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真空管アンプの安全設計:傾向

2:火災


電気火災

電気が原因の火災というのは数は減っているようですが,まだまだ火災原因の一端を担っているようです。

身近な火災原因のうち電気に関連があるのは下記3つと思われます。

■コンセントのトラッキング現象
■電源コードや屋内配線からの出火
■古い電気製品の発火

詳細を考えてみましょう。

■コンセントのトラッキング現象

最近の電気製品のコンセントのプラグ側を見ると金属部分の根元にカバーがついてます。

トラッキング防止カバー
引用:BUFFALO

コンセントに埃がたまり,湿気とともに年月が経つと電気を通ずるようになり火災になることがあるそうです。 「トラッキング現象」と言うようです。

まあ,これはアンプに限ったことではありませんのであまり調べていません。

■電源コードや屋内配線からの出火

電源コードの問題は古くて新しい厄介な問題のようです。

電源コードを扉にはさんだり,家具などで踏みつぶしたりしてストレスが加わることが原因です。

・断線寸前になり抵抗値が上昇し,発熱して発火に至る
・絶縁が破れ漏電・ショートして大電流が流れ発火に至る

壁の内側を通っている屋内配線も同様の問題があります。 さらに何十年も使い続けることによってある日突然発火することもあります。

まあこれらの問題はアンプ本体にはあまり関係ありません。 古くて細い電源コードは使わずに,新しくてごっつい電源コードを使えばいいわけです。

■古い電気製品の発火

扇風機が有名でしょうか。

部品の劣化が主原因となる火災です。 コンデンサーや基板などの絶縁不良が主な原因のようです。

絶縁不良によって異常な電流が流れた場合,ヒューズによって保護されるのが正しい設計です。

しかし,ヒューズでは保護できない想定外の部分に故障が発生することもあります。 また,ヒューズが働かない程度の弱い電流が長時間流れて発火することがあるようです。

スイッチの接触不良や断線による過熱も考えられますがやはりヒューズでは保護できません。

ヒューズによって保護できない部分が発火した場合,炎が上がっているにもかかわらず電気は遮断されないので,ますます状況を悪化させてしまいます。

一番の対策は電気の供給を断つことです。 あなたの部屋のビンテージアンプ大丈夫ですか?ビンテージギターと共に燃えちゃうかもしれませんよ・・・

使わないときは電源をコンセントから抜いておきましょう。

絶縁不良が火災原因

いずれの原因も「絶縁不良」か「接触不良」が発生しています。

接触不良は多くの場合,オープンモードの故障となり,電流は減少する方向です。 一方,絶縁不良は多くの場合,ショートモードの故障となり,電流は増えます。 つまり,絶縁不良はより多くの電流が流れ,発熱・発火に至る危険性が高いことになります。


絶縁不良の発生原因

絶縁不良が火災につながることがわかりました。 では絶縁不良はなぜ起こるのか考えて見ましょう。

電気を安全に絶縁するために電気機器は「絶縁材料」を使って作られています。

代表的な絶縁材料は磁器,樹脂,ゴム,木材,紙,各種繊維等が考えられます。

中でも樹脂(プラスチック・ゴム)は安価で使いやすい絶縁材として最もよく使われています。

しかし,樹脂は古くなると絶縁抵抗が落ちてきます。 物理的な強度も低下しますので変形したり破損したりします。 結果として絶縁が破壊され熱を発し,火災へとつながります。

樹脂の劣化

樹脂部品は湿気を吸収して加水分解により劣化してきます。 脆くなりひび割れが発生したり,物性が変化し絶縁抵抗が下がってきます。

湿度以外でも,紫外線や太陽光を多量に照射したり,高い温度にさらされると劣化が加速します。シンナーなどの可塑剤や浸透力のつよいオイルは樹脂を侵し劣化させます。 アンモニアなどのガス,塩分を含む液体,金属との接触によっても樹脂は劣化すると言われています。

劣化させないためには温度が上がりすぎないようにすること,光を当てないことが特に重要です。 ハンドクリームや皮脂でも劣化するかもしれませんので,手で触れないようにすることも必要かもしれません。

