特許 6463908 地下変電所の変圧器冷却システムおよび変圧器冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6463908

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年2月6日

(54)【発明の名称】地下変電所の変圧器冷却システムおよび変圧器冷却方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/16 20060101AFI20190128BHJP

   H01F 30/10 20060101ALI20190128BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20190128BHJP

【ＦＩ】

   H01F27/16

   H01F30/10 S

   H05K7/20 P

【請求項の数】11

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-119365(P2014-119365)

(22)【出願日】2014年6月10日

(65)【公開番号】特開2015-233076(P2015-233076A)

(43)【公開日】2015年12月24日

【審査請求日】2017年5月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】390014568

【氏名又は名称】東芝プラントシステム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 偉生

(72)【発明者】

【氏名】今井 晋吾

(72)【発明者】

【氏名】榮田 嘉雄

(72)【発明者】

【氏名】西嶋 修

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−００２４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９１１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９１１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−０８９５７４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−１０６４２４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１０−２２３４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５８２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３２３７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１９０９４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭５９−１８６６７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０２−０７５８９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ２７／１６

Ｈ０１Ｆ ３０／１０

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ２８Ｆ １９／００

Ｆ２８Ｆ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

循環水が循環する経路上に設けられ、前記循環水と熱交換することで地下変電所に設置される変圧器の発生熱を前記変圧器から除去する一次冷却手段と、
前記一次冷却手段とは離れた位置であって前記循環水が循環する経路上に設置され、前記一次冷却手段を通過した後の循環水である温水を冷却する二次冷却手段とを具備し、
前記二次冷却手段は、高温度高負荷時に冷却のための水を使用しないで送風により乾式運転可能な少なくとも１個の乾式冷却手段と、前記乾式冷却手段と前記一次冷却手段との間を通水する前記循環水と前記乾式冷却手段以降かつ前記一次冷却手段前で熱交換可能な高温度高負荷時に冷却のための水を使用するとともに前記乾式冷却手段の送風機とは別個の送風機による送風により湿式運転可能な少なくとも１個の湿式冷却手段と、を備え、前記乾式冷却手段と前記湿式冷却手段とはそれぞれ独立して形成され、前記乾式冷却手段は常用的に冷却運転され、前記湿式冷却手段は冷却能力をさらに高めるときのみに、前記乾式冷却手段に加えて予備的に冷却運転されるように構成されることを特徴とする地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項2】

前記乾式冷却手段は、少なくとも１台の、送風機を有する乾式冷却器で構成され、
前記湿式冷却手段は、少なくとも１台の、散水ポンプおよび前記乾式冷却器の送風機とは別個の送風機を有する湿式冷却器で構成されることを特徴とする請求項１に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項3】

前記乾式冷却手段と前記湿式冷却手段との間に、前記循環水と熱交換する第１の熱交換器をさらに設置し、
前記第１の熱交換器の一次側に前記乾式冷却手段を通水した後の前記循環水を通水させ、通水後の前記循環水を前記一次冷却手段へ流入させ、
前記第１の熱交換器の二次側に前記湿式冷却手段によって冷却される水を循環的に通水させるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項4】

前記湿式冷却手段は、開放型冷却塔で構成されることを特徴とする請求項３に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項5】

前記二次冷却手段は、前記循環水の温度に応じて、前記乾式冷却手段による乾式運転のオンとオフ、および前記湿式冷却手段による湿式運転のオンとオフが切替可能に構成されており、
前記循環水の温度が、予め設定される第１の温度に上昇した場合に、前記乾式運転はオフからオンに切り替えられ、
前記循環水の温度が、予め設定される、前記第１の温度よりも高い第２の温度に上昇した場合に、前記湿式運転はオフからオンに切り替えられることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項6】

前記二次冷却手段は、前記循環水の温度に応じて、前記乾式冷却手段による乾式運転のオンとオフ、および前記湿式冷却手段による湿式運転のオンとオフが切替可能に構成されており、
前記循環水の温度が、予め設定される第３の温度に下降した場合に、前記湿式運転はオンからオフに切り替えられ、
前記循環水の温度が、予め設定される、前記第３の温度よりも低い第４の温度に下降した場合に、前記乾式運転はオンからオフに切り替えられることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項7】

前記二次冷却手段は、前記循環水の温度に応じて、前記乾式冷却手段による乾式運転のオンとオフ、および前記湿式冷却手段による湿式運転のオンとオフが切替可能に構成されており、
前記循環水の温度が、予め設定される第１の温度に上昇した場合に、前記乾式運転はオフからオンに切り替えられ、
前記循環水の温度が、予め設定される、前記第１の温度よりも高い第２の温度に上昇した場合に、前記湿式運転はオフからオンに切り替えられ、
前記循環水の温度が、予め設定される、前記第２の温度よりも低い温度である第３の温度に下降した場合に、前記湿式運転はオンからオフに切り替えられ、
前記循環水の温度が、予め設定される、前記第３の温度よりも低く、かつ、前記第１の温度よりも低い第４の温度に下降した場合に、前記乾式運転はオンからオフに切り替えられることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項8】

前記乾式冷却手段の前段に、前記循環水との間で熱交換する第２の熱交換器をさらに設置したことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項9】

前記少なくとも１個の乾式冷却手段と並列に、前記循環水との間で熱交換する第２の熱交換器をさらに設置したことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項10】

前記乾式冷却手段および前記湿式冷却手段の設計温度は、前記地下変電所が設置される都市の年間を通じて最も暑い真夏の時期の外気温度を基準として設定され、
前記乾式冷却手段の冷却容量は、設定される設計温度よりも低い温度の場合に、前記乾式冷却手段がオン、かつ前記湿式冷却手段がオフの状態で、前記変圧器の１００％負荷運転が可能な値に設定され、
前記湿式冷却手段の冷却容量は、前記設定される設計温度の場合に、前記乾式冷却手段がオン、かつ前記湿式冷却手段がオンの状態で、前記変圧器の１００％負荷運転が可能な値に設定されることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の地下変電所の変圧器冷却システム。

【請求項11】

循環水が循環する経路上に設けられ、前記循環水と熱交換することで地下変電所に設置される変圧器の発生熱を前記変圧器から除去する一次冷却手段と、前記一次冷却手段とは離れた位置であって前記循環水が循環する経路上に設置され、前記一次冷却手段を通過した後の循環水である温水を冷却する二次冷却手段とを具備し、前記二次冷却手段は、高温度高負荷時に冷却のための水を使用しないで送風により乾式運転可能な少なくとも１個の乾式冷却手段と、前記乾式冷却手段と前記一次冷却手段との間を通水する前記循環水と前記乾式冷却手段以降かつ前記一次冷却手段以前で熱交換可能な高温度高負荷時に冷却のための水を使用するとともに前記乾式冷却手段の送風機とは別個の送風機による送風により湿式運転可能な少なくとも１個の湿式冷却手段とを備え、前記乾式冷却手段と前記湿式冷却手段とはそれぞれ独立して形成され、前記乾式冷却手段は常用的に冷却運転され、前記湿式冷却手段は冷却能力をさらに高めるときのみに、前記乾式冷却手段に加えて予備的に冷却運転されるように構成されることを特徴とする地下変電所の変圧器冷却システムを用いた地下変電所の変圧器冷却方法であり、
計測される前記循環水の温度に基づいて、前記高温度高負荷時であるか前記高温度高負荷時ではない通常運用時であるかが判定され、判定結果が前記通常運用時である場合には、前記乾式冷却手段をオンとし、前記湿式冷却手段をオフとするステップと、
前記判定結果が前記高温度高負荷時である場合には、前記乾式冷却手段をオンとし、前記湿式冷却手段をオンとするステップと、を具備することを特徴とする地下変電所の変圧器冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変電設備の冷却設備に係り、特に、地下変電所の変圧器冷却システムおよび変圧器冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

都市部の市街地に設置される変電所は、一般に、建物の地下部分に設置されることが多く、地下変電所と呼ばれている。この地下変電所は、都市部の送配電において重要な設備であって、最大のものでは５００ｋＶ級の設備もある。このような地下変電所は、都市部の主要機関に電力を供給している関係から、設備停止は都市部の混乱を招く等の社会問題としてクローズアップされる傾向がある。従って、地下変電所の信頼性向上は大きな命題である。

