SF₆以其良好的灭弧性能和绝缘特性广泛应用于高压电力设备中,但受其温室效应影响,减少或杜绝SF₆气体的使用已经达成共识。因此,寻找一种新的环境友好型绝缘介质来代替SF₆气体,已成为高压绝缘领域的一项重要研究课题。气体分子的电离能、能带宽度和电子亲合能是影响气体击穿场强的重要参数,为此本文首先利用密度泛函理论在原子和分子层面上,对SF₆及有潜力成为其可替代气体的上述电离参数进行了分析,并探讨了分子构型、元素组成、原子价键及含F原子数等因素对气体电离参数的影响规律。结果表明:气体分子构型和元素组成对其耐电性能有很大影响,同一周期内随着构成气体的原子序数的增加,气体的耐电强度提高;相同原子构型的不同氟化物,随着原子价键的升高,气体的耐电强度增大;相同分子构型下,气体中F原子个数越多其耐电强度越高。气体的击穿场强与碰撞电离系数、电子附着系数、气体密度及碰撞截面等参数有关,为获得SF₆及其可替代气体的击穿场强,本文利用求解两项玻尔兹曼方程的方法对几种典型气体的折合临界击穿场强进行了计算,结果表明:CF₃I和c-C₄F₈两种气体的折合临界击穿场强明显高于其它气体,表现出良好的绝缘能力。同时,本文还得到了上述两种气体与N₂或CO₂组成混合气体的击穿场强随气体含量的变化规律。最后,本文利用尖板电极开展了c-C₄F₈混合气体在直流和交流电压下的击穿试验,以验证c-C₄F₈混合气体在极不均匀电场中的绝缘性能,试验结果表明:c-C₄F₈气体与CO₂或N₂组成的二元混合气体在极不均匀电场下也呈现较好绝缘能力;c-C₄F₈/N₂和c-C₄F₈/CO₂两种混合气体在短间隙下的击穿电压基本上随混合比及气体压强的升高而增大,但在长间隙下击穿电压出现驼峰与饱和现象。