JP2021060365A - 感震リレーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 長周期地震動のレベルを算出する機能を備えた感震リレー１台により、複数の居室の個々の電路を遮断することを可能とする。【解決手段】 震度を検出するための加速度センサを備えた親機１と、遮断器７を遮断動作させる遮断信号を出力する子機出力部２４を備えた複数の子機２とを有し、親機１は、加速度センサ１１の加速度情報から長周期地震動のレベルを算出する長周期地震動演算部１６ｂと、長周期地震動演算部１６ｂが算出した長周期地震動のレベルが閾値以上であったら地震発生信号を生成する親機制御部１６と、地震発生信号を子機２に送信する親機無線モジュール１７とを具備する一方、子機２は親機１から地震発生信号を受信する子機無線モジュール２６と、地震発生信号を受信したら子機出力部２４から遮断信号を出力する子機制御部２５とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、地震発生を受けて通電を遮断する感震リレーシステムに関し、特に高層マンション等の高層ビルにおいて発生する長周期地震動を検知可能な感震リレーシステムに関する。

地震発生により、高層マンションの高層階で発生する長周期地震動を検知して、適切な信号を出力する感震リレーがある。例えば特許文献１では、加速度情報を基に長周期地震動成分を算出する長周期地震動演算部を感震リレーに設けて、所定のレベル以上の長周期地震動を検知したら遮断信号を出力して電路を遮断操作した。

特開２０１９−１５７１３号公報

加速度センサにより検知した加速度情報から、長周期地震動のレベルを算出して適切な遮断信号を出力する上記特許文献１の技術は、現実の揺れに即して遮断動作するため、高層マンションの高層階での電路遮断に有効であった。
しかしながら、感震リレーに長周期地震動のレベルを算出する機能を設けたことにより、感震リレーがコスト高なものとなっていた。

一方で、高層マンションで発生する長周期地震動は、同一フロアでは同一のレベルで発生すると考えられるため、同一フロアに複数の住戸（居室）が配置されていても、長周期地震動を算出する感震リレーは１台で対応可能である。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、長周期地震動のレベルを算出する機能を備えた感震リレー１台により、複数の居室の個々の電路を遮断することを可能とする感震リレーシステム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地震を感知したら、遮断器を遮断動作させて電路を遮断操作する感震リレーシステムであって、震度を検出するための加速度センサを備えた感震リレー親機と、遮断器を遮断動作させる遮断信号を出力する子機出力部を備えた少なくとも１台の感震リレー子機とを有し、感震リレー親機は、加速度センサの加速度情報から長周期地震動のレベルを算出する長周期地震動演算部と、長周期地震動演算部が算出した長周期地震動のレベルが所定のレベル以上であったら、地震発生信号を生成する親機制御部と、地震発生信号を感震リレー子機に送信する親機通信部とを具備する一方、感震リレー子機は、感震リレー親機から地震発生信号を受信する子機通信部と、地震発生信号を受信したら子機出力部から遮断信号を出力する子機制御部とを有することを特徴とする。
この構成によれば、加速度センサ及び長周期地震動演算部を備えるのは感震リレー親機だけであり、遮断信号を出力する感震リレー子機は何れも具備しないため、システム全体ではコストダウンを図ることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、親機通信部と子機通信部とは無線通信を実施し、地震発生信号が無線送信されることを特徴とする。
この構成によれば、感震リレー親機と感震リレー子機との間に伝送線を配設する必要が無いため、設置作業が容易である。

請求項３の発明は、請求項２に記載の構成において、無線通信の形態がマルチホップ通信であり、感震リレー親機と感震リレー子機との間の通信に加えて、感震リレー子機が複数設置されている場合は、感震リレー子機間も通信が成されることを特徴とする。
この構成によれば、感震リレー子機が複数設置されて、感震リレー親機との間で通信環境が悪い感震リレー子機が存在しても、他の感震リレー子機を経由して感震リレー親機からの信号を受信することが可能であり、システム内の通信の不具合が発生し難い。

