So sánh với 12kV, 24kV có thể cung cấp nhiều năng lượng điện hơn, giảm tổn thất đường dây và được sử dụng rộng rãi trên thị trường nước ngoài.
SF₆ là một khí nhà kính có tiềm năng làm suy giảm tầng ôzôn cao hơn 20.000 lần so với CO₂. Việc sử dụng nó phải được hạn chế; do đó, thiết bị đóng cắt trung áp không được sử dụng SF₆ làm khí cách điện.
Đối với thiết bị đóng cắt, các khí thân thiện với môi trường đề cập đến những khí không chứa SF₆ làm chất cách điện hoặc dập hồ quang. Các ví dụ bao gồm các khí tự nhiên (như nitơ và dioxide cacbon), hỗn hợp khí và khí tổng hợp.
Thách thức chính đối với thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí thân thiện với môi trường nằm ở việc đáp ứng yêu cầu cách điện. Trong khi các đơn vị vòng chính (RMUs) cách điện bằng khí thân thiện với môi trường 12kV đã khá chín muồi, thì các mô hình 24kV có ít nhà phát triển hơn. Điều này là do nhu cầu trong nước về thiết bị 24kV thấp và thiết kế cách điện của nó phức tạp hơn—chỉ có một số ít nhà sản xuất bộ hoàn chỉnh có nhu cầu xuất khẩu đang phát triển các sản phẩm như vậy.
Nói chung, thiết kế thiết bị đóng cắt 24kV có thể được đơn giản hóa thông qua các phương pháp sau:
Cách điện tổng hợp rắn: Điều này đảm bảo rằng thanh busbar đáp ứng yêu cầu chịu điện áp. Tăng khoảng cách cách ly hoặc mở rộng kích thước bình khí cũng có thể đáp ứng tiêu chuẩn chịu điện áp.
Tăng áp suất khí: Nâng áp suất tương đối từ 0,04MPa lên 0,14MPa giải quyết cả yêu cầu cách điện và chịu điện áp của khoảng cách, với bước duy nhất cần thêm là thay thế buồng dập hồ quang bằng loại có định mức 24kV.
Hoặc, có thể sử dụng khí tổng hợp C4/C5 pha trộn với CO₂, vì cường độ cách điện của nó tương đương với SF₆. Các cải tiến nhỏ đối với hệ thống cách điện của RMUs dựa trên SF₆ có thể giúp chúng đáp ứng yêu cầu chịu điện áp 24kV. Tuy nhiên, C4/C5 cũng là một khí nhà kính—mặc dù tiềm năng gây nóng lên toàn cầu (GWP) của nó chỉ bằng 1/20 so với SF₆. Ngoài ra, nó phân hủy thành các khí độc hại sau khi dập hồ quang, điều này không phù hợp với sự phát triển bền vững.
Khoảng cách giữa các phần dẫn điện của công tắc được xác định bởi điện áp chịu xung:
Đối với thiết bị 24kV, điện áp chịu xung là 125kV, tương ứng với khoảng cách không khí là 220mm (hoặc 95mm nếu sử dụng ống co nhiệt 3M và thanh busbar BPTM).
Đối với thiết bị 12kV, điện áp chịu xung là 75kV, với khoảng cách không khí là 120mm (hoặc 55mm với cùng ống co 3M và thanh busbar BPTM).
Đối với các đơn vị công tắc gắn bên hông trong RMUs, yêu cầu khoảng cách cho cách điện tổng hợp có thể được đáp ứng đầy đủ.
Các đơn vị vòng chính cách điện rắn 24kV sớm nhất bao gồm SVS của Eaton và các sản phẩm của Xirui. Do thực tế là các công tắc do Xirui thiết kế cho thị trường nước ngoài là hai vị trí—có nghĩa là công tắc ở vị trí đóng hoặc vị trí nối đất—thiết kế này không đáp ứng yêu cầu của Trung Quốc về hoạt động ba vị trí với kiểm soát từng bước, do đó phải thêm vị trí cách ly giữa hai vị trí.
Cách đạt được sự nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí và khả năng thích nghi với môi trường quyết định hướng phát triển của các đơn vị vòng chính cách điện bằng khí thân thiện với môi trường 24kV. Cách điện tổng hợp rắn có chi phí cao và vẫn khó giải quyết vấn đề chịu điện áp của các điểm cách ly. Đồng thời, vì các khí thay thế như không khí khô và nitơ có cường độ cách điện không đủ, khoảng cách ngắt và khoảng cách tiếp đất cần tương tự như yêu cầu cho không khí tự nhiên, tức là ≥220mm. Điều này khiến các công tắc ba vị trí xoay cần kích thước lớn, trong khi các công tắc chuyển động thẳng gặp khó khăn trong việc tăng chiều cao hoặc chiều rộng. Việc sử dụng công tắc cách ly và nối đất hai điểm có thể giải quyết vấn đề công tắc cách ly quá lớn.
Để cung cấp áp suất nạp khí, vấn đề về sức mạnh vỏ bọc cần được giải quyết. Việc sử dụng cấu trúc trụ nhôm cho phép tối ưu hóa kích thước, điện trường đồng đều và tản nhiệt tốt. Thanh busbar bên trong được bố trí theo hình tam giác, và công tắc ba vị trí và ngắt mạch chân không được lắp đặt thẳng đứng, điều này tận dụng tối đa kích thước không gian và đạt được kích thước nhỏ và công suất cao.
