高压SF6断路器开断故障电流的成功与否与电弧电流零区的特性紧密相关，涉及到一个介质状态从导电到绝缘转变的过程，包含大量的基础科学问题。开展SF6电弧电流零区动态衰减特性的研究，对于提高高压断路器的开断能力，保障其可靠运行进而对整个电力系统的安全稳定都具有重大意义。电弧现象是一个多物理场相互耦合变化的复杂过程，其研究涉及的学科领域广，交叉性强。目前对SF6电弧电流零区动态衰减特性的研究尚处于发展阶段，属于电器研究领域的难点之一。本文以高压断路器SF6电弧为研究对象，采用理论研究与实验测试相结合、宏观与微观相结合的研究方法，开展电弧电流零区动态特征和衰减行为的研究，为将来新型断路器的设计和优化提供科学依据。　　电弧的宏观特性和内部微观过程紧密联系在一起。本文首先建立了热力学平衡态SF6电弧的微观模型，利用最新的粒子相互作用势研究成果，开发了基于系统最小吉布斯自由能原理和Chapman-Enskog方法的电弧等离子体物性参数计算代码，获得了粒子组分构成、热力学属性、输运系数，研究了温度、压力变化以及离子的德拜屏蔽效应对电弧属性的影响规律。本文的计算和文献中的实验测量结果具有较好的一致性；考虑离子德拜屏蔽效应会增大输运系数估算值；压力升高抑制化学反应的发生，从而影响电弧等离子体的物性参数。　　针对电流零区偏离热力学平衡态时，电子温度偏离重粒子温度的现象，本文首次建立了SF6电弧非平衡态微观模型，对多粒子组分双温度等离子体的统计热力学属性及反应热导率进行了理论推导，数值计算获得了非平衡态SF6电弧粒子的组分构成、热力学属性、输运系数和温度、气压以及非平衡度的定量关系，并研究了反应激发温度和质量作用定律表达形式对物性计算结果的影响，为深入了解电流零区电弧的演变机理和宏观特性奠定微观理论基础并提供可靠的参数输入。研究表明，温度、气压、热力学非平衡度、反应激发温度和质量作用定律表达形式的不同都会使非平衡态SF6电弧等离子体的物性参数发生显著变化。　　电流零区电弧能量和激波的相互作用显著影响断路器的开断性能。本文基于局域热力学平衡态假设和磁流体动力学理论，考虑了灭弧室内气流场、温度场、电磁场和辐射场之间强烈的耦合关系，通过与实验对照，建立了较为完善的二维电弧湍流动态模型，研究了模型SF6断路器激波形成发展的基本过程，揭示了电弧能量和激波相互作用对电流零区电弧动态衰减特性的影响机理，探寻提高断路器热恢复特性的途径和方法。研究表明，下游触头的阻塞和高气压对电弧热边界层的渗透产生激波引起弧柱扩宽；激波导致的流速减小、高气压侵入下倒吸气流与电弧相互作用产生的湍流冷却相互竞争共同影响电弧动态衰减特性和热恢复特性。　　电流零区电子密度快速衰减，电弧偏离热力学平衡态。本文首次建立了二维超音速喷口非平衡态电弧湍流模型-双温度模型（电子和重粒子具有不同温度），揭示了气吹SF6电弧电流零区多种传热方式耦合条件下能量的传递规律，弄清了电子、重粒子能量交换的机理，分析了偏离热力学平衡态对电弧特性的影响规律。研究表明，该模型计算的稳态温度分布和光谱实验温度测量结果一致。电子温度和重粒子温度偏离的原因是电子和重粒子碰撞能量交换不足，主要发生在12000K以下；随着电流的减小，偏离热平衡的程度逐渐增加。相比平衡态模型，非平衡态电弧模型给出的电流零区弧隙电导动态衰减速率较慢，显示应用非平衡态双温度模型估计高压SF6断路器热开断能力的重要性。　　高压断路器电弧在电流零区经历热恢复与介质恢复两个阶段。针对热恢复相，本文考虑快速暂态变化时的化学非平衡现象，首次建立了SF6动力学全局模型，研究了电流零区电弧电子去除和消失的反应机理；针对介质恢复相，本文通过求解波尔兹曼方程，获得了高温SF6气体临界击穿场强与温度、压力之间的定量关系，分析了喷口PTFE烧蚀蒸汽的混入、化学非平衡对弧后热态气体介质强度的影响规律。研究表明，电弧电子去除的主要反应机理在3500K和7500K之间是解离吸附反应，在3500K以下是分子离子复合反应。热态SF6的临界击穿场强随着温度的升高、气压的降低以及化学非平衡度的增加不断降低，PTFE烧蚀蒸汽的混入提高了弧后气体在2500K以上的介质强度。　　实验观测方面，本文加工制作了灭弧室实验模型，在给定条件下对开断SF6电弧衰减过程中的电、光辐射、压力以及触头运动特性进行了测量分析，借助原子发射光谱进行了粒子诊断，并通过和CO2、N2介质的比较研究，从内部属性研究影响电流零区气体灭弧性能的主要因素。研究发现，熄弧电压幅值、陡度与电流零区导电通道电导的衰减率（与温度的衰减密切联系）有关，是电流零区电弧开断能力的宏观评价指标之一。触头间距拉长导致电弧电压的快速上升，受电流衰减的影响较小；气流吹弧提高了电流零区导电通道电阻的变化率和截断电流，能显著提高开断能力；电弧光辐射强度随着电流的减小成降低的趋势。相比CO2、N2介质，SF6的开断能力具有明显优势，较高的导热系数可能是其具有较好的灭弧性能的原因；开断电弧中存在碳和铜元素的原子、离子，显示喷口和电极烧蚀现象的发生。