Стальная полоса шириной 120 мм
Стальная полоса шириной 120 мм: технические характеристики, стандарты и области применения в электроэнергетике
Стальная полоса шириной 120 мм является одним из ключевых видов металлопроката, широко применяемым в электротехнической и кабельной продукции, а также в смежных отраслях промышленности. Ее основное назначение – выполнение функций проводника электрического тока, элемента механической защиты, заземляющего устройства или конструкционной детали. Данная ширина является стандартной и востребованной для решения ряда специфических задач, где требуются повышенная механическая прочность и значительная площадь поперечного сечения при относительно небольшой толщине.
1. Технические характеристики и стандарты производства
Стальная полоса 120 мм изготавливается в соответствии с несколькими основными государственными стандартами (ГОСТ), которые определяют ее химический состав, механические свойства, допустимые отклонения по размерам и условия поставки.
- ГОСТ 103-2006 «Полоса стальная горячекатаная». Это основной стандарт для полос общего назначения. Полоса по этому ГОСТу производится методом горячей прокатки из углеродистых сталей обыкновенного качества (Ст0, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп) и качественных углеродистых сталей. Ширина полосы поставляется в диапазоне от 10 до 200 мм, толщина – от 4 до 60 мм. Для ширины 120 мм наиболее распространенные толщины в электротехнике: 4, 5, 6, 8, 10 мм.
- ГОСТ 4405-75 «Полоса стальная электротехническая (динамная)». Данный стандарт регламентирует производство полос из электротехнических (динамных) сталей с низким содержанием углерода и кремния, обладающих повышенной магнитной проницаемостью. Такая полоса используется для изготовления магнитопроводов, сердечников и других элементов электрооборудования. Ширина также может достигать 120 мм.
- ГОСТ Р 58191.1-2018 (МЭК 62561-1:2017) «Компоненты систем молниезащиты. Требования к соединительным компонентам» и ГОСТ Р 58191.2-2018. Эти стандарты актуальны для полос, используемых в качестве токоотводов и элементов заземления в системах молниезащиты. Они предъявляют строгие требования к сечению, коррозионной стойкости и электропроводности.
- Ширина (B): 120 мм (номинальное значение). Допустимые отклонения по ширине зависят от класса точности прокатки (обычная или повышенная) и толщины. Для горячекатаной полосы общего назначения при толщине до 10 мм отклонение обычно составляет ±1.5 мм, при толщине свыше 10 мм – ±2.0 мм.
- Толщина (S): Определяется проектной необходимостью. В таблице 1 приведены распространенные толщины и соответствующие им площади поперечного сечения.
- Длина (L): Мерная, немерная (кратная мерной) или в бухтах (для тонких полос). Стандартная мерная длина – от 2 до 12 метров.
- Материал: Сталь углеродистая обыкновенного качества (Ст3), сталь низкоуглеродистая (08кп, 10), сталь оцинкованная, сталь нержавеющая (например, 12Х18Н10Т для агрессивных сред).
- Покрытие: Для защиты от коррозии полоса часто оцинковывается (горячим или гальваническим методом). Толщина цинкового покрытия нормируется (например, 40-60 мкм для горячего цинкования).
- B, где S – толщина в мм, B – ширина в мм. Результат получается в мм².
- 0.00785.
- Горизонтального заземлителя (магистрали заземления): Полоса укладывается в траншею на глубину 0.5-0.7 м для создания замкнутого контура вокруг объекта (подстанция, здание). Ширина 120 мм при толщине 6-8 мм обеспечивает большую площадь контакта с грунтом и малое сопротивление растеканию тока, а также повышенную стойкость к коррозии за счет большего запаса металла.
- Токоотвода системы молниезащиты: Полоса служит для безопасного отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю. Сечение должно быть не менее 160 мм² для класса молниезащиты III-IV (ПУЭ, СО 153-34.21.122-2003). Полоса 120×4 мм (480 мм²) значительно превышает это требование, обеспечивая высокий запас прочности и долговечности.
- Выравнивание потенциалов: Широкая полоса используется для создания основной системы уравнивания потенциалов (ОСУП) в зданиях, соединяя все входящие металлические коммуникации и заземляющие элементы.
- Кабели с ленточной броней (обозначение «Бл»): Две стальные ленты (полосы) накладываются повивно поверх защитного слоя (например, подушки из битума и пропитанной кабельной пряжи). Ширина полосы стандартизирована и подбирается в зависимости от диаметра кабеля. Полоса шириной 120 мм может использоваться для бронирования кабелей большого диаметра (например, СЕЩ, СБШв на напряжения 6, 10 кВ и выше). Толщина бронеленты нормируется стандартами (ГОСТ 7006-72, ГОСТ Р 53769-2010).
