リレーは産業制御システムにおける過負荷保護にどのように役立つのか

リレーは、産業制御システムで回路の開閉を制御するために広く使用される電磁スイッチです。過負荷保護に関しては、リレーは電流、温度、またはその他のパラメータの変化を検出し、素早く電源を遮断したり保護機構をトリガーしたりして、過負荷による設備の損傷を防ぎます。以下に、産業制御システムにおけるリレーが過負荷保護を達成する主な方法を示します。

1. 温度リレー

温度リレーは、特に電動機に対して過負荷保護を行う最も一般的な装置の一つです。これは、電流によって発生する熱を利用して保護機構をトリガーします。

動作原理：

• 温度リレーには、異なる熱膨張係数を持つ2つの金属からなるバイメタルストリップが含まれています。

• 電動機の電流が定格値を超えると、温度リレーを通る電流によりバイメタルストリップが加熱され、変形してコンタクトを開き、電動機の電源を遮断します。

• 温度リレーの反応時間は過負荷の深刻さに反比例します：過負荷が深刻であればあるほど、バイメタルストリップの変形が速くなり、コンタクトの開閉も速くなります。

特徴：

• 電動機の加熱特性を模倣：温度リレーは電動機の巻線の加熱特性を模倣し、電動機の実際の動作状態を正確に反映します。

• 長期的な過負荷保護に適している：長期間続く軽微な過負荷にも非常に敏感であり、長時間の過負荷による電動機の過熱から保護するのに適しています。

• 自動リセット：過負荷状態が解消されると、温度リレーは冷却され、コンタクトが自動的にリセットされ、電源が復旧します。

用途：

電動機の起動および運転プロセスにおいて広く使用され、特に頻繁な起動や停止、または負荷の変動があるアプリケーションに適しています。

2. 電子式過負荷リレー

電子式過負荷リレーは、産業制御システムにおける過負荷保護に使用される現代的な装置です。これは電子回路を使用して電流、温度などのパラメータを監視し、予め設定されたしきい値に基づいて保護を行います。

動作原理：

• 電子式過負荷リレーは、電流変換器または電流センサーを使用して電動機の電流を継続的に監視します。

• 検出された電流が予め設定された過負荷しきい値を超えた場合、リレーは電動機の電源を遮断する信号を送信したり、他の保護措置をトリガーしたりします。

• 電子リレーは、電動機の温度、力率、相間不平衡など、追加のパラメータも監視し、包括的な保護を提供することができます。

特徴：

• 高精度かつ高速応答：電子リレーは高い精度と高速な応答時間を提供し、過負荷を迅速に検出して対処することができます。

• プログラム可能な設定：ユーザーは具体的な電動機の種類や負荷条件に応じて、過負荷保護のしきい値、遅延時間、リセット方法を調整することができます。

• 複数の保護機能：過負荷保護の他に、位相欠落、位相バランス不良、ロックロータ状態に対する保護も提供できます。

• 通信インターフェース：多くの電子リレーには、PLCや他の制御システムとの統合に使用される通信インターフェース（例：Modbus、Profibus）があり、リモートでの監視と管理が可能になります。

用途：

自動生産ライン、大型工業設備、ポンプシステムなど、高度な保護が必要なアプリケーションに適しています。

3. フューズとリレーの組み合わせによる過負荷保護

フューズは、電流が定格値を超えると素早く溶けて回路を遮断するシンプルな過電流保護装置です。フューズは短絡時の高速保護を提供しますが、正常なインラッシュ電流と過負荷電流を区別できないため、通常はリレーと組み合わせて包括的な保護に使用されます。

動作原理：

• フューズは短絡および瞬間的な大電流から回路を保護し、リレーは長期的な過負荷を監視します。

• 短絡が発生した場合、フューズは即座に溶けて電源を遮断します。過負荷の場合、リレーは設定されたしきい値と遅延時間に基づいて電源を遮断します。

• この組み合わせにより、短絡と過負荷の両方に対する効果的な保護が確保されます。

特徴：

• 二重保護：フューズは短絡時の高速保護を提供し、リレーは長期的な過負荷保護を提供し、二重の保護メカニズムを形成します。

• コスト効果が高い：フューズは単純で安価であり、小型デバイスやコストに敏感なアプリケーションに適しています。

用途：

小型から中型の電動機、家庭用電化製品、照明システム、その他の低電力アプリケーションに適しています。

4. コンタクターとリレーの協調保護

コンタクターは、電動機の起動と停止を制御するために使用される高電力の電磁スイッチです。コンタクターは通常、リレーと組み合わせて完全な過負荷保護システムを形成します。

動作原理：

• コンタクターは電動機の主回路を制御し、リレーは過負荷状態を監視します。

• リレーが過負荷を検出した場合、コンタクターのコイルの電力を遮断する信号を送信し、電動機の電源を遮断します。

• コンタクターとリレーの協調動作により、過負荷が発生したときに素早く電源を遮断し、電動機や他の設備を保護することができます。

特徴：

• 高電流処理能力：コンタクターは高電流を処理できるため、高出力の電動機に適しています。

• リモート制御：コンタクターはPLCや他の制御システムを介してリモートで制御でき、自動化操作を容易にします。

• 安全かつ信頼性が高い：コンタクターとリレーの組み合わせは、信頼性の高い過負荷保護を提供し、設備の安全な動作を確保します。

用途：

大型工業設備、自動生産ライン、エレベーターシステム、その他の高出力アプリケーションに適しています。

まとめ

リレーは、産業制御システムにおける過負荷保護を以下の様々な方法で達成します：

• 温度リレー：電動機の加熱特性を模倣することで、特に電動機の起動と運転プロセスにおける長期的な過負荷保護を提供します。

• 電子式過負荷リレー：電子回路を使用して電流、温度、その他のパラメータを監視し、高精度かつ高速応答の過負荷保護を提供します。また、複数の追加保護機能も備えています。

• フューズとリレーの組み合わせ：フューズは短絡時の高速保護を提供し、リレーは長期的な過負荷保護を提供し、二重の保護メカニズムを形成します。

• コンタクターとリレーの協調動作：コンタクターは高電流を処理し、リレーは過負荷を監視し、過負荷状況下で素早く電源を遮断します。