JP2023127251A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】既存の真空バルブを設計変更すること無くそのまま利用しつつ、絶縁性能（遮断性能）を一定に維持すると同時に、開極時におけるアークシールドの浮遊電位を最適な状態に維持することが可能な低コストの真空バルブを提供する。【解決手段】電極Ｅ１,Ｅ２を離接可能に収容した筒状の絶縁容器１と、電極を囲むように延在した筒状のアークシールド５とを具備し、絶縁容器は、アークシールドの両端Ｔ１,Ｔ２に筒状の絶縁碍管１ａ,１ｂを接続させて構成されている真空バルブＰであって、開極時におけるアークシールドの電位を上昇させるアークシールド電位上昇手段１４を有し、アークシールド電位上昇手段は、絶縁容器を構成する絶縁碍管並びにアークシールドを含めた全体領域のうち、少なくとも一部領域に接触させて設けられ、一部領域における静電容量を増減変化させる。【選択図】図１

Description

この発明の実施形態は、真空バルブに関する。

ビルや大型施設に設けられる受配電用の開閉装置として、例えば、遮断器や断路器などの開閉器を具備したスイッチギヤが知られている。スイッチギヤには、開閉器の構成要素として真空バルブが適用されている。真空バルブの内部は、絶縁容器によって一定の絶縁状態に維持され、この絶縁容器の内部に一対の電極が離接可能に収容されている。この場合、一対の電極を離接操作することで、事故電流の遮断や負荷電流の開閉が行われ、スイッチギヤから電力が安定して供給される。

特開２０２１－１５０２６０号公報 特許第６５１９１６７号公報 特開２００６－８００３６号公報 特許第５１７５５１６号公報

ところで、通電状態から開極状態に移行する際に、真空バルブを開放（即ち、一対の電極を離間）させたとき、電極相互間に発生したアーク放電（以下、アークと言う）によって、例えば、電極相互の対向面（以下、電極対向面という）が局所的に加熱されて表面温度が上昇する。そして、表面温度の上昇の程度によっては、例えば、電極対向面から金属蒸気が噴出したり、電極対向面が溶融（溶解）したりして、その一部が絶縁容器内に拡散する場合がある。

このとき、電極対向面から拡散した金属蒸気や溶融物（溶解物）が絶縁容器の内面に付着すると、これにより、絶縁容器の内面が汚損され、その結果、真空バルブの絶縁性能（遮断性能）を一定に維持することが困難になってしまう。これを防ぐために、真空バルブには、浮遊電位（即ち、電流が０（ゼロ）となる電圧）を有する円筒形状の金属製アークシールドが適用されている。

アークシールドを真空バルブに適用する方法としては、例えば、円筒形状のアークシールドの外周を周方向に沿って一部フランジ状に突出させた突出部を絶縁碍管の相互間で挟持する突出部挟持法や、円筒形状のアークシールドの両端を絶縁碍管の相互間で挟持する両端挟持法などが知られている。なお、いずれの挟持法においても、２つの絶縁碍管と、これら絶縁碍管の相互に挟持されたアークシールド（或いは、突出部）によって、単体の筒状絶縁容器が構成される。

この場合、両端挟持法において、アークシールドは、その全長に亘って絶縁容器の一部として併用される。これにより、両端挟持法では、絶縁容器を構成するための絶縁碍管の全長を短くすることができる。この結果、両端挟持法は、突出部挟持法よりも真空バルブの低コスト化を図ることが可能となる。

一方、両端挟持法は、突出部挟持法に比べて、アークシールドの外部に露出する領域が増大する。即ち、両端挟持法では、アークシールドの全長に亘る部分が外部に露出する。このため、通電状態から開極状態への移行時（換言すると、真空バルブの開放時（即ち、電極相互を離間させた時））において、アークシールドの浮遊電位を最適な状態に維持することが困難になってしまう。なお、最適な浮遊電位（単に、最適な電位と言ってもよい）とは、例えば、電極の離接方向で見て、真空バルブの一方（可動）側と他方（固定）側との間の電位差を１００％と規定した場合、その中間値となる５０％及びその近傍の電位を指す。

従来、このような事態を回避するために、アークシールドの電位分担を改善する各種の電位分担改善法が提案されている。例えば、アークシールドに加えて複数のサブシールドを増設する方法、アークシールドを二重化する方法、絶縁樹脂でモールドされた真空バルブの外側を金属製の円筒部材で覆う方法、絶縁樹脂でモールドされた真空バルブの外部シールド（電界緩和シールドとも言う）を設計変更する方法などである。