- Преимущества: Ленточная броня обеспечивает защиту преимущественно от радиальных воздействий, обладает хорошей гибкостью по сравнению с проволочной броней, упрощает процесс разделки кабеля.
- Опорные и монтажные кронштейны для изоляторов, разрядников, измерительных трансформаторов на открытых распределительных устройствах (ОРУ).
- Элементы каркасов и корпусов низковольтных комплектных устройств (НКУ), силовых шкафов.
- Шинопроводы и шинные мосты при необходимости обеспечения высокой механической жесткости.
- Детали трансформаторных подстанций (кронштейны, рамы).
- Резка: Выполняется с помощью гильотинных ножниц (для толщин до 6-8 мм), абразивно-отрезными кругами (болгарка), газопламенной или плазменной резкой (для больших толщин).
- Гибка: Производится на листогибочных прессах или с использованием специальных приспособлений. Минимальный радиус изгиба зависит от толщины и марки стали. Для полос, используемых в качестве токоотводов, изгибы должны быть плавными, без острых углов, чтобы избежать возникновения импульсных перенапряжений.
- Соединение: Основные способы:
- Сварка (предпочтительный метод для заземления): Дуговая сварка (ручная, полуавтоматическая) с обеспечением непрерывного шва длиной не менее ширины полосы. Сварное соединение должно быть защищено от коррозии (окрашено, обработано антикоррозионной пастой).
- Болтовое соединение: Применяется при невозможности сварки. Требуется зачистка металла до блеска, использование оцинкованных или нержавеющих метизов, шайб Гровера, регулярная проверка и подтяжка.
- Антикоррозионная защита: Для подземной прокладки обязательна. Оцинкованная полоса предпочтительнее. Сварные швы на оцинкованной полосе требуют обязательной обработки цинк-содержащими составами. Также применяются битумные или полимерные ленты, электрохимическая защита.
- K, где K – коэффициент, зависящий от конфигурации.
Ключевые параметры стальной полосы шириной 120 мм:
2. Расчет площади сечения и массы
Для инженерных расчетов, особенно в контурах заземления и системах молниезащиты, критически важны площадь поперечного сечения и масса погонного метра полосы.
Площадь поперечного сечения (A) рассчитывается по формуле:
A = S
Масса 1 погонного метра (M) рассчитывается по формуле:
M = A ρ, где ρ – плотность стали (7.85 г/см³ или 0.00785 кг/см³). Упрощенная формула: M (кг/м) = S (мм) B (мм)
Таблица 1. Основные параметры стальной полосы шириной 120 мм.
| Толщина, S (мм) | Площадь сечения, A (мм²) | Масса 1 пог. м, M (кг) | Типовое применение в электроэнергетике |
|---|---|---|---|
| 4 | 480 | 3.768 | Вспомогательные элементы конструкций, обрешетка. |
| 5 | 600 | 4.710 | Горизонтальные заземлители в грунтах с низкой коррозионной активностью. |
| 6 | 720 | 5.652 | Основной материал для горизонтальных заземлителей, элементы выравнивания потенциалов. |
| 8 | 960 | 7.536 | Магистрали контуров заземления подстанций, токоотводы молниезащиты. |
| 10 | 1200 | 9.420 | Ответственные узлы заземления на энергообъектах высокого напряжения, сейсмостойкое крепление. |
3. Области применения в электроэнергетике и кабельной продукции
3.1. Устройства заземления и молниезащиты
Это основная сфера применения полосы 120 мм. Она используется в качестве:
3.2. Броня для силовых кабелей
Стальная полоса является материалом для бронепокровов кабелей, предназначенных для прокладки в земле (траншеях) или в условиях, где возможны механические воздействия (растяжение, сдавливание, грызуны).
3.3. Конструкционные элементы электротехнических устройств
Полоса используется как несущий и крепежный элемент:
4. Особенности монтажа и обработки
Работа со стальной полосой шириной 120 мм требует соблюдения определенных правил:
5. Сравнение с другими проводниками (круглая сталь, медная шина)
Выбор в пользу стальной полосы 120 мм обосновывается технико-экономическим расчетом.
