電気時計と設備時計・電波時計

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設備時計・電気時計とは

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設備時計は、建築物の内外や公園など公共場所、その他各所に設置される、電気を使用して駆動する時計である。電池を使用した時計とは違い、電源供給を有線で行うものを総称して、設備時計と呼んでいる。電気時計と呼ぶこともあるが、意味は同様である。

1台の親時計と、親時計から発信されるパルスによって運針する子時計、付帯する電源や配線などで構成されている。特殊なものとしては、花時計や噴水時計、モーニングコール、手術時計、塔時計などがある。

設備時計のシステム下では、親時計に接続された子時計はすべて同じ時間を示す。各々の場所に独立した時計を設置してしまうと、年月を経た後の誤差が大きくなり、秒単位で時間がずれてしまう。多数の時計を設置する場合は、防災センターや管理室に親時計を設置することで、子時計すべての時間を一斉に調整できる。

施設内が停電した場合でも、親時計に接続されたUPS等の予備電源により、子時計を一定時間動作できる。

電気時計の種類

原子時計(ルビジウム時計)

放送局用の標準時計装置など、高精度を求められるような特殊用途での時計設備の場合では、極めて正確な時間合わせが必要であり、常にJST日本標準時に時計を合わせ続けなければならない。時刻合わせをする方法は、FM電波や長波電波の不安定なものではなく、タイムサーバとネットワーク回線を用いて時刻合わせをする方法が採用される。

時間を刻むための周波数発振装置については、水晶時計ではなくルビジウム原子の共鳴を利用したものを使用することがあり、水晶時計よりも2桁以上高い安定度を確保できる。水晶時計が約900,000秒に1秒ずれるとすると、ルビジウム式は約100,000,000秒に1秒のずれ( 約0.3秒/年のずれ )まで、誤差を小さくすることができるとされる。

ルビジウム時計は非常に高価であり、数百万円以上の投資が必要といわれているため、放送局の用途でなければ、採用されることはまずない。

前述した、標準電波の電波発信所では、極めて高精度の時刻を要求されるため、原子時計が設置されている。この原子時計によって設定された時刻情報を、電波によって発信し、受信側は比較的廉価な水晶時計(クォーツ時計)によって時刻を表示していると言うのが、一般的なシステムといえる。

水晶時計(クォーツ時計)

一般的な設備時計は、水晶時計(クォーツ時計)が選定される。水晶時計の時間精度は比較的悪く、0.7秒/週程度でずれていく。時間のずれを放置すると、設備の運用にも支障が発生するため、何らかの方法で時刻を補正しなければならない。

FM電波による時刻修正や、長波電波による修正機能を設備時計に搭載させて、自動で時刻補正させることにより、時間的なズレを極めて小さくできる。標準時刻情報を電波によって受信して時刻合わせをする時計を、電波時計と呼ぶ。

電波時計は、設備時計に限らず、腕時計や掛け時計などでも標準的に装備されている仕様であり、価格も非常に低く抑えられている。

設備時計・電気時計の機能

設備時計は、本体内に高精度年間プログラムタイマーが内蔵されており、多くのプログラムを組み込む事ができるようになる。最近ではパソコンに接続し、USB端子接続によってプログラム設定ができるなど、ユーザーインターフェースの工場が図られている。FMラジオによる電波時刻修正なども装備でき、時間のズレに対する補正もオートメーション化されている。

電気時計は設定プログラムに応じて、独立接点(メイク接点)を出力できる。設定した時間に照明をオンオフしたり、空調機の発停を行うといった中央監視設備的な動作を指せることも可能である。チャイム出力接点などを持っている機種であれば、放送設備を設置せず、簡易にBGMを流すことが可能である。

設備時計を選定する場合、原則として停電保証機能付とするのが良い。長時間停電した場合は、停電復帰後に張針を行う必要がある。電波時計機能を持っている機種であれば、自動的に調針できる。

設備時計・電気時計の構成

設備時計には、親時計と子時計で構成される親子式と、子時計のみで構成される単独式の二種類の構成がある。

親子式設備時計方式

時刻の基準となる親時計を防災センターや管理室に配置し、必要な各所に子時計を設置する方式である。親時計によって時刻を管理し、集中制御するので、全ての設備時計の時刻を統一できる。学校では、校舎上部に大型の子時計を設け、防災センターや管理室から遠隔で時刻合わせを行っている。当然、電池交換は不可能であり、配線を用いて電源供給されている。

他にも、体育館の高所についている時計も、親時計に制御された子時計であり、配線によって電源供給されている。これも、親時計から時刻設定を行うのができ、時刻の統一を図れる。