しかし、上記した電位分担改善法では、いずれも、既存の真空バルブをそのまま利用することができず、例えば、真空バルブの基本構造に対する変形ないし改造などの各種の設計変更が伴われる。このため、設計変更の程度によっては、開極時におけるアークシールドの浮遊電位を最適な状態に維持することはできるものの、既存の真空バルブが元来有している絶縁性能（遮断性能）を一定に維持することができなくなってしまう。

本発明の目的は、既存の真空バルブの基本構造に対する設計変更を伴うこと無くそのまま利用しつつ、当該真空バルブが元来有している絶縁性能（遮断性能）を一定に維持すると同時に、開極時におけるアークシールドの浮遊電位を最適な状態に維持することが可能な低コストの真空バルブを提供することにある。

実施形態によれば、電極を離接可能に収容した筒状の絶縁容器と、電極を囲むように延在した筒状のアークシールドとを具備し、絶縁容器は、アークシールドの両端に筒状の絶縁碍管を接続させて構成されている真空バルブであって、開極時におけるアークシールドの電位を上昇させるアークシールド電位上昇手段を有し、アークシールド電位上昇手段は、絶縁容器を構成する絶縁碍管並びにアークシールドを含めた全体領域のうち、少なくとも一部領域に接触させて設けられ、一部領域における静電容量を増減変化させる。

一実施形態に係る真空バルブの内部構造を示す図。 図１に示す浮遊静電容量を回路モデル化した図。 アークシールド電位上昇手段の厚さと比誘電率との関係を示す図。 第１変形例に係る真空バルブの内部構造を示す図。 第２変形例に係る真空バルブの内部構造を示す図。 第３変形例に係る真空バルブの内部構造を示す図。 第４変形例に係る真空バルブの内部構造を示す図。 第５変形例に係る真空バルブの内部構造を示す図。 誘電率材料の塗布長さとアークシールド電位の変化との関係を示す図。

「一実施形態」
図１は、本実施形態に係る真空バルブＰの基本構造を示す図である。真空バルブＰは、固定電極Ｅ１と、可動電極Ｅ２と、絶縁容器１（真空容器とも言う）と、固定側封着金具２と、可動側封着金具３と、気密維持機構４と、アークシールド５と、固定側外部シールド６と、可動側外部シールド７とを具備している。

図１の例において、固定電極Ｅ１、可動電極Ｅ２、気密維持機構４は、絶縁容器１に収容されている。この場合、可動電極Ｅ２や可動側封着金具３が配置された側ないし領域を絶縁容器１の一方と規定し、それとは反対側において、固定電極Ｅ１や固定側封着金具２が配置された側ないし領域を絶縁容器１の他方と規定する。

図１に示すように、絶縁容器１は、真空バルブＰの中心を規定する仮想軸線Ｐｘを中心とした中空円筒形状を成している。絶縁容器１は、仮想軸線Ｐｘ方向（換言すると、後述する電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向とも言う）で見て、その両端が開口されている。双方の開口（固定側開口Ｋ１、可動側開口Ｋ２）は、固定側封着金具２、及び、可動側封着金具３によって覆われている。即ち、絶縁容器１の一方の可動側開口Ｋ２は、可動側封着金具３によって閉塞されている。絶縁容器１の他方の固定側開口Ｋ１は、固定側封着部材２によって閉塞されている。

絶縁容器１は、仮想軸線Ｐｘ方向（電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向）において、アークシールド５の両端（一端Ｔ１、他端Ｔ２）に絶縁碍管（固定側絶縁碍管１ａ、可動側絶縁碍管１ｂ）を接続させて構成されている。即ち、アークシールド５の一端Ｔ１に可動側絶縁碍管１ｂが接続され、アークシールド５の他端Ｔ２に固定側絶縁碍管１ａが接続されている。

絶縁碍管１ａ,１ｂは、互いに同一の厚さを有している。これら絶縁碍管１ａ,１ｂ並びにアークシールド５は、仮想軸線Ｐｘを中心とした中空円筒形状を成し、それぞれの径寸法（半径、直径）は、互いに略同一に設定されている。これにより、双方の絶縁碍管１ａ,１ｂと、絶縁碍管１ａ,１ｂの相互間に介在させたアークシールド５とは、仮想軸線Ｐｘに沿って延在しつつ互いに真っ直ぐに並んで配置されている。

この状態において、アークシールド５は、一対の電極Ｅ１,Ｅ２を囲むように、具体的には、その内部（内側）に、後述する固定電極Ｅ１の固定接点８、並びに、可動電極Ｅ２の可動接点１０を収容するように配置されている。

アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２の相互間には、一定の厚さを有して仮想軸線Ｐｘ方向（電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向）に沿って延在した筒状の本体部５ｍが備えられている。アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２は、互いに同一の構成を有している。アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２は、それぞれ、接続部５ａと移行部５ｂとから構成されている。

接続部５ａは、一定の厚さを有して仮想軸線Ｐｘ方向（電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向）に沿って延在している。仮想軸線Ｐｘを中心に半径方向で見て、接続部５ａの厚さは、本体部５ｍの厚さよりも薄く設定されている。接続部５ａは、例えば、銀ロウを用いたロウ付けによって、絶縁碍管１ａ,１ｂに接続させることが可能になっている。これにより、アークシールド５の一端Ｔ１（接続部５ａ）が可動側絶縁碍管１ｂに接続され、アークシールド５の他端Ｔ２（接続部５ａ）が固定側絶縁碍管１ａに接続される。

移行部５ｂは、上記した接続部５ａを本体部５ｍに連続的に繋げるように、当該接続部５ａと本体部５ｍとの間に設けられている。図１の例において、移行部５ｂは、本体部５ｍから接続部５ａに向かって先細り形状（換言すると、接続部５ａから本体部５ｍに向かって末広がり形状）を成している。

上記した図１の例において、固定側封着金具２及び可動側封着金具３は、例えば、ステンレス鋼を主成分とする金属材料で構成されている。絶縁碍管１ａ,１ｂは、例えば、アルミナセラミックなどの絶縁材料で中空円筒形状に成形されている。アークシールド５は、例えば、銅やステンレス鋼などを主成分とする金属材料で構成されている。

また、固定電極Ｅ１及び可動電極Ｅ２は、仮想軸線Ｐｘを中心に同心状に構成されていると共に、仮想軸線Ｐｘに沿って整列して延在されている。この状態において、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２とは、それぞれの電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓが平行に対向するように位置付けられている。

固定電極Ｅ１は、固定接点８と、固定通電軸９とを備えている。可動電極Ｅ２は、可動接点１０と、可動通電軸１１とを備えている。上記した一方の電極対向面Ｅ１ｓは、固定接点８に設けられ、他方の電極対向面Ｅ２ｓは、可動接点１０に設けられている。固定通電軸９及び可動通電軸１１は、互いに同一の直径を有する円柱形状を成し、導電率の高い材料（例えば、銅（Ｃｕ）、銅合金、銀（Ａｇ））で構成されている。

固定接点８及び可動接点１０は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓが平行に対向するように、互いに対向して配置されている。固定接点８は、固定通電軸９の一端に接続され、固定通電軸９の他端は、固定側封着金具２を介して、仮想軸線Ｐｘに沿って移動不能に真空バルブＰに固定されている。可動接点１０は、可動通電軸１１の一端に接続され、可動通電軸１１の他端は、可動側封着金具３を介して、図示しない操作機構に連結されている。

ここで、図１に示すように、操作機構によって可動通電軸１１を仮想軸線Ｐｘに沿って移動させる。これにより、可動接点１０を固定接点８に対して離接、具体的には、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを離接させることができる。この結果、真空バルブＰを開閉操作（即ち、一対の電極Ｅ１,Ｅ２を離接操作）することができる。

また、可動通電軸１１と可動側封着金具３との間には、気密維持機構４が配置されている。気密維持機構４は、伸縮性を有するベローズで構成され、ベローズ（気密維持機構）４は、例えば、ステンレスなどの薄い金属で構成されている。ベローズ４は、仮想軸線Ｐｘ方向に伸縮可能な蛇腹状を成し、可動通電軸１１の外側を隙間無く覆っている。

ベローズ４は、その一端が可動側封着金具３に隙間無く接合され、その他端が可動通電軸１１に隙間無く接合されている。これにより、絶縁容器１の内部は、常に気密状態（即ち、真空状態）に維持される。この結果、真空バルブＰの開閉操作に際し、可動通電軸１１を仮想軸線Ｐｘに沿って移動させている間も、絶縁容器１の内部に大気（空気）が浸入することはない。

加えて、上記した基本構造を有する真空バルブＰは、後述するアークシールド電位上昇手段１４と共に、絶縁樹脂１２で覆われ、これにより、予め設定された輪郭形状に成型されている。図１の例において、真空バルブＰは、絶縁樹脂１２によって円筒形状の輪郭に成型されている。この場合、絶縁樹脂１２としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などが適用される。

更に、絶縁樹脂１２により円筒形状の輪郭に成型された真空バルブＰは、絶縁樹脂１２の外側を覆うように設けられた導電性の接地層１３を具備している。接地層１３は、円筒形状の絶縁樹脂１２の外周に、例えば、導電性塗料を塗布して成形され、アースが施されている。