【0003】

上述した事情から、地下変電所を構成する機器（例えば、変圧器）について、高い信頼性が求められるのはもちろんのこと、その補機（例えば、変圧器の冷却システム）についても同様に高い信頼性が求められる。例えば、地下変電所を構成する変圧器の冷却システムは、冷却システムの停止が、変圧器の停止（熱による自損）に直結するため、やはり、高い信頼性が求められる。

【0004】

また、地下変電所は、電力需要の大きな都市部に設置されるのに加えて、建物の地下階に設置されていることから、変圧器等で大量に発生した熱が放散しにくく、発生した熱を地下階から屋外（地上）へ強制的に放出することが必要であり、地下変電所の冷却設備は屋外に設置される変電所に比べて、大型化・複雑化する傾向がある。

【0005】

一般的な地下変電所の冷却設備システムは、変圧器で発生した熱を、変圧器に設置される一次冷却器において冷水が温水となる過程で熱交換し、一次冷却器からの温水（一次冷却器で熱交換された後の冷却水）を循環水ポンプによって二次冷却器へ送り、二次冷却器で温水が冷水となる過程で熱交換することによって放熱する仕組である。上記仕組を採用した変電設備の冷却設備の一例としては、例えば、特開２００１−９１１８９号公報に記載されるような冷却システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

上述した引用文献１に記載される地下変電所の変圧器冷却システムでは、二次冷却器として、冷却塔等の湿式冷却器や乾式冷却器が使用される。また、乾式冷却器としても使用可能な冷却塔、すなわち、乾式冷却器としても湿式冷却器としても使用可能な冷却器が二次冷却器として使用されることもある。

【0007】

湿式冷却器として冷却塔が使用される場合、被冷却体である変圧器の熱を吸熱した後の循環水は、冷却塔内部に導入され、冷却塔内部で冷却塔内部の冷却ファン（冷却空気）と散水ポンプ（散布水）により冷却（熱交換）される。冷却塔には汎用性の高い開放型冷却塔や循環水の汚れを抑えられる密閉型冷却塔等がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００１−９１１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上述した引用文献１に記載される地下変電所の変圧器冷却システムでは、変圧器の冷却設備として冷却塔を使用しているが、開放型冷却塔、および密閉型冷却塔の何れの方式を採用しても大量の水が必要となる。より具体的に説明すれば、開放型冷却塔は、循環水を直接大気に開放して蒸発させた時の蒸発潜熱を用いて冷却するため、冷却塔内部で水が大量に使用される。また、密閉型冷却塔は、密閉された循環水が通水する熱交換部に散布水を直接散布し、この蒸発潜熱を用いて冷却しているため、開放型冷却塔同様に、水が大量に使用される。

【0010】

変圧器の冷却設備として冷却塔を使用する地下変電所の場合、施設の規模によっても異なるが、冷却設備を稼動させるために必要となる水道料金は、大規模な施設で年間数千万〜数億円にも達するため、当該水道料金の削減、すなわち、節水が求められている。

【0011】

また、昨今、注意喚起されている首都圏直下型地震等の大規模災害の発生を考慮した場合、首都圏直下型地震等の災害時には、水道の断水が発生する可能性が高く、かつ断水の復旧まで相当の日数がかかることが予想されている。従って、大量の水を必要とする地下変電所の変圧器冷却システムでは、冷却設備停止、ひいては地下変電所停止のリスクがあり、当該冷却設備停止のリスクを可能な限り低減することが求められている。このような背景から地下変電所の変圧器冷却システムは、極力水を使わずに持続的に変圧器を冷却可能な変圧器冷却システムであることが望ましい。

【0012】

一方で、変圧器の冷却設備として冷却塔を使用しない乾式冷却器を用いれば、前記課題は解決されるように見える。しかしながら、乾式冷却器は、湿式冷却器と比較して、水を使用しないため、水が持っている大きな潜熱の利用が出来ない。また、湿式冷却器の冷却能力は冷却水温度と湿球温度の温度差に比例する一方、乾式冷却器の冷却能力は冷却水温度と乾球温度の温度差に比例し、これは前記湿式冷却器の場合より小さくなってしまう。これらの理由で、乾式冷却器は熱交換の効率が悪く、同じ熱量を熱交換するためには湿式冷却器よりも大きな伝熱面積が必要であり装置が大型化するという課題がある。従って、一般に変圧器容量が大きいことから冷却設備の冷却容量が大きい上に設置面積に余裕が少ない都市部では、単純に冷却器を乾式冷却器に交換すれば済む話ではなく、限られた面積内に設置可能な冷却設備であることが必要である。

【0013】

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、極力水を使わず省スペース化した冷却設備を具備する地下変電所の変圧器冷却システムおよび変圧器冷却方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムは、上述した課題を解決するため、循環水が循環する経路上に設けられ、前記循環水と熱交換することで地下変電所に設置される変圧器の発生熱を前記変圧器から除去する一次冷却手段と、前記一次冷却手段とは離れた位置であって前記循環水が循環する経路上に設置され、前記一次冷却手段を通過した後の循環水である温水を冷却する二次冷却手段とを具備し、前記二次冷却手段は、高温度高負荷時に冷却のための水を使用しないで送風により乾式運転可能な少なくとも１個の乾式冷却手段と、前記乾式冷却手段と前記一次冷却手段との間を通水する前記循環水と前記乾式冷却手段以降かつ前記一次冷却手段前で熱交換可能な高温度高負荷時に冷却のための水を使用するとともに前記乾式冷却手段の送風機とは別個の送風機による送風により湿式運転可能な少なくとも１個の湿式冷却手段と、を備え、前記乾式冷却手段と前記湿式冷却手段とはそれぞれ独立して形成され、前記乾式冷却手段は常用的に冷却運転され、前記湿式冷却手段は冷却能力をさらに高めるときのみに、前記乾式冷却手段に加えて予備的に冷却運転されるように構成されることを特徴とする。

【0015】

本発明の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却方法は、上述した課題を解決するため、循環水が循環する経路上に設けられ、前記循環水と熱交換することで地下変電所に設置される変圧器の発生熱を前記変圧器から除去する一次冷却手段と、前記一次冷却手段とは離れた位置であって前記循環水が循環する経路上に設置され、前記一次冷却手段を通過した後の循環水である温水を冷却する二次冷却手段とを具備し、前記二次冷却手段は、高温度高負荷時に冷却のための水を使用しないで送風により乾式運転可能な少なくとも１個の乾式冷却手段と、前記乾式冷却手段と前記一次冷却手段との間を通水する前記循環水と前記乾式冷却手段以降かつ前記一次冷却手段以前で熱交換可能な高温度高負荷時に冷却のための水を使用するとともに前記乾式冷却手段の送風機とは別個の送風機による送風により湿式運転可能な少なくとも１個の湿式冷却手段とを備え、前記乾式冷却手段と前記湿式冷却手段とはそれぞれ独立して形成され、前記乾式冷却手段は常用的に冷却運転され、前記湿式冷却手段は冷却能力をさらに高めるときのみに、前記乾式冷却手段に加えて予備的に冷却運転されるように構成されることを特徴とする地下変電所の変圧器冷却システムを用いた地下変電所の変圧器冷却方法であり、計測される前記循環水の温度に基づいて、前記高温度高負荷時であるか前記高温度高負荷時ではない通常運用時であるかが判定され、判定結果が前記通常運用時である場合には、前記乾式冷却手段を運転状態とし、前記湿式冷却手段を停止状態とするステップと、前記判定結果が前記高温度高負荷時である場合には、前記乾式冷却手段を運転状態とし、前記湿式冷却手段を運転状態とするステップと、を具備することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、被冷却体を冷却する冷却設備において使用される水使用量を大幅に節減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム構成図。

【図2】本発明の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムにおける運転制御手順を示す処理フロー図。

