三相の欠相・相順監視リレー選定｜タイ工場のRFPとFAT/SAT

三相の欠相・相順監視リレーを選ぶとき、型番表の「欠相検出」「逆相検出」に印を付けるだけでは設備保護の要求を満たしたことになりません。測る位置、電圧と周波数、運転中の欠相、モータからの回生電圧、出力接点の使い方、復帰時の再始動、そして試験方法まで一つの仕様として決める必要があります。本稿はタイ工場で制御盤を新設・更新する発注者、盤メーカー、設備保全担当者が、見積依頼からFAT/SATまで同じ判断基準を持つための実務ガイドです。機器の接続や通電試験は、現地の適用要求と設備のリスク評価に従い、権限と力量を持つ電気技術者が行ってください。

最初に決めるのは「何が起きたら、何を止めるか」

欠相は三相のうち一相が失われた状態、逆相は想定した相の順序と異なる状態です。モータ、ポンプ、コンベヤ、ファン、圧縮機などで影響は異なり、異常を知らせるだけでよい設備と、運転を継続させてはいけない設備を同じ回路にはできません。RFPには保護したい負荷、異常の種類、検知位置、停止対象、故障表示、復帰条件を記載します。「欠相リレーを入れる」とだけ書くと、盤メーカーは入力側電源の監視を想定し、利用者はモータ運転中の一相開放まで検出するつもりだった、という認識差が残ります。

監視リレーは通常、三相電圧を観測して接点を切り替える部品です。その接点は制御回路、接触器コイル、PLC入力などにつなぎます。監視リレー自体を主回路の遮断器とみなしてはいけません。どの接触器または遮断器の引外し回路が動き、どの負荷が無電圧になるかは別途設計・検証します。短絡・過電流、地絡、過負荷、機械安全機能も一つの監視リレーだけで代替しません。電源異常を検知したときの設備動作を、保護機器と制御の役割分担で完成させます。

欠相監視と相順監視を混同しない

相順監視は投入時の配線入れ替わりや移設後の電源側変更を発見する目的が中心です。欠相監視は一相の消失を検知しますが、運転中の検知条件は機種と回路で異なります。電圧監視型のリレーは、モータが惰性または残り二相で回っているときに失われた相へ電圧が現れる「回生電圧」の影響を受けます。ABBのCM-PFS資料には、回生電圧が公称電圧の60%未満なら二相運転時の欠相を検出できると記載されています。これは当該型番の条件であり、全メーカー共通の閾値ではありません。

Omron K8DS-PHは、起動時の相順・欠相と、運転中の欠相に対応する旨を製品資料に明記します。ただし軽負荷運転などでは回生電圧のため欠相を検出できない場合があり、負荷条件を含めた確認が必要です。一方、Schneider Electric RM17TG系の製品説明は、相順と一相以上の完全な消失を監視する機能を示します。ここから「欠相」と呼ぶ機能の範囲を同一視できないことが分かります。発注では候補型番ごとのデータシートで、監視対象、検知レベル、応答時間、復帰方式、必要な配線条件を横並びにし、実負荷の異常を模擬して確認する方針を決めます。

相順と回転方向の関係を現場で照合する

三相の相順が変わると、直結する誘導電動機の回転方向が逆になる場合があります。ポンプやファンは逆回転でも一見動くため、流量や冷却性能の低下として表れることがあります。もっとも、インバータ駆動、機械的な逆転防止機構、ギアの構成がある設備では、入力相順から最終的な動きまでを単純に推定できません。RFPの「正相」はL1-L2-L3の表示だけではなく、実機が要求する回転方向と照合する必要があります。配線を二相入れ替える作業は権限者が安全な手順で実施し、リレーの表示だけでなく負荷の動作を受入基準に含めます。

