Стальной круг диаметром 53 мм
Стальной круг диаметром 53 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике
Стальной круг диаметром 53 мм является сортовым прокатом круглого сечения, который находит широкое применение не только в машиностроении и строительстве, но и в электротехнической и энергетической отраслях. В контексте кабельной продукции и электротехники, данный прокат чаще всего используется в качестве материала для изготовления токопроводящих жил грозозащитных тросов (ГЗТ), заземляющих проводников, а также в виде армирующего или силового элемента в конструкциях кабелей специального назначения. Его ключевые потребительские свойства определяются маркой стали, способом производства и последующей обработки.
Производство и нормативная база
Стальной круг диаметром 53 мм изготавливается в соответствии с ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент» или более специализированными стандартами, такими как ГОСТ 3062-80 «Прокат для армирования железобетонных конструкций» (для стали периодического профиля) и ТУ на канатные провода. Основной метод производства – горячая прокатка на сортовых станах. Для электротехнических целей используется сталь марок, регламентированных ГОСТ 3062-80 (Ст3пс, Ст3сп) или ГОСТ 380-2005, а также более качественные низкоуглеродистые и легированные стали (например, 10, 20, 65Г, 70), часто с покрытием для защиты от коррозии.
| Параметр | Значение | Допуск по точности прокатки |
|---|---|---|
| Номинальный диаметр (d), мм | 53 | Повышенная точность (Б): ±0.5 мм Обычная точность (В): ±0.7 мм |
| Площадь поперечного сечения, см² | 22.06 | |
| Теоретическая масса 1 м, кг | 17.32 | Масса дана для стали плотностью 7850 кг/м³ |
| Минимальная кривизна, мм/м | Не более 4 | Для длины мерной и кратной мерной |
Материалы и покрытия для электротехнических применений
В чистом виде сталь обладает высоким удельным электрическим сопротивлением (≈0.13 Ом·мм²/м для Ст3) и подвержена коррозии. Поэтому для использования в качестве элемента воздушных линий электропередачи (ЛЭП) и заземления, круг 53 мм подвергается дополнительной обработке.
- Оцинкование: Наиболее распространенный метод защиты. Наносится горячим или гальваническим способом. Толщина цинкового слоя регламентируется ГОСТ 9.307-89 и категориями Ц1 (толстый слой, для агрессивных сред), Ц2 (усиленный) и Ц3 (средний). Для ГЗТ в северных регионах или в промышленных зонах применяется категория не ниже Ц2.
- Алюминиевое покрытие (алдрей, Al-Zn сплав): Применяется для повышения коррозионной стойкости и, в некоторой степени, проводимости. Обладает лучшей, чем у цинка, стойкостью в промышленной атмосфере.
- Медь: Биметаллические сталемедные прутки (стальное сердце в медной оболочке) используются для заземляющих устройств на подстанциях, обеспечивая оптимальное сочетание механической прочности, коррозионной стойкости и низкого переходного сопротивления.
- Электрическое сопротивление постоянному току (при 20°C для стали Ст3): R = ρ (L/S) ≈ 0.13 (1 / 22.06) ≈ 0.00589 Ом/м. На практике сопротивление выше из-за поверхностного эффекта (скин-эффекта) на переменном токе и влияния покрытия.
- Механическая нагрузка: Допустимая осевая нагрузка рассчитывается исходя из предела текучести материала. Для Ст3 (σт ≈ 245 МПа) F = σт S = 245 22.06
- 10² ≈ 540 кН. Применяется коэффициент запаса прочности от 1.5 до 3 в зависимости от ответственности конструкции.
- Коррозионный износ: При проектировании заземления и ГЗТ учитывается скорость коррозии материала в конкретном грунте или атмосфере. Толщина цинкового покрытия выбирается с учетом срока службы объекта (например, 85-100 мкм для 30-40 лет в грунте средней агрессивности).
- Визуальный и измерительный контроль геометрии (диаметр, овальность, кривизна).
- Проверка сертификатов с указанием марки стали, механических свойств (предел прочности σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ%), химического состава.
- Для оцинкованного проката – контроль толщины покрытия (весовым или магнитным методом по ГОСТ 9.301-86), целостности (равномерности, отсутствия наплывов, отслоений).
- Испытания на растяжение и изгиб (для проволоки в ГЗТ) в аккредитованной лаборатории.
Применение в электроэнергетике и кабельной технике
1. Грозозащитные тросы (ГЗТ) воздушных ЛЭП
Стальной круг 53 мм, чаще в виде многопроволочной конструкции (каната), но иногда и как монолитный пруток для ЛЭП низких и средних напряжений в районах с тяжелыми климатическими условиями (гололед, сильный ветер), служит основным материалом для ГЗТ. Его функция – защита фазных проводов от прямых ударов молнии. Требует обязательного оцинкования. Ключевые параметры для этого применения: предел прочности при растяжении (не менее 1200 МПа для канатных сталей), относительное удлинение и стойкость к усталостным нагрузкам.