【図3】本発明の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムにおける運転制御手順における冷却器推奨運転状態判定ステップ（ステップＳ５）のより詳細な処理フロー図（運転段階が４段階の場合）。

【図4】冷却空気温度と湿球温度２７℃超における負荷率および熱性能との関係を示す説明図（グラフ）。

【図5】本発明の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムにおける運転制御手順における冷却器推奨運転状態判定ステップ（ステップＳ５）のより詳細な処理フロー図（運転段階が３段階の場合）。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム構成図（第１実施例）。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム構成図（第２実施例）。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム構成図。

【図9】本発明の第４の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム構成図（第１実施例）。

【図10】本発明の第４の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム構成図（第２実施例）。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システム（以下、「地下変電所変圧器冷却システム」と称する。）および変圧器冷却方法について、図面を参照して説明する。

【0019】

本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムは、従来の地下変電所変電設備冷却システムに対して、冷却設備が異なっている。まず、本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムの冷却設備について概説する。

【0020】

地下変電所変電設備冷却システムは、１バンクごとにかかえている変圧器等の全主器（被冷却体）の発熱量１００％を夏期においても冷却できるように冷却設備の冷却容量が設計されるのが一般的である。但し、地下変電所における変圧器等の負荷率は、通常は６０％以下であり、最大でも８０％程度であることが一般的である。また、設計上は夏期の外気温度が最高温度時（一例として、乾球温度４０℃、湿球温度２７℃）を基に設計されているため、年間の全運転時間（３６５日×２４時間＝８７６０時間）に対して外気温度が上記最高温度時に至るのはごく短時間（約３０時間であり、約０．３％）である。

【0021】

従って、地下変電所では負荷が設計値の１００％で運用されることはほぼ皆無であること、および外気温度が設計値を超える時間はごく僅か（約０．３％）であることを考慮すれば、実質的な運用としては、地下変電所変圧器冷却システムの冷却設備の冷却容量が設計値の６０％程度であっても、ほぼ地下変電所の運用を賄うことができる。

【0022】

本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムの冷却設備は、上記事情に鑑み、外気温度が低く地下変電所の負荷が低い（負荷率が概ね６０％以下）状況における運用（以下、「通常運用」と称する。）と、夏期の外気温度が高く地下変電所の負荷が高い（負荷率が概ね６０％超）状況における運用（以下、「高負荷運用」と称する。）とを切替自在な冷却設備として構成される。また、年間の大半を占める通常運用時には水を使用しない（水の使用を高負荷運用時に限定する）構成とすることによって大幅な節水を可能とする。

【0023】

一方、冷却設備以外の構成では、本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムと従来の地下変電所変電設備冷却システムとは実質的な差異はなく、また、冷却方式についても、循環水を循環させるという点では共通しているので、冷却設備以外の作用について実質的な差異はない。そこで、後述する各実施形態では、地下変電所変圧器冷却システムの冷却設備を中心に説明する。なお、都市部の地下変電所は３バンク構成が一般的であるが、説明を簡略化する観点から１バンク分の冷却設備および冷却系統について説明する。

【0024】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムの一実施例である地下変電所変圧器冷却システム（以下、「第１の地下変電所変圧器冷却システム」と称する。）１０Ａの冷却設備（図１において図示されるのは１バンク分）を中心とする冷却系統３０を概略的に示したシステム概略図である。

【0025】

なお、図１において、図を簡略化する観点から、循環水ポンプ３１、および二次冷却手段２２Ａの各装置の動作を制御する制御装置については（実際には存在するものの）、図示を省略している。また、制御装置の図示については、後述する図６〜図１０においても図１と同様に省略している。

【0026】

第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａにおける冷却系統３０は、冷却設備によって冷却される循環水（冷却水）を循環水ポンプ３１で循環させる系統である。すなわち、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａでは、一次冷却手段２１と、循環水ポンプ３１と、二次冷却手段２２Ａとを接続して構成される流路に循環水が循環的に流れている。

【0027】

一次冷却手段２１（熱交換器）は、変圧器（被冷却体）１の発生熱を循環水へ放熱する機能を有する。一次冷却手段２１（熱交換器）は、変圧器１よりも低温の循環水と熱交換することによって、変圧器１の発生熱を変圧器１から除去する。

【0028】

二次冷却手段２２Ａは、一次冷却手段２１とは離れた位置に設けられており、一次冷却手段２１を通過した後の循環水（温水）を冷却する機能を有する。二次冷却手段２２Ａは、循環水の熱を放熱（熱交換）することによって、変圧器１の発生熱で温水となった循環水を冷却する。冷水となった循環水は二次冷却手段２２Ａから変圧器１側の一次冷却手段２１（熱交換器）へ再び導入される循環する。

【0029】

また、冷却系統３０には、補給水を貯えた補給水槽３２と、循環水の温度を測定する温度計３５とが設置される。

【0030】

補給水槽３２は、適宜、貯えている補給水を冷却系統３０および湿式冷却器４３に供給する。

【0031】

温度計３５は、例えば、一次冷却手段２１へ循環水が流入する側（入口側）に設置され、一次冷却手段２１へ流入する循環水の温度を測定する。温度計３５が取得する温度の情報（循環水温度ＴＥ）は、二次冷却手段２２Ａの動作制御に使用される。

【0032】

続いて、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａにおける二次冷却手段２２Ａについて説明する。

【0033】

二次冷却手段２２Ａは、乾式冷却手段として少なくとも１台の乾式冷却器４１と、湿式冷却手段として少なくとも１台の冷却塔等の湿式冷却器４３とを備え、循環水を冷却可能に構成される。二次冷却手段２２Ａでは、一次冷却手段２１を通水する循環水と熱交換する手段として乾式冷却器４１が常用的に（主に）使用され、夏場の高負荷時等の冷却能力をさらに高める必要がある場合（高温度高負荷時）のみに冷却のための水を使用して乾式冷却器４１と一次冷却手段２１との間を通水する循環水と熱交換する手段として湿式冷却器４３が予備的に使用される。

【0034】

乾式冷却器４１は、内部に循環水（温水）が通水する伝熱部４１１を備える。乾式冷却器４１の内部では、外部から導入される空気３は、伝熱部４１１を通気することによって空冷される。従って、乾式冷却器４１では、伝熱部４１１を介して循環水と空気３とで熱交換が行われ、循環水は空気３によって放熱されて冷却される一方、空気３は循環水から熱を吸収（吸熱）して温められる。伝熱部４１１を通気して温められた空気３は、乾式冷却器４１の外部へ排気される。

【0035】

湿式冷却器４３は、例えば、内部に循環水が通水する伝熱部４３１と、散水ポンプ４３２で汲み上げた内部貯留水を散布水として伝熱部４３１に散布する散水部４３３とを備える密閉型冷却塔で構成される。なお、以下の説明は、湿式冷却器４３が、乾式運転（送風機がオン（起動）であり、散水ポンプがオフ（停止）となる運転状態）可能なタイプである場合の例であるが、湿式冷却器４３は乾式運転不可能なタイプであってもよい。

【0036】

二次冷却手段２２Ａでは、乾式冷却器４１の後段に湿式冷却器４３が直列的に接続されており、
（１）乾式冷却器４１の送風機がオフ（停止）通水のみで、
湿式冷却器４３の送風機がオフ（停止）通水のみ、散水ポンプがオフ（停止）、
（２）乾式冷却器４１の送風機がオン（起動）で、
湿式冷却器４３の送風機がオフ（停止）通水のみ、散水ポンプがオフ（停止）、
（３）乾式冷却器４１の送風機がオン（起動）で、
湿式冷却器４３の送風機がオン（起動）、散水ポンプがオフ（停止）、および
（４）乾式冷却器４１の送風機がオン（起動）で、
湿式冷却器４３の送風機がオン（起動）、散水ポンプがオン（起動）、
の４段階に冷却段階（運転状態）が切り替えられる。

