サーマルリレーとは？仕組み・ブレーカーとの違いと復帰手順を解説

工場の製造ラインからビルの空調・給排水設備に至るまで、産業インフラの現場で休むことなく稼働し続ける三相誘導電動機（モーター）。この動力源を過負荷による異常発熱や巻線の焼損事故から守り抜く最後の砦が、サーマルリレー（熱動継電器）です。

制御盤の内部で電磁接触器と組み合わされて配置されている姿を日常的に目にするものの、「配線用遮断器（ブレーカー）があるのになぜわざわざ別個に取り付けるのか」「突発的にトリップした際、現場でどのように原因究明と復帰作業を進めるべきか」といった実務上の疑問を抱える電気技術者や保全担当者は後を絶ちません。本稿では、サーマルリレーの基礎知識からバイメタルの動作原理、ブレーカーとの本質的な役割の違い、結線図の見方、さらには現場で頻発する誤作動トラブルのメカニズムと正しい選定・設定基準までを徹底的に解き明かします。

📌 【この記事の重要ポイントまとめ】

• 要点1：サーマルリレーはモーターの過負荷（オーバーロード）による微小な過電流と発熱を検知し、焼損を未然に防ぐ専用の保護装置。
• 要点2：短絡（ショート）を瞬時に遮断するブレーカーとは保護領域が異なり、電磁接触器と一体化した「電磁開閉器」として運用される。
• 要点3：トリップ時は即座のリセットを避け、バイメタルの冷却時間を確保したうえで機械的負荷や欠相などの根本原因を排除することが鉄則。

【基礎知識】サーマルリレーとは？なぜブレーカーだけでは防げないのか

サーマルリレー（Thermal Overload Relay）は、日本語で「熱動継電器」と呼ばれ、主としてモーター過負荷保護を担う電気制御コンポーネントです。モーターに設計値以上の過大な負荷がかかり、定格電流を超える過電流が流れ続けた際に、機器内部の熱を検知して制御回路の接点を開き、モーターへの電力供給を遮断する信号を出力します。

盤設計の初学者が抱きがちな最大の疑問が、「上位回路に配線用遮断器（MCCB・ブレーカー）を設置しているのに、なぜわざわざサーマルリレーを二重で設ける必要があるのか」という点です。この疑問の答えは、両者が想定している事故電流のスケールと遮断特性の根本的な違いにあります。

モーターは始動する瞬間に、定格運転電流のおよそ5倍から7倍に達する巨大な「始動突入電流」が過渡的に流れます。もしブレーカーの遮断容量をモーターの定格電流ぴったりに合わせてしまうと、始動のたびにブレーカーが落ちてしまい設備が立ち上がりません。そのため、上位の配線用遮断器は突入電流に耐えられるよう、定格電流よりもかなり大きなアンペア数で選定されます。

しかし、この状態で運転中に何らかの機械的トラブルが発生し、定格電流の1.2倍〜1.5倍程度の「じわじわとした過負荷電流」が流れ続けた場合、ブレーカー側はこれを異常と認識できず、電流を流し続けてしまいます。その結果、モーター内部の絶縁被膜が高熱で溶損し、最終的に高額なモーター本体が全焼する惨事へと至ります。ブレーカーが防ぐのは主に電線の短絡（ショート）事故であり、モーター巻線の熱的限界を見守る役割はサーマルリレーにしか果たせないのです。

実務においては、電磁力で主回路を開閉する電磁接触器（マグネットコンタクタ：MC）の下部にサーマルリレーを物理的・電気的に直結し、両者を組み合わせたユニットを電磁開閉器（マグネットスイッチ：MS）と呼びます。現場ではこのセットでモーター1台ごとに配置するのが盤設計のグローバルスタンダードです。

【内部構造と仕組み】バイメタルの動作原理と回路図記号・結線図の読み方

サーマルリレーが電流の大きさを熱として認識し、接点をトリップさせる心臓部にはバイメタルの動作原理が活用されています。

バイメタルとは、熱膨張率（熱を加えたときに伸びる割合）が大きく異なる2種類の金属板（例えばインバー合金と黄銅など）を隙間なく貼り合わせた複合材料です。サーマルリレーの主回路端子から入った三相交流電流は、バイメタルの周囲に巻かれたヒーター素子を通過します。規定値以上の過電流が流れると、ジュールの法則に従ってヒーターが発熱し、バイメタルへ熱が伝導します。

