Стальной круг диаметром 85 мм

Стальной круг диаметром 85 мм: технические характеристики, стандарты и применение в электротехнической и кабельной промышленности

Стальной круг диаметром 85 мм является одним из ключевых видов металлопроката, широко используемым в качестве конструкционного элемента, заготовки для дальнейшей механической обработки и, что особенно важно для энергетической отрасли, в качестве материала для изготовления токопроводящих жил и армирующих элементов силовых кабелей. Данный сортамент относится к крупному кругу и регламентируется рядом государственных и международных стандартов, определяющих его химический состав, механические свойства, допуски по размерам и условия поставки.

Нормативная база и стандарты

Производство стального круга диаметром 85 мм осуществляется в соответствии с несколькими основными стандартами, выбор которых зависит от конечного назначения продукции.

• ГОСТ 2590-2006 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент»: Основной документ, устанавливающий сортамент, предельные отклонения по диаметру, кривизне и другим геометрическим параметрам. Для круга 85 мм норма точности прокатки (класс Б) допускает отклонение по диаметру ±1,7 мм.
• ГОСТ 1050-2013 «Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали»: Регламентирует марки стали (например, Ст20, Ст35, Ст45), их химический состав и механические свойства (предел прочности, текучести, относительное удлинение).
• ГОСТ 14959-2016 «Прокат из рессорно-пружинной стали»: Применяется, если круг предназначен для изготовления пружин или других упругих элементов.
• ГОСТ 7417-75 «Калиброванный прокат. Сортамент»: Определяет требования к калиброванному кругу с повышенной точностью размеров и качеством поверхности.
• Стандарты на канальную сталь (арматуру): Для изготовления токопроводящих жил кабеля круг 85 мм изготавливается из низкоуглеродистой стали марок типа Ст1кп по ГОСТ 380-2005 или аналогичных, с обязательным оцинкованием для защиты от коррозии.

Основные технические параметры

Для стального круга диаметром 85 мм можно рассчитать ряд ключевых физических и геометрических характеристик, критически важных для проектирования и монтажа.

Таблица 1. Расчетные геометрические и физические параметры круга Ø85 мм

Параметр	Формула расчета	Значение для Ø85 мм	Примечание
Площадь поперечного сечения	S = πd²/4	≈ 5674.5 мм² (56.75 см²)	Ключевой параметр для расчета механической нагрузки и проводимости.
Масса 1 погонного метра	m = (πd²/4) ρ, где ρ=7850 кг/м³	≈ 44.55 кг/м	Важно для логистики, расчета нагрузок на опоры и фундаменты.
Момент инерции	J = πd⁴/64	≈ 2.56 10⁻⁶ м⁴	Определяет сопротивление изгибу.
Момент сопротивления изгибу	W = πd³/32	≈ 60.3 10⁻⁶ м³	Используется в расчетах на прочность.

Марки стали и их применение в энергетике

Выбор марки стали для круга 85 мм напрямую зависит от эксплуатационных требований.

• Углеродистые качественные стали (ГОСТ 1050):
  • Ст20, Ст3: Невысокая прочность, хорошая свариваемость. Применяются для неответственных конструкций, опор, кронштейнов, заземляющих устройств.
  • Ст35, Ст45: Повышенная прочность. Используются для изготовления валов, осей, деталей механизмов электротехнического оборудования, где требуются средние нагрузки.
• Легированные и конструкционные стали: Марки типа 40Х, 30ХГСА применяются для высоконагруженных элементов подстанционного оборудования, деталей разъединителей, из-за высокой прочности и износостойкости.
• Оцинкованная низкоуглеродистая сталь (канальная): Является основным материалом для сердечников (арматуры) силовых кабелей на среднее и высокое напряжение. Круг 85 мм может служить заготовкой для волочения проволоки или использоваться в составе многопроволочного сердечника большого сечения. Цинковое покрытие обеспечивает надежную защиту от электрохимической коррозии в грунте и при контакте с агрессивными средами.

Применение в кабельной и электротехнической продукции

В контексте энергетики стальной круг 85 мм находит два основных, но принципиально разных применения.

1. Армирующий элемент (сердечник) силовых кабелей

В кабелях на напряжение 110 кВ и выше, особенно с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) или маслонаполненных, стальной сердечник является обязательным элементом конструкции. Его функции:

• Восприятие механических нагрузок: Сопротивление растягивающим усилиям при прокладке в траншеях, по эстакадам, особенно на больших пролетах.
• Обеспечение механической стабильности: Предотвращение деформации и сдвига токопроводящих жил относительно изоляции и оболочки.
• Защита от грызунов: Сердечник из стальных проволок, полученных из круга 85 мм, является серьезным препятствием для повреждения кабеля.

В данном случае используется не цельный круг, а множество проволок, свитых вокруг центрального элемента. Исходным материалом для их производства как раз и служит оцинкованный стальной круг соответствующего диаметра, который последовательно волочится до нужного диаметра проволоки (часто 2.0-4.0 мм).

