Стальная полоса шириной 150 мм

Стальная полоса шириной 150 мм: технические характеристики, применение и стандарты

Стальная полоса шириной 150 мм представляет собой один из ключевых видов металлопроката, широко используемого в электроэнергетике, строительстве и промышленности. Её основное назначение – создание надёжных и долговечных конструкций, работающих под значительными механическими и электрическими нагрузками. В электротехнической сфере полоса данного типоразмера является основным материалом для сооружения контуров заземления и выравнивания потенциалов, где её геометрические параметры и физические свойства напрямую влияют на безопасность и эффективность работы энергообъектов.

Технология производства и нормативная база

Стальная полоса 150 мм изготавливается методом горячей или холодной прокатки из углеродистых, низколегированных или нержавеющих сталей. Для электротехнических целей, в частности для заземления, наиболее распространённым материалом является углеродистая сталь обыкновенного качества (например, Ст3) по ГОСТ 380-2005, а также сталь по ГОСТ 103-2006 (полоса стальная горячекатаная). Ключевым стандартом, регламентирующим применение стальной полосы для заземляющих устройств, является ГОСТ Р 58965-2020 «Устройства заземления и выравнивания потенциалов для электроустановок переменного тока выше 1 кВ. Общие технические требования». Также применяются стандарты серии IEC 62561.

Процесс производства включает в себя нагрев заготовки, многопроходную прокатку через валки для достижения заданной толщины и ширины, правку и резку. Контроль качества осуществляется по геометрическим параметрам, механическим свойствам (временное сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлинение) и наличию поверхностных дефектов.

Основные геометрические и весовые параметры

Ширина полосы строго нормирована и составляет 150 мм. Толщина может варьироваться в зависимости от требований проекта и условий эксплуатации. Наиболее распространённые толщины для заземляющих устройств: 4, 5, 6 мм. Длина поставляемой полосы обычно составляет 6 или 12 метров (мерная или немерная длина).

Вес одного погонного метра стальной полосы рассчитывается по формуле: Вес (кг/м) = (Ширина (мм) Толщина (мм) Плотность стали (7,85 г/см³)) / 1000.

Таблица 1. Весовые и геометрические характеристики стальной полосы шириной 150 мм.

Материалы исполнения и защитные покрытия

Выбор материала и покрытия стальной полосы 150 мм определяется средой эксплуатации и функциональным назначением.

• Углеродистая сталь (Ст3, Ст3кп): Базовая и наиболее экономичная основа для заземляющих устройств, работающих в грунтах с нормальной и повышенной коррозионной активностью при условии нанесения защитного покрытия.
• Оцинкованная сталь: Полоса с горячим или гальваническим цинкованием. Цинковое покрытие (толщиной от 40 до 200 мкм по ГОСТ 9.307-89) обеспечивает катодную защиту и барьерный эффект, значительно увеличивая срок службы в агрессивных средах. Является стандартным решением для наружных контуров заземления.
• Нержавеющая сталь (AISI 304, AISI 316): Применяется в условиях чрезвычайно высокой коррозионной активности (морская вода, химические производства), а также в качестве элементов молниезащиты и заземления на фасадах зданий, где важен эстетический вид. Имеет высокую долговечность, но значительно более высокую стоимость.
• Сталь с электропроводящим полимерным покрытием: Инновационное решение, сочетающее коррозионную стойкость полимера с электропроводностью за счёт специальных наполнителей. Позволяет использовать полосу в непосредственном контакте с агрессивным грунтом без увеличения переходного сопротивления.

Применение в электроэнергетике и смежных областях

Основные сферы применения стальной полосы шириной 150 мм структурированы по их функциональному назначению.

