Арматура из углеродистой стали

Арматура из углеродистой стали для электротехнических и кабельных сетей: классификация, применение, стандарты

Арматура из углеродистой стали представляет собой обширную номенклатуру изделий, предназначенных для монтажа, крепления, подвески, натяжения и защиты проводов, кабелей и тросов в воздушных линиях электропередачи (ВЛ), контактных сетях, линиях связи, а также при прокладке кабельных трасс. Ее основная функция – обеспечение механической прочности, надежности и долговечности токоведущих систем в условиях воздействия климатических факторов, ветровых и гололедных нагрузок. Углеродистая сталь, как материал, обеспечивает оптимальное соотношение прочности, технологичности и стоимости, что делает ее доминирующим материалом в данном сегменте.

Классификация и виды арматуры

Арматуру из углеродистой стали систематизируют по нескольким ключевым признакам: функциональному назначению, типу защитного покрытия, области применения и конструктивному исполнению.

1. Классификация по функциональному назначению

• Натяжная арматура: Предназначена для закрепления проводов и тросов на анкерных опорах с передачей их натяжения на опору. К ней относятся: натяжные зажимы (болтовые, клиновые, прессуемые), анкерные плиты, ушки, серьги.
• Поддерживающая арматура: Служит для подвески проводов и грозозащитных тросов на промежуточных опорах. Основные виды: поддерживающие гирлянды изоляторов, глухие поддерживающие зажимы (связки), роликовые подвесы.
• Соединительная арматура: Обеспечивает механическое и электрическое соединение отрезков проводов и тросов. Включает: овальные соединители, плашечные зажимы, прессуемые муфты.
• Защитная арматура: Предназначена для защиты элементов ВЛ от механических повреждений и вибраций. Сюда относят: гасители вибрации (демпферы), спиральные защитные кожухи, защитные кольца для изоляторов, экранирующие рога.
• Крепежная и монтажная арматура: Широкий спектр изделий для крепления изоляторов к опорам, соединения элементов гирлянд, монтажа ответвлений. Примеры: серьги, коромысла, скобы, пальцы, стяжные и П-образные хомуты, бандажная лента.
• Арматура для кабельных линий: Конструкции для прокладки кабелей: кабельные скобы, подвесы, клицы, лотки, кабельные муфты в стальных кожухах.

2. Классификация по типу защитного покрытия

Для предотвращения коррозии, неизбежной для углеродистой стали, все изделия подвергаются защитной обработке. От ее типа напрямую зависит срок службы арматуры.

• Оцинкованная арматура (горячее цинкование): Наиболее распространенный и надежный метод. Изделие погружается в ванну с расплавленным цинком при температуре ~450°C, образуя прочный сплошной покрывающий слой. Толщина цинкования нормируется (обычно от 50 до 120 мкм) и определяет класс защиты (например, Ц1, Ц2). Обеспечивает срок службы до 30-50 лет в зависимости от агрессивности среды.
• Арматура с термодиффузионным цинкованием: Цинковый слой образуется в результате диффузии цинка в сталь при высокой температуре в замкнутом объеме. Покрытие более равномерное, в том числе в труднодоступных местах, обладает высокой адгезией и твердостью. Часто применяется для ответственных изделий сложной формы.
• Арматура с покрытием из сплава цинк-алюминий (например, ZA): Обладает повышенной коррозионной стойкостью по сравнению с чистым цинком. Стоимость выше, но и ресурс в агрессивных средах (промзоны, морское побережье) значительнее.
• Окрашенная арматура: Нанесение полимерных или порошковых покрытий поверх цинкового слоя (система двойной защиты). Выполняет также идентификационную функцию (цветовое кодирование).

Материалы и стандарты производства

Основным материалом служат стали марок Ст3сп, Ст5пс, 20, 35, 45 по ГОСТ, а также низкоуглеродистые стали по DIN, ASTM. Для кованых и штампованных изделий (серьги, ушки) используются стали повышенной прочности. Проволока для производства скоб, хомутов соответствует ГОСТ 3282, 9389. Механические свойства (предел прочности, текучести, относительное удлинение) строго регламентируются техническими условиями на конкретные типы арматуры.

Производство ведется в соответствии с национальными и международными стандартами:

• ГОСТ Р 50043, ГОСТ Р 52779, серия ГОСТ 103: Наиболее распространенные российские стандарты на линейную арматуру.
• ГОСТ 969, ГОСТ 11953: Стандарты на чугунные и стальные траверсы.
• ТУ 34.12.11400-89, ТУ У 28.7-05410025-001: Технические условия на различные типы зажимов, соединителей.
• Международные стандарты: IEC 61284 (МЭК), EN 50483, AS 1136, ASTM A123 (для цинкования).

