JP2019015713A - 感震リレー - Google Patents

Abstract

【課題】 マンションの高層階など長周期地震動で揺れる環境で使用した際に、長周期地震動を検知でき設定したレベル以上の長周期地震動を感知したら電路を遮断する信号を出力する高感震リレーを提供する。【解決手段】 加速度センサ１と、加速度センサ１が出力する加速度情報から長周期地震動成分の揺れの大きさを算出する長周期地震動演算部７ｂと、算出した長周期地震動の揺れの大きさが予め設定された複数の階級のうちの何れの階級であるか判定するレベル判定部７ｃと、電路を遮断するための警報信号を出力する出力部６とを有し、レベル判定部７ｃは、長周期地震動の揺れの大きさが所定の階級以上であったら出力部６から警報信号を出力させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、地震発生を受けて遮断器を遮断動作させる感震リレーに関する。

住宅用分電盤等に設置された感震リレーは、通常震度５強の地震が発生したら感知動作するよう設定され、地震を感知したら例えば擬似漏電を発生させて主幹ブレーカが遮断動作するよう構成されている。
その性能確認試験は、周期を０．３秒、０．５秒及び０．７秒とし、周期ごとに加速度を２５０ｃｍ／ｓ２（ｇａｌ）で水平（前後）方向、及び、水平（左右）方向に加振したときに１０秒以内に感震動作をすることとされている。

しかしながら、この周期基準は、建物の高さで言えば地上階やマンションなどの低層階において被害が起こることを想定した短周期の地震波に対する震度であり、高層マンションの高層階などで使用した場合は、想定外の振動で動作する問題が発生した。これは、例え地上階の地震波が小さい場合でも、地震波周期と建物の共振周波数が一致すると高層階では長周期地震動の大きい揺れとなるためで、地上階では地震被害に至らないレベルの揺れであっても感震動作してしまうことによる。
そのため、感震震度を変更可能として、高層の住戸での頻繁な遮断動作を低減できるよう構成された感震リレーがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−２１１９２０号公報

上述したように、感震リレーの感震震度を変更可能として、高層階においては感震レベルを上げて誤動作の低減を可能としたが、逆に長周期地震動が家具等が転倒するような危険な揺れとなった場合でも感知しない恐れがある為、高層階の居住者は採用を躊躇する傾向にあった。

