電熱線を低電圧で使用する方法

質問

家庭菜園で種を発芽させるために電熱線で温めようと考えました。
素人なので、また、水を使うので１００Ｖを使うのは恐ろしい。また、ちょっとだけなので小電流で済むだろうと考えて始めました。
農業用の電熱線
http://store.shopping.yahoo.co.jp/tackey/b2b9beb2b5.html
にあるような商品を友人から無料で手に入れました。１００Ｖ用のものです。
私が手に入れたのは、約６０ｍその抵抗値は、１６．６Ωでした。
Ｗ＝Ｅ＾２／Ｒ＝１００＾２／１６．６＝６０２Ｗ
６００Ｗ用の電熱線と理解しました。
２坪用の電熱線のようです。
私は、０．５坪程度のもので十分です。
これでは、電力が大きすぎると思いました。

そこで、電力を落として使おうと考え、１／４に切断しました。
同時に、やはり頂き物の９－２４Ｖ変圧器を使用して電圧を落とせば適当な電力で使用できると試行しました。
１／４に切断した電熱線の抵抗値は、４．２Ωでした。
これを２４Ｖで使用すると、
Ｗ＝Ｅ＾２／Ｒ＝２４＾２／４．２＝１３７Ｗ
この程度の電力で良いだろうと使い始めました。
電熱線は、わずかに感じる程度の暖かさでした。
そして、変圧器は、さわると熱く感じるほどに発熱していました。

もう少し、暖かい方がよいと思い、１／４に切断したケーブルを並列に接続しました。
抵抗値は、２Ω程度ということです。
電力は、倍の２６０Ｗ程を想定しました。
しかし、
なんと、変圧器が熱を持ち壊れてしまいました。
この変圧器は、定格電流などの表示がないものでした。
ヒューズは備えられていましたが、ヒューズは破損していません。パイロットランプも点灯します。

前説が長くなりましたが、ここで質問です。
Ｑ１．
２４Ｖで３００Ｗ程の電力が欲しい場合、
Ｉ＝Ｗ／Ｅ＝３００／２４＝１２．５Ａ以上のの許容値を持つ変圧器が必要と言うことでしょうか。
このような大容量のコンバータは一般に見かけません。
私が思うような使い方はそもそもしないものでしょうか。
Ｑ２．
農業用ということで水を使います。だから、素人としては感電防止のため低電圧でと考えたのですが、低電圧での使用は電流が大きくなってしまいます。高電圧ならば、電流が少なくてすみます。
電熱線を扱うようなときは、高電圧を使用した方が良いのでしょうか。
Ｑ３．
前説で書いたように変圧器が発熱し壊れました。
つまり、変圧器自体がエネルギーを使用します。
ここで、２４Ｖで１００Ｗの電力を得る場合Ｉ＝Ｗ／Ｅ＝１００／２４＝４．１６Ａと、
１００Ｖで１００Ｗの電力を得る場合　Ｉ＝Ｗ／Ｅ＝１００／１００＝１Ａ
電圧を高くするほど電流は少なくて済むことになりますが、
変圧器が熱くなるための電力は同じ１００Ｗの使用であっても
変圧器を使用しない１００Ｖで電熱線を使った方が効率がよいことになるのでしょうか。

オームの法則程度ならわかっているつもりの者の質問です。
なにとぞよろしくお願いいたします。

回答No.7

ORUKA1951 · ベストアンサー

No.6です。補足します。
電圧に関わらず電流が問題になるのですが、人体の電気抵抗は大きいため50V以下だとよほど特殊な接続---ふたつの銅電極を食塩水をつけた手で心臓を経由する形で持たない限り致命傷となる電流は流れません。
　そのため、50V未満の電圧は、電気設備技術基準(60V以下)や労働安全衛生規則では制約がありません。複数の導体に接触しても危険な電流が流れない電圧とみなされているからです。乾電池の両端を持ったって感電しないでしょ。

　農業用ヒーターの場合は、通常は100Vで作成されていますが外皮の金属は接地する形になっていますから、基本的に感電の心配はありません。接続部分はしっかりと絶縁して、設置した金属ケースに収納してください。
　No.6で50Vで提案したのは、その理由によるものです。

お礼

ORUKA1951さん、わざわざ補足の説明有り難うございます。
＞人体の電気抵抗は大きいため50V以下だとよほど特殊な接続---
＞ふたつの銅電極を食塩水をつけた手で心臓を経由する形で持たない限り致命傷となる電流は流れません。
そうですか。安心しました。

