直流空气断路器是直流输配电系统中的关键设备之一，在城市轨道交通、舰船推进、电动车充电等领域得到了广泛应用。传统的直流空气断路器通过器壁产气的方式吹弧，当开断电流较小时，器壁产气量不足，难以驱动电弧进入栅片，无法实现快速开断，有时甚至会出现开断失败的情况，给设备安全带来巨大隐患。因此对于需要实现快速分断的场合，应采用具有永磁体吹弧装置的断路器。

具有永磁体吹弧装置的断路器，栅片材料和结构会影响磁场在灭弧室内的空间分布，同时也会对灭弧室内气流场产生影响，进而影响电弧的运动过程。直流空气断路器通过栅片建立近极压降完成限流开断，栅片决定了断路器的灭弧性能。在耦合外部磁场的条件下对不同材料和结构的栅片进行灭弧性能研究，可以发现外磁场对直流空气电弧的影响规律，探究电弧调控方法，从而指导直流空气断路器设计，达到开断电流范围更广，且能够快速开断的目的。

早期对电弧的研究多以实验为主，近年来，有关电弧研究的实验方法也逐渐多样化，主要包括通过高速摄像机拍摄电弧动态演变过程及测量电弧电压电流曲线、电弧光谱特性分析、测量电弧作用下触头的烧蚀量与质量转移、观测触头微观形貌。对于具有外部磁吹装置的断路器，由于导磁板的存在，导致拍摄电弧时存在阻挡点，该实验方法受到限制。

近年来，为了深入探究电弧的物理机理，人们进行了大量的仿真工作，通过建立电弧模型，分析复杂的电弧过程，提出新的电弧调控措施。由于空气电弧建模涉及复杂的灭弧室结构和多物理场耦合，计算量大，早期的仿真多建立简化模型来研究电弧运动特性，忽略近极鞘层的作用。

空气断路器主要通过栅片建立近极压降完成限流开断，随着计算机性能的提高，人们开始在简化模型的基础上考虑近极鞘层的作用，提出近极区鞘层假设。近年来，为了更加真实地预测电弧在灭弧室内的运动过程，学者们建立了包含完整灭弧室的整体模型并考虑近极鞘层的作用。

磁场与气流场是影响电弧运动的重要因素。由于在耦合永磁体空间磁场的情况下建立包含完整灭弧室的电弧模型，难以保证算法的数值稳定性且计算量大幅增加，因此现有模型都是考虑定磁的作用，未考虑灭弧室内空间磁场分布。

特种电机与高压电器重点实验室（沈阳工业大学电气工程学院）、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院的彭世东、李静、曹云东、刘树鑫、于龙滨，在2022年第21期《电工技术学报》上撰文，建立了永磁体作用下灭弧室内磁场的计算模型与电弧磁流体动力学（MHD）模型，实现了两者的耦合。在此基础上，对永磁体作用下栅片材料与栅片结构对电弧动态特性的影响进行了仿真，同时考虑电源极性的影响，得出了永磁体作用下灭弧室内磁场的空间分布、电磁耦合作用下灭弧室内温度分布与气流分布，提取了灭弧室内平均温度与电弧燃弧时间等关键参数，讨论了栅片材料与栅片结构对电弧特性的影响。