このようなモールド真空バルブＰには、通電時ないし開極時において、上記した封着金具２,３への電界集中を緩和する外部シールド（固定側外部シールド６、可動側外部シールド７）が設けられている。これにより、これらの封着金具２,３に対する電界緩和が図られている。外部シールド６,７は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属（導電）材料で成形することができる。

固定側外部シールド６は、接触シールド部６ａと、非接触シールド部６ｂとを有している。接触シールド部６ａは、固定側封着金具２に接触しつつ当該固定側封着金具２の全面を被覆している。非接触シールド部６ｂは、絶縁容器１の外周領域に接触すること無く、当該外周領域を一部囲むように接触シールド部６ａから連続して仮想軸線Ｐｘ方向（電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向）に延出している。

可動側外部シールド７は、接触シールド部７ａと、非接触シールド部７ｂとを有している。接触シールド部７ａは、可動側封着金具３に接触しつつ当該可動側封着金具３の全面を被覆している。非接触シールド部７ｂは、絶縁容器１の外周領域に接触すること無く、当該外周領域を一部囲むように接触シールド部７ａから連続して仮想軸線Ｐｘ方向（電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向）に延出している。

この場合、外部シールド６,７の接触シールド部６ａ,７ａと、絶縁容器１の外周領域との隙間Ｗは、絶縁碍管１ａ,１ｂの厚さの１／２以上に設定されている。これにより、後述するアークシールド電位上昇手段１４及び絶縁樹脂１２の充填性の向上を図ることができる。

ここで、絶縁容器１の外周領域には、上記した双方の絶縁碍管１ａ,１ｂの外周を規定する碍管外周領域１ｓ、及び、アークシールド５の外周を規定するアークシールド外周領域５ｓが含まれる。なお、アークシールド外周領域５ｓは、上記した本体部５ｍ並びに両端Ｔ１,Ｔ２（接続部５ａ、移行部５ｂ）の全てを含めた範囲で規定される。

ところで、上記した基本構造を有するモールド真空バルブＰにおいて、例えば、対向する導体（電極Ｅ１,Ｅ２、アークシールド５、外部シールド６,７、接地層１３）に電圧が印加されると、その間には、目に見えないコンデンサ（電気溜まり）が発生する。これを「浮遊静電容量（単に、静電容量）」と言う。図１には、モールド真空バルブＰに発生する浮遊静電容量が示されており、図２には、この浮遊静電容量を見やすいように整理した回路モデルが示されている。

図１及び図２において、Ｃ１は固定電極Ｅ１とアークシールド５との間の浮遊静電容量、Ｃ２は可動電極Ｅ２とアークシールド５との間の浮遊静電容量、Ｃ３は固定側外部シールド６とアークシールド５との間の浮遊静電容量、Ｃ４は可動側外部シールド７とアークシールド５との間の浮遊静電容量、Ｃ５はアークシールド５と接地層１３との間の浮遊静電容量を模式的に示している。

図１及び図２では一例として、真空バルブＰの固定側（電極Ｅ１、外部シールド６）に高電圧が印加され、可動側（電極Ｅ２、外部シールド７、アークシールド５）を接地（アース）した場合を想定する。この場合、固定側の電位をＶｉ、アークシールド５の電位をＶｓとする。そうすると、アークシールド５の電位Ｖｓは、下記の如く表される。
即ち、Ｖｓ＝Ｖｉ×（Ｃ１＋Ｃ３）／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４＋Ｃ５）
ここで、固定側の電位Ｖｉを１００％と規定した場合、通電時にアークシールド５の電位Ｖｓが、その中間値となる５０％及びその近傍の電位となる条件は、下記の如く表される。即ち、Ｃ１＋Ｃ３＝Ｃ２＋Ｃ４＋Ｃ５ … 等式１
通常、絶縁容器１内（即ち、真空中）の浮遊静電容量Ｃ１,Ｃ２は小さく、絶縁樹脂１２中の浮遊静電容量Ｃ３,Ｃ４,Ｃ５は大きくなる。このため、下記の如き関係となる。
即ち、Ｃ１＋Ｃ３＜Ｃ２＋Ｃ４＋Ｃ５ … 不等式１
そうすると、開極時（真空バルブＰの開放時（即ち、電極Ｅ１,Ｅ２相互を離間させた時））において、アークシールド５の電位Ｖｓが低下し、その結果、絶縁容器１の片側に極端な電圧が印加される場合がある。このとき、絶縁容器１の沿面絶縁距離が充分ではない場合、絶縁破壊に至る虞がある。

