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六氟化硫(SF<,6>)气体以其优良的绝缘和灭弧性能而广泛应用于高压电力设备中。但SF<,6>气体属于高温室效应气体，其温室效应指数为CO<,2>的23900倍。于1997年签订的《京都议定书》中已将SF<,6>列为禁止使用的高温室效应气体，因此寻找绝缘性能与SF<,6>相当或更高而温室效应指数低的新气体来替代SF<,6>变得越来越迫切。
在选择SF<,6>的替代气体时，需要考虑耐电强度(E/N)<,lim>，温室效应指数(GWP)和液化温度T<,b>三个主要指标。1997年美国国家标准和技术协会会议上已把八氟环丁烷(c-C<,3>F<,8>)混合气体列为最有潜力的SF<,6>绝缘替代气体。尽管一些国内外学者们已经对c-C<,4>F<,8>混合气体的绝缘特性进行了一些研究，但是对于c-C<,4>F<,8>混合气体的GWP和T<,b>只进行了定性分析或者甚至忽视了这两个指标。本文在选择SF<,6>替代气体时，首次定量分析c-C<,4>F<,8>/CO<,2>，c-C<,4>F<,8>/CF<,4>，c-C<,4>F<,8>/N<,2>以及c-C<,4>F<,8>/N<,2>o四种二元混合气体和10％c-C<,4>F<,8>/CO<,2>/N<,2>，10％c-C<,4>F<,8>/N<,2>O/N<,2>以及10％c-C<,4>F<,8>/CO<,2>/N<,2>O三种三元混合气体的(E/N)<,lim>、GWP和T<,b>三个指标，研究c-C<,4>F<,8>及其二元和三元混合气体取代SF<,6>时的绝缘性能。另外对于c-C<,4>F<,8>/N<,2>O和10％c-C<,4>F<,8>三种三元混合气体放电参数的测量和计算，在国内外的文献中尚未见报导。本文在测量和计算c-C<,4>F<,8>二元和三元混合气体放电参数时，所采用的方法是稳态汤生(SST：Steady State Townsead)实验法和玻尔兹曼(Boltzmann)方程分析法。
本文改进了SST实验的数学模型，直接拟合求出电离系数密度比α/N(α：电离系数；N：分子数密度)以及吸附系数密度比η/N(η吸附系数)，改进的方法可以提高计算精度，减少计算量。通过测量均匀电场中SF<,6>的电子崩的增长，确定初始电流的稳定性；通过测量中性气体N<,2>、弱电负性气体CO<,2>以及强电负性气体SF<,6>的放电参数，来验证本文所设计的实验装置和改进的数学模型的可行性；分析比较了获得绝缘气体耐电强度(E/N)<,lim>的两种方法，确立了本文求取c-C<,4>F<,8>混合气体(E/N)<,lim>的方法。基于改进的SST、数学模型，本文用SST实验方法在180Vm<2>)，1F<,8>/CO<,2>，c-C<,4>F<,8>/CF<,4>，c-C<,4>F<,8>/N<,2>以及c-C<,4>F<,8>/N<,2>O四种二元混合气体的α/N以及η/N，并求得到它们在不同百分比下的(E/N)<,lim>。SST实验表明，c-C<,4>F<,8>与CO<,2>混合呈协同效应，c-C<,4>F<,8>与CF<,4>混合呈微协同效应，c-C<,4>F<,8>与N<,2>混合以及c-C<,4>F<,8>与N<,2>O混合呈正协同效应。因此，向c-C<,4>F<,8>中添加CO<,2>，CF<,4>，N<,2>和N<,2>O作为缓冲气体，不但可以降低c-C<,4>F<,8>的使用量，而且还能保证混合气体有较高耐电强度。通过比较在c-C<,4>F<,8>的含量大于50％的情况下c-C<,4>F<,8>混合气体与SF<,6>的(E/N)<,lim>，研究了这四种c-C<,4>F<,8>二元混合气体取代SF<,6>的可行性。 Boltzmann方程分析法不仅可以计算气体的α/N和η/N，还可以计算气体的输运参数(漂移速度V<,e>和扩散系数D)。因此本文用Boltzmann方程分析法在较宽的E/N范围(180F<,8>百分比(10％，25％，50％，75％，80％，90％)范围内来求解c-C<,4>F<,8>/CO<,2>，c-C<,4>F<,8>/CF<,4>，c-C<,4>F<,8>/N<,2>以及c-C<,4>F<,8>/N<,2>O的放电参数，并求出它们的耐电强度。通过分析V<,e>与E/N以及D与E/N的关系曲线，从分子运动的角度解释缓冲气体CO<,2>，CF<,4>，N<,2>和N<,2>O对c-C<,4>F<,8>耐电特性的影响，扩展了SST实验方法的研究成果。通过分析GWP与c-C<,4>F<,8>在混合气体中的含量K的函数关系曲线发现，c-C<,4>F<,8>/CO<,2>，c-C<,4>F<,8>/CF<,4>，c-C<,4>F<,8>/N<,2>与c-C<,4>F<,8>/N<,2>O在耐电强度与SF<,6>的耐电强度相当的时候，它们的温室效应指数远小于SF<,6>的温室效应指数。因此，当这四种二元混合气体用作绝缘气体时，与SF<,6>相比，将大大减少对大气环境的破坏。
c-C<,4>F<,8>的液化温度比较高，考虑到绝缘气体在较低的温度环境的应用，本文也用Boltzmann方程分析法研究了低含量c-C<,4>F<,8>三元混合气体10％c-C<,4>F<,8>/CO<,2>/N<,2>，10％c-C<,4>F<,8>/N<,2>O/N<,2>和10％c-C<,4>F<,8>/CO<,2>/N<,2>O的绝缘特性。
本文计算求出了c-C<,4>F<,8>一元气体的GWP、与SF<,6>耐电强度相当时所需的充气气压以及在该气压下的死；计算求出了c-C<,4>F<,8>/CO<,2>，c-C<,4>F<,8>/CF<,4>，c-C<,4>F<,8>/N<,2>以及c-C<,4>F<,8>/N<,2>O四种二元混合气体与SF6耐电强度相当时的最佳混合比，以及在该混合比下的GWP和死；计算求出了10％c-C<,4>F<,8>/CO<,2>]N<,2>，10％c-C<,4>F<,8>/N<,2>O/N<,2>以及10％c-C<,4>F<,8>/CO<,2>/N<,2>O三种三元混合气体耐电强度与SF<,6>相当时所需的气压比以及在该气压比范围内的GWP和T<,b>。研究结果表明c-C<,4>F<,8>一元气体因为适用的温度环境太窄，取代SF<,6>不可行。在本文所研究的四种c-C<,4>F<,8>二元混合气体中，当温度环境为0℃以上时，c-C<,4>F<,8>/N<,2>和c-C<,4>F<,8>/N<,2>O取代SF<,6>比c-C<,4>F<,8>/CO<,2>和c-C<,4>F<,8>/CF<,4>更有优势，在本文所研究的三种c-C<,4>F<,8>三元混合气体中，当温度环境为-20℃以上时，10％c-C<,4>F<,8>/N<,2>O/N<,2>取代SF6比10％c-C<,4>F<,8>/CO<,2>/N<,2>和10％c-C<,4>F<,8>/CO<,2>/N<,2>O更有优势。本文中给出的所研究的c-C<,4>F<,8>二元混合气体以及10％c-C<,4>F<,8>三元混合气体在不同混合比下的(E/N)<,lim>、GWP和T<,b>可以为实际的工程应用提供参考。