Стальной круг диаметром 25 мм
Стальной круг диаметром 25 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике
Стальной круг диаметром 25 мм является одним из наиболее востребованных видов металлопроката в промышленности, включая электротехническую и энергетическую отрасли. Его применение выходит далеко за рамки стандартных конструкционных элементов, находя специфическое использование в качестве заземляющих электродов, токопроводящих шин, элементов силовых конструкций подстанционного оборудования, опор и траверс. Данный материал представляет собой пруток (катанку) сплошного круглого сечения с номинальным диаметром 25 миллиметров, изготавливаемый в соответствии с рядом ГОСТ и ТУ, определяющих его химический состав, механические свойства и допустимые отклонения по геометрии.
1. Нормативная база и марки стали
Производство стального круга диаметром 25 мм регламентируется несколькими ключевыми стандартами, выбор которых зависит от конечного применения изделия.
- ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Основной стандарт, устанавливающий сортамент, предельные отклонения по диаметру, кривизне и другим геометрическим параметрам. Для круга 25 мм устанавливается высокая точность прокатки (класс А), повышенная (Б) и обычная (В).
- ГОСТ 535-2005 «Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия». Определяет требования к сталям марок Ст0, Ст3кп/пс/сп, Ст5 и др., используемым для неответственных конструкций и заземления.
- ГОСТ 14959-2016 «Прокат из рессорно-пружинной стали» (для сталей 60С2А, 65Г и т.д.). Применяется для изготовления ответственных пружинящих элементов в электроаппаратуре.
- ГОСТ 7417-75 «Калиброванный прокат круглый». Регламентирует производство калиброванного прутка с минимальными отклонениями по диаметру (±0.02…0.03 мм), используемого в точном машиностроении, включая производство деталей электротехнических аппаратов.
- ГОСТ 10702-78 «Прокат из электротехнической нелегированной стали». Касается специальных марок стали (Армко-железо) с низким содержанием углерода и кремния для магнитопроводов.
- Ст3сп/пс – для конструкционных элементов, траверс, опор, заземления.
- 09Г2С – низколегированная конструкционная сталь для сварных металлоконструкций, работающих при низких температурах (например, для арктических подстанций).
- Сталь 20, 45 – углеродистые качественные конструкционные стали. Сталь 45 после закалки используется для изготовления валов, осей, шпилек, требующих повышенной прочности.
- Сталь 65Г – рессорно-пружинная сталь для изготовления токопроводящих пружин, контактов, упругих элементов.
- Сталь 12Х18Н10Т – коррозионно-стойкая сталь для элементов, работающих в агрессивных средах (приморские районы, химические производства).
- Удельное электрическое сопротивление (ρ): Для низкоуглеродистых сталей (Ст3) составляет примерно 0.13-0.15 Ом·мм²/м. Это свойство критично при использовании круга в качестве заземляющего электрода или токопроводящей шины.
- Магнитные свойства: Стали типа Ст3 являются ферромагнетиками, что делает круг 25 мм пригодным для изготовления магнитопроводов электромагнитов, элементов реле, но непригодным для использования в зонах сильного переменного магнитного поля из-за потерь на вихревые токи и гистерезис.
- Траверсы опор ВЛ: Круг 25 мм используется для изготовления элементов решетчатых траверс (раскосы, стойки) для линий электропередачи 6-10 кВ.
- Каркасы и рамы: В производстве силовых шкафов, распределительных устройств (РУ), трансформаторных подстанций (КТП) круг 25 мм служит материалом для несущих рам, обладая оптимальным соотношением прочности, жесткости и массы.
- Валы и оси: Из круга 25 мм из сталей 45 или 40Х после токарной обработки и термоупрочнения изготавливают валы приводов выключателей, разъединителей, механизмов регулирования.
- Резка: Для порезки применяются абразивно-отрезные станки (болгарки), газопламенная или плазменная резка. Для калиброванного прутка высокой твердости предпочтительна холодная пила.
- Гибка (для изготовления скоб, хомутов): Выполняется на гибочных станках или с использованием шаблонов. Минимальный радиус гибки зависит от пластичности стали и обычно составляет не менее 2.5-3 диаметров (62.5-75 мм для круга 25 мм).
