Стальной круг диаметром 4 мм

Стальной круг диаметром 4 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Стальной круг диаметром 4 мм представляет собой сортовой металлопрокат с круглым поперечным сечением, широко используемый в качестве конструкционного, крепежного и токопроводящего элемента. В контексте электротехнической и кабельной продукции его основное применение связано с изготовлением гибких стальных тросов (ГСТ), бронированных лент, элементов заземления, армирующих и силовых компонентов кабелей, а также в качестве механического сердечника для самонесущих изолированных проводов (СИП).

1. Технологии производства и основные марки стали

Производство стального круга диаметром 4 мм осуществляется преимущественно методом горячей или холодной прокатки. Для электротехнических целей чаще применяется холоднокатаная сталь, обеспечивающая более точные геометрические размеры и высокое качество поверхности. Ключевым требованием является сочетание высокой прочности на разрыв с достаточной пластичностью.

Основные марки стали, используемые для производства круга 4 мм:

• Сталь 1 (Ст1), Сталь 2 (Ст2), Сталь 3 (Ст3) – углеродистые стали обыкновенного качества по ГОСТ 535-2005. Применяются для элементов, не несущих основной электрической нагрузки (армирование, броня, заземление).
• Сталь 20, 25 – качественные конструкционные углеродистые стали по ГОСТ 1050-2013. Обладают лучшим сочетанием прочности и обрабатываемости.
• Канатная сталь (проволока) – высокоуглеродистые стали марок 70, 80, ВР-1 по ГОСТ 7372-2014 или ГОСТ 9389-75. Используется для изготовления оцинкованных проволок в составе гибких стальных тросов (ГСТ). Имеет повышенный предел прочности (σ_в от 1170 до 2160 МПа и выше).
• Оцинкованная стальная проволока – круг, покрытый слоем цинка для защиты от коррозии. Процесс цинкования может быть гальваническим (более тонкий слой) или горячим (толстый, стойкий слой). Регламентируется ГОСТ 3282-74.

2. Ключевые технические параметры и стандарты

Для стального круга 4 мм регламентируется ряд критически важных параметров, определяющих его применимость в электротехнических изделиях.

2.1. Геометрические и весовые характеристики

• Номинальный диаметр: 4.0 мм. Допускаемые отклонения по диаметру зависят от класса точности прокатки (повышенной А, обычной Б) и способа производства (холоднокатаный имеет меньшие допуски).
• Площадь поперечного сечения (S): 12.56 мм² (расчетная по формуле S = πd²/4). Это значение используется для расчетов механической прочности и, в некоторых случаях, электрического сопротивления.
• Масса 1 метра (погонный вес): Теоретическая масса рассчитывается исходя из плотности стали 7850 кг/м³. Для круга 4 мм она составляет приблизительно 0.099 кг/м (99 г/м). Фактическая масса может незначительно отличаться в пределах допусков.
• Длина поставки: Мерная, кратная мерной, немерная в бухтах или прутках. Для проволоки в бухтах – важным параметром является длина в бухте (например, 5000 м).

2.2. Механические свойства

Свойства варьируются в широких пределах в зависимости от марки стали и термообработки.

Марка материала / Изделия	Предел прочности на разрыв, σв (МПа), не менее	Относительное удлинение, δ (%)	Основная область применения в электротехнике
Сталь Ст3 (горячекатаный круг)	370 — 480	25	Элементы заземления, конструкционные детали шкафов, опор.
Канатная проволока марки 1760 МПа (ВР-1)	1760	4 — 6	Сердечник ГСТ для СИП, несущие тросы ОКГТ.
Оцинкованная проволока для тросов (группа С)	1180 — 1470	Не нормируется для готового троса	Скрутка в гибкие стальные тросы (ГСТ).