このような不具合の発生を防ぐためには、不等式１を等式１に近付けるように、浮遊静電容量Ｃ３,Ｃ４,Ｃ５を制御すればよい。制御方法の一例としては、高電位側の浮遊静電容量Ｃ３を増加させる方法、或いは、接地側の浮遊静電容量Ｃ４,Ｃ５を低減させる方法が想定される。

そこで、本実施形態の真空バルブＰは、浮遊静電容量Ｃ３,Ｃ４,Ｃ５を制御することが可能なアークシールド電位上昇手段１４を有している。アークシールド電位上昇手段１４によれば、上記した基本構造を設計変更すること無くそのまま利用しつつ、開極時におけるアークシールド５の電位Ｖｓを上昇させることができる。

アークシールド電位上昇手段１４は、絶縁容器１を構成する双方の絶縁碍管１ａ,１ｂ並びにアークシールド５を含めた全体領域のうち、少なくとも一部領域に接触させて設けられ、一部領域における浮遊静電容量Ｃ３,Ｃ４,Ｃ５を増減変化させる。

ここで、絶縁容器１の内部（真空中）において、浮遊静電容量Ｃ１,Ｃ２は小さな値を有している。このため、アークシールド電位上昇手段１４を絶縁容器１の内部に設けても、開極時におけるアークシールド５の電位Ｖｓを上昇させる効果を期待できない。

この場合、アークシールド電位上昇手段１４は、上記した絶縁容器１の外周領域１ｓ,５ｓのうち、少なくとも一部領域に接触させて設けることが好ましい。図１の例において、アークシールド電位上昇手段１４は、上記した接地層１３に接触させること無く、上記した双方の絶縁碍管１ａ,１ｂの碍管外周領域１ｓ、及び、アークシールド５のアークシールド外周領域５ｓの双方に接触させて設けられている。

更に、アークシールド電位上昇手段１４には、絶縁樹脂１２よりも誘電率の小さい低誘電率材料が適用されている。低誘電率材料としては、例えば、シリコーンやポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂材料が想定される。このようなアークシールド電位上昇手段１４は、双方の絶縁碍管１ａ,１ｂ並びにアークシールド５を含めた絶縁容器１の外周領域１ｓ,５ｓの全体に亘って隙間無く積層されている。

アークシールド電位上昇手段１４を積層する方法としては、例えば、低誘電率材料を絶縁容器１の外周領域１ｓ,５ｓの全体に亘って塗布することで、所望の膜厚に設定することができる。このとき、低誘電率材料による塗布層の外周輪郭は、凹凸の無い滑らかな円筒形を成して構成される。

図３には、低誘電率材料による塗布層の厚さと、比誘電率とをパラメータとして、アークシールド５の電位（即ち、浮遊電位）がどの程度変化するかを電界解析により求めた結果が示されている。これによれば、比誘電率が低く、かつ、塗布層を厚膜化することで、開極時におけるアークシールド５の電位を上昇させることができる。

以上、本実施形態によれば、既存の真空バルブＰの基本構造に対する設計変更を伴うこと無くそのまま利用しつつ、アークシールド電位上昇手段１４として低誘電率材料から成る塗布層を設けることができる。これにより、真空バルブＰの低コスト化と共に、当該真空バルブＰが元来有している絶縁性能（遮断性能）を一定に維持しつつ同時に、低電位側に属するアークシールド５と接地層１３との間の浮遊静電容量Ｃ５、並びに、低電位側に属する一方の外部シールド７とアークシールド５との間の浮遊静電容量Ｃ４を低減させることができる。この結果、仮想軸線Ｐｘ方向（電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向）で見て、真空バルブＰの一方側と他方側との間の電位差を１００％と規定した場合において、開極時におけるアークシールド５の浮遊電位を、その中間値となる５０％及びその近傍の電位となるように上昇制御することができる。かくして、開極時におけるアークシールド５の浮遊電位を最適な状態に維持することが可能となる。

本実施形態によれば、外部シールド６,７の接触シールド部６ａ,７ａと、絶縁容器１の外周領域との隙間Ｗは、絶縁碍管１ａ,１ｂの厚さの１／２以上に設定されている。これにより、例えば注型に際し、上記の隙間Ｗを介して、アークシールド電位上昇手段１４及び絶縁樹脂１２の流れ込みを向上させることができる。この結果、注型時の歩留まりの低下を防ぐことができる。

「第１変形例」
図４は、第１変形例に係るアークシールド電位上昇手段１４の配置構成図である。図４の例において、アークシールド電位上昇手段１４は、アークシールド５（アークシールド外周領域５ｓ）及び接地層１３の双方に接触しつつ、アークシールド５（アークシールド外周領域５ｓ）と接地層１３との相互間に亘って設けられている。

