Стальная полоса шириной 45 мм

Стальная полоса шириной 45 мм: технические характеристики, стандарты и области применения в электротехнике

Стальная полоса шириной 45 мм является одним из ключевых видов металлопроката, широко применяемого в электротехнической и кабельной промышленности, а также в сфере энергетики. Её основное назначение – выполнение функций заземляющих и нулевых защитных проводников, элементов молниезащиты, бандажей, конструктивных усиливающих элементов в кабельных конструкциях и токопроводящих шин в распределительных устройствах низкого напряжения. Данная ширина является стандартной и оптимальной для решения множества инженерных задач, обеспечивая баланс между механической прочностью, токопроводящей способностью и удобством монтажа.

Технические характеристики и нормативная база

Производство стальной полосы для электротехнических целей регламентируется рядом государственных стандартов (ГОСТ) и технических условий (ТУ). Основные параметры: ширина, толщина, марка стали, механические и электрические свойства.

Стандарты производства:

• ГОСТ 103-2006 «Полоса стальная горячекатаная» – основной стандарт, определяющий сортамент, предельные отклонения по размерам, кривизну, серповидность для горячекатаной полосы.
• ГОСТ 14085-93 «Полоса стальная холоднокатаная» – применяется для полос, полученных холодной прокаткой, которые имеют более точные размеры и качественную поверхность.
• ГОСТ Р 58191.1-2018 (МЭК 62561-1:2017) «Компоненты систем молниезащиты. Требования к проводникам» – устанавливает требования к материалам и сечениям проводников молниезащиты, включая стальную полосу.
• ПУЭ 7-е издание (Правила Устройства Электроустановок) – главный документ, определяющий требования к заземляющим и защитным проводникам, включая минимальные допустимые сечения в зависимости от условий эксплуатации.

Сортамент и марки стали: Полоса шириной 45 мм производится в широком диапазоне толщин. Наиболее распространенные толщины для электротехнических применений: 3 мм, 4 мм, 5 мм, 6 мм. Реже используются толщины 8, 10 мм для особо ответственных конструкций. Марки стали: Ст3сп/пс (общего назначения), 09Г2С (низколегированная для повышенной прочности и стойкости к коррозии в атмосферных условиях), 10, 20, 30 (углеродистые качественные). Для защиты от коррозии полоса может быть оцинкована горячим или гальваническим способом (толщина цинкового покрытия нормируется ГОСТ 14918-80).

Расчет сечения, массы и электрического сопротивления

Для инженерных расчетов критически важны точные значения поперечного сечения (определяет токопроводящую способность) и массы (для расчета нагрузок и стоимости).

Таблица 1. Основные параметры стальной полосы шириной 45 мм

Толщина, мм	Площадь поперечного сечения, мм²	Масса 1 метра, кг	Погонное сопротивление (для стали Ст3, ~0.13 Ом*мм²/м), Ом/км (приблизительно)
3	135	1.06	0.96
4	180	1.41	0.72
5	225	1.77	0.58
6	270	2.12	0.48

Расчет массы: m (кг/м) = (Ширина (м) Толщина (м) Плотность стали (7850 кг/м³)). Для полосы 45х5 мм: m = 0.045 0.005 7850 = 1.76625 кг/м.

Расчет сопротивления постоянному току: R = ρ L / S, где ρ – удельное сопротивление материала (для стали ~0.13 Оммм²/м), L – длина, S – сечение.

Области применения в электроэнергетике и кабельной промышленности

1. Устройства защитного заземления и уравнивания потенциалов

Это основная сфера применения. Полоса 45 мм используется в качестве:
— Горизонтального заземлителя (замкнутый контур вокруг объекта). Укладывается в траншею на глубину 0.5-0.7 м. Ширина 45 мм обеспечивает большую площадь контакта с грунтом по сравнению с круглой сталью того же сечения, что снижает сопротивление растеканию тока.
— Соединительной полосы между вертикальными электродами (стержнями) и ввода в здание.
— Главной заземляющей шины (ГЗШ) внутри вводно-распределительных устройств. Полоса с просверленными отверстиями под болтовые соединения служит точкой объединения всех защитных и рабочих нулевых проводников.
— Проводника системы уравнивания потенциалов в зданиях (СУП, ДСУП).

