保護継電器とは？種類と役割｜OCR・87・DZ・DGRの動作原理と器具番号を一覧で整理

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保護継電器（リレー）は、電力系統の「頭脳」であり「番人」です。電流・電圧・インピーダンスなどの異常を24時間監視し続け、事故が発生した瞬間に遮断器へ「切れ！」と命令を出す——それが保護継電器の仕事です。

電験三種の電力科目では、保護継電器の種類と保護対象を問う正誤問題がくり返し出題されています。出題パターンは「略号と名前の対応」「保護対象の入れ替え」「動作原理の記述の正誤」がほとんどです。略号を丸暗記するのではなく、「なぜその継電器が必要なのか」という原理から理解すれば、どんな問い方をされても対応できます。

保護継電器とは？｜「異常を検知 → 遮断器に命令」するセンサー＋頭脳

保護継電器（Protection Relay）は、電力系統に流れる電流や電圧を常に監視し、事故（短絡・地絡・過負荷など）を検知すると、対応する遮断器にトリップ（遮断）信号を送る装置です。保護継電器そのものが電流を切るのではなく、あくまで「判断して命令を出す」役割です。

保護の3要件｜高速性・選択性・信頼性

保護継電器には、次の3つの要件が求められます。この3要件は電験三種の論述系問題で問われることがあるため、それぞれの意味を正確に理解しておきましょう。

距離継電器(DZ)が見ている「インピーダンス」は、送電線路の抵抗とインダクタンスからできています。

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まず全体像を掴みましょう。電験三種で出題される主要な保護継電器を一覧表にまとめました。ここから1つずつ詳しく解説していきます。

📋 保護継電器 完全一覧表

① 過電流継電器（OCR）｜最も基本的で最も重要なリレー

動作原理｜「電流が多すぎる」を検知する

過電流継電器（OCR: Over Current Relay）は、回路に流れる電流があらかじめ設定した値（整定値）を超えたときに動作する継電器です。保護継電器の中で最も基本的かつ最も広く使われているリレーであり、配電線・変圧器・受電設備の保護に用いられます。

OCRには2つの動作要素があります。これは電験三種の超頻出ポイントです。

整定値（タップとタイムレバー）

OCRの動作特性は、タップとタイムレバーという2つのつまみで調整します。

項目	役割	たとえるなら
タップ	動作する電流値を設定する。「どのくらいの電流で反応するか」の閾値	体温計の「何度で発熱とみなすか」の基準温度
タイムレバー	動作時間の長さを設定する。「電流が閾値を超えてから何秒で動作するか」の速さ調整	目覚まし時計の「スヌーズ間隔」。短くすれば早く起きる

② 差動継電器（87）｜「入口と出口の電流が合わない＝内部故障」

動作原理｜キルヒホッフの法則で故障を見つける

差動継電器（Differential Relay: ANSI器具番号87）は、保護対象の「入り口」に流れ込む電流と「出口」から流れ出す電流を比較するリレーです。正常時はこの2つの電流は等しい（キルヒホッフの電流則）はずですが、保護対象の内部で短絡や地絡が起きると、電流の一部が外部に漏れ出すため、入口と出口の電流に「差」が生じます。この差電流を検知して「内部故障だ！」と判断します。

比率差動継電器｜外部故障の誤動作を防ぐ工夫

実際の変圧器保護には比率差動継電器が使われます。単純な差動継電器では、外部で大きな短絡事故が起きたときにCTの誤差で生じる「見せかけの差電流」によって誤動作する危険があります。比率差動継電器は、通過電流の大きさに比例して動作しきい値を上げることで、この誤動作を防ぎます。

③ 距離継電器（DZ）｜「故障がどこで起きたか」をインピーダンスで測る

動作原理｜V/I ＝ Z で故障点の「距離」を推定する

距離継電器（Distance Relay: DZ）は、電圧（V）と電流（I）の比からインピーダンス（Z = V/I）を計算し、故障点までの「電気的な距離」を推定するリレーです。送電線のインピーダンスは長さに比例するため、計算されたインピーダンスが小さいほど故障点が近い、大きいほど遠いと判断できます。