一方で、気象庁から図２に示すような長周期地震動階級の絶対速度応答スペクトルＳｖａの値が示されている。図２では周期が１．５秒から８秒の範囲で、絶対速度応答スペクトルＳｖａを４段階に分けた長周期地震動階級の表が提示されている。
そのため、この条件の揺れを検知すれば、レベル（階級）に応じた信号を出力することが可能となり、高層の住戸であっても被害の程度に則したレベルで揺れの大きさを判定することが可能となる。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、マンションの高層階など長周期地震動が問題となる場所に設置した際に、長周期地震動を検知でき、設定したレベル以上の長周期地震動を感知したら電路を遮断する信号を出力する感震リレーを提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、所定の大きさ以上の揺れを感知したら電路を遮断するための遮断信号を出力する感震リレーであって、加速度センサと、当該加速度センサが出力する加速度情報から長周期地震動成分の揺れの大きさを算出する長周期地震動演算部と、算出した長周期地震動の揺れの大きさが予め設定された複数の階級のうちの何れの階級であるか判定するレベル判定部と、外部に信号を出力する出力部とを有し、レベル判定部は、長周期地震動の揺れの大きさが所定の階級以上であったら出力部から遮断信号を出力させることを特徴とする。
この構成によれば、感知した長周期地震動の揺れの大きさが予め設定された大きさ以上であったら遮断信号が出力されるため、この信号を利用することで、高層階において実際に被害の出る恐れのある揺れに即して電路遮断を実施することが可能となる。よって、従来の震度に基づく感震動作に比べて揺れの大きさに応じた動作となるため、実態にそぐわない動作を無くすことができる。
尚、階級（長周期地震動階級）とは、気象庁により図３に示すよう４段階に区分けされた絶対速度応答スペクトルＳｖａのレベルである。また絶対速度応答スペクトルＳｖａとは、地表や低層階に設置された地震計の観測データから計算された減衰定数５％の速度応答スペクトルである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、出力部が出力する遮断信号を遅延させる出力遅延部を有し、出力遅延部は、レベル判定部が所定の階級以上であると判定しても、算出した長周期地震動の揺れの大きさが所定の階級を下回った時点から、更に一定時間が経過したら出力部から遮断信号を出力させることを特徴とする。
この構成によれば、遮断信号は、揺れが小さくなり更に一定時間が経過したら出力されるため、居住者の避難が終了した頃をみはからって電路を遮断するのに好適であり、居住者の安全確保に活用できる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の構成において、一定時間を設定する遅延時間設定部を有することを特徴とする。
この構成によれば、遅延時間を設定できるため、設置環境に応じて或いは利用者の要求に応じて変更でき、利便性が良い。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成において、複数の階級のうち、遮断信号を出力する階級の閾値を設定する遮断レベル設定部を有することを特徴とする。
この構成によれば、感震リレーを設置する場所（高層階の何階か）に応じて感度を変更でき、より目的に合った動作に変更できる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の構成において、出力部は、漏電遮断器を備えた特定の電路に漏電を擬似発生させるための擬似漏電発生端子を有し、遮断信号が擬似漏電発生端子から出力される擬似漏電信号であることを特徴とする。
この構成によれば、遮断信号により漏電遮断器が遮断動作する。よって、専用の遮断器を設けることなく既に設置されている既存の漏電遮断器を使用して、所定震度以上の地震が発生したら電路の遮断ができ、利便性が良い。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の構成において、加速度センサが出力する加速度情報から震度を算出する震度演算部を有し、レベル判定部は、算出された震度が予め設定された震度以上であったら、遮断信号を出力させることを特徴とする。
この構成によれば、震度判定に基づいて出力される信号も使用でき、低層階においても良好に電路を遮断できる。

請求項７の発明は、請求項６に記載の構成において、長周期地震動演算部が算出した揺れの大きさを受けて出力される遮断信号と、震度演算部が算出した揺れの大きさを受けて出力される遮断信号とが、同一の出力部から出力され、何れか一方の遮断信号のみを出力させるか、双方の遮断信号を出力させるか、レベル判定部に対して出力を選択設定する選択部を有することを特徴とする。
この構成によれば、長周期地震動の判定と震度判定の一方を選択できるし、双方を併用することもでき、高層マンションの低層階、中層階、高層階の何れの住戸に対しても良好な電路遮断動作を実現できる。また、１つの出力部で対応するため、接続間違いの恐れがない。

本発明によれば、感知した長周期地震動の揺れの大きさが予め設定された大きさ以上であったら遮断信号が出力されるため、この信号を利用することで、高層階における電路の遮断動作を実際に被害の出る恐れのある揺れの大きさに即して実施することが可能となる。よって、従来の震度に基づく感震動作に比べて揺れの大きさに応じた動作となるため、実態にそぐわない動作を無くすことができる。

本発明に係る感震リレーの一例を示すブロック図である。 長周期地震動に関する情報の発表に用いる長周期地震動階級の絶対速度応答スペクトルの値の表図である。 図２の絶対速度応答スペクトルをグラフ化した一例を示す図である。 感震リレーの他の形態を示すブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る感震リレーＲ１のブロック図を示し、１は加速度センサ、２は設定部、３は表示部、４は報知部、５は記憶部、６は警報信号（遮断信号）を出力する出力部、７は各種演算を実施すると共に感震リレーＲ１の各部を制御するＣＰＵを備えた演算制御部である。尚、ここでは感震リレーＲ１を分電盤に組み込んで、分電盤内の電路を遮断する構成を説明する。

