Стальная полоса шириной 90 мм
Стальная полоса шириной 90 мм: технические характеристики, стандарты и области применения в электроэнергетике
Стальная полоса шириной 90 мм является одним из ключевых элементов в системах заземления, молниезащиты и уравнивания потенциалов. Ее применение обусловлено оптимальным соотношением площади поперечного сечения, механической прочности и удобства монтажа. Данный типоразмер регламентирован отечественными и международными стандартами и широко используется на объектах энергетики, промышленности и инфраструктуры.
Технические характеристики и нормативная база
Полоса стальная 90 мм относится к категории сортового проката общего назначения. Основные параметры регламентируются ГОСТ 103-2006 «Полоса стальная горячекатаная. Сортамент». Для изготовления чаще всего применяются стали марок Ст3сп/пс (по ГОСТ 535-88) или низкоуглеродистые стали, что обеспечивает хорошую свариваемость и достаточную коррозионную стойкость. Для эксплуатации в агрессивных грунтах используется полоса с оцинкованным или медным покрытием.
Ключевые геометрические параметры полосы шириной 90 мм:
- Ширина (b): 90 мм (допуск по ГОСТ 103: ±2,0 мм для толщин до 10 мм, ±2,5 мм для толщин свыше 10 мм).
- Толщина (s): Наиболее распространенные толщины: 3, 4, 5, 6, 8, 10 мм. Выбор толщины напрямую связан с требуемым сечением для стойкости к коррозии и механическим нагрузкам.
- Площадь поперечного сечения (S): Рассчитывается по формуле S = b
- s (мм²). Например, полоса 90×6 мм имеет сечение 540 мм².
- Масса 1 метра (погонная масса): Рассчитывается по формуле m = S
- ρ, где ρ = 7,85 г/см³ (плотность стали). Масса является критическим параметром для расчета нагрузок и стоимости материалов.
- Укладка в грунт: Горизонтальные заземлители укладываются на глубину не менее 0,5-0,7 м (ниже глубины промерзания). Полоса должна прилегать к грунту всей плоскостью. Для каменистых грунтов используется подсыпка мягким грунтом.
- Соединения: Основной метод – сварка. Стыковые соединения выполняются внахлест длиной не менее двух ширин полосы (180 мм) с обваркой по всему периметру. Допускается применение болтовых соединений с использованием оцинкованных накладок и болтов, но такие соединения требуют регулярного обслуживания и не рекомендуются для скрытых в грунте участков.
- Изгибы: При необходимости изменения направления радиус изгиба должен быть не менее значений, указанных в Таблице 1, чтобы избежать образования трещин и снижения сечения.
- Антикоррозионная защита: Сварные швы после монтажа должны быть очищены от шлака и покрыты антикоррозионными составами (битумный лак, эпоксидные покрытия), равноценными по стойкости основному материалу.
Расчетные параметры для различных толщин
Таблица 1. Основные параметры стальной полосы шириной 90 мм.
| Толщина, мм | Площадь сечения, мм² | Масса 1 пог. м, кг | Радиус изгиба (мин.), R | Момент сопротивления, Wx, см³ |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 360 | 2.826 | 12 | 2.40 |
| 5 | 450 | 3.533 | 15 | 3.75 |
| 6 | 540 | 4.239 | 18 | 5.40 |
| 8 | 720 | 5.652 | 24 | 9.60 |
| 10 | 900 | 7.065 | 30 | 15.00 |
Области применения в электроэнергетике
1. Устройство контуров заземления. Полоса 90 мм является основным материалом для создания горизонтальных заземлителей (распределительных элементов) в виде сетки или лучей. Большая площадь контакта с грунтом и значительное сечение обеспечивают малое сопротивление растеканию тока и высокую стойкость к электрохимической коррозии. Толщина выбирается исходя из расчетного срока службы (например, полоса 90×6 мм в грунте с умеренной агрессивностью обеспечивает срок службы контура 25-30 лет).
2. Системы молниезащиты (МЗ). Используется в качестве токоотводов, а также для создания молниеприемной сетки на кровлях зданий. Ширина 90 мм обеспечивает низкое индуктивное сопротивление, что критически важно для отвода импульсных токов молнии без возникновения опасных перенапряжений. Согласно РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003, минимальное сечение стального токоотвода составляет 160 мм², а полоса 90×4 мм (360 мм²) значительно превышает это требование.
3. Системы уравнивания потенциалов (СУП). Полоса применяется для создания основной (ГЗШ – главная заземляющая шина) и дополнительных систем уравнивания потенциалов внутри зданий электростанций, подстанций, цехов. Она служит для соединения всех заземляемых частей (каркасы, трубопроводы, корпуса оборудования) с целью выравнивания потенциалов и предотвращения появления опасных шаговых и касательных напряжений.
4. Шинопроводы нулевого защитного (PE) и нулевого рабочего (PEN) проводника. В системах электроснабжения собственных нужд подстанций и распределительных устройств полоса 90 мм может использоваться в качестве магистральной шины заземления или PEN-проводника, где требуется обеспечить высокую проводимость и механическую жесткость.
Особенности монтажа и соединения
Монтаж стальной полосы 90 мм требует соблюдения строгих правил.
