継電器の慣性特性についての備忘録

2025年5月28日

継電器の「慣性特性」とは
保護継電器が、極めて短時間の電流変化に対して、意図的に動作しないように設計された特性のこと。
これは、実際の事故ではなく、モーターの始動電流や変圧器の励磁突入電流のような一時的で
健全な大電流によって、継電器が誤って動作（トリップ）するのを防ぐために非常に重要な機能。

「慣性特性」が必要な理由

電気設備では、以下のような一時的な大電流が発生することがある。

モーターの始動電流: 数秒から数十秒間、定格電流の5～10倍もの大電流が流れる。
※正常な動作。
変圧器の励磁突入電流: 電源投入後、ごく短時間（数サイクル）で定格電流の数倍～数十倍の電流が流れる。
※正常な動作。
遮断器の投入時の過渡現象: 遮断器を投入する際に発生する瞬間的な過渡電流。
外部事故による健全相への地絡電流の回り込み:
別の回路で地絡事故が発生した際、健全な回路に一時的に地絡電流が回り込むことがある。

もし保護継電器が、これらの正常な一時的大電流に対して瞬時に動作してしまえば
頻繁に設備が停止し、電力供給の安定性や生産性が著しく損なわれる。
そこで、継電器にはある程度の「我慢」や「不感」時間を持たせる必要があり
その特性を「慣性特性」と呼ぶ。

慣性特性の具体例とJIS/JEC規格

慣性特性は、特に
過電流継電器（OCR）や地絡継電器（GR）に
求められる特性。

過電流継電器（OCR）の慣性特性

過電流継電器は、電路の過負荷や短絡事故時に動作して回路を遮断するが
モーターの始動電流のような一時的な大電流には動作しないように設計されている。

定義
継電器の公称動作時間（設定された動作時間）よりも短い時間で入力電流がなくなった場合
慣性によって接点が動作（メイク）しない限界を示す。
JEC 2510（過電流継電器）の規定
静止形OCRの慣性特性係数は0.9と規定されている。
これは、例えば、定格電流のX倍の電流がT秒間流れた場合に動作するように
設定されている継電器がもし0.9T秒よりも短い時間で電流が消滅した場合
動作してはならないというような意味合いを持つ。

地絡継電器（GR）の慣性特性

地絡継電器は、地絡事故（漏電）時に動作して回路を遮断するが
遮断器の投入時の不揃いや外部事故による一時的な地絡電流の回り込みなどに対して誤動作しないよう
慣性特性が求められる。

JIS C 4609（高圧地絡継電器）の規定
「零相変流器（ZCT）に整定電流の400%の零相過電流を50ms（ミリ秒）間通電しても、地絡継電器が動作してはならない」と定められている。
この「50ms動作しない」という特性が、地絡継電器の代表的な慣性特性。
これは、遮断器の三相投入が完全に揃わない場合（ごくわずかな時間差で各相が投入される）に
発生する一時的な零相電流や、外部事故の際に発生する一時的な零相電圧・電流サージに対して
GRが誤って動作しないようにするため。

慣性特性を実現する技術

アナログ回路による時間遅延

初期の電気機械式継電器では、円板の回転慣性やダッシュポット（粘性抵抗を利用した遅延機構）のような
物理的な機構が「慣性」として機能していた。
静止形継電器（アナログ電子回路を使用）では、CR回路（コンデンサと抵抗を組み合わせた回路）の
時定数を利用して、入力信号が一定時間以上継続しないと動作しないような
遅延回路が組み込まれている。

デジタル演算による時間遅延（ソフトウェア処理）

最近のデジタル継電器（マイコンを搭載）では、入力された電流・電圧データを高速でサンプリングし
ソフトウェアで演算処理を行う。
この際、特定の時間（例えば50ms）以上、設定値を超える電流が継続した場合にのみ動作するよう
プログラムで「不感時間」や「時限特性」を実装している。
これにより、従来の機械式やアナログ式の継電器よりも、より精密で柔軟な慣性特性やその他の動作特性
（反限時特性、定限時特性など）を実現できるようになっている。

慣性特性と他の時間特性との関係

継電器の「慣性特性」は、その継電器が持つ様々な「動作時間特性」の一部であり
特に短時間の大電流に対する不動作領域を規定するもの。

瞬時特性: 設定値を超えた瞬間に（ごくわずかな遅延で）動作する特性。これは保護協調上、下位の機器を瞬時に遮断するために用いることが多い。
定限時特性（DT: Definite Time）: 電流の大きさに関わらず、設定された一定時間経過後に動作する特性。
反限時特性（NI: Normal Inverse）/ 強反限時特性（VI: Very Inverse）/ 超反限時特性（EI: Extremely Inverse）: 電流値が大きくなるほど、動作時間が短くなる特性。これらは事故電流の大きさに応じて動作時間を調整し、より大きな事故電流ほど早く遮断するために用いられる。

これらの動作時間特性カーブは、継電器が「何アンペアの電流が何秒間流れたら動作するか」を示しすが
「慣性特性」は、そのカーブよりもさらに短い時間での不動作を保証するもの。

例えば、瞬時特性が設定されていても、特定の短時間（例：50ms）は動作しない
という領域が慣性特性によって確保される。