Стальной круг диаметром 155 мм

Стальной круг диаметром 155 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнической и кабельной промышленности

Стальной круг диаметром 155 мм является крупногабаритным металлопрокатом, который находит специализированное, но критически важное применение в смежных с энергетикой отраслях. В контексте кабельной и электротехнической продукции его основное предназначение связано с производством силовых кабелей высокого и сверхвысокого напряжения, а также с созданием элементов энергетической инфраструктуры. Данный сортамент относится к категории катанки или горячекатаного круглого проката, в зависимости от технологии производства и конечного назначения.

Технология производства и нормативная база

Изготовление стального круга диаметром 155 мм осуществляется по двум основным технологиям, определяющим его механические и эксплуатационные свойства:

• Горячая прокатка: Процесс заключается в деформации нагретой до высокой температуры стальной заготовки (блюма) между валками прокатного стана. Полученный продукт – горячекатаный круглый прокат. Он характеризуется наличием окалины на поверхности и применяется для конструкционных целей.
• Непрерывное литье и прокатка (катанка): Расплавленная сталь непрерывно разливается в заготовку, которая затем прокатывается в линии. Охлаждение происходит по специальному режиму. Именно такая продукция, чаще всего, используется в качестве арматурного элемента (сердечника) в силовых кабелях. Ключевое требование – высокая чистота поверхности и стабильность геометрических параметров.

Основные стандарты, регламентирующие производство:

• ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Для диаметра 155 мм устанавливаются предельные отклонения по диаметру (обычно ±2.0-3.0 мм для повышенной точности), кривизна, масса погонного метра.
• ГОСТ 30136-95 / ГОСТ Р 53769-2010 (на катанку для армирования кабелей). Эти стандарты жестко нормируют химический состав, механические свойства (временное сопротивление разрыву, относительное удлинение), а также требования к отсутствию дефектов поверхности, которые могут повредить изоляцию кабеля.
• Международные аналоги: EN 10060, EN 10204, ASTM A510.

Химический состав и марки стали

Выбор марки стали определяется функцией изделия. Для кабельного сердечника используются низкоуглеродистые спокойные стали, обеспечивающие оптимальный баланс прочности и пластичности.

Назначение круга	Рекомендуемые марки стали	Ключевые элементы состава	Влияние на свойства
Армирующий сердечник для силовых кабелей	Ст0, Ст1кп/пс, Ст2кп/пс, 3кп/пс по ГОСТ 30136; аналоги с содержанием углерода до 0.20%	Низкое содержание C (0.05-0.20%), минимальное количество S и P	Высокая пластичность, хорошая свариваемость, отсутствие хрупкости, стабильность при гибке.
Конструкционные элементы (опоры, кронштейны, валы)	Ст3сп/пс, Ст5, 09Г2С, 40, 45	Повышенное содержание C (0.2-0.5%), возможны легирующие добавки (Mn, Si)	Повышенная прочность и твердость, но меньшая пластичность. Требуется дополнительная обработка (термическая, механическая).

Основные области применения в электротехнике и кабельной отрасли

1. Армирование токопроводящих жил силовых кабелей на среднее и высокое напряжение (СН и ВН)

Это основное применение стального круга (катанки) диаметром 155 мм. Он используется в качестве центрального сердечника в медных или алюминиевых секторных жилах кабелей классов напряжения 6, 10, 35 кВ и выше. Функции:

• Повышение механической прочности: Кабель с большим сечением жилы (например, 800-1200 мм² и более) подвержен значительным растягивающим и изгибающим нагрузкам при монтаже и эксплуатации. Стальной сердечник воспринимает эти нагрузки, предотвращая деформацию и повреждение токопроводящих элементов.
• Обеспечение формостабильности: Придает жесткость секторной или сегментной конструкции жилы, сохраняя ее геометрию на протяжении всего срока службы.
• Противодействие электродинамическим усилиям: При коротких замыканиях возникают огромные механические усилия между проводниками. Стальной сердечник не позволяет жиле разорваться или получить необратимую деформацию.

Технологически стальной круг диаметром 155 мм проходит предварительную очистку (травление, фосфатирование) для обеспечения адгезии и защиты от коррозии, после чего вокруг него методом прессования или многопроволочной скрутки формируется токопроводящий слой из алюминия или меди.

2. Изготовление проводников грозозащитных тросов (ОКГТ)

В воздушных линиях электропередачи (ЛЭП) сверхвысокого напряжения стальной круг (чаще оцинкованный) или комбинация стальных и алюминиевых проволок используется для создания грозозащитного троса. Диаметр 155 мм может соответствовать сечению готового многопроволочного троса. Основная функция – защита фазных проводов от прямых ударов молнии и отвод тока молнии на землю.

3. Производство токопроводов гибких (шинных) для закрытых распределительных устройств (ЗРУ) и комплектных токопроводов

Массивные стальные стержни могут использоваться в качестве несущей основы для гибких шин или токопроводов большой мощности, где требуются высокая механическая стойкость к вибрациям и электродинамическим нагрузкам.

4. Элементы энергетического строительства и конструкций

Горячекатаный круг диаметром 155 мм применяется как заготовка для производства:

• Оси и валы для тяжелого электротехнического оборудования (трансформаторы, турбогенераторы).
• Опорные и крепежные элементы (шпиндели, пальцы, тяги) в конструкциях подстанций, порталов ОРУ.
• Заготовка для последующей механической обработки и изготовления деталей силовых распределительных щитов, корпусов.

Ключевые технические параметры и расчеты

1. Масса одного погонного метра. Рассчитывается по формуле: m = (π d² ρ) / 4, где d = 0.155 м, ρ (плотность стали) ≈ 7850 кг/м³.

m = (3.1416 (0.155)² 7850) / 4 ≈ 148.5 кг/метр.
Это критически важный параметр для логистики, расчета нагрузок на конструкции и стоимости.

