Стальной круг диаметром 80 мм

Стальной круг диаметром 80 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Стальной круг диаметром 80 мм является крупномерным металлопрокатом, который находит широкое применение в качестве конструкционного элемента, заготовки для механической обработки и, что критически важно для энергетики, в качестве материала для изготовления токопроводящих шин, заземляющих электродов, элементов опорных конструкций и деталей силового оборудования. Его использование регламентируется рядом ГОСТов и технических условий, определяющих химический состав, механические свойства и допустимые отклонения по размерам.

Нормативная база и сортамент

Производство стального круга диаметром 80 мм в России осуществляется в соответствии с ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Данный стандарт устанавливает ключевые параметры:

    • Номинальный диаметр: 80 мм.
    • Предельные отклонения по диаметру: Для класса точности обычной (В) ±1,5 мм; повышенной (Б) ±1,1 мм; высокой (А) ±0,8 мм. Для ответственных конструкций в энергетике, как правило, применяется прокат класса точности Б или А.
    • Кривизна (стрелка прогиба): Не должна превышать 0,5% от длины прутка (для длины 1 м – не более 5 мм).
    • Марки стали: Круг 80 мм может изготавливаться из углеродистых (обыкновенного качества – Ст3, качественных – сталь 20, 35, 45) и легированных сталей (40Х, 30ХГСА и др.), а также из специальных марок для электротехнических целей.

    Основные марки стали и их применение в энергетике

    Выбор марки стали для круга 80 мм определяется эксплуатационной задачей.

    Марка сталиКласс/ГруппаКлючевые свойстваТиповое применение в энергетике и электротехнике
    Ст3сп/пс5Углеродистая обыкновенного качестваХорошая свариваемость, достаточная прочность (σв ≥ 370-480 МПа)Неответственные элементы металлоконструкций, подкладки, кронштейны, элементы ограждений, заземляющие проводники (при условии защиты от коррозии).
    Сталь 09Г2СНизколегированная конструкционнаяПовышенная прочность (σв ≥ 490 МПа), хорошая стойкость к динамическим нагрузкам и пониженным температурамЭлементы опор ЛЭП, ответственные силовые конструкции подстанций, рамы для мощных трансформаторов и генераторов.
    Сталь 20Углеродистая качественная конструкционнаяХорошая обрабатываемость резанием, поверхностная твердость после цементацииВалы, оси, шпиндели, втулки, пальцы в механизмах коммутационной аппаратуры, приводов выключателей.
    Сталь 45Углеродистая качественная конструкционнаяПовышенная прочность и твердость после термообработки (σв ≥ 600 МПа)Нагруженные детали механизмов: кулачки, штоки, валы, шкивы в энергетическом оборудовании.
    Медь М1, М2, М3Электротехническая (не сталь)Высокая электропроводность (не менее 57 См*м/мм²)Токопроводящие шины, сборные шины распределительных устройств, контактные элементы. Важно: Медный круг 80 мм – это отдельный вид продукции (ГОСТ 859-2001), используемый именно как проводник.

    Использование в качестве материала для заземляющих устройств

    Стальной круг 80 мм, часто из стали с цинковым покрытием или в виде черного металла (с учетом повышенного расхода на коррозию), применяется для вертикальных заземлителей в сложных грунтах (каменистых, мерзлых), где забивка стандартного уголка или полосы затруднена. Его большое поперечное сечение (≈50.24 см²) обеспечивает:

    • Механическую прочность при заглублении ударным методом.
    • Длительный срок службы за счет значительного запаса металла до полной коррозии.
    • Стабильное переходное сопротивление с грунтом на большой глубине, где влажность почвы более постоянна.

    Расчет необходимой длины и количества таких заземлителей выполняется согласно ПУЭ (Глава 1.7) и РД 34.21.122-87, исходя из удельного сопротивления грунта и требуемого сопротивления заземляющего устройства.

    Применение в силовых конструкциях и для изготовления деталей

    Благодаря высокой прочности на изгиб и кручение, круг 80 мм служит основой для изготовления:

    • Силовых валов и осей: В механизмах поворота трансформаторов, в приводах силовых выключателей и разъединителей.
    • Опорных и крепежных элементов: Шпильки фундаментов под тяжелое оборудование (турбогенераторы, мощные силовые трансформаторы), стойки для монтажа шинных мостов на ОРУ.
    • Заготовок для фрезерования и токарной обработки: Из него производят фланцы, маховики, диски, крупные болты и гайки для ремонта и монтажа энергооборудования.

    Электропроводящее применение: шины и токопроводы

    Хотя медь и алюминий являются основными материалами для шин, стальной круг 80 мм может использоваться в качестве шины в цепях постоянного тока (например, в гальванических производствах, на тяговых подстанциях) или в качестве комбинированной шины (сталь-алюминий), где стальной сердечник воспринимает механические нагрузки, а алюминиевая оболочка проводит ток. Для чисто стальных шин необходимо учитывать:

    • Значительно более высокое удельное электрическое сопротивление (в 6-8 раз выше, чем у меди).
    • Магнитные свойства, приводящие к дополнительным потерям в переменном поле.
    • Склонность к окислению контактных поверхностей, требующая применения специальных смазок или покрытий.

    Расчет массы и геометрических параметров

    Для логистики, проектирования и монтажа критически важны точные расчеты массы и площади сечения.

