Электрооборудование предприятий и гражданских зданий

А. И. Жур

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 
ПРЕДПРИЯТИЙ И ГРАЖДАНСКИХ 
ЗДАНИЙ

Пособие
 для учащихся учреждений образования, реализующих образовательные 
программы среднего специального образования по специальности 
«Монтаж и эксплуатация электрооборудования (по направлениям)» 

Учебное электронное издание

Минск
РИПО
2019

ISBN 978-985-503-944-1
© Жур А.  И., 2019
                                                                              © Оформление. Республиканский институт 
                                                           профессионального образования, 2019

УДК  696.6(075.32)
ББК  31.294.9я723

Ж91

Автор:

преподаватель УО «Белоозерский государственный  
профессионально-технический колледж электротехники» А. И. Жур.
Р еценз енты: 
цикловая комиссия по сециальностям 2-41 01 31, 2-36 03 31, 3-36 03 52,  
3-41 01 51, 3-53 01 51 УО «Минский государственный колледж  
электроники» (Г. М. Курныш); 
заведующий кафедрой химии, технологии электрохимических производств 
и материалов электронной техники УО «Белорусский государственный  
технологический университет», кандидат химических наук,  
доцент А. А. Черник.

Жур, А. И.

Ж91 
Электрооборудование предприятий и гражданских зданий : 

пособие [Электронный ресурс] / А. И. Жур. – Минск : РИПО, 
2019. – 308 с. : ил.

ISBN 978-985-503-944-1.

Пособие содержит сведения об электрооборудовании термических 
установок, металлорежущих станков, установок электрической сварки, общепромышленных установок, электрических талей, прессов и 
лифтов. Рассмотрены вопросы охраны труда, электрооборудование 
взрывоопасных и опасных установок, особенности монтажа и проектирования электрооборудования станков.
Предназначено учащимся учреждений среднего специального образования по специальности «Монтаж и эксплуатация электрооборудования (по направлениям)».
Текстовое электронное издание
Текст воспроизводится по печатному изданию 2016 г.

Минимальные системные требования:  
Microsoft Internet Explorer, версия 6.0 и выше,  
Adobe Acrobat Professional, версия 7.0 и выше

Для создания электронного издания использованы
Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,
разработанное на основе Adobe Air.
Дата подписания к использованию 04.07.2019. Объем 6 Мб.

                                   
    © Жур А. И., 2019

© Оформление. Республиканский институт
профессионального образования, 2019

ВВедение

Развитие и усложнение структуры систем электроснаб
жения, возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и 
характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение 
устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники требуют подготовки высококвалифицированных специалистов.

Современное электрооборудование предприятий и граж
данских зданий и электропривод отдельных установок оснащаются комплектными распределительными устройствами, 
подстанциями, шинопроводами, токопроводами и системами 
автоматизированного электропривода, чтобы обеспечить экономичную и надежную работу, рациональный расход электроэнергии. 

Персонал предприятий и цехов, обеспечивающий установ
ки электроснабжения, электрооборудования и электропривода, должен быть достаточно высокой квалификации. Поэтому 
важная роль отводится вопросам организации и выполнения 
выпускных работ как завершающего этапа подготовки учащихся к их работе на производстве.

К основным задачам электроснабжения относятся выбор 

рациональных схем и конструктивного исполнения электрических сетей; определение электрических нагрузок; расчет потерь мощности и электроэнергии; компенсация реактивной 
мощности; выбор числа и мощности трансформаторов, защитных аппаратов и сечений проводников; учет потребляемой 
мощности и электроэнергии, рациональное ее использование.

Важнейшим этапом в развитии творческой деятельности 

будущих специалистов является дипломное проектирование, 
в ходе которого улучшаются навыки самостоятельного реше

Предисловие

ния инженерных задач и практического применения теоретических знаний.

Дипломное проектирование – заключительный этап обу
чения учащихся, направленный на систематизацию и расширение теоретических знаний, на закрепление навыков использования современной вычислительной техники и выполнения 
расчетно-графических работ.

глаВа 1. ЭлеКТРообоРудоВание 

ТеРмичесКих усТаноВоК

1.1. ПРоизВодсТВо сТали В ЭлеКТРичесКих Печах

В электрических печах можно получать легированную 

сталь с низким содержанием серы и фосфора, неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов незначительные.

В процессе электроплавки можно точно регулировать тем
пературу металла и его состав, выплавлять сплавы почти любого состава.

Электрические печи обладают существенными преимуще
ствами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, 
нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих печах.

Мощные электрические печи успешно применяют для 

получения низколегированных и высокоуглеродистых сталей 
мартеновского сортамента. Кроме того, в них получают различные ферросплавы, представляющие собой сплавы железа с 
элементами, которые необходимо вводить в сталь для легирования и раскисления.

1.2. дугоВые Печи

Первая дуговая электропечь была установлена в России.
Устройство печи. Печь имеет рабочее окно и выпускное от
верстие со сливным желобом. Питание печи осуществляется 
трехфазным переменным током, нагрев и плавление металла – 
электрическими мощными дугами, горящими между концами 
трех электродов и металлом, находящимся в печи. Печь опирается на два опорных сектора, перекатывающихся по станине. 