- Сварка: Стали Ст3, 09Г2С, сталь 20 хорошо свариваются ручной дуговой сваркой (ММА), полуавтоматической в среде CO2 (MIG/MAG). Для сталей 45, 65Г требуется предварительный и сопутствующий подогрев, термообработка после сварки во избежание образования закалочных структур и трещин.
- Антикоррозионная защита: Наиболее распространенный метод – грунтование и окрашивание. Для заземлителей в нормальных грунтах допускается использование черного проката, в агрессивных – оцинкованного или с нанесением электрохимической защиты.
Для круга 25 мм наиболее распространены следующие марки стали:
2. Основные технические характеристики и свойства
2.1. Геометрические параметры и масса
Номинальный диаметр круга составляет 25 мм. Предельные отклонения по диаметру зависят от класса точности прокатки (по ГОСТ 2590-2006).
| Класс точности прокатки | Предельное отклонение по диаметру для круга 25 мм, мм |
|---|---|
| Высокая (А) | ±0.3 |
| Повышенная (Б) | ±0.4 |
| Обычная (В) | ±0.5 |
Теоретическая масса 1 метра погонного стального круга диаметром 25 мм рассчитывается по формуле: M = (π d² ρ) / 4, где d = 0.025 м, ρ = 7850 кг/м³ (плотность стали).
M = (3.1416 (0.025)² 7850) / 4 ≈ 3.853 кг/м.
На практике используется справочное значение 3.85 кг/м или 38.5 кг на стандартный хлыст длиной 10-12 метров. Допускается кривизна прутка не более 0.4% от длины.
2.2. Механические свойства
Свойства варьируются в широких пределах в зависимости от марки стали и состояния поставки (горячекатаный, термически обработанный, нагартованный).
| Марка стали | Состояние | Предел текучести σт, Н/мм², не менее | Временное сопротивление σв, Н/мм² | Относительное удлинение δ5, %, не менее |
|---|---|---|---|---|
| Ст3сп | Горячекатаный | 245 | 370-480 | 26 |
| 09Г2С | Горячекатаный | 345 | 490 | 21 |
| Сталь 45 | Горячекатаный | 355 | 600 | 16 |
| Сталь 45 | Закалка + отпуск | 490 | 750-850 | 12 |
| Сталь 65Г | Закалка + отпуск | 785 | 980-1275 | 8 |
2.3. Электротехнические свойства
В контексте энергетики ключевое значение имеют:
3. Применение в электротехнике и энергетике
3.1. Устройства заземления
Стальной круг 25 мм из стали Ст3 является стандартным материалом для вертикальных заземлителей согласно ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Длина хлыстов (обычно 3-6 метров) позволяет достигать грунтов с низким удельным сопротивлением. Соединение элементов осуществляется сваркой, место сварки защищается антикоррозионным покрытием. Для агрессивных грунтов может применяться круг с оцинкованным или омедненным покрытием.
3.2. Элементы силовых конструкций
3.3. Токопроводящие элементы
В качестве главной или вспомогательной шины в цепях постоянного тока или в цепях заземления. Площадь поперечного сечения круга 25 мм составляет ~490 мм², что при допустимой плотности тока для стали 1-2 А/мм² позволяет пропускать ток до 500-1000 А. Однако из-за высокого удельного сопротивления и склонности к окислению применение в качестве основных шин переменного тока ограничено в пользу медных или алюминиевых шин.
3.4. Крепеж и детали аппаратуры
Из калиброванного круга 25 мм производят шпильки, болты, пальцы и другие ответственные крепежные элементы для сборки силового электрооборудования. Пружинная сталь 65Г в виде круга 25 мм используется для изготовления мощных контактных пружин, обеспечивающих необходимое нажатие в разъединителях и других коммутационных аппаратах.