1. Устройства защитного заземления и выравнивания потенциалов

Это основная область применения. Полоса 150×4, 150×5, 150×6 мм используется в качестве:

• Горизонтального заземлителя (полосовой горизонтальный электрод): Укладывается в траншею на глубину 0,5-1,0 м для создания растекания тока в земле. Большая площадь контакта с грунтом и значительное поперечное сечение обеспечивают малое сопротивление растеканию и высокую стойкость к коррозионному износу.
• Магистрали заземления (главная заземляющая шина — ГЗШ) в распределительных устройствах (РУ) и на подстанциях: Широкая полоса служит основной шиной, к которой присоединяются заземляющие проводники от оборудования, строительных конструкций и металлических коммуникаций. Её сечение должно быть не менее сечения фазного проводника питающей линии.
• Контур выравнивания потенциалов по периметру здания или внутри помещения: Для предотвращения появления опасных шаговых напряжений.

2. Молниезащита

В системах молниезащиты полоса 150 мм выполняет роль токоотвода, предназначенного для безопасного отвода тока молнии от молниеприёмника к заземляющему устройству. Требуемое сечение по ГОСТ Р IEC 62561-1-2023 для токоотвода из чёрной стали составляет не менее 200 мм², что соответствует полосе 150х4 мм (240 мм²) или 150х5 мм (300 мм²).

3. Строительные и несущие конструкции

Благодаря высокой прочности на изгиб и растяжение, полоса используется как элемент металлоконструкций (связи, косынки, опорные элементы), в каркасном строительстве, для усиления проёмов и изготовления фундаментных анкеров.

4. Промышленное производство

Служит заготовкой для изготовления деталей методом гибки, резки и сварки (скобы, хомуты, кронштейны, элементы крепления), используется в качестве направляющих, опор и элементов конвейерных систем.

Расчёт и проектирование заземляющих устройств с применением полосы 150 мм

При проектировании контура заземления с использованием стальной полосы ключевыми являются два параметра: сопротивление растеканию тока и стойкость к коррозии, определяющая срок службы.

Сопротивление одиночного горизонтального полосового электрода (R, Ом) рассчитывается по формуле (для полосы, уложенной на глубине t от поверхности земли):

R = (ρ / (2πL)) ln(2L²/(bt)), где:
ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м;
L – длина электрода, м;
b – ширина полосы (0.15 м);
t – глубина заложения, м.

Из формулы видно, что увеличение ширины полосы (b) менее эффективно для снижения сопротивления, чем увеличение её длины (L). Однако ширина 150 мм обеспечивает необходимую механическую прочность, коррозионный запас по сечению и удобство монтажа (сварки).

Сечение горизонтального заземлителя также нормируется ПУЭ (Глава 1.7) и ГОСТами с точки зрения механической и коррозионной стойкости. Для полосы 150х5 мм сечение составляет 750 мм², что с избытком перекрывает минимальные требования большинства стандартов (например, не менее 160 мм² для стали по IEC 62561-2).

Монтаж и соединения

Монтаж стальной полосы 150 мм требует соблюдения строгих правил.

• Сварка: Является основным и наиболее надёжным видом соединения. Применяется дуговая сварка. Сварной шов должен быть непрерывным, длиной не менее двух ширин полосы (300 мм) при соединении внахлёст. Шов подлежит антикоррозионной обработке (окраска, нанесение битумного лака).
• Болтовые соединения: Допускаются только для присоединения к оборудованию или в местах, где сварка невозможна. Требуют применения оцинкованных метизов, шайб Гровера и регулярной проверки натяжения.
• Укладка: Полоса укладывается в траншею на подготовленное основание (слой мягкого грунта или песчаную подушку) для обеспечения плотного контакта с землёй. Исключаются резкие изгибы, создающие механические напряжения.
• Засыпка: Рекомендуется засыпка однородным мелкозернистым грунтом без строительного мусора и камней. В особых случаях используется специальный электропроводящий бетон или глина.

Контроль качества и испытания

Приёмка и ввод в эксплуатацию заземляющего устройства на основе стальной полосы включают:

• Визуальный осмотр на отсутствие трещин, расслоений, качества сварных швов и покрытия.
• Измерение сопротивления растеканию тока всего контура заземления (методом амперметра-вольтметра с использованием измерителей типа М-416, ИС-10, С.A 6415). Фактическое значение не должно превышать проектного (как правило, 0.5 Ом для подстанций 110 кВ и выше, 4-10 Ом для распределительных сетей).
• Проверка непрерывности цепи (микроомметром) между всеми точками заземляемого оборудования и главной заземляющей шиной.
• Контроль толщины цинкового покрытия магнитным толщиномером (для оцинкованной полосы).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем обусловлен выбор именно ширины 150 мм для заземления?