2.3. Электрические и коррозионные свойства

• Удельное электрическое сопротивление: Для низкоуглеродистой стали (Ст3) составляет примерно 0.13 Ом·мм²/м. Это делает сталь плохим проводником по сравнению с медью (0.0175 Ом·мм²/м) или алюминием (0.028 Ом·мм²/м). Поэтому в качестве токоведущей жилы стальной круг 4 мм используется редко, за исключением специализированных сталеалюминиевых проводов, где он выполняет роль силового сердечника.
• Коррозионная стойкость: Углеродистая сталь подвержена коррозии. Для защиты применяется цинкование (оцинковка). Толщина цинкового покрытия классифицируется по группам: легкая (Л), средняя (С), усиленная (Ж), весьма усиленная (О). Для ответственных воздушных линий (ВЛ) применяются группы С, Ж, О.

3. Применение в электротехнической и кабельной продукции

3.1. Гибкие стальные тросы (ГСТ) и несущие сердечники

Это основная сфера применения проволоки диаметром 4 мм. Из нее скручиваются многопроволочные тросы (например, 1×7, 1×19, 1×37), которые затем используются как:

• Несущий нулевой сердечник в СИП (СИП-1, СИП-2, СИП-4): В СИП-1 и СИП-2 изолированный нулевой несущий провод имеет стальной сердечник, окруженный повивами алюминиевых проволок. Сам сердечник чаще собирается из проволок диаметром 4 мм или близкого к нему.
• Несущие тросы для воздушных линий связи и ОКГТ: Независимый стальной трос, на котором подвешиваются оптические кабели или кабели связи.
• Элементы виброгасителей и арматуры.

3.2. Бронирование кабелей

Проволока диаметром 4 мм может использоваться для создания брони типа Кл (круглопроволочная). Такая броня накладывается поверх защитных покровов силовых кабелей (например, СКл) для защиты от механических повреждений, в том числе от грызунов. Проволоки укладываются параллельно с перекрытием.

3.3. Силовые провода со стальным сердечником

Сталеалюминиевые провода (АС, АСУС) – здесь стальной сердечник, состоящий из нескольких проволок (часто 7 штук), воспринимает основную механическую нагрузку, в то время как внешние повивы из алюминия проводят ток. Проволока 4 мм может входить в состав такого сердечника.

3.4. Устройства заземления и молниезащиты

Оцинкованный стальной круг 4 мм используется в качестве вертикальных и горизонтальных заземлителей, а также для монтажа токоотводов систем молниезащиты. Его преимущество – высокая механическая прочность, позволяющая забивать стержни в грунт.

3.5. Конструктивное и крепежное применение

В электротехнических щитах, коробах, опорных конструкциях для кабельных трасс стальной круг 4 мм служит материалом для изготовления кронштейнов, штанг, элементов каркаса.

4. Требования нормативной документации

Качество и параметры стального круга 4 мм для электротехники регулируются комплексом стандартов:

• ГОСТ 535-2005: Прокат сортовой и фасонный из углеродистой стали обыкновенного качества.
• ГОСТ 7372-2014: Проволока стальная канатная. Технические условия.
• ГОСТ 3282-74: Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения. Технические условия.
• ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 61089:1991): Провода круглые для воздушных линий электропередачи. Общие технические условия.
• ГОСТ 31946-2012 (МЭК 50189:2001): Проволока и провода из алюминиевых сплавов для сердечников самонесущих изолированных проводов.
• Стандарты на конкретную кабельную продукцию: ГОСТ на СИП, ГОСТ на силовые кабели с броней и т.д.

5. Особенности выбора, монтажа и эксплуатации

• Выбор марки стали и покрытия: Определяется условиями эксплуатации. Для агрессивных сред (промзоны, морское побережье) обязательна оцинковка усиленной или весьма усиленной группы. Для несущих тросов ВЛ – канатная сталь с высоким пределом прочности.
• Учет линейного расширения: Коэффициент линейного температурного расширения стали (α ≈ 12·10^-6 1/°C) меньше, чем у алюминия (≈ 23·10^-6 1/°C). Это учитывается при проектировании комбинированных проводов типа АС и СИП для предотвращения чрезмерной стрелы провеса или натяжения.
• Коррозионная усталость: В местах переменных механических нагрузок (вибрация, ветровые колебания) и наличия влаги может развиваться коррозионная усталость, резко снижающая срок службы. Необходимо применение проволоки с защитным покрытием и виброгасителей.
• Гальваническая коррозия: При непосредственном контакте оцинкованной стали с алюминием в присутствии электролита (дождь, конденсат) возникает гальваническая пара. Для предотвращения используются биметаллические гильзы или переходные элементы, а также специальная контактная паста.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Можно ли использовать стальной круг 4 мм из Ст3 в качестве самостоятельного проводника заземления?