Таблица 2. Сравнение проводников для заземления.
| Параметр | Стальная полоса 120×6 мм (720 мм²) | Круглая сталь Ø 16 мм (200 мм²) | Медная шина 40×5 мм (200 мм²) |
|---|---|---|---|
| Сопротивление растеканию (при прочих равных) | Низкое (большая площадь контакта с грунтом) | Выше, чем у полосы | Сопоставимо с круглой сталью, но ниже за счет лучшей проводимости меди |
| Механическая прочность на изгиб/растяжение | Очень высокая | Высокая | Средняя |
| Коррозионная стойкость (без покрытия) | Низкая | Низкая | Очень высокая |
| Стоимость материала | Низкая | Самая низкая | В 5-8 раз выше |
| Удобство монтажа (укладка в траншею) | Хорошее | Хорошее | Хорошее |
| Область применения | Магистрали заземления, молниезащита, броня | Вертикальные/горизонтальные заземлители | Заземление в агрессивных средах, высокочастотных установках, компьютерных сетях |
6. Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: Какое минимальное сечение стальной полосы 120 мм требуется для контура заземления подстанции 110/10 кВ?
Ответ: Требования регламентируются ПУЭ (Глава 1.7) и отраслевыми стандартами. Для подстанций с напряжением выше 1000 В сечение горизонтальных заземлителей (полос) должно быть не менее 160 мм², но с учетом коррозии выбирается с запасом. На практике для ответственных объектов применяют полосу 120×6 мм (720 мм²) или 120×8 мм (960 мм²). Окончательный выбор сечения должен быть подтвержден расчетом сопротивления заземляющего устройства и учетом срока службы (коррозионного износа).
Вопрос 2: Можно ли использовать полосу 120×4 мм в качестве токоотвода молниезащиты?
Ответ: Да, можно. Согласно инструкции СО 153-34.21.122-2003, минимальное сечение стального токоотвода составляет 160 мм². Полоса 120×4 мм имеет сечение 480 мм², что полностью удовлетворяет нормативу. Однако необходимо обеспечить надежное сварное соединение с молниеприемником и заземлителем, а также качественную антикоррозионную защиту всех соединений.
Вопрос 3: Что лучше для горизонтального заземлителя: одна полоса 120×6 мм или две полосы 40×4 мм, уложенные параллельно?
Ответ: С точки зрения эффективности растекания тока и долговечности, одна полоса 120×6 мм предпочтительнее. Она имеет большее поперечное сечение (720 мм² против 320 мм² у двух полос 40×4) и, что важнее, большую площадь поверхностного контакта с грунтом, что снижает сопротивление. Две узкие полосы сложнее укладывать, требуется больше сварных соединений, и они быстрее подвержены коррозионному уменьшению сечения.
Вопрос 4: Обязательно ли оцинковывать полосу для подземного контура заземления?
Ответ: Не обязательно по нормам, но крайне рекомендуется для увеличения срока службы устройства. В нормальных грунтах срок службы черной стали составляет 20-25 лет, оцинкованной – 40-50 лет. В грунтах с повышенной коррозионной активностью (кислые, щелочные, с блуждающими токами) применение оцинкованной или даже нержавеющей полосы является экономически оправданным, так как исключает частые ремонты и перекладку.
Вопрос 5: Как правильно рассчитать необходимое количество полосы для контура заземления здания?
Ответ: Расчет выполняется в несколько этапов:
1. Определяется расчетное сопротивление грунта (ρ) путем геологических изысканий.
2. Устанавливается требуемое нормативами сопротивление заземляющего устройства (Rнорм).
3. По формуле для горизонтального заземлителя (в виде контура) рассчитывается необходимая общая длина полосы (L). Упрощенная формула для контура в виде сетки: L ≈ (ρ / Rнорм)
4. К расчетной длине добавляется 5-10% на перехлесты и соединения.
Например, для ρ=100 Ом*м и Rнорм=10 Ом потребуется примерно 100 погонных метров полосы. Конкретный расчет должен выполнять проектировщик с использованием специализированного ПО.
Заключение
Стальная полоса шириной 120 мм представляет собой универсальный и технически эффективный материал для решения широкого круга задач в электроэнергетике. Ее применение в качестве горизонтальных заземлителей, токоотводов молниезащиты и броневых покровов кабелей обусловлено оптимальным сочетанием механической прочности, площади сечения, удобства монтажа и экономической целесообразности. Правильный выбор толщины, марки стали и типа защитного покрытия в соответствии с конкретными условиями эксплуатации и нормативными требованиями гарантирует надежность и долговечность создаваемых электротехнических систем и сооружений.