2. Конструкционный материал для электротехнических сооружений и оборудования

• Изготовление токопроводящих шин и элементов заземления: Для сборных шин распределительных устройств (РУ) подстанций, требующих высокой механической прочности.
• Производство деталей силовых трансформаторов: Шпильки, стяжки, элементы каркаса.
• Элементы опорных конструкций: Части кронштейнов для крепления изоляторов, траверс, элементов гибких токопроводов (шинопроводов).
• Заготовка для производства крепежа: Шпильки, болты большого диаметра для ответственных соединений в энергооборудовании.

Требования к качеству и контроль

Поставка стального круга 85 мм для ответственных объектов энергетики сопровождается строгим входным контролем, который включает:

• Проверка геометрических параметров: Контроль диаметра в нескольких сечениях микрометром, оценка овальности и кривизны.
• Визуальный и измерительный контроль поверхности: Отсутствие трещин, закатов, плён, ржавчины (допускается окалина в пределах норм ГОСТ). Для оцинкованного круга – проверка целостности и толщины покрытия.
• Проверка сертификатов и маркировки: Соответствие марки стали, механических свойств, номера плавки заявленным в сопроводительной документации.
• Испытания на растяжение и ударную вязкость: Выборочные испытания образцов для подтверждения класса прочности.
• Химический анализ: Спектральный анализ для подтверждения марки стали.

Логистика, хранение и обработка

Из-за значительной погонной массы (около 44.5 кг/м) работа со стальным кругом 85 мм требует применения грузоподъемной техники. Стандартная длина мерной и немерной прокатки – 6-12 метров. Хранение должно осуществляться в штабелях на ровных прокладках, исключающих прогиб и деформацию. Для предотвращения коррозии рекомендуется хранение под навесом или в закрытом складе. Обработка (резка, сверление, сварка) производится по технологиям, соответствующим марке стали, с учетом риска отпуска (снижения твердости) для термически упрочненных марок.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается горячекатаный круг 85 мм от калиброванного?

Горячекатаный круг имеет более широкие допуски на размер (±1.7 мм для класса Б), окалину на поверхности и используется для общих конструкционных целей. Калиброванный круг (Ø85h11) проходит дополнительную обработку холодным волочением или точной резкой, имеет существенно меньшие допуски (до ±0.22 мм), повышенную чистоту поверхности и точность геометрии. Он применяется для изготовления деталей без дополнительной механической обработки или с минимальной обработкой.

Какой марки сталь нужна для заземляющего устройства?

Для элементов заземления (заземлителей, полос) согласно ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.54-2013 рекомендуется использовать круглую сталь (круг) с цинковым или медным покрытием. Марка стали – низкоуглеродистая, например, Ст3кп. Диаметр 85 мм является чрезмерно большим для вертикальных заземлителей, но может быть использован для основных заземляющих шин на крупных подстанциях или в качестве горизонтальных заземлителей в грунтах с высоким удельным сопротивлением.

Можно ли использовать стальной круг 85 мм в качестве токопроводящей шины?

Да, можно, но с важными оговорками. Его электрическая проводимость значительно ниже, чем у меди или алюминия. Плотность тока для стальных шин принимается существенно меньшей (порядка 0.5-2 А/мм² против 10-15 А/мм² для алюминия). Поэтому его применение в качестве основной токоведущей части оправдано только в случаях, где критически важна механическая прочность, а токи невелики (например, сборные шины собственных нужд подстанции). Основное применение – нулевые рабочие (PEN) проводники или элементы заземления, где требуется совмещение механической и токовой функции.

Как рассчитывается вес партии стального круга диаметром 85 мм?

Вес партии (M) в килограммах рассчитывается по формуле: M = L m, где L – общая длина погонных метров в партии, m – масса одного погонного метра (≈44.55 кг/м). Например, для 50 метров: M = 50 м 44.55 кг/м = 2227.5 кг. Необходимо учитывать допустимые отклонения по массе, оговоренные в ГОСТ 2590-2006.

Какие существуют альтернативы цельному стальному кругу 85 мм для армирования кабелей?

Альтернативой является использование многопроволочных сердечников, свитых из отдельных стальных проволок меньшего диаметра (например, 19 проволок диаметром ~4.5 мм). Такой сердечник обладает большей гибкостью по сравнению с монолитным прутком. В некоторых современных кабельных конструкциях применяются композитные армирующие элементы на основе стеклопластиковых или арамидных нитей, которые обладают высокой прочностью при малом весе и являются диэлектриками, что снижает потери на вихревые токи.

Каковы основные риски при использовании некондиционного стального круга в энергостроительстве?

Использование круга, не соответствующего стандартам, может привести к:

• Механическому разрушению: Обрыв кабельного сердечника при прокладке или эксплуатации, деформация опорных конструкций.
• Коррозионному повреждению: Ускоренное ржавление неоцинкованной или некачественно оцинкованной стали в грунте или агрессивной среде, ведущее к потере прочности и проводимости.
• Несоответствию проектной нагрузке: Круг из непредусмотренной марки стали может не выдержать расчетных механических нагрузок (ветровых, ледовых, тяжения).
• Проблемам при сварке и монтаже: Несоответствие химического состава может привести к образованию трещин в сварных швах.