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第六章电气设备原理与选择.pptx

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7第六章导体和电气设备的原理与选择

7第六章导体和电气设备的原理与选择

母联QF5：考虑母联断路器QF5向备用母线充电时，备用母线故 障，即K4点短路时，流过母联断路器的短路电流最大。
带电抗器的6～10KV出线回路：由于干式电抗器可靠性高，且断 路器QF4与电抗器间的连线很短，故障几率小，导体和电器设备的 短路计算点，一般不选K7，而应选K8。
主变低压侧QF3：可能出现的短路点和运行方式很多，当变压器 高压侧QF6断开而K3点短路时最严重。类似的，选择QF6，应为 QF3断开，K5点短路。
2021/9/15
North China Electric Power University
page4
一、导体和电器选择的一般原则
按正常工作条件进行选择 按短路状态校验热稳定和动稳定
2021/9/15
North China Electric Power University
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1、按正常工作条件选择电器设备
page22
2、电弧的危害
电弧的温度高达5000～7000度以上，常超过 金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头 或绝缘。
若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器， 而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。
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North China Electric Power University
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土中直埋：最热月平 均地温
电抗器室：该处通风 设计最高排风温度
2021/9/15
North China Electric Power University
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海拔高度的影响
海拔增加，空气密度和湿度降低，空气间隙和外绝缘的放电特 性下降，设备外绝缘强度将随海拔的升高而降低，导致设备允 许的最高工作电压Ualm下降。

第六章 导体和电气设备的原理与选择1

第六章 导体和电气设备的原理与选择1
ห้องสมุดไป่ตู้
UN IN INbr iNcl It2t Ies
ZN-10/2000-40 10(kV) 2000(A) 40(kA) 100(kA) 402×2=3200(kA2s) 100(kA)
计算表明，选ZN-10/2000-40型断路器可满足要求。 隔离开关选择校验同上。
6-3 互感器的原理与选择
互感器的具体作用 一、电磁式电流互感器 电流互感器的特点 1、电流互感器的误差 等值电路图及相量图
确定短路计算点及相应短路电流 短路热稳定计算时间 t k 3.9 0.08 0.3 4.28s 短路计算电抗 S=400MVA
X js* 0.2165 400 / 100 0.866
系统提供的短路电流为
1.2 I* I 2* 1.31 I 4* 1.32 I 1.2 400 3 10.5 400 3 10.5 400 3 10.5 26.4( kA) 28.8( kA)
U I (r jx ) E 2 2 2 2 2
电流互感器的误差

I 1

N I N I N I N I N I 0 1 1 1 2 2 1 1 2 1
I I I 1 0 2

I 0
b I 2
a
c
④电压互感器的型号
使用环境：GY—高原型；TH—湿热带用 额定电压(kV)
设计序号 使用特点：J—有接地保护用辅助线圈；W—五柱式； B—有补偿线圈（提高准确度） 绝缘方式：C—瓷绝缘；G—干式；J—油浸绝缘 Z—环氧树脂浇注绝缘； 结构特点：C—串级结构；D—单相；S—三相 互感器代号：J—电流互感器
4 2 2 2 Qk ( I 2 10I 2 I4 ) (4.28 4) I 4 1054.84( kA2 S ) 12

第六章电气设备原理与选择

第六章电气设备原理与选择
所选电器的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压 电气设备的最高工作电压为额定电压的1.1－1.15倍
电网的电压波动一般不超过额定电压的1.15倍
UN>=Uns •额定电流
电器的额定电流指在一定环境温度下，长时间内电器所能 允许通过的电流。
IN>=Imax Imax－－最大持续工作电流
•Imax的计算方法：
✓电弧的危害
开关电器在开断有电流的电路时，电弧的产生是不可避免 的。电弧产生后，若不能在1～3个周波内尽快熄灭，将带 来很大的危害：
•电弧的温度很高，可达5000～7000度以上，常超过 金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。
•烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，甚至 完全损坏，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性 能。
•额定电压选择
UN >= UNS
•额定电流选择 IN >= Imax
•热稳定校验
It2t Qk
•动稳定校验
ies ish
互感器的原理与选择
•额定电压选择
UN >= UNS
高压断路器的额定电压反映了相间、相对地及触头间隙 的绝缘水平，为保证受端电压水平，输电线路的始端电 压高于线路额定电压。因此国标中对高压电器，规定了 对应各级额定电压的最高电压。220KV及以下1.15Ue， 330KV及以上1.1Ue
•额定电流选择
IN >= Imax
✓发电机、变压器、调相机回路：Imax=1.05Ie
（由于电压下降5％时，出力不变）。若变压
器有过负荷运行的情况，按过负荷确定（1.3
～2倍的变压器额定电流）
DL5
练习：计算DL1、DL4、DL5 的最大持续工作电流

