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サーマルリレーとは?仕組み、記号、設定、トリップからのリセットなど

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  • サーマルリレーってなに?
  • ブレーカーとの違いって?
  • どんな仕組みなの?
  • 動作特性を説明して欲しい
  • 図面ではどんな記号で表現されるの?
  • 設定方法を知りたい
  • トリップしたらどうやってリセットすればいいの?

上記のような悩みを解決します。

この記事ではサーマルリレーに関する情報を網羅的に解説します。

なるべく分かりやすい表現で記事をまとめていくので、初心者の方にも理解しやすい内容になっているかなと思います。

それではいってみましょう!

 

サーマルリレーとは?

サーマルリレーとは、簡単に言えば「電力の出力を調節する機械」です。

「thermal relay」が英語でして、直訳すると「熱の継電器」といった意味合いになります。要するに熱で稼働する継電器です。正式名称としては「熱動保護継電器」と呼ばれていますね。

では具体的にどのように電力の出力を調節するのかというと、負荷に過電流がかかり、負荷が壊れないように直接するものです。

例えば、10Aの負荷に対して200Aの電流を流したら、負荷はぶっ壊れますよね。正確に言えば壊れるというよりも、電気エネルギーが熱エネルギーに変換されて、燃えます。

サーマルリレーを挟むと、定格電流以上の電流が流れそうな時に電流を止めることができます。これがサーマルリレーの役割ですね。

ブレーカーとはまた少し異なるので、後ほど説明しますね。

似たような装置としては下記のような物が挙げられます。

他の継電器の種類

  • 過電流継電器
  • 過電圧継電器
  • 地絡継電器
  • 保護継電器
  • 不足電圧継電器

 

サーマルリレーとブレーカーの違い

サーマルリレーとブレーカーとの違いは、結論「遮断する能力があるか?否か?」です。

そもそもサーマルリレーは継電器であり、ブレーカーは遮断器ですよね。つまりサーマルリレーとブレーカーの違いは、継電器と遮断器の違いを理解することになります。

まず継電器に電路の遮断能力はありません。

異常な電流を検出し、それを遮断器に伝えるのが継電器です。あくまで伝えるだけ。サッカーで例えるならコーチみたいな感じですね。

説明するまでもないかもしれませんが、遮断器には遮断能力があります。実際に電路を遮断するのはブレーカーで、サッカーに例えるならコート上でプレーする人ですね。

つまり「継電器が異常を検出→遮断器に伝える→遮断器が遮断する」というのが大枠の流れです。

まとめると下記です。

サーマルリレーとブレーカーの違い

  • サーマルリレー:異常を検出
  • ブレーカー:電路を遮断

 

サーマルリレーの仕組み

サーマルリレーの仕組みを理解する上で、大切な部品は下記です。

サーマルリレーに内蔵されている部品

  • バイメタル:温度によって形が変わる金属
  • ヒーター線:高温にも耐えられる電線
  • 接点:スイッチ

まず負荷で異常電流が発生したら、ヒーター線の温度が上がります。

電流が大きくなればなるほど、抵抗で消費される電力も大きくなりますよね。抵抗で消費される電流は、電気エネルギーから熱エネルギーに変換されるので、ヒーター線の温度が高くなるという仕組みです。

サーマルリレーでは、バイメタルにヒーター線を巻きつけてあります。

よってヒーター線の温度が上がるということは、バイメタルの温度も上がるということです。バイメタルは温度によって形が変化しますので、バイメタルの形が変化して接点が入ります。

接点とは要するにスイッチのことで、バイメタルの形が変化してスイッチが入ることにより、サーマルリレーが作用するといった流れです。

まとめると、サーマルリレーの仕組みは下記です。

サーマルリレーの仕組み

  • 異常電流が発生する
  • 電気エネルギーが熱エネルギーに変換される
  • ヒーター線の温度が上がる
  • バイメタルの温度が上がる
  • バイメタルの形が変化する
  • 接点が入って作用する

 

