Im Vergleich zu 12kV kann 24kV mehr elektrische Energie liefern, die Leitungsverluste reduzieren und wird in ausländischen Märkten weit verbreitet eingesetzt.
SF₆ ist ein Treibhausgas, dessen Ozonabbau-Potenzial über 20.000-mal höher als das von CO₂ ist. Seine Verwendung muss eingeschränkt werden; daher darf SF₆ in mittelspannungsfähigen Schaltanlagen nicht als Isoliergas verwendet werden.
Für Schaltanlagen bezieht sich umweltfreundliche Gase auf solche, die kein SF₆ als Isolier- oder Böschungsmedium enthalten. Dazu gehören natürliche Gase (wie Stickstoff und Kohlendioxid), Gasgemische und synthetische Gase.
Die Haupt Herausforderung bei umweltfreundlichen gasgefüllten Schaltanlagen liegt darin, die Isolationsanforderungen zu erfüllen. Während 12kV-umweltfreundliche gasgefüllte Ringhauptleitern (RMUs) bereits sehr reif sind, gibt es relativ wenige Entwickler für 24kV-Modelle. Dies liegt daran, dass der Inlandsbedarf an 24kV-Geräten gering ist und ihr Isolationsdesign komplexer ist—nur wenige Anlagenhersteller mit Exportbedarf entwickeln solche Produkte.
Im Wesentlichen kann das Design von 24kV-Schaltanlagen durch folgende Ansätze vereinfacht werden:
Feste Verbundisolierung: Dies stellt sicher, dass die Stromleiter den Spannungswiderstandsanforderungen genügen. Eine Erhöhung des Isolationsabstands oder eine Vergrößerung der Gastankgröße kann ebenfalls die Spannungswiderstandsnormen erfüllen.
Erhöhung des Gasdrucks: Die Steigerung des relativen Drucks von 0,04 MPa auf 0,14 MPa erfüllt sowohl die Isolations- als auch die Spannungswiderstandsanforderungen, wobei lediglich der Austausch des Böschungskammers durch eine 24kV-fähige erforderlich ist.
Alternativ kann C4/C5-Synthetagas, gemischt mit CO₂, verwendet werden, da seine Isolationsstärke ähnlich wie die von SF₆ ist. Kleine Verbesserungen am Isoliersystem von SF₆-basierten RMUs können sie den Spannungswiderstandsanforderungen von 24kV gerecht werden lassen. Allerdings ist C4/C5 ebenfalls ein Treibhausgas—seines globalen Erwärmungspotenzials (GWP) beträgt nur 1/20 des von SF₆. Darüber hinaus zerfällt es nach der Böschung in giftige Gase, was nicht förderlich für eine nachhaltige Entwicklung ist.
Der Abstand zwischen den lebenden Teilen des Schalters wird durch die Impulsfestigkeitsspannung bestimmt:
Für 24kV-Geräte beträgt die Impulsfestigkeitsspannung 125 kV, was einem Luftabstand von 220 mm entspricht (oder 95 mm, wenn 3M-Hitzeschrumpfschläuche und BPTM-Rundleiter verwendet werden).
Für 12kV-Geräte beträgt die Impulsfestigkeitsspannung 75 kV, wobei der Luftabstand 120 mm beträgt (oder 55 mm mit den gleichen 3M-Schläuchen und BPTM-Leitern).
Für seitlich montierte Schaltelemente in RMUs können die Abstandsanforderungen für Verbundisolierung vollständig erfüllt werden.
Die frühesten 24kV-fest isolierten Ringhauptleiter umfassen Eatons SVS und Xirus Produkte. Da die von Xirui für ausländische Märkte entwickelten Schalter zweistufig sind—d. h. der Schalter befindet sich entweder in der geschlossenen Position oder in der geerdeten Position—konnte dieses Design den chinesischen Anforderungen an eine dreistufige Betriebsweise mit schrittweiser Steuerung nicht gerecht werden, so dass eine Isolationsposition zwischen den beiden Positionen hinzugefügt werden musste.
Wie man Produktminiaturisierung, Kosteneffizienz und Umweltangepasstheit erreicht, bestimmt die Entwicklungslinie der 24kV-umweltfreundlichen gasgefüllten Ringhauptleiter. Feste Verbundisolierung hat hohe Kosten und löst das Spannungswiderstandsproblem der Isolationsunterbrechungen immer noch schwer. Gleichzeitig haben alternative Gase wie trockene Luft und Stickstoff unzureichende Isolationsstärke, sodass der Unterbrechungsabstand und der Erdabstand ähnlich wie bei natürlicher Luft sein müssen, d. h. ≥220mm. Dies macht solche rotierenden dreistufigen Schalter groß, während lineare Bewegungsschalter Schwierigkeiten haben, entweder die Höhe oder die Breite zu erhöhen. Der Einsatz von Doppelunterbrechungs-Isolations- und Erdungsschaltern kann das Problem übergroßer Isolierungsschalter lösen.
Um einen Gasfülldruck bereitzustellen, muss das Problem der Gehäusefestigkeit gelöst werden. Die Verwendung einer Aluminiumlegierung-Zylinderverbundstruktur ermöglicht eine Optimierung der Maße, eine gleichmäßige elektrische Feldverteilung und gute Wärmeabfuhr. Die inneren Stromleiter sind in einer Dreiecksanordnung angeordnet, und der dreistufige Schalter und der Vakuumschalter sind vertikal installiert, was die räumlichen Dimensionen optimal nutzt und eine kleine Größe und eine hohe Leistungsfähigkeit erreicht.
