Швеллер вид П
Швеллер вид П: полное техническое описание, стандарты и применение в электротехнике и энергетике
Швеллер вид П, также известный как швеллер с параллельными гранями полок или горячекатаный стальной швеллер, представляет собой металлический профиль П-образного сечения, у которого внутренние поверхности полок строго параллельны друг другу. Это ключевое отличие от швеллера вида У (с уклоном внутренних граней полок). В профессиональной среде энергетики и электротехники данный вид проката является незаменимым конструктивным элементом для создания несущих каркасов, опор, коробов, кабельных конструкций и систем заземления.
Технология производства и нормативная база
Швеллер вида П изготавливается методом горячей прокатки на сортовых станах из углеродистых и низколегированных сталей обычного качества (например, Ст3сп/пс) или конструкционных сталей. Основным регулирующим документом в странах СНГ является ГОСТ 8240-97 «Швеллеры стальные горячекатаные». Этот стандарт устанавливает весь спектр технических требований: сортамент (размеры, теоретическую массу), допуски по размерам, требования к механическим свойствам и химическому составу стали. Для ответственных объектов энергетики также могут применяться швеллеры, произведенные по более строгим стандартам предприятий или техническим условиям (ТУ), с дополнительным контролем качества.
Сортамент и основные геометрические параметры
Сортамент швеллеров вида П по ГОСТ 8240-97 включает профили с высотой стенки от 50 до 400 мм. Номер швеллера соответствует его номинальной высоте в сантиметрах. Геометрия профиля характеризуется следующими ключевыми параметрами:
- h – высота швеллера (расстояние между внешними гранями полок).
- b – ширина полки.
- s – толщина стенки (стойки).
- t – средняя толщина полки (учитывает утолщение в месте примыкания к стенке).
- R и r – радиусы внутреннего и внешнего закруглений соответственно.
- Несущие элементы кабельных эстакад и галерей: Швеллеры большого размера (№20-№40) используются в качестве главных балок и опорных колонн для прокладки силовых кабелей высокого и сверхвысокого напряжения на территории электростанций, подстанций, промышленных предприятий.
- Кронштейны и консоли: Швеллеры №10-№16 применяются для изготовления кронштейнов крепления кабельных лотков и коробов к стенам, колоннам и потолкам.
- Каркасы кабельных этажерок и стоек: Внутри помещений ЗРУ (закрытых распределительных устройств) и ЦУП (центров управления производством) из швеллеров собираются модульные стойки для многоуровневой укладки контрольных и силовых кабелей.
- Каркасы КРУ и КСО: Швеллер является основным профилем для силового каркаса камер сборных одностороннего обслуживания (КСО) и комплектных распределительных устройств (КРУ). К нему крепятся изоляторы, шинные мосты, аппараты защиты и управления.
- Опорные конструкции для силовых трансформаторов, реакторов: Под рамы и фундаментные балки под оборудование часто используются швеллеры большой высоты, обеспечивающие необходимую устойчивость и восприятие динамических нагрузок.
- Шинопроводы и их опоры: Швеллер может служить несущей конструкцией для крепления изолированных или неизолированных шин в РУ.
- Высокая жесткость при изгибе в плоскости стенки: По этому параметру швеллер превосходит равнополочный уголок и часто двутавр аналогичной массы при действии нагрузки, перпендикулярной стенке.
- Удобство монтажа: Параллельные полки упрощают крепление плоских элементов (плит, листов, пластин).
- Универсальность и доступность: Широкий сортамент, наличие на большинстве металлобаз, отработанные технологии монтажа и обработки (резка, сварка, сверление).
- Хорошая способность работать на сжатие (в качестве колонны): При использовании в составе составных сечений (например, двух швеллеров, соединенных планками).
- Меньшая жесткость на кручение и изгиб в плоскости, перпендикулярной стенке: По сравнению с замкнутыми профилями (квадратная труба).
- Подверженность коррозии: Требует обязательной антикоррозионной защиты (грунтовка, окраска, оцинковка) при использовании в агрессивных средах или на открытом воздухе.