4. Особенности обработки и монтажа
5. Сравнение с альтернативными материалами и профилями
| Материал/Профиль | Преимущества | Недостатки | Область предпочтительного применения |
|---|---|---|---|
| Стальной круг 25 мм (Ст3) | Высокая прочность, жесткость, доступность, низкая стоимость, простота сварки. | Высокая плотность (вес), подверженность коррозии, высокое электросопротивление. | Заземление, несущие конструкции, траверсы, валы. |
| Уголок 50х5 мм | Высокая жесткость на изгиб, удобство монтажа плоских конструкций. | Больший вес на метр погонный, концентрация напряжений в полке. | Каркасы РУ, опорные конструкции. |
| Медный пруток 25 мм | Высокая электропроводность, коррозионная стойкость. | Крайне высокая стоимость, низкая механическая прочность. | Шины заземления в особо ответственных установках, токоотводы. |
| Арматура А-III 25 мм | Наличие рифления улучшает сцепление с бетоном, часто более доступна. | Нестабильность геометрии для точных конструкций, повышенное содержание углерода ухудшает свариваемость. | Заземлители (как альтернатива), армирование фундаментов под оборудование. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Какой ГОСТ является основным для закупки стального круга 25 мм для конструкционных целей?
Для общих конструкционных целей (изготовление рам, траверс, опор) основным является ГОСТ 2590-2006, определяющий сортамент, и ГОСТ 535-2005, определяющий технические условия на сталь обыкновенного качества (например, марки Ст3сп5). В спецификации необходимо указывать: Круг 25-В-Ст3сп5-ГОСТ 2590-2006/ГОСТ 535-2005.
2. Можно ли использовать стальной круг 25 мм в качестве основной шины на переменном токе промышленной частоты?
Технически возможно, но крайне нерационально из-за высокого удельного электрического сопротивления (в 6-7 раз выше, чем у алюминия, и в 11-12 раз выше, чем у меди), что приводит к значительным потерям мощности на нагрев. Кроме того, сталь обладает ферромагнитными свойствами, что увеличивает потери на гистерезис и вихревые токи. Основное применение стали в токопроводах – цепи постоянного тока (например, в гальванических цехах) или в качестве шин рабочего заземления.
3. Как правильно рассчитать необходимое количество круга для заземляющего устройства?
Расчет ведется согласно ПУЭ гл.1.7 и РД 34.21.122-87. Исходят из требуемого сопротивления заземляющего устройства (Rз). Для одиночного вертикального заземлителя из круга 25 мм длиной L (м), заглубленного на 0.7 м от поверхности, сопротивление растеканию вычисляется по формуле: R = (0.366 ρ / L) lg(4L / d), где ρ – удельное сопротивление грунта (Ом·м), L – длина электрода (м), d – диаметр (0.025 м). Количество электродов определяется с учетом коэффициентов использования. На практике для сложных грунтов требуется инженерный расчет.
4. В чем разница между горячекатаным и калиброванным кругом 25 мм?
Горячекатаный круг имеет более широкие допуски по диаметру (±0.5 мм), окалину на поверхности и используется для общих конструкционных работ, сварных конструкций, заземления. Калиброванный круг (ГОСТ 7417-75) имеет точные размеры (±0.02-0.03 мм), чистую поверхность, повышенную твердость из-за нагартовки при холодном волочении. Он предназначен для механической обработки на станках (токарная, фрезерная) и изготовления деталей с высокой точностью.
5. Какая марка стали для круга 25 мм предпочтительна для работы в условиях низких температур (Крайний Север)?
Для эксплуатации при температурах ниже -40°C следует применять низколегированные стали, сохраняющие ударную вязкость. Оптимальным выбором является сталь 09Г2С по ГОСТ 19281-2014, которая гарантирует работу до -70°C. Сталь обыкновенного качества Ст3 для ответственных конструкций в таких условиях не подходит из-за хладноломкости.
6. Какой ток длительно допустим для стального круга 25 мм при использовании его в качестве шины?
Для стали Ст3 допустимая плотность тока в продолжительном режиме принимается в диапазоне 1-2 А/мм² в зависимости от условий охлаждения. При площади сечения ~490 мм² это дает ориентировочный допустимый ток 500-1000 А. Однако критичным фактором является не нагрев, а падение напряжения из-за высокого сопротивления. Точный расчет должен учитывать конкретный режим работы, температуру окружающей среды и допустимый перегрев.