Стальной круг диаметром 80 мм
Стальной круг диаметром 80 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнике и энергетике
Стальной круг диаметром 80 мм является крупномерным металлопрокатом, который находит широкое применение в качестве конструкционного элемента, заготовки для механической обработки и, что критически важно для энергетики, в качестве материала для изготовления токопроводящих шин, заземляющих электродов, элементов опорных конструкций и деталей силового оборудования. Его использование регламентируется рядом ГОСТов и технических условий, определяющих химический состав, механические свойства и допустимые отклонения по размерам.
Нормативная база и сортамент
Производство стального круга диаметром 80 мм в России осуществляется в соответствии с ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент». Данный стандарт устанавливает ключевые параметры:
- Номинальный диаметр: 80 мм.
- Предельные отклонения по диаметру: Для класса точности обычной (В) ±1,5 мм; повышенной (Б) ±1,1 мм; высокой (А) ±0,8 мм. Для ответственных конструкций в энергетике, как правило, применяется прокат класса точности Б или А.
- Кривизна (стрелка прогиба): Не должна превышать 0,5% от длины прутка (для длины 1 м – не более 5 мм).
- Марки стали: Круг 80 мм может изготавливаться из углеродистых (обыкновенного качества – Ст3, качественных – сталь 20, 35, 45) и легированных сталей (40Х, 30ХГСА и др.), а также из специальных марок для электротехнических целей.
- Механическую прочность при заглублении ударным методом.
- Длительный срок службы за счет значительного запаса металла до полной коррозии.
- Стабильное переходное сопротивление с грунтом на большой глубине, где влажность почвы более постоянна.
- Силовых валов и осей: В механизмах поворота трансформаторов, в приводах силовых выключателей и разъединителей.
- Опорных и крепежных элементов: Шпильки фундаментов под тяжелое оборудование (турбогенераторы, мощные силовые трансформаторы), стойки для монтажа шинных мостов на ОРУ.
- Заготовок для фрезерования и токарной обработки: Из него производят фланцы, маховики, диски, крупные болты и гайки для ремонта и монтажа энергооборудования.
- Значительно более высокое удельное электрическое сопротивление (в 6-8 раз выше, чем у меди).
- Магнитные свойства, приводящие к дополнительным потерям в переменном поле.
- Склонность к окислению контактных поверхностей, требующая применения специальных смазок или покрытий.
- Площадь поперечного сечения (S): S = π d² / 4 = 3.14159 (80 мм)² / 4 ≈ 5026.55 мм² или 50.27 см².
- Теоретическая масса 1 метра погонного (m): m = S
- ρ, где ρ – плотность стали (7850 кг/м³).
- 7850 кг/м³ ≈ 39.46 кг/м.
- Визуальный осмотр на отсутствие трещин, плён, закатов, раковин.
- Проверку геометрических размеров (диаметр, кривизна) штангенциркулем и поверочной линейкой.
- Запрос и проверку сертификата качества от производителя, где указаны: марка стали, химический состав, результаты механических испытаний (временное сопротивление σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ, ударная вязкость KCU), номер плавки.
- При необходимости – проведение ультразвукового контроля (УЗК) для выявления внутренних дефектов в ответственных деталях.
- L)), где ΔT – перегрев, S – сечение, Pт – теплоотдача с поверхности, ρ – удельное сопротивление, L – длина. Однако для ответственных решений необходимо руководствоваться специализированными справочниками (например, «Справочник по проектированию кабельных линий и токопроводов» под ред. И.И. Кучерова) или проводить тепловое моделирование. Для сравнения: допустимый ток для медной шины эквивалентного сечения (≈5000 мм²) составляет несколько килоампер, для стальной – в разы меньше при том же нагреве.
- Стальной уголок (75х75х6, 80х80х7): Более распространен, имеет большую поверхность при меньшем расходе металла, легче забивается.
- Труба стальная диаметром 50-80 мм: При равном диаметре имеет меньшую материалоемкость, но может деформироваться при забивке в твердый грунт.
- Полосовая сталь 40х4 или 50х5: Используется для горизонтальных заземлителей и соединения вертикальных.
- Специализированные стержневые заземлители из стали с медным покрытием (например, ZANDZ): Дороже, но обеспечивают долгий срок службы и простой монтаж за счет соединения муфтами.
- Торцевание соединяемых поверхностей для обеспечения равномерного зазора.
- Прихватка, а затем выполнение кругового шва ручной дуговой сваркой (РДС) электродами с качественным покрытием (например, УОНИ 13/55, АНО-4) или автоматической сваркой под флюсом.
- Длина нахлеста при сварке встык не требуется, но необходимо обеспечить усиление шва (высоту валика) не менее 2-3 мм.
- После остывания место сварки необходимо очистить от шлака и покрыть антикоррозионным составом (битумный лак, эпоксидное покрытие), так как структура металла в зоне термического влияния более подвержена коррозии.