导体和电气设备的原理与选择

导体和电气设备的原理与选择

-17-
（1）弧柱中自由电子的来源 a. 触头分离瞬间，阴极区发射电子，对电弧的产生起决定作用 冷电子发射(强电场发射)：动静触头分离时，触头间的间隙很小，触头 间会形成很高的电场强度，将阴极触头金属表面中的自由电子从中拉出来。 其数量取决于电场强度的大小。 热电子发射：动静触头分离时，触头间接触电阻增大，接触处大量发热， 阴极表面温度升高而发射电子。其数量取决于触头材料和表面温度。
压作用下形成电子流，介质被击穿而形成电弧。
热游离 电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧柱的温度很高。处于高温下的
介质分子和原子产生剧烈运动，不断发生碰撞，也会游离出自由电子和离子。 可以维持电弧的燃烧。
-19-
-20-
1、电弧的产生、维持及物理过程
（2）电弧的形成过程 阴极在强电场作用下发射电子。发射的电子在触头电压作用下产生碰撞 游离，就形成了电弧。 在高温作用下，阴极产生热发射，并在介质中发生热游离，使电弧维持 和发展。
开关电器是电力系统的重要设备之一。 正常情况下，当电气设备检修或系统运行方式改变时，用于接入或退出
发电机、变压器、线路等设备。 故障时，用于切断故障部分，使电力系统恢复正常运行。 包括：断路器、隔离开关、熔断器、负荷开关等。
-15-
6.2.1 高压断路器的原理与选择
高压断路器是开关电器中功能最为完善、结构最复杂的一种设备，是电 力系统最重要的控制和保护设备。
-23-
2、交流电弧的熄灭
(1)交流电弧的特性 随着正弦交流电流的周期性变化，交流电弧电流也将随之每半周过零 一次。 在电弧电流过零时，电弧向弧隙输送能量减少，电弧温度和热游离下 降，电弧将自动熄灭（交流电弧过零值自然熄灭）。 如果在电弧自然熄灭时，采取有效措施加强弧隙的冷却，使弧隙介质的 绝缘能力达到不会被弧隙外加电压击穿的程度，则在下半周电弧就不会 重燃而最终熄灭。

第六章 导体和电气设备的原理与选择

第六章 导体和电气设备的原理与选择

（2）真空断路器。 利用真空的高介质强度灭弧，具有灭弧时间快、低噪声、高寿命及可频繁操作的 优点，已在35kV及以下配电装置中获得最广泛的采用。真空断路器切断短路电流及 分合电动机负荷时，会产生截流过电压，需采用氧化锌避雷器等过电压保护措施。
2.额定电压和电流选择
U N USN , I N I max
断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，故开断电流仍有一极限值，该
极限值称为极限开断电流，即高压断路器开断电流不能超过极限开断电流。

额定开断电流应包括短路电流周期分量和非周期分量，而高压断路器的INbr是以
周期分量有效值表示，并计入了20%的非周期分量。 一般中小型发电厂和变电站采用中、慢速断路器，开断时间较长（≥0.1s），短
第二节

高压断路器和隔离开关的选择
高压断路器和隔离开关是发电厂与变电站中主系统的重要开关电器。

高压断路器主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或
退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证 无故障部分正常运行，能起保护作用。 高压断路器最大特点：能断开电气设备中负荷电流和短路电流。 高压隔离开关的主要功能：保证高压电气设备及装置在检修工作时的安全，不
I N I max
（6-2）
电器工作的回路不同，其最大持续工作电流Imax不同。
发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力可保持不变，故其相应回路的
应为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍； 变压器有过负荷运行可能时，应按过负荷确定（1.3～2倍变压器额定电流）； 母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；
3）带电抗器的出线回路由于干式电抗器工作可靠性较高，且断路器与电抗器间的 连线很短，故障几率小，一般可选电抗器后为计算短路点，这样出线可选用轻型断

