随着社会的发展,直流输配电技术得到了广泛的应用。作为整个输配电系统的重要组成设备,直流开关电器可以有效地开断电路,进行故障隔离,为电路提供保护。在开关电器动作时,触头之间将产生电弧,不可避免地对触头产生一定程度的烧损,降低触头的使用寿命。相比于交流电弧,直流电弧无极性变化,不易熄灭,对阴阳极触头造成的熔蚀程度差异明显,熔蚀现象更为严重。随着开断等级的提高,直流空气电弧的开断也变得更加困难,这会增加电弧在触头表面的停滞时间,加大对触头的熔蚀程度。如何快速、有效地开断直流电弧并降低触头表面的熔蚀程度已成为当下该领域研究的重点。电弧与触头之间的相互作用机理较为复杂,在电弧的高温作用下,触头表面会发生形变,温度达到熔点后将形成熔池,凹凸不平的触头表面将改变原有的电场分布。同时,部分触头材料将直接以金属蒸汽的形式进入到空气介质中,改变了介质的物性参数与能量分布,使开断更加困难,因此,探究电弧与触头的相互作用机理具有重要的现实意义。本文设计了电弧发生装置并搭建了电弧熔蚀开断实验平台,设置不同的触头烧蚀时间模拟触头烧蚀程度,完成开断实验。通过实验获得弧压的时变规律、电弧动态图像及触头表面烧蚀情况。在实验的基础上,基于MHD电弧模型和电弧与触头的相互作用机理,添加触头表面能量方程,并提取电弧的相关参数作为熔蚀模型的边界条件,将电弧与触头间的能量传递过程联系起来。考虑到熔蚀过程中触头发生的形变与材料相变现象,建立了电弧与触头材料的耦合熔蚀模型,得到电弧特性与熔蚀特性的变化规律。探究电弧对触头熔蚀的影响,分析了熔池宽度、深度与面积随时间的变化规律,并对熔蚀特性的影响因素进行了对比分析。同时,在开断电弧过程中,将触头烧蚀作用下产生的熔蚀过程考虑在内,分别建立了存在触头烧蚀时间与不存在触头烧蚀时间的电弧开断模型,并对比了触头烧蚀时间不同造成的熔蚀程度的差异对电弧开断的影响,与相应条件下的实验结果对比,验证了理论模型的准确性。