Comparé à 12kV, 24kV peut fournir plus d'énergie électrique, réduire les pertes de ligne et est largement utilisé sur les marchés étrangers.
Le SF₆ est un gaz à effet de serre dont le potentiel de dépletion de la couche d'ozone est plus de 20 000 fois supérieur à celui du CO₂. Son utilisation doit être limitée ; par conséquent, les équipements de moyenne tension ne doivent pas utiliser le SF₆ comme gaz isolant.
Pour les équipements de coupure, les gaz respectueux de l'environnement font référence à ceux qui ne contiennent pas de SF₆ en tant que milieu isolant ou extincteur d'arc. Parmi les exemples, on trouve les gaz naturels (comme l'azote et le dioxyde de carbone), les mélanges de gaz et les gaz synthétiques.
Le défi majeur pour les équipements de coupure à isolation gazeuse respectueuse de l'environnement réside dans la satisfaction des exigences d'isolation. Bien que les unités de jonction principale (RMUs) à isolation gazeuse respectueuse de l'environnement de 12kV soient assez matures, les modèles de 24kV ont relativement peu de développeurs. Cela est dû au faible demande intérieure pour les équipements de 24kV et à la complexité de leur conception d'isolation - seuls quelques fabricants de systèmes complets ayant besoin d'exporter développent de tels produits.
En substance, la conception des équipements de coupure de 24kV peut être simplifiée par les approches suivantes :
Isolation composite solide : cela assure que la barre de jonction répond aux exigences de résistance à la tension. L'augmentation de l'espace d'isolement ou l'élargissement de la taille du réservoir de gaz peut également satisfaire les normes de résistance à la tension.
Augmentation de la pression du gaz : l'élévation de la pression relative de 0,04 MPa à 0,14 MPa répond à la fois aux exigences d'isolation et de résistance à la tension de l'espace d'isolement, avec comme seule étape supplémentaire le remplacement de la chambre d'extinction d'arc par une chambre adaptée à 24kV.
Alternativement, un mélange de gaz synthétique C4/C5 avec du CO₂ peut être utilisé, car sa force d'isolation est similaire à celle du SF₆. Des améliorations mineures du système d'isolation des RMUs basés sur le SF₆ peuvent permettre de répondre aux exigences de résistance à la tension de 24kV. Cependant, le C4/C5 est également un gaz à effet de serre - bien que son potentiel de réchauffement global (PRG) ne soit que 1/20 de celui du SF₆. De plus, il se décompose en gaz toxiques après extinction d'arc, ce qui n'est pas favorable au développement durable.
L'espacement entre les parties sous tension de l'interrupteur est déterminé par la tension de tenue à l'impulsion :
Pour les équipements de 24kV, la tension de tenue à l'impulsion est de 125kV, correspondant à un espace d'air de 220mm (ou 95mm si des manchons thermorétractables 3M et des barres de jonction BPTM rondes sont utilisés).
Pour les équipements de 12kV, la tension de tenue à l'impulsion est de 75kV, avec un espace d'air de 120mm (ou 55mm avec les mêmes manchons 3M et barres de jonction BPTM).
Pour les unités d'interrupteurs montés latéralement dans les RMUs, les exigences d'espacement pour l'isolation composite peuvent être pleinement satisfaites.
Les premiers RMUs à isolation solide de 24kV comprennent les produits SVS d'Eaton et ceux de Xirui. En raison du fait que les interrupteurs conçus par Xirui pour les marchés étrangers sont à deux positions - c'est-à-dire que l'interrupteur est soit en position fermée, soit en position mise à la terre - cette conception n'a pas satisfait la demande chinoise pour une opération à trois positions avec contrôle progressif, il a donc fallu ajouter une position d'isolement entre les deux positions.
La façon de réaliser la miniaturisation, la rentabilité et l'adaptabilité environnementale des produits détermine l'orientation de développement des RMUs à isolation gazeuse respectueuse de l'environnement de 24kV. L'isolation composite solide a un coût élevé et peine encore à résoudre le problème de résistance à la tension des ruptures d'isolement. Par ailleurs, en raison de l'insuffisance de la force d'isolation des gaz alternatifs tels que l'air sec et l'azote, la distance de rupture et la distance de mise à la terre doivent être similaires à celles requises pour l'air naturel, c'est-à-dire ≥220mm. Cela rend ces interrupteurs rotatifs à trois positions nécessitant une grande taille, tandis que les interrupteurs à mouvement linéaire rencontrent certaines difficultés, que ce soit en augmentant la dimension de hauteur ou de largeur. L'utilisation d'interrupteurs d'isolement et de mise à la terre à double rupture peut résoudre le problème des interrupteurs d'isolement de grande taille.
Pour fournir une pression de remplissage de gaz, le problème de la solidité de l'enveloppe doit être résolu. L'utilisation d'une structure cylindrique en alliage d'aluminium permet une optimisation des dimensions, un champ électrique uniforme et une bonne dissipation de la chaleur. Les barres de jonction internes sont disposées en configuration delta (triangulaire), et l'interrupteur à trois positions et l'interrupteur à vide sont installés verticalement, ce qui maximise l'utilisation des dimensions spatiales et permet d'atteindre une petite taille et une grande capacité de puissance.