熱膨張率の差によってバイメタルは熱膨張率が小さい金属側へと弓なりに湾曲します。この湾曲変位が一定の閾値を超えると、内部のトリップバーを力学的に押し込み、反転機構（スナップアクション機構）が作動して、補助接点を瞬時に切り替える仕組みです。

この機構の最大の特徴は、「反限時特性（インバース特性）」を備えている点にあります。過電流の度合いが小さければバイメタルが曲がるまでに長い時間を要し、逆に極めて大きな過電流が流れれば短時間でトリップします。この熱蓄積カーブがモーター巻線の熱破壊限界カーブと酷似しているため、始動時の数秒間の突入電流ではトリップせず、長時間の過負荷運転のみを確実に仕留める理想的な保護が可能になります。

電気図面を読み解く上で必須となる回路図 記号と結線図 配線の基礎も押さえておきましょう。制御盤のシーケンス図において、サーマルリレーは主回路と操作回路（制御回路）の2箇所に分かれて描かれます。

JIS C 0617等の図面規格において、主回路側は「熱動素子記号（長方形のヒーターマーク）」として三相分が直列に配置され、操作回路側には「THR」「49（過負荷継電器の器具番号）」「OLR（Overload Relay）」などの文字記号とともに補助接点が表記されます。

実機の端子構成は以下の通り明確に役割が分かれています。

• 主回路端子（1/L1, 3/L2, 5/L3 及び 2/T1, 4/T2, 6/T3）：電磁接触器の二次側からモーターへと直列に結線される大電流ライン。
• 常時閉接点（b接点：端子番号 95-96）：通常時は導通しており、トリップ時に開く（OFFになる）接点。電磁接触器の操作コイルへの給電ラインに直列に割り込ませ、トリップ時にコイルの励磁を解いて主接点を強制開放させます。
• 常時開接点（a接点：端子番号 97-98）：通常時は開放されており、トリップ時に閉じる（ONになる）接点。警報ランプ（赤色表示灯）やブザー、PLC（プログラマブルコントローラ）へのアラーム入力信号として配線されます。

【徹底比較】サーマルリレー・ブレーカー・電子式モータ保護リレーの性能差

産業現場で使用される保護機器は、熱動式の標準サーマルリレーだけではありません。用途や要求される信頼性水準に応じて、複数のデバイスが使い分けられています。それぞれの特徴と数値データを下表にまとめました。

【実態検証】現場を悩ませるトリップ原因と「謎の誤作動」の真相

工場の保全現場において「サーマルリレーが落ちてラインが止まった」というトラブルは日常茶飯事です。しかし、焦ってリセットボタンだけを押し、根本的なサーマルリレー トリップ原因を究明しないまま再始動を繰り返すと、重大な設備破損に発展します。

現場取材および保全データが示す代表的なトリップ原因は、大きく4つに分類されます。

第1に「機械的な過負荷」です。ポンプ内のスラッジ堆積、ベルトコンベアの異物噛み込み、減速機やベアリングの潤滑油切れ・焼き付きによる軸トルクの急増などが挙げられます。モーターは要求トルクを出そうとして電流を過大に消費し、バイメタルを熱します。

第2に「電源系統の欠相（オープンフェーズ）」です。三相交流（R相・S相・T相）のうち1相がマグネットコンタクタの接点摩耗や端子台のネジ緩み、ヒューズ溶断などによって断線する現象です。三相モーターが欠相状態（単相運転）に陥ると、出力を維持しようとして健全な残り2相に定格の約1.73倍もの大電流が流れ込み、急速に異常過熱します。標準的なサーマルリレーでは検知が遅れる場合があるため、欠相保護機能が付いた「2Eサーマル（過負荷＋欠相保護）」の採用が推奨されます。

第3に「始動頻度過多（インチング運転）」です。位置決めや試し運転などで、モーターの「起動・停止」を短時間に何度も繰り返すと、定格の5〜7倍の始動電流がバイメタル内部に熱として蓄積され、過負荷でないにもかかわらずトリップに至ります。

一方で、現場の保全エンジニアを最も悩ませるのが「負荷も電流値も正常なのに落ちる誤作動」です。ネットの技術フォーラムや保守現場のヒアリング調査から浮かび上がる誤作動の真因には、以下のような見落としがちな盲点が存在します。