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、感震リレー親機は、遮断器を遮断動作させる遮断信号を出力する親機出力部を有し、親機制御部は、長周期地震動のレベルが所定のレベル以上であったら、親機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、感震リレー親機からも遮断信号が出力されるため、遮断器を遮断動作させることができ、感震リレー子機の機能を持たせることができる。

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、親機制御部及び子機制御部は、遮断信号を遅延生成するための遅延時間カウント部をそれぞれ有し、地震発生信号を生成或いは受信してから、個々に設定された遅延時間の経過を待って、遮断信号が生成されて出力されることを特徴とする。
この構成によれば、所定のレベル以上の地震が発生しても、感震リレー親機、感震リレー子機のそれぞれに設定された遅延時間を待って電路が遮断されるため、個々の居室の状況に合わせたタイミングで電路を遮断でき、居住者は落ち着いて避難等実施できる。

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、クラウド上に長周期地震動演算部の演算プログラムを管理する管理サーバが配置されると共に、感震リレー親機は管理サーバと通信する外部通信部を有し、管理サーバからの更新信号を受けて、感震リレー親機の演算プログラムが更新されることを特徴とする。
この構成によれば、長周期地震動演算部の演算プログラムは管理サーバが管理して更新されるため、管理者が個々に更新する作業が必要無く、作業者の負担を軽減できる。

本発明によれば、加速度センサ及び長周期地震動演算部を備えるのは感震リレー親機だけであり、遮断信号を出力する感震リレー子機は何れも具備しないため、システム全体ではコストダウンを図ることができる。

本発明に係る感震リレーシステムの一例を示す構成図であり、個々の機器を機能ブロックで示している。 感震リレーシステムの設置例の説明図である。 感震リレーシステムの他の設置例の説明図である。

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システムの一例を示す構成図であり、１は地震を感知する機能を備えた感震リレー親機（以下、単に「親機」と称する。）、２は遮断信号を出力する感震リレー子機（以下、単に「子機」と称する。）、３はクラウド上に設置された管理サーバである。
親機１と子機２の間は無線通信を実施する一方、親機１は、ルータ４、通信ネットワークＮを介して管理サーバ３と通信を実施する。

親機１は、加速度センサ１１、後述する遅延時間等を設定する親機入力部１２、設定内容を表示する親機表示部１３、警報ブザーを備えた親機報知部１４、遮断信号を出力する親機出力部１５、ＣＰＵを備えた親機制御部１６、例えば９２０ＭＨｚで子機２と通信する親機無線モジュール１７、管理サーバ３と通信する外部通信ＩＦ１８等を備えている。
そして親機制御部１６は、親機１全体を制御する機能に加えて、加速度センサ１１の加速度情報を基に震度を算出する震度演算部１６ａ、加速度センサ１１の加速度情報から速度を算出し、算出した速度情報から長周期地震動のレベルを算出する長周期地震動演算部１６ｂを備えている。

ここで長周期地震動について説明する。震度が加速度の大きさを基に震度５等の揺れの大きさであるのに対して、長周期地震動は揺れの速度を基にレベルが算出される。このレベルは、気象庁により４段階で設定された絶対速度応答スペクトルの何れかの階級を示す数値であり、加速度センサ１１の加速度情報から速度が算出され、算出した速度情報を基に長周期地震動のレベルが算出される。

このように構成された親機１は、以下のように設定されて動作する。まず、地震発生信号を出力する閾値となる震度及び長周期地震動のレベル、更に親機出力部１５から出力される遮断信号の遅延時間が設定される。設定は、親機入力部１２にパーソナルコンピュータ等の設定手段が接続されて行われる。
ここでは、閾値（判定レベル）として震度５、階級３が設定され、遅延時間は５分が設定されたとして説明する。こうして設定が成されると待ち受け状態となり、地震が発生すると所定の動作を開始する。