Конструктивные особенности и принципы выбора

Выбор конкретного типа арматуры осуществляется на основе проекта, учитывающего следующие параметры:

• Напряжение линии (ВЛ 0.4 кВ, 6-10 кВ, 35-110 кВ, 220 кВ и выше).
• Марка и сечение провода/троса (АС, А, М, СИП, ТК и т.д.).
• Климатические условия района строительства (ветровой район, гололедность, агрессивность среды).
• Тип опоры (анкерная, промежуточная, угловая) и изолятора.

Ключевой принцип – обеспечение механической прочности. Прочностные характеристики арматуры (разрушающая нагрузка) должны иметь запас относительно расчетных нагрузок на провод. Для ответственных элементов (натяжные зажимы, серьги) устанавливается нормируемый коэффициент безопасности.

Таблица 1. Пример соответствия арматуры типу провода ВЛ 6-10 кВ

Марка провода	Сечение, мм²	Тип поддерживающего зажима	Тип натяжного зажима	Тип соединителя
АС 50/8	50/8	НГ-50/8 (глухой)	НБ-50/8 (болтовой)	ОСА-50/8
А 70	70	ПГ-70	ПН-70	ОАС-70
СИП-3 95	95	SSK 95-8 (спец. для СИП)	NT 95 (клиновой)	JY 95N

Контроль качества и испытания

Каждая партия арматуры подвергается входному и выходному контролю. Основные виды испытаний:

• Механические испытания: Определение разрушающей нагрузки на растяжение, сжатие, изгиб. Проводятся на универсальных испытательных машинах.
• Испытания на коррозионную стойкость: Солевой туман (NSS-тест по ISO 9227) для оценки качества цинкового покрытия.
• Геометрический контроль: Соответствие чертежам по всем размерам, отсутствие заусенцев, трещин, раковин.
• Контроль массы цинкового покрытия: Проводится магнитным или химическим (весовым) методом согласно ГОСТ 9.307.

Тенденции и инновации

Современное развитие арматуры из углеродистой стали идет по пути:

• Унификации и стандартизации: Создание систем арматуры, совместимых с различными типами проводов и изоляторов.
• Повышения коррозионной стойкости: Внедрение новых покрытий (Zn-Al-Mg), комбинированных методов защиты.
• Оптимизации конструкции: Применение методов конечных элементов (FEA) для снижения металлоемкости при сохранении прочности.
• Развития арматуры для СИП: Создание специализированных, удобных в монтаже зажимов и аксессуаров для технологий AirFlash, SkyCast.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается горячее цинкование от термодиффузионного?

Горячее цинкование создает более толстый слой (50-120 мкм) с характерным блестящим или матовым рисунком кристаллизации. Термодиффузионное дает матово-серое, равномерное покрытие толщиной 15-40 мкм, но с более высокой твердостью и лучшей защитой кромок и внутренних полостей. Выбор зависит от условий эксплуатации и требований ТУ.

Как определить необходимый класс цинкования (толщину покрытия)?

Класс цинкования выбирается исходя из коррозионной категории атмосферы (по ISO 12944-2). Для большинства территорий РФ (сельская, городская атмосфера) достаточно класса Ц2 (толщина 70-85 мкм). Для промышленных зон и приморских районов рекомендуется Ц3 (85-100 мкм) и выше.

Допустимо ли использование арматуры с видимыми повреждениями цинкового слоя (царапины, сколы)?

Незначительные повреждения (до 1-2% площади изделия) могут быть восстановлены холодным цинкованием (цинк-наполненные составы) с последующим контролем толщины. Изделия с обширными повреждениями базового металла или отслоением покрытия должны быть забракованы.

В чем разница между натяжным и поддерживающим зажимом? Можно ли их взаимозаменять?

Нет, взаимозамена недопустима. Натяжной зажим рассчитан на восприятие полного тяжения провода и должен надежно его удерживать без проскальзывания. Поддерживающий зажим фиксирует провод в определенном положении, но часто допускает его продольное перемещение (например, при температурных деформациях) для разгрузки изоляторов. Конструктивно они отличаются.

Как правильно хранить и транспортировать оцинкованную арматуру?

Арматуру следует хранить в сухих, проветриваемых складах, на деревянных поддонах или стеллажах. Запрещается хранение на сыром грунте. При транспортировке изделия должны быть упакованы в паллеты или ящики, предотвращающие механические повреждения и трение элементов друг о друга, ведущее к истиранию цинкового слоя.

Существует ли альтернатива стальной арматуре?

Да, для определенных применений используется арматура из ковкого чугуна (для средних нагрузок), нержавеющей стали (для особо агрессивных сред) и композитных полимерных материалов (для снижения веса и исключения коррозии, например, в распределительных сетях 0.4 кВ). Однако углеродистая сталь с цинкованием остается наиболее экономически эффективным решением для подавляющего большинства проектов.