发展高电压等级真空断路器的关键技术问题包括：真空灭弧室绝缘技术、真空电弧控制技术、操动机构与行程曲线控制技术、额定电流提升技术等。对上述关键技术的讨论，有助于为高电压等级真空断路器的设计提供理论依据。
真空灭弧室绝缘技术是真空断路器从中压等级进入高电压等级的一个迫切需要解决的瓶颈问题。研究高电压等级单断口真空灭弧室的绝缘特性，可为真空灭弧室的绝缘设计提供科学依据。
中压配电等级真空灭弧室触头开距一般在20 mm以内，其标准雷电冲击击穿电压的概率分布满足威布尔分布。通过真空灭弧室在大触头间隙下的击穿电压试验研究，发现触头开距在10-50 mm内，标准雷电冲击击穿电压的概率分布仍满足威布尔分布 。
实验研究了高电压等级真空灭弧室中触头边缘倒角、触头表面粗糙度和触头直径对标准雷电冲击电压作用下真空绝缘特性的影响规律。在触头间距10-50 mm范围内获得了真空灭弧室的绝缘特性。
真空灭弧室在开断大电流的过程中如果出现电弧的收缩现象并形成阳极斑点，就可以认为真空断路器的开断能力已经达到了极限。在高电压等级，开断短路电流时的暂态恢复电压更高，因此，在高电压等级的大电流真空开断过程中，对于真空电弧控制的要求更高。
纵向磁场对于真空开断性能的影响主要体现在电弧形态和电弧电压两方面。一方面，在纵向磁场的作用下，真空电弧在阳极表而的分布更加均匀，阻比电弧的集聚以及阳极斑点的形成：另一方而，纵向磁场对电弧电压也有影响。在一定的范围内，电弧电压随纵向磁场的增强而快速降低，超过这一范围后，电弧电压会随纵向磁场的进一步增加而缓慢增加。纵向磁场在大开距条件下具有优良的电弧控制特性，适合于应用在高电压等级真空灭弧室中 。
2/3匝线圈式纵磁触头结构作为一种新型触头结构，具有纵向磁感应强度高、回路电阻小等优点，2/3匝线圈式纵磁触头见右图。在2/3匝线圈式纵磁触头结构纵向磁场测量时通流为1800 A。
针对126 kV单断口真空断路器2/3匝纵磁触头，试验得到当纵磁强度在6.0-8.5 mT/kA范围内时可以在T100a方式下成功开断40 kA(rms)的短路电流。
为进一步理解大电流真空电弧的阳极斑点现象。在统一的实验条件下，系统地得到高电压等级真空灭弧室条件下阳极斑点形成临界电流随触头立体角、纵向磁场以及触头材料等影响因素的变化规律。
实验测量纵向磁场作用下阳极斑点出现的临界电流表明，在相同触头直径和不同燃弧开距下，阳极斑点临界电流、和外施纵向磁场呈线性递增关系。此外，阳极斑点临界电流,与触头立体角之间也存在一线性递增关系。
真空灭弧室的阳极放电模式图见右图。
通过该分布图可以得到燃弧曲线。如果使真空灭弧室的阳极在燃弧过程中尽量避开对开断不利的强电弧模式以及阳极斑点模式区域，那么该燃弧曲线则对应于一条优化的分闸特性曲线,126 kV真空断路器的优化分闸特性曲线见右图。
其特性为：分闸初始时动触头速度非常快，使得真空电弧形态避开阳极放电模式中的强电弧模式;随后动触头以一个相对慢的分闸速度将阳极放电模式态保持在扩散弧状态或者点状斑点状态。该分闸特性曲线对于指导126 kV真空断路器分闸特性的设计有重要的意义。
针对高电压等级真空断路器合闸操作，提出了一种合闸速度优化方法，以真空断路器动熔焊时间最小为目标，降低触头的熔焊概率，见右图。
真空灭弧室的动熔焊时间由预击穿时间和触头弹跳时间两部分组成。当合闸速度快时，预击穿时间较短，而触头弹跳时间较长。当合闸速度慢时，预击穿时间较长而触头弹跳时间较短。因此存在一个最佳和合闸速度使得两者之和为最短，即动熔焊时间最小。对于126kV真空断路器，该合闸速度为1.15 m/s。为实现样机的优化设计，建立了一套126 kV真空断路器运动特性的虚拟样机，见右图。
在以上研究的基础上设计出了用于126 kV真空断路器的弹簧操动机构。
真空灭弧室内唯一有效的散热途径是热传导，积聚在灭弧室内的热量使得断路器各部件温度升高，将会导致材料的机械、电气性能下降。特别是在高电压等级真空断路器，散热问题已经成为制约真空断路器额定电流提升的关键问题之一。
针对高电压等级真空断路器额定电流的提高问题，提出了通过减小回路电阻以提升额定电流的技术，采用2/3匝纵磁触头结构。通过优化触头结构的各个参数，在保持触头开断短路电流能力的条件下，进一步降低触头的电阻，以减少触头在额定通流状态下的发热量来提高灭弧室的额定电流。
针对高电压等级真空断路器额定电流的提高问题，以126 kV真空断路器作为研究对象，采用实验与仿真相结合的方法，定量研究断路器的温升。真空断路器在交流2500A情况下的下的温度场分布情况，见右图。
仿真结果能够很好地符合实验结果。结合实验和仿真结果，获得了真空灭弧室内部的触头与导电杆的热阻占到真空灭弧室总热阻的70%以上，是主要的发热部件。此外，在建立仿真模型和实验基础之上，通过热分析得到了满足真空断路器温升要求的各零部件优化尺寸。通过不同导电杆直径参数热分析结果的比较，可以获得优化的设计参数。这种设计方法被用来设计零件的结构参数。