地震が発生すると、加速度センサ１１が反応して加速度情報を親機制御部１６に送信する。加速度情報を受信した親機制御部１６では、震度演算部１６ａが震度を算出すると共に、長周期地震動演算部１６ｂが長周期地震動のレベルを算出する。
この算出により、閾値である震度５以上が算出されたら、或いは閾値である階級３以上となるレベルの長周期地震動が算出されたら、地震発生信号を生成して親機無線モジュール１７から子機２に送信する。同時に親機制御部１６は、遅延時間のカウントをスタートすると共に、親機報知部１４の警報ブザーを鳴動させ、間もなく電路が遮断されることを居住者に報知する。そして、遅延時間として設定された５分が経過したら、遮断信号が親機出力部１５から出力され、接続先の遮断器が遮断動作する。

尚、感震リレーシステムを構成する親機１及び子機２は、互いにＩＤが登録されており、親機１と子機２との通信、子機２同士の通信は、マルチホップ通信が実施される。具体的に、１台の親機１と複数台の子機２から成るグループが１つの感震リレーシステムを構成し、例えば、高層住宅のフロア毎に感震リレーシステムが設置される。そして、同一グループの親機１、子機２の間で互いのＩＤが登録され、このＩＤを含む信号が送受される。こうして通信可能な範囲に親機１或いは子機２が設置されていても、グループに属していない機器同士は通信が実施されない。

また、親機１は通信ネットワークＮを介して管理サーバ３と通信して、管理サーバ３の制御により制御プログラムの更新が成されるよう構成されている。管理サーバ３から送信された更新情報は、通信ネットワークＮ、ルータ４を介して外部通信ＩＦ１８に送信され、この情報を認識した親機制御部１６は、受信した情報に従い震度演算部１６ａ或いは長周期地震動演算部１６ｂの制御プログラムの更新を実施する。

一方、子機２は、遅延時間を設定する子機入力部２１、設定内容を表示する子機表示部２２、警報ブザーを備えた子機報知部２３、遮断信号を出力する子機出力部２４、子機２を制御する子機制御部２５、親機１又は子機２と通信する子機無線モジュール２６等を備えている。

このように構成された子機２の設定及び動作は以下のようである。まず子機出力部２４から出力される遮断信号の遅延時間（ここでは、４分とする）が設定される。設定は、子機入力部２１にパーソナルコンピュータ等の設定手段が接続されて行われる。設定が完了すると待ち受け状態となり、地震発生を受けて次のように動作する。
子機２は、外部からの地震発生信号の送信を待ち、グループを構成する親機１或いは子機２から地震発生信号を受信したら、子機制御部２５の制御によりまず子機報知部２３が警報ブザーを鳴動させて間もなく電路が遮断されることを報知する。そして遅延時間のカウントを開始する。更に、地震発生信号を受信していない他の子機２に対して地震発生信号を中継して送信する。
その後、設定された４分の遅延時間が経過したら、子機出力部２４から遮断信号が出力される。

図２は上記親機１と子機２により構成された感震リレーシステムの設置例を示し、集合住宅の同一フロアに設置された感震リレーシステムを示している。図２に示すように、感震リレーシステムは１台の親機１と複数の子機２により構成され、複数ある居室のうち任意の１つの居室（図２では居室Ｂ）に親機１が設置され、他の居室に子機２が設置されている。そして、このようにグループ化された感震リレーシステムが各フロアに設置されている。
親機１及び子機２は、何れも分電盤６内に設置され、親機１、子機２のそれぞれに設けられている出力部（親機出力部１５、子機出力部２４）は、分電盤６内の主幹ブレーカ（遮断器）７が遮断するよう接続されている。

