Стальной круг диаметром 28 мм
Стальной круг диаметром 28 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике
Стальной круг диаметром 28 мм является одним из ключевых видов металлопроката, широко применяемым в электротехнической и энергетической отраслях. Его основное назначение в данном контексте — использование в качестве заземляющих электродов, элементов молниезащиты, несущих конструкций для электрооборудования, опорных и силовых элементов. Данный диаметр выбран как оптимальный, сочетающий достаточную механическую прочность, коррозионную стойкость (при соответствующей обработке) и удобство монтажа.
1. Технология производства и нормативная база
Стальной круг 28 мм изготавливается преимущественно методом горячей прокатки на сортовых станах. Исходным материалом служат стальные заготовки (блюмы), которые при температуре около 1100–1200°C проходят через систему валков, формирующих круглое сечение. Для специальных применений может использоваться калиброванный (холоднодеформированный) круг, обладающий повышенной точностью размеров и прочностью.
Основные стандарты, регламентирующие производство и поставку:
- ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Определяет точные предельные отклонения по диаметру, кривизне, овальности для класса точности В (обычной) и Б (повышенной). Для диаметра 28 мм предельное отклонение по классу Б составляет ±0.3 мм.
- ГОСТ 535-2005 «Прокат сортовой и фасонный из углеродистой стали обыкновенного качества». Устанавливает марки стали (Ст0, Ст3пс/сп, Ст5пс/сп и др.), их химический состав и механические свойства.
- СТО 36554501-002-2006 «Сталь арматурная коррозионностойкая для железобетонных конструкций» (для круга из нержавеющих сталей).
- Стандарты на оцинкованный прокат: ГОСТ 9.307-89 (горячее цинкование), ГОСТ Р 52246-2004 (для проволоки, но часто применяется к пруткам).
- d⁴ / 64
- Вертикальный заземлитель: Пруток длиной 2.5–3 метра, забиваемый в грунт. Диаметр 28 мм обеспечивает необходимую механическую жесткость для забивки даже в плотные грунты без существенного повреждения. Для оцинкованного круга минимальный диаметр по ПУЭ составляет 12 мм, а 28 мм дает значительный запас по сечению и сроку службы.
- Горизонтальный заземлитель (полоса): Круг может использоваться в качестве горизонтального элемента, соединяющего вертикальные электроды. Однако чаще для этой цели применяют стальную полосу 40х4 мм, имеющую большую площадь контакта с грунтом при аналогичном расходе металла.
- Молниеприемник и токоотвод: Круг 28 мм, особенно оцинкованный, является стандартным выбором для стержневых молниеприемников и токоотводов. Его сечение гарантированно выдерживает тепловые и динамические нагрузки при прохождении импульсного тока молнии (до 200 кА).
- Несущих колонн и стоек для навесного оборудования умеренного веса (кабельные конструкции, осветительные мачты, кронштейны).
- Силовых элементов каркасов распределительных устройств, трансформаторных подстанций (блочных и комплектных).
- Шпилек, тяг и валов в механизмах коммутационной аппаратуры (разъединители, приводы).
- Армирующих элементов в железобетонных фундаментах под силовые трансформаторы, порталы ОРУ.
- Сварка: Основной метод соединения заземляющих проводников и несущих конструкций. Для сталей Ст3 и 09Г2С применяется ручная дуговая сварка (ММА) электродами типа Э42, Э46, Э50. Для нержавеющих сталей – сварка в среде аргона (TIG) соответствующими присадочными материалами. Сварной шов должен обеспечивать электрическую непрерывность и механическую прочность. Длина нахлеста при соединении прутков должна быть не менее шести диаметров (168 мм для круга 28 мм), шов накладывается с двух сторон.
- Болтовые соединения: Применяются для разъемных конструкций. В месте контакта необходимо обеспечить низкое переходное сопротивление – для этого поверхности зачищаются, а иногда покрываются токопроводящей пастой. Используются оцинкованные метизы класса прочности не ниже 5.8.
- Антикоррозионная защита: Места сварки и повреждения заводского покрытия (оцинковки) должны быть тщательно обработаны. Применяются цинк-наполненные грунты и краски, битумные или полимерные мастики. Для подземной части заземлителей иногда используют электрохимическую защиту.