Требования ПУЭ: Сечение заземляющих проводников должно быть не менее указанных в таблице 1.7.4. Для полосовой стали, проложенной в земле, минимальное сечение составляет 48 мм² (при толщине 4 мм), но на практике, учитывая коррозию и механическую прочность, применяют полосу не менее 40х4 мм (160 мм²). Полоса 45х4 мм (180 мм²) и 45х5 мм (225 мм²) полностью соответствуют и часто превышают эти требования, обеспечивая запас по сечению и долговечность.

2. Молниезащита (МЗ)

В системах молниезащиты полоса шириной 45 мм используется для монтажа токоотводов и горизонтальных элементов молниеприемной сетки на кровле, а также для создания внешнего контура заземления, объединяющего токоотводы. Согласно ГОСТ Р ИЭК 62561.2, минимальная толщина для стальной полосы в МЗ составляет 2.5 мм, однако с учетом агрессивной среды и требований к механической прочности (ветровые нагрузки, обледенение) стандартно применяется оцинкованная полоса 45х4 мм.

3. Кабельная промышленность

В конструкции силовых кабелей среднего и высокого напряжения (например, СБ, СБл, СКл) стальная полоса (броня) применяется для защиты от механических повреждений. Полоса шириной 45 мм может использоваться в качестве бронепокрова, накладываемого в виде спиральной обмотки поверх герметизирующей оболочки. Такая броня эффективно защищает кабель от продавливания, растяжения и грызунов. Толщина бронеполосы выбирается исходя из условий прокладки (в земле, в кабельных каналах).

4. Шины распределительных устройств (РУ) низкого напряжения

В щитах и сборных шинопроводах на токи до 1000-1600 А может применяться стальная полоса в качестве токоведущей шины. Однако здесь важно учитывать значительно большее, по сравнению с медью или алюминием, удельное сопротивление стали, что приводит к повышенному нагреву. Поэтому стальные шины чаще используются для цепей постоянного тока или в качестве нулевых и защитных шин, где длительные высокие токи не протекают. Для основных фазных шин медь и алюминий предпочтительнее.

5. Конструктивные элементы

Полоса используется для изготовления каркасов, кронштейнов, монтажных пластин в электротехнических шкафах, силовых конструкциях подстанций, коробах для прокладки кабелей.

Монтаж и соединение

Монтаж стальной полосы требует соблюдения строгих правил для обеспечения надежного электрического контакта и коррозионной стойкости.

• Резка: Выполняется гильотинными ножницами, отрезными абразивными кругами или плазменной резкой.
• Гибка: Производится в холодном состоянии на гибочных станках или с помощью тисков и молотка. Минимальный радиус изгиба (для избежания трещин) должен быть не менее 2-2.5 толщин полосы для сталей обычной прочности.
• Соединение:
  • Сварка (предпочтительный способ для заземления): Дуговая электросварка (ММА), контактная сварка встык. Сварной шов должен быть непрерывным, длиной не менее ширины полосы. После сварки место соединения обязательно покрывается антикоррозионным составом (например, грунт-эмалью на основе цинка).
  • Болтовое соединение (для разъемных соединений или присоединения к шине): Используются оцинкованные болты, гайки, шайбы. Под головку болта и гайку устанавливаются пружинные шайбы (гроверы). Контактные поверхности перед соединением зачищаются до металлического блеска и покрываются токопроводящей пастой.
• Антикоррозионная защита: Для полос, прокладываемых в земле или по наружным конструкциям, обязательным является использование оцинкованной полосы. В агрессивных грунтах (высокая кислотность, засоленность) применяется дополнительная защита битумными мастиками или обмотка специальными лентами.

Сравнение с альтернативными материалами и формами

Полоса vs. Круглая сталь: Полоса при том же сечении имеет большую поверхность соприкосновения с грунтом, что снижает сопротивление заземления на 10-20%. Она более удобна для монтажа на плоские поверхности (стены, фундаменты). Круглая сталь (арматура, пруток) проще в монтаже в качестве вертикальных электродов.

Сталь vs. Медь: Медная полоса/проволока имеет на порядок лучшее сопротивление, долговечнее, но в 5-7 раз дороже. Применение стали экономически оправдано в большинстве промышленных и гражданских объектов при правильном расчете сечения и защите от коррозии.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какое минимальное сечение стальной полосы для контура заземления по ПУЭ?

