Стальной круг диаметром 26 мм

Стальной круг диаметром 26 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Стальной круг диаметром 26 мм является одним из ключевых видов металлопроката, широко применяемым в строительстве, машиностроении и, что особенно важно, в электротехнической и энергетической отраслях. В контексте кабельной продукции и энергетического строительства данный прокат выступает не как готовое изделие для передачи тока, а как критически важный конструкционный и защитный элемент. Его основное назначение – создание несущих каркасов, опорных конструкций, армирующих систем и заземляющих устройств, от надежности которых напрямую зависит безопасность и бесперебойность работы энергетических объектов.

1. Технология производства и основные стандарты

Стальной круг диаметром 26 мм изготавливается методом горячей прокатки на сортовых станах из углеродистых и низколегированных сталей. Технологический процесс включает нагрев заготовки (блюма), многопроходную прокатку для придания требуемой формы и диаметра, последующее охлаждение и правку. Для ответственных применений в энергетике может использоваться круг, подвергнутый дополнительной термообработке (нормализации) для снятия внутренних напряжений и улучшения механических свойств.

Качество и характеристики круга диаметром 26 мм регламентируются следующими основными ГОСТами:

• ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Определяет точные предельные отклонения по диаметру, кривизне и другим геометрическим параметрам. Для диаметра 26 мм норма точности прокатки (класс Б) допускает отклонение ±0.3 мм, повышенной точности (класс В) – ±0.2 мм.
• ГОСТ 535-2005 «Прокат сортовой и фасонный из углеродистой стали обыкновенного качества». Стандарт устанавливает марки стали (Ст0, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп и др.), их химический состав и механические свойства (временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение).
• ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций». Для круга, используемого в качестве арматурного (А240С, А300С), хотя диаметр 26 мм не является основным в этом стандарте, он может изготавливаться по специальному заказу для усиления фундаментов опор.
• ГОСТ 14963-2019 «Канаты стальные. Технические условия». Стальной круг является исходным материалом для производства проволоки, которая затем используется в изготовлении несущих тросов, дистанционных спиралей и бронепокровов силовых кабелей.

2. Ключевые технические характеристики и их значение

Для инженерных расчетов при проектировании энергетических конструкций используются следующие параметры круга 26 мм:

2.1. Геометрические и физические параметры

• Номинальный диаметр (d_н): 26 мм.
• Площадь поперечного сечения (S): ≈ 530.93 мм² (рассчитывается по формуле S = πd²/4). Данный параметр критически важен для расчета нагрузки на растяжение/сжатие.
• Масса 1 погонного метра (теоретическая): ≈ 4.17 кг (расчетная плотность стали 7850 кг/м³). Фактический вес служит для контроля объема поставки и расчета нагрузок на фундаменты.
• Момент инерции (I_x = I_y): ≈ 22430 мм⁴. Ключевая величина для расчета на изгиб и продольный изгиб (устойчивость).
• Момент сопротивления (W_x = W_y): ≈ 1725 мм³. Определяет способность сечения сопротивляться изгибающим нагрузкам.
• Радиус инерции (i): ≈ 6.5 мм. Используется в расчетах на устойчивость сжатых стержней (например, в решетчатых конструкциях опор).

2.2. Механические свойства в зависимости от марки стали

Свойства варьируются в зависимости от химического состава и состояния поставки. В таблице ниже приведены данные для наиболее распространенных марок.

Марка стали (ГОСТ 535-2005)	Предел текучести σт, Н/мм² (мин.)	Временное сопротивление σв, Н/мм²	Относительное удлинение δ5, % (мин.)	Основная область применения в энергетике
Ст3пс/сп	245	370-480	26	Неответственные элементы металлоконструкций, кронштейны, подкладки, элементы ограждений.
09Г2С (низколегированная)	345	490	21	Ответственные сварные конструкции опор ВЛ, элементы подстанций, работающие при низких температурах (до -70°С).
Ст20 (качественная конструкционная)	245	410	25	Детали, подвергаемые цементации, элементы механизмов, шпиндели.
30ХГСА (легированная, термоупрочненная)	880	1030	9	Высоконагруженные ответственные элементы, болты анкерные фундаментов, элементы решетки высоковольтных опор в сложных условиях.