2. Марки стали и их выбор для электротехнических задач
Выбор марки стали для круга 28 мм напрямую зависит от условий эксплуатации и функционального назначения.
| Марка стали | Класс/Группа | Ключевые характеристики | Типовое применение в энергетике |
|---|---|---|---|
| Ст3пс/сп | Углеродистая обыкновенного качества | Хорошая свариваемость, удовлетворительная стойкость к атмосферной коррозии, низкая стоимость. | Неответственные конструкции, временные опоры, элементы каркасов щитовых, где нет прямого контакта с агрессивной средой. |
| 09Г2С | Низколегированная конструкционная | Повышенная прочность (до 490 МПа), хорошая стойкость к низким температурам, свариваемость. | Несущие конструкции открытых распределительных устройств (ОРУ), опоры для оборудования, работающие при значительных ветровых и механических нагрузках. |
| Ст20 | Углеродистая качественная конструкционная | Повышенная прочность и износостойкость по сравнению со Ст3. | Валы, оси, шпильки в механизмах электротехнического оборудования. |
| 12Х18Н10Т (AISI 321) | Коррозионностойкая (нержавеющая) аустенитного класса | Высокая стойкость к электрохимической и атмосферной коррозии, окалиностойкость. | Заземляющие электроды в высокоагрессивных грунтах (засоленных, кислых), элементы в непосредственном контакте с химически активными веществами на подстанциях. |
| Сталь с цинковым покрытием (Ц) | Оцинкованная | Катодная защита от коррозии, срок службы покрытия 25-50 лет в зависимости от толщины слоя (обычно 40-120 мкм). | Наиболее распространенный вариант для заземления и молниезащиты. Заземлители горизонтальные и вертикальные, молниеприемники, токоотводы. |
3. Расчетные параметры и технические характеристики
Для проектирования и монтажа критически важны точные геометрические и физические параметры изделия.
| Параметр | Значение | Примечание / Формула расчета |
|---|---|---|
| Площадь поперечного сечения (S) | 6.158 см² | S = π d² / 4 = 3.1416 (2.8 см)² / 4 |
| Масса 1 погонного метра (теоретическая) | 4.83 кг | m = S ρ, где ρ (плотность стали) = 7850 кг/м³. m = 0.0006158 м² 7850 кг/м³ = 4.83 кг/м. |
| Момент сопротивления (Wx) | 2.155 см³ | Wx = π d³ / 32 ≈ 0.1 d³ |
| Момент инерции (Jx) | 3.017 см⁴ | Jx = π |
| Радиус инерции (i) | 0.7 см | i = √(J / S) = d / 4 |
4. Применение в системах заземления и молниезащиты
Это основная сфера использования круга 28 мм в энергетике. Он соответствует требованиям ПУЭ (Правила устройства электроустановок), РД 34.21.122-87 (Инструкция по устройству молниезащиты) и СО 153-34.21.122-2003.
Расчет сопротивления заземления для одиночного вертикального заземлителя из круга 28 мм длиной 3 м в однородном грунте производится по формуле: R = (ρ / (2πL)) ln(4L/d), где ρ – удельное сопротивление грунта (Омм), L – длина электрода (м), d – диаметр (м). Например, при ρ=100 Ом*м, R ≈ 31 Ом. Для достижения требуемого низкого сопротивления (обычно 0.5-10 Ом) устанавливается контур из нескольких таких электродов, объединенных горизонтальной полосой.
5. Применение в качестве конструкционного элемента
В электротехническом строительстве и монтаже круг 28 мм служит материалом для:
При использовании в качестве несущего элемента обязателен расчет на прочность и устойчивость, учитывающий нагрузку от собственного веса, оборудования, ветра и гололеда.
6. Требования к монтажу и соединениям
Надежность всей конструкции зависит от качества соединений.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1: Почему для заземления часто выбирают именно диаметр 28 мм, а не 20 или 32 мм?
Диаметр 28 мм является оптимальным по соотношению «стоимость-механика-монтаж». Круг 20 мм может деформироваться при забивке в каменистый грунт, а круг 32 мм существенно тяжелее и дороже, при этом не давая пропорционального снижения сопротивления заземления (сопротивление зависит от длины и диаметра логарифмически, а не линейно). 28 мм обеспечивает надежное забивание стандартной вибромолотной техникой без риска значительного повреждения торца.