加速度センサ１は、水平方向の加速度に加えて垂直方向の加速度を検知する３次元の加速度センサであり、加速度に応じた信号を出力する。

設定部２は、例えばテンキーを有して構成され、分電盤（図示せず）内の電路を遮断するための警報信号を出力する揺れの大きさの閾値の設定や、出力する信号の選択が成される。例えば震度５強等の震度閾値が設定されるし、長周期地震動の揺れの階級、例えば図２に示す長周期地震動階級３等が選択されて閾値に設定される。
また、設定された閾値のうち震度閾値、長周期地震動階級の閾値のどちらを使用するか、或いは双方を使用するかの選択設定が行われる。尚、テンキーでなくても良く、例えばセレクトスイッチを使用しても良い。

表示部３は、例えば液晶表示部により構成され、閾値等の設定内容を表示するし、演算結果に基づき感知した揺れの震度や長周期地震動の階級を表示する。尚、表示部３はＬＥＤランプを用いた簡易な構成としてその発光形態の変化で表示させても良い。

報知部４は、スピーカ等の報音部、発光通知するＬＥＤ等を有し、演算結果が設定された閾値或いは閾値を上回る数値であったら、即時に警報音を報音するしＬＥＤの点滅等を実施する。

記憶部５は、演算された揺れの大きさから震度を決定するためのデータ、長周期地震動の階級を決定するためのデータ、また設定部２で設定された閾値の保存に加えて、長周期地震動の判定基準と成る揺れの周期又は周期範囲等が保存されている。

出力部６から出力される警報信号は、分電盤内の主幹電路或いは分岐電路、更には分岐先の特定のコンセントを遮断操作するために使用される。例えば、警報信号により擬似漏電を発生させれば、電路に接続されている漏電遮断器が遮断動作させることができる。そして、この漏電遮断器が分電盤の主幹ブレーカ（図示せず）であれば、主電路を遮断して住戸全体の電源を遮断させることができる。

また、出力部６から伝送線を分電盤外部へ送出しても良く、地震の発生を受けて停止させたい電気機器が分電盤外にあれば、それを停止（遮断動作）させることができる。

演算制御部７は、加速度センサ１からの加速度情報を基に地震の震度を算出する震度演算部７ａ、加速度センサ１の加速度情報から予め設定された周期（長周期地震動の周期）の成分を抽出し、絶対速度応答スペクトルＳｖａに対応する速度応答スペクトルＳｖを算出する長周期地震動演算部７ｂ、算出された長周期地震動の階級を判定すると共に算出した震度或いは長周期地震動の階級が設定された閾値以上であるか判定するレベル判定部７ｃ等を備え、震度演算部７ａの演算結果、或いは長周期地震動演算部７ｂの演算結果が、設定した閾値以上であったら、出力部６から警報信号が出力される。
また演算制御部７は、表示部３及び報知部４を制御し、所定の表示及び報音等を実施させる。

以下、演算制御部７による地震判定の演算について説明する。尚、震度演算部７ａの演算内容は従来と同様であるため説明を省略し、ここでは長周期地震動のレベル演算について説明する。
上述した図２に示すように、長周期地震動は１．５秒〜８秒の周期で発生した揺れを対象としており、長周期地震動演算部７ｂがこの周期範囲の揺れの大きさを算出する。即ち絶対速度応答スペクトルＳｖａに対応する速度応答スペクトルＳｖを演算し、算出した速度応答スペクトルＳｖが図２に示す４階級のうち何れのレベルであるかレベル判定部７ｃが判定する。
図３は長周期地震動を検出した地震波の一例を示し、最大で階級４のレベルの長周期地震動を検出した場合を示している。尚、図３は気象庁により仮設定されたグラフであり長周期地震動の範囲を１．６秒〜７．８秒の間としている。

