По сравнению с 12 кВ, 24 кВ могут обеспечить больше электроэнергии, уменьшить потери на линии и широко используются на зарубежных рынках.
SF₆ — это парниковый газ, потенциал разрушения озонового слоя которого в 20 000 раз превышает потенциал CO₂. Его использование должно быть ограничено; поэтому средневольтное коммутационное оборудование не должно использовать SF₆ в качестве изоляционного газа.
Для коммутационного оборудования экологически чистые газы — это те, которые не содержат SF₆ в качестве изоляционного или дугогасящего средства. Примерами являются природные газы (например, азот и углекислый газ), газовые смеси и синтетические газы.
Основная проблема для экологически чистого газоизолированного коммутационного оборудования заключается в соблюдении требований к изоляции. Хотя 12-киловольтные экологически чистые газоизолированные кольцевые главные щиты (RMU) уже достаточно зрелы, моделей на 24 кВ относительно мало. Это связано с тем, что внутренний спрос на оборудование 24 кВ низкий, а его изоляционный дизайн более сложен — только несколько производителей комплектного оборудования, имеющих потребность в экспорте, занимаются разработкой таких продуктов.
Суть упрощения дизайна коммутационного оборудования 24 кВ может быть достигнута следующими способами:
Твердая композитная изоляция: это обеспечивает соответствие шины требованиям по выдерживанию напряжения. Увеличение изоляционного зазора или расширение размера газового резервуара также могут удовлетворять стандартам по выдерживанию напряжения.
Повышение давления газа: увеличение относительного давления с 0,04 МПа до 0,14 МПа решает как проблемы изоляции, так и выдерживания напряжения зазором, единственным дополнительным шагом является замена камеры дугогашения на камеру, рассчитанную на 24 кВ.
Альтернативно, можно использовать C4/C5 синтетический газ, смешанный с CO₂, так как его изоляционная прочность схожа с SF₆. Небольшие улучшения системы изоляции RMU на основе SF₆ могут сделать их соответствующими требованиям по выдерживанию напряжения 24 кВ. Однако C4/C5 также является парниковым газом, хотя его потенциал глобального потепления составляет всего 1/20 от SF₆. Кроме того, он разлагается в токсичные газы после гашения дуги, что не способствует устойчивому развитию.
Зазор между токоведущими частями выключателя определяется импульсным напряжением выдерживания:
Для оборудования 24 кВ импульсное напряжение выдерживания составляет 125 кВ, что соответствует воздушному зазору 220 мм (или 95 мм, если используются термоусадочные рукава 3M и круглые шины BPTM).
Для оборудования 12 кВ импульсное напряжение выдерживания составляет 75 кВ, с воздушным зазором 120 мм (или 55 мм с теми же рукавами 3M и шинами BPTM).
Для боковых выключателей в RMU требования к зазору для композитной изоляции могут быть полностью выполнены.
Среди первых 24-киловольтных твердоизолированных кольцевых главных щитов были SVS от Eaton и продукты Xirui. Поскольку выключатели, разработанные Xirui для зарубежных рынков, имеют два положения — либо включен, либо заземлен, — этот дизайн не соответствовал китайским требованиям к трехпозиционной работе с пошаговым управлением, поэтому между двумя положениями пришлось добавить положение изоляции.
Как достичь миниатюризации продукта, экономической эффективности и адаптации к окружающей среде определяет направление развития 24-киловольтных экологически чистых газоизолированных кольцевых главных щитов. Твердая композитная изоляция имеет высокую стоимость и все еще трудно решает проблему выдерживания напряжения изоляционных разрывов. В то же время, поскольку альтернативные газы, такие как сухой воздух и азот, имеют недостаточную изоляционную прочность, зазор между разрывами и заземлением должен быть схожим с тем, который требуется для естественного воздуха, то есть ≥220 мм. Это делает такие поворотные трехпозиционные выключатели большими по размеру, в то время как выключатели с линейным перемещением сталкиваются с определенными трудностями, будь то увеличение высоты или ширины. Использование двухразрывных выключателей изоляции и заземления может решить проблему слишком больших выключателей изоляции.
Для обеспечения давления заполнения газом необходимо решить проблему прочности корпуса. Использование цилиндрической конструкции из алюминиевого сплава позволяет оптимизировать размеры, равномерно распределить электрическое поле и обеспечить хорошее теплоотведение. Внутренние шины расположены в треугольной конфигурации, а трехпозиционный выключатель и вакуумный прерыватель установлены вертикально, что позволяет максимально использовать пространственные размеры и достигать малого размера и высокой мощности.
