前言
六氟化硫（SF6）是一种优良的绝缘和灭弧介质，在电力行业中得到了广泛的应用。随着使用量的不断增加，每年排放到大气的SF6正以前所未有的速度快速增加。根据全球大气实验计划对温室气体含量的监测显示，从1973年到2018年的45年间，大气中的SF6含量增加了一个数量级。目前，全球每年排放的SF6总量相当于2.2亿吨二氧化碳（CO2）气体，且还在以每年10%的速率继续增长。SF6是目前已知最强的温室气体之一，其以100年为基准的全球变暖潜能值（Global War-ming Potential，GWP）约为CO2的23500倍，并且由于SF6的化学性质极为稳定，在大气中的存在时间可长达3200年之久，一旦泄漏，基本不会自然分解，对全球气候变暖的影响具有累积效应。由于温室效应引起的全球气候变暖会给人类的生存环境带来严重的威胁，并可能引起灾难性的后果，因此温室效应已成为国际关注的三大环境问题（臭氧层破坏、全球气候变暖和生物物种急剧减少）之一。
为此，国际社会开展了广泛的全球性合作和努力，以期控制大气中的温室气体含量，共同维持人类社会的可持续发展。在1997年日本京都召开的《联合国气候变化框架公约》（United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC）第3次缔约方会议上，84个国家相继签署了《京都议定书》（Kyoto Protocol）以共同应对全球气候变暖。在该议定书中，明确将二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、全氟化碳（PFC）、氢氟碳化物（HFC）和SF6列为限制排放的6种温室气体。我国作为《京都议定书》的主要缔约国之一，正在积极地推进和执行温室气体减排任务。2017年，我国政府在《巴黎协定》中承诺，到2030年，单位国内生产总值CO2排放比2005年下降60%～65%。由于SF6对温室效应的潜在影响较大，因此严格限制SF6气体排放、减少SF6气体使用对于我国达成减排目标意义重大。正因如此，探索可等效替代SF6的新型环保绝缘气体成为电气工程领域重要的研究方向和迫切需要解决的热点问题。
近年来，在国内外相关高校、研究机构和企业的共同努力探索和实践下，SF6替代技术的研究及应用取得一系列重要进展，尤其是基于七氟异丁腈（C4F7N）、全氟戊酮（C5F10O）等绿色含氟绝缘气体的高压电气设备相继开发成功，并初步实现了工程示范应用，取得了良好的社会、经济效益。云南电科院专门成立了高原环保电力设备团队，组织西安交通大学、上海交通大学、西北工业大学、中国西电集团、浙江省化工研究院等国内相关单位，从气体制备、绝缘与电弧特性、产品研发等几个方面，开展了广泛、深入的研究工作。本书是作者及所在的科研团队10余年来在SF6替代气体领域研究工作的系统总结。通过广泛的国际交流与产学研合作，结合理论计算和实验研究，并在工程实践中不断丰富和总结，形成了具有一定特色的技术体系。
本书重点介绍了C4F7N、C5F10O等新型环保气体的物性参数、理化特性、绝缘及电弧特性等内容，以期为相关领域的基础研究及设备开发提供有益参考，体系结构及主要内容如下：
第一章主要介绍了SF6气体的基础性质及应用概况，分析了SF6在使用过程中存在的问题，指出对SF6进行替代的必要性，并对当前潜在的几种替代气体方案（单一气体、SF6混合气体、新型环保气体）进行对比和分析。通过第一章的内容，让读者对SF6替代的目的和意义有清晰的认识。
第二章主要介绍了C4F7N、C5F10O等新型环保气体的分子结构、饱和蒸气压、GWP、臭氧消耗潜能值（The Ozone Depletion Potential，ODP）、毒性、碰撞截面等关键理化参数，以及与CO2、空气等混合气体的电子漂移速率、电离反应系数、吸附反应系数、有效电离反应系数、临界折合击穿场强等放电参数，并与SF6、空气、CO2等气体进行了对比。
第三章主要介绍了C4F7N、C5F10O混合气体在不同电极结构、混合比例和压力下的绝缘击穿特性、沿面闪络特性以及在不同放电形式下的分解产物，为环保型气体绝缘电力设备的开发及运维提供参考依据。
第四章详细介绍了C4F7N、C5F10O与CO2、空气等混合气体电弧等离子体的化学组成、热动属性和输运参数等，分析了不同因素对新型环保气体电弧特性的影响。通过对比C4F7N、C5F10O混合气体与SF6物性参数的异同，从微观层面讨论了新型环保气体作为灭弧介质的可行性。最后，通过电弧磁流体动力学仿真和电弧开断实验，分别从电弧燃弧和零区阶段的能量耗散性质讨论了新型环保气体的灭弧性能。本章内容有助于加深对不同气体电弧特性及灭弧机理的理解，同时为C4F7N、C5F10O混合气体作为灭弧介质的应用提供参考。
第五章结合电力设备对气体绝缘介质的需求，重点介绍了新型环保混合气体在电力设备中的应用技术及国内外相关环保电力设备的应用情况，同时针对环保电力设备运行中所需的运维技术及其研究进展进行了介绍。
本书第一、五章由邓云坤、王科编写，第二、四章由张博雅、李兴文编写，第三章由张博雅、赵虎编写。全书由邓云坤和李兴文统稿和审定。参加本书编写的还有彭晶、黄小龙、郭泽、赵现平、马仪、周年荣和谭向宇等。
作者在编写过程中阅读了大量相关文献，其中部分内容参考了相关文献的写法，由于都是成熟的内容，并未对所有参考文献一一罗列，在此向相关文献的作者表示诚挚的感谢！
本书的编写工作是在多项云南省电力公司科技项目、国家自然科学基金项目等支持下完成的，特此表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免有纰漏。不当之处，恳请读者朋友批评指正。
作者
2021.1