例えば、長周期地震動の閾値が階級３に設定されていたら、図３に示す５個のピークＰ１〜Ｐ５が階級３以上であるため、ピークＰ１〜Ｐ５の５個のピークの何れかを検出したら警報信号が出力される。また、閾値が階級４に設定されていたら、図３に示す２つのピークＰ２，Ｐ４の何れかを検出したら警報信号が出力される。

尚、震度演算部７ａは、加速度センサ１の加速度情報から震度を算出し、算出された震度が設定された震度閾値以上であるとレベル判定部７ｃが判断したら、出力部６から警報信号が出力される。そして、この震度閾値、及び長周期地震動の閾値の双方が設定部２において選択されていたら、レベル判定部７ｃは何れか一方の揺れが閾値以上であれば警報信号を出力させるし、何れか一方の警報信号の出力のみ選択されていたら、選択された方の警報信号のみ出力部６から出力させる。

このように、感知した長周期地震動の揺れの大きさが予め設定された大きさ以上であったら警報信号（遮断信号）が出力されるため、高層階における電路の遮断動作を実際に被害の出る恐れのある揺れの大きさに即して実施することが可能となる。よって、従来の震度に基づく感震動作に比べて揺れの大きさに応じた動作となるため、実態にそぐわない動作を無くすことができる。
また、長周期地震動の判定と震度判定の一方のみを選択できるし、長周期地震動の判定と震度判定の双方を併用することもでき、高層マンションの低層階、中層階、高層階の何れの住戸に対しても良好な電路遮断動作を実現できる。また、１つの出力部で対応するため、接続間違いの恐れがない。特に、高層階においては長周期地震動の判定のみ選択することで、電路の遮断操作を揺れの程度に応じた適切な判断で実施できる。
更に、警報信号を出力する階級の閾値を設定する設定部２を備えるため、感震リレーＲ１を設置する場所（高層階の何階か）に応じて感度を変更でき、より目的に合った動作に変更できる。

図４は感震リレーの他の形態のブロック図を示している。図４の感震リレーＲ２は、上記図１と演算制御部７及び出力部６の構成が異なっている。以下、共通する構成要素の説明は省略し、相違点を中心に説明する。
演算制御部７は、震度演算部７ａ、長周期地震動演算部７ｂ、レベル判定部７ｃに加えて、出力遅延部７ｄを有している。また、出力部６ａ（６）は、漏電を擬似発生させるために２つの端子（擬似漏電発生端子）１２，１２を有し、その間にリレー１１が配置されている。このリレー１１は、出力遅延部７ｄが出力する信号（起動信号）によりオン動作する。

出力遅延部７ｄは、レベル判定部７ｃの判定結果を受けて遅延信号を出力する。即ち、震度演算部７ａが演算した震度、或いは長周期地震動演算部７ｂが演算した結果が、設定された閾値に達したら或いは超えたと判定したら、まず閾値以上の数値となっている演算結果が閾値より下がるのを待ち、その間出力部６から警報信号は出力されない。
そして、閾値を下回ってから、更に予め設定されている時間、例えば５分等をカウントし、その時間が経過したら出力部６に起動信号を出力して出力部６から警報信号を出力させる。尚、地震が発生してから警報信号が出力されるまでの遅延時間は、震度閾値の設定、長周期地震動の閾値の設定と同様に、設定部２で設定及び変更することができる。

起動信号を受けた出力部６ａは、擬似漏電発生端子１２、１２が、漏電遮断動作させたい漏電遮断器の特定の１次側端子と２次側端子に接続されることで、漏電遮断器を跨いだ電路が形成される。こうすることで、リレー１１のオン動作により擬似漏電発生端子１２が接続された電路が閉状態になると、通電状態となり漏電経路が形成されて漏電が擬似発生する。即ち、出力部６ａから警報信号としての擬似漏電信号が出力されて、漏電遮断器が遮断動作する。
また、遮断させたい特定の漏電遮断機能を備えた分岐ブレーカに対して出力部６ａを接続すれば、特定の分岐電路のみ遮断動作させることができる。