【0037】

二次冷却手段２２Ａでの冷却段階の切り替えは、一次冷却手段２１を通水する循環水の温度、すなわち、温度計３５により取得される循環水温度ＴＥに応じて行われ、循環水温度ＴＥが高くなるに従い、（１）→（２）→（３）→（４）とカッコ内の数字が小から大の冷却段階へ切り替えられる。逆に、循環水温度ＴＥが低くなる場合には、（４）→（３）→（２）→（１）とカッコ内の数字が大から小の冷却段階へ切り替えられる。

【0038】

このように、二次冷却手段２２Ａは、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の動作状態を循環水の温度（循環水温度ＴＥ）に応じて適宜切り替えることで、適切な冷却段階が選択されて一次冷却手段２１を通水する循環水が継続的に冷却される。

【0039】

図２は、本発明の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムにおける運転制御手順の一例として第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａの運転制御手順（冷却段階切替手順）を示す運転フロー図である。また、図３は、運転制御手順（冷却段階切替手順：図２）における冷却器推奨運転状態判定ステップ（ステップＳ５）のより詳細な処理フロー図である。

【0040】

なお、図３に示されるＴ１，Ｔ２およびＴ３は冷却器の動作状態を停止状態（オフ）から運転状態（オン）に移行させるオン判定用の閾値（設定温度）であり、それぞれ、乾式冷却器４１（図１）の送風機起動判定用閾値、湿式冷却器４３（図１）の送風機起動判定用閾値、および湿式冷却器４３の散水ポンプ起動判定用閾値である。また、各閾値Ｔ１，Ｔ２およびＴ３の関係は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３である。さらに、図３に示されるα，β，γは冷却器の動作状態を運転状態から停止状態に移行させるオフ判定用に設定されるオフ判定用設定値（０以上となる任意の実数）である。

【0041】

図２に例示される運転制御手順（ステップＳ１〜ステップＳ８）は、制御装置により実行され、循環水ポンプ運転移行工程（ステップＳ１，Ｓ２）と、冷却水温制御工程（ステップＳ３〜ステップＳ８）とを具備する。

【0042】

運転制御手順の処理ステップは、被冷却体としての変圧器の冷却がスタートすると開始される。循環水ポンプ運転移行工程（ステップＳ１，Ｓ２）では、循環水ポンプを運転状態に移行させる。

【0043】

すなわち、循環水ポンプが運転されているか否かが判断され（ステップＳ１）、まだ循環水ポンプが運転を開始していない場合（ステップＳ１でＮＯの場合）には、循環水ポンプ３１が起動し運転を開始して（ステップＳ２）、循環水ポンプ運転移行工程（ステップＳ１，Ｓ２）を完了する。

【0044】

一方、循環水ポンプ３１が既に運転中の場合（ステップＳ１でＹＥＳの場合）には循環水ポンプ運転移行工程（ステップＳ１，Ｓ２）を完了する。循環水ポンプ運転移行工程が完了すると、運転制御手順の処理フローは、次の処理ステップ（ステップＳ３）に進む。

【0045】

冷却水温制御工程（ステップＳ３〜ステップＳ８）では、温度計３５（図１）が循環水温度ＴＥを取得し（ステップＳ３）、取得した循環水温度ＴＥに応じて、二次冷却手段２２Ａ（図１）、すなわち、乾式冷却器４１（図１）および湿式冷却器４３（図１）の運転状態が切り替えられる（ステップＳ４〜ステップＳ７）。

【0046】

循環水温度ＴＥが取得された（ステップＳ３）後、まず、現在の乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転状態が確認される（ステップＳ４）。現在の乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転状態は、制御装置により監視され、把握されている。現在の乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転状態の確認が完了すると、続いて、冷却器推奨運転状態判定ステップが行われる（ステップＳ５）。

【0047】

冷却器推奨運転状態判定ステップでは、取得した循環水温度ＴＥから乾式冷却器４１および湿式冷却器４３をどの冷却段階（運転段階）にすべきか（推奨される運転状態）を判定する（詳細な判定フローについては後述する）。より具体的には、上述した（１）〜（４）の４段階の何れの冷却段階（運転段階）を推奨すべきかが判定される。ここで、説明の便宜上、上述した（１）〜（４）の４つの冷却段階（運転段階）を、以下、それぞれ、「第１の運転段階」、「第２の運転段階」、「第３の運転段階」、および「第４の運転段階」とする。

【0048】

冷却器推奨運転状態判定ステップ（ステップＳ５）において、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３をどの運転段階にすべきかが判定されると、続いて、ステップＳ４の確認結果、すなわち、現在の乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転状態と、ステップＳ５の判定結果、すなわち、推奨される乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転状態（第１〜４の運転段階の何れか）とが比較される（ステップＳ６）。

【0049】

ここで、運転状態が一致する場合（ステップＳ６でＹＥＳの場合）、変圧器１が停止しているか否かが確認され（ステップＳ８）、停止している場合（ステップＳ８でＹＥＳの場合）には、運転制御手順を終了する一方（ＥＮＤ）、稼動中の場合（ステップＳ８でＮＯの場合）には、冷却水温制御工程の処理フローは、ステップＳ３へ戻り、ステップＳ３以降の処理ステップが実行される。

【0050】

一方、運転状態が一致しない場合（ステップＳ６でＮＯの場合）、制御装置がステップＳ５で判定した運転段階に乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を切り替える。すなわち、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転状態を切り替える（ステップＳ７）。運転状態の切り替えが完了すると、冷却水温制御工程の処理フローは、ステップＳ８に進み、ステップＳ８以降の処理ステップが実行される。

【0051】

続いて、図３を参照して、冷却器推奨運転状態判定ステップ（ステップＳ５：図２）のより詳細な処理内容（ステップＳ５０１〜ステップＳ５１４：図３）について説明する。

【0052】

冷却器推奨運転状態判定ステップ（ステップＳ５０１〜ステップＳ５１４）は、概説すれば、推奨すべき運転段階を判定する処理ステップであり、冷却水温制御工程（図２）において、現在の運転段階を維持するべきか否（切り替えるべき）かの判定をするための情報を提供するステップである。

【0053】

冷却器推奨運転状態判定ステップでは（ＥＮＴＥＲ）、まず、現在の乾式冷却器４１（図１）および湿式冷却器４３（図１）の運転段階が、第１の運転段階である場合（ステップＳ５０１でＹＥＳの場合）、循環水温度ＴＥと乾式冷却器４１の送風機をオンする温度として設定される温度（閾値）Ｔ１とが比べられる（ステップＳ５０２）。

【0054】

ここで、循環水温度ＴＥがＴ１未満、すなわち、ＴＥ≧Ｔ１を満たさない場合（ステップＳ５０２でＮＯの場合）、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第１の運転段階にすべきと判定（第１の運転段階を推奨）する（ステップＳ５０３）。一方、循環水温度ＴＥがＴ１以上、すなわち、ＴＥ≧Ｔ１を満たす場合（ステップＳ５０２でＹＥＳの場合）、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第２の運転段階にすべきと判定（第２の運転段階を推奨）する（ステップＳ５０４）。推奨する運転段階が判定されると（ステップＳ５０３，Ｓ５０４）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。なお、冷却器推奨運転状態判定ステップ完了後は、図２に示されるステップＳ６が実行される。

【0055】

続いて、現在の乾式冷却器４１（図１）および湿式冷却器４３（図１）の運転段階が、第２の運転段階である場合（ステップＳ５０１がＮＯ→ステップＳ５０５がＹＥＳの場合）、循環水温度ＴＥと乾式冷却器の送風機をオフする温度として設定される温度（閾値）Ｔ１−αとが比べられる（ステップＳ５０６）。

【0056】

ここで、循環水温度ＴＥがＴ１−α以下、すなわち、ＴＥ≦Ｔ１−αを満たす場合（ステップＳ５０６でＹＥＳの場合）、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第１の運転段階にすべきと判定（第１の運転段階を推奨）し（ステップＳ５０３）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。

【0057】

一方、循環水温度ＴＥがＴ１−α超であって、湿式冷却器４３の送風機をオンする温度として設定される温度（閾値）Ｔ２未満、すなわち、ＴＥ≦Ｔ１−αを満たさず、かつ、ＴＥ≧Ｔ２を満たさない場合（ステップＳ５０６でＮＯ→ステップＳ５０７でＮＯの場合）、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第２の運転段階にすべきと判定（第２の運転段階を推奨）し（ステップＳ５０４）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。