• 盤内温度の異常上昇：夏場の猛暑や盤用クーラーの故障により、制御盤内部の温度が50℃〜60℃に達すると、周囲温度補正機構付きのサーマルであってもバイメタルが予熱され、定格以下の正常電流でトリップしてしまいます。
• 主回路端子のネジ緩みによるジュール熱：振動や経年変化で端子ネジが緩むと、接触抵抗が増大して端子部自体が数百℃近くまで異常発熱します。その熱が銅バーを伝わってバイメタルに流れ込み、内部誤作動を引き起こす事例が後を絶ちません。
• 高調波やインバータノイズの影響：インバータでモーターを駆動している場合、PWM制御のスイッチング高調波によってヒーター素子の表皮効果発熱が増大し、商用電源時よりも低電流でトリップすることがあります。

【一般に知られていない盲点】インバータ駆動とバイメタルの経年劣化

省エネ化や高精度制御のためにインバータ（可変周波数電源）が広く普及した現在、サーマルリレーの適用において重大な技術的落とし穴が生じています。

インバータの二次側（出力側）に汎用の標準サーマルリレーを接続すると、インバータ特有の高周波成分によってバイメタルヒーターが過剰に発熱し、モーターの実電流が定格以下であるにもかかわらず不要作動を起こすケースが頻発します。また、インバータで低速運転（20Hzなど）を継続した場合、汎用モーターに直結された冷却ファン（自冷ファン）の回転数が落ちて冷却能力が激減します。モーター内部の温度は急上昇しているにもかかわらず、電流値自体は定格内にとどまるため、サーマルリレーがトリップしないままモーターが静かに焼損するという最悪の事態が発生します。

この問題を回避するためには、インバータ専用の高調波対策済みサーマルリレーを採用するか、インバータ本体に内蔵されている「電子サーマル機能」をモーター特性に合わせて精密にパラメータ設定する必要があります。

さらに、バイメタル自体の「金属疲労と熱経年劣化」も軽視できません。数万回に及ぶ発熱・冷却サイクルを経験したサーマルリレーは、バイメタルの反発スプリングや内部リンク機構が塑性変形を起こし、動作トリップ電流値が初期設定から徐々にズレていきます。国内主要メーカーの公称データでは、サーマルリレーの推奨更新周期は約10年（または開閉回数規定）と定められていますが、20年以上無交換で放置された盤では「落ちるべき時に落ちない」「触れただけで誤作動する」といった重大リスクを抱えているのが実情です。

【実践マニュアル】トリップ時の復帰方法と電流設定・選定のコツ

サーマルリレーがトリップした際、現場作業者が守るべき正しい手順と、設計・保全における選定ノウハウを具体的に解説します。

やってはいけないNG行動と正しい復帰手順

トリップ発生時に「原因を調べずに即座にリセットボタンを強く押し込む」ことは絶対に避けてください。バイメタルが高熱で湾曲した状態のまま無理やりリセットを押し込むと、内部のプラスチックリンク機構が破損して再起不能になります。また、モーター巻線が冷えていない状態で再通電すると、絶縁破壊を決定づけることになります。

1. 安全確保と主電源の遮断：制御盤の主幹ブレーカーまたは操作電源をOFFにし、検電を行って感電事故を防ぎます。
2. バイメタルの自然冷却（待ち時間2〜5分）：トリップ直後はバイメタルが冷えるまでリセットがかかりません。最低でも数分間の冷却時間を置きます。
3. 根本原因の究明と解消：クランプメーターによる三相電流値の計測、モーター軸の手回しによるベアリング拘束の有無確認、端子部の増し締め、絶縁抵抗計（メガー）による巻線の地絡チェックを完了させます。
4. リセット操作：サーマルリレー正面にあるリセットボタン（青色または黄色）を軽く押します。「カチッ」と手応えがあれば復帰完了です。

なお、リセットボタン周辺には「手動復帰（M：Manual）」と「自動復帰（A：Auto）」の切り替えダイアルが備わっています。人が立ち入る可能性のある機械設備やモーター保護においては、必ず「手動復帰（M）」に設定しなければなりません。自動復帰（A）に設定しておくと、バイメタルが冷えた瞬間に作業者の意図しないタイミングでモーターが突如自動再始動し、巻き込まれなどの重大な人身災害を引き起こす危険性があるためです。

サーマルリレーの選定と電流設定の計算基準

サーマルリレーの電流整定ダイアルは、「接続するモーター銘板に記載されている定格電流値（Full Load Amperage: FLA）」にダイアルの矢印を正確に合わせるのが基本原則です。