三相電源の条件を先に固定する

選定表の第一列は電圧です。線間電圧、相電圧、許容変動、周波数、三線式か四線式か、ニュートラルの利用有無、電源変圧器と接地の情報を記載します。同じ「400 V系」でも、機器が線間電圧を測るのか相電圧を測るのか、電源と測定入力を兼ねるのかで配線と適用範囲が変わります。タイ工場で流通する機器でも、実際の受電系統、設備の設計電圧、盤内の分岐電圧は案件ごとに確認してください。銘板の電圧範囲の端だけを見て採用せず、通常変動時、起動時、電源切替時を含む運転範囲を照合します。

Omron K8DS-PHのメーカー仕様は三相三線200～480 VAC、50/60 Hzです。Phoenix Contact EMD-SL-PH-400は測定電圧から給電する三相監視器で、掲載品は公称400 Vの三相系向けで、342～457 VACは電圧しきい値の設定範囲、48～63 Hzは入力周波数範囲です。ABB CM-PFS資料は三相200～500 VACを示します。これらは例示であり、ある型番に合うから別型番にも合うという意味ではありません。特に三線・四線、ニュートラルを使うか、盤内のどの位置から監視電源を取るかは、構成図と現物の双方で確かめます。

監視点は主幹の前か、負荷の近くか

主幹の上流で監視すれば工場から来る三相の状態を見られますが、下流のヒューズ、接触器、端子、ケーブルで発生した欠相を必ずしも捉えられません。逆に負荷の近くで測れば局所的な異常を追いやすくなりますが、停止や切替のたびに測定電源が消える回路では表示と復帰が複雑になります。どちらが正しいかは保護対象と故障仮説で決まります。単線結線図に測定点を赤丸で示し、「この点より上流の異常」「この点より下流の異常」のうち何を検出する設計か明記します。三相入力のヒューズとリレー端子の配線も、測定経路の一部として点検対象に入れます。

インバータ出力側を安易に監視しない

インバータ出力は商用電源の正弦波と同じ条件ではありません。Siemensの監視リレーマニュアルは、周波数変換器の下流で監視する場合、余分なゼロクロスのない波形が必要で、正弦波フィルタが手段になり得ると説明しています。監視器の仕様に「50/60 Hz」と書かれているだけでPWM出力に適用できるとは判断できません。入力側の電源監視、インバータ自身の故障検出、モータ電流や温度の監視を分けて検討し、出力側へ機器を置く場合はメーカーが許容する波形・周波数・電圧と接続方法を確認します。

機能を「欠相あり」だけで選ばない

三相監視リレーの機能には相順、欠相、不平衡、過電圧、低電圧、周波数、ニュートラル断線などがあります。しかしすべての製品がすべてを測るわけではなく、同じ語でもアルゴリズムや設定範囲が違います。Schneider Electricのカタログは、RM17TG系を相順と完全欠相の監視、別の多機能モデルを不平衡、低電圧、過電圧などまで監視する構成として区別しています。Phoenix Contactの前述モデルには相順、欠相、不平衡の機能があり、不平衡値は製品仕様に固定約30%と記されています。求める故障を定義せず多機能という語だけで選ぶと、必要な感度や遅延を設定できない場合があります。

しきい値と時間は製品固有の値として扱う

「欠相なら何秒以内に止まる」「不平衡30%で必ず動く」といった値を一般論としてRFPに写すのは危険です。Omron K8DS-PHの仕様は、相順動作0.1秒±0.05秒、急激に定格100%から0%へ低下する欠相では0.1秒以内、欠相検出レベル80%±10%と記載します。ABB CM-PFSの資料は起動遅延など別の値を示します。機種差だけでなく、異常の作り方、測定点、実負荷の回生が結果を変えます。RFPには設備側の許容停止時間や瞬低を許容する条件を書き、提案する型番の仕様値と設定根拠を供給者に示してもらいます。

瞬時に止めれば常に安全というわけでもありません。搬送物が機械内に残る設備、油圧の保持が必要な設備、風量低下が工程品質に影響する設備では、停止方式と再起動方式まで評価します。一方、ポンプ逆転などを防ぎたい場合は、起動許可の前に相順が正しいことを確認する設計が必要です。「検出時間」だけを短くしても、制御回路が停止指令を処理し、接触器が開き、機械が安全な状態へ移るまでの時間は別です。必要なら装置側のリスク評価と安全関連制御の要求へつなぎます。