3. Применение в электротехнической и энергетической отраслях

3.1. Конструкции воздушных линий электропередачи (ВЛ) и подстанций

• Элементы решетчатых металлических опор (стальных мачт): Круг 26 мм используется для изготовления поясов и решетки (раскосов, распорок) промежуточных и анкерно-угловых опор ВЛ 35-220 кВ. Его прочностных характеристик достаточно для восприятия значительных ветровых и гололедных нагрузок.
• Детали фундаментов и заземления: Из данного проката изготавливают анкерные болты для крепления опор к фундаментам, а также элементы контура заземления – вертикальные заземлители, горизонтальные полосы (после гибки). Для заземления часто используется оцинкованный круг для повышения коррозионной стойкости.
• Кронштейны, траверсы, элементы ограждений: Круг служит материалом для кронштейнов крепления изоляторов, элементов ограждения распределительных устройств подстанций.

3.2. Кабельная промышленность

• Бронепокров силовых кабелей: Проволока, полученная волочением из стального круга 26 мм (после переработки в заготовку меньшего диаметра), используется для создания бронепокрова типа «П» (плоская стальная оцинкованная проволока) в кабелях, например, СБ, СБл. Этот покров защищает кабель от механических повреждений (удары, сдавливание, грызуны).
• Несущие тросы и дистанционные элементы: В самонесущих изолированных проводах (СИП) и некоторых типах кабелей круг является исходным материалом для производства несущего нулевого изолированного или голого сердечника, а также дистанционных спиралей.

3.3. Армирование и строительные конструкции

• Армирование железобетонных фундаментов опор ВЛ и порталов подстанций: В особо ответственных конструкциях, испытывающих высокие изгибающие моменты, может применяться арматурный стержень диаметром 26 мм (класс А300С, А400С).
• Изготовление металлических конструкций зданий ЗРУ, КРУ, машинных залов: Колонны, балки, связи каркаса зданий.

4. Требования к качеству, приемка и контроль

При поставках для государственных и коммерческих энергетических проектов стальной круг 26 мм проходит обязательный входной контроль. Основные проверяемые параметры:

• Геометрические размеры: Контроль диаметра по всей длине партии микрометром или штангенциркулем, проверка кривизны.
• Механические свойства: Испытания на растяжение (определение σ_т, σ_в, δ) на универсальных испытательных машинах. Испытания проводятся на образцах, вырезанных из поставленной партии.
• Химический состав: Спектральный анализ для подтверждения марки стали.
• Качество поверхности: Отсутствие трещин, плён, закатов, ржавчины глубокой. Допускается наличие окалины, не маскирующей дефекты.
• Упаковка и маркировка: Партия должна сопровождаться сертификатом качества завода-изготовителя с указанием номера плавки, ГОСТа, результатов испытаний.

5. Особенности монтажа и обработки

В процессе монтажа энергетических объектов стальной круг 26 мм подвергается следующим операциям:

• Резка: Выполняется абразивными отрезными кругами, газопламенной или плазменной резкой. Для точной резки под сварку предпочтительны механические методы с использованием ленточнопильных или отрезных станков.
• Гибка: Производится на гибочных станках или с помощью гибочных шаблонов в холодном состоянии. Радиус гибки должен быть не менее 2.5d (65 мм) для сталей типа Ст3, чтобы избежать образования трещин.
• Сварка: Круг из углеродистых (Ст3) и низколегированных (09Г2С) сталей хорошо сваривается ручной дуговой сваркой (ММА), полуавтоматической в среде защитных газов (MIG/MAG) и под флюсом. Для сталей типа 30ХГСА требуется предварительный и сопутствующий подогрев, специальные режимы сварки и термообработка после сварки.
• Антикоррозионная защита: Наиболее распространенный метод – горячее цинкование. Также применяется окраска по грунту после пескоструйной очистки. Для подземных элементов заземления может использоваться электрохимическая защита.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Можно ли использовать стальной круг 26 мм в качестве рабочего проводника заземления?