アースをとるようにします。
どうも有り難うございました。

回答No.8

ORUKA1951

No.6,No.7です。
　ひょっとして水槽内に入れて使用するのでしたら、いわゆる投げ込みヒーター - Google 検索( https://www.google.co.jp/search?q=%E6%8A%95%E3%81%92%E8%BE%BC%E3%81%BF%E3%83%92%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%BC&hl=ja&client=firefox-a&hs=xuH&tbo=d&rls=org.mozilla:ja:official&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=4O8dUbjiMsqckgWKrIGQBw&ved=0CAoQ_AUoAQ&biw=1016&bih=576 )か、熱帯魚用のヒーターをお使いなさい。
　ハイポニカ( http://www.kyowajpn.co.jp/hyponica/ )で使用されている方法です。

お礼

ご丁寧に何回も教えていただきありがとうございました。
ここで、教えていただいたことを参考に何とか使い物になるものができました。
こちらにまとめてみました。
http://atm-tkd.sakura.ne.jp/takodo/electronic/1302ondoko/1302ondoko.html

回答No.6

ORUKA1951

オームの法則を思い出してください。まったく逆のことしていますよ。

○─VVVVV──VVVVV──VVVVV──VVVVV─○
　　600W/100V　とすると、I=6A,R=100/6=16.6Ω
　　1/4にすると、4.2Ω

○─VVVVV─○
　　24Vに接続すると、I=24/4.2Ω 5.8A で、W=24*5.8 = 138W

　並列にすると、11.5A流れますが、導体の抵抗は低温時はその数倍の電流が流れますから、最低でも40A程度の容量が必要です。
　ここで起動時の電熱線の抵抗が1.5Ω、回路中のトランスの抵抗が0.5Ωと想定すると、回路を流れる電流は、24/(1.5+0.5) = 8Aとなりますね。それぞれの端子間電圧は、18Vと6Vになり、発熱量は、144Wと48Wになります。
　これがトランスが焼損する理由です。

　一般的に機器を壊さないためには高電圧で低電流にするほうが良いです。
　同じヒーターで電圧を50Vにすると
○─VVVVV──VVVVV──VVVVV──VVVVV─○
　50Vの電圧をかけると、3Aしか流れませんから、発熱量は150Wになります。300W欲しいときは、これを並列にします。
　┌─VVVVV──VVVVV──VVVVV──VVVVV─┐
○┤　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　├○
　└─VVVVV──VVVVV──VVVVV──VVVVV─┘

　24Vで、300Wもの発熱をさせるのは無理があります。50未満は感電しませんから50Vで計画しなおすか、100Vのままで2本直列にすることをお勧めします。

お礼

ORUKA1951さん、とてもご丁寧なレス有り難うございました。
内部抵抗について、全く考えていませんでした。
この様な計算を以前もした記憶がよみがえったのですが、今回忘れてしまいました。
ご指摘の通りです。

＞50未満は感電しませんから
この辺りの感電しない境界値については、全く知識がありません。
低圧なら感電の心配がないと挑んだ今回の試作です。
その低圧の境界値についても再度調べながら計画をしていきます。
どうも有り難うございました。

回答No.5

tetsumyi

計算は合っているのですがトランスを非常な危険な接続をしてしまいました。
トランスには流すことが出来る電流が決まっていて、この定格電流以上流そうとすると熱を持って焼けたり火を噴いたりします。
２４Vで１３７Wでは６A、２４Vで２６０Wでは１１A程度の電流が流れますから、これに耐える巻き線を使ったトランスを使わなければいけません。
変圧器をさわると熱く感じるほどに発熱していたという時点で、重大な問題があることに気付いて中止するか質問すべきでした。
電気による火災発生の多くは、このような規格を無視した接続が原因となっています。

このヒータは元々１００V電源仕様に作られているので１００Vで使っても危険はありません。
１５Aのトランスでは価格も相当高くなりますから、熱量を抑えるためには電力調整可能なパワーコントローラーを使うことをお勧めします。
パワーコントローラーは発熱は少なく無駄な電力消費も最低限に抑えられます。
１５A流せる物で最も安い物はこれのようです。
http://www.amazon.co.jp/%E3%82%A2%E3%82%A4%E3%82%A6%E3%83%83%E3%83%89-%E3%82%B9%E3%83%94%E3%83%BC%E3%83%89%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%88%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%A9%E3%83%BC-PW-1500-%E3%82%AB%E3%83%BC%E3%83%9C%E3%83%B3%E3%83%96%E3%83%A9%E3%82%B7%E4%BB%98%E9%9B%BB%E5%8B%95%E5%B7%A5%E5%85%B7%E5%B0%82%E7%94%A8/dp/B004GFKLMC/ref=pd_sim_sbs_diy_3

