Jämfört med 12kV kan 24kV leverera mer elektrisk energi, minska linjeförlusterna och används brett på utländska marknader.
SF₆ är en växthusgas vars potential att förstöra ozonlagret är över 20 000 gånger större än den för CO₂. Dess användning måste begränsas; därför får mediumspänningsutrustning inte använda SF₆ som isolerande gas.
För strömbrytare hänvisar miljövänliga gaser till de som inte innehåller SF₆ som isolerande eller bågsläckande medium. Exempel inkluderar naturligt förekommande gaser (som kväve och koldioxid), gasblandningar och syntetiska gaser.
Den viktigaste utmaningen för miljövänlig gasisolering i strömbrytare ligger i att uppfylla isoleringskraven. Medan 12kV-miljövänliga gasisoleringsslingor (RMUs) är ganska mognade, har 24kV-modeller relativt få utvecklare. Detta beror på att den inhemska efterfrågan på 24kV-utrustning är låg och dess isoleringsdesign är mer komplex—endast ett fåtal fullständiga tillverkare med exportbehov utvecklar sådana produkter.
I grunden kan 24kV-strömbrytardesign förenklas genom följande metoder:
Solid kompositisolering: Detta säkerställer att busbars uppfyller spänningsuthållighetskraven. Att öka isoleringsavståndet eller utvidga gasflaskan kan också uppfylla spänningsuthållighetsstandarder.
Ökad gastryck: Att höja det relativa trycket från 0,04 MPa till 0,14 MPa löser både isolerings- och avståndsuthållighetskraven, med endast ytterligare steget att byta ut bågsläckningskammaren mot en med 24kV-betyg.
Alternativt kan C4/C5-syntetisk gas blandad med CO₂ användas, eftersom dess isoleringsstyrka liknar den för SF₆. Mindre förbättringar av isoleringssystemet för SF₆-baserade RMUs kan göra dem kapabla att uppfylla 24kV-spänningsuthållighetskraven. Men C4/C5 är också en växthusgas—fast dess globala uppvärmningspotential (GWP) är bara 1/20 av den för SF₆. Dessutom bryts den ner till giftiga gaser efter bågsläckning, vilket inte är gynnsamt för hållbar utveckling.
Avståndet mellan levande delar i strömbrytaren bestäms av impulsuthållighetsvoltagen:
För 24kV-utrustning är impulsuthållighetsvoltagen 125kV, vilket motsvarar en luftlucka på 220mm (eller 95mm om 3M-värmeskrynklade sleever och BPTM-runda busbars används).
För 12kV-utrustning är impulsuthållighetsvoltagen 75kV, med en luftlucka på 120mm (eller 55mm med samma 3M-sleever och BPTM-busbars).
För sidmonterade strömbrytarenheter i RMUs kan kraven på kompositisolering fullt uppfyllas.
De tidigaste 24kV-solidisoleringsslingorna inkluderar Eaton's SVS och Xiruis produkter. Eftersom strömbrytarna som Xirui designade för utländska marknader är tvåpositionella—vilket betyder att strömbrytaren antingen är i stängd position eller jordad position—uppfyllde denna design inte Kinas krav på trepositionell drift med stegvis kontroll, så en isoleringsposition måste läggas till mellan de två positionerna.
Hur man når produktminiatyrisering, kostnadseffektivitet och miljöanpassning bestämmer utvecklingsriktningen för 24kV-miljövänliga gasisoleringsslingor. Solid kompositisolering har höga kostnader och har fortfarande svårigheter att lösa problemet med isoleringsavbrott. Samtidigt har alternativa gaser som torr luft och kväve otillräcklig isoleringsstyrka, så avbrottsavståndet och markavståndet behöver vara lika stora som för naturlig luft, dvs. ≥220mm. Detta gör att sådana roterande trepositionella strömbrytare kräver en stor storlek, medan linjära rörelseströmbrytare står inför vissa svårigheter när det gäller att öka höjd- eller bredddimensionen. Användningen av dubbla avbrott för isolering och jordning kan lösa problemet med för stora isoleringsströmbrytare.
För att ge gasfyllningstryck måste problemet med kabinettens styrka lösas. Användningen av en aluminiumlegeringscylindrisk struktur möjliggör dimensionsoptimering, jämn elektrisk fält och bra värmeavledning. De interna busbars är ordnade i en triangel (triangulär) konfiguration, och de trepositionella strömbrytarna och vakuumavbrottaren är installerade vertikalt, vilket maximera användningen av rumsmässiga dimensioner och uppnår liten storlek och hög effektkapacitet.
