Стальная полоса шириной 25 мм

Стальная полоса шириной 25 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Стальная полоса шириной 25 мм является одним из базовых и широко востребованных видов металлопроката в электротехнической и кабельной промышленности, а также в сфере строительства и энергетики. Её основное функциональное назначение – использование в качестве элемента заземляющих устройств, токопроводящей жилы в гибких токопроводящих шинах и шунтах, конструкционного элемента в силовых распределительных устройствах и опорных конструкциях. Данная статья детально рассматривает все аспекты, связанные с производством, стандартизацией, выбором и применением стальной полосы данного типоразмера.

1. Технические характеристики и стандарты

Полоса стальная шириной 25 мм изготавливается в соответствии с несколькими ключевыми государственными стандартами (ГОСТ), которые определяют её геометрические параметры, химический состав, механические свойства и допустимые отклонения.

1.1. Основные стандарты и сортамент

Основным документом, регламентирующим сортамент горячекатаной стальной полосы, является ГОСТ 103-2006 «Полоса стальная горячекатаная. Сортамент». Согласно этому стандарту, полоса шириной 25 мм производится с широким диапазоном толщин. Наиболее распространенные толщины для данного типоразмера в электротехнике: 3 мм, 4 мм, 5 мм и 6 мм.

Таблица 1.1: Стандартный сортамент полосы 25 мм по ГОСТ 103-2006 (фрагмент)

Для полос, используемых в качестве заземлителей и проводников тока, критически важным является стандарт ГОСТ Р 50571.5.54-2013/МЭК 60364-5-54:2011 (Электроустановки низковольтные. Часть 5-54). Он устанавливает минимальные размеры защитных проводников и заземлителей в зависимости от материала и условий эксплуатации.

1.2. Материал и марки стали

Полоса шириной 25 мм может изготавливаться из различных марок стали, определяющих её эксплуатационные свойства:

• Углеродистая сталь обыкновенного качества (например, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп) по ГОСТ 535-2005. Наиболее распространенный и экономичный вариант для заземляющих устройств и неответственных конструкций.
• Низколегированная сталь (например, 09Г2С). Обладает повышенной коррозионной стойкостью и прочностью, что актуально для установки в агрессивных грунтах или в условиях Севера.
• Оцинкованная сталь. На полосу наносится защитное цинковое покрытие (горячим или гальваническим методом) толщиной от 40 до 100 мкм в соответствии с ГОСТ 9.307-89. Это значительно увеличивает срок службы изделия в коррозионно-активных средах.
• Сталь для токопроводящих шин (например, марки М1). Используется в случаях, когда полоса выполняет функцию проводника значительных токов, и требуется высокая электропроводность.

1.3. Механические и электрические свойства

Механические свойства (предел текучести, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение) нормируются стандартами на конкретные марки стали. Например, для Ст3сп предел текучести составляет не менее 245 Н/мм².

Электрическое сопротивление является ключевым параметром для заземлителей и проводников. Удельное сопротивление стали составляет примерно 0.125 Ом·мм²/м, что существенно выше, чем у меди (0.0175) или алюминия (0.028). Поэтому для обеспечения необходимой проводимости требуется большее поперечное сечение. Полоса 25х4 мм имеет сопротивление постоянному току около 0.125 Ом/км, а полоса 25х6 мм – около 0.083 Ом/км.

2. Основные области применения в электротехнике и энергетике

2.1. Устройства защитного заземления и молниезащиты

Это основная сфера применения полосы 25 мм. Согласно ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок, 7-е издание) и ГОСТ Р 50571.5.54-2013, стальная полоса используется в качестве:

• Горизонтального заземлителя (замкнутый контур, лучевая система). Укладывается в траншею на глубину 0.5-0.7 м. Ширина 25 мм при достаточной толщине (4-6 мм) обеспечивает необходимую площадь контакта с грунтом и стойкость к коррозии, а также механическую прочность.
• Полоса уравнивания потенциалов (главная, дополнительная). Для соединения всех проводящих частей здания (арматура, трубопроводы, корпуса оборудования) с системой заземления.
• Токоотвод в системах молниезащиты (МЗС). По полосе шириной не менее 25 мм (часто толщиной 3-4 мм) ток молнии отводится от молниеприемника к заземляющему устройству. Требования регламентируются ГОСТ Р IEC 62561.2-2014.

