Стальная полоса шириной 40 мм
Стальная полоса шириной 40 мм: технические характеристики, применение и стандарты
Стальная полоса шириной 40 мм является одним из базовых и широко распространенных видов металлопроката в электротехнической и строительной отраслях. Ее основное назначение – создание надежных проводящих и силовых элементов в заземляющих устройствах, молниезащите, шинопроводах, а также в качестве конструкционного материала. Полоса данного типоразмера представляет собой продукт горячей или холодной прокатки из углеродистых, низколегированных или нержавеющих сталей, имеющий прямоугольное сечение с шириной, строго соответствующей 40 миллиметрам, и различной толщиной.
Технология производства и нормативная база
Производство стальной полосы 40 мм регламентируется рядом ГОСТов, выбор которых зависит от химического состава стали и метода изготовления. Основные стандарты включают:
- ГОСТ 103-2006 «Полоса стальная горячекатаная» – основной стандарт для полос общего назначения из углеродистой стали обыкновенного качества (Ст0, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп) и качественной конструкционной стали.
- ГОСТ 4405-75 «Полоса стальная холоднокатаная» – для полос с более точными размерами и качественной поверхностью, получаемых холодной прокаткой.
- ГОСТ 19851-82 «Полоса стальная для заземления» – специализированный стандарт, предъявляющий требования к полосе, используемой исключительно в контурах заземления и молниезащиты.
- Горизонтального заземлителя (полосовой заземлитель): укладывается в траншею на глубину 0.5-0.7 м для создания контура заземления вокруг объекта. Ширина 40 мм обеспечивает оптимальное соотношение площади контакта с грунтом, механической прочности и расхода металла.
- Соединительной шины: для объединения вертикальных электродов (уголков, стержней), вводов в здание и естественных заземлителей в единую систему.
- Токоотвода в системах молниезащиты (МЗС): полоса используется для прокладки путей стекания тока молнии от молниеприемников к заземляющему устройству. Требования к сечению регламентированы РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003.
- Оцинкование (горячее или гальваническое) – создает барьерный и протекторный слой цинка. Толщина покрытия по ГОСТ 9.307-89 должна быть не менее 40-60 мкм. Это наиболее эффективный и распространенный способ.
- Электролитическое лужение или покрытие медью – применяется реже, в основном для улучшения контактных свойств.
- Использование коррозионно-стойких сталей (например, 08Х13) – дорогостоящее решение для агрессивных сред.
- Катодная защита – в комплексе с основной изоляцией.
- Круглая сталь (пруток): при равной площади сечения пруток имеет меньшее сопротивление растеканию тока на высоких частотах (скин-эффект), но полоса обеспечивает лучший контакт с грунтом и большую площадь рассеивания на низких частотах (50 Гц), что чаще критично для заземления.
- Медная полоса: обладает на порядок более высокой проводимостью и коррозионной стойкостью, но стоимость в 4-6 раз выше. Применяется на особо ответственных объектах (телекоммуникации, центры обработки данных).
- Омедненная стальная проволока или пруток: компромиссный вариант, сочетающий прочность стали и проводимость/стойкость меди, но гибкость проволоки может быть недостатком для жестких конструкций.
Для ответственных применений в электроэнергетике, особенно в качестве гибких шин (шинопроводов), используется полоса по ГОСТ 434-78 «Шина медная и алюминиевая», но для стальных шин чаще применяются вышеуказанные стандарты. Процесс производства включает этапы разогрева слябов, горячую прокатку на реверсивных станах до заданных размеров, правку, резку и, при необходимости, термообработку или нанесение защитных покрытий.
Ключевые параметры и сортамент
Главными параметрами полосы шириной 40 мм являются толщина, длина, марка стали и механические свойства. Сортамент по толщине является стандартизированным.
