In vergelijking met 12kV kan 24kV meer elektrische energie leveren, lijnverliezen verminderen en wordt het wijdverspreid gebruikt op internationale markten.
SF₆ is een broeikasgas waarvan het potentieel voor vernietiging van de ozonlaag meer dan 20.000 keer groter is dan dat van CO₂. Het gebruik ervan moet worden beperkt; daarom mogen middenspanningsinstallaties SF₆ niet als isolerend gas gebruiken.
Voor schakelapparatuur verwijst milieuvriendelijke gassen naar gassen die geen SF₆ bevatten als isolerende of boogdoofmakende media. Voorbeelden hiervan zijn natuurlijk voorkomende gassen (zoals stikstof en koolstofdioxide), gasmengsels en synthetische gassen.
De belangrijkste uitdaging voor milieuvriendelijke gasgeïsoleerde schakelapparatuur ligt in het voldoen aan isolatie-eisen. Hoewel 12kV milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringhoofdschakelaars (RMUs) vrij gerijpt zijn, hebben 24kV-modellen relatief weinig ontwikkelaars. Dit komt doordat de binnenlandse vraag naar 24kV-apparatuur laag is en het isolatieontwerp complexer is—alleen een handvol complete setfabrikanten met exportbehoeften ontwikkelen dergelijke producten.
In essentie kan het ontwerp van 24kV-schakelapparatuur worden vereenvoudigd door de volgende benaderingen:
Solide samengestelde isolatie: Dit zorgt ervoor dat de busleiding aan de spanningseisen voldoet. Het vergroten van de isolatieafstand of het vergroten van de grootte van de gastank kan ook aan de spanningseisen voldoen.
Verhoogde gasdruk: Het verhogen van de relatieve druk van 0,04 MPa tot 0,14 MPa voldoet aan zowel isolatie- als spanningseisen, met als enige extra stap het vervangen van de boogdoofmakende kamer door een exemplaar dat geschikt is voor 24kV.
Alternatief kan C4/C5 synthetisch gas gemengd met CO₂ worden gebruikt, aangezien de isolatiesterkte vergelijkbaar is met die van SF₆. Kleine verbeteringen aan het isolatiesysteem van SF₆-gebaseerde RMUs kunnen ervoor zorgen dat ze aan de spanningseisen voor 24kV voldoen. Echter, C4/C5 is ook een broeikasgas—hoewel het globale opwarmingspotentieel (GWP) slechts 1/20 is van dat van SF₆. Bovendien ontbindt het na booguitdoving in giftige gassen, wat niet bevorderlijk is voor duurzame ontwikkeling.
De afstand tussen de levende delen van de schakelaar wordt bepaald door de impulsbestendigheidsspanning:
Voor 24kV-apparatuur bedraagt de impulsbestendigheidsspanning 125 kV, wat overeenkomt met een luchtgat van 220 mm (of 95 mm bij gebruik van 3M hitteverkleinde mouwen en BPTM ronde busleidingen).
Voor 12kV-apparatuur bedraagt de impulsbestendigheidsspanning 75 kV, met een luchtgat van 120 mm (of 55 mm met dezelfde 3M mouwen en BPTM busleidingen).
Voor zijdelings geplaatste schakeleenheden in RMUs kunnen de vereisten voor samengestelde isolatie volledig worden voldaan.
De vroegste 24kV solide geïsoleerde ringhoofdschakelaars omvatten Eaton's SVS en Xirui's producten. Aangezien de schakelaars die Xirui voor buitenlandse markten heeft ontworpen twee standen hebben—dat wil zeggen, de schakelaar is óf in de gesloten stand óf in de aangesloten stand—kon dit ontwerp niet voldoen aan China's eis voor drie standen met stapsgewijze bediening, waardoor er een isolatiestand moest worden toegevoegd tussen de twee standen.
Hoe miniaturisering, kosteneffectiviteit en milieu-adaptabiliteit te bereiken, bepaalt de ontwikkelingsrichting van 24kV milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringhoofdschakelaars. Solide samengestelde isolatie heeft hoge kosten en het is nog steeds moeilijk om het spanningseisenprobleem van isolatieonderbrekingen op te lossen. Tegelijkertijd hebben alternatieve gassen zoals droge lucht en stikstof onvoldoende isolatiesterkte, waardoor de onderbrekingsafstand en de grondafstand vergelijkbaar moeten zijn met die voor normale lucht, namelijk ≥220 mm. Dit maakt dat dergelijke rotatie-drie-standschakelaars een grote afmeting nodig hebben, terwijl lineaire bewegingsschakelaars bepaalde problemen ondervinden bij het vergroten van de hoogte of de breedte. Het gebruik van dubbele onderbreking voor isolatie en aarding kan het probleem van overmaatse isolatieschakelaars oplossen.
Om gasvullingsdruk te bieden, moet het probleem van behuizingsterkte worden opgelost. Het gebruik van een aluminiumlegering cilindrische structuur stelt dimensieoptimalisatie, uniforme elektrisch veld en goede warmteafvoer mogelijk. De interne busleidingen zijn in een driehoek (driehoeksconfiguratie) gerangschikt, en de drie-standschakelaar en vacuümonderbreker zijn verticaal geïnstalleerd, wat de ruimtelijke afmetingen maximaal benut en een kleine afmeting en hoge vermogenscapaciteit bereikt.