このように、警報信号は、揺れが小さくなり更に一定時間が経過したら出力されるため、居住者の避難が終了した頃をみはからって電路を遮断操作するのに好適であり、居住者の安全確保に活用できる。
また、警報信号が擬似漏電信号であって、漏電を擬似発生させて漏電遮断器を遮断動作させることができるため、専用の遮断器を設けることなく既存の漏電遮断器を使用して、所定震度以上の地震が発生したら電路の遮断ができ、利便性が良い。
加えて、遅延時間を設定できるため、設置環境に応じて或いは利用者の要求に応じて変更でき、利便性が良い。

尚、上記実施形態では、震度演算部７ａが算出した震度に基づく警報信号と、長周期地震動演算部７ｂが算出した揺れの大きさに基づく警報信号とが同一の出力部６から出力される構成であるが、出力部を独立させても良く、使用する信号を出力部の選択により決定しても良い。
また、感震リレーを分電盤に設置した構成を示したが、分電盤外に設置して分電盤内の電路を遮断させても良いし、分電盤から配設された分岐電路を遮断しても良い。
更に、図１に示す感震リレーＲ１では、出力部に擬似漏電を発生させるリレーを設けていないが、図４の感震リレーＲ２と同様にリレーを設けても良い。
また、

１・・加速度センサ、２・・設定部（遮断レベル設定部、選択部、遅延時間設定部）、６・・出力部、７・・演算制御部、７ａ・・震度演算部、７ｂ・・長周期地震動演算部、７ｃ・・レベル判定部、７ｄ・・出力遅延部、１２・・擬似漏電発生端子。

Claims (7)

1. 所定の大きさ以上の揺れを感知したら電路を遮断するための遮断信号を出力する感震リレーであって、
   加速度センサと、当該加速度センサが出力する加速度情報から長周期地震動成分の揺れの大きさを算出する長周期地震動演算部と、
   算出した長周期地震動の揺れの大きさが予め設定された複数の階級のうちの何れの階級であるか判定するレベル判定部と、
   外部に信号を出力する出力部とを有し、
   前記レベル判定部は、長周期地震動の揺れの大きさが所定の階級以上であったら前記出力部から前記遮断信号を出力させることを特徴とする感震リレー。
2. 前記出力部が出力する前記遮断信号を遅延させる出力遅延部を有し、
   前記出力遅延部は、前記レベル判定部が所定の階級以上であると判定しても、算出した前記長周期地震動の揺れの大きさが前記所定の階級を下回った時点から、更に一定時間が経過したら前記出力部から前記遮断信号を出力させることを特徴とする請求項１記載の感震リレー。
3. 前記一定時間を設定する遅延時間設定部を有することを特徴とする請求項２記載の感震リレー。
4. 前記複数の階級のうち、前記遮断信号を出力する階級の閾値を設定する遮断レベル設定部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の感震リレー。
5. 前記出力部は、漏電遮断器を備えた特定の電路に漏電を擬似発生させるための擬似漏電発生端子を有し、
   前記遮断信号が前記擬似漏電発生端子から出力される擬似漏電信号であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の感震リレー。
6. 前記加速度センサが出力する加速度情報から震度を算出する震度演算部を有し、
   前記レベル判定部は、算出された震度が予め設定された震度以上であったら、前記遮断信号を出力させることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の感震リレー。
7. 前記長周期地震動演算部が算出した揺れの大きさを受けて出力される前記遮断信号と、前記震度演算部が算出した揺れの大きさを受けて出力される前記遮断信号とが、同一の前記出力部から出力され、
   何れか一方の前記遮断信号のみを出力させるか、双方の遮断信号を出力させるか、前記レベル判定部に対して出力を選択設定する選択部を有することを特徴とする請求項６記載の感震リレー。

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