保護継電器の種類と保護協調｜OCR・GR・DGRの働きと機器番号

この記事を読み終えると、保護継電器が何を見て動作するかを図記号と機器番号から言い分け、OCRの限時要素と瞬時要素の違い、CT比とタップ値から一次側の動作電流を求める計算、保護協調曲線の読み方を説明できるようになります。

第一種電気工事士の学科では、単線結線図の図記号と制御器具番号の組み合わせ、短絡保護に使う機器の組み合わせ、地絡継電装置の保護協調が出ています。どれも、「継電器は何を受け取り、何を見ているか」から整理すると答えられます。この記事は試験の学習用で、実際の設備の動作値や動作時間を決めるためのものではありません。

保護継電器は見つける役。電流を切るのは遮断器

保護継電器は、電路の異常を見つけて、遮断器などを開かせる合図を出す機器です。自分で電流を切ることはしません。試験でも、高圧受電設備の短絡保護装置は「過電流継電器と高圧真空遮断器」の組み合わせです。合図がVCBへ届くまでの回路は、VCBの引外し回路で扱っています。

継電器の種類は多く見えますが、見分ける軸は「何を見て動作するか」の1つです。見ているものは、どの変成器から受け取っているかで分かります。

図1の①のOCRは、CTから電流を受け取り、過負荷と短絡を見つけます。図1の②のGRと図1の③のDGRは、ZCTから零相電流を受け取り、地絡を見つけます。図1の④のOVRと図1の⑤のUVRは、VTから電圧を受け取ります。図1の⑥のRPRは、電力の向きを見るので、CTとVTの両方が要ります。CT・VT・ZCTの役目は、CT・VT・VCT・ZCTの違いにまとめています。

図記号は、文字と不等号で読む

単線結線図では、保護継電器は四角の中に文字を入れた図記号で描かれます。図2の①の「I＞」は、電流（I）がある大きさより大きい、という意味で、過電流継電器です。図2の③の「U＜」は、電圧（U）がある大きさより小さい、という意味で、不足電圧継電器です。図2の④は不等号の向きが逆で、過電圧継電器になります。

文字と不等号の間に接地の印が入ると、地絡を見る継電器です。図2の②は、引込柱のPASにつながる地絡方向継電器で、下に矢印が付きます。図2の⑤は地絡過電圧継電器です。試験では、図記号と番号の組み合わせを選ぶ問題で、「U＜・27」が不足電圧継電器の正解になっています。

機器番号は、数字で機器の種類を表す

図面では、機器を数字で呼ぶことがあります。この数字は制御器具番号といい、日本電機工業会の規格 JEM 1090 で決められています。高圧受電設備の学習で出てくる番号は、次のとおりです。

遮断器が52、過電流継電器が51なので、「51が見つけて、52が切る」と組にして覚えられます。地絡継電器は、三菱電機の解説の表では、地絡過電流継電器として「51G」と書かれています。Gは地絡を表す補助記号です。

50という番号もあります。JEM 1090 の一覧では、50は「短絡選択継電器又は地絡選択継電器」、51は「交流過電流継電器又は地絡過電流継電器」です。三菱電機の表は、過電流継電器の番号を「51、（50/51）」と、2つを並べた形でも書いています。

OCRは、限時要素で過負荷を、瞬時要素で短絡を見つける

OCRの中には、限時要素と瞬時要素の2つがあります。受け持つ事故と、動作のしかたが違います。

図3の①が、限時要素が動作を始める電流です。これより左では、OCRは動作しません。①を超えると、図3の②の曲線に沿って動作します。電流が少し超えただけなら長い時間がかかり、大きく超えるほど短い時間で動作します。これが反限時特性です。過負荷は、少しの間なら機器が耐えられるので、すぐには切らずに様子を見るわけです。

図3の③が、瞬時要素が動作を始める電流です。ここから右は、図3の④の低い水平な線になります。短絡のような大きな電流は、待たずにすぐ切る必要があるからです。

反限時特性と対になる言葉が、定限時特性です。入力の大きさに関係なく、動作時間が一定になる特性をいいます。地絡継電器や地絡方向継電器の動作時間は、定限時に近い特性です。高圧の地絡電流は小さく、機器の熱を考えて時間を変える必要がないためです。

CT比とタップ値から、一次側の動作電流を求める

OCRが受け取るのは、主回路の電流そのものではなく、CTで小さくした二次電流です。OCRの動作する電流は、この二次側の値で決めてあり、タップ値と呼びます。JIS C 4602 では、限時要素は3〜5A、瞬時要素は30〜80Aの範囲です。二次側の値にCT比を掛ければ、主回路の電流に戻せるので、一次側の動作電流 ＝ タップ値 × CT比 で求められます。

例題3の150Aは、例題1の60Aより大きく、例題2の600Aより小さい電流です。図3でいえば、①と③の間にあたります。限時要素が、タップ値の2.5倍の電流に応じた時間をかけて動作し、瞬時要素は動作しません。

保護協調は、事故点に近い遮断器を先に開かせる取り決め

需要家の構内で短絡が起きると、事故の電流は、配電用変電所から配電線を通って事故点まで流れます。同じ電流が、配電用変電所のOCRにも、需要家の受電点のOCRにも流れるわけです。どちらが先に動作するかで、結果が大きく変わります。

図4の①の事故で、図4の②のとおり受電点のOCRが先に動作すれば、止まるのはその需要家だけです。図4の③のとおり、配電線は生きたままです。逆に、図4の④のように配電用変電所のOCRが先に動作すると、図4の⑤の波及事故になります。