电气主系统第六章电气设备选择PPT课件

电气主系统第六章电气设备选择PPT课件

UN ≥ UNs
■
6-2
发电厂电气主系统
注意： 1) 海拔影响电气设备的绝缘性能，随装设地点海拔的增加，空 气密度和湿度相应减小，使得电气设备外部空气间隙和固体绝
缘外表面的放电特性降低，电气设备允许的最高工作电压减小。 对海拔超过1000m的地区，一般应选用高原型产品或外绝
缘提高一级的产品。 对于现有110kV及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度，
■
6-3
发电厂电气主系统
IN（或Ial）≥Imax 3) 当实际环境温度θ不同于导体的额定环境温度θ0时，其长期允 许电流应该用下式进行修正。
Ialθ = KIal ≥Imax
不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数K为
K al al 0
θal——导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为70℃； θ0——导体的额定环境温度，裸导体一般为25℃。 我国生产的电气设备的额定环境温度θ0=40℃。在40~60℃范围 内，当实际环境温度高于+40℃时，环境温度每增高1℃，按减 少额定电流1.8%进行修正；当实际环境温度低于+40℃时，环 境温度每降低1℃，按增加额定电流0.5%进行修正，但其最大 过负荷不得超过额定电流的20%，实际选择时一般不修正。
ish 2KshI"
I”为0s钟短路电流周期分量有效值；Kes为冲击系数，发电机机 端取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离 发电机时取1.8。 ies——电器允许通过的动稳定电流幅值，生产厂家用此电流表 示电器的动稳定特性，在此电流作用下电器能继续正常工作而 不发生机械损坏。
It2t Qk
Qk——短路电流热效应； It——所选用电器t（单位为s）内允许通过的热稳定电流。

第6章电气设备的选择2.pptx


t— 设备的热稳定时间。
6.1 电气设备选择的一般原则
2．短路动稳定校验
当短路电流通过电气设备时，短路电流
产生的电动力应不超过设备的允许应力，即满 足动稳定的条件
ish imax
或I sh I max
式： ish ， Ish—— 短路电流的冲击值和冲击 有效值;
imax ，I max—— 设备允许的通过的极限 电流峰值和有效值。
— 三相最大短路电流与 — 断路器的开断电流与
6.1 电气设备选择的一般原则
6.1.3 常用电气设备的选择及校验项目 供配电系统中的各种电气设备由于
工作原理和特性不同，选择及校验的项 目也有所不同，常用高低压设备选择校 验项目如下：
6.1 电气设备选择的一般原则
6.1 电气设备选择的一般原则
返回
6.2 高压开关设备的选择
2. 开断电流选择
高压断路器运行时应可以开断短路电流，
所以断路器的额定开断电流应不小于短路电流
周期分量的有效值，实际计算中我们一般根据
次暂态电流来进行选择，即：
IOFF
I≥
或 SOFF
S≥
式中： I ， S —— 短路电流与短路容量 的次暂态值；
IOFF
，
开断容量。
SOFF
6.1 电气设备选择的一般原则
6.1.1 按正常工作条件选择电气设备
1．电气设备的额定电压电气设备的额定电压不 得低于所接电网的最高运行电压。 2．电气设备的额定电流电气设备的额定电流不 小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。 3.选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环 境及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内 户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆 等。

导体和电气设备的原理与选择ppt

电气设备分类及特点
导体和电气设备的分类与特点
02
导体和电气设备的原理
1
导体和电气设备的物理原理
2
3
导体内的电流通过电子的流动产生，电阻则是导体对电流的阻碍。
电流与电阻
电流在导体中会产生磁场，当磁场发生变化时，会在邻近的导体中引起感应电流。
磁场与电磁感应
电流通过导体时会产生热量，这是焦耳定律的基本内容。
导体分类及特点
电气设备可分为发电设备、变电设备、输电设备、配电设备和用电设备等。发电设备如水力发电厂、火力发电厂等可将其他形式的能量转化为电能；变电设备如变压器可改变电压等级；输电设备如输电线路可将电能远距离传输；配电设备和用电设备则负责电能分配和使用。各种电气设备在电能的生产、传输和使用过程中发挥着不同的作用，并具有各自的特点和应用场景。
导体
电气设备是指用于电能的产生、传输、分配和使用的设备，如发电机、变压器、电动机、开关等。电气设备的核心是利用电磁原理实现电能与机械能、热能等其他形式的能量转换。
电气设备
导体和电气设备的定义
保障电力系统的安全与稳定
导体和电气设备在电力系统中扮演着至关重要的角色，它们是电能传输和分配的核心组成部分，保障了电力系统的安全与稳定运行。
适用性原则
根据使用场所、环境条件、设备性能要求等因素，选择适合的导体和电气设备，确保其能够正常工作并发挥最佳性能。
了解需求
01
在选择导体和电气设备之前，需要明确具体的使用需求，包括电流大小、电压等级、防护等级、使用频率等因素。
导体和电气设备的选用方法
查阅资料
02
通过查阅相关资料，了解各种导体和电气设备的性能特点、价格、适用范围等信息，以便进行合理选择。