接点をどう使うかで故障時挙動が決まる

監視リレーの出力は、正常時に励磁され異常または監視電源喪失時に落ちる構成を採る製品が多くありますが、型番と設定に依存します。リレー接点をPLC入力の警報だけに使えば、PLCやソフトウェアが停止を実行しない限り主回路は開きません。接触器コイルの許可回路へ組み込めば異常時に接触器が落ちるように設計できますが、その場合も接点定格、コイルの突入、サージ吸収、手動/自動運転の迂回経路を確認します。PLC監視と硬配線インターロックを併用する場合は、どちらが停止の正本で、何を記録するかを決めます。

制御電源が先に失われたとき、三相の一相だけが消えたとき、PLCが停止したときの接点状態を、回路図上で別々に追います。「正常時ON」と表現するだけでは、停電復帰時に自動で接点が戻り、意図せず設備が再始動する問題を見落とします。監視リレーの自動復帰と、設備の再始動許可は別の概念です。異常が解消しても設備は停止状態を維持し、確認とリセット後に再始動させる要件なら、そのラッチは制御回路またはPLC側で実装・試験します。Omronの例ではリレー自体のリセット方式は自動ですから、この区別が重要です。

安全関連制御との境界を記す

相順・欠相監視は設備保護や工程継続のために使われることが多い一方、逆転や停止失敗が人に危害を与える機械では安全機能の一部になる可能性があります。その場合、一般の監視リレーを選んだという事実だけで安全機能が成立したとは言えません。危険源、要求する安全状態、故障時動作、必要な性能、診断と検証を設備のリスク評価から決めます。電気的保護と機械安全の責任境界をRFPで明示し、どの装置メーカーが安全の妥当性確認を行うかを決めます。ここで述べる一般的な選定表は、個別設備の安全設計の代わりにはなりません。

配電部品との組合せで一つの保護系にする

主幹・分岐の遮断器は短絡と過電流の保護、接触器は運転の開閉、過負荷リレーやモータ保護器は負荷側の異常に対応します。相順・欠相監視器はそれらへ条件信号を渡します。部品を別々の見積項目にすると、同じ異常に対する停止の責任が空白になることがあります。単線結線図と制御回路図の両方に「監視器の接点が開いたとき、どの主回路がどうなるか」を追えるようにします。関連するタイ工場のMCCB選定と電磁接触器の選定も、定格と制御の境界を確認するときに役立ちます。

盤内の設置位置も動作に影響します。高温になる機器の隣、強い振動を受ける扉、点検しにくい奥へ置けば、メーカー仕様の周囲温度や取り付け間隔を守りにくくなります。電圧測定入力と制御出力の端子を混同しない配線識別、端子締付、フェルール、表示LEDの視認性、交換時の型番確認を図面と検査票に落とし込みます。メーカーの温度・間隔条件は製品ごとに異なるので、BOMで採用する正確な型番の資料をレビューします。代替品を入れる場合は幅だけではなく機能、検知条件、接点定格、復帰方式、試験結果を再確認します。

RFPに入れる選定条件を一枚にまとめる

見積依頼書では、抽象的な「欠相保護付き」の代わりに、以下の入力表を添付すると比較可能になります。設備番号と負荷の種類、単線結線図の版、監視点、三相電源の公称値と許容範囲、頻度の高い電源切替、想定する故障、起動中/運転中の検知、誤停止を避けたい瞬低条件、停止対象、復帰と再始動、通知先、盤内環境、予備品、試験場所を記載します。未確定の項目は空白にせず「現地測定待ち」「設備メーカー回答待ち」として責任者と確定日を付けます。見積価格だけでは設備停止のコストも保全負荷も比較できないため、要求に対する適合表を提出物に含めます。