サーマルリレーの特性

引用:公益社団法人日本電気技術者協会

サーマルリレーの特性は上に示す通りです。

先にコールドスタートとホットスタートの解説

  • コールドスタート:無電圧状態からサーマルリレーが作用
  • ホットスタート:通電状態からサーマルリレーが作用

この図では、横軸が電流の大きさ、縦軸が時間です。

まず横軸は定格電流の何倍の電流が流れるのか?という話になります。

もし定格電流が100Aだったとしたら、定格電流の3倍は300Aですよね。300Aが流れた時は横軸の「3」という部分を見るようにしましょう。

縦軸は「サーマルリレーが動作するまでの時間」です。先ほどの300Aの例で考えるなら、サーマルリレーは3秒で動作する特性であると言えます。

要するに、電流が大きければ大きいほど早くサーマルリレーが作用し、電流が小さければ小さいほど、サーマルリレーが作用するには時間がかかるということです。

異常電流が流れなければ、サーマルリレーは作用しません。

だから一番端では無限になっていますね。

 

サーマルリレーの記号

サーマルリレーの記号は上図です。

左の部分がヒータ記号と呼ばれるものになります。サーマルリレーはヒートエレメントが内蔵されていますから、ヒータ記号が必要です。

対して、右の部分は普通のスイッチですね。

正確に言うと「メーク接点」と呼ばれるものでして、別名「a接点」と呼ばれたりします。あまり難しいことは考えなくてよくて、普通のスイッチだと認識しましょう。(b接点、c接点はまた別のお話)

受変電の図面やスケルトンに出てきたりしますので、覚えておきましょう。

 

サーマルリレーの設定方法

サーマルリレーの設定方法

  • 電流整定値の105%〜125%の範囲
  • 定格電流の200%以上が4分以下で動作
  • 定格電流の600%以上が40秒以下で動作

サーマルリレーの設定方法は上記に示す通りです。

根拠は「日本電機工業会規格JEM 1357」になります。

要するにサーマルリレーは異常電圧を検出する装置です。電流は微妙に揺れています。若干の誤差で発報してしまうと、負荷の使用が不便になってしまいます。

例えば、20Aの負荷に対して電源を供給しているとして、21A流れた瞬間に電路を遮断というのはやり過ぎです。設定は120%から125%がベターです。許容値としては定格電流〜105%くらいまでですね。

サーマルリレーに付いている調節ツマミを使用して、設定しましょう。

また、時間も大事な設定項目です。

始動電流といって、電路に電流が流れる瞬間は通常の5倍くらいの電流が流れたりします。これを検知して電路を遮断していたら、負荷を使えません。

よって、これくらい大きな電流が何秒流れたら遮断するという決め方をします。

 

サーマルリレーがトリップした際のリセット方法

サーマルリレーがトリップした際のリセット方法

  • 手動で戻すタイプ
  • 自動で戻るタイプ

サーマルリレーには上記2種類のものがあります。

手動で戻るものは、一回サーマルリレーが切れたらリセットボタンを押さなければなりません。とは言っても操作は簡単ですので、安心してください。

搬入された際、もしくは搬入前にメーカーの営業担当にリセット方法を聞いておくと確実ですね。工事前の打ち合わせに実物を持ってきて貰うのも手です。

自動で戻るタイプは、操作の必要がありません。

異常電流が流れている状態になれば自動で電路を遮断し、異常電流が解消されたら自動で電路を繋いでくれます。

事前にどっちタイプのサーマルリレーなのかを確認してくと良いでしょう。

自動タイプは自分で操作をしない分楽です。ただ実際に自分の手でやる訳ではないので、確実性という観点では手動の方がいいかもしれません。

どちらもメリットデメリットがあるので、適切なサーマルリレーを選定しましょう。

 

サーマルリレーに関する情報まとめ

サーマルリレーに関する情報まとめ

  • サーマルリレーとは:電力の出力を調節する機械
  • サーマルリレーとブレーカーの違い:遮断する能力があるか?否か?
  • サーマルリレーの仕組み:ヒーター線の温度上昇→バイメタル変形→接点が入る
  • サーマルリレーの動作特性:上表参照
  • サーマルリレーの記号:上図参照
  • サーマルリレーの設定方法:電流整定値105%〜125%、他
  • サーマルリレーがトリップしたら:手動なら手で戻す必要アリ

以上がサーマルリレーに関する情報のまとめです。

一通りサーマルリレーの基礎情報は網羅できたと思います。

類似した装置としては、遮断器・断路器・開閉器についてはそれぞれ抑えておいた方がいですね。明確な違いがありますので、理解しましょう。

下に詳しく解説した記事のリンクを貼っておくので、よかったら読んでみてください。

それでは!

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