【0058】

また、循環水温度ＴＥがＴ１−α超のＴ２以上、すなわち、ＴＥ≦Ｔ１−αを満たさず、かつ、ＴＥ≧Ｔ２を満たす場合（ステップＳ５０６でＮＯ→ステップＳ５０７でＹＥＳの場合）、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第３の運転段階にすべきと判定（第３の運転段階を推奨）する（ステップＳ５０８）。推奨する運転段階が判定されると（ステップＳ５０８）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。

【0059】

続いて、現在の乾式冷却器４１（図１）および湿式冷却器４３（図１）の運転段階が、第３の運転段階である場合（ステップＳ５０１がＮＯ→ステップＳ５０５がＮＯ→ステップＳ５０９がＹＥＳの場合）、循環水温度ＴＥと湿式冷却器４３の散水ポンプをオンする温度として設定される温度（閾値）Ｔ３とが比べられる（ステップＳ５１０）。ここで、循環水温度ＴＥがＴ３未満、すなわち、ＴＥ≧Ｔ３を満たさない場合（ステップＳ５１０でＮＯの場合）には、さらに続いて、循環水温度ＴＥが湿式冷却器の送風機をオフする温度として設定される温度（閾値）Ｔ２−βと比べられる（ステップＳ５１１）。

【0060】

比べた結果、循環水温度ＴＥがＴ２−β以下の場合、すなわち、ＴＥ≦Ｔ２−βを満たす場合（ステップＳ５１０でＮＯ→ステップＳ５１１でＹＥＳの場合）には、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第２の運転段階にすべきと判定（第２の運転段階を推奨）し（ステップＳ５０４）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。一方、循環水温度ＴＥがＴ２−β超の場合、すなわち、ＴＥ≦Ｔ２−βを満たさない場合（ステップＳ５１０でＮＯ→ステップＳ５１１でＮＯの場合）には、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第３の運転段階にすべきと判定（第３の運転段階を推奨）し（ステップＳ５０８）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。

【0061】

また、循環水温度ＴＥとＴ３とを比べた結果、循環水温度ＴＥがＴ３以上である場合（ステップＳ５１０でＹＥＳの場合）には、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第４の運転段階にすべきと判定（第４の運転段階を推奨）し（ステップＳ５１２）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。

【0062】

続いて、現在の乾式冷却器４１（図１）および湿式冷却器４３（図１）の運転段階が、第４の運転段階である場合（ステップＳ５０１がＮＯ→ステップＳ５０５がＮＯ→ステップＳ５０９がＮＯの場合）、循環水温度ＴＥと湿式冷却器４３の散水ポンプをオフする温度として設定される温度（閾値）Ｔ３−γとが比べられる（ステップＳ５１３）。ここで、循環水温度ＴＥがＴ３−γ以下、すなわち、ＴＥ≦Ｔ３−γを満たす場合（ステップＳ５１３でＹＥＳの場合）、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第３の運転段階にすべきと判定（第３の運転段階を推奨）し（ステップＳ５０８）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。

【0063】

一方、循環水温度ＴＥがＴ３−γ超である場合、すなわち、ＴＥ≦Ｔ３−γを満たさない場合（ステップＳ５１３でＮＯの場合）、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の運転段階を第４の運転段階にすべきと判定（第４の運転段階を推奨）し（ステップＳ５１２）、冷却器推奨運転状態判定ステップを完了する（ＲＥＴＵＲＮ）。

【0064】

次に、本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムにおける冷却設備（主に二次冷却手段）の乾式冷却手段および湿式冷却手段の冷却能力、並びに本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムの有用性について説明する。

【0065】

本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムでは、二次冷却手段の運転状態を、通常負荷時には乾式運転（乾式冷却手段をオン、湿式冷却手段をオフ）とし、高負荷時には湿式運転（乾式冷却手段をオン、湿式冷却手段をオン）とする。例えば、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ（図１）では、通常負荷時には、乾式冷却器４１をオンし、湿式冷却器４３をオフとする。一方、高負荷時には、乾式冷却器４１に加えて湿式冷却器４３もオンする。

【0066】

また、本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムでは、最も暑い真夏の時期の外気温度を設計温度として、二次冷却手段としての乾式冷却手段および湿式冷却手段の冷却容量（冷却能力）が決定される。乾式冷却手段の冷却容量と湿式冷却手段の冷却容量とは、その合計冷却容量が変圧器１（図１）の１００％負荷運転時の発熱量以上となるように決定される。

【0067】

乾式冷却器４１の設計温度は、地下変電所が設置される場所の最も暑い真夏の時期の乾球温度を基準とする。例えば東京などでは乾球温度４０℃を設計温度とする。

【0068】

湿式冷却器４３の設計温度は、地下変電所が設置される場所の最も暑い真夏の時期の湿球温度を基準とし、例えば、過去３０年等の所定期間で最高湿球温度を採用したりなどして決定することができる。例えば東京などでは湿球温度２７℃を設計温度とする。

【0069】

また、二次冷却手段２２Ａの冷却容量、すなわち、乾式冷却器４１の冷却容量および湿式冷却器４３の冷却容量の合計冷却容量は、変圧器１の１００％負荷運転時の発熱量以上となるように決定される。また、乾式冷却器４１の冷却容量は設計温度より低い、例えば乾球温度２６℃の条件で、乾式冷却器４１のみの運転で変圧器１の１００％負荷運転が可能な冷却容量に設定する。

【0070】

続いて、本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムの一例である第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ（図１）が冷却空気温度（入口空気温度）を超える場合に、どの程度の負荷率まで乾式運転のみで対応可能かを説明し、本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムの有用性を説明する。
なお、説明にあたり、乾式冷却器４１および変圧器（被冷却体）に一つのモデルを設定する。つまり、地下変電所の場所を東京とし、乾式冷却器４１の熱交換器定格対数平均温度差、および変圧器（被冷却体）１の鉄損割合を下記のように設定する。

【0071】

＜乾式冷却器４１＞
冷却空気温度（入口空気温度）Ｔai：２６℃（東京の最高湿球温度）
出口空気温度Ｔao：Ｔao＝Ｔai＋１３＝２６＋１３＝３９℃
循環水（冷却水）入口温度Ｔwi：４８℃
循環水（冷却水）出口温度Ｔwo：５８℃
熱交換器定格対数平均温度差
＝｛（５８−３９）−（４８−２６）｝／ｌｎ｛（５８−３９）／（４８−２６）｝
＝２０．４６℃

【0072】

＜変圧器１＞
容量：３００ＭＶＡ（ガス絶縁変圧器）
定格鉄損（無負荷損）：１２０ｋＷ
定格銅損（負荷損）：１７１０ｋＷ
定格損失：１８３０ｋＷ
鉄損割合：１２０／１８３０＝０．０６５６

【0073】

乾式冷却器４１の伝熱性能が対数平均温度差に比例することを使用して、冷却空気温度（湿球温度２６℃）を超える場合に、前記設定条件の変圧器１の負荷率がどの程度になるまで前記設定条件の乾式冷却器４１のみ（乾式運転）で対応可能かを説明する。

【0074】

【数1】

【0075】

【数2】

【0076】

【数3】

【0077】

図４は、前記式（１）〜（６）から導出される、冷却空気温度（入口空気温度）と乾球温度２６℃超における負荷率および伝熱性能との関係を示す説明図（グラフ）である。なお、符号Ｌ１は負荷率を示すグラフ、符号Ｌ２は伝熱性能を示すグラフであり、Ｌ１，Ｌ２何れのグラフも２６℃の数値を１としている。

【0078】

伝熱性能は２６℃を超えて温度が上昇するほど低下していくが、図４に示されるグラフＬ１では、地下変電所が設置されている東京における米国暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ：American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）の冷房用設計基準である年基準超過危険率０．４％平均合致乾球温度（０．４％ＭＣＤＢ）３３．２℃においても負荷率は約８０％である。負荷率は、各地下変電所でも多少異なるが、いずれも一般的に６０〜８０％といわれているため、乾球温度３３．２℃においても乾式運転（乾式冷却器４１のみの運転）で負荷率８０％時に発生する熱量に対応可能なので、年間を通じてほとんどの時間を湿式冷却器４３の運転（湿式運転）無しに変圧器１の冷却を継続できることになる。

