近年来,环保型绝缘气体三氟碘甲烷（Trifluoroiodomethane,CF₃I）凭借优良的电气性能和物化性质,被认为是最有可能替代SF₆的气体之一。鉴于国内外对CF₃I气体的灭弧性能和绝缘特性的认识尚不充分,也缺乏对不同气体电弧开断能力强弱的理论研究,本文基于CO₂、空气和SF₆气体开关电弧的数值模拟,探索三种气体灭弧性能差异的产生机理,寻找电弧热开断性能的判据;在此基础上研究了CF₃I气体的灭弧性能,分析了燃弧后的气体副产物种类,并采用气体击穿试验和玻尔兹曼方程的方法对气体燃弧前后的气体绝缘特性进行了对比。本文首先分析了气体喷口电弧计算的理论框架,针对喷口电弧放电涉及的多种物理过程,选择合理的、满足计算精确度的模型。通过对比测量结果,校正筛选了CO₂和CF₃I气体在高温高压条件下的热动力学和输运参数数据。文中也介绍了喷口电弧模型在ANSYS Fluent求解器的搭建和计算的实现方法。基于以上理论,本文分别建立CO₂、空气和SF₆气体的1 kA直流稳态和交流瞬态喷口电弧仿真模型,研究了不同气体中电弧开断的机理,以及相关物性参数。电流过零前,SF₆气体的ρC_p特性（单位体积物质升高1 K温度所需的能量）关于温度的曲线在4000K以上无峰值、4000 K以下有很大峰值,使得电弧径向热传导和对流过程强烈;CO₂和空气的ρh特性（单位体积物质的绝对热量）较大,使得电弧轴向对流过程强烈。接近电流零区时,径向对流过程更剧烈的SF₆气体电弧在灭弧的关键时刻能够更快更有效地输运能量、开断电弧,因而SF₆气体的灭弧性能更好。此外,本文理论推导得出电流零区之后决定气体介质恢复速率的ξ特性（电导率随焓值密度的变化率）,它表征电流零区后电导率的下降速率。因此,电弧开断能力强的气体绝缘介质拥有这样的物理特性,即ρC_p特性曲线在4000-10000 K温度范围内无峰值、4000 K以下尽可能大,且气体ξ特性较大。在得到了气体灭弧性能判据的基础上,本文分析了环保型气体CF₃I的相关物性参数,结合交流喷口电弧仿真结果,从能量输运的角度探讨了CF₃I气体的电弧开断能力。另外,本文进行了环网开关柜中的CF₃I气体电弧开断试验,对弧后气体成分进行了光谱质谱分析,研究了CF₃I气体在电弧燃烧条件下的分解特性。从ρC_p特性和ξ特性来看,CF₃I气体的电弧开断能力接近SF₆,远强于CO₂和空气。在成功开断电弧后,CF₃I气体的分解比例极小,且主要气相副产物毒性低、环境特性优良。因而在预留足够的开断电流裕量、且采用吸附剂去除固体副产物的前提下,CF₃I气体有很强电弧开断能力,且弧后分解问题不会影响其在开关柜中的应用。此外,本文测量了纯CF₃I和CF₃I/CO₂气体在不均匀电场条件下的击穿电压,并计算和对比了燃弧前后的电子群和输运参数。针-板电极结构中纯CF₃I气体在低气压条件下绝缘特性良好,在高气压时需加入缓冲气体以削弱饱和效应、提高击穿电压。玻尔兹曼方程计算结果显示,成功开断后的CF₃I气体的放电特性和原始气体的十分接近,但电弧复燃后的气体绝缘性能下降至原气体的56%。因此,从提高绝缘强度和降低液化温度方面考虑,应用在开关设备中的CF₃I需要加入一定量的缓冲气体,且在连续开断过程中保证开断成功。本文的研究结果为判断气体电弧开断能力提供了基本判据,奠定了环保型绝缘气体CF₃I应用在开关柜中的理论基础。