با توجه به ۱۲ کیلوولت، ۲۴ کیلوولت میتواند انرژی برق بیشتری ارائه دهد، زیانهای خط را کاهش دهد و در بازارهای خارجی به طور گسترده استفاده میشود.
SF₆ یک گاز گلخانهای است که پتانسیل نابودی لایه ازن آن بیش از ۲۰۰۰۰ برابر CO₂ است. استفاده از آن باید محدود شود؛ بنابراین، دستگاههای قطع کننده ولتاژ متوسط نباید SF₆ را به عنوان گاز عایق استفاده کنند.
برای دستگاههای قطع کننده، گازهای محیطزیستی به گازهایی اشاره دارد که SF₆ را به عنوان ماده عایق یا خاموش کننده قوس الکتریکی ندارند. نمونههایی از آنها شامل گازهای طبیعی (مانند نیتروژن و دیاکسید کربن)، ترکیبات گازی و گازهای مصنوعی هستند.
چالش کلیدی برای دستگاههای قطع کننده عایقشده با گازهای محیطزیستی در تأمین نیازهای عایقسازی است. در حالی که دستگاههای قطع کننده عایقشده با گازهای محیطزیستی ۱۲ کیلوولت بسیار پیشرفته هستند، مدلهای ۲۴ کیلوولت توسعهدهندگان کمتری دارند. این به این دلیل است که تقاضای داخلی برای تجهیزات ۲۴ کیلوولت پایین است و طراحی عایقسازی آن پیچیدهتر است—فقط تعداد کمی از سازندگان کامل که نیاز به صادرات دارند در حال توسعه چنین محصولاتی هستند.
در اصل، طراحی دستگاههای قطع کننده ۲۴ کیلوولت میتواند از طریق رویکردهای زیر ساده شود:
عایقسازی مرکب جامد: این امر اطمینان میدهد که باربر به نیازهای تحمل ولتاژ میرسد. افزایش فاصله عایق یا افزایش حجم ظرف گاز نیز میتواند استانداردهای تحمل ولتاژ را برآورده کند.
افزایش فشار گاز: افزایش فشار نسبی از ۰٫۰۴MPa به ۰٫۱۴MPa هم نیازهای عایق و هم نیازهای تحمل ولتاژ فاصله را برطرف میکند، با تنها گام اضافی جایگزینی کامره خاموش کننده قوس با یکی با رتبه ۲۴ کیلوولت.
به طور متناوب، میتوان از گاز مصنوعی C4/C5 ترکیبی با CO₂ استفاده کرد، زیرا قدرت عایقسازی آن مشابه SF₆ است. ارتقاءهای کوچکی در سیستم عایقسازی RMUهای مبتنی بر SF₆ میتواند آنها را به استانداردهای تحمل ولتاژ ۲۴ کیلوولت برساند. با این حال، C4/C5 نیز یک گاز گلخانهای است—هرچند که پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) آن فقط ۱/۲۰ SF₆ است. علاوه بر این، پس از خاموش شدن قوس، به گازهای سمی تجزیه میشود که برای توسعه پایدار مناسب نیست.
فاصله بین بخشهای زنده دستگاه قطع کننده توسط ولتاژ تحمل ضربه تعیین میشود:
برای تجهیزات ۲۴ کیلوولت، ولتاژ تحمل ضربه ۱۲۵kV است که متناظر با فاصله هوا ۲۲۰mm (یا ۹۵mm اگر از آرماتورهای ۳M انقباض حرارتی و BPTM استفاده شود).
برای تجهیزات ۱۲ کیلوولت، ولتاژ تحمل ضربه ۷۵kV است با فاصله هوا ۱۲۰mm (یا ۵۵mm با استفاده از همان آرماتورهای ۳M و BPTM).
برای واحد قطع کنندههای جانبی در RMUها، نیازمندیهای فاصله برای عایقسازی مرکب به طور کامل برآورده میشود.
اولین واحدهای حلقهای عایقشده جامد ۲۴ کیلوولت شامل محصولات Eaton SVS و Xirui هستند. به دلیل اینکه سوئیچهای طراحی شده توسط Xirui برای بازارهای خارجی دو موقعیتی هستند—یعنی سوئیچ یا در وضعیت بسته یا در وضعیت زمین شده—این طراحی نتوانست نیازهای چین برای عملکرد سه موقعیتی با کنترل مرحلهای را برآورده کند، بنابراین باید یک موقعیت عایق بین دو موقعیت اضافه شود.
چگونگی دستیابی به کوچکسازی محصول، ارزانقیمتی و سازگاری با محیط، جهتگیری توسعه واحدهای حلقهای عایقشده با گازهای محیطزیستی ۲۴ کیلوولت را تعیین میکند. عایقسازی مرکب جامد هزینه بالایی دارد و همچنان مشکل تحمل ولتاژ توقفهای عایق را حل نمیکند. در عین حال، چون گازهای جایگزین مانند هوای خشک و نیتروژن قدرت عایقسازی کافی ندارند، فاصله توقف و فاصله زمین باید مشابه آنچه برای هوا طبیعی نیاز است، یعنی ≥۲۲۰mm باشد. این باعث میشود که چنین سوئیچهای سه موقعیتی چرخشی نیاز به اندازه بزرگی داشته باشند، در حالی که سوئیچهای حرکت خطی در افزایش ابعاد ارتفاع یا عرض با مشکلاتی مواجه میشوند. استفاده از سوئیچهای دو توقفی عایق و زمین میتواند مشکل سوئیچهای عایق بزرگ را حل کند.
برای ارائه فشار پرکننده گاز، مشکل مقاومت پوشش باید حل شود. استفاده از ساختار استوانهای آلومینیومی امکان بهینهسازی ابعاد، یکنواختی میدان الکتریکی و خنکسازی خوب را فراهم میکند. باربرهای داخلی به صورت مثلثی (دلتا) تنظیم شدهاند و سوئیچ سه موقعیتی و مقطع خاموش کننده خلاء عمودی نصب شدهاند که به حداکثر استفاده از ابعاد فضایی و دستیابی به اندازه کوچک و ظرفیت توان بالا میانجامد.