Таблица 1. Стандартный сортамент стальной полосы шириной 40 мм (на основе ГОСТ 103-2006)
| Ширина, мм | Толщина, мм | Площадь поперечного сечения, см² | Масса 1 метра, кг (при плотности 7850 кг/м³) |
|---|---|---|---|
| 40 | 3 | 1.20 | 0.942 |
| 4 | 1.60 | 1.256 | |
| 5 | 2.00 | 1.570 | |
| 6 | 2.40 | 1.884 | |
| 8 | 3.20 | 2.512 | |
| 40 | 10 | 4.00 | 3.140 |
Длина полосы обычно составляет 6-12 метров (мерная или немерная), возможна поставка в бухтах для толщин до 4-5 мм. Механические свойства (временное сопротивление σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ5) напрямую зависят от марки стали. Для наиболее распространенной стали Ст3сп (С245) по ГОСТ 27772-2015: σв ≥ 370 МПа, σт ≥ 245 МПа, δ5 ≥ 25%.
Области применения в электротехнике и энергетике
Стальная полоса 40 мм находит применение в нескольких ключевых направлениях.
1. Устройства защитного заземления и молниезащиты
Это основная сфера использования. Полоса служит в качестве:
2. Шинопроводы и токопроводы
В электроустановках до 1000 В, особенно в распределительных щитах (ЩР, ГРЩ) и на трансформаторных подстанциях (ТП), стальная полоса 40х4, 40х5 или 40х6 применяется в качестве сборных шин (шинки). Она используется для раздачи электроэнергии на группы потребителей, где не требуются высокие проводимости, как у меди, но важна механическая жесткость и низкая стоимость.
3. Конструкционные элементы
В каркасах электротехнических шкафов, опорных конструкциях для оборудования, коробах и лотках кабельных систем полоса 40 мм служит усилительным, связующим или опорным элементом благодаря своей прочности.
Расчет сечения для применения в заземлении
Выбор толщины полосы в контуре заземления критически важен для обеспечения коррозионной стойкости и механической прочности на весь срок службы (не менее 25-30 лет). Согласно ПУЭ (Глава 1.7) и ГОСТ Р 50571.5.54-2013, минимальные размеры для полосовой стали в земле должны быть не менее 100 мм² при толщине 4 мм. Для полосы шириной 40 мм это соответствует минимальной толщине 2.5 мм, однако на практике, с учетом коррозии, почти всегда используется полоса 40х4 (160 мм²) или 40х5 (200 мм²).
Сечение токоотвода молниезащиты рассчитывается по условию термической стойкости при протекании тока молнии. Для стальной полосы минимальное сечение составляет 160 мм² (т.е. 40х4), но для объектов высокой категории молниезащиты рекомендуется сечение не менее 200 мм² (40х5).
Таблица 2. Рекомендуемое применение стальной полосы 40 мм в зависимости от толщины
| Толщина, мм | Сечение, мм² | Рекомендуемое применение | Примечания |
|---|---|---|---|
| 3 | 120 | Внутренние токоотводы МЗС, вспомогательные соединения в щитах | Не рекомендуется для укладки в грунт из-за малой коррозионной стойкости |
| 4 | 160 | Стандартный горизонтальный заземлитель, токоотвод МЗС для зданий III категории | Наиболее распространенный и универсальный вариант |
| 5 | 200 | Ответственные контуры заземления, токоотводы МЗС I-II категории, шины на ТП | Повышенный запас по коррозии и механическая прочность |
| 6, 8, 10 | 240-400 | Силовые шины в РУ, элементы жестких конструкций, заземление энергоемких объектов | Применяется при высоких механических нагрузках или требованиях к повышенной проводимости |
Защита от коррозии и монтаж
Коррозия – главный фактор, ограничивающий срок службы стальной полосы в грунте. Для ее замедления применяются следующие методы:
Монтаж полосы осуществляется сваркой (дуговая, контактная, встык или нахлест) или с помощью болтовых соединений с обязательной зачисткой контактных поверхностей. При укладке в траншею следует избегать острых изгибов, которые создают точки механического напряжения.