Сравнение с другими материалами и типоразмерами
Таблица 2. Сравнение заземляющих проводников из разных материалов при равной проводимости (примерно 540 мм² стали).
| Материал | Типоразмер (эквивалент) | Стоимость (относительная) | Коррозионная стойкость | Особенности монтажа |
|---|---|---|---|---|
| Сталь (Ст3) | 90×6 мм | 1.0 (база) | Средняя, требует защиты | Сварка, гибка |
| Оцинкованная сталь | 90×6 мм | 1.3 – 1.5 | Высокая | Сварка повреждает цинк в зоне шва |
| Медь | 50×6 мм (300 мм²) | 5.0 – 7.0 | Очень высокая | Пайка, болтовое соединение, высокая цена |
| Сталь в медной оболочке | Диаметр ~28 мм | 2.5 – 3.5 | Очень высокая | Специальные зажимы, резка |
Полоса 90 мм выигрывает у круглой стали аналогичного сечения (например, пруток диаметром 26 мм, S=530 мм²) за счет лучшего контакта с грунтом и большей стойкости к поверхностной коррозии (потеря 1 мм толщины у полосы приводит к меньшему процентному уменьшению сечения). По сравнению с более узкими полосами (например, 40 мм) при равной толщине, полоса 90 мм имеет большую площадь контакта с грунтом и, следовательно, меньшее сопротивление растеканию, что позволяет сократить длину горизонтального заземлителя.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Какую толщину полосы 90 мм выбрать для контура заземления подстанции 110/10 кВ?
Выбор толщины регламентирован ПУЭ 7-го изд., гл. 1.7. Для заземлителей в грунтах с нормальной и повышенной агрессивностью минимальная толщина для полосовой стали составляет 4 мм. Однако с учетом требуемого срока службы (не менее 25 лет) и механической прочности, для ответственных объектов энергетики рекомендуется применять полосу толщиной не менее 6 мм (90×6). В сильноагрессивных грунтах (засоленных, с низким pH) следует рассматривать оцинкованную полосу или увеличивать толщину до 8-10 мм.
2. Можно ли использовать полосу 90×4 мм в качестве PEN-проводника в системе TN-C?
Да, но при обязательном соблюдении требований ПУЭ к минимальному сечению. Для PEN-проводников, выполненных из неизолированных проводников, минимальное сечение по меди составляет 10 мм², по алюминию – 16 мм², по стали – 75 мм² (ПУЭ, табл. 1.7.5). Полоса 90×4 мм имеет сечение 360 мм², что формально соответствует требованию. Однако необходимо выполнить расчет на механическую прочность и термическую стойкость при токах короткого замыкания. Для магистральных PEN-проводников часто предпочтительнее круглая сталь или медь из-за лучших условий охлаждения.
3. Как правильно рассчитать сопротивление заземления для контура из полосы 90×6 мм?
Сопротивление одиночного горизонтального заземлителя (полосы) рассчитывается по формуле: Rг = (ρ / (2πL)) ln(2L²/(bt)), где ρ – удельное сопротивление грунта (Ом*м), L – длина полосы (м), b – ширина полосы (0.09 м), t – глубина заложения (м). Для полосы 90 мм ширина b существенно влияет на результат, снижая сопротивление по сравнению с круглым проводником той же длины. Для сложных контуров (сеток) расчет ведется по специализированному ПО с учетом взаимного экранирования электродов.
4. Чем компенсировать повреждение оцинкованного слоя на полосе после сварки?
Место сварки и зона термического влияния (около 20-30 мм от шва) подвержены ускоренной коррозии из-за повреждения цинкового покрытия. Необходима тщательная зачистка шва и нанесение многослойного антикоррозионного покрытия. Рекомендуется использовать цинк-наполненные грунтовки (цинк-богатые краски с содержанием цинка >94% в пленке) или специализированные ремонтные составы для горячеоцинкованных поверхностей. После высыхания покрытия выполняется изоляция битумной мастикой или лентой.
5. Каковы требования к прокладке полосы по стене здания для системы молниезащиты?
Согласно ГОСТ Р IEC 62561.2-2014, крепление токоотводов к стенам из негорючих материалов должно осуществляться с зазором не менее 10 см. Это предотвращает возникновение опасных искрений при прохождении тока молнии. Крепежные элементы (держатели) устанавливаются с шагом 0,8-1,0 м. При прокладке в пожароопасных зонах или по горючим конструкциям зазор увеличивается до 15-20 см. Полоса должна иметь прямое и кратчайшее соединение с заземлителем.
Заключение
Стальная полоса шириной 90 мм представляет собой универсальный, надежный и экономически эффективный материал для решения широкого спектра задач в электроэнергетике, связанных с заземлением, молниезащитой и уравниванием потенциалов. Правильный выбор толщины, материала покрытия, соблюдение норм монтажа и защита соединений являются залогом долговечности и электробезопасности создаваемых систем. Понимание ее точных характеристик, заложенных в стандартах, позволяет инженерам-проектировщикам и монтажникам оптимизировать решения и обеспечивать соответствие объектов актуальным требованиям нормативной документации.