電 気 用 品 に 起 因 した 製 品 事 故 & 原 因 解 析 事 例 の 紹 介 電 気 用 品 安 全 法 セミナー 資 料 ( 平 成 26 年 11 月 14 日 : 広 島 市 ) ( 独 ) 製 品 評 価 技 術 基 盤 機 構 中 国 支 所
ウォーターサーバーからの 出 火 事 例 ー1 事 故 発 生 は2011 年 11 月 使 用 期 間 は 約 3 年 出 火 箇 所 は 機 体 内 部 の 電 源 コード 芯 線 と 機 体 内 配 線 との 接 続 部 ( 端 子 台 ) 当 該 部 における 機 械 的 接 続 箇 所 の 接 触 不 良 により 通 電 過 熱 が 発 生 直 近 絶 縁 物 が 発 火 周 囲 に 延 焼 輸 入 事 業 者 は 本 件 発 生 を 踏 まえて 2012 年 1 月 からリコール( 別 機 種 への 交 換 )を 実 施 中 2
事 故 現 場 の 状 況 現 場 写 真 : 消 防 提 供 3
事 故 品 の 焼 損 状 況 ( 前 面 ) 同 等 品 4
事 故 品 の 焼 損 状 況 ( 背 面 ) 同 等 品 5
電 源 コードと 機 体 ( 内 部 )との 接 続 部 付 近 の 焼 損 状 況 電 源 コード 芯 線 と 内 部 配 線 との 接 続 端 子 台 が 著 しく 焼 損 直 近 の 電 源 コード 芯 線 には 短 絡 溶 断 1 形 成 焼 燬 した 接 続 端 子 台 内 部 配 線 電 源 コート 短 絡 溶 断 1 ( 短 絡 溶 融 痕 ) 6
電 源 コードの 引 込 み 口 付 近 の 焼 損 状 況 電 源 コード 芯 線 の 本 体 引 込 み 部 外 側 直 近 にも 短 絡 溶 断 2 形 成 短 絡 溶 断 2 ( 短 絡 溶 融 痕 ) 7
端 子 台 の 焼 損 状 況 (1/2) 電 源 コード 芯 線 の 片 側 極 が 溶 断 内 部 配 線 電 源 コート 異 常 箇 所 をX 線 で 内 部 透 視 観 察 過 熱 溶 断 8
事 故 品 の 回 路 図 と 焼 損 状 況 のまとめ 出 火 箇 所 は 端 子 台 電 源 コード 側 の 接 続 箇 所 で 通 電 過 熱 発 生 温 水 スイッチは OFF 冷 水 機 稼 働 時 の 通 電 電 流 ( 約 2A)で 出 火 2 箇 所 (1 2)の 短 絡 溶 断 は 出 火 後 に 発 生 (2 次 的 焼 損 ) 端 子 台 で 通 電 過 熱 発 生 芯 線 溶 断 短 絡 溶 断 2 ( 短 絡 溶 融 痕 ) 短 絡 溶 断 1 ( 短 絡 溶 融 痕 ) 9
同 等 品 ( 健 全 品 )の 端 子 台 部 の 構 造 (1/3) 電 源 コート 芯 線 1.25 mm 2 50 本 /0.18mmφ 端 末 処 理 あり 事 故 品 内 部 配 線 芯 線 1.25 mm 2 50 本 /0.18mmφ 端 末 処 理 なし 10
同 等 品 ( 健 全 品 )の 端 子 台 部 の 構 造 (2/3) 締 め 付 けホ ルト 先 端 による 圧 痕 締 め 付 けホ ルト M3 0.5-6 電 源 側 のより 線 端 末 は スリーフ 金 具 による 圧 縮 供 揃 処 理 (クリンフ ) ただし 圧 縮 力 はそれほど 大 きくない セレーション 側 11
同 等 品 ( 健 全 品 )の 端 子 台 部 の 構 造 (3/3) 内 部 配 線 のより 線 端 末 は 未 処 理 のまま 締 め 付 けホ ルトにより 端 子 金 具 内 面 に 圧 着 12