Основные марки стали и их применение в энергетике
Выбор марки стали для круга 80 мм определяется эксплуатационной задачей.
| Марка стали | Класс/Группа | Ключевые свойства | Типовое применение в энергетике и электротехнике |
|---|---|---|---|
| Ст3сп/пс5 | Углеродистая обыкновенного качества | Хорошая свариваемость, достаточная прочность (σв ≥ 370-480 МПа) | Неответственные элементы металлоконструкций, подкладки, кронштейны, элементы ограждений, заземляющие проводники (при условии защиты от коррозии). |
| Сталь 09Г2С | Низколегированная конструкционная | Повышенная прочность (σв ≥ 490 МПа), хорошая стойкость к динамическим нагрузкам и пониженным температурам | Элементы опор ЛЭП, ответственные силовые конструкции подстанций, рамы для мощных трансформаторов и генераторов. |
| Сталь 20 | Углеродистая качественная конструкционная | Хорошая обрабатываемость резанием, поверхностная твердость после цементации | Валы, оси, шпиндели, втулки, пальцы в механизмах коммутационной аппаратуры, приводов выключателей. |
| Сталь 45 | Углеродистая качественная конструкционная | Повышенная прочность и твердость после термообработки (σв ≥ 600 МПа) | Нагруженные детали механизмов: кулачки, штоки, валы, шкивы в энергетическом оборудовании. |
| Медь М1, М2, М3 | Электротехническая (не сталь) | Высокая электропроводность (не менее 57 См*м/мм²) | Токопроводящие шины, сборные шины распределительных устройств, контактные элементы. Важно: Медный круг 80 мм – это отдельный вид продукции (ГОСТ 859-2001), используемый именно как проводник. |
Использование в качестве материала для заземляющих устройств
Стальной круг 80 мм, часто из стали с цинковым покрытием или в виде черного металла (с учетом повышенного расхода на коррозию), применяется для вертикальных заземлителей в сложных грунтах (каменистых, мерзлых), где забивка стандартного уголка или полосы затруднена. Его большое поперечное сечение (≈50.24 см²) обеспечивает:
Расчет необходимой длины и количества таких заземлителей выполняется согласно ПУЭ (Глава 1.7) и РД 34.21.122-87, исходя из удельного сопротивления грунта и требуемого сопротивления заземляющего устройства.
Применение в силовых конструкциях и для изготовления деталей
Благодаря высокой прочности на изгиб и кручение, круг 80 мм служит основой для изготовления:
Электропроводящее применение: шины и токопроводы
Хотя медь и алюминий являются основными материалами для шин, стальной круг 80 мм может использоваться в качестве шины в цепях постоянного тока (например, в гальванических производствах, на тяговых подстанциях) или в качестве комбинированной шины (сталь-алюминий), где стальной сердечник воспринимает механические нагрузки, а алюминиевая оболочка проводит ток. Для чисто стальных шин необходимо учитывать:
Расчет массы и геометрических параметров
Для логистики, проектирования и монтажа критически важны точные расчеты массы и площади сечения.
m = 0.00502655 м²
Фактическая масса может незначительно отличаться в зависимости от допусков и марки стали. Для упрощения расчетов используют справочные таблицы.
| Диаметр, мм | Площадь сечения, см² | Масса 1 м, кг (ρ=7.85 г/см³) | Длина в 1 тонне, м (приблизительно) |
|---|---|---|---|
| 80 | 50.27 | 39.46 | 25.34 |
Требования к качеству, приемка и хранение
При поставках для энергетических объектов круг 80 мм подвергается входному контролю, включающему:
Хранение должно осуществляться в крытых складах или под навесом, с укладкой на деревянные подкладки для предотвращения контакта с грунтом и коррозии.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается стальной круг 80 мм от катанки или арматуры такого же диаметра?
Катанка (диаметры обычно до 10 мм) – это горячекатаная проволока, поставляемая в бухтах, используемая для дальнейшего волочения или как арматура в строительстве. Арматура (А240-А1000) имеет периодический профиль для лучшего сцепления с бетоном и регламентированные прочностные свойства на растяжение. Круг 80 мм – это гладкий горячекатаный прокат, используемый как конструкционный элемент или заготовка, его прочностные характеристики определяются маркой стали, а не классом, как у арматуры.
Можно ли использовать стальной круг 80 мм в качестве главной заземляющей шины (ГЗШ) внутри РУ?
Технически возможно, но не оптимально. Согласно ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.54-2013, ГЗШ должна иметь минимальное сечение, обычно не менее сечения PE/PEN проводника питающей линии. Для медных шин минимальное сечение 10 мм², для стальных – 80 мм². Круг 80 мм (S=5027 мм²) значительно превышает это требование. Однако его использование неудобно из-за сложности подключения большого количества проводников, необходимости сверления отверстий и обеспечения качественного контакта на цилиндрической поверхности. Предпочтительнее использовать плоскую стальную или медную шину прямоугольного сечения.
Как рассчитать допустимый ток нагрузки для стального круга 80 мм, используемого в качестве шины?
Расчет носит оценочный характер из-за неэффективности стали как проводника. Основным лимитирующим фактором является нагрев. Упрощенно можно использовать формулу, связывающую ток, сопротивление и допустимый перегрев: I = √(ΔT S Pт / (ρ
Какие существуют альтернативы стальному кругу 80 мм для вертикальных заземлителей?
Основные альтернативы:
Выбор зависит от коррозионной агрессивности грунта, требуемого срока службы и бюджета проекта.
Как правильно организовать сварное соединение двух прутков круга 80 мм для наращивания длины заземлителя?
Соединение должно быть выполнено с полным проплавлением по сечению. Рекомендуется:
Категорически запрещено соединение простой обвязкой проволокой без сварки.