Стальной круг диаметром 19 мм

Стальной круг диаметром 19 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Стальной круг диаметром 19 мм является одним из наиболее распространенных и востребованных видов металлопроката в промышленности, включая электротехническую и энергетическую отрасли. Его применение выходит далеко за рамки конструкционных элементов, находя специализированное использование в качестве заземляющих электродов, токопроводящих шин, элементов силовых конструкций, опор и траверс. Данный материал представляет собой пруток (катанку) сплошного круглого сечения с номинальным диаметром 19 миллиметров, изготавливаемый в соответствии с рядом государственных и международных стандартов, определяющих его химический состав, механические свойства, точность прокатки и допустимые отклонения.

1. Нормативная база и стандарты

Производство стального круга диаметром 19 мм регламентируется несколькими ключевыми стандартами, выбор которых зависит от требуемых свойств конечного продукта.

• ГОСТ 2590-2006 (Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент). Основной стандарт, определяющий сортамент, предельные отклонения по диаметру, кривизне и другим геометрическим параметрам. Для круга диаметром 19 мм нормальной точности прокатки (класс Б) предельное отклонение по диаметру составляет ±0.4 мм, повышенной точности (класс В) — ±0.3 мм.
• ГОСТ 535-2005 (Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества). Определяет марки стали (Ст0, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп и др.), их химический состав и механические свойства (временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение).
• ГОСТ 1050-2013 (Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали). Регламентирует производство круга из сталей марок 10, 20, 35, 45 и др., с более строгим контролем состава и свойств.
• ГОСТ 380-2005 (Сталь углеродистая обыкновенного качества).
• Стандарты на сталь для заземления. Часто используется сталь круговая по ГОСТ 52544-2006 (Прокат арматурный свариваемый для заземления воздушных линий электропередачи) из низкоуглеродистых марок, часто с оцинкованным покрытием для защиты от коррозии.

2. Основные характеристики и параметры

Технические параметры стального круга 19 мм являются определяющими для его выбора в конкретных инженерных задачах.

2.1. Геометрические и физические параметры

Расчетные значения для стали плотностью 7850 кг/м³:

• Площадь поперечного сечения (S): S = πd²/4 = 3.14159*(0.019)²/4 ≈ 0.0002835 м² или 283.5 мм².

Теоретическая масса 1 метра (погонный метр): m = ρ S L = 7850 0.0002835 1 ≈ 2.225 кг/м.

• Момент сопротивления (W_x): W_x = πd³/32 ≈ 3.14159(0.019)³/32 ≈ 6.7410^-7 м³ или 674 мм³. Важный параметр для расчета на изгиб.
• Момент инерции (J_x): J_x = πd⁴/64 ≈ 3.14159(0.019)⁴/64 ≈ 6.4010^-9 м⁴ или 64000 мм⁴.
• Радиус инерции (i): i = d/4 = 19/4 = 4.75 мм.

2.2. Механические свойства в зависимости от марки стали

Свойства варьируются в широких пределах. В таблице приведены данные для наиболее распространенных марок.

Таблица 1. Механические свойства стального круга диаметром 19 мм из различных марок стали

Марка стали (по ГОСТ)	Класс/Категория	Предел текучести (σт), Н/мм² (МПа), не менее	Временное сопротивление (σв), Н/мм² (МПа)	Относительное удлинение (δ5), %, не менее	Твердость по Бринеллю (HB), не более
Ст3пс (ГОСТ 535)	Обыкновенного качества	245	370-480	26	131
Сталь 20 (ГОСТ 1050)	Качественная конструкционная	245	410	25	156
Сталь 45 (ГОСТ 1050)	Качественная конструкционная	355	600	16	229
09Г2С (низколегированная)	Конструкционная низколегированная	345	490	21	163

3. Применение в электротехнике и энергетике

В отраслях, связанных с передачей и распределением электроэнергии, стальной круг 19 мм находит следующие ключевые применения:

• Заземляющие устройства (контур заземления): Является основным материалом для вертикальных и горизонтальных заземлителей. Диаметр 19 мм обеспечивает оптимальный баланс между механической прочностью (возможность забивки в грунт), площадью контакта с землей, коррозионной стойкостью и стоимостью. Часто используется в оцинкованном исполнении или в виде стального электрода с медным покрытием (омедненный круг) для улучшения электрохимических характеристик и долговечности.
• Элементы силовых конструкций: Применяется для изготовления растяжек, кронштейнов, опорных и поддерживающих элементов в конструкциях распределительных устройств (РУ), подстанций, освещения. Используется как цельный пруток, так и в составе сварных пространственных конструкций.
• Токопроводящие шины (шинопроводы) вторичных цепей: В случаях, где не требуется высокая электропроводность (например, для цепей управления, сигнализации, или в качестве нулевых рабочих (N) и защитных (PE) проводников при определенных условиях, регламентированных ПУЭ).
• Армирующие и конструкционные элементы кабельных конструкций: Входит в состав брони для некоторых типов кабелей, используется для изготовления кабельных лотков, коробов и их опорных систем.
• Ремонтно-монтажные работы: Изготовление шпилек, болтов, хомутов, крепежных элементов для монтажа электрооборудования на месте.

4. Особенности обработки и монтажа

Стальной круг 19 мм хорошо поддается большинству видов механической обработки, что расширяет сферу его применения.

• Резка: Может осуществляться углошлифовальной машинкой («болгаркой»), газопламенной резкой, ленточнопильными и отрезными станками.
• Гибка: Допускает холодную гибку на гибочных станках или с использованием шаблонов. Минимальный радиус гибки зависит от марки стали: для мягких низкоуглеродистых сталей (Ст3) он может составлять 2-3 диаметра, для более твердых (сталь 45) — больше.
• Сварка: Круг из низкоуглеродистых сталей (Ст3, сталь 20) обладает отличной свариваемостью без ограничений. Для сварки применяются ручная дуговая сварка (ММА), сварка в защитных газах (MIG/MAG), контактная сварка. Стали с повышенным содержанием углерода (сталь 45) требуют предварительного подогрева и последующего отпуска для снятия напряжений.
• Сверление, нарезка резьбы: Обрабатывается стандартным металлорежущим инструментом. Для сталей повышенной твердости рекомендуется использование охлаждающих жидкостей (СОЖ).
• Антикоррозионная защита: Для эксплуатации на открытом воздухе или в грунте обязательна. Наиболее распространенные методы: горячее цинкование, нанесение полимерных покрытий, окрашивание грунтами и эмалями. Для заземлителей часто применяется омеднение.

5. Сравнение с другими типоразмерами и материалами

Выбор диаметра 19 мм часто является компромиссным решением.

Таблица 2. Сравнение круга 19 мм со смежными диаметрами

Диаметр, мм	Масса 1 м, кг	Площадь сечения, мм²	Момент сопротивления, мм³	Типовое применение в энергетике
16	1.58	201.1	402	Легкие растяжки, элементы решетчатых конструкций.
19	2.23	283.5	674	Универсальный: заземлители, силовые кронштейны, шины.
22	2.98	380.1	1045	Ответственные силовые элементы, опорные стойки.

По сравнению с полосовой сталью, круглый профиль при равной площади сечения имеет большую жесткость на изгиб в любом направлении, но менее удобен для крепления плоских шин. По сравнению с медным или алюминиевым прутком, стальной круг существенно дешевле и прочнее, но обладает на порядок худшей электропроводностью, что ограничивает его применение в качестве основного токоведущего элемента для больших токов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Какой ГОСТ является основным для заказа стального круга 19 мм общего назначения?