- Вес: При прочих равных, сплошной металлопрокат тяжелее гнутых или трубчатых профилей с аналогичными моментными характеристиками.
- Определение нагрузок: Собственный вес кабелей, лотков, снеговая и ветровая нагрузка (для наружных конструкций), динамические нагрузки, вес монтируемого оборудования.
- Выбор расчетной схемы: Определение типа опирания (консоль, однопролетная или многопролетная балка, стойка), расчет максимальных изгибающих моментов и прогибов.
- Подбор сечения по условиям прочности и жесткости: Используются справочные данные по моментам сопротивления (W) и инерции (J) из ГОСТ 8240-97. Проверяется выполнение условий: σ = M/W ≤ R (расчетное сопротивление стали) и f ≤ fпред (допустимый прогиб, часто 1/200 от длины пролета для кабельных конструкций).
- Учет коррозионного фактора: При проектировании конструкций для эксплуатации в агрессивной среде (химические производства, приморские зоны) к расчетной толщине стенки и полок добавляется коррозионная прибавка (обычно 1-2 мм).
- Резка: Допускается газовая, плазменная или абразивно-отрезная резка. Для получения точного перпендикулярного среза рекомендуется использование гильотинных пил или станков холодной резки.
- Сварка: Сварные соединения (угловые швы, стыковые соединения) должны выполняться в соответствии с требованиями к несущим металлоконструкциям. Используются электроды или проволока, соответствующие марке стали. Важно контролировать коробление профиля от термонапряжений.
- Сверление: Крепление электротехнических элементов (изоляторов, держателей лотков) чаще всего выполняется на болтовых соединениях. Отверстия сверлятся по месту или по шаблону. Диаметр отверстия обычно на 1-2 мм больше диаметра болта.
- Антикоррозионная защита: После механической обработки и зачистки (пескоструйной обработки, удаления окалины) поверхность швеллера должна быть покрыта грунтовкой и финишным лакокрасочным составом. Для объектов с повышенными требованиями применяются оцинкованные швеллеры (горячее цинкование).
Параллельность граней полок (вид П) обеспечивает более плотное и надежное прилегание крепежных элементов, монтажных пластин и другого оборудования, что критически важно при сборке электротехнических конструкций.
Таблица 1. Примеры сортамента швеллеров вида П по ГОСТ 8240-97 (выборочно)
| Номер швеллера (высота h), мм | Ширина полки b, мм | Толщина стенки s, мм | Средняя толщина полки t, мм | Площадь сечения, см² | Масса 1 м, кг | Момент инерции Jx, см⁴ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 32 | 4.4 | 7.0 | 6.16 | 4.84 | 22.8 |
| 100 | 50 | 4.5 | 7.0 | 10.90 | 8.59 | 174.0 |
| 140 | 60 | 5.0 | 8.5 | 15.60 | 12.25 | 491.0 |
| 200 | 80 | 6.0 | 10.0 | 27.20 | 21.35 | 1740.0 |
| 300 | 100 | 7.0 | 12.0 | 46.50 | 36.50 | 6310.0 |
Применение в электротехнике и энергетике
Швеллер вид П находит широчайшее применение благодаря своей высокой жесткости на изгиб (особенно в плоскости стенки), относительной простоте монтажа и унификации.
1. Конструкции для прокладки кабелей и шин
2. Оборудование подстанций и распределительных устройств
3. Системы заземления
Швеллер из черной стали (обычно Ст3) может использоваться в качестве горизонтального заземлителя в грунтах с низкой коррозионной активностью, особенно когда требуется высокая механическая прочность (например, на участках с возможными подвижками грунта). Однако чаще для этих целей применяется полоса, а швеллер задействуется для монтажа главной заземляющей шины (ГЗШ) внутри помещений благодаря удобству крепления болтовых соединений к его полке.
4. Монтаж электротехнического оборудования
Из швеллеров изготавливаются монтажные рамы для дизель-генераторных установок, мощных преобразовательных агрегатов, вентиляционных установок для охлаждения оборудования. Параллельные грани полок обеспечивают простую и надежную стыковку с фундаментными болтами и другими элементами.