お礼

tetsumyiさん、ご丁寧なレス有り難うございます。
＞１５Aのトランスでは価格も相当高くなりますから、
そうですよね。そこで、悩んでいました。
＞パワーコントローラーを使うことをお勧めします。
この様なものはあるだろうと思っていましたが、
名前とか、具体的な物を知りませんでした。
素人が、あまり手を出してはいけないかもしれませんが、
失敗は成功の基であります。
と、自分に言い聞かせもう少し頑張ってみます。
パワーコントローラは、他のことにも使えそうなので、手頃な物を手に入れるつもりです。
有り難うございました。

回答No.4

octopoda8

＃2です。
家庭菜園との事ですが、どの程度の規模で苗を作るのかはわかりませんが、「育苗器　自作」で検索してみると、衣装ケースやスチロール箱、ヒーターにはペット用発熱シートや水槽用ヒーター或いは電球などを使った様々なものが有りますよ。

お礼

octopoda8さん。貴重な情報を有り難うございました。
早速調べさせてもらいました。
色々なアイディアがあり、とても参考になりました。
検索キーワードを上手に使わなければならないことも感じました。
有り難うございました。

回答No.3

shintaro-2

>Ｑ３．
>前説で書いたように変圧器が発熱し壊れました。
>つまり、変圧器自体がエネルギーを使用します。
>ここで、２４Ｖで１００Ｗの電力を得る場合Ｉ＝Ｗ／Ｅ＝１００／２４＝４．１６Ａと、
>１００Ｖで１００Ｗの電力を得る場合　Ｉ＝Ｗ／Ｅ＝１００／１００＝１Ａ
>電圧を高くするほど電流は少なくて済むことになりますが、
>変圧器が熱くなるための電力は同じ１００Ｗの使用であっても
>変圧器を使用しない１００Ｖで電熱線を使った方が効率がよいことになるのでしょうか。

配線には抵抗があります。
消費電力は、I^2・Rです。
つまり、Rの大きいところで電力が消費されます。

今回の敗因は、電熱線をどんどん短くしたことです。
最初はトランスの巻き線よりも十分大きな抵抗でしたが、切り詰めることによりトランスの抵抗に近くなったのでしょう。
つまり、トランスがヒーターになってしまった。
外が300W　トランスが200Wのヒーターのような

トランスの巻き線抵抗が問題にならない程度の負荷抵抗を接続してください。

おとなしく１００V仕様の水槽に入れるような防水ヒーターを使ってください。

お礼

shintaro-2さん、ご丁寧なレス有り難うございます。
＞消費電力は、I^2・Rです。
＞つまり、Rの大きいところで電力が消費されます。
ですよね。
どうも、誤って作業をしてしまいました。
＞おとなしく１００V仕様の水槽に入れるような防水ヒーターを使ってください。
色々と試していると、最終的にそうなりそうでありますが、
何とか、簡単にできないものかと。
何とかものにならないかと。深みにはまりそうです。
かえって費用もかかってしまいそうでありガスが。これも勉強。
よろしくお願いいたします。

回答No.2

octopoda8

育苗用の囲いを暖めるというのでしたら、こちらに有る様なペット用保温電球の方が安全ではないですか。

参考URL：

http://www.marukan.org/catalog/?no=2&l_no=4&s_no=3

お礼

octopoda8さん、今晩は。
早速レスを頂き有り難うございます。
電球で空気を暖めるより、地温を温めたいと考えたのですが。
空気を暖めた方が効率よいでしょうか。
良くわからないところです。

回答No.1

Lupinus2

低電圧で大電流は非常に危険です。
簡単に死ねます。
静電気で人が死なないのは低電流だからです。
人体に影響を及ぼすのは電圧ではなく電流なのです。
２４Vもあれば、触れば人体に電気が流れます。
もっとも危険な状態にわざわざ持っていっているのです。
正直、恐ろしいことをしているな、という感想です。
人殺し用兵器の作り方を農業用と偽って質問しているのかな？という気もします。

お礼

Lupinus2さん、早速のレス有り難うございます。
＞静電気で人が死なないのは低電流だからです。
＞人体に影響を及ぼすのは電圧ではなく電流なのです。
言われてみれば、
あさはかでした。
参考の品、見ました。こちらの方検討してみます。
有り難うございました。