端 子 台 の 焼 損 状 況 (2/2) 接 触 抵 抗 増 大 ( 接 触 不 良 )による 通 電 過 熱 は 主 として 芯 線 端 末 をクリンプした 電 源 コード 側 で 発 生 芯 線 溶 断 内 部 リート 線 側 の より 線 素 線 の 溶 融 なし X 線 の 露 出 条 件 を 変 えて 撮 影 13
機 械 的 接 続 ( 接 点 ) 部 における 通 電 過 熱 発 生 機 構 14
接 触 接 続 ( 接 点 ) 部 の 通 電 の 様 子 は? 接 触 接 続 ( 接 点 ) 部 は 拡 大 して 観 ると 多 くの 凹 凸 がある また 表 面 には 酸 化 物 被 膜 ( 絶 縁 物 )も 存 在 し じん 埃 等 も 挟 まれている 実 際 に 通 電 している 接 触 部 は 見 かけの 接 触 面 積 に 対 して かなり 小 さい 接 触 していても 酸 化 物 皮 膜 のため 通 電 しない 電 流 電 流 酸 化 物 接 続 ( 接 点 ) 部 の 断 面 図 15
接 触 接 続 ( 接 点 ) 部 の 接 触 抵 抗 実 際 に 通 電 している 接 触 部 を a-スポット という 小 さな 接 触 面 に 電 流 が 集 中 するため 抵 抗 が 生 じる 接 触 抵 抗 R c ( 集 中 抵 抗 あるいは 縮 流 抵 抗 ともいう ) a: 真 実 接 触 半 径 ρ: 接 点 金 属 材 料 の 抵 抗 率 R c = ρ/2 a a-スポット 縮 流 真 実 接 触 半 径 : a 電 気 接 続 ( 接 点 ) 部 の 断 面 図 a-スポットの 電 流 分 布 16
a-スポットの 大 きさと 接 触 圧 力 との 関 係 a-スポットの 半 径 a は 1 接 点 相 互 の 材 料 の 弾 性 限 度 内 の 圧 力 で 接 触 している(スイッチ 接 点 の ようにバネ 力 などの 比 較 的 低 い 圧 力 で 接 触 している 箇 所 ) 場 合 は a 接 触 点 応 力 ( 圧 力 )の1/3 乗 に 比 例 する 例 えば a を 2 倍 にするには 応 力 ( 圧 力 ) は 8 倍 必 要 2 弾 性 限 度 を 超 え 塑 性 変 形 領 域 (ねじ 止 め 端 子 部 や 加 締 め 接 続 部 の ように 大 きな 圧 力 で 接 触 している 箇 所 )では a 接 触 点 応 力 ( 圧 力 )の1/2 乗 に 比 例 する 例 えば a を 2 倍 にするには 応 力 ( 圧 力 ) は 4 倍 必 要 17
良 好 な 接 触 接 続 ( 接 点 ) 部 とは? 1 安 定 なa-スポット が 形 成 されていること 充 分 な 接 触 圧 力 があると 個 々の 接 触 半 径 が 大 きくなる 個 々の 接 触 抵 抗 そのものが 小 さい 2 安 定 なa-スポットが 数 多 く 存 在 していること 接 触 抵 抗 は 各 スポット 部 の 抵 抗 値 の 並 列 合 成 となり 合 成 値 は 小 さくなる ジュール 熱 発 生 も 少 なく 発 熱 は 小 さい Ic Rc = Vc を 接 触 電 圧 という 18
接 触 抵 抗 が 大 きくなる( 接 触 不 良 )ということは? 1 a-スポットの 大 きさ 縮 小 接 触 圧 力 低 下 や 腐 食 進 行 ( 酸 化 被 膜 の 増 大 )などでa-スポットが 小 さくなる 個 々の 接 触 抵 抗 の 増 大 (= 全 体 の 接 触 抵 抗 増 大 ) 2 a-スポット 数 の 減 少 1 からさらに 圧 力 低 下 や 腐 食 が 進 行 すると a-スポットの 数 が 減 少 さらに 全 体 の 接 触 抵 抗 増 大 ジュール 熱 発 生 増 大 発 熱 量 増 大 3 最 終 的 に 数 個 又 は1つのスポットだけとなると そこに 全 電 流 が 集 中 するので ますます 発 熱 が 大 きくなり 当 該 部 の 金 属 は 非 常 に 高 温 となる 開 離 高 温! 開 離 19