В2: Какой срок службы у заземлителя из оцинкованного круга 28 мм?
Срок службы определяется скоростью коррозии цинкового покрытия и стали в конкретном грунте. При средней толщине цинкового слоя 85-100 мкм (покрытие по ГОСТ 9.307-89) в грунтах со средним удельным сопротивлением (до 100 Ом*м) и нейтральной pH, срок службы до первого капитального ремонта составляет 25-40 лет. В более агрессивных грунтах (кислых, засоленных, с блуждающими токами) срок может сократиться до 10-15 лет.
В3: Можно ли использовать круг 28 мм из черной стали (Ст3) без покрытия для постоянного заземления?
ПУЭ (п. 1.7.111) прямо запрещает использование для заземлителей в грунте черных сталей без антикоррозионного покрытия. Скорость коррозии незащищенной стали в грунте может достигать 0.2-0.8 мм/год, что приведет к критическому уменьшению сечения и разрушению электрода за 5-10 лет, нарушив безопасность электроустановки. Использование незащищенного круга допустимо только внутри зданий в сухих неагрессивных средах или в качестве временной меры.
В4: Как рассчитать необходимое количество прутков 28 мм для контура заземления подстанции 10/0.4 кВ?
Расчет ведется в следующем порядке: 1) Определяется требуемое сопротивление заземляющего устройства (Rнорм) по ПУЭ (обычно 4 или 10 Ом). 2) Измеряется или принимается по справочнику удельное сопротивление грунта (ρ). 3) Рассчитывается сопротивление одного вертикального электрода (R1) по формуле, приведенной в разделе 4. 4) Ориентировочное количество электродов (n) без учета взаимного экранирования: n = R1 / Rнорм. 5) Вводится коэффициент использования вертикальных электродов (η, всегда <1, зависит от схемы расположения и расстояния между электродами). 6) Уточненное количество: N = R1 / (Rнорм η). Для типовой подстанции с ρ=100 Омм может потребоваться 6-10 электродов длиной 3 м, расположенных по периметру и соединенных горизонтальной полосой.
В5: Каковы требования к контролю качества круга 28 мм при приемке на объекте?
Приемка включает: 1) Визуальный осмотр на отсутствие трещин, расслоений, раковин. Для оцинкованного изделия – проверка сплошности покрытия (без наплывов, непокрытых участков). 2) Выборочный контроль диаметра штангенциркулем в нескольких сечениях по длине прутка. 3) Проверка сопроводительной документации (сертификат или паспорт качества) на соответствие марки стали, механических свойств, стандарту. 4) Для ответственных конструкций – возможна ультразвуковая дефектоскопия или испытания образцов на растяжение в аккредитованной лаборатории.
В6: Чем отличается применение круга 28 мм от арматуры А-III диаметром 28 мм?
Арматура А-III (А400) имеет периодический профиль (ребра) для лучшего сцепления с бетоном. Ее использование в качестве заземлителя нежелательно по нескольким причинам: ребра создают неравномерное распределение плотности тока в грунте, затрудняют забивку, а толщина цинкового покрытия на ребрах при оцинковке неравномерна, что ускоряет коррозию в этих точках. Гладкий круг обеспечивает предсказуемое и стабильное растекание тока. Арматуру можно использовать только в качестве естественного заземлителя железобетонных фундаментов, но не в качестве искусственного электрода, специально закладываемого в грунт.
Заключение
Стальной круг диаметром 28 мм представляет собой универсальный, стандартизированный и технологичный материал, играющий критически важную роль в обеспечении электробезопасности и надежности энергетических объектов. Его применение в системах заземления и молниезащиты, а также в качестве конструкционного элемента, требует от специалистов глубокого понимания свойств материала, норм проектирования и правил монтажа. Правильный выбор марки стали, типа покрытия и соблюдение технологий соединения напрямую влияют на долговечность и бесперебойную работу всего энергетического комплекса. Использование качественного проката, соответствующего требованиям ГОСТ, в сочетании с профессиональным расчетом и монтажом, является базовым условием для создания безопасных и устойчивых электроустановок любого класса напряжения.