Глава 1. Электрооборудование термических установок

Наклон печи в сторону выпуска и рабочего окна осуществляется при помощи реечного механизма. Перед загрузкой печи свод, 
подвешенный на цепях, поднимают к порталу, затем портал со 
сводом и электродами отворачивается в сторону сливного желоба и печь загружают бадьей с металлом.

Электрододержатели служат для подвода тока к электро
дам и для зажима электродов. Головки электрододержателей 
делают из бронзы или стали и охлаждают водой, поскольку 
они сильно нагреваются как теплом из печи, так и контактными токами. Электрододержатель должен плотно зажимать 
электрод и иметь небольшое контактное сопротивление. 

В настоящее время наиболее распространен пружинно
пневматический электрододержатель. Зажим электрода осуществляется при помощи неподвижного кольца и зажимной 
плиты, которая прижимается к электроду пружиной. Отжатие 
плиты от электрода и сжатие пружины происходят при помощи сжатого воздуха. 

Электрододержатель крепится на металлическом рукаве – 

консоли, который скрепляется с Г-образной подвижной стойкой в одну жесткую конструкцию. Подвижная стойка может 
перемещаться вверх или вниз внутри неподвижной коробчатой стойки. Три неподвижные стойки жестко связаны в одну 
общую конструкцию, которая находится на платформе опорной люльки печи в состоянии покоя до включения. Перемещение подвижных телескопических стоек происходит или с 
помощью системы тросов и противовесов, приводимых в движение электродвигателями, или с помощью гидравлических 
устройств. 

Механизмы перемещения электродов должны обеспечить 

быстрый их подъем в случае обвала шихты в процессе плавления, а также плавное опускание во избежание их погружения 
в металл или ударов о нерасплавившиеся куски шихты. Скорость подъема электродов составляет 2,5–6,0 м/мин, скорость 
опускания 1,0–2,0 м/мин.

Во время плавления электроды прорезают в шихте три 

ко лодца, на дне которых накапливается жидкий металл. 
Для ускорения расплавления печи оборудуются поворотным 

1.2. Дуговые печи

устройством, которое поворачивает корпус в одну и другую 
сторону на угол 80°. При этом электроды прорезают в шихте 
уже девять колодцев. Для поворота корпуса печи приподнимают свод, поднимают электроды выше уровня шихты и поворачивают корпус при помощи зубчатого венца, прикрепленного 
к корпусу, и шестерен. Корпус печи опирается на ролики.

Ток в плавильное пространство печи подается через элек
троды, собранные из секций, каждая из которых представляет 
собой круглую заготовку диаметром от 100 до 610 мм и длиной до 1500 мм. В малых электропечах используют угольные 
электроды, в крупных – графитированные. Графитированные 
электроды изготовляют из малозольных углеродистых материалов: нефтяного кокса, смолы, песка. Электродную массу 
смешивают и прессуют, после чего сырая заготовка обжигается в газовых печах при температуре 1300░ °C и подвергается 
дополнительному графитирующему обжигу при температуре 
2600–2800 °C в электрических печах сопротивления. В процессе эксплуатации в результате окисления печными газами и 
распыления при горении дуги электроды сгорают. 

По мере укорочения электрод опускают в печь. При этом 

электрододержатель приближается к своду. Наступает момент, 
когда электрод становится настолько коротким, что не может 
поддерживать дугу, и его необходимо наращивать. Для наращивания электродов в концах секций сделаны отверстия с 
резьбой, куда ввинчивается переходник-ниппель, при помощи 
которого соединяются отдельные секции. Расход электродов 
составляет 5–9 кг/т выплавляемой стали. 

Электрическая дуга – один из видов электрического раз
ряда, при котором ток проходит через ионизированные газы, 
пары металлов. При кратковременном сближении электродов 
с шихтой или друг с другом возникает короткое замыкание. 
Идет ток большой силы, концы электродов раскаляются добела. При раздвигании электродов между ними возникает электрическая дуга. С раскаленного катода происходит термоэлектронная эмиссия электронов, которые, направляясь к аноду, 
сталкиваются с нейтральными молекулами газа и ионизируют 
их. Отрицательные ионы направляются к аноду, положитель

Глава 1. Электрооборудование термических установок

ные – к катоду. Пространство между анодом и катодом становится ионизированным, токопроводящим. Бомбардировка 
анода электронами и ионами вызывает сильный его разогрев. 
Температура анода может достигать 4000 °C. Дуга может гореть 
на постоянном и на переменном токе. Электродуговые печи 
работают на переменном токе. В Германии построена электродуговая печь на постоянном токе.

В первую половину периода, когда катодом является элек
трод, дуга горит. При перемене полярности, когда катодом 
становится шихта — металл, дуга гаснет, так как в начальный 
период плавки металл еще не нагрет и его температуры недостаточно для эмиссии электронов. Поэтому в начальный период плавки дуга горит неспокойно, прерывисто. После того 
как ванна покроется слоем шлака, дуга стабилизируется и горит более ровно.

