در مقایسه با ۱۲ کیلوولت، ۲۴ کیلوولت میتواند انرژی برق بیشتری تأمین کند، افت خط را کاهش دهد و در بازارهای خارجی به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد.
SF₆ یک گاز گلخانهای است که پتانسیل تخریب لایه اوزون آن بیش از ۲۰۰۰۰ برابر CO₂ است. استفاده از آن باید محدود شود؛ بنابراین، تجهیزات کلیدزنی ولتاژ متوسط نباید SF₆ را به عنوان گاز عایق استفاده کنند.
برای تجهیزات کلیدزنی، گازهای محیط زیستی به آنهایی اشاره دارد که شامل SF₆ به عنوان ماده عایق یا خاموش کننده قوس الکتریکی نمیباشند. مثالها شامل گازهای طبیعی (مانند نیتروژن و دی اکسید کربن)، ترکیبات گازی و گازهای مصنوعی هستند.
چالش کلیدی برای تجهیزات کلیدزنی عایق گازی محیط زیستی در تأمین نیازهای عایقبندی است. در حالی که تجهیزات حلقهای عایق گازی محیط زیستی ۱۲ کیلوولت بسیار پیشرفته هستند، مدلهای ۲۴ کیلوولت توسعهدهندگان کمتری دارند. این به این دلیل است که تقاضای داخلی برای تجهیزات ۲۴ کیلوولت کم است و طراحی عایقبندی آن پیچیدهتر است—فقط تعداد کمی از سازندگان مجموعه کامل که نیاز به صادرات دارند در حال توسعه این محصولات هستند.
در واقع، طراحی تجهیزات کلیدزنی ۲۴ کیلوولت میتواند از طریق رویکردهای زیر سادهسازی شود:
عایق مرکب جامد: این مورد تضمین میکند که میلههای اصلی نیازهای تحمل ولتاژ را برآورده میکنند. افزایش فاصله عایق یا بزرگ کردن حجم ظرف گاز نیز میتواند استانداردهای تحمل ولتاژ را برآورده کند.
افزایش فشار گاز: افزایش فشار نسبی از ۰٫۰۴MPa به ۰٫۱۴MPa همچنین نیازهای عایقبندی و تحمل ولتاژ فاصله را حل میکند، با تنها گام اضافی تعویض کامره خاموش کننده قوس با یکی با رتبه ۲۴ کیلوولت.
به عنوان گزینه دیگر، گاز مصنوعی C4/C5 ترکیب شده با CO₂ میتواند استفاده شود، زیرا قدرت عایقبندی آن مشابه SF₆ است. اصلاحات کوچکی در سیستم عایقبندی تجهیزات حلقهای مبتنی بر SF₆ میتواند آنها را برای برآورده کردن نیازهای تحمل ولتاژ ۲۴ کیلوولت مناسب کند. با این حال، C4/C5 نیز یک گاز گلخانهای است—اگرچه 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 مفید نیست.
فاصله بین بخشهای زنده کلید توسط ولتاژ تحمل ضربه تعیین میشود:
برای تجهیزات ۲۴ کیلوولت، ولتاژ تحمل ضربه ۱۲۵ کیلوولت است، که متناظر با فاصله هوایی ۲۲۰ میلیمتر (یا ۹۵ میلیمتر اگر از آستینهای حرارتی ۳M و میلههای BPTM دایرهای استفاده شود).
برای تجهیزات ۱۲ کیلوولت، ولتاژ تحمل ضربه ۷۵ کیلوولت است، با فاصله هوایی ۱۲۰ میلیمتر (یا ۵۵ میلیمتر با استفاده از همان آستینهای ۳M و میلههای BPTM).
برای واحد کلیدهای جانبی در تجهیزات حلقهای، نیازمندیهای فاصله برای عایق مرکب به طور کامل برآورده میشود.
اولین تجهیزات حلقهای عایق جامد ۲۴ کیلوولت شامل محصولات SVS ایتون و Xirui هستند. به دلیل اینکه کلیدهای طراحی شده توسط Xirui برای بازارهای خارجی دو موقعیتی هستند—یعنی کلید یا در وضعیت بسته یا زمین شده—این طراحی نتوانست نیاز چین برای عملکرد سه موقعیتی با کنترل مرحلهای را برآورده کند، بنابراین باید یک وضعیت جداگانه بین دو وضعیت اضافه شود.
چگونگی دستیابی به مینیاتوریسازی محصول، اقتصادی بودن و سازگاری با محیط تعیینکننده جهت توسعه تجهیزات حلقهای عایق گازی محیط زیستی ۲۴ کیلوولت است. عایق مرکب جامد هزینه بالایی دارد و هنوز مشکل تحمل ولتاژ شکافهای عایق را حل نمیکند. در عین حال، چون گازهای جایگزین مانند هوا خشک و نیتروژن قدرت عایقبندی کافی ندارند، فاصله شکاف و فاصله زمین باید مشابه آنچه برای هوا طبیعی نیاز است، یعنی ≥۲۲۰ میلیمتر باشد. این موضوع باعث میشود که کلیدهای سه موقعیتی چرخشی اندازه بزرگی داشته باشند، در حالی که کلیدهای حرکت خطی در افزایش ابعاد ارتفاع یا عرض با مشکلاتی مواجه میشوند. استفاده از کلیدهای عایق و زمینرسانی دو شکافی میتواند مشکل کلیدهای عایق بزرگ را حل کند.
برای ایجاد فشار پرکننده گاز، مشکل مقاومت پوشش باید حل شود. استفاده از ساختار استوانهای آلومینیوم میتواند به بهینهسازی ابعاد، یکنواختی میدان الکتریکی و تảnش گرما کمک کند. میلههای داخلی به شکل مثلثی (دلتا) تنظیم شدهاند و کلید سه موقعیتی و میانقطع خلاء عموداً نصب شدهاند، که از ابعاد فضایی به طور حداکثری استفاده میکند و اندازه کوچک و ظرفیت توان بالا را فراهم میکند.
