Стальная полоса шириной 75 мм
Стальная полоса шириной 75 мм: технические характеристики, стандарты и области применения в электроэнергетике
Стальная полоса шириной 75 мм является одним из ключевых элементов в системах заземления, молниезащиты и уравнивания потенциалов. Ее применение регламентировано строгими стандартами и обусловлено совокупностью механических и электрических характеристик, обеспечивающих долговечность, надежность и безопасность электроустановок. Основное назначение – создание магистральных и ответвительных проводников с низким сопротивлением растеканию тока, способных выдерживать значительные механические нагрузки и агрессивные условия окружающей среды.
1. Технические характеристики и стандартизация
Полоса стальная 75 мм изготавливается в соответствии с ГОСТ 103-2006 «Полоса стальная горячекатаная. Сортамент». Для электротехнических целей, в частности для заземления, применяется полоса из углеродистой стали обыкновенного качества (например, марки Ст3) или низколегированной стали. Критически важным требованием является наличие антикоррозионного покрытия.
Основные параметры согласно сортаменту для ширины 75 мм:
- Ширина (b): 75 мм (допуск по точности прокатки: ±1,5 мм для обычной, ±1,0 мм для повышенной точности).
- Толщина (δ): Наиболее распространенные толщины для заземления – 4,0 мм, 5,0 мм, 6,0 мм. Также существует полоса толщиной 3,0, 8,0, 10 мм.
- Площадь поперечного сечения (S): Рассчитывается как S = b
- δ. Например, для полосы 75×6 мм площадь сечения составляет 450 мм².
- Масса 1 метра (теоретическая): Зависит от толщины. Рассчитывается по формуле: Масса = (b δ ρ), где ρ – плотность стали (7850 кг/м³).
- Радиус изгиба зависит от марки стали и технологии гибки. Изгиб должен производиться без надрезов и нагрева, чтобы не нарушить защитное покрытие.
- Оцинкование (горячее): Наиболее распространенный метод. Толщина слоя цинка по ГОСТ 9.307-89 составляет 40-200 мкм в зависимости от группы эксплуатации. Цинк обеспечивает электрохимическую защиту стали. Минимальная толщина для заземлителей – 40 мкм.
- Меднение (гальваническое или плакирование) Применяется на объектах с повышенными требованиями к коррозионной стойкости и проводимости. Медненая стальная полоса (ССП) имеет слой меди от 70 до 250 мкм. Обладает лучшей электропроводностью и долговечностью по сравнению с оцинкованной.
- Электропроводные полимерные покрытия: Используются реже, в специфических условиях для дополнительной защиты от химически агрессивных сред.
- t))
- √tф) / K,
- √0.5) / 74 ≈ 239 мм². Полоса 75×4 мм (S=300 мм²) подходит. Однако с учетом коррозии и механической надежности на ответственных объектах часто выбирают полосу 75×6 мм (450 мм²).
- Контур заземления подстанций и распределительных устройств (ОРУ, ЗРУ): Полоса 75×6 мм является стандартом для создания внешнего контура (горизонтальных заземлителей), соединяющего вертикальные электроды. Она укладывается в траншею глубиной 0,5-0,7 м по периметру объекта.
- Главная заземляющая шина (ГЗШ): Внутри зданий и сооружений полоса 75 мм часто используется в качестве ГЗШ, к которой присоединяются защитные проводники (PE) и проводники уравнивания потенциалов. Монтируется открыто или в специальных нишах.
- Система уравнивания потенциалов (ДУП, СУП): Полосой 75 мм выполняются магистральные проводники основной системы уравнивания потенциалов, соединяющие все входящие в здание металлические коммуникации (трубопроводы, кабельные оболочки, каркасы).
- Молниезащита (токоотводы): В соответствии с ГОСТ Р IEC 62561.2-2014, стальная полоса сечением не менее 50 мм² (например, 75×4 мм) может применяться в качестве токоотвода молниезащиты. Широкая полоса обладает низкой индуктивностью, что способствует лучшему отводу импульсного тока молнии.