【0079】

湿式運転が実質殆ど０（ゼロ）であれば、湿式冷却器４３で使用している補給水分を殆ど０（ゼロ）にすること、すなわち、１００％節減できることになる。なお、湿式冷却器４３は、例えば、負荷率８０％を超えるなど、高負荷（１００％）かつ、極めて高温（４０℃）の気温条件になった場合にも、湿式冷却器４３を起動する事により、変圧器の設計温度内への冷却が可能である。つまり、湿式冷却器４３は極めて稀な高温度高負荷時の場合に備えての予備用（非常用）冷却手段の位置づけで設置しておくことができる。仮に、湿式冷却器４３の運転が必要になったとしても、その使用は非常時の極めて短い時間に限られることから、ブローダウン水を生じさせることはなく下水処理も不要となる。従って、補給水用の上水道代のみならず下水道代についても大幅に節減できる。

【0080】

また、図４に示されるグラフＬ２では、例えば、東京におけるＡＳＨＲＡＥの冷房設計基準温度である０．４％ＭＣＤＢ（＝乾球温度３３．２℃）条件で設計した場合の伝熱性能は、乾球温度２６℃時の伝熱性能１に対して０．６５と約２／３に低下してしまう。従って、ＡＳＨＲＡＥの冷房設計基準温度である０．４％ＭＣＤＢ条件で設計した場合、乾球温度２６℃条件で設計した場合と比較して同じ熱量を放散するために必要となる伝熱面積は約１．５倍になる。故に、乾球温度２６℃条件で設計した場合、ＡＳＨＲＡＥの冷房０．４％ＭＣＤＢ（乾球温度３３．２℃）条件で設計した場合の約２／３の設備面積で同じ熱量を放散することができる。

【0081】

さらに、図４から明らかなように、４０℃条件で設計した場合、４０℃の熱量は２６℃の場合の約１／３になる。つまり、２６℃条件で設計した乾式冷却器４１の設備面積は、４０℃条件で設計した場合の設備面積に対して約１／３で済む事になる。これは極めて大きな設置面積低減効果といえる。

【0082】

このように、ＡＳＨＲＡＥの冷房設計基準温度である０．４％ＭＣＤＢ条件において負荷率８０％時に発生する熱量に湿式運転を実施することなく乾式運転で対応可能な本発明の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムは、実質的に使用する水をゼロとすることができるので、年間の水道代（上水道代および下水道代）について大幅に節減できるだけでなく、大規模災害発生に伴って断水が生じたとしても、変圧器１の冷却を継続できる点で極めて有用であるといえる。

【0083】

第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ、および第１の地下変電所変圧器冷却方法によれば、湿式冷却器４３の運転をごく僅かな時間に限定することができる（外気温度と変圧器負荷によっては稼働時間をゼロにすることも可能になる）ため、従来と比較して大幅に（最大１００％）節水することが可能となる。従って、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａを運用する際に必要となる水道代（上水道代および下水道代）を大幅に（最大１００％）削減することができる。

【0084】

なお、本説明では湿式冷却器４３の運転時間で論じたが、湿式冷却器４３が乾式運転（送風機がオン、散水ポンプがオフ）可能であって、乾式冷却器４１の冷却熱量を超過する熱量が小さい場合、湿式冷却器４３は乾式運転による冷却が可能であり、この乾式運転による冷却によって水の使用量の更なる低減が可能となる。

【0085】

第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａでは、二次冷却手段２２Ａを運転するために必要となる水はほぼゼロであるため、大規模災害発生などに伴って断水が生じたとしても、変圧器１の冷却を継続できる。なお、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａでは、負荷率６０％を超えるような万が一の場合に生じ得る高負荷時においては湿式冷却器４３の運転が必要となるが、大規模災害発生に伴って断水が生じるような状況下では負荷率は通常時以下となることが想定されるので、湿式冷却器４３を運転しなくても、乾式冷却器４１を運転しておきさえすれば、変圧器１の冷却を継続可能な十分な冷却能力を確保することができる。

【0086】

また、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａでは、湿式冷却器４３の運転必要時間を、年間を通じて限られた時間に限定できることから、湿式冷却器４３でのスケール（水垢）付着はほとんど生じることなく、清掃等のメンテナンス性が簡便になる。さらに、長期間に亘って（常用的に）湿式冷却器４３が運転することがなくなるため、レジオネラ症予防対策を講じる必要がなく、レジオネラ症予防対策に要する手間および費用を削減できる。

【0087】

さらに、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａでは、二次冷却手段２２Ａの設備面積を乾式冷却器４１のみの場合と比較して大幅に低減できる（一例として、約２／３に低減可能）。従って、一般に大きな設置スペースの確保が困難な都市部の地下変電所においても、現状と同程度の設置スペースが確保できれば、新設時のみならず改修時においても、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａを適用することもできる。

【0088】

なお、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａにおいて、湿式冷却器４３は、常に湿式での運転を行うタイプの機種に限定されるものではなく、湿式での運転が可能であればよい。例えば、乾式での運転も可能な冷却塔（湿式運転を基本とする一方で乾式運転も可能な湿式冷却器）や乾式運転を基本とする一方で湿式運転も可能な乾式冷却器（例えば、後述する図８，９に例示される散水型乾式冷却器５１，５３等）を二次冷却手段２２Ａの湿式冷却器４３として導入することもできる。

【0089】

また、本発明の第１の実施形態では、湿式冷却器４３として密閉型の場合を図１に例示して説明しているが、密閉型の湿式冷却器４３に代えて開放型の湿式冷却器４７（図８）を適用しても、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａをほぼ同様に運用できる。開放型の湿式冷却器４７を適用する場合、送風機と散水ポンプの両方が起動（オン）または停止（オフ）することを想定すると、運転段階が３段階となる場合が想定されるが、運転段階が３段階となる場合についても判定の基本的なロジックは同様である。

【0090】

運転段階が３段階となる場合については、図３に示される冷却器推奨運転状態判定ステップ（ステップＳ５０１〜ステップＳ５１４）の処理フローにおいて、閾値（設定温度）Ｔ２を送風機と散水ポンプの両方を起動させる温度として取り扱い、閾値Ｔ３に関連するステップ（ステップＳ５０９，Ｓ５１０，Ｓ５１２，Ｓ５１３）を省略し、ステップＳ５０５でＮＯの場合に続く処理ステップを省略するステップＳ５０９に代えてステップＳ５１１とすればよい。より具体的には、図５に示される通りである。

【0091】

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る地下変電所の変圧器冷却システムの一実施例である地下変電所変圧器冷却システム（以下、「第２の地下変電所変圧器冷却システム」と称する。）１０Ｂの冷却設備（図６において図示されるのは１バンク分）を中心とする冷却系統３０を概略的に示したシステム概略図（第１実施例）である。

【0092】

第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂは、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対して、二次冷却手段２２Ａの代わりに二次冷却手段２２Ｂを具備する点で相違するものの、その他の点は実質的に相違しない。そこで、本実施形態では、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対する相違点を中心に説明し、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａの構成要素と実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。

【0093】

第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂにおける冷却系統３０は、冷却設備によって冷却される循環水（冷却水）を循環水ポンプ３１で循環させる系統である。すなわち、一次冷却手段２１と、循環水ポンプ３１と、二次冷却手段２２Ｂとを接続して構成される流路に循環水が循環的に流れている。

【0094】

二次冷却手段２２Ｂは、二次冷却手段２２Ａと同様に、一次冷却手段２１を通過した後の循環水（温水）を冷却する機能を有し、少なくとも１台の乾式冷却器４１と、乾式冷却器４１の後段に直列的に接続される少なくとも１台の冷却塔等の湿式冷却器４３と、湿式冷却器４３の前段に設けられる少なくとも１台の熱交換器４５とを備える。

