A differenza dei 12kV, i 24kV possono fornire più energia elettrica, ridurre le perdite di linea ed essere ampiamente utilizzati nei mercati esteri.
L'SF₆ è un gas serra il cui potenziale di esaurimento dello strato di ozono è oltre 20.000 volte superiore a quello del CO₂. Il suo utilizzo deve essere limitato; pertanto, l'apparatura di media tensione non deve utilizzare SF₆ come gas isolante.
Per l'apparatura di commutazione, i gas ecologici si riferiscono a quelli che non contengono SF₆ come mezzo isolante o estintore d'arco. Esempi includono gas naturali (come azoto e anidride carbonica), miscele di gas e gas sintetici.
La sfida chiave per l'apparatura di commutazione isolata con gas ecologico sta nel soddisfare i requisiti di isolamento. Mentre le unità principali ad anello (RMUs) isolate con gas ecologico da 12kV sono piuttosto mature, i modelli da 24kV hanno relativamente pochi sviluppatori. Questo perché la domanda interna per l'equipaggiamento da 24kV è bassa e il suo design di isolamento è più complesso—solo pochi produttori di impianti completi con necessità di esportazione stanno sviluppando tali prodotti.
In sostanza, il design dell'apparatura di commutazione da 24kV può essere semplificato attraverso i seguenti approcci:
Isolamento composito solido: questo assicura che la barra di distribuzione soddisfi i requisiti di resistenza alla tensione. Aumentare la distanza di isolamento o espandere la dimensione del serbatoio di gas può anche soddisfare i standard di resistenza alla tensione.
Aumento della pressione del gas: portare la pressione relativa da 0,04MPa a 0,14MPa soddisfa sia i requisiti di isolamento che quelli di resistenza alla tensione, con l'unica aggiunta della sostituzione della camera estintore d'arco con una omologata per 24kV.
In alternativa, può essere utilizzato un gas sintetico C4/C5 miscelato con CO₂, in quanto la sua forza isolante è simile a quella dell'SF₆. Piccoli miglioramenti al sistema di isolamento delle RMU basate su SF₆ possono farle soddisfare i requisiti di resistenza alla tensione da 24kV. Tuttavia, il C4/C5 è anch'esso un gas serra—anche se il suo potenziale di riscaldamento globale (GWP) è solo 1/20 di quello dell'SF₆. Inoltre, si decompone in gas tossici dopo l'estinzione dell'arco, il che non è favorevole allo sviluppo sostenibile.
Lo spazio tra le parti attive dell'interruttore è determinato dalla tensione di resistenza all'impulso:
Per l'equipaggiamento da 24kV, la tensione di resistenza all'impulso è di 125kV, corrispondente a uno spazio d'aria di 220mm (o 95mm se vengono utilizzate maniche retrattili 3M e busbar BPTM rotonde).
Per l'equipaggiamento da 12kV, la tensione di resistenza all'impulso è di 75kV, con uno spazio d'aria di 120mm (o 55mm con le stesse maniche 3M e busbar BPTM).
Per le unità di interruttori laterali nelle RMU, i requisiti di spazio per l'isolamento composito possono essere pienamente soddisfatti.
Le prime unità principali ad anello isolate solidamente da 24kV includono l'SVS di Eaton e i prodotti Xirui. Poiché gli interruttori progettati da Xirui per i mercati esteri sono a due posizioni—ovvero l'interruttore è in posizione chiusa o terra—questo design non ha soddisfatto il requisito cinese per l'operazione a tre posizioni con controllo progressivo, quindi è stato necessario aggiungere una posizione di isolamento tra le due posizioni.
Come miniaturizzare il prodotto, renderlo economico e adattabile all'ambiente determina la direzione di sviluppo delle unità principali ad anello isolate con gas ecologico da 24kV. L'isolamento composito solido ha un costo elevato e ancora fatica a risolvere il problema di resistenza alla tensione degli interruttori di isolamento. Nel frattempo, poiché i gas alternativi come aria asciutta e azoto hanno una forza isolante insufficiente, la distanza di interruzione e la distanza a terra devono essere simili a quelle richieste per l'aria naturale, ovvero ≥220mm. Ciò rende tali interruttori a tre posizioni rotativi di grandi dimensioni, mentre gli interruttori a movimento lineare affrontano certe difficoltà nell'aumentare la dimensione in altezza o in larghezza. L'adozione di interruttori di isolamento e terra a doppia interruzione può risolvere il problema degli interruttori di isolamento sovradimensionati.
Per fornire la pressione di riempimento del gas, è necessario risolvere il problema della robustezza della custodia. L'utilizzo di una struttura cilindrica in alluminio lega permette l'ottimizzazione delle dimensioni, un campo elettrico uniforme e una buona dissipazione del calore. Le busbar interne sono disposte in configurazione triangolare, e l'interruttore a tre posizioni e l'interruttore a vuoto sono installati verticalmente, massimizzando così l'uso delle dimensioni spaziali e raggiungendo piccole dimensioni e alta capacità di potenza.
