショートが発生した場合、電流が流れることで電力が供給される電磁石により、数ミリ秒以内に遮断が発生します。
• 手動遮断
  • メンテナンスや一時的な停止のために、サーキットブレーカーで手動で回路を遮断できます。この目的のため、前面にトグルスイッチまたは解放ボタンがあります。
• 追加モジュールによる遮断
  • 大手メーカーのほとんどのサーキットブレーカーには、補助スイッチ、低電圧および過電流解放デバイス、残留電流デバイス（RCD）、アーク故障検知デバイス（AFDD）、モーター駆動装置（自動再閉路）などの追加モジュールを装着可能です。追加モジュールは配電盤の設計に応じて、サーキットブレーカーの左右に取り付けるか、適切に配線します。

サーキットブレーカーの重要な特徴は、影響を受けないトリップ機構です。これにより、操作ハンドルが操作されていたり、「オン」の位置に保持されていたりしても、ショート時には即座にトリップすることが保証されます。

過負荷トリップが発生した後、リセットを行う前にバイメタルストリップを冷やす必要があります。再起動に必要な手動リセットにより、潜在的な問題をユーザーに警告し、自動リセットを防止します（フェイルセーフ）。これにより、過負荷の機器が制御不能のまま再起動したり、欠陥のある機器や設備が勝手に再通電されたりすることを防ぎます。