フィラメントの短絡

以前、ある市民ホールでバレエの発表会の仕事をしていた時のこと。シュートの際、あるフェーダーをフルまで上げると調光卓面上の「過負荷」のアラームが表示される、という事態が発生した。これについて考察してみる。

問題の回路は、容量3KWの回路。接続されていたのは1KWの凸が3台。3KWの回路に4KWとか誤ってつないでしまったというような、初歩的なミスではもちろんない。では何が起きたのか。結論を言うと、3台の凸の内の一台の電球内部で、フィラメントの一部短絡が起こっていたのである。

舞台照明器具の電球というのは、ガラスの内部に、らせん状のフィラメントがジグザグの形をして収まっている。たまに、そのフィラメントの一部が接触してつながってしまい、実質上フィラメントが短くなってしまうことがある(下図)。



電球のフィラメントは金属だが、点灯しているときは数千度の高熱になっており、ゼリーのように柔らかくなっている。そこに強い振動を与えると柔らかくなったフィラメントは簡単に破損してしまう。点灯中の電球に強い振動を与えると切れるのはこのためである。ところが、球切れするほどではないが、やや強めの振動を与えた際に、フィラメントの一部同士が接触し、瞬間的に溶接されてつながってしまうことがある(上図)。この現象は、シュートでちょっと乱暴な扱いをするとよくなるのだが、こうなると、その瞬間、ライトがパッと明るくなり、シュートしていた照明さんが「あ゛」ってなる。この、フィラメントの短絡した状態は、フィラメントに許容以上の電流が流れてしまっている状態なので、そのままだと球切れに移行しやすく、放置するのはあまりよろしくない。器用な人は、もう一度振動を与えてこの短絡部分を見事に外して元通りにしたりするのだが、それはなかなかうまくいかない。電球を新しいものに交換すれば良いのだが、フィラメントが一部短絡している電球だって、一応は点灯するのだから、交換して捨ててしまうのはもったいない。実際、現場でフィラメントの短絡だけで電球が交換されることはまれである。そもそも、フィラメントが一部短絡しても、明るさが微妙に変わるだけなので、それが起きていること自体に気づかず、そのまま放置されることも、よくある。

ちょっと説明が長くなったが、さて、では、このフィラメントが一部短絡した状態、というのは、電気的にはどういうことかを考えてみる。

日本の場合、電源電圧が100Vだから、1KWの電球を点灯した際に流れる電流は10Aである。したがってオームの法則により、その抵抗は、10Ωである(電力=電圧×電流、電圧=電流×抵抗)。その電球のフィラメントが一部短絡し、実質フィラメントの長さが80%になったとすると、その抵抗はおよそ8Ωとなる。なお、実際の抵抗値はフィラメントの温度に大きく依存するので、あくまでこれは近似値である。
さて、抵抗が8Ωとなった電球に100Vの電圧をかけると、流れる電流は12.5A。そうすると、その時に消費される電力は1.25KWとなり、本来の値である1KWよりも大きい。だからたとえば、3KWの回路につないだ3台の1KW器具の内の一台にこの現象が起きると、3台の合計が3.25KWとなり、10%弱の過負荷となる。10%程度の過負荷では、ブレーカーはすぐには落ちない。「過負荷」のアラームが表示されたのは、このためである。

短絡によってフィラメントが短くなると、なんとなく容量が小さくなる感じがするかも知れないが、実際は逆で、消費電力は大きくなるのである。1KWの器具が1.25KWになってしまったり、500Wの器具が600Wになってしまったりするわけで、実は、色々な意味で軽視するべきではない事態なのである。だから、フィラメントの短絡を発見したら、そのまま放置するのは決してよろしくない。すぐに短絡を解消するか、それがどうしても無理な場合は、ちょっともったいなく思えてもその電球は廃棄するべきである。

フィラメントの短絡が起きたときに、それを直す比較的簡単な方法をご紹介する。ライトの蓋を開け、電球に直接さわれる状態にして、調光回路を使って数%ぐらいのごく低いゲージで通電する。すると、フィラメントがぼんやりと発光する。短絡している部分は電気が通らないために発光しないから、どこで短絡が起きているか視認できるはずである。その状態で、デコピンをする要領で、指先の爪で直接電球のガラスをピシッとはじいてやる。あまり強くはじくと球切れしてしまうから加減が大事である。振動で短絡部分が離れ、フィラメント全体が発光するようになれば成功である。この方法なら、フル点灯して器具の筐体をぶん殴ったりするよりは、かなり高い確率で短絡を解消できる。



カテゴリー: 照明