供給者には、型番、メーカー資料の版とURL、端子図、設定値、測定点の配線図、接点を受ける回路、動作シーケンス、警報一覧、FAT/SATの試験手順、代替品の条件、現地在庫または納期を提示してもらいます。明示した異常を検出できない場合は、単に「準拠」と書かず、欠落する故障モードと補完策を提案してもらいます。例えば電圧型監視だけでは運転中にモータの回生電圧を受ける場合、電流型監視やモータ保護器、インバータ診断を追加する案を評価します。その際も別方式が必ず適するとは決めつけず、対象負荷と試験結果で判断します。

仕様書に書ける文例

「対象モータM-101の三相入力を、図面E-12に示す点で監視する。投入前に逆相を検出し、正常な相順のときだけ起動許可を出す。運転中の一相開放については、提案機種が検出可能な条件と制約をメーカー資料で示し、FATで模擬故障により確認する。異常時はK-101接触器の許可を解除し、PLCへ異常種別を記録する。電源復帰だけでは自動再始動しない。試験方法・合否値・安全措置を承認された手順書に定める」。この文例の識別子は説明用です。実案件では対象負荷、図面番号、設計電圧、停止時間、設置環境、リスク評価を置き換えます。

このように「動作」と「証拠」を一文ずつ対応させると、納入後に「仕様に書いていなかった」という争点を減らせます。盤メーカーの守備範囲がリレーの配線までなのか、設備メーカーのソフト変更までなのかも明確にします。既設設備の更新なら、停電可能時間、仮設電源、既設端子の状態、図面との差、停止試験をいつ実施できるかまで調整が必要です。タイ工場では日本本社、現地保全、設備メーカー、盤メーカーの四者間で試験記録の言語と承認者を合わせておくと、据付時の手戻りを減らせます。

FATは接点から設備動作まで追う

FAT（工場受入試験）は、採用部品が届いたことを確かめるだけでなく、仕様どおりの状態遷移を盤または装置で確認する場です。まず型番・設定値・配線・端子番号・図面版を照合します。次に正常三相を入れ、監視リレーの表示、出力接点、PLC入力、HMI表示、接触器許可を記録します。逆相、各相の欠相、制御電源喪失を安全な試験装置と手順で模擬し、想定どおりに起動禁止または停止するか確認します。運転中欠相を要求する場合は、無負荷の模擬だけで済ませず、メーカーと設備側で妥当な負荷条件を合意します。

FATで行う故障注入は、活線端子を現場で不用意に抜くことを意味しません。故障模擬の方法は盤と設備の構成に合わせて技術者が計画し、隔離、接地、保護、立会者、試験前後の復旧確認を定めます。逆相試験も、実機を危険な方向へ回してから検知する方法にする必要はありません。起動許可をブロックできるかを安全な模擬信号で確認し、回転方向は許された条件で別に照合する方法があります。試験を成立させるために保護を迂回した場合は、復旧の証拠を試験票に残します。

「0.1秒以内」などの合否値は、採用型番のデータシート条件と設備要求から案件ごとに設定します。リレー表示だけが変わったのか、PLCに届いたのか、接触器が開いたのかを時系列で残すと原因切り分けができます。計測器の応答と時刻同期にも限界があるため、記録精度より細かい合否値を置かないようにします。試験後は配線の仮変更、設定器の位置、パラメータ、警報リセット、保護カバーを戻し、最新版の回路図と設定票へ反映します。

SATでは現地電源と実負荷の条件を照合する

SAT（現地受入試験）は、工場で作った模擬電源とタイ工場の実電源が一致するかを確かめる機会です。受電点と盤入力の線間電圧、相順、周波数、端子表示、接地、電源切替経路、実負荷の回転方向を、承認された安全手順で確認します。盤の測定点が現地で予定どおり接続されているか、別工事の電源ケーブル交換で相順が変わっていないかも確認します。FATでできなかった負荷条件の試験をSATへ割り当て、どの条件は現場で安全に再現できないかを明記します。

