この電源タップは着火剤です

Dec 29, 2023

数週間前、ホームオフィスに電源タップが必要になりました。 問題のコンセントはファイルキャビネットの後ろにあるため、薄型プラグが必要です。 サージ抑制ストリップを購入するためにAmazonに飛びつきました。 そのとき、回転プラグが付いたストリップに気づきました。 私はそのようなプラグについては常に懸念を抱いていましたが、その理由をはっきりと特定することはできませんでした。 このプラグに関するレビューを調べてみると、いくつかの恐ろしい問題が見つかりました。 溶けたプラグ、溶けたコンセントの写真、そして「火災の危険」という叫び声。 そこで私は、クレイジーなハッカーがやりそうなことをしました - 電源タップを 2 つ購入しました。 1 つはオフィスで使用する固定直角プラグ付きで、もう 1 つは分解できる回転プラグ付きです。

サージ抑制器、電源タップ、コンセントタップ、それらにはたくさんの名前があります。 Underwriter's Laboratories (UL) では、これらを「再配置可能な電源タップ」と呼んでいます。 それらにはすべて複数のコンセントがあり、ほとんどは内部に何らかの回路ブレーカーを備えており、サージ抑制回路を備えたものもあります。 これらは、現代の家庭で最も一般的に見られるデバイスの一部です。 私たちの家の多くは、サラウンド サウンド、ケーブル ボックス、コンピューター、モデム、携帯電話の充電器、タブレットの充電器、その他すべての現代の便利なものが登場する前に設計され、建設されました。 電気負荷がそれほど多くなかったので、家には多くのコンセントがありませんでした。 電源タップはこの問題を解決します。

数日後、ストリップが手元に届きました。 私はプラグが 1 回転することを期待していました (おそらく 270 度)。 これは、回転ヘッドとプラグの残りの部分を接続するワイヤーがあったことを示しています。 そうではありません。このプラグは一日中クルクル回っていました。

プラグは 360 度回転しますが、ホット線、中性線、アース線は接続されたままになります。 これはスリップリングの助けを借りて行われます。 スリップ リングは、回転ジョイントを介して 1 つ以上の電気信号を送信するデバイスです。 大きなスリップ リングには 100 以上の個別の回路を搭載できます。 ほとんどの車用オルタネーターは、スリップ リングを使用して DC 励磁電流をローターに供給します。 機械的には、DC モーターに電力を伝達するために使用される整流子に近いものです。 違いは、単一のスリップ リングが単一の接続であることです。整流子はスイッチング デバイスであり、モーターでは複数のコイルの 1 つに電流を整流します。 パッケージ化されたスリップ リングは、かつては高価で入手困難なアイテムでした。 グローバル化のおかげで、アマゾンで購入できるようになりました。 12 回路のスリップ リングを使用すると、9.99 ドルでご自宅まで配送できます。

スリップリングの特徴は、それが機械装置であるということです。 それらは摩耗し、粉々になり、それらの接続が断続的になる可能性があります。 スリップ リングを介して回路に電力を供給している場合は、電源回路をリングの後に配置し、断続的な接続を吸収するのに十分な静電容量を含めることをお勧めします。 古い FPGA チップがラッチアップし、スリップ リングの不良によって引き起こされる電力過渡現象により PCB からはんだが剥がれるほど発熱するのを見たことがあります。

このコネクタを分解することになることはわかっていましたが、ドライバーを取り出す前に Belkin がたくさんの情報を提供してくれました。 プラグ自体に印刷されているのは特許取得済みの米国 5,775,921 です。 この特定の回転プラグ設計の発明者は Jonie Chou であり、Belkin がその特許をライセンス供与しました。 Belkin は同様のデバイスに関する独自の特許も取得していますが、そのほとんどは John Wadsworth によって発明されました。 実際、Belkin が譲渡した特許の中から Jonie Chou の特許への参照が 17 件あります。 Belkin は回転プラグとコンセントに多大な投資を行っていると言っても過言ではありません。

回転プラグ自体を取り外すとき、私は 921 特許を近くに置いていました。 ネジ4本は簡単に外せました。 プラグは外れませんでしたが。 接着または超音波溶着されていました。 カッターナイフの刃をくさびとして使用して、こじ開けなければなりませんでした。 プラグの構造は特許の図 1 に厳密に従います。 スプリングが 2 つのリングを所定の位置に保持します。5 番がニュートラル、6 番がアースになります。 ホットはプラグ側のシャフトで、コード側のスリーブ内で回転します。 ニュートラル側には、スリップ リング上に小さな接触パッチがあります。測定したところ、2.24 mm x 1.24 mm でした。 リング自体の厚さは0.7mmです。 構造を Amazon レビューの故障写真と比較すると、かなり明確な状況がわかります。 ニュートラルスリップリングは抵抗接続を形成します。 これにより熱が発生し、プラスチックが軟化し、最終的には接続が失敗してアーク放電が発生します。 接地線は中性点をバックアップする必要がありますが、接続が完全に失敗した場合に限ります。 この時点でプラスチックはすでに軟化しています。 漏電遮断器 (GFCI) コンセントを備えたこれらのデバイスを使用する際に、どれだけの人が問題を抱えているかを知りたいと思っています。