この場合、アークシールド電位上昇手段１４には、上記した低誘電率材料を適用しても良いし、これに代えて、例えば、温度可変型誘電材料や膨張材を適用してもよい。温度可変型誘電材料は、温度が上昇している状態でのみ比誘電率が低くなる特性を有している。膨張材は、熱により膨張する特性を有している。

なお、温度可変型誘電材料としては、例えば、使用温度範囲で強誘電相を形成、又は、使用温度範囲内にキュリー温度を有するチタン酸バリウムなどの強誘電体以外の常誘電体材料であれば、一般に温度上昇に対して誘電率は低下する。膨張材としては、負の熱膨張を有さない材料である必要がある。一般に絶縁樹脂は正の熱膨張率を有するが、充填剤を添加した絶縁樹脂については、充填剤であるフィラーや繊維などの材料や配向状態などによって材料全体の熱膨張率が負になる場合がある。また、相転移により熱膨張率が低下することが考えられるため、絶縁樹脂はガラス転移温度以下で使用されることが望ましい。

ここで、開極時において、電極Ｅ１,Ｅ２相互間に発生したアークが拡散してアークシールド５に接触することで、アークシールド５自体の温度が一時的に上昇する場合がある。このとき、温度可変型誘電材料を適用したアークシールド電位上昇手段１４では、加熱されたアークシールド５によって、当該アークシールド電位上昇手段１４の比誘電率が低くなる。一方、膨張材を適用したアークシールド電位上昇手段１４では、加熱されたアークシールド５によって、当該アークシールド電位上昇手段１４が膨張してアークシールド５と接地層１３との間の距離が長くなる。

これにより、温度可変型誘電材料及び膨張材のいずれをアークシールド電位上昇手段１４として適用しても、アークシールド５と接地層１３との間の浮遊静電容量Ｃ５を低減させることができる。この結果、開極時におけるアークシールド５の浮遊電位を最適な状態に維持することが可能となる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した一実施形態と同様であるため、その説明は省略する。また、電流遮断の責務を負わない断路器については、電流遮断に伴うアークが発生しないため、アークシールドの温度は上昇しない。このため、温度可変型誘電材料及び膨張材のいずれも適用することができない。

「第２変形例」
図５は、第２変形例に係るアークシールド電位上昇手段１４の配置構成図である。図５の例において、アークシールド電位上昇手段１４は、接地層１３に接触させること無く、アークシールド５（アークシールド外周領域５ｓ）に接触させて設けられている。

このような配置構成によれば、上記した第１変形例の配置構成と同様の効果を実現することができる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した一実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

「第３変形例」
図６は、第３変形例に係るアークシールド電位上昇手段１４の配置構成図である。図６の例において、アークシールド電位上昇手段１４は、双方の外部シールド６,７に接触させて設けられている。具体的には、アークシールド電位上昇手段１４は、外部シールド６,７の非接触シールド部６ｂ,７ｂと、当該非接触シールド部６ｂ,７ｂによって囲まれた絶縁容器１の外周領域（即ち、碍管外周領域１ｓ）との間に充填されている。

この場合、アークシールド電位上昇手段１４には、絶縁樹脂１２よりも誘電率の大きい高誘電率材料が適用されている。高誘電率材料としては、例えば、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどの樹脂材料が想定される。

このような配置構成によれば、アークシールド５と外部シールド６,７との間の浮遊静電容量Ｃ３,Ｃ４を増加させることができる。ただし、低電位側（例えば、外部シールド７側）に高誘電率材料を適用すると、当該低電位側の浮遊静電容量Ｃ４が大きくなり、電位改善効果が低減する場合がある。この場合、高電位側（例えば、外部シールド６側）にのみ高誘電率材料を適用することが好ましい。

ここで、上記したような浮遊静電容量Ｃ３,Ｃ４を増加させる効果は、高誘電率材料に代えて、例えば、非線形誘電材料をアークシールド電位上昇手段１４として適用しても実現することができる。非線形誘電材料は、磁界強度に応じて材料の誘電率が非線形に変化する特性、換言すると、電界が掛かっていない状態（即ち、低電界となる領域）では、比誘電率が低くなり、高電界となる領域では、比誘電率が高くなる特性を有している。

そこで、図６に示すように、非線形誘電材料を双方の外部シールド６,７に接触させて設けることで、開極時に外部シールド６,７付近が局所的に高誘電率となるため、上記した高誘電率材料と同様の効果を実現するこができる。このとき、低電位側（例えば、外部シールド７側）において、磁界強度はそれほど大きくならず、比誘電率も高くならない。これにより、上記した高誘電率材料を適用した場合に生じる弊害を解消させることができる。