Основным документом, определяющим геометрические параметры, является ГОСТ 2590-2006. При заказе необходимо указывать: наименование (круг), размер (19 мм), марку стали (например, Ст3сп), класс точности прокатки (Б или В), длину мерную/немерную, стандарт (ГОСТ 2590-2006). Требования к марке стали и механическим свойствам задаются ссылкой на ГОСТ 535-2005 или ГОСТ 1050-2013.

Вопрос 2: Можно ли использовать стальной круг 19 мм в качестве главной заземляющей шины (ГЗШ) внутри распределительного устройства?

Да, это допускается Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ), при условии, что его сечение соответствует требованиям по проводимости для защитного проводника. Однако, с практической точки зрения, для ГЗШ чаще используется стальная полоса или медная шина, так как их плоская форма удобнее для присоединения множества болтовых соединений. Круглый профиль может быть использован, если это предусмотрено конструкцией шкафа или щита.

Вопрос 3: Каков расчетный электрический сопротивление стального круга 19 мм длиной 1 метр?

Электрическое сопротивление постоянному току рассчитывается по формуле: R = ρ L / S. Удельное сопротивление низкоуглеродистой стали (например, Ст3) ρ ≈ 0.13 Оммм²/м. Для прутка длиной L=1 м и сечением S=283.5 мм²: R = 0.13

• 1 / 283.5 ≈ 0.000458 Ом или 0.458 мОм. Важно: это сопротивление самого проводника. Для заземлителя критичным является сопротивление растеканию тока в грунте, которое на порядки выше и зависит от удельного сопротивления грунта, длины и количества электродов.

Вопрос 4: Как правильно выбрать марку стали для изготовления силового кронштейна, работающего на изгиб?

Для элементов, работающих на изгиб (кронштейны, консоли), ключевым параметром является предел текучести (σ_т) и момент сопротивления сечения (W). При одинаковом диаметре 19 мм (W=674 мм³) выигрыш в несущей способности достигается выбором более прочной марки стали. Например, переход от Ст3 (σ_т=245 МПа) к стали 45 (σ_т=355 МПа) увеличивает допустимый изгибающий момент пропорционально. Однако, нужно учитывать, что сталь 45 хуже сваривается и более хрупка.

Вопрос 5: Каковы реальные предельные отклонения по диаметру у круга 19 мм и как они влияют на монтаж?

Согласно ГОСТ 2590-2006, для класса точности Б (нормальной) отклонение составляет ±0.4 мм. Таким образом, фактический диаметр может быть в пределах от 18.6 до 19.4 мм. Это необходимо учитывать при проектировании отверстий в соединительных деталях, подборе штампованных хомутов или обжимных коннекторов. Для прохода через стандартное отверстие 20 мм зазор будет достаточным. Для прессовых соединений используется специальный инструмент, рассчитанный на номинальный диаметр.

Вопрос 6: Что предпочтительнее для вертикального заземлителя: стальной круг 19 мм или полоса 40х4 мм?

Для вертикального заземлителя, который необходимо забить в грунт на глубину 2-3 метра, круг 19 мм предпочтительнее. Он имеет меньшее поперечное сечение, что облегчает забивку, особенно в плотные грунты. Круглый профиль равномерно распределяет нагрузку. Полоса 40х4 мм (S=160 мм²) имеет меньшее сечение и, соответственно, большее сопротивление, ее сложнее забивать без деформации. Полоса чаще используется для горизонтальных заземлителей, соединяющих вертикальные электроды.

Вопрос 7: Каковы требования к покрытию стального круга 19 мм для использования в качестве заземлителя на трансформаторной подстанции?

Согласно актуальным отраслевым стандартам (СО 153-34.21.122-2003, ГОСТ Р 50571.5.54-2013), для обеспечения долговечности (не менее 25-30 лет) обязательна защита от коррозии. Наиболее эффективным и рекомендуемым методом является горячее цинкование (толщина покрытия 40-60 мкм и более) или нанесение медного покрытия (омеднение) толщиной от 70 мкм. Окрашивание не допускается, так как лакокрасочное покрытие является изолятором и нарушает контакт с грунтом.