親時計については、1回路程度の小型システムから、数十回路を持つ自立式ラック搭載の大規模システムまで、幅広く構成できる。設備時計を設計する場合、1回路に接続できる子時計の台数に制限があるので、時計の回路数と時計台数に必要系統の算出をする。

親時計を選定する際は、電波による時計合わせ機能の有無、停電補償用の予備電源の有無などを計画し、機種を選定する。停電補償用電池は、約5年程度で寿命となるので、電池交換を行う必要がある。

子時計は、親時計からパルス信号を受信し、ロータやパルスモーターによって駆動する。電圧は一般的に12Vや24Vで、子時計への単独電源は基本的に不要である。親子式電気時計設備は、親時計の時刻表示を一定時間のパルス信号で一斉運針するもので、子時計は親時計と同じ表示となる。回路毎に子時計を一斉に進めたり、遅らせたりすることも容易に対応できる。

単独式設備時計

親時計を持たず、子時計単独で運用する時計方式である。街路灯に併設した時計や、公園の花時計では、単独式設備時計のシステムが採用されている。電波時計となっており、時刻合わせはFM電波を利用し、自動修正させることがほとんどである。

設備時計の視認距離と、子時計の大きさ

時計を設ける場合、目視する位置からの距離に応じて、時計サイズを選定する。一般的な方法であるが、離隔距離10~20mで300φ(教室)、30mで400φ(会議室)、40mで400φ(講堂)、60mで600φ(プール)、140mで900φ(校舎)、180mで1000φ(校舎)程度とされている。

意匠的に時計を大きく見せたい場合には、さらにサイズを大きくすることも可能であるし、逆に小さくできる。時計の針が小さすぎると、時刻が読めないというクレームに繋がるので、視認距離の限界を計算し、機種選定することが重要である。

タイムサーバシステム

タイムサーバシステムを導入することで、時刻合わせをするためのシステムを構内に構築し、パソコン類や放送設備、自動火災報知設備、セキュリティ・監視カメラに時刻情報を提供することで、各々若干ずつズレてしまう内部時計を統一できる。

これら設備類は、各々が独自の時刻合わせのシステムを構築しており、電波時計を内蔵しているものや、外部タイムサーバに通信するものなど、多岐に渡る。時刻調整方法が違っても、表示される時刻がまったく同じであれば運用に支障はないが、これら時間を一元管理し、時刻のズレを確実に無くしたい場合は、タイムサーバの導入が推奨される。

タイムサーバの時刻補正方法

タイムサーバによる時刻補正は、GPSアンテナ、標準電波(長波JJY)、地上デジタル信号、NHK-FM信号等により時刻を受信し、NTPやSNTPによって時刻情報を提供する。GPSアンテナ方式や標準電波方式であれば、インターネットに接続することがないため、セキュリティ上、外部に接続できないネットワーク機器の時刻合わせに使用すると良い。

電波時計とは

電波時計とは、電波送信所から送られてくる標準電波を受信し、自動で時刻補正を行なう時計である。掛時計や目覚まし時計など、各種時計に付属する機能として、広く普及している。

電波時計の時刻合わせ方法

東日本では、福島県にある大鷹鳥谷山(おおたかどややま)山頂付近に設置された電波送信所から、周波数40kHzで発信される標準電波を受信し、電波時計の時刻合わせを行っている。

西日本の場合は、福岡県にある羽金山(はがねやま)山頂付近の電波送信所から、周波数60kHzで発信される標準電波を受信し、電波時計の時刻合わせを行っている。

電波受信範囲は、送信所から約1,000kmの範囲とされているため、日本国内は一部の離島を除いて全て包含しており、どの場所でも時刻補正が可能になる。受信可能な場所であっても、天候不順であったり、建物が周囲に密集していたりすると、正常に受信できないことがある。

標準電波(長波JJY)の特徴

標準電波とは、時・分・1月1日からの通算日・西暦の下2桁・曜日のことで、これが電波送信所から発信され、この情報を元にして時刻修正を行うシステムとなる。

電波時計の時刻補正は、時計を見ることの少ない深夜に行われることが多く、頻度は1日に1回程度である。水晶時計(クォーツ時計)の場合、高性能なもので900,000秒に1秒のズレであり、日数に換算すると、900,000 / 60×60×24 = 10.42日 となる。10日に1秒のずれであり、1日1回の時刻補正でも、十分である。

メーカーでは、1ヶ月に15秒近くずれると表示していることが多いが、毎日1回~2回補正されれば、これも問題にはならない。

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