Стальной круг диаметром 160 мм

Стальной круг диаметром 160 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Стальной круг диаметром 160 мм является крупномерным металлопрокатом, который находит специфическое и критически важное применение в электротехнической промышленности и энергетическом строительстве. В контексте кабельной продукции его основное предназначение – изготовление токопроводящих жил силовых кабелей высокого и сверхвысокого напряжения, а также использование в качестве заземляющих и нулевых проводников. Данный прокат производится в соответствии с жесткими стандартами, регламентирующими химический состав, механические и электрические свойства.

Технология производства и нормативная база

Для электротехнических целей используется стальной круг, изготовленный из низкоуглеродистой стали марок, регламентированных ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент» и, что более важно, ГОСТ Р 58001-2017 «Прокат для армирования алюминиевых проводов и сталеалюминевых проводов воздушных линий электропередачи». Ключевым стандартом для кабельной продукции является ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная. Технические условия» (для канатов), но для монолитных жил большого сечения ориентируются на сортамент горячекатаного круга.

Производство включает в себя выплавку стали в конвертерах или электропечах с последующим разливом и прокаткой на сортовых станах. Для электротехнических марок особое внимание уделяется чистоте стали по содержанию вредных примесей (сера, фосфор) и неметаллическим включениям, которые могут ухудшать как механическую прочность, так и электропроводность. Поверхность готового круга должна быть чистой, без трещин, плён, ржавчины и закатов.

Химический состав и марки стали

Для изготовления токопроводящих элементов и элементов молниезащиты применяются стали с пониженным содержанием углерода, что обеспечивает необходимую гибкость и стойкость к многократным изгибам при монтаже. Типичные марки включают Ст3сп/пс по ГОСТ 380-2005, а также более качественные марки типа 20, 25.

Таблица 1. Типичный химический состав сталей для круга диаметром 160 мм (электротехническое назначение)

Марка сталиУглерод (C), %Кремний (Si), %Марганец (Mn), %Сера (S), не более %Фосфор (P), не более %Примечание
Ст3сп0.14-0.220.15-0.300.40-0.650.0500.040Наиболее распространенная для заземления
200.17-0.240.17-0.370.35-0.650.0350.035Повышенная прочность, для ответственных узлов

Основные геометрические и физические параметры

Круг диаметром 160 мм относится к крупному сортаменту. Его геометрические параметры строго нормированы.

Таблица 2. Геометрические и массовые характеристики стального круга 160 мм

Номинальный диаметр, ммПредельное отклонение по диаметру для класса точности В (повышенной), ммПлощадь поперечного сечения, см²Масса 1 метра, кг (теоретическая, плотность 7.85 г/см³)Момент инерции, J, см⁴Момент сопротивления, W, см³
160±1.8201.06157.833216.99402.12

Электрическое сопротивление является ключевым параметром для заземляющих устройств и нулевых проводников. Оно прямо зависит от удельного сопротивления материала и площади сечения.

Удельное сопротивление низкоуглеродистой стали (марки Ст3) при температуре +20°C составляет примерно 0.13-0.15 Ом·мм²/м. Соответственно, электрическое сопротивление одного погонного метра стального круга диаметром 160 мм рассчитывается по формуле R = ρ

  • L / S.

    • Площадь сечения (S): 20106 мм².
    • Сопротивление 1 метра: R ≈ 0.0000074 Ом/м (7.4 мкОм/м). Это значение является теоретическим и может варьироваться в зависимости от конкретного химического состава и температуры.

    Применение в электротехнической и энергетической отраслях

    1. Заземляющие устройства (контур заземления)

    Круг диаметром 160 мм используется в качестве вертикальных заземлителей на подстанциях сверхвысокого напряжения (110 кВ и выше), а также в районах с высоким удельным сопротивлением грунта (каменистые, песчаные почвы). Большая площадь поперечного сечения обеспечивает малое сопротивление растеканию тока и высокую коррозионную стойкость (потеря сечения со временем меньше влияет на общие параметры). Из такого круга также изготавливают горизонтальные заземлители-полосы, но для этого его обычно подвергают дополнительной обработке (прошивке) для придания прямоугольного профиля.

    2. Нулевые рабочие (N) и защитные (PE) проводники в высоковольтных кабельных линиях

    В кабелях на напряжение 110 кВ и выше с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) и с однопроволочной алюминиевой жилой сечением 1000 мм² и более, в качестве нулевой или защитной жилы может применяться стальной сердечник круглого сечения. Жила диаметром 160 мм (сечением ~2010 мм²) обеспечивает необходимую механическую прочность и проводимость по току короткого замыкания.

    3. Армирующий элемент в гибридных проводниках

    Хотя для воздушных линий электропередачи чаще используются стальные канаты или проволока меньших диаметров, монолитный круг 160 мм может служить центральным несущим элементом в специальных конструкциях гибридных проводников (например, сталь-алюминий для особо больших пролетов), где требуется максимальная прочность на разрыв.