現地で一相を意図的に失わせる試験は、設備停止や別負荷への影響を伴います。工場全体の電源系統へ試験のための故障を作るのではなく、承認された隔離範囲と模擬装置を使い、必要な故障モードだけを検証します。実負荷試験を行えない場合は、FATでの試験結果、メーカー資料、保護回路の導通確認、PLC/HMIへの信号試験を組み合わせ、未検証のリスクと後日の確認方法を引渡し書に残します。試験ができなかったのに「全機能合格」と記載しないことが、運用担当者にとって最も重要です。

復旧・再始動は運転員の操作まで試す

欠相が戻れば監視リレーの接点が自動で正常側へ戻る機種があります。しかし運転員が異常原因を確認し、接触器やインバータのアラームを解除し、工程を安全に再開する順序は装置側で決める必要があります。HMIの「復旧」ボタンが単に警報を消すだけなのか、起動許可を与えるのか、モータが自動で動くのかを明確にします。電源復帰、PLC再起動、運転モード切替、ローカル/リモート操作のそれぞれで不意の再始動がないか試験します。定期保全時の点検手順にも、表示確認と接点の機能試験、交換後の相順照合を含めます。

タイ工場での購買・保全を考えた型番管理

採用品が現地で調達できるかは、初回見積だけでなく停止時の復旧時間に影響します。同一型番がないとき、似た電圧範囲とDINレール幅だけを理由に置き換えないでください。検知方式、回生電圧への耐性、接点の常時状態、接点数、遅延、復帰方式、端子配列、環境条件、認証が違えば回路改造や再試験が必要です。承認済み代替品を用意するなら、差異表と配線図、設定票、FATの再実施範囲をセットにします。保全員が棚から部品を取り出した際に、対象設備と版が分かるようBOM・予備品台帳・盤内銘板の表記を一致させます。

故障記録は「三相電源異常」一つに丸めるより、リレーが区別できる異常と、PLCが推定する異常を分けて記録します。LEDだけで逆相と欠相を区別できない型番もあります。HMIで断定的なメッセージを出す場合は、実際に識別可能か試験で確かめます。保全の一次対応票には、発生時刻、運転状態、リレー表示、線間電圧、接触器状態、上流遮断器、交換履歴を記録する欄を設けます。停電復帰後にアラームが消えるだけの構成なら、PLC側のイベント履歴や保全記録で原因追跡できるようにします。

試運転で「リレーが動かない」ときの切り分け

正常な三相を印加してもリレーの出力が許可側へ変わらない場合、最初に型番、端子配置、電源範囲、表示LEDを照合します。測定入力の三相がすべて所定の端子へ到達しているか、測定端子間の線間電圧と周波数が採用機の範囲にあるかを、承認された測定手順で確認します。相順が装置の期待と逆であれば、正常な電圧があっても出力を許可しない製品があります。Schneider ElectricのRM17に関するサポート資料も、出力接点が変化しない一般的な原因として不適切な相順を挙げています。ただし測定器を手にする前に電源隔離、保護具、作業許可、周囲への影響を確認し、活線作業を現場の慣行だけで行わないでください。

リレーの表示は正常なのに接触器が入らない場合は、リレー接点が故障したと即断しません。接点の使用側、コイル電源、非常停止や扉インターロック、過負荷保護、PLCの起動許可、手動/自動切替を回路図に沿って順番に追います。接点番号だけを見て常開・常閉を想像せず、正常時と異常時のメーカー接点図で照合します。接触器が入るのにPLC上は異常表示のままなら、PLC入力の論理反転、入力電源の共通、I/O割付、アラーム保持、通信遅延など制御側の要因を調べます。故障を再現した状態、電源条件、時刻、接点状態を記録し、原因と対策を対応付けます。

運転開始後にだけアラームが出る場合は、始動時の電圧低下、別負荷との同時起動、電源切替、接続端子の緩み、実負荷の不平衡を候補にします。故障発生時に測るべき点と安全な計測方法を先に決め、測定器の記録機能または設備のイベント履歴を使います。単にしきい値を緩めたり遅延を延ばしたりすると、本来検知したい欠相を見逃す可能性があります。設定変更は原因を確認し、変更前後の波形・負荷・停止時間を比較してから承認します。変更後はFATまたはSATで合意した異常試験のうち影響する項目を再実施し、設定票とAs-built図面に版を残します。