Да, можно, но с учетом требований ПУЭ (Правила устройства электроустановок). Для искусственных заземлителей в установках выше 1000 В с любым напряжением, согласно ПУЭ гл. 1.7, минимальный диаметр круглого стального заземлителя, укладываемого в землю, составляет 10 мм. Таким образом, круг 26 мм значительно превышает требования по механической прочности и стойкости к коррозии. Однако его эффективность как заземлителя определяется в первую очередь площадью контакта с грунтом (длиной) и удельным сопротивлением грунта, а не сечением сверх нормы. Экономически более целесообразно использовать круг меньших диаметров (12-16 мм), но большей длины.

В2: Какая разница между кругом Ст3 и 09Г2С для опоры ВЛ в северном регионе?

Ключевое отличие – хладостойкость. Сталь марки Ст3 имеет гарантированную ударную вязкость только до температуры -20°С. Сталь 09Г2С относится к низколегированным морозостойким сталям и сохраняет высокие механические свойства и вязкость при температурах до -70°С. Это исключает хрупкое разрушение элементов опоры при резких перепадах температур и ударных ветровых нагрузках в зимний период. Для северных регионов применение стали 09Г2С для несущих элементов опор является обязательным.

В3: Как рассчитать максимальную допустимую нагрузку на растяжение для круга 26 мм из Ст3?

Расчет ведется по пределу текучести (σ_т). Для Ст3 σ_т = 245 Н/мм² (≈24.5 кгс/мм²). Площадь сечения круга d=26 мм: S = π*(26)²/4 ≈ 530.9 мм².
Допускаемая нагрузка (с запасом прочности, например, коэффициент 1.5): P = σ_т S / 1.5 = 245 530.9 / 1.5 ≈ 86 700 Н или ≈ 8.84 тонн-силы. Это теоретическое значение для идеальных условий; в реальном проекте необходимо учитывать концентраторы напряжений, условия работы, коррозию.

В4: Почему для бронепокрова кабеля используют проволоку из круга, а не сам круг?

Проволока, полученная волочением, обладает значительно более высокими прочностными характеристиками (временное сопротивление на разрыв может превышать 1000 Н/мм²), гибкостью и точностью геометрических размеров. Эти свойства критически важны для наложения бронепокрова на гибкий кабель. Горячекатаный круг 26 мм слишком жесткий, имеет большие допуски и не может быть плотно наложен на кабель в процессе его изготовления. Он служит исходной заготовкой для последующего передела в проволоку требуемого диаметра (обычно 1.5-4 мм).

В5: Каковы главные риски при использовании круга 26 мм без сертификата?

Основные риски носят катастрофический характер для энергообъектов:
1. Несоответствие марки стали: Использование стали Ст0 вместо Ст3 или замена 09Г2С на Ст3 в сейсмически активной или холодной зоне приведет к хрупкому разрушению конструкции при пиковых нагрузках.
2. Заниженное фактическое сечение: Диаметр может быть 24-25 мм вместо 26 мм, что снижает нагрузочную способность на 15-20%, что не учитывается в проекте и ведет к прогрессирующей деформации.
3. Внутренние дефекты: Раковины, неметаллические включения, остаточные напряжения от неправильной прокатки резко снижают усталостную прочность, что критично для элементов, работающих в условиях вибрации (например, опоры ВЛ).

Таким образом, применение сертифицированного материала с полным пакетом документов и проведение входного контроля является не бюрократической процедурой, а базовым требованием технической безопасности.