随着电力工业迅猛发展,大区域电网不断改造与建设,大批量高低压电器开关投入使用,其开断能力、可靠性及电器寿命得到广泛的关注。电器开关在开断过程中不可避免地会产生电弧,电弧的存在是制约开断能力、危害电器寿命及可靠性的主要因素,因此对电器电弧的研究,尤其是对电弧形成的弧前过程及稳态能量对开断的影响研究具有重要的意义。本文在仿真与实验的基础上,研究了电弧形成过程及微观、宏观因素对电弧特性的影响。在Boltzmann的漂移扩散方程和Maxwell-Stefan的重物质输运方程的基础上,建立了包含电子、正负离子漂移扩散方程,耦合电场泊松方程,结合触头间粒子碰撞反应,数值仿真微观电弧形成过程;基于常用开关电器的结构,通过质量、动量、能量守恒方程以及Maxwell方程组,建立宏观平衡态模型,仿真分析稳态电弧能量;分析了电弧的形成过程并对影响电弧特性的主要因素电压、二次发射系数、触头直径、温度、开断速度以及开断电流进行了微观、宏观的数值仿真计算,得到电弧形成过程中电子密度、电场强度、平均电子能量、电子温度等微观参数,以及电弧电流密度、温度等宏观参数,研究分析不同参数对电弧形成过程及电弧特性的影响。在仿真研究的基础上,本文搭建了电弧开断研究的实验平台,通过改变开断电流、开断速度、触头直径、触头材料,测量出相应的电弧电压、电弧电流随时间的变化规律,研究宏观参数对电弧特性的影响,并将实验测量出的数据与数值仿真结果相比较,验证结论的准确性。