更に、非線形誘電材料を適用した場合には、例えば図１に示すように、アークシールド電位上昇手段１４を、双方の絶縁碍管１ａ,１ｂ並びにアークシールド５を含めた絶縁容器１の外周領域１ｓ,５ｓの全体に亘って隙間無く積層させてもよい。この場合、非線形誘電材料としては、例えば、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムに代表される強誘電体がフィラーとしてエポキシ樹脂などの絶縁樹脂に添加されたものが想定される。

「第４変形例」
図７は、第４変形例に係るアークシールド電位上昇手段１４の配置構成図である。図７の例において、アークシールド電位上昇手段１４は、外部シールド６,７の非接触シールド部６ｂ,７ｂの外周を規定する外周領域６ｓ,７ｓに接触させて設けられている。具体的には、アークシールド電位上昇手段１４は、外部シールド６,７（非接触シールド部６ｂ,７ｂ）及び接地層１３の双方に接触しつつ、外部シールド６,７（非接触シールド部６ｂ,７ｂ）と接地層１３との相互間に亘って設けられている。

このような配置構成によれば、上記した第３変形例の配置構成と同様の効果を実現することができる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した一実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

「第５変形例」
図８は、第５変形例に係るアークシールド電位上昇手段１４の配置構成図である。図８の例において、アークシールド電位上昇手段１４は、高電位側から低電位側に亘る領域に亘って配置されている。具体的には、アークシールド電位上昇手段１４は、固定側絶縁碍管１ａとアークシールド５の双方に部分的に接触しつつ、接地層１３との相互間に亘って設けられている。

この場合、アークシールド電位上昇手段１４には、例えば、上記した低誘電率材料、高誘電率材料、非線形誘電材料、温度可変型誘電材料、膨張材を適宜選択的に適用することが可能である。ただし、図９に示すように、高誘電率材料の塗布長さを長くし過ぎると、アークシールド５の浮遊電位が過剰に上昇してしまうことに留意する必要がある。これに対して、低誘電率材料を上記した一実施形態（図１参照）のように延在させた場合、当該低誘電率材料がアークシールド５の周囲に存在し、これにより、当該一実施形態と同様の効果を実現することができる。

「その他の変形例」
上記した一実施形態並びに各変形例では、双方の絶縁碍管１ａ,１ｂの碍管外周領域１ｓと、アークシールド５のアークシールド外周領域５ｓとの仮想軸線Ｐｘ方向における位置関係について特に言及しなかったが、これらの碍管外周領域１ｓとアークシールド外周領域５ｓとは、同一円筒面上に沿って互いに面一となるように位置付けてもよいし、そうでなくてもよい。

例えば、仮想軸線Ｐｘを中心に半径方向で見て、碍管外周領域１ｓをアークシールド外周領域５ｓよりも突出させて位置付けてもよいし、或いは、碍管外周領域１ｓよりもアークシールド外周領域５ｓを突出させて位置付けてもよい。なお、いずれのレイアウトであっても、上記した一実施形態（図１参照）のようにアークシールド電位上昇手段１４を絶縁容器１の外周領域１ｓ,５ｓの全体に亘って積層した状態において、当該アークシールド電位上昇手段１４による外周輪郭は、凹凸の無い滑らかな円筒形を成して構成される。

以上、本発明の一実施形態及びいくつかの変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施され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、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

１…絶縁容器、１ａ…固定側絶縁碍管、１ｂ…可動側絶縁碍管、１ｓ…碍管外周領域、２…固定側封着金具、３…可動側封着金具、４…気密維持機構、５…アークシールド、５ｍ…本体部、５ａ…接続部、５ｂ…移行部、５ｓ…アークシールド外周領域、６…固定側外部シールド、７…可動側外部シールド、６ａ,７ａ…接触シールド部、６ｂ,７ｂ…非接触シールド部、８…固定接点、９…固定通電軸、１０…可動接点、１１…可動通電軸、１２…絶縁樹脂、１３…接地層、１４…アークシールド電位上昇手段、Ｐ…真空バルブ、Ｅ１…固定電極、Ｅ２…可動電極、Ｋ１…固定側開口、Ｋ２…可動側開口、Ｔ１…一端、Ｔ２…他端。

Claims (10)