【0095】

図６に例示される二次冷却手段２２Ｂでは、乾式冷却器４１と熱交換器４５とが並列に設けられる二次冷却手段２２Ｂでは、運用時に弁４６ａ〜４６ｄの開閉状態が切り替えられて、乾式冷却器４１または熱交換器４５に循環水が導入される。乾式冷却器４１または熱交換器４５を通水した後の循環水は、後段に設置される湿式冷却器４３へ導入される。

【0096】

熱交換器４５は、例えば、プレート式熱交換器で構成され、一次側には冷却系統３０の循環流路を流れる循環水（温水）が、二次側には冷媒としての水（冷水）が通水されている。熱交換器４５は、一次側を流れる循環水（温水）と二次側を流れる冷水との間で熱交換する。熱交換器４５での熱交換によって、一次側を流れる循環水は熱が奪われて温度が低下する一方、二次側を流れる冷水は熱を吸収して温度が上昇する。熱交換器４５で温められた二次側の水は、温水供給等に利用することができる。

【0097】

続いて、第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂを用いた地下変電所変圧器冷却方法（以下、「第２の地下変電所変圧器冷却方法」と称する。）について説明する。

【0098】

第２の地下変電所変圧器冷却方法は、第１の地下変電所変圧器冷却方法に対して、用いるシステムが異なるものの、行われるステップとしては実質的に同様であるため、第１の地下変電所変圧器冷却方法の説明をもって、第２の地下変電所変圧器冷却方法の説明を省略する。

【0099】

第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂ、および第２の地下変電所変圧器冷却方法によれば、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ、および第１の地下変電所変圧器冷却方法と同様の効果を奏することに加え、変圧器１を冷却する際に放熱される熱を無駄にすることなく、有効利用することができる。

【0100】

なお、第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂにおいて、二次冷却手段２２Ｂは、必ずしも図６に示される構成に限定されるものではない。二次冷却手段２２Ｂは、循環水の熱を放熱させる熱交換器４５が、少なくとも湿式冷却器４３の前段に設置されていればよい。

【0101】

図７は、第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂの冷却設備（図７において図示されるのは１バンク分）を中心とする冷却系統３０を概略的に示したシステム概略図（第２実施例）である。

【0102】

第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂにおける二次冷却手段２２Ｂは、例えば、図７に示されるように、湿式冷却器４３の前段に設置される乾式冷却器４１よりもさらに前段に熱交換器４５が直列的に設置されてもよい。また、図７に示される例に限らず、乾式冷却器４１の後段かつ湿式冷却器４３の前段に、熱交換器４５が直列的に設置されていてもよい。

【0103】

乾式冷却器４１と熱交換器４５とを直列的に接続して設置した場合、並列に設置する場合のように弁４６ａ〜４６ｄを追設する必要がなく構成をより簡潔にすることができる利点がある。

【0104】

[第３の実施形態]
図８は、本発明の第３の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムの一実施例である地下変電所変圧器冷却システム（以下、「第３の地下変電所変圧器冷却システム」と称する。）１０Ｃの冷却設備（図８において図示されるのは１バンク分）を中心とする冷却系統３０を概略的に示したシステム概略図である。

【0105】

第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃは、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対して、二次冷却手段２２Ａの代わりに二次冷却手段２２Ｃを具備する点で相違するものの、その他の点は実質的に相違しない。そこで、本実施形態では、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対する相違点を中心に説明し、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａの構成要素と実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。

【0106】

第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃにおける冷却系統３０は、一次冷却手段２１と、循環水ポンプ３１と、二次冷却手段２２Ｃとを接続して構成される流路に循環水（冷却水）が循環的に流れている点で、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ等の他の地下変電所変圧器冷却システムの冷却系統３０と同様に構成される。

【0107】

一方で、第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃにおける冷却系統３０は、循環水が一次冷却手段２１を循環的に通水する循環流路（主系統）に加え、主系統を流れる循環水の熱を熱交換によって放熱する（冷却する）主系統とは別の循環流路（副系統）をさらに備える。すなわち、第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃの冷却系統３０は、二つの独立した循環流路（主系統および副系統）で構成される。

【0108】

二次冷却手段２２Ｃは、二次冷却手段２２Ａと同様に、一次冷却手段２１を通過した後の循環水（温水）を冷却する機能を有し、少なくとも１台の乾式冷却器４１と、少なくとも１台の湿式冷却器４７と、熱交換器４８とを備える。湿式冷却器４７は、例えば、散水ポンプ４７２で内部の水を汲み上げて熱交換器４８へ送り、熱交換器４８を通水した後に内部の散水部４７３で散水し直接大気に開放して蒸発させた時の蒸発潜熱を用いて冷却する開放型冷却塔で構成される。また、熱交換器４８は、例えば、プレート式熱交換器で構成される。

【0109】

二次冷却手段２２Ｃは、冷却系統３０の主系統において、一次冷却手段２１を通過した後の循環水（温水）を乾式冷却器４１と熱交換器４８の一次側とで放熱することによって冷却する。また、二次冷却手段２２Ｃは、冷却系統３０の副系統において、熱交換器４８の二次側で主系統の循環水から吸熱して温度上昇した副系統の循環水を湿式冷却器４７で放熱し、熱交換器４８へ戻す。

【0110】

このように、第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃは、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対して、二次冷却手段２２Ａの代わりに二次冷却手段２２Ｃ、より詳しくは、密閉型の湿式冷却器４３の代わりに開放型の湿式冷却器４７および熱交換器４８を備えるため、冷却設備である湿式冷却器をさらに小型化でき、メンテナンスの容易性およびコスト面で有利である。

【0111】

また、第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃでは、冷却系統３０が一次冷却手段２１を通水する主系統と湿式冷却器４７を通水する副系統とに分離されているため、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａの場合と同様に主系統を通水する循環水の水質が悪化することを防止することができる。

【0112】

第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃを用いた地下変電所変圧器冷却方法（以下、「第３の地下変電所変圧器冷却方法」と称する。）については、用いるシステムが異なるものの行われるステップとしては実質的に同様であるため、第１の地下変電所変圧器冷却方法の説明をもって、第３の地下変電所変圧器冷却方法の説明を省略する。なお、第３の地下変電所変圧器冷却方法では、開放型の湿式冷却器４７を用いるため、冷却器推奨運転状態判定ステップの処理内容は、例えば、上述した図５に示される内容と同様になる。

【0113】

このように構成される第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃは、および第３の地下変電所変圧器冷却方法によれば、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ、および第１の地下変電所変圧器冷却方法と同様の効果を奏することに加え、メンテナンスがより容易で、コストもより下げることができる。

【0114】

なお、上述した第３の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｃは、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対して、密閉型の湿式冷却器４３の代わりに開放型の湿式冷却器４７および熱交換器４８を備える例であるが、例えば第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂ等の第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ以外の地下変電所変圧器冷却システムにも適用することができる。

【0115】

[第４の実施形態]
図９は、本発明の第４の実施形態に係る地下変電所変圧器冷却システムの一実施例である地下変電所変圧器冷却システム（以下、「第４の地下変電所変圧器冷却システム」と称する。）１０Ｄの冷却設備（図９において図示されるのは１バンク分）を中心とする冷却系統３０を概略的に示したシステム概略図（第１実施例）である。

【0116】

第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄは、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対して、二次冷却手段２２Ａの代わりに二次冷却手段２２Ｄを具備する点で相違するものの、その他の点は実質的に相違しない。そこで、本実施形態では、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対する相違点を中心に説明し、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａの構成要素と実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。

【0117】

第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄにおける冷却系統３０は、冷却設備によって冷却される循環水（冷却水）を循環水ポンプ３１で循環させる系統である。すなわち、一次冷却手段２１と、循環水ポンプ３１と、二次冷却手段２２Ｄとを接続して構成される流路に循環水が循環的に流れている。