2. Момент сопротивления (W) и момент инерции (J) – определяют способность стержня сопротивляться изгибу и кручению. Для сплошного круглого сечения:

W = π d³ / 32 ≈ 3.1416 (0.155)³ / 32 ≈ 0.000366 м³ (366 см³)

J = π d⁴ / 64 ≈ 3.1416 (0.155)⁴ / 64 ≈ 0.0000284 м⁴ (28400 см⁴)
Эти значения используются в инженерных расчетах на прочность несущих конструкций.

3. Площадь поперечного сечения: S = π d² / 4 ≈ 3.1416 (0.155)² / 4 ≈ 0.01887 м² (188.7 см²).

Требования к качеству для кабельной продукции

• Поверхность: Должна быть гладкой, без трещин, раковин, закатов, окалины и ржавчины. Любой дефект может привести к повреждению дорогостоящей изоляции (сшитый полиэтилен, бумажно-масляная) в процессе прессования жилы.
• Геометрическая точность: Неравномерность диаметра (овальность) и кривизна строго нормированы. Превышение допусков ведет к нестабильности толщины токопроводящего слоя и ухудшению электрических характеристик кабеля.
• Механические свойства: Для сердечника регламентируется предел прочности (обычно 350-550 Н/мм²) и относительное удлинение (не менее 20-25%). Это гарантирует, что сердечник не сломается при намотке кабеля на барабан или протяжке в кабельную кассету.
• Химическая чистота: Ограничение по вредным примесям (сера, фосфор) для предотвращения хрупкости и коррозии.

Логистика, хранение и обработка

Из-за значительной массы (одна 6-метровая хлыстовая заготовка весит около 890 кг) работа с кругом диаметром 155 мм требует применения грузоподъемной техники (мостовые краны, траверсы). Хранение осуществляется в штабелях на ровных, подготовленных площадках с прокладками между рядами. Для предотвращения коррозии, особенно при длительном хранении на открытом воздухе, рекомендуется консервация маслами или иными ингибиторами. Перед использованием в кабельном производстве стальной круг часто подвергается травлению для удаления окалины и последующему фосфатированию или лужению для создания антикоррозионного и адгезионного подслоя.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается «катанка» диаметром 155 мм для кабеля от обычного горячекатаного круга?

Катанка для кабеля производится по специальной технологии непрерывной разливки и прокатки с контролируемым охлаждением, что обеспечивает более однородную мелкозернистую структуру металла, высокое качество поверхности и строго нормируемые пластические свойства. Обычный горячекатаный круг может иметь более широкие допуски по размеру, окалину на поверхности и предназначен в первую очередь для механической обработки или строительных конструкций.

Каковы риски использования круга с несоответствующим химическим составом в кабельном сердечнике?

Использование стали с повышенным содержанием углерода (например, марки 45 вместо Ст3) приведет к повышенной хрупкости сердечника. При намотке кабеля на барабан или его изгибе во время монтажа такой сердечник может сломаться, что вызовет необратимую деформацию всей токопроводящей жилы и потенциальный пробой изоляции. Низкая пластичность недопустима.

Как контролируется качество поверхности стального круга на кабельном предприятии?

Контроль осуществляется визуально (на отсутствие видимых дефектов) и с помощью измерительного инструмента (штангенциркули, микрометры для проверки диаметра и овальности). Часто применяется ультразвуковая или вихретоковая дефектоскопия для выявления внутренних и поверхностных дефектов (расслоений, трещин), невидимых глазу.

Можно ли использовать стальной круг диаметром 155 мм в качестве заземляющего электрода?

Теоретически можно, но это нерационально и не соответствует стандартным решениям. Для вертикальных заземлителей обычно используют прутки меньшего диаметра (16-20 мм) или уголок. Круг 155 мм обладает огромной механической прочностью, но его заглубление потребует специальной техники, а приваренный к нему проводник должен иметь соизмеримое сечение. С точки зрения соотношения поверхности (определяющей сопротивление растеканию) к массе и стоимости, это крайне неэффективный материал для заземления.

Какие существуют методы защиты стального сердечника в кабеле от коррозии?

Основной метод – нанесение защитно-адгезионных покрытий на стадии подготовки круга:

1. Фосфатирование (чаще всего). Создает микрокристаллический слой фосфатов, улучшающих сцепление с алюминием/медью и замедляющих коррозию.
2. Лужение (покрытие оловом). Обеспечивает барьерную защиту и отличную паяемость.
3. Цинкование (горячее или гальваническое). Обеспечивает катодную защиту. Применяется реже из-за технологических сложностей и риска ухудшения адгезии.
4. Нанесение ингибирующих смазок/паст перед прессованием.

В готовом кабеле сердечник герметично изолирован от окружающей среды, что является основной защитой.

Каковы альтернативы сплошному стальному кругу в кабельной технике?

Для уменьшения массы и повышения гибкости в некоторых конструкциях кабелей, особенно морских или специального назначения, вместо сплошного круга могут использоваться:

• Многопроволочный стальной канат (пучок проволок). Обладает большей гибкостью при сохранении высокой прочности на разрыв.
• Композитные армирующие элементы (стеклопластиковые, арамидные стержни). Применяются, когда требуется полное отсутствие ферромагнитных свойств и снижение веса, но их стоимость значительно выше.

Однако сплошной круг диаметром 155 мм остается стандартным и наиболее экономичным решением для кабелей с большим сечением токопроводящей жилы, где предельная жесткость и прочность являются приоритетом.