最近はエンジニアリングプラスチックと呼ばれる機械的な特性に優れた様々な樹脂があります。 それぞれ特徴も様々ですので,それぞれの樹脂の特徴を知って使いこなす必要があります。

電源にはフレッシュな部品を使おう

劣化した樹脂は危険ですので,自作アンプでもコンセントの電力を直接受ける電源トランスと1次側回路にはできるだけフレッシュな部品を使うほうがよろしいでしょう。

該当する主な部品は以下です。
・電源トランス
・電源ケーブル
・ACインレット
・電源スイッチ
・ヒューズホルダ

もしどうしても古い部品を使いたければ絶縁抵抗を測って安全を確認すべきでしょう。 特に電源トランスは要注意です。

また,古い電線に使われている樹脂は可燃性でよく燃える場合があります。 かつて電気ケーブルによる建物の火災が多発し,多くの犠牲者を出したことがきっかけとなり,電気ケーブルには難燃性・自己消化性の被覆を使うようになったのです。

ビンテージな部品も魅力的ですが,安全性の面からは慎重にならざるを得ません。

no more vintage

火災の前兆「過熱」

火災ははっきり炎が上がりますのでヒジョ〜〜にやばい状況です。 製品でこのようなことが起きるとリコールとなり,莫大な費用をかけて市場から回収されることになります。

火災に至らなくても,前兆現象として以下のような段階があります。
・部品が熱くなる
・焼けた臭いが発生する
・一筋の煙が短時間だけ上がる
・モクモクと連続して発煙する

まずは第一段階である過熱した状態を見つけることができれば火災を防ぐことができます。 ですから,設計者としてはアンプのどの部品がどの程度過熱するのかを知るというのは重要です。

最大出力で運転中にどの程度発熱するのか,異常時にはどの程度発熱するのかを把握し,火災につながるような異常な過熱が発生しないことを確かめておく必要があります。


火災や過熱につながるアンプの故障原因

火災や過熱に直結する自作アンプの故障原因について考えてみました。

■部品の電力容量が不足している
■発熱部品の放熱が考慮されていない
■部品同士が密集して配置されている
■配線材の太さが不十分
■耐圧不足によって放電が発生する
■配線ミスで大電流が流れている

火災の具体例

私の経験談ですがヒーター配線の接地点を間違えてテフロン被覆の線材が燃えやしたことがあります。

ヒーター配線は中点電圧タップで接地していました。 その後,ヒーターからパイロットランプの配線を引き出しました。 ランプのソケットをシャーシ取り付けたのですが,ソケットの金具はシャーシとランプの片側の電極両方に接続されていました。 結果としてトランスのヒーター電圧を取り出すタップの片側がショート状態となりました。

電源を入れたとたんにテフロン被覆の電線が真っ赤になり,煙が上がりました。。。

私が作った機材ではありませんが,トランスが発煙したこともあります。 モクモクと煙が上がっていました。原因はトランスの過負荷でした。

このようにすぐに気付くミスならばよいのですが,時間が経ってから起きる発火や,ある特定の条件下でしか起きない発火が怖いです。

異常の想定と異常試験

メーカーが作る製品では部品の故障を想定した異常試験という試験を行い,安全性を保障しています。

部品が故障するとどのような動作になってどこが過熱するのか,そして出火するようなことがないかということを実際に試験して確認します。

ワンオフの自作品ではなかなかできることではありません。

ですから,異常事態の想定が非常に重要になってきます。

想定外のことが起きると大変な事態につながるのは2011年以降よく知られていることです。

ここをこうすると壊れる。こうすれば壊れないなどのノウハウがあります。 一見無駄に見える部品が重要な安全対策だったりするわけです。

具体的な対策についてはこちらこちらで解説します。


まとめ:絶縁不良と過熱を防ぐ

絶縁不良が火災につながります。 過熱した部品は絶縁不良を起こします。

コンセントの電力を直接受ける電源トランスの1次側はもっとも気をつかう部分です。

樹脂部品は劣化しますので製造されたばかりの新しい部品を使った方が安心です。 ビンテージ部品を使うとカッコはつくのですが,火災発生のリスクは高くなります。

適切な部品を正しい方法で使うことによって火災や過熱から逃れることができます。

異常の想定,そして「異常試験」が安全性のカギになります。


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