第六章 导体和电气设备的原理与选择概论

3 ．短路电流计算条件
为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在 一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下 列条件确定：
二、按短路状态校验
2.Verifying according to short circuit condition
下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： ( l ）用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故
可不验算热稳定。 ( 2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 ( 3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、
ie
、
s
I I
sh ― 短路冲击电流幅值及其有效值； ― 电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。
es
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general selection conditions of Conductor and electrical equipments
规定一般电气设备的最高工作电压为设备额定电压的1.1~1.5倍。 一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压 的条件选择。
U N U NS
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general s selection conditions of Conductor and electrical equipments
第一节 电气设备选择的一般条件
Section 1 The general selection conditions of Conductor and electrical equipments
目的：
正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安 全、经济运行的重要条件。

发电厂电气部分：第6章导体和电气设备的原理与选择


根据以上条件，选择电气设备时：
U N UsN , 通常选U N UsN .
4
一、按正常工作条件选择 2、额定电流
在周围环境温度下，电气设备的长期允许电流。
I N Imax
IN 电气设备的额定电流
Imax 各种合理的运行方式下，流过电气设备的最大工作电流
5
2、额定电流
I
的确定：
max
① 发电机、调相机、变压器回路： Imax 1.05IN
短路两种情况下的短路电流，选其大者。
It
K1
QF1
K2
Ig1
Ig2
15
③ 短路计算点的确定 变压器回路的断路器(QF3)，也应比较其前与其后短路 两种情况下的短路电流，选其大者为短路计算点。
It
K3 QF3
K1
Ig1
Ig2
16
③ 短路计算点的确定 母线联络断路器的计算点，以QF5为例，考虑向备用母线
充电时，备用母线故障的短路电流为其短路计算点。
K4 QF5
17
③ 短路计算点的确定 带电抗器的出线回路，由于电抗器的工作可靠性很高，且
断路器与电抗器之间的距离小，一般选择电抗器后的点为 短路计算点，目的是可选择轻型设备，节省投资。
K8 K7 QF4
18
二、按短路条件进行校验
4、短路计算时间t的确定：
二、按短路条件进行校验 3、短路电流的计算： ② 短路种类： 一般按三相短路来验算，若其它短路较三相短路严重时， 按最严重情况验算。
13
二、按短路条件进行校验 3、短路电流的计算： ③ 短路计算点的确定
通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。
14
③ 短路计算点的确定 发电机回路的断路器QF1，应比较断路器前短路与断路器后
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•若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系 统事故，威胁电力系统安全运行。
✓电弧产生的物理过程
电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原 子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电 质点。游离的过程有四种形式：
•强电场发射。当触头刚分开时，触头间产生很强的电 场强度（E/s），大于3×10（-6）时，阴极表面电子 就会被电场力拉出，而形成触头间的自由电子。这种 游离方式，称为～
•环境温度对允许持续工作电流的影响 我国目前生产的电器，设计时取周围介质温度40度。
如果周围环境温度高于40度时，每增高1度，设备的允许电流按减少1.8%修正； 如果周围环境温度低于40度时，每降低1度，设备的允许电流按增加0.5%修正；
•电器设备结构、类型的选择
选择电器时，应考虑电器的运行环境。屋外配电装置的电器，经常受到风、 雨、雾、露、积雪、薄冰、灰尘和有害气体的影响，工作条件比屋内配电装 置的电器差，因此电器常制成屋内装置和屋外装置两种。周围环境污秽的地 区、海边、盐湖区等，必须注意加强电器绝缘，采用特殊绝缘结构的加强型 电器，或选用额定电压高一级的电器。
DL4 DL1
DL6
T1
T2
SN1
DL3 DL2
✓母线分段电抗器及分段断路器：相邻两