    • Площадь поперечного сечения (S): S = π d² / 4 = 3.14159 (80 мм)² / 4 ≈ 5026.55 мм² или 50.27 см².
    • Теоретическая масса 1 метра погонного (m): m = S
    • ρ, где ρ – плотность стали (7850 кг/м³).
    • m = 0.00502655 м²

    • 7850 кг/м³ ≈ 39.46 кг/м.

    Фактическая масса может незначительно отличаться в зависимости от допусков и марки стали. Для упрощения расчетов используют справочные таблицы.

    Масса 1 погонного метра стального круга диаметром 80 мм (теоретическая, ГОСТ 2590-2006)
    Диаметр, ммПлощадь сечения, см²Масса 1 м, кг (ρ=7.85 г/см³)Длина в 1 тонне, м (приблизительно)
    8050.2739.4625.34

    Требования к качеству, приемка и хранение

    При поставках для энергетических объектов круг 80 мм подвергается входному контролю, включающему:

    • Визуальный осмотр на отсутствие трещин, плён, закатов, раковин.
    • Проверку геометрических размеров (диаметр, кривизна) штангенциркулем и поверочной линейкой.
    • Запрос и проверку сертификата качества от производителя, где указаны: марка стали, химический состав, результаты механических испытаний (временное сопротивление σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ, ударная вязкость KCU), номер плавки.
    • При необходимости – проведение ультразвукового контроля (УЗК) для выявления внутренних дефектов в ответственных деталях.

    Хранение должно осуществляться в крытых складах или под навесом, с укладкой на деревянные подкладки для предотвращения контакта с грунтом и коррозии.

    Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

    Чем отличается стальной круг 80 мм от катанки или арматуры такого же диаметра?

    Катанка (диаметры обычно до 10 мм) – это горячекатаная проволока, поставляемая в бухтах, используемая для дальнейшего волочения или как арматура в строительстве. Арматура (А240-А1000) имеет периодический профиль для лучшего сцепления с бетоном и регламентированные прочностные свойства на растяжение. Круг 80 мм – это гладкий горячекатаный прокат, используемый как конструкционный элемент или заготовка, его прочностные характеристики определяются маркой стали, а не классом, как у арматуры.

    Можно ли использовать стальной круг 80 мм в качестве главной заземляющей шины (ГЗШ) внутри РУ?

    Технически возможно, но не оптимально. Согласно ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.54-2013, ГЗШ должна иметь минимальное сечение, обычно не менее сечения PE/PEN проводника питающей линии. Для медных шин минимальное сечение 10 мм², для стальных – 80 мм². Круг 80 мм (S=5027 мм²) значительно превышает это требование. Однако его использование неудобно из-за сложности подключения большого количества проводников, необходимости сверления отверстий и обеспечения качественного контакта на цилиндрической поверхности. Предпочтительнее использовать плоскую стальную или медную шину прямоугольного сечения.

    Как рассчитать допустимый ток нагрузки для стального круга 80 мм, используемого в качестве шины?

    Расчет носит оценочный характер из-за неэффективности стали как проводника. Основным лимитирующим фактором является нагрев. Упрощенно можно использовать формулу, связывающую ток, сопротивление и допустимый перегрев: I = √(ΔT S Pт / (ρ

  • L)), где ΔT – перегрев, S – сечение, Pт – теплоотдача с поверхности, ρ – удельное сопротивление, L – длина. Однако для ответственных решений необходимо руководствоваться специализированными справочниками (например, «Справочник по проектированию кабельных линий и токопроводов» под ред. И.И. Кучерова) или проводить тепловое моделирование. Для сравнения: допустимый ток для медной шины эквивалентного сечения (≈5000 мм²) составляет несколько килоампер, для стальной – в разы меньше при том же нагреве.

  • Какие существуют альтернативы стальному кругу 80 мм для вертикальных заземлителей?

    Основные альтернативы:

    • Стальной уголок (75х75х6, 80х80х7): Более распространен, имеет большую поверхность при меньшем расходе металла, легче забивается.
    • Труба стальная диаметром 50-80 мм: При равном диаметре имеет меньшую материалоемкость, но может деформироваться при забивке в твердый грунт.
    • Полосовая сталь 40х4 или 50х5: Используется для горизонтальных заземлителей и соединения вертикальных.
    • Специализированные стержневые заземлители из стали с медным покрытием (например, ZANDZ): Дороже, но обеспечивают долгий срок службы и простой монтаж за счет соединения муфтами.

    Выбор зависит от коррозионной агрессивности грунта, требуемого срока службы и бюджета проекта.

    Как правильно организовать сварное соединение двух прутков круга 80 мм для наращивания длины заземлителя?

    Соединение должно быть выполнено с полным проплавлением по сечению. Рекомендуется:

    1. Торцевание соединяемых поверхностей для обеспечения равномерного зазора.
    2. Прихватка, а затем выполнение кругового шва ручной дуговой сваркой (РДС) электродами с качественным покрытием (например, УОНИ 13/55, АНО-4) или автоматической сваркой под флюсом.
    3. Длина нахлеста при сварке встык не требуется, но необходимо обеспечить усиление шва (высоту валика) не менее 2-3 мм.
    4. После остывания место сварки необходимо очистить от шлака и покрыть антикоррозионным составом (битумный лак, эпоксидное покрытие), так как структура металла в зоне термического влияния более подвержена коррозии.

Категорически запрещено соединение простой обвязкой проволокой без сварки.

Войти

Зарегистрироваться

Сбросить пароль

Пожалуйста, введите ваше имя пользователя или эл. адрес, вы получите письмо со ссылкой для сброса пароля.