Таблица 2.1: Рекомендуемые размеры стальной полосы для заземления по ПУЭ (фрагмент)

Назначение	Материал	Сечение, мм²	Толщина, мм	Диаметр/Ширина, мм
Горизонтальный заземлитель	Сталь оцинкованная	100	4	25
Токоотвод МЗС	Сталь горячекатаная	75	3	25

2.2. Гибкие токопроводящие шины и шунты

В низковольтных комплектных устройствах (НКУ), щитах распределительных и управления (ЩР, ЩУ), а также в качестве перемычек в силовых трансформаторах применяются гибкие шины, набираемые из пакета стальных или медных полос. Полоса 25 мм шириной может входить в такой пакет для достижения требуемого номинального тока. Её преимущество – высокая механическая прочность и относительно низкая стоимость по сравнению с медью.

2.3. Конструкционные элементы

Полоса используется для изготовления:

• Кронштейнов и опорных конструкций для крепления кабельных трасс, шинопроводов, изоляторов.
• Каркасов и рам для электротехнических шкафов и щитов (обычно из полосы толщиной 3-4 мм).
• Стяжек и бандажей для пучков кабелей.

3. Расчет и проектирование. Критерии выбора

3.1. Выбор сечения для заземляющих устройств

Сечение горизонтального заземлителя из стальной полосы выбирается исходя из требований к коррозионной стойкости и механической прочности, а также из условия термической стойкости при коротком замыкании. Расчет ведется по методике, приведенной в ПУЭ гл. 1.7 и ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Минимальное сечение для полосы в земле – 100 мм² (что соответствует полосе 25х4 мм). В агрессивных грунтах сечение увеличивается, и часто применяется полоса 25х5 или 25х6 мм, либо оцинкованный вариант.

3.2. Расчет сопротивления растеканию тока

Сопротивление горизонтального заземлителя (полосы) рассчитывается по формуле для протяженного электрода. На него влияют удельное сопротивление грунта, длина полосы, глубина заложения и её геометрические параметры. Увеличение ширины полосы с 20 до 25 мм при прочих равных условиях несколько снижает сопротивление растеканию, но основной вклад вносит увеличение длины.

3.3. Соединения и монтаж

Надежность контакта – залог эффективности заземляющего устройства. Основные способы соединения полосы 25 мм:

• Сварка (предпочтительный метод). Длина нахлеста должна быть не менее ширины полосы (25 мм), а лучше – в два раза больше. Сварные швы защищаются от коррозии битумным лаком или эпоксидными составами.
• Болтовое соединение (для съемных соединений или присоединения к оборудованию). Используются оцинкованные болты М8-М10, шайбы и гроверы. Место контакта необходимо защищать.
• Запрещается использование скруток.

4. Обработка, защита от коррозии и монтаж

Для увеличения срока службы (нормативный срок – не менее 25-30 лет) стальная полоса требует защиты. Наиболее эффективные методы:

• Горячее цинкование. Обеспечивает долговременную катодную защиту.
• Нанесение электроизоляционных или токопроводящих покрытий (например, на основе полимеров).
• Обработка антикоррозионными грунтами и мастиками после монтажа, особенно сварных швов.

При монтаже в грунт необходимо избегать острых изгибов, которые создают точки механического напряжения. Радиус изгиба должен быть не менее 2.5-3 ширины полосы (60-75 мм).

5. Контроль качества и приемка

При поставке полосы стальной шириной 25 мм проверяются:

• Соответствие геометрических размеров (ширина, толщина, прямолинейность) требованиям ГОСТ 103-2006.
• Качество поверхности (отсутствие раковин, трещин, закатов).
• Наличие сертификата качества или паспорта на металл с указанием марки стали, механических свойств, номера плавки.
• Для оцинкованной полосы – толщина покрытия (измеряется толщиномером) и равномерность.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Чем отличается полоса 25х4 от 25х6, кроме веса? Какую выбрать для контура заземления подстанции?