段母线上最大一台发电机额定电流的50％～80％。 G1
G2
练习：计算DL3的最大持续工
PN1
作电流
✓出线：除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷
•按当地环境条件校验 ：•源自拔对电器设备最高允许工作电压的影响
ies>=ish
•下列几种情况不校验热稳定或动稳定
1.用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 2.采用有限流电阻的熔断器保护的设备。其回路电流被电阻限制。 3.装设在电压互感器回路中的裸导体和电器。
➢短路电流计算条件
•容量和接线
按本工程的最终容量计算，并考虑本工程建成后5～10年的电力系统 远景发展规划，按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行短路计算。
练习：请选择如 图所示电厂的短 路点
DL5 DL4
DL6
T1
T2
SN1
DL3
DL1
DL2
G1
G2
PN1
•短路计算时间
✓验算热稳定的计算时间 tk＝tpr＋tbr tk－－短路计算时间 tpr－－继电保护时间，一般考虑后备保护时间 tbr －－断路器的全开断时间 tbr ＝ tin ＋ ta tin －－断路器固有分闸时间 ta －－断路器开断的电弧持续时间
•热电子发射。触头由金属制成，常温下，金属内部存在 有大量的自由电子。随着温度升高，自由电子能量升高， 运动加剧，有的电子会跑出金属表面，形成热电子发射。 特别是电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面受热会出线 强烈的只热点，不断发射出电子，在电场力作用下，不断 向阳极作加速运动。
第六章 电气设备的原理与 选择
导体和电器选择的一般条件
在发电厂和变电所得设计中，需选择各种电器设备，并 确定它们的型式和技术参数。选择时应从实际出发，根据我 国目前产品种类和供应情况，在保证安全、可靠和留有裕度 的前提下，力求经济，选择合适的设备。
➢按正常工作条件选择电器设备
•额定电压和最高工作电压
断路器开断时，电弧持续时间，对少油断路器为0.04～0.06 s ， 对SF6和压缩空气断路器约为0.02～0.04s。
✓电器的开断时间
开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流。电器的开断时间选择为
tk’＝tprl＋tin
tprl －－主保护动作时间
高压断路器的原理与选择
断路器转有灭弧装置，用于电路中切断电流
➢按短路情况校验
•短路热稳定校验
短路电流通过电器时，电器各部件温度（或发热效应）应不超过制造厂规定 的短路时发热最高允许值。满足热稳定的条件是：
It2t>=Qk
•电动力稳定校验
电动力稳定是指电器所能承受短路电流引起的机械效应的能力。在校验时， 须用短路电流的最大幅值或有效值与制造厂规定的最大允许电流进行比较。
•短路种类
一般按三相短路进行验算。
•选择短路计算点
在短路计算接线中，选择通过电器的短路电流为最大的点为短路计算点。 1.两侧都有电源的设备，比较两侧短路电流大小，选择电流大的作为短 路计算点。 2.母联断路器考虑母线向备用母线充电时候可以流过的短路电流。
3.带电抗器的出线，选择短路点于电抗器后，以选择轻型电器。
✓发电机、变压器、调相机回路：Imax=1.05Ie
（由于电压下降5％时，出力不变）。若变压
器有过负荷运行的情况，按过负荷确定（1.3
～2倍的变压器额定电流）
DL5
练习：计算DL1、DL4、DL5 的最大持续工作电流
✓主母线、母联断路器：Imax取母线上最大 一台发电机或变压器的Imax。
练习：计算DL6的最大持续工 作电流
➢电弧形成的物理过程
开关电器切断有电流流过的线路时，触头间电压 大于10～20伏，电流大于80～100mA，切断电 路的瞬间，触头间会产生强烈的白光，称为电弧。
✓电弧放电的特征
•能量集中，温度很高，亮度很强。 •电弧由三部分组成：阴极区、阳极区、弧柱区。 •电弧的气体放电是自持放电，维持电弧稳定燃烧的电 压很低。 •电弧是一束游离气体，质量极轻，容易变形。
所选电器的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压 电气设备的最高工作电压为额定电压的1.1－1.15倍
电网的电压波动一般不超过额定电压的1.15倍
UN>=Uns •额定电流
电器的额定电流指在一定环境温度下，长时间内电器所能 允许通过的电流。
IN>=Imax Imax－－最大持续工作电流
•Imax的计算方法：
当电器设备的安装在制造厂规定的海拔高度以上时，由于海拔高度的 增加，空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和瓷绝缘的放电特性下降， 影响电器设备的外绝缘强度，制造厂规定的电器设备的最大工作电压就要 下降。对此须进行校正。
试验指出，海拔高度为1000～3500米范围内，按1％/100米进行补偿，即 海拔每增高100米，电器设备最高允许工作电压应降低1％。
✓电弧的危害
开关电器在开断有电流的电路时，电弧的产生是不可避免 的。电弧产生后，若不能在1～3个周波内尽快熄灭，将带 来很大的危害：
•电弧的温度很高，可达5000～7000度以上，常超过 金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。
•烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，甚至 完全损坏，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性 能。