段階時限方式（ゾーン保護）

距離継電器は通常、3つのゾーンに分けて段階的な時限で動作します。

ゾーン	保護範囲	動作時間	目的
第1ゾーン	自区間の約80〜90%	瞬時（無時限）	自区間内の故障を高速で除去する（主保護）
第2ゾーン	自区間100% ＋ 隣接区間の一部	約0.3〜0.5秒	自区間の残り10〜20%と隣接区間の一部をカバー（後備保護）
第3ゾーン	隣接区間の全域以上	約1〜2秒	隣接区間の保護リレーが万が一動作しなかった場合のバックアップ

④ 地絡過電流継電器（OCGR）＆ 地絡方向継電器（DGR）

地絡事故とは？｜電気が「地面に漏れる」事故

地絡事故とは、電線が地面（大地）に接触して本来流れるべきでない経路に電流が漏れる事故のことです。ケーブルの絶縁劣化、鉄塔への落雷、作業ミスなどで発生します。地絡事故を検知するために使われるのがOCGRとDGRです。

「何を守るか」で使い分ける｜保護対象別の継電器マップ

保護継電器は「保護対象」によって使い分けられます。電験三種では「この機器にはどの継電器を使うか」を問う出題が非常に多いため、以下の対応表を完璧に覚えてください。

📋 保護対象と継電器の対応表

保護対象	主保護	後備保護	補足
送電線	距離継電器（DZ） 電流差動継電器	過電流継電器（OCR）	送電線は長距離のため、故障点の「距離」で判別するDZが最適
変圧器	比率差動継電器（87）	過電流継電器（OCR）	内部故障の検出に差動方式が最適。機械的保護としてブッフホルツ継電器も使用
母線	電流差動継電器（87B）	過電流継電器（OCR）	母線は短いが事故時の影響が大きいため、高速の差動方式で保護
配電線	過電流継電器（OCR） 地絡方向継電器（DGR）	—	短絡保護にOCR、地絡保護にDGR（またはOCGR）を使用
発電機	比率差動継電器（87G）	過電流継電器（OCR） 不足電圧継電器（UVR）	変圧器と同様、内部故障検出に差動方式を使用

保護継電器の命令を受けて、実際に回路を切るのが遮断器です。

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保護協調とは？｜「事故の場所に一番近い遮断器から順に動作する」仕組み

電力系統には多数の保護継電器と遮断器が設置されています。もし事故が起きたときに、すべての遮断器が一斉にトリップしたら、事故と無関係な区間まで停電してしまいます。「事故点に最も近い遮断器だけが最初にトリップし、それで事故が除去されなかった場合にのみ、1つ上流の遮断器がバックアップとしてトリップする」——この段階的な動作の仕組みを保護協調と呼びます。

保護協調の2つの方法

電験三種で狙われる！正誤問題の「ひっかけパターン」7選

No.	問題文	○×	ポイント
①	距離継電器は、変圧器の内部故障の保護に用いられる	×	変圧器の内部故障は比率差動継電器87。DZは送電線
②	距離継電器は、電圧と電流の比からインピーダンスを算出し、故障点を推定する	○	DZの基本原理そのもの。Z = V/I
③	地絡方向継電器（DGR）は、零相電流のみで動作する	×	DGRは零相電流＋零相電圧。電流のみはOCGR
④	過電流継電器の反限時特性は、電流が大きいほど動作時間が長くなる	×	逆。電流が大きいほど動作時間は短くなる
⑤	比率差動継電器は、変圧器の励磁突入電流で誤動作しないよう第2高調波抑制機能を持つ	○	突入電流に多い第2高調波を検知して誤動作を防ぐ
⑥	ブッフホルツ継電器は、変圧器内部の油中ガス発生を検知する機械的保護装置である	○	「電気的」ではなく「機械的」な継電器
⑦	保護継電器に求められる3要件は、高速性・選択性・経済性である	×	3つ目は信頼性。「経済性」はひっかけ

まとめ｜保護継電器は「何を守るか」で選ぶ