    4. Шинопроводы и токоотводы молниезащиты

    В системах молниезащиты крупных объектов (нефтехранилища, химические заводы, высотные здания) стальной круг такого диаметра может использоваться в качестве магистральных токоотводов, обеспечивая минимальное импульсное сопротивление и высокую термическую стойкость к прохождению тока молнии.

    Требования к монтажу и обработке

    Работа с прокатом такого размера требует применения специальной техники (краны, манипуляторы) и инструмента для резки (газорезка, плазменная резка, мощные гильотины). При использовании в контуре заземления сварные соединения (чаще всего, встык) должны выполняться с полным проплавлением по всей площади сечения, что требует квалификации сварщиков и контроля качества швов (визуальный, ультразвуковой). Для защиты от коррозии круг, погружаемый в грунт, обычно покрывается антикоррозионными составами или используется омедненный вариант, что значительно увеличивает срок службы заземляющего устройства.

    Сравнение с альтернативными материалами и формами

    Использование монолитного круга диаметром 160 мм вместо пучка стержней меньшего диаметра или стальной полосы имеет следующие преимущества и недостатки:

    • Преимущества:
      • Меньшее сопротивление растеканию тока при той же занимаемой площади.
      • Высокая механическая прочность и устойчивость к механическим повреждениям при заглублении.
      • Упрощение монтажа (один элемент вместо нескольких).
      • Больший запас по коррозии.
    • Недостатки:
      • Высокая стоимость материала и логистики.
      • Сложность погружения в твердый грунт (требуется бурение скважин).
      • Ограниченная гибкость, невозможность изгиба на объекте.

    Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

    Чем отличается стальной круг для заземления от обычного строительного?

    Для заземления предъявляются повышенные требования к химическому составу (контроль серы и фосфора) и, как следствие, к однородности структуры и электрическим свойствам. Строительный круг может иметь более широкие допуски по составу и быть менее чистым, что недопустимо для долговечного и надежного заземляющего устройства, работающего в агрессивной среде.

    Как рассчитать необходимое количество круга диаметром 160 мм для контура заземления подстанции?

    Расчет выполняется согласно ПУЭ (Глава 1.7) и РД 34.21.122-87. Исходят из требуемого сопротивления заземляющего устройства (Rз). Сопротивление одиночного вертикального заземлителя (стержня) вычисляется по формуле Шварца, учитывая удельное сопротивление грунта (ρ), длину заземлителя (L) и диаметр (d). Количество заземлителей (n) определяется с учетом коэффициентов использования. Для точного расчета необходимо инженерное изыскание с измерением ρ в разные сезоны года.

    Какие существуют методы защиты стального круга 160 мм от коррозии в грунте?

    • Омеднение: Нанесение гальваническим или иным способом слоя меди толщиной от 70 мкм. Это оптимальный, но дорогой метод, обеспечивающий электрохимическую защиту и низкое переходное сопротивление.
    • Цинкование (горячее или электролитическое): Более экономичный вариант, но в некоторых типах грунтов (кислых, щелочных) цинк может разрушаться быстрее.
    • Нанесение антикоррозионных покрытий (битумные, полимерные): Требует аккуратного монтажа без повреждения слоя. Эффективность со временем может снижаться.
    • Применение электродренажной или протекторной защиты.

Можно ли использовать круг 160 мм в качестве основной жилы в кабеле вместо алюминия?

Нет, в качестве основной токопроводящей жилы для передачи электроэнергии на расстояние сталь не применяется из-за ее высокого удельного электрического сопротивления (примерно в 6-7 раз выше, чем у алюминия). Это привело бы к колоссальным потерям мощности на нагрев. Его применение в кабеле ограничено ролью нулевого/заземляющего проводника или несущего сердечника, где основную токовую нагрузку несет алюминиевая оболочка.

Каковы допустимые отклонения по кривизне для проката такого диаметра?

Согласно ГОСТ 2590-2006, для круга диаметром 160 мм предельное отклонение по кривизне (стрелка прогиба) не должно превышать 0.4% от длины измеряемого участка. Например, на участке длиной 1 метр максимальный прогиб не должен превышать 4 мм. Это важно для обеспечения прямолинейности при монтаже заземлителей.

Как маркируется и поставляется стальной круг электротехнического назначения?

Прокат маркируется несмываемой краской на торце или на прикрепленной бирке с указанием: наименования предприятия-изготовителя, номера плавки, марки стали, номера партии, диаметра и знака соответствия. Поставляется обычно в прутках мерной, кратной мерной или немерной длины, упакованными в связки массой до 10 тонн для обеспечения сохранности при транспортировке.

Войти

Зарегистрироваться

Сбросить пароль

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