例えば、三相200V 50Hz・3.7kWの汎用モーターで、銘板記載の定格電流が「15.4A」であれば、サーマルリレーの整定範囲が「12A〜18A」のモデルを選定し、ダイアル目盛りを「15.4A」にセットします。「頻繁にトリップしてラインが止まるから」という安易な理由でダイアルを定格電流以上に回して設定値を引き上げる行為は、保護機能を自ら無効化してモーターの焼損を待つ行為と同義であり、厳禁です。

国内市場における二大巨頭である三菱電機（代表形式：TH-Tシリーズ、TH-Nシリーズ）および富士電機（代表形式：TKシリーズ、TRシリーズ）の製品群は、優れた温度補正機能と高い信頼性を備えています。これらを選定する際は、組み合わせる電磁接触器のフレームサイズ（外形寸法）と端子ピッチが完全に適合する純正の組み合わせを選択することが、盤内組み立て品質と作業効率を保つ絶対条件となります。

【プロの結論】おすすめできる運用・見直しが必要な設備の判断基準

現場の安全性と長期的なランニングコストを最大化するために、自社設備の保護設計が以下の基準を満たしているか総点検することをお勧めします。

• 即刻見直し・更新が必要なケース：
  • 設置から10年以上が経過し、端子台の変色やプラスチック部の黄変が見られる盤
  • インバータの出力側に商用電源用の標準サーマルリレーを接続している回路
  • モーターが頻繁に正逆転・インチング運転を行うラインで標準サーマルを用いている設備
  • リセット切り替えスイッチが安全対策なしに「自動復帰（A）」になっている動力回路
• 高い信頼性を維持できる推奨運用：
  • 定期点検において年1回の端子増し締め（規定トルク管理）とサーモグラフィによる発熱チェックを実施している設備
  • 欠相事故のリスクがある遠隔ポンプやファンに「2E（過負荷・欠相）サーマル」を標準採用している盤
  • 更新時に電磁接触器とサーマルリレーを同一メーカーのセットで同時交換しているライン

【サーマル リレー と は】に関するよくある質問（FAQ）

Q1：サーマルリレーがトリップしたか外観から判別する方法はありますか？
A1：三菱電機や富士電機をはじめとする主要メーカーの製品には、動作表示窓（トリップインジケータ）が設けられています。トリップ状態になると、リセットボタンの隙間や表示窓からオレンジ色や黄色、緑色の動作ピン（表示板）が飛び出し、一目で動作状態が確認できるよう設計されています。

Q2：サーマルリレーをテスターで導通チェックする際、どこを測ればよいですか？
A2：制御回路の健全性を確かめる場合は、補助接点の「95-96端子（b接点）」をテスターの抵抗レンジ（またはブザー導通モード）で測定します。正常時であれば0Ω（導通あり）を示し、トリップしている状態や内部機構が破損している場合は開放（∞Ω）となります。主回路（1-2, 3-4, 5-6）は内部ヒーター素子のため数Ω以下の極めて低い抵抗値を示します。

Q3：単相100Vや単相200Vのモーターに三相用サーマルリレーは使えますか？
A3：原則としてそのまま2相分だけを配線して使用することは推奨されません。三相用サーマルリレーに単相電流を流すと、電流が流れない残り1相を「欠相」と誤認識して早期トリップする機構（特に差動式・欠相保護付き）があるためです。単相回路で使用する場合は、3極すべてに直列に電流が流れるよう渡り線を配線する「直列全極結線」を行う必要があります。

Q4：サーマルリレーのテストボタン（トリップテスト）は何のためにあるのですか？
A4：通電停止中に細いマイナスドライバー等で「TEST」と書かれたレバーをスライドさせることで、実際に過電流を流さずに内部のリンク機構と補助接点（95-96 / 97-98）を強制的にトリップ状態へと移行させる機構です。制御盤の出荷検査やシーケンスプログラムの試運転時、警報回路やPLCのアラーム入力が正しく連動するかを確認するために使用されます。

まとめ：正しい理解と適切な保守でモーター焼損事故をゼロへ

サーマルリレーは、決して目立つ存在ではありませんが、過負荷という極めて身近で壊滅的な故障要因から高価なモーターと生産ラインを守る不可欠な安全装置です。

「短絡を防ぐ配線用遮断器」と「過熱を防ぐサーマルリレー」の役割分担を正しく理解し、銘板定格に準拠した厳格な電流設定、周囲温度を考慮した盤内環境の維持、そして10年周期の計画的更新を実行することこそが、突発的なライン停止を防ぐ最善の近道です。日々の点検と正しい知識に基づいた運用により、信頼性の高い強靭な設備環境を構築してください。 （出典: サーマル リレー と は（Yahoo!ニュース））