さらに、監視リレーを交換した直後だけ逆相を示す場合は、交換機器の端子配列と既設配線の対応を確認します。異なるメーカーの代替品では筐体幅が同じでも端子位置や接点動作が異なります。交換後の確認をLEDの点灯だけで終わらせず、起動禁止、警報、接触器の開放、手動復帰まで一連の動作で判定します。保全手順書には、交換時に読む図面の版、予備品の型番、必要な測定点、試験記録の保管場所を記載します。こうすれば担当者が交代しても「部品を替えたから復旧した」という曖昧な判断に頼らず、設備としての保護機能を引き渡せます。

まとめ：製品仕様と設備動作をつなぐ

三相の欠相・相順監視リレー選定では、対象負荷と故障モードを起点に、電源条件、測定点、運転中の検知、回生電圧、接点の使い方、復帰、設置環境を決めます。そのうえで候補型番のメーカー仕様と制約を照合し、RFPに検証すべき動作を書き、FATとSATで接点から設備停止・警報・再始動抑止まで確認します。検知時間や閾値は型番固有の条件であり、共通の万能値として扱いません。監視リレーは保護系の一部です。遮断器、接触器、モータ保護、制御、運転員の復旧手順がつながって初めて、現場で使える設計になります。

タイ工場の制御盤更新や新設設備で、三相監視の要求、候補型番の比較、FAT/SATの試験項目を整理したい段階でも、TOMAS TECHへご相談いただけます。実機の電源と負荷条件、停止・復帰の運用を伺い、盤メーカーや設備メーカーと共有できる仕様にまとめます。

FAQ

欠相監視リレーはモータの焼損を必ず防げますか？

必ずとは言えません。監視方式、測定点、故障の位置、モータからの回生電圧、検出時間、停止回路によって結果が変わります。モータの過負荷や過熱に対しては別の保護機器も必要です。実負荷に近い条件で検出と停止を検証します。

相順監視リレーを入れれば逆回転試験は不要ですか？

不要にはなりません。リレーの正常相順と装置の要求する回転方向を現物で対応付ける必要があります。特に移設やケーブル交換後は、相順表示と実際の動作を安全な条件で照合します。

三相電源の逆相対策はどの位置に設けますか？

保護対象と電源切替の境界で決めます。上流の相順だけを見ても、下流の配線交換を捉えられない場合があります。単線結線図に監視点と停止対象を示し、現地で確認します。

欠相保護のRFPには数値をどこまで書くべきですか？

公称電圧だけでなく許容範囲、周波数、負荷、測定点、検知したい故障、許容停止時間、復帰・再始動条件を書きます。リレーの閾値と応答時間は候補型番の資料と試験条件を添えて提案させます。

FATとSATでは同じ試験を繰り返しますか？

役割を分けます。FATでは回路・設定・模擬故障と状態遷移を確認し、SATでは現地の電源、相順、配線、実負荷、運用上の復帰を確認します。実施できない試験は未確認として残し、代替証拠と確認時期を決めます。

参考情報

• Omron K8DS-PH 仕様 — 測定範囲、検知条件、応答時間、復帰方式。
• Schneider Electric Harmony RM17T 製品系列 — 相順・欠相機能と多機能機種の違い。
• Phoenix Contact EMD-SL-PH-400 — 電圧・周波数・不平衡と接点仕様。
• Siemens SIRIUS 3UG4/3RR2 equipment manual — 故障表示と周波数変換器下流の波形条件。
• Omron K8DS-PH カタログ — 運転中欠相の検知と軽負荷時の制約。
• Schneider Electric RM17 サポートFAQ — 相順が不適切な場合の出力接点の切り分け。
• ABB CM-PFS データシート — 相順・欠相、回生電圧に関する制約、接点。

製品仕様は型番・版・販売地域で変わるため、調達時には採用品の最新版資料を確認してください。