電 流 が 集 中 したa- スポット 部 の 温 度 T max = ( Vc 2 /4L+ T 0 2 ) 1/2 3200 Vc [ K ] ただし L = 2.45 10-8 [ (V/ K) 2 ]( 定 数 ) T 0 = 室 温 例 えば 接 触 電 圧 Vcが 0.5V になれば T max は1625K( 1351 )となり 多 くの 金 属 は 溶 融 している 20
各 種 電 気 接 点 材 料 の 軟 化 溶 融 沸 騰 の 各 接 触 電 圧 と 温 度 との 関 係 を 右 表 に 示 す 軟 化 接 触 電 圧 : VS 溶 融 接 触 電 圧 : Vm 沸 騰 接 触 電 圧 : Vb 21
最 終 a-スポットが 開 離 する 場 合 1 最 終 a-スポットがなくなる 時 ( 接 点 が 開 離 する 時 )は スポット 部 の 溶 融 金 属 橋 絡 (=ブリッジ)が 伸 張 する 2 開 離 が 進 行 すると ブリッジの 金 属 が 沸 騰 破 断 し その 空 間 に 金 属 蒸 気 が 充 満 3 空 間 に 充 満 した 金 属 蒸 気 を 導 電 路 にして 一 定 時 間 は 電 流 が 継 続 する アーク 放 電 ( 外 観 的 には 火 花 (スパーク)として 知 覚 ) 4 その 後 接 点 間 が 十 分 に 開 離 してアークが 消 滅 し 通 電 は 遮 断 される 溶 融 金 属 橋 絡 =ブリッジ ブリッジ 伸 張 ブリッジ 破 断 22
最 終 a-スポットだけで 通 電 開 始 される 場 合 1 最 終 a-スポットに 全 電 流 が 集 中 するため スポット 部 の 金 属 はほぼ 瞬 時 に 溶 融 温 度 を 超 え 溶 融 金 属 橋 絡 (=ブリッジ)が 形 成 される 2 さらに 沸 騰 温 度 をも 超 えるため ブリッジの 金 属 が 沸 騰 破 断 し その 空 間 に 金 属 蒸 気 が 充 満 する 3 空 間 に 充 満 した 金 属 蒸 気 を 導 電 路 にして 一 定 時 間 は 電 流 が 継 続 する アーク 放 電 ( 外 観 的 には 火 花 (スパーク)として 知 覚 ) 4 その 後 相 互 の 金 属 の 熱 膨 張 等 により 溶 融 部 分 の 接 触 が 回 復 し 通 電 が 再 開 する 溶 融 金 属 橋 絡 =ブリッジ 23
接 触 接 続 ( 接 点 ) 部 の 過 熱 発 生 機 序 通 電 中 の 接 触 接 続 ( 接 点 ) 部 は a-スポットの 集 合 体 であり 接 触 抵 抗 のため 常 に 発 熱 している ただし 温 度 上 昇 は 一 定 レベ ルまでは 許 容 される 温 度 上 昇 と 冷 却 が 繰 り 返 されると 加 締 めの 緩 みやねじ 締 め 付 け 軸 力 の 低 下 スイッチ 接 点 ばね 圧 力 の 低 下 などが 発 生 その 他 に 酸 化 や 汚 染 による 腐 食 異 物 の 侵 入 も 発 生 これらの 複 合 により a-スポットが 縮 小 減 少 すると 発 熱 が 促 進 し 温 度 上 昇 が 許 容 レベルを 超 える 温 度 上 昇 が 直 近 の 絶 縁 材 料 の 発 火 温 度 を 超 えると 発 煙 発 火 に 至 る (この 段 階 で 終 息 する 場 合 もある ) さらにその 周 辺 の 可 燃 物 に 着 火 延 焼 火 災 発 生 24