- Заземление опор ВЛ и КЛ: Для заземления опор воздушных линий и кабельных линий используется полоса 75×4 или 75×5 мм, соединяющая заземляющий спуск с контуром заземления на опоре.
- Укладка: Полоса укладывается на выровненное дно траншеи, желательно на подушку из однородного грунта без камней. Не допускается натяжение – должен быть небольшой запас на температурную деформацию.
- Соединения: Все соединения должны быть надежными и обеспечивать непрерывность электрической цепи. Основные методы:
- Сварка (предпочтительный метод): Применяется дуговая сварка. Шов должен быть непрерывным, длиной не менее ширины полосы (75 мм) с двух сторон. Место сварки обязательно защищается от коррозии битумным лаком или аналогичным составом, даже для оцинкованной полосы.
- Болтовые соединения (для съемных соединений или с существующими конструкциями): Используются оцинкованные или нержавеющие болты, гайки, шайбы. Контактные поверхности зачищаются до металлического блеска и покрываются токопроводящей пастой. Под головку болта и гайку устанавливаются стопорные шайбы.
- Ввод в здание: В месте ввода полосы в здание через стену или фундамент предусматривается компенсационный изгиб или зазор, а проход оформляется гильзой для предотвращения механических напряжений.
Таблица 1. Характеристики стальной полосы шириной 75 мм (наиболее ходовые типоразмеры)
| Толщина, мм | Площадь поперечного сечения, мм² | Масса 1 м, кг (прибл.) | Минимальный радиус изгиба (рекомендуемый)* | Типовое применение в энергетике |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 300 | 2.36 | 120 мм | Контуры заземления подстанций 6-10 кВ, магистрали уравнивания потенциалов в зданиях. |
| 5 | 375 | 2.94 | 150 мм | Основные заземлители подстанций 35-110 кВ, молниезащитные токоотводы. |
| 6 | 450 | 3.53 | 180 мм | Главные заземляющие шины (ГЗШ) на энергообъектах, контуры заземления ОРУ 110 кВ и выше, ответвления к силовым трансформаторам. |
2. Антикоррозионные покрытия
Коррозия – главный враг любого заземляющего устройства. Для полосы 75 мм применяются несколько типов покрытий:
3. Расчетные параметры: сопротивление и стойкость к токам короткого замыкания
При проектировании заземляющего устройства с использованием полосы 75 мм ключевыми являются два электрических параметра.
3.1. Сопротивление растеканию. Полоса используется как горизонтальный заземлитель. Его сопротивление зависит от удельного сопротивления грунта (ρ), длины полосы (L), глубины заложения (t) и ширины полосы (b). Для одиночной горизонтальной полосы, уложенной на глубине 0.5-0.8 м, сопротивление рассчитывается по формуле:
R = (ρ / (π L)) ln(2L / √(b
Чем больше длина и ширина полосы (при прочих равных), тем ниже сопротивление. Полоса 75 мм, по сравнению с более узкой (например, 40 мм), при той же длине имеет несколько меньшее сопротивление растеканию, но главное ее преимущество – высокая механическая прочность и стойкость к токам КЗ.
3.2. Термическая стойкость к токам короткого замыкания (Iз). Полоса должна выдержать протекание тока КЗ без расплавления. Минимально допустимое сечение (Smin) определяется по формуле (ПУЭ 7 изд., гл. 1.7):
Smin = (Iз
где Iз – ток короткого замыкания, протекающий по полосе, А; tф – время действия защиты, с; K – коэффициент, зависящий от материала и начальной/конечной температур.
Таблица 2. Коэффициент K для расчета термической стойкости (согласно ПУЭ)
| Материал | K (для начальной температуры 30°C) | Максимальная допустимая температура, °C |
|---|---|---|
| Сталь оцинкованная | 74 | 500 |
| Сталь медненная | 228 | 500 |
| Медь | 250 | 500 |
Пример: Для тока КЗ Iз = 25 кА и времени отключения tф = 0,5 с, минимальное сечение стальной оцинкованной полосы составит: Smin = (25000
4. Области применения в электроэнергетике
5. Монтаж и соединения
Качество монтажа напрямую влияет на надежность всей системы заземления. Основные правила:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1: Почему для заземления часто выбирают именно полосу, а не круглую сталь?