Электрооборудование. Рабочее напряжение дуговых печей 

составляет 100–800 В, а сила тока измеряется десятками тысяч ампер. Мощность отдельной установки может достигать 
50–140 МВ ∙ А. К подстанции электросталеплавильного цеха 
подают ток напряжением до 110 кВ. Высоким напряжением 
питаются первичные обмотки печных трансформаторов. 

В электрооборудование дуговой печи входят следующие 

приборы, предназначенные для проведения ремонтных работ 
на печи.

1. Воздушный разъединитель – предназначен для отклю
чения всей электропечной установки от линии высокого напряжения вовремя.

2. Главный автоматический выключатель – служит для 

отключения под нагрузкой электрической цепи, по которой 
протекает ток высокого напряжения. При неплотной укладке 
шихты в печи в начале плавки, когда шихта еще холодная, 
дуги горят неустойчиво, происходят обвалы шихты и возникают короткие замыкания между электродами. При этом сила 
тока резко возрастает. Это приводит к большим перегрузкам 
трансформатора, который может выйти из строя. Когда сила 
тока превышает установленный предел, выключатель автоматически отключает установку по сигналу реле максимальной 
силы тока.

1.2. Дуговые печи

3. Печной трансформатор – необходим для преобразова
ния высокого напряжения в низкое (с 6–10 кВ до 100–800 В). 
Обмотки высокого и низкого напряжения и магнитопроводы, 
на которых они помещены, располагаются в баке с маслом, 
служащим для охлаждения обмоток. Охлаждение создается 
принудительным перекачиванием масла из трансформаторного кожуха в бак теплообменника, в котором масло охлаждается 
водой. Трансформатор устанавливают рядом с электро печью в 
специальном помещении. Он имеет устройство, позволяющее 
переключать обмотки по ступеням и таким образом ступенчато регулировать подаваемое в печь напряжение. Так, трансформатор для 200-тонной отечественной печи мощностью 
65 МВ ∙ А имеет 23 ступени натяжения, которые переключаются под нагрузкой, без отключения печи.

Участок электрической сети от трансформатора до элек
тродов называется короткой сетью. Выходящие из стены 
трансформаторной подстанции фидеры при помощи гибких 
водоохлаждаемых кабелей подают напряжение на электрододержатель. Длина гибкого участка должна позволять производить нужный наклон печи и отворачивать свод для загрузки. 
Гибкие кабели соединяются с медными водоохлаждаемыми 
шинами, установленными на рукавах электрододержателей. 
Трубошины непосредственно присоединены к головке электрододержателя, зажимающей электрод. 

Кроме указанных основных узлов, в электрическую сеть 

входят различная измерительная аппаратура, подсоединяемая 
к линиям тока через трансформаторы тока или напряжения, 
а также приборы автоматического регулирования процесса 
плавки.

Автоматическое регулирование. По ходу плавки в электро
дуговую печь требуется подавать различное количество энергии. Менять подачу мощности можно изменением напряжения 
или силы тока дуги. Регулирование напряжения производится 
переключением обмоток трансформатора. Регулирование силы 
тока осуществляется изменением расстояния между электродом и шихтой путем подъема или опускания электродов. При 
этом напряжение дуги не изменяется. Опускание или подъем 

Глава 1. Электрооборудование термических установок

электродов производится автоматически при помощи автоматических регуляторов, установленных на каждой фазе печи. 
В современных печах заданная программа электрического режима может быть установлена на весь период плавки.

Устройство для электромагнитного перемешивания метал
ла. Для перемешивания металла в крупных дуговых печах, 
для ускорения и облегчения проведения технологических операций скачивания шлака под днищем печи в коробке устанавливается электрическая обмотка, которая охлаждается водой 
или сжатым воздухом. 

Обмотки статора питаются от двухфазного генератора то
ком низкой частоты, что создает бегущее магнитное поле, которое захватывает ванну жидкого металла и вызывает движение нижних слоев металла вдоль подины печи в направлении 
движения поля. Верхние слои металла вместе с прилегающим 
к нему шлаком движутся в обратную сторону. Таким образом можно направить движение либо в сторону рабочего окна, 
что облегчит выход шлака из печи, либо в сторону сливного 
отверстия, что будет благоприятствовать равномерному распределению легирующих сталей и раскислителей, усреднению 
состава металла и его температуры.  

1.3. ЭлеКТРичесКие Печи соПРоТиВления

Электрические печи сопротивления применяются для 

плавки всех легкоплавких припоев и припоев на алюминиевой 
и магниевой основах.

Удельное сопротивление зависит от температуры различ
ных проводников-нагревателей. 

Электрические печи сопротивления представляют собой 

теплоизолированное пространство с нагревательными элементами для преобразования электроэнергии в тепло. 

Конструкция электропечей сопротивления весьма разно
образна. В зависимости от формы рабочего пространства они 
бывают камерные, шахтные, колпаковые, конвейерные, рольганговые, барабанные, карусельные, протяжные. Электрические печи сопротивления мощностью до 10–80 кВт обычно 
однофазные, а при большей мощности – трехфазные.