接 触 圧 力 低 下 によるa-スポット の 縮 小 減 少 許 容 領 域 接 触 部 の 圧 力 低 下 により a-スポットの 縮 小 減 少 が 進 行 接 触 抵 抗 増 大 発 熱 増 大 ( 温 度 上 昇 : 許 容 範 囲 まで) 危 険 領 域 発 熱 増 大 ( 温 度 上 昇 : 許 容 範 囲 越 え) 接 続 ( 接 点 ) 部 過 熱 直 近 の 絶 縁 材 料 ( 電 線 被 覆 樹 脂 製 部 品 など)が 発 煙 発 火 周 囲 の 可 燃 物 ( 樹 脂 製 部 品 など)に 着 火 延 焼 火 災 発 生 25
腐 食 によるa-スポット の 縮 小 減 少 許 容 領 域 金 属 表 面 の 腐 食 により 酸 化 被 膜 ( 絶 縁 物 )が 形 成 酸 化 皮 膜 の 増 大 により a-スポットの 縮 小 減 少 が 進 行 接 触 抵 抗 増 大 発 熱 増 大 ( 温 度 上 昇 : 許 容 範 囲 まで) 危 険 領 域 発 熱 増 大 ( 温 度 上 昇 : 許 容 範 囲 越 え) 接 続 ( 接 点 ) 部 過 熱 直 近 の 絶 縁 材 料 ( 電 線 被 覆 樹 脂 製 部 品 など)が 発 煙 発 火 周 囲 の 可 燃 物 ( 樹 脂 製 部 品 など)に 着 火 延 焼 火 災 発 生 26
通 電 過 熱 発 生 事 例 16 年 間 使 用 のホットプレート 差 込 接 続 27
ヒーター 端 子 と 電 源 ソケット 部 の 差 込 接 続 部 で 接 触 不 良 発 生 ヒーター 端 子 電 源 ソケット 部 接 触 不 良 ヒ ン 内 部 も 接 触 不 良? X 線 画 像 28
通 電 過 熱 実 験 画 像 ( 電 流 =11.5A) 29
通 電 過 熱 実 験 動 画 ( 電 流 =11.5A) 30
本 件 端 子 台 のa-スポット 考 察 (1/3) 電 源 コード 側 芯 線 (より 線 ) 端 末 は スリーブ 金 具 により 圧 縮 供 揃 処 理 (クリンプ)されている そのため 素 線 外 面 とスリーブ 金 具 内 面 との 接 触 状 況 には スリーブ 金 具 の 圧 縮 力 が 大 きく 影 響 小 スリーブの 圧 縮 力 大 小 a-スポットの 大 きさ& 数 大 締 め 付 けホ ルト 端 子 台 金 具 スリーフ 金 具 芯 線 素 線 31
本 件 端 子 台 のa-スポット 考 察 (2/3) スリーブ 金 具 は 挿 入 方 向 によりスリーブ 外 面 と 端 子 台 金 具 内 面 との 接 触 状 況 に 相 違 が 発 生 締 め 付 けボルトの 軸 力 ( 圧 力 )が 同 じであれば a-スポットの 大 きさ& 数 > セレーション 側 32
本 件 端 子 台 のa-スポット 考 察 (3/3) 内 部 配 線 の 芯 線 (より 線 ) 端 末 は 未 処 理 のまま 締 め 付 けボ ルトにより 端 子 台 金 具 内 面 に 圧 着 そのため 素 線 外 面 とスリーブ 金 具 内 面 との 接 触 状 況 には 締 め 付 けボルトの 軸 力 ( 圧 力 )が 大 きく 影 響 小 締 め 付 けボルトの 軸 力 大 小 a-スポットの 大 きさ& 数 大 なお 導 電 に 関 与 する 機 械 的 接 触 面 の 数 ( 直 列 回 路 要 素 )は 電 源 側 端 末 よりも 少 ないので 通 電 発 熱 は 少 ない 傾 向 にあるが それも 締 め 付 けボルトの 軸 力 如 何 による 内 部 配 線 側 = 芯 線 素 線 1 端 子 台 内 面 電 源 コード 側 = 芯 線 素 線 1 スリーブ 内 面 スリーブ 外 面 2 端 子 台 金 具 内 面 33