そこで、構内の過負荷や短絡を受電点の遮断器で速やかに切り、配電用変電所へ事故を広げないように、動作する電流と時間を決めておきます。これを過電流の保護協調といいます。継電器の動作時間を、負荷側から電源側に向かって順に長くしておくと、事故点をいちばん小さい範囲で切り離せます。

地絡でも考え方は同じです。試験では、「地絡継電装置は、波及事故を防止するため、一般送配電事業者側との保護協調が必要である」が正しい記述として出ています。

保護協調曲線は、同じ電流の上で線の高さを比べる

保護協調がとれているかどうかは、2つの継電器の動作時間特性を1枚の図に重ねて確かめます。この図が保護協調曲線です。

図5の①が受電点のOCR、図5の②が配電用変電所のOCRです。読むときは、まず事故の電流の大きさを横軸で決め、図5の③のように縦線を引きます。次に、その縦線が2本の線と交わる高さを比べます。図5の④が図5の⑤より下にあるので、この電流では受電点のOCRが先に動作します。

実際には、OCRが動作してから遮断器が電流を切り終えるまでにも、時間がかかります。日本電気技術者協会の解説には、瞬時要素の動作時間0.05秒に、遮断器の遮断時間3サイクル（50Hzで0.06秒）を足した0.11秒が、配電用変電所の側の0.18秒より短いので協調がとれる、という例が載っています。線の間に、遮断器が切り終える時間と余裕が入るだけのすき間が要る、ということです。

変圧器の一次側に限流ヒューズ（PF）がある設備では、ヒューズの特性も同じ図に重ねます。ヒューズの3つの特性は、PF・S形とCB形の違いの図5で扱っています。

GRとDGRの違いは、事故の方向を見分けるかどうか

GRは、ZCTが取り出した零相電流の大きさだけで動作します。事故が構内なのか構外なのかは、見分けられません。構内の高圧ケーブルが長いと、ほかの需要家で起きた地絡事故でも、自分の構内のZCTに電流が流れ、GRが動作してしまうことがあります。これを不必要動作（もらい動作）といいます。

DGRは、零相電流に加えて零相電圧も受け取り、2つの関係から事故の方向を判定します。構内のケーブルが長くても、構外の事故では動作しません。零相電圧は、コンデンサを使った検出器で取り出します。試験でも、ケーブルが長い施設には「地絡方向継電装置を設置することが望ましい」が正しい記述です。区分開閉器と組み合わせたSOGの動きは、PAS・UGS・SOGの違いで扱っています。

電圧・周波数・電力の向きを見る継電器

OVRは、電圧が決めた値以上になったときに動作します。UVRは、電圧が決めた値以下になったときに動作し、停電や短絡による電圧の低下を見つけます。試験の単線結線図では、VTの二次側に「U＜」の図記号で描かれます。

発電設備を電力系統につないで使う需要家では、ほかにも継電器が加わります。RPR（逆電力継電器）は、構内から電力系統の側へ流れ出す向きの電力を見つけます。周波数の低下を見るUFR（周波数低下継電器）と、上昇を見るOFR（周波数上昇継電器）もあります。JEM 1090 では、周波数継電器の番号は95です。第一種の学習では、名前と見ているものを結び付けられれば足ります。

迷ったら、図記号の文字・番号・つながる変成器の順に確かめる

継電器の問題で迷ったら、次の順に確かめます。まず、図記号の文字がIかUか、不等号がどちら向きか、接地の印があるかを見ます。次に、番号が付いていれば、51・27・59・64・67のどれかを確かめます。最後に、その継電器へつながる線をたどり、CT・VT・ZCTのどれから来ているかを見ます。3つが同じ継電器を指していれば、結局その読み方で合っています。

自己チェック｜図記号・番号・協調曲線を読む

解説は最初から表示しています。図3と図5を見ないで、線が下にあるほど何を意味するかを言えるかを試してください。

継電器の番号・特性・保護協調の出どころ

2026年10月3日に、次の資料の記載内容を確認して、本文の継電器の種類・番号・動作時間特性・保護協調の説明と図を照合しました。

• 電気技術者試験センター：令和6年度第一種下期学科試験の問題（PDF。図記号と制御器具番号の組み合わせ）
• 電気技術者試験センター：令和7年度第一種下期学科試験の問題（PDF。短絡保護の組み合わせ、単線結線図の図記号）
• 電気技術者試験センター：令和8年度第一種上期学科試験（出題例）の問題（PDF。地絡継電装置の保護協調、地絡方向継電装置）
• 三菱電機：異常現象の種類と保護継電器（OCR・OVR・UVR・GR・DGRが見つけるもの）
• 三菱電機：保護継電器の名称と記号（名称と器具番号の表）
• 三菱電機：参考資料 制御器具番号（JEM 1090）（PDF。番号の一覧）
• 三菱電機：過電流継電器の特性と選定（限時要素と瞬時要素、反限時特性、保護協調）
• 三菱電機：地絡継電器の特性と選定（無方向性、定限時特性）
• 三菱電機：系統連系用継電器の選定（逆電力継電器、周波数の継電器）
• 日本電気技術者協会：高圧自家用受電設備の保護について（地絡の不必要動作、段階時限による選択遮断、動作時間の例）

更新履歴：2026年10月3日　図1〜図5、CT比とタップ値の例題、自己チェックを加え、継電器を「何を見て動作するか」で分ける構成に改めた。機器番号の表と保護協調曲線の読み方を加えた

この記事を書いた人：資格太郎電気工事士の独学合格を目指して学習中。試験センターの問題、メーカーの公開資料、技術者協会の解説を照合し、保護継電器の働きと保護協調を図にして整理しています。運営者情報と編集方針