2. Заземляющие проводники и контуры заземления
Круглая сталь диаметром 53 мм используется для вертикальных заземлителей, заглубляемых в грунт, и для горизонтальных заземляющих полос на подстанциях и электростанциях. Большое сечение (22.06 см²) обеспечивает низкое сопротивление растеканию тока и высокую стойкость к электроэрозии. Для долговечности применяется оцинкование или медное покрытие.
3. Армирующий и силовой элемент кабелей
В силовых кабелях на среднее и высокое напряжение, особенно с бумажной пропитанной изоляцией, стальной круг (или проволока) может использоваться в качестве бронепокрова для защиты от механических повреждений. В кабелях связи и оптических кабелях стальной пруток или проволоки аналогичного диаметра в составе центрального силового элемента обеспечивают защиту от растягивающих нагрузок и грызунов.
4. Несущие конструкции и детали электротехнического оборудования
Из стального круга 53 мм изготавливают валы, оси, шпиндели, опорные элементы для трансформаторов, реакторов, а также детали разъединителей и другого коммутационного оборудования, где требуется сочетание высокой прочности, жесткости и умеренной стоимости.
| Область применения | Рекомендуемая марка стали | Вид покрытия/обработки | Ключевое требование |
|---|---|---|---|
| ГЗТ (монолитный) | Ст3пс, 10, 20 | Горячее цинкование (Ц2, Ц3) | Сопротивление разрыву, стойкость к циклическим нагрузкам |
| Вертикальный заземлитель | Ст3пс | Горячее цинкование (Ц2) или медь | Коррозионная стойкость, площадь сечения |
| Силовой элемент оптического кабеля | 70, 65Г | Цинкование или полимерное покрытие | Предел упругости, сопротивление усталости |
| Оси и валы оборудования | Сталь 45, 40Х | Улучшение (термообработка), шлифовка | Твердость, прочность на кручение |
Расчетные параметры для проектирования
При проектировании электротехнических устройств и линий с использованием стального круга 53 мм инженеры оперируют следующими данными:
Контроль качества и приемка
При закупке партии стального круга 53 мм для электротехнических нужд проводится:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается стальной круг 53 мм от каната из стальной проволоки того же общего диаметра?
Монолитный круг обладает большей жесткостью на изгиб и прост в монтаже на концевых заделках. Однако канат (многопроволочная конструкция) имеет большую гибкость, лучшую устойчивость к вибрационной усталости и, как правило, более высокую общую прочность при том же диаметре за счет использования высокопрочной проволоки. Для ГЗТ ВЛ 35 кВ и выше почти исключительно используются канаты.
Какое покрытие для заземлителя эффективнее: оцинковка или меднение?
Меднение обеспечивает более низкое и стабильное переходное сопротивление контакта с грунтом, высокую коррозионную стойкость и отличную совместимость с медными шинами заземления (исключает электрохимическую коррозию). Оцинковка дешевле и хорошо защищает сталь, но в некоторых типах грунтов (щелочных, с высоким содержанием органики) может разрушаться быстрее. Выбор определяется проектом, бюджетом и результатами измерения удельного сопротивления грунта.
Как рассчитать необходимое количество стального круга 53 мм для контура заземления подстанции?
Расчет ведется по методике, изложенной в ПУЭ (Правила устройства электроустановок) и РД 34.21.122-87. Определяется требуемое сопротивление заземляющего устройства (Rз). Исходя из удельного сопротивления грунта (ρ), длины и количества вертикальных заземлителей (кругов), их диаметра, а также конфигурации горизонтальных связей, вычисляется ожидаемое сопротивление растеканию. Диаметр 53 мм выбирается для обеспечения механической прочности и увеличения срока службы. Количество является результатом итерационного расчета, направленного на достижение R ≤ Rз.
Можно ли использовать стальной круг 53 мм без покрытия в качестве заземлителя?
Использование черного (неоцинкованного) проката допускается ПУЭ, но не рекомендуется для ответственных объектов с длительным сроком службы. Скорость коррозии незащищенной стали в грунте может достигать 0.1-0.2 мм/год, что за 10-15 лет существенно уменьшит сечение проводника и повысит его сопротивление, нарушив безопасность электроустановки. Применение без покрытия возможно только для временных сооружений или в скальных грунтах с очень высоким удельным сопротивлением.
Какие документы должны сопровождать партию стального круга 53 мм для использования на объектах электросетевого строительства?
Обязательным является наличие сертификата соответствия ГОСТ 2590-2006 или ТУ завода-изготовителя, где указаны: наименование и адрес производителя, номер плавки, марка стали, результаты механических испытаний, химический анализ, результаты испытаний на изгиб (если требуется). Для оцинкованного проката – дополнительный документ о качестве покрытия (протокол испытаний толщины, равномерности). Все документы должны быть заверены оригинальными печатями.
Как маркируется стальной круг диаметром 53 мм?
Маркировка наносится на бирку, прикрепленную к пачке или каждому прутку. Она включает: наименование предприятия-изготовителя, номер плавки, марку стали, номер партии, диаметр, длину, массу, знак ОТК и обозначение стандарта. Например: «Ø53-СТ3ПС-ГОСТ 2590-2006-12000-В». Буква «В» в конце означает обычную точность прокатки.