このように親機１、子機２を設置することで、親機１から発信された地震発生信号は個々の子機２にて受信される。但し、高層階から成る集合住宅の高層階では加速度は小さくなるため震度が閾値以上となることは無く、長周期地震動が設定された閾値（レベル）以上となることで地震発生信号が生成されて送信される。一方低層階では、加速度は大きく長周期地震動は小さいため、震度が閾値以上となることで、地震発生信号が生成されて送信される。

親機１と子機２との間の通信は、親機１をマスター、子機２をスレーブとしたマルチホップ通信が行われ、親機無線モジュール１７と子機無線モジュール２６の間で通信が行われる。また、子機２同士も通信を実施し、親機１から発信された信号が届かない子機２に対しては、親機１とその子機２との間に配置された他の子機２により信号が中継され、子機無線モジュール２６の間で通信が行われる。こうして、親機１から発信された地震発生信号は、グループを構成する全ての子機２に送信される。

具体的な動作を図２の形態を参照して説明すると、居室Ｂの遮断器７は親機１の制御で遮断動作し、居室Ａ，Ｃの遮断器７は、親機１から地震発生信号を子機２が直接受信することで遮断動作する。尚、親機１はまず報知動作し、その後設定された遅延時間が経過したら遮断信号を出力するし、それぞれの子機２は、地震発生信号を受信した時点で子機報知部２３が報知動作し、個々の子機２で設定された遅延時間が経過したら遮断信号がそれぞれ出力される。
一方、居室Ｄの子機２は、親機１が発信した信号が受信できない位置にあったとしても、居室Ｃの子機２を経由して親機１が出力した地震発生信号を受信でき、この信号の受信により警報を発し、居室Ｄの遮断器７は遅延遮断動作する。

こうして、親機１は近隣に設置された複数の子機２と通信を実施して地震発生信号を子機２に送信する。また、比較的親機１から離れて設置されている子機２に対しては、途中の子機２により中継された地震発生信号が送信され、受信される。
尚、ここでは、同一フロアの居室に１つの感震リレーシステムを設置した場合を示したが、隣接する上下の２フロアは、長周期振動の揺れ方に大きな違いが無いため、１つの感震リレーシステムで２フロアの居室に対応させても良い。

このように、加速度センサ１１及び震度演算部１６ａ、更に長周期地震動演算部１６ｂを備えるのは親機１だけであり、遮断信号を出力する子機２は何れも具備しないため、システム全体ではコストダウンを図ることができる。また、親機１と子機２との間に伝送線を配設する必要が無いため、設置作業が容易である。
更に、子機２が複数設置されて、親機１との間で通信環境が悪い子機２が存在しても、マルチホップ通信を実施することで、他の子機２を経由して親機１からの信号を受信することが可能であり、システム内の通信の不具合が発生し難い。
また、所定のレベル以上の地震が発生しても、親機１、子機２のそれぞれに設定された遅延時間を待って電路が遮断されるため、個々の居室の状況に合わせたタイミングで電路を遮断でき、居住者は落ち着いて避難等実施できる。
加えて、長周期地震動演算部１６ｂの演算プログラムは管理サーバ３が管理して更新されるため、管理者が個々に更新する作業が必要無くスムーズに更新でき、作業者の負担を軽減できる。

図３は、感震リレーシステムの他の設置例を示している。但し、集合住宅の同一フロアに設置された感震リレーシステムを示している。
上記図２に示す形態と同様に、１台の親機１と複数の子機２により１つのグループを形成している。但し、親機１は共用部に設置され、子機２が各居室に設置されている。

子機２は何れも分電盤６内に設置され、子機出力部２４は分電盤６内の遮断器７である主幹ブレーカが遮断するよう接続されている。
このようにシステムを構成しても、発生した地震の震度及び長周期地震動のレベルを親機１が算出し、何れか一方の数値が閾値以上を示したら地震発生信号を子機２に対して送信する動作は、上記形態と同様であり、個々の子機２で設定された遅延時間が経過したら電路の遮断が成される。