Полоса при той же площади поперечного сечения имеет больший периметр, что улучшает контакт с грунтом и снижает сопротивление растеканию на 5-15%. Кроме того, полосу проще укладывать в траншею и крепить к конструкциям (стенам, фундаментам). Она обладает большей жесткостью на изгиб в плоскости укладки.
В2: Можно ли использовать полосу 75×4 мм вместо 75×6 мм для экономии?
Решение должно основываться на расчете термической стойкости и коррозионного запаса. Для объектов с высокими токами КЗ (подстанции 35 кВ и выше) и расчетным сроком службы 25-30 лет экономия на толщине недопустима. Полоса 75×4 мм может быть использована на объектах с малыми токами КЗ (например, заземление опор ВЛ 0,4 кВ) или при условии применения медненной полосы, имеющей лучшую стойкость к коррозии.
В3: Как правильно выбрать между оцинкованной и медненной полосой?
Выбор определяется условиями эксплуатации и бюджетом. Оцинкованная сталь – стандартное, экономичное решение для большинства грунтов со средней агрессивностью. Медненная сталь (ССП) применяется в highly aggressive soils (кислые, щелочные, с высоким содержанием солей), на объектах с повышенными требованиями к долговечности (АЭС, крупные порты, химические заводы) и где необходима высокая проводимость для отвода импульсных токов молнии. ССП также исключает риск отслаивания покрытия при изгибе, в отличие от оцинковки.
В4: Как контролировать качество сварных соединений при монтаже?
Визуальный контроль: шов должен быть сплошным, без пор, трещин и непроваров. Механический контроль: простукивание молотком – качественный шов дает чистый звонкий звук. Электрический контроль: измерение переходного сопротивления методом микроомметра. Сопротивление сварного соединения не должно превышать сопротивление цельного участка полосы той же длины.
В5: Каков расчетный срок службы оцинкованной полосы 75×6 мм в нормальном грунте?
Срок службы определяется скоростью коррозии цинка и стали. При средней скорости коррозии цинка 5-10 мкм/год и толщине покрытия 60-100 мкм, цинковый слой может защищать сталь 10-15 лет. После его разрушения начинает корродировать сталь со скоростью ~0,1 мм/год (зависит от грунта). Таким образом, общий срок службы до критического истончения (например, с 6 мм до 3 мм) может составить 25-40 лет. Использование медненной полосы увеличивает этот срок в 1,5-2 раза и более.
В6: Допускается ли прокладка заземляющей полосы 75 мм в кабельной канализации совместно с силовыми кабелями?
ПУЭ (п. 2.3.83) допускает совместную прокладку, но с важными оговорками. Полоса заземления должна быть расположена так, чтобы не создавать помех для монтажа и ремонта кабелей. Чаще всего ее крепят к стенке или потолку канала. Все соединения полосы должны быть доступны для осмотра и ремонта. Предпочтительнее все же прокладывать заземлитель отдельно, в грунте, для обеспечения лучшего контакта с землей и исключения коррозии от конденсата в канализации.
Заключение
Стальная полоса шириной 75 мм представляет собой универсальный, надежный и регламентированный материал для создания систем безопасности в электроэнергетике. Ее технические параметры, прежде всего сочетание значительной площади сечения, механической прочности и возможности нанесения различных антикоррозионных покрытий, делают ее оптимальным выбором для ответственных элементов заземляющих устройств, систем молниезащиты и уравнивания потенциалов. Правильный выбор толщины, типа покрытия, грамотный расчет и качественный монтаж в соответствии с требованиями ПУЭ, ГОСТ и СО 153-34.21.122-2003 являются залогом долговечности и эффективной работы всей системы электробезопасности объекта на протяжении десятилетий.