1. 一対の電極を離接可能に収容し、かつ、前記電極の離接方向において両端が開口した筒状の絶縁容器と、
   一対の前記電極を囲むように前記離接方向に沿って延在した筒状のアークシールドと、を具備し、
   前記絶縁容器は、前記離接方向において、前記アークシールドの両端に筒状の絶縁碍管を接続させて構成されている真空バルブであって、
   開極時における前記アークシールドの電位を上昇させるアークシールド電位上昇手段を有し、
   前記アークシールド電位上昇手段は、前記絶縁容器を構成する双方の前記絶縁碍管並びに前記アークシールドを含めた全体領域のうち、少なくとも一部領域に接触させて設けられ、前記一部領域における静電容量を増減変化させる真空バルブ。
2. 前記真空バルブは、前記アークシールド電位上昇手段と共に、絶縁樹脂で覆われ、これにより、予め設定された輪郭形状に成型されている請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記アークシールドの前記両端の相互間には、一定の厚さを有して前記離接方向に沿って延在した筒状の本体部が備えられ、
   前記アークシールドの前記両端は、それぞれ、
   一定の厚さを有して前記離接方向に沿って延在し、前記絶縁碍管に接続させることが可能な接続部と、
   前記接続部を前記本体部に連続的に繋げるように、前記接続部と前記本体部との間に設けられた移行部と、から構成され、
   前記接続部の厚さは、前記本体部の厚さよりも薄く設定されている請求項１に記載の真空バルブ。
4. 筒状の前記絶縁容器の外周を規定する外周領域において、前記アークシールド電位上昇手段は、前記外周領域のうち、少なくとも前記一部領域に接触させて設けられている請求項２に記載の真空バルブ。
5. 前記絶縁容器の前記外周領域には、それぞれの前記絶縁碍管の外周を規定する碍管外周領域、及び、前記アークシールドの外周を規定するアークシールド外周領域が含まれ、
   前記アークシールド電位上昇手段は、前記碍管外周領域の少なくとも一方、或いは、前記アークシールド外周領域のみ、又は、前記碍管外周領域及び前記アークシールド外周領域の双方に接触させて設けられている請求項４に記載の真空バルブ。
6. 前記真空バルブは、
   前記絶縁容器の前記両端の開口を閉塞する封着金具と、
   前記封着金属への電界集中を緩和する外部シールドと、を具備し、
   前記外部シールドは、
   前記封着金具に接触しつつ前記封着金具を被覆する接触シールド部と、
   前記絶縁容器の前記外周領域に接触すること無く、前記外周領域を一部囲むように前記接触シールド部から連続して前記離接方向に延出した非接触シールド部と、を有し、
   前記アークシールド電位上昇手段は、前記非接触シールド部の外周を規定する外周領域に接触させて設けられている請求項４に記載の真空バルブ。
7. 前記外部シールドの前記接触シールド部と、前記絶縁容器の前記外周領域との隙間は、前記絶縁碍管の厚さの１／２以上に設定されている請求項６に記載の真空バルブ。
8. 前記絶縁樹脂により予め設定された輪郭形状に成型された前記真空バルブは、
   前記絶縁樹脂の外側を覆うように設けられた導電性の接地層を具備し、
   前記離接方向で見て、前記真空バルブの一方側と他方側との間の電位差を１００％と規定した場合において、開極時における前記アークシールドの電位が、その中間値となる５０％及びその近傍の電位となるように、前記アークシールド電位上昇手段は、低電位側に属する前記アークシールドと前記接地層との間の前記静電容量を低減させる機能を有している請求項６に記載の真空バルブ。
9. 前記絶縁樹脂により予め設定された輪郭形状に成型された前記真空バルブは、
   前記絶縁樹脂の外側を覆うように設けられた導電性の接地層を具備し、
   前記離接方向で見て、前記真空バルブの一方側と他方側との間の電位差を１００％と規定した場合において、開極時における前記アークシールドの電位が、その中間値となる５０％及びその近傍の電位となるように、前記アークシールド電位上昇手段は、低電位側に属する一方の前記外部シールドと前記アークシールドとの間の前記静電容量を低減させる機能を有している請求項６に記載の真空バルブ。
10. 前記絶縁樹脂により予め設定された輪郭形状に成型された前記真空バルブは、
    前記絶縁樹脂の外側を覆うように設けられた導電性の接地層を具備し、
    前記離接方向で見て、前記真空バルブの一方側と他方側との間の電位差を１００％と規定した場合において、開極時における前記アークシールドの電位が、その中間値となる５０％及びその近傍の電位となるように、前記アークシールド電位上昇手段は、高電位側に属する他方の前記外部シールドと前記アークシールドとの間の前記静電容量を増加させる機能を有している請求項６に記載の真空バルブ。

Images