具体的に図３では、居室Ｇの遮断器７は、親機１から地震発生信号を直接受信した居室Ｇの子機２の制御で遮断動作する。そして、居室Ｆの遮断器７は、居室Ｇの子機２を経由して親機１が発信した地震発生信号を受信することで遮断動作するし、居室Ｅの遮断器７は、居室Ｇの子機２及び居室Ｆの子機２を経由して地震発生信号を受信することで遮断動作する。

このように配置した場合、親機１は居住者の許可を得ること無く容易にメンテナンスでき作業者にとって利便性が良い。加えて、上記図２の設置形態では、親機１が遮断信号を出力して遮断器７を遮断動作させるため、子機２の機能を備えているが、図３の形態では、親機１に遮断信号を出力する親機出力部は必要無く、構成を簡略にできる。

尚、上記実施形態では、親機１と子機２の間等の機器間の通信を無線とし、マルチホップ通信を実施させているが、機器同士を有線接続しても良い。
また、親機１は外部通信ＩＦ１８を備えて、管理サーバ３の制御でプログラムのアップデートを実施させているが、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）を形成する制御ユニットを備えた居室であれば、その制御ユニットを介して外部のクラウドと連系させてプログラムのアップデート等を行わせても良い。

１・・感震リレー親機、２・・感震リレー子機、３・・管理サーバ、６・・分電盤、７・・遮断器、１１・・加速度センサ、１５・・親機出力部、１６・・親機制御部、１６ａ・・震度演算部、１６ｂ・・長周期地震動演算部、１７・・親機無線モジュール（親機通信部）、１８・・外部通信部、２４・・子機出力部、２５・・子機制御部、２６・・子機無線モジュール（子機通信部）、Ｎ・・通信ネットワーク。

Claims (6)

1. 所定の大きさ以上の地震を感知したら、遮断器を遮断動作させて電路を遮断操作する感震リレーシステムであって、
   震度を検出するための加速度センサを備えた感震リレー親機と、遮断器を遮断動作させる遮断信号を出力する子機出力部を備えた少なくとも１台の感震リレー子機とを有し、
   前記感震リレー親機は、前記加速度センサの加速度情報から長周期地震動のレベルを算出する長周期地震動演算部と、
   前記長周期地震動演算部が算出した長周期地震動のレベルが所定のレベル以上であったら、地震発生信号を生成する親機制御部と、
   前記地震発生信号を前記感震リレー子機に送信する親機通信部とを具備する一方、
   前記感震リレー子機は、前記感震リレー親機から前記地震発生信号を受信する子機通信部と、
   地震発生信号を受信したら前記子機出力部から前記遮断信号を出力する子機制御部とを有することを特徴とする感震リレーシステム。
2. 前記親機通信部と前記子機通信部とは無線通信を実施し、地震発生信号が無線送信されることを特徴とする請求項１記載の感震リレーシステム。
3. 前記無線通信の形態がマルチホップ通信であり、前記感震リレー親機と前記感震リレー子機との間の通信に加えて、
   前記感震リレー子機が複数設置されている場合は、感震リレー子機間も通信が成されることを特徴とする請求項２記載の感震リレーシステム。
4. 前記感震リレー親機は、遮断器を遮断動作させる遮断信号を出力する親機出力部を有し、
   前記親機制御部は、長周期地震動のレベルが所定のレベル以上であったら、前記親機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乃至３の何れかに記載の感震リレーシステム。
5. 前記親機制御部及び前記子機制御部は、前記遮断信号を遅延生成するための遅延時間カウント部をそれぞれ有し、
   前記地震発生信号を生成或いは受信してから、個々に設定された遅延時間の経過を待って、遮断信号が生成されて出力され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システム。
6. クラウド上に前記長周期地震動演算部の演算プログラムを管理する管理サーバが配置されると共に、前記感震リレー親機は前記管理サーバと通信する外部通信部を有し、
   前記管理サーバからの更新信号を受けて、前記感震リレー親機の前記演算プログラムが更新され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システム。

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