Преимущества и недостатки по сравнению с другими видами профиля
Преимущества:
Недостатки:
Выбор швеллера для электротехнических задач
Выбор типоразмера швеллера является инженерной задачей и основывается на расчете нагрузок. Ключевые этапы:
Таблица 2. Рекомендуемые области применения швеллеров в зависимости от номера (для справки)
| Номер швеллера | Примеры применения в электротехнике |
|---|---|
| №5 – №8 | Легкие кронштейны, каркасы для щитов управления малой мощности, элементы кабельных лотков. |
| №10 – №16 | Основные кронштейны и консоли для кабельных трасс, каркасы силовых шкафов, опоры для шин, элементы каркасов КРУН. |
| №18 – №27 | Несущие балки внутриплощадочных кабельных эстакад, каркасы мощных КРУ и КТП, опорные рамы для оборудования. |
| №30 – №40 | Колонны и главные балки протяженных кабельных галерей, опорные конструкции для тяжелого оборудования (трансформаторы, реакторы) на открытых распределительных устройствах (ОРУ). |
Монтаж и обработка
При работе со швеллером вида П в электротехнике необходимо соблюдать следующие правила:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается швеллер вида П от вида У?
Основное отличие – геометрия полок. У швеллера вида П внутренние грани полок параллельны друг другу, а у вида У они имеют уклон (обычно от 4% до 10%). Это делает швеллер П более технологичным для крепления плоских элементов и сборки сварных конструкций, так как обеспечивает плотное прилегание. Швеллер У исторически производился по устаревшим стандартам и в современном строительстве и энергетике используется реже.
Как правильно обозначить швеллер в спецификации или проекте?
Полное обозначение включает: наименование профиля, номер (высоту), тип (вид П), длину в метрах, обозначение стандарта и марку стали. Пример: «Швеллер 20П-6.0 ГОСТ 8240-97/Ст3сп5». В рабочих чертежах часто используется укороченная запись: «Шв. №20» с указанием марки стали в ведомости материалов.
Можно ли использовать швеллер в качестве рабочего нулевого проводника (PEN) или для повторного заземления?
Использование стального швеллера в качестве PEN-проводника запрещено требованиями ПУЭ (Глава 1.7). Для целей повторного заземления опор, каркасов и т.д. он может применяться как естественный заземлитель при условии обеспечения надежных сварных соединений и соответствия требованиям по сопротивлению растеканию тока. Однако в качестве искусственных заземлителей предпочтительнее стальная полоса или круглый пруток.
Как рассчитать нагрузку, которую выдержит консоль из швеллера для крепления кабельного лотка?
Расчет ведется на изгиб. Определяется суммарный момент (M) от веса лотка, кабелей и снега (если наружная установка), умноженного на плечо (длину консоли). Момент сопротивления швеллера (W) берется из таблиц ГОСТ для оси, перпендикулярной стенке (ось X-X). Напряжение изгиба σ = M/W не должно превышать расчетного сопротивления стали (для Ст3 – около 2300 кгс/см² или 225 МПа с учетом коэффициентов условий работы). Также обязателен проверочный расчет на допустимый прогиб конца консоли.
Что лучше для каркаса кабельной этажерки: швеллер или профильная труба?
Профильная труба (квадратная, прямоугольная) обладает более высокой жесткостью на кручение и одинаковой жесткостью на изгиб в двух плоскостях, что может быть преимуществом для свободностоящих стоек. Она легче при равной моментной характеристике и имеет большую стойкость к коррозии из-за замкнутого сечения. Швеллер проще в монтаже (легче крепить элементы к полке) и, как правило, дешевле. Выбор зависит от конкретной конструкции, нагрузок и экономического обоснования.
Требуется ли дополнительная защита оцинкованного швеллера при монтаже в помещении ЗРУ?
Оцинкованный швеллер не требует дополнительной окраски для защиты от коррозии в отапливаемых помещениях с неагрессивной средой. Однако места сварки, реза или сверления, где цинковое покрытие повреждено, должны быть обязательно обработаны антикоррозионным составом на основе цинка (цинк-наполненный грунт) для восстановления защиты.