Стальная полоса шириной 200 мм

Стальная полоса шириной 200 мм: технические характеристики, применение и особенности монтажа

Стальная полоса шириной 200 мм является одним из ключевых элементов в современных электротехнических и строительных системах. Её основное назначение – создание магистральных и распределительных контуров заземления, выполнение функций шин заземления в распределительных устройствах и подстанциях, а также использование в качестве гибкой токопроводящей связи в мощных электроустановках. Ширина в 200 мм (или 20 см) определяет её принадлежность к категории крупноформатных полос, используемых для ответственных объектов с высокими требованиями к токовой нагрузке и механической прочности.

Технические характеристики и нормативная база

Производство стальной полосы для электротехнических целей регламентируется рядом государственных стандартов. Основным является ГОСТ 103-2006 «Полоса стальная горячекатаная. Сортамент», который определяет геометрические параметры, допуски и предельные отклонения. Для полосы шириной 200 мм стандартом устанавливается ограниченный ряд толщин, наиболее распространенными из которых являются 4, 5 и 6 мм. Реже, для особо ответственных конструкций, применяется толщина 8 или 10 мм.

Материалом изготовления, как правило, служит низкоуглеродистая сталь обыкновенного качества (например, Ст3) по ГОСТ 380 или сталь, соответствующая ГОСТ 103-2006. Для защиты от коррозии, которая критически важна для подземных контуров, полоса подвергается оцинкованию. Требования к оцинкованному покрытию изложены в ГОСТ 9.307-89 «Покрытия цинковые горячие». Минимальная толщина покрытия для изделий, эксплуатируемых в грунтах с высокой коррозионной агрессивностью, должна составлять не менее 40-60 мкм.

Важнейшими электрическими параметрами являются сопротивление постоянному току и допустимая токовая нагрузка. Сопротивление зависит от удельного сопротивления стали (около 0,13 Ом*мм²/м) и геометрии полосы. Допустимый длительный ток определяется условиями нагрева и зависит от способа прокладки (в земле, на воздухе).

Области применения в электроэнергетике и строительстве

Широкая стальная полоса 200 мм находит применение в проектах, где требуются высокие показатели стойкости к импульсным токам (например, при грозовых разрядах) и необходимо обеспечить минимальное сопротивление растеканию тока.

• Магистральные контуры заземления электроустановок напряжением выше 1000 В. Используется в качестве горизонтального заземлителя, соединяющего вертикальные электроды (уголок, труба) в единую сеть на подстанциях, промышленных предприятиях, генерирующих объектах. Большая площадь контакта с грунтом снижает сопротивление заземления.
• Уравнивание потенциалов в зданиях и сооружениях. Полоса прокладывается по периметру технических этажей, в кабельных тоннелях и служит основной шиной для присоединения металлоконструкций, трубопроводов, корпусов оборудования с целью предотвращения появления опасной разности потенциалов.
• Молниезащита. Входит в состав токоотводов и горизонтальных заземлителей системы внешней молниезащиты (МЗС). Сечение 200×5 мм (1000 мм²) часто превышает минимальные требования ГОСТ Р IEC 62561.2-2014, что обеспечивает запас по стойкости к плавлению при прохождении тока молнии.
• Шина заземления в РУ и ЗРУ. В распределительных устройствах и камерах КРУН полоса, установленная на опорных изоляторах, выполняет функцию главной заземляющей шины (ГЗШ), к которой подключаются заземляющие проводники от оборудования.
• Электромагнитный экран. В лабораториях и специальных объектах может использоваться для создания экранирующих оболочек.

Особенности монтажа и соединения

Правильный монтаж стальной полосы 200 мм критически важен для обеспечения долговечности и эффективности контура заземления. Работы ведутся в соответствии с ПУЭ 7-го издания (Глава 1.7, 2.1), СО 153-34.21.122-2003 (Инструкция по устройству молниезащиты) и «Руководством по устройству сетей заземления и уравнивания потенциалов в электроустановках».

1. Подготовка траншеи. Полоса укладывается в предварительно выкопанную траншею глубиной 0,5-0,7 м (ниже глубины промерзания грунта). Дно траншеи должно быть ровным, без острых камней. Рекомендуется подсыпка слоя однородного грунта или песка.

2. Укладка и трассировка. Полоса раскатывается и укладывается на дно траншеи. Допускаются плавные изгибы для обхода препятствий. Минимальный радиус изгиба должен быть не менее 200 мм во избежание растрескивания цинкового покрытия. При пересечении с подземными коммуникациями (трубопроводы, кабели) необходимо обеспечить изоляционный зазор или выполнить пересечение с использованием защитных футляров.

3. Соединения. Наиболее ответственная операция. Все соединения должны быть надежными и коррозионностойкими.