Сравнение с альтернативными материалами и формами
Стальная полоса 40 мм конкурирует с другими видами заземлителей:
Выбор в пользу стальной полосы 40 мм обоснован при необходимости создания жесткой, прочной и недорогой системы с хорошими характеристиками на промышленной частоте.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Какая толщина полосы 40 мм оптимальна для контура заземления частного дома?
Для большинства грунтов (средней агрессивности) оптимальной является оцинкованная стальная полоса 40х4 мм (ГОСТ 19851-82). Она обеспечивает необходимый запас по сечению (160 мм²) и толщине металла для гарантированного срока службы 25-30 лет. Полоса 40х3 мм не рекомендуется для постоянной укладки в землю.
2. Можно ли использовать полосу 40х4 в качестве главной заземляющей шины (ГЗШ) внутри вводного устройства?
Да, можно. Согласно ПУЭ п.1.7.119, сечение ГЗШ должно быть не менее сечения РЕ- или PEN-проводника питающей линии. Для большинства частных домов и зданий полоса 40х4 (160 мм²) с запасом перекрывает требования. Ее необходимо устанавливать открыто, с возможностью доступа для контроля соединений.
3. Как правильно рассчитать сопротивление заземления для контура из полосы 40х4?
Сопротивление растеканию горизонтального заземлителя (полосы) рассчитывается по формуле (для одиночного проводника, уложенного на глубине 0.5-0.7 м): R = (ρ / (π L)) ln(2L² / (b t)), где ρ – удельное сопротивление грунта (Омм), L – длина полосы (м), b – ширина полосы (0.04 м), t – глубина заложения (м). На практике для точного расчета используют специализированное ПО, учитывающее конфигурацию всего контура (с вертикальными электродами).
4. Чем отличается полоса по ГОСТ 103 от полосы по ГОСТ 19851?
Полоса по ГОСТ 19851 «для заземления» является специализированной. К ней предъявляются дополнительные требования, регламентированные именно для заземляющих устройств: строго регламентированные марки стали (Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп), четко определенные сочетания размеров (включая 40х4), требования к химическому составу для обеспечения хорошей свариваемости. Полоса по ГОСТ 103 – более общий сортамент для широкого круга задач.
5. Какой ток длительно допустимый для стальной полосы 40х4 в качестве шины?
Для стали удельная проводимость примерно в 7-8 раз ниже, чем у меди. Допустимый ток определяется нагревом. Ориентировочно, для стальной полосы 40х4 (160 мм²) допустимый длительный ток на открытом воздухе составляет примерно 250-300 А. Для точного определения необходимо проводить расчет по методике, учитывающей условия охлаждения, начальную температуру и допустимый перегрев.
6. Нужно ли дополнительно защищать оцинкованную полосу в грунте битумной мастикой?
Как правило, это не требуется и даже может быть вредным, так как мастика нарушает надежный электрический контакт с грунтом. Оцинкованное покрытие предназначено для самостоятельной работы в грунте. Дополнительная изоляция применяется только в исключительно агрессивных средах (высокое содержание блуждающих токов, очень низкое pH) и должна быть частью комплексной системы катодной защиты, проектируемой специалистами.
Заключение
Стальная полоса шириной 40 мм представляет собой универсальный, технологичный и экономически эффективный материал для решения широкого спектра задач в электроэнергетике, прежде всего – для создания систем защитного заземления и молниезащиты. Правильный выбор толщины (4-5 мм), марки стали (Ст3сп) и типа защитного покрытия (горячее цинкование) в соответствии с требованиями нормативных документов (ПУЭ, ГОСТ) обеспечивает долговечность, надежность и электробезопасность объектов. При проектировании и монтаже необходимо учитывать как электрические параметры (сечение, сопротивление), так и механико-эксплуатационные характеристики, главной из которых является коррозионная стойкость в конкретных условиях применения.