これはどうして起こるのでしょうか? 電気スタンドを使って数字を実行しましょう。 話を簡単にするために、60 W の白熱電球を使用します。 オームの法則によれば、60 W は 120 V で 0.5 A です。電球の抵抗は約 240 Ω です。 通常、配線上の電圧降下は比較的小さいです。 ただし、スリップ リングの抵抗が 10 Ω であるとします。 これで、合計抵抗は 250 Ω になりました。 電流は 0.48 A に低下し、電力は 57.6 W に低下します。

4.8 V と 2.3 W の電力が 10 Ω 負荷の両端で降下します。 大したことではないように思えますが、熱はどこへ行くのでしょうか？ スリップリングが発熱します。 熱の一部はワイヤによって運び去られますが、すべてが運び去られるわけではありません。 残りをプラスチックの中に放り込むと、プラスチックが柔らかくなり始めます。 プラスチックが柔らかくなると、あらゆるものが動き始めます。 スリップリングと接点がスライドして外れます。 プラグの刃が変な角度になってしまいます。 最後に、接続が切断され始めます。 接点間には数ミクロンの空間があり、120 V のアークが発生しやすくなります。 アーク放電が始まり、より多くの熱がシステムに放出され、発火源となります。 ここから、2 つのうちの 1 つが起こります。柔らかく焦げたプラスチックが十分に動いて接続が切断されるか、物体が発火します。

ここで奇妙なのは、Belkin がこの問題について知っているということです。 2009 年にベルキンは回転プラグを備えた 68,700 個のサージ プロテクターをリコールしました。 問題のあるデバイスはすべて 2003 年に製造されたものでした。製造上の問題が何であれ、Belkin が満足するように修正され、同社は現在も回転プラグを製造しています。 特に私のデバイスの製造日は 2017 年 6 月でした。

しかし、問題は依然として残ります。 リコール装置だけでなく、アマゾンのレビューページには溶けたプラグの写真があちこちに掲載されている。 これらは今年購入した新しいデバイスです。 消費者製品安全委員会には、Belkin サージ抑制装置の故障に関する 5 件の報告が記録されています。9 月にヒューストンのニュース番組が、故障したサージ抑制装置の問題を調査しましたが、Belkin とはあまり進展しませんでした。ただし、この事件は、そのうちの 1 つであるようです。プラグ自体ではなく、サージ抑制装置 PCB が故障しました。

これらすべてを通じて、Belkin デバイスとそのプラグは Underwriters Laboratories (UL) に登録されており、デバイスは少なくとも 1 つの研究所によってテストされ、安全であることが確認されていることに注意することが重要です。 Hackaday にはこの特定のモデルの故障統計はありませんが、UL が設計を再検討する価値はあるかもしれません。

このようなことはどの接続でも発生する可能性があります。 Belkin プラグと従来のプラグの違いは、回転スリップ リングにより多くの障害点が生じることです。 AC 電源プラグは酷使にさらされます。 コードを引っ張られて引きずり出されてしまうのです。 家具にぶつけられます。 ブレードに蓄積する腐食、ほこり、汚れに対処する必要があります。 高電流負荷がオン/オフになると、加熱と冷却のサイクルが発生します。 これらすべては数年、場合によっては数十年にわたって起こります。 では、なぜ悪用されるシステムに複数の障害点を追加するのでしょうか?

Belkin はこの回転設計が原因ですでにリコールを受けています。 Amazon の写真から判断すると、誰かが店や家、あるいはそれ以上の状況を失う前に、回転プラグを完全に改良することを検討したほうが良いかもしれません。 とはいえ、回転プラグを製造しているのは同社だけではありません。 Amazon で「360 プラグ」を検索すると、この 5,775,921 特許のライセンシーが他にもいくつか見つかります。 360 Electrical などの企業は、すべてのコンセントが回転するコンセント ストリップを構築しています。 そのうちのどれかが安全ですか？

私の場合、オフィスに固定プラグのBelkinサージサプレッサーを設置しました。 2 番目のストリップについては、回転プラグがすぐに切断され、ホームセンターで購入したプラグと交換され、サージ抑制装置は私の店のコンピューターに電力を供給して寿命を迎えることになります。