Ответ: Да, можно, но с учетом требований ПУЭ (Глава 1.7). Его сопротивление растеканию должно обеспечивать нормированное значение сопротивления всего заземляющего устройства. Из-за относительно высокого удельного сопротивления стали и подверженности коррозии может потребоваться большая длина или применение нескольких электродов, объединенных в контур. Предпочтительнее использовать оцинкованный круг или специализированные стальные оцинкованные полосы/стержни.

Вопрос 2: Чем отличается проволока для ГСТ от обычного горячекатаного круга?

Ответ: Проволока для ГСТ (канатная) изготавливается из высокоуглеродистой стали (марки 70-80) с последующей термообработкой (патентированием) и холодным волочением. Это обеспечивает ей очень высокий предел прочности (свыше 1500 МПа) при умеренной пластичности. Обычный круг из Ст3 имеет прочность 400-500 МПа и высокую пластичность. Они принципиально разные по назначению: первый – для работы на разрыв в тросах, второй – для конструкционных элементов с изгибом.

Вопрос 3: Как рассчитать разрывную нагрузку троса, свитого из проволок диаметром 4 мм?

Ответ: Расчетная разрывная нагрузка всего троса (R_трос) приближенно равна сумме разрывных нагрузок всех проволок в его сечении. Разрывная нагрузка одной проволоки (R_пр) вычисляется как: R_пр = σ_в S, где σ_в – предел прочности проволоки (в Па), S – площадь сечения одной проволоки (в м²). Например, для проволоки d=4 мм (S≈12.56·10^-6 м²) марки 1760 МПа (1.76·10⁹ Па): R_пр ≈ 1.76·10⁹ 12.56·10^-6 ≈ 22100 Н (≈2.25 тс). Для троса 1×7 R_трос ≈ 7

• R_пр ≈ 15.75 тс. Важно: в ГОСТ на тросы указывается минимальное разрывное усилие, которое и является паспортной характеристикой.

Вопрос 4: Почему в СИП используется именно стальной сердечник, а не, например, алюминиевый?

Ответ: Сталь применяется из-за ее высокого модуля упругости (Е ≈ 2·10⁵ МПа против 0.7·10⁵ МПа у алюминия). Это означает, что стальной сердечник под нагрузкой удлиняется значительно меньше, чем алюминиевый. Он обеспечивает низкую стрелу провеса и высокую механическую прочность провода при ветровых и гололедных нагрузках, выполняя несущую функцию. Алюминиевый сердечник не обеспечил бы требуемой жесткости.

Вопрос 5: Как маркируется оцинкованная проволока диаметром 4 мм?

Ответ: Согласно ГОСТ 3282-74, маркировка включает: диаметр (4,0 мм), группу покрытия (Л, С, Ж, О), марку стали (например, Ст1кп), класс прочности (для некоторых типов), обозначение стандарта. Пример: «Проволока 4,0 С-ОЖ Ст1кп ГОСТ 3282-74» – проволока диаметром 4 мм со средним по толщине покрытием, особо высокой прочности, из стали Ст1кп.

Вопрос 6: Каков срок службы оцинкованного стального троса из проволоки 4 мм на воздушной линии?

Ответ: Срок службы зависит от группы цинкования и агрессивности среды. При правильном проектировании (учет ветровых/гололедных нагрузок) и применении проволоки с усиленным (Ж) или весьма усиленным (О) цинкованием в атмосфере типов C2-C3 (сельская, городская) срок службы может достигать 40 лет и более. В промышленных или приморских зонах (C4, C5) он сокращается, требуется регулярный мониторинг состояния.