事 故 品 電 源 コード 芯 線 端 (スリーブ)の 状 況 溶 断 は 電 源 コード 側 で 発 生 スリーブ 金 具 で 端 末 処 理 し かつセレーショ ンと 反 対 側 が 端 子 金 具 内 面 に 接 触 したため 通 電 発 熱 が 大 きかった( 過 熱 )ことを 示 唆 締 め 付 けホ ルト 先 端 による 圧 痕 セレーション 側 芯 線 溶 断 34
同 等 品 ( 使 用 過 程 品 )も 発 火 直 前 ( 危 険 領 域 ) 電 源 コート 側 の 方 が 発 熱 大 電 源 コート 側 内 部 配 線 側 セレーション 側 35
望 ましいより 線 端 末 処 理 ( 一 例 ) 必 要 な 場 合 は 表 面 がスムースに 加 工 された 棒 圧 着 端 子 を 使 用 する 適 用 箇 所 によっては より 線 のまま 接 続 する 方 が 良 い 場 合 もある 所 謂 ハンダ 上 げ 処 理 はa-スポットが 極 端 に 少 なくなる 傾 向 があるのでNG 棒 圧 着 端 子 を 使 用 ハンダ 上 げ 処 理 はNG 36
ウォーターサーバーからの 出 火 事 例 ー2 事 故 発 生 は2014 年 8 月 使 用 期 間 は 約 6 年 出 火 箇 所 は 機 体 内 部 の 電 源 コード 芯 線 と 機 体 内 配 線 との 接 続 部 ( 端 子 台 ) 当 該 部 における 機 械 的 接 続 箇 所 の 接 触 不 良 により 通 電 過 熱 が 発 生 直 近 絶 縁 物 が 発 火 周 囲 に 延 焼 輸 入 事 業 者 は 本 件 発 生 を 踏 まえて 2012 年 1 月 からリコール( 別 機 種 への 交 換 )を 実 施 中 ただし 本 件 は 業 者 間 で 転 売 され かつ 転 売 先 の 事 業 者 倒 産 により 対 策 が 未 実 施 の 機 体 であった 37
事 故 品 の 焼 損 状 況 (1/2) 38
事 故 品 の 焼 損 状 況 (2/2) 出 火 箇 所 は 端 子 台 温 水 運 転 スイッチは ON であった 39
事 故 品 の 出 火 箇 所 (1/3) 40
事 故 品 の 出 火 箇 所 (2/3) 内 部 配 線 側 電 源 コート 側 41
事 故 品 の 出 火 箇 所 (3/3) 42
同 等 品 ( 使 用 過 程 品 )も 発 火 直 前 ( 危 険 領 域 ) 電 源 コート 側 内 部 配 線 側 43
ヘアアイロン 電 源 プラグからの 出 火 事 例 事 故 発 生 は2014 年 10 月 使 用 期 間 は 約 5 年 出 火 箇 所 は 電 源 プラグ 内 部 の 栓 刃 金 具 と 電 源 コード 芯 線 との 加 締 め 接 続 部 当 該 部 における 接 触 不 良 により 通 電 過 熱 が 発 生 直 近 絶 縁 物 のプラグ 本 体 樹 脂 が 発 火 接 触 不 良 発 生 の 主 因 は 電 源 コード 芯 線 の 断 面 積 不 足 電 安 法 技 術 基 準 に 抵 触 する 可 能 性 あり 他 に 使 用 者 の 取 り 扱 いも 影 響 輸 入 事 業 者 は 既 に 倒 産 44
事 故 品 の 焼 損 状 況 (1/2) 消 費 電 力 は75W= 負 荷 電 流 は 約 1A 電 源 プラグ 内 部 の 栓 刃 金 具 と 電 源 コード 芯 線 との 加 締 め 接 続 部 から 出 火 45
事 故 品 の 出 火 箇 所 (1/3) 46
事 故 品 の 出 火 箇 所 (2/3) 解 体 時 に 外 れたと 推 定 加 締 め 内 面 に 溶 融 痕 跡 47
出 火 していない 側 の 栓 刃 加 締 め 部 48