Основное отличие – площадь поперечного сечения и, как следствие, стойкость к коррозии и пропускная способность по току. Полоса 25х6 мм (150 мм²) имеет на 50% большее сечение, чем 25х4 мм (100 мм²). Для ответственных объектов, таких как подстанция, где требования к долговечности и надежности максимальны, а также возможны большие токи короткого замыкания, следует выбирать полосу 25х6 мм, предпочтительно из оцинкованной или низколегированной стали. Это обеспечит больший запас по коррозии и термическую стойкость.

В2: Можно ли использовать полосу 25 мм в качестве нулевого защитного (PE) или совмещенного (PEN) проводника внутри здания?

Использование стальной полосы в качестве изолированного PE или PEN проводника внутри электроустановок зданий не рекомендуется и, как правило, не соответствует современным нормам (ПУЭ, ГОСТ Р 50571). Для этих целей должны применяться изолированные медные или алюминиевые проводники, проложенные в одной трассе с фазными. Стальная полоса применяется для открытой прокладки в качестве главной заземляющей шины (ГЗШ) в вводных устройствах, а также для системы уравнивания потенциалов.

В3: Как правильно рассчитать длину полосы для контура заземления с заданным сопротивлением?

Расчет является итеративным и зависит от удельного сопротивления грунта (ρ), который определяется на месте геофизическими измерениями. Для предварительной оценки длины горизонтального заземлителя (L) в виде прямой полосы можно использовать упрощенную формулу: R = (ρ/(πL)) ln(2L²/(b*t)), где b – ширина полосы (0.025 м), t – глубина заложения (м). Для достижения требуемого сопротивления (например, 10 Ом) при ρ=100 Ом·м может потребоваться около 15-20 метров полосы. Точный расчет должен выполнять проектировщик с использованием специализированного ПО, учитывающего конфигурацию контура (замкнутый треугольник, прямоугольник).

В4: Что лучше для молниезащиты: стальная полоса 25х4 или медный провод сечением 50 мм²?

Оба варианта допустимы по ГОСТ Р IEC 62561. Выбор зависит от условий и бюджета. Медный провод (50 мм²) имеет меньшее сопротивление, более гибок и коррозионно-стоек на воздухе, но значительно дороже и менее прочен механически. Стальная оцинкованная полоса 25х4 (100 мм²) дешевле, обладает высокой прочностью на разрыв, что важно для длинных вертикальных участков, но требует защиты сварных швов от коррозии. В большинстве промышленных объектов применяется стальная полоса как экономически оптимальное решение.

В5: Требуется ли дополнительная защита оцинкованной полосы при укладке в грунт?

Горячее цинкование является достаточной защитой для большинства грунтов со средней агрессивностью. Однако в сильно агрессивных грунтах (кислых, с высоким содержанием блуждающих токов, щелочных) рекомендуется дополнительная защита: либо использование полосы с увеличенной толщиной цинкового слоя (более 100 мкм), либо применение полимерной ленты-обертки в местах наибольшего риска (сварные соединения), либо выбор полосы из нержавеющей стали (что экономически оправдано только на критичных объектах).

Заключение

Стальная полоса шириной 25 мм представляет собой универсальный, стандартизированный и экономически эффективный материал, играющий критически важную роль в обеспечении электробезопасности и надежности энергетических систем. Её правильный выбор, основанный на понимании стандартов (ГОСТ 103-2006, ПУЭ, ГОСТ Р 50571), условий эксплуатации и методов защиты от коррозии, является обязательным элементом грамотного проектирования заземляющих устройств, систем молниезащиты и токопроводящих конструкций. Применение полосы сечением 25х4 мм и 25х6 мм можно считать отраслевым стандартом для горизонтальных заземлителей, а её механические свойства делают незаменимой в качестве несущего конструкционного элемента в электротехнике.