Ширина 150 мм является оптимальным компромиссом между технологичностью (удобство транспортировки, гибки, сварки), высокой механической прочностью, значительным поперечным сечением (обеспечивающим малую плотность тока и коррозионный запас) и экономической эффективностью. Она соответствует требованиям большинства международных и национальных стандартов для ответственных объектов энергетики.

Что лучше для заземления: полоса 150х5 мм или две полосы 40х4 мм?

С точки зрения обеспечения низкого сопротивления растеканию и долговечности, одна полоса 150х5 мм (сечение 750 мм²) предпочтительнее. Она имеет большую площадь контакта с грунтом, более устойчива к коррозионному износу по периметру и требует только одного сварного шва при наращивании длины. Две полосы 40х4 мм (общее сечение 320 мм²) имеют суммарно меньшую площадь поверхности и большее количество соединений, что увеличивает трудоёмкость монтажа и потенциальные точки отказа.

Как рассчитать необходимое количество полосы для контура заземления подстанции?

Расчёт выполняется на этапе проектирования и зависит от удельного сопротивления грунта (ρ), требуемого нормативами сопротивления заземляющего устройства (Rн) и конфигурации контура (сетка, горизонтальные лучевые электроды). Используются формулы для сложных электродов и специализированное ПО. Ориентировочно, для подстанции 110/10 кВ в грунте с ρ=100 Ом·м для достижения R=0.5 Ом может потребоваться сетка из полосы 150х5 мм общей длиной несколько сотен метров.

Нужно ли дополнительно защищать оцинкованную полосу 150 мм при укладке в грунт?

Горячеоцинкованная полоса (с толщиной цинка 70-100 мкм и выше) в большинстве типов грунтов (от нормальных до повышенной агрессивности) не требует дополнительной защиты и имеет срок службы 25-30 лет и более. В очень агрессивных грунтах (с высоким содержанием хлоридов, сульфатов, низким pH) рекомендуется применение полосы с усиленным цинкованием (толщина 140-200 мкм) или с полимерным покрытием.

Каковы требования к сварным соединениям полосы 150 мм в контуре заземления?

Соединения должны выполняться только сваркой внахлёст. Длина шва – не менее 150 мм (рекомендуется 300 мм) с каждой стороны. Шов должен быть выполнен с полным проплавлением, без пор, шлаковых включений и подрезов. После остывания шов в обязательном порядке очищается от шлака и покрывается антикоррозионным составом на битумной или эпоксидной основе, даже если сама полоса оцинкована, так как цинковое покрытие в зоне сварки нарушено.

Можно ли использовать полосу 150 мм в качестве нулевого защитного проводника (PEN) в системе TN-C?

Да, можно, но с жёсткими ограничениями. Сечение PEN-проводника должно быть не менее 10 мм² по меди или 16 мм² по алюминию для механически защищённых проводников. Полоса 150х4 мм имеет сечение 600 мм², что формально соответствует. Однако её применение в качестве PEN на всём протяжении линии электропередачи нецелесообразно из-за сложности монтажа и больших индуктивных сопротивлений. Чаще она используется в качестве магистрали PEN или PE в пределах РУ или здания, где важно обеспечить высокую стойкость к токам короткого замыкания.

Какой документ является основным для определения сечения полосы заземления?

Для электроустановок до 1 кВ – Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ, Глава 1.7). Для электроустановок выше 1 кВ – ГОСТ Р 58965-2020 и отраслевые стандарты (например, СТО 56947007-29.240.55.114-2011 для объектов ПАО «ФСК ЕЭС»). Также необходимо учитывать требования проекта, который основывается на данных электротехнического и геологического обследования площадки.