Согласно ПУЭ, табл. 1.7.4, для полосовой стали, прокладываемой в земле, минимальное сечение составляет 48 мм² при толщине не менее 4 мм. Однако это абсолютный минимум. На практике, с учетом коррозии и обеспечения механической прочности на десятилетия, рекомендуется применять полосу сечением не менее 160 мм² (40х4 или 45х4). Полоса 45х4 мм (180 мм²) является отличным выбором, соответствующим всем нормам с запасом.

2. Можно ли использовать «черную» (неоцинкованную) полосу для заземления в земле?

Технически – да, ПУЭ этого не запрещает. Однако срок службы черной стали в грунте редко превышает 10-15 лет из-за интенсивной коррозии, что ведет к увеличению сопротивления заземляющего устройства и его неработоспособности. Использование оцинкованной полосы увеличивает срок службы до 25-40 лет и более, поэтому является стандартом де-факто для ответственных объектов.

3. Как рассчитать сопротивление растеканию горизонтального заземлителя из полосы 45х5 мм?

Для предварительного расчета используется формула для горизонтального электрода: Rг = (ρ/(πL)) ln((2L²)/(bt)), где ρ – удельное сопротивление грунта (Омм), L – длина полосы (м), b – ширина полосы (0.045 м), t – глубина заложения (м). Например, для полосы длиной 50 м, заглубленной на 0.7 м в грунт с ρ=100 Омм: Rг ≈ (100/(3.1450)) ln((250²)/(0.0450.7)) ≈ 0.637 ln(317460) ≈ 0.637 12.67 ≈ 8.07 Ом. Точный расчет требует учета конфигурации всего заземляющего устройства (сетка, контур с вертикальными электродами).

4. Как правильно сваривать полосу для контура заземления?

Сварное соединение должно быть перекрывающим (нахлест). Длина нахлеста должна быть не менее ширины полосы (т.е. минимум 45 мм), а лучше – в две ширины (90 мм). Сварной шов должен выполняться с двух сторон для исключения возможности разрыва. После остывания шов очищается от шлака и покрывается антикоррозионным составом, совместимым с материалом полосы (для оцинкованной – составы с содержанием цинка).

5. Какая разница между горячекатаной и холоднокатаной полосой для электротехники?

Горячекатаная полоса (ГОСТ 103) имеет более широкие допуски на размеры, может иметь окалину на поверхности. Она дешевле и чаще применяется для заземления, где абсолютная точность размеров не критична. Холоднокатаная полоса (ГОСТ 14085) имеет точные размеры, чистую поверхность, большую твердость и прочность. Она применяется для конструктивных элементов, шин, где важна точность и внешний вид. Для заземления ее использование также допустимо, но менее экономично.

6. Как выбрать между полосой 45х4 и 45х5?

Выбор зависит от:
— Требований проекта: Если расчетное минимальное сечение 160 мм², то 45х4 (180 мм²) достаточно. Если объект энергоемкий или грунты высокоомные, требующие низкого сопротивления, выбирают большее сечение (45х5 = 225 мм²).
— Условий коррозии: В агрессивных грунтах выбор более толстой полосы (5 или 6 мм) дает дополнительный запас по потере металла в течение срока службы.
— Механических нагрузок: Для монтажа по конструкциям с риском деформаций или в качестве брони предпочтительнее полоса 5 мм.
В большинстве типовых проектов жилых и промышленных зданий полоса 45х4 мм является оптимальным и наиболее распространенным вариантом.

7. Можно ли использовать стальную полосу в качестве нулевого защитного (PE) проводника внутри здания?

Да, можно. ПУЭ (п. 1.7.123) разрешает использовать стальные проводники для PE- и PEN-проводников. Они должны быть защищены от коррозии (окрашены, оцинкованы). Сечение должно соответствовать требованиям табл. 1.7.5 ПУЭ (для фазного проводника сечением до 16 мм² – равное ему, при сечении от 16 до 35 мм² – не менее 16 мм², при сечении более 35 мм² – не менее половины). На практике внутри зданий чаще используют медные или алюминиевые проводники из-за удобства монтажа, но стальная полоса 45х4 мм может быть использована, например, в качестве главной заземляющей шины (ГЗШ) или магистрали системы уравнивания потенциалов в технических помещениях.