【0118】

二次冷却手段２２Ｄは、一次冷却手段２１を通過した後の循環水（温水）を冷却する機能を有する点で二次冷却手段２２Ａと同様であるが、その構成は相違する。例えば、図９に示される第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄでは、二次冷却手段２２Ｄが少なくとも１台の湿式としても運用可能（湿式運転可能）な乾式冷却器（以下、「散水型乾式冷却器」と称する。）５１を備える。すなわち、散水型乾式冷却器５１は、二次冷却手段２２Ｄにおいて、乾式冷却手段および湿式冷却手段の両方の役割を果たす。

【0119】

散水型乾式冷却器５１は、例えば、内部に一次冷却手段２１を通過した後の循環水（温水）が通水する伝熱部５１１と、外部から導入される空気３が伝熱部５１１に接する手前の所定範囲で補給水タンク３２からスプレー水ポンプ３７および弁３８を介して供給される補給水（冷水）を噴霧する（より細かな水滴にして散水する）噴霧部（散水部）５１３とを備える。

【0120】

散水型乾式冷却器５１は、噴霧部５１３での噴霧を停止している場合には二次冷却手段２２Ｄの乾式冷却手段として作用し、噴霧部５１３での噴霧を実施している場合には二次冷却手段２２Ｄの湿式冷却手段として作用する。なお、噴霧部５１３は、必ずしもより細かな水滴にして散水する（噴霧する）場合に限られず、水を霧状にすることなく散水してもよい。この点は後述する噴霧部５３３についても同様である。

【0121】

従って、乾式冷却手段としての散水型乾式冷却器５１は、実質的に湿式冷却器４３（図１等）と同様になる。また、湿式冷却手段としての散水型乾式冷却器５１は、伝熱部５１１の手前の所定範囲で噴霧される水の蒸発潜熱を用いて空気３を冷却することにより、伝熱部５１１の空冷効果、すなわち、循環水の冷却効果を、乾式運用時よりも高めている。

【0122】

二次冷却手段２２Ｄとしての散水型乾式冷却器５１は、
（１）乾式冷却手段としての送風機がオフ（停止）通水のみで、
湿式冷却手段としての噴霧部（散水部）５１３がオフ（停止：噴霧なし）、
（２）乾式冷却手段としての送風機がオン（起動）で、
湿式冷却手段としての噴霧部（散水部）５１３がオフ（停止：噴霧なし）、
（３）乾式冷却手段としての送風機がオン（起動）で、
湿式冷却手段としての噴霧部（散水部）５１３がオン（起動：噴霧あり）、
の３段階に冷却段階（運転状態）が切り替えられる。

【0123】

図１０は、第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄの冷却設備（図１０において図示されるのは１バンク分）を中心とする冷却系統３０を概略的に示したシステム概略図（第２実施例）である。

【0124】

第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄでは、例えば、図１０に示されるように、図９に示される二次冷却手段２２Ｄの散水型乾式冷却器５１の代わりに、二次冷却手段２２Ｄとして散水型乾式冷却器５３を具備することもできる。

【0125】

散水型乾式冷却器５３は、伝熱部５３１と噴霧部５３３とを備え、伝熱部５１１と噴霧部５１３とを備える散水型乾式冷却器５１と類似する構成であるが、水の噴霧先（散布先）が散水型乾式冷却器５１と異なる。散水型乾式冷却器５３では、噴霧部５３３から伝熱部５３１に噴霧されるため、伝熱面からの蒸発効果によって、散水型乾式冷却器５１よりもさらに高い熱伝達性能を得ることできる。従って、伝熱面積を小さく、ひいては、装置をより小型化できる。なお、散水型乾式冷却器５３の運転段階は、散水型乾式冷却器５１の運転段階と同様に３段階である。

【0126】

続いて、第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄを用いた地下変電所変圧器冷却方法（以下、「第４の地下変電所変圧器冷却方法」と称する。）について説明する。

【0127】

第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄは、乾式冷却手段（乾式冷却器４１）と湿式冷却手段（湿式冷却器４３）とが分離して構成される第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａとは異なり、乾式冷却手段と湿式冷却手段とが一体化されて構成される、すなわち、乾式としても湿式としても動作可能な散水型乾式冷却器５１，５３を具備する点で相違する。

【0128】

しかしながら、変圧器冷却のコンセプトは、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａでも第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄでも同様であるため、運転制御手順の処理ステップの大半は、第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄでも第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａと同様に実行される。

【0129】

但し、散水型乾式冷却器５１，５３で切替可能な運転段階は３段階のため、第４の地下変電所変圧器冷却方法における冷却器推奨運転状態判定ステップの処理内容は、例えば、上述した図５に示される内容と同様になる。本実施形態では、閾値（設定温度）Ｔ２は、散水型乾式冷却器５１，５３の噴霧部５１３，５３３をオン（噴霧あり：湿式運転）にする温度として取り扱う。

【0130】

第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄ、および第４の地下変電所変圧器冷却方法によれば、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ、および第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａを用いた地下変電所変圧器冷却方法と同様の効果を奏することに加え、二次冷却手段２２Ｄの構成をより簡素化できる。また、二次冷却手段２２Ｄにおける散水型乾式冷却器５１，５３は、下水処理が必要となる水を発生させないため、より大きな水道代削減効果を得ることができる。

【0131】

なお、上述した第４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｄは、第１の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａに対して、乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の代わりに、散水型乾式冷却器５１または散水型乾式冷却器５３を備える例であるが、第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂに対しても適用することができる。すなわち、第２の地下変電所変圧器冷却システム１０Ｂにおける乾式冷却器４１および湿式冷却器４３の代わりに、散水型乾式冷却器５１または散水型乾式冷却器５３を備えることができる。

【0132】

以上、第１〜４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ〜１０Ｄおよび第１〜４の地下変電所変圧器冷却方法によれば、湿式で運転する時間を、年間を通じて限られた時間に限定できる（外気温度と変圧器負荷によっては稼働時間をゼロにすることも可能になる）ため、従来と比較して大幅に（最大１００％）節水することができる。従って、第１〜４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ〜１０Ｄを運用する際に必要となる水道代（上水道代および下水道代）を大幅に削減することができる。

【0133】

また、第１〜４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ〜１０Ｄでは、大規模災害発生などに起因して断水が生じたとしても、二次冷却手段２２Ａ〜２２Ｄを運転するために必要となる水はほぼゼロであるため、変圧器１の冷却を継続できる。すなわち、災害に強い地下変電所の変圧器冷却システムおよび変圧器冷却方法を提供することができる。

【0134】

さらに、第１〜４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ〜１０Ｄでは、湿式で運転が必要となる時間が年間を通じてごく僅か（年によってはゼロ）になるため、湿式冷却器４３，４７、および散水型乾式冷却器５１，５３でのスケール（水垢）付着はほとんど生じない。また、長期間に亘って（常用的に）湿式で運転することがなくなるため、レジオネラ症予防対策を講じる必要がなく、レジオネラ症予防対策に必要な手間および費用を削減することができる。

【0135】

さらにまた、第１〜４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ〜１０Ｄでは、二次冷却手段２２Ａ〜２２Ｄの設備面積を従来の場合と比較して約２／３以下にすることができ、省スペース化することができる。従って、一般に冷却設備が大規模化する傾向にある上、大きな設置スペースの確保が困難な都市部の地下変電所においても、現状と同程度の設置スペースが確保できれば、新設時のみならず改修時においても、第１〜４の地下変電所変圧器冷却システム１０Ａ〜１０Ｄを適用することもできる。

【0136】

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0137】

１ 変圧器（被冷却体）
３ 空気
１０Ａ〜１０Ｄ 地下変電所変圧器冷却システム
２１ 一次冷却手段
２２Ａ〜２２Ｄ 二次冷却手段
３０ 冷却系統
３１ 循環水ポンプ
３２ 補給水タンク
３５ 温度計
３７ スプレー水ポンプ
３８ 弁
４１ 乾式冷却器
４１１ 伝熱部
４３，４７ 湿式冷却器
４３１ 伝熱部
４３２，４７２ 散水ポンプ
４３３，４７３ 散水部
４５ 熱交換器
４６ａ〜４６ｄ 弁
４８ 熱交換器
５１，５３ 散水型乾式冷却器
５１１，５３１ 伝熱部
５１３，５３３ 噴霧部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】