• Сварка. Предпочтительный и наиболее надежный метод. Выполняется внахлест (длина нахлеста должна быть не менее двух ширин полосы, т.е. 400 мм) двусторонним непрерывным сварочным швом. Используются электроды с покрытием, обеспечивающим антикоррозионные свойства шва. После сварки шов очищается от шлака и покрывается антикоррозионным составом (например, на основе битумного лака).
• Болтовые соединения. Применяются только для присоединения к готовым конструкциям (выводы на опоры, подключение к оборудованию). Требуют использования оцинкованных метизов, шайб Гровера и обязательной защиты от коррозии места контакта.
• Кабельные наконечники. Для перехода с полосы на медный кабель заземления используются специальные медные наконечники под болт, которые опрессовываются на кабеле и прикручиваются к полосе через переходную шинную пластину из нержавеющей стали для предотвращения электрохимической коррозии.

4. Обратная засыпка. После проверки соединений и замера сопротивления траншея засыпается однородным грунтом без строительного мусора и крупных камней. Уплотнение грунта производится послойно.

Расчет основных параметров

При проектировании контура заземления с использованием полосы 200 мм выполняются расчеты на сопротивление растеканию и термическую стойкость.

Сопротивление горизонтального заземлителя (полосы) в однородном грунте можно приближенно оценить по формуле Шварца для полосы, уложенной на глубине t:

Rг = (ρ / (2πL)) ln(2L²/(bt)), где:
ρ – удельное сопротивление грунта, Ом*м;
L – общая длина полосы, м;
b – ширина полосы, м (0.2 м);
t – глубина заложения, м.

Проверка на термическую стойкость при коротком замыкании выполняется по формуле определения минимального сечения:

Smin = (Iз

Iз – ток короткого замыкания через полосу, А;
tф – время действия защиты, с;
C – коэффициент, зависящий от материала (для стали ~ 70).

Для полосы 200×5 мм (S=1000 мм²) допустимый кратковременный ток Iдоп = Smin C / √tф. Например, при tф=0.5с, Iдоп ≈ 1000 70 / 0.707 ≈ 99 кА. Это подтверждает применимость такой полосы для отвода больших токов КЗ и молнии.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем обусловлен выбор именно ширины 200 мм?

Ширина 200 мм является оптимальной с точки зрения баланса между технологичностью (удобство транспортировки, гибки, сварки), высокой площадью поперечного сечения (и, как следствие, низким сопротивлением и высокой токовой стойкостью) и экономической эффективностью. Более узкие полосы не обеспечивают необходимого сечения при стандартных толщинах, а более широкие (например, 300 мм) сложнее в монтаже и имеют избыточные для большинства проектов параметры.

Почему нельзя заменить стальную полосу на несколько параллельных медных проводников?

Технически замена возможна, но не всегда целесообразна. Стальная полоса, особенно оцинкованная, обладает значительно более высокой механической прочностью, устойчива к повреждениям при подвижках грунта и давлению. Она также выполняет функцию выравнивания потенциала по всей своей длине, что важно для безопасности. Медь, хотя и имеет лучшее удельное сопротивление, дороже, менее прочна и более привлекательна для хищений. Выбор в пользу стальной полосы 200 мм часто делается по совокупности критериев надежности, стоимости и долговечности.

Как правильно защитить сварные швы от коррозии?

Места сварных соединений являются наиболее уязвимыми, так как цинковое покрытие в зоне шва разрушается. После зачистки шва необходимо нанести многослойное антикоррозионное покрытие. Стандартная практика: грунтовка по металлу (например, на основе цинконаполненного состава), затем нанесение битумного или каучукового герметика/лака в 2-3 слоя с промежуточной сушкой. Для особо агрессивных грунтов применяются термоусаживаемые муфты или ленты с клейким слоем.

Каковы требования к контролю качества уложенной полосы?

Контроль включает: визуальный осмотр целостности покрытия и сварных швов, проверку геометрических размеров (ширина, толщина), измерение сопротивления изоляции покрытия (при необходимости), измерение сопротивления растеканию всего контура заземления (методом вертикального электрического зондирования). Результаты замеров оформляются протоколом. Допустимое сопротивление контура нормируется ПУЭ и проектной документацией (обычно не более 0.5 Ом для подстанций 110 кВ и выше).

Существуют ли альтернативные материалы стальной оцинкованной полосе?

Да, существуют. Основные альтернативы:

• Полоса из нержавеющей стали. Обладает высокой коррозионной стойкостью без дополнительного покрытия, но имеет значительно более высокую стоимость и, как правило, более высокое удельное сопротивление.
• Медная полоса. Применяется в условиях чрезвычайно агрессивных грунтов или на особо ответственных объектах. Имеет наилучшую проводимость, но очень высокую цену и требует защиты от механических повреждений и хищений.
• Стальная полоса с электролитическим медным покрытием. Компромиссный вариант, сочетающий прочность стали и коррозионную стойкость/проводимость меди, но требует аккуратного обращения при монтаже для сохранения покрытия.

Выбор материала обосновывается технико-экономическим расчетом с учетом срока службы, агрессивности среды и требований проекта.