Композиционные электросетевые конструкции для энергоснабжения

В. П. Горелов, С. В. Горелов, 
В. С. Горелов, Е. А. Григорьев 

КОМПОЗИЦИОННЫЕ 
ЭЛЕКТРОСЕТЕВЫЕ 
КОНСТРУКЦИИ 
ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Монография 

Под редакцией доктора технических наук  
профессора В. П. Горелова 

Пятое издание, стереотипное 

Москва 
Берлин 

2019 

УДК 621.315 
ББК 31.279 
 Г67 

Рецензенты: 
Нейман В. Ю., д-р техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО 
«Новосибирский государственный технический университет», 
заведующий кафедрой «Теоретические основы электротехники. 
Овсянников А. Г., д-р техн. наук, профессор, первый замдиректора 
Филиала ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС» НПСБ. 
Лизалек Н. Н., д-р техн. наук, профессор, главный сотрудник 
ЗАО «Институт автоматики энергетических систем». 

Горелов, В. П. 
Г67 
 
Композиционные 
электросетевые 
конструкции 
для энергоснабжения: монография / В. П. Горелов, 
С. В. Горелов, В. С. Горелов, Е. А Григорьев ; под ред. 
В. П. Горелова.  – 5-е изд. стер. – М. ; Берлин : ДиректМедиа, 2019. – 443 с. 

ISBN 978-5-4499-0359-4 

В монографии рассмотрены вопросы производства ряда конструкционных материалов, выполняющих несущие и электротехнические функции. Излагаются основы строения и физики явлений, 
происходящих в композиционных материалах, резисторах и электронагревателях на их основе. Приводится классификация их электрофизических, теплофизических и физико-механических параметров. 
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области производства и эксплуатации резисторов, электронагревателей и других электросетевых 
конструкций, для аспирантов, докторантов и преподавателей ВУЗов, 
а также слушателей курсов системы повышения квалификации и 
подготовки кадров. 
Она представляет интерес как для студентов электротехнических 
специальностей при изучении курсов «Технология конструкционных 
материалов», «Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства», «Перенапряжения и молниезащита», 
«Электротехника с основами электроники», так и для студентов неэлектротехнических специальностей». 
Текст приводится в авторской редакции 

УДК 621.315 
ББК 31.279 

ISBN 978-5-4499-0359-4     © Коллектив авторов, текст, 2019 

© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019

Посвящается 65-летию (1951–
2016 г.г.)  Сибирского государственного 
университета  
водного транспорта  

От  авторов 

Проведённые с начала 80-х годов XX века исследования позволили 

расширить диапазон используемых материалов, оптимизировать техноло
гию получения сложных гетерогенных систем, изучить влияние различ
ных факторов на параметры, например, резисторов и электронагревате
лей, совершенствовать методы расчёта их конструкций. Результаты ис
следований не получили широкого освещения в периодической печати, 

что затрудняло разработчикам эксплуатационникам использовать их в 

своей работе. Авторы обобщили обширный теоретический и эксперимен
тальный материал по вопросам конструирования, технологии изготовле
ния и областей применения резисторов и электронагревателей из рези
стивных композиционных материалов. В книге приводится информация 

как по отечественным так и по зарубежным исследованиям. 

Монография является переработанным и дополненным изданием 

книг авторов [73,98,150,238,248]. Расширенно содержание вопросов элек
тротеплоснабжения, электромагнитной совместимости и энергосбере
гающим технологиям, с применением системных методов к разработке 

новых средств преобразования электрической энергии в тепловую и учи
тывающим социальные и экологические аспекты. 

3

В качестве главного методологического принципа книги принят 

системный анализ. Например, технологический процесс изготовления 

изделий из резистивных композиционных материалов является большой 

системой, содержащей десятки элементов и характеризуются наличием 

очень большого числа разнообразных связей между ними, не позволяю
щим изучение этих связей поэлементно. Общим направлением задач, ре
шаемых в пределах изучаемой системы, является обеспечение заданного 

качества изделий при минимальных затратах. 

Большая признательность рецензентам: доктору технических наук, 

профессору Владимиру Юрьевичу Нейману; доктору технических наук, 

профессору Александру Георгиевичу Овсянникову; доктору техниче
ских наук, профессору Николаю Николаевичу Лизалеку. 

Заслуженный деятель науки РФ 

В.П. Горелов 

4

«Люди, постепенно изучая вещество, им 
овладевают, точнее и точнее делают в отношении к нему предсказания, оправдываемые действительностью, шире и чаще 
пользуются им для своих потребностей и 
нет повода видеть где либо грань познанию и обладанию веществом.» 

   Д.И.Менделеев (ок. 1890 г.) 

Введение 

Изменения экономических отношений и форм собственности в Рос
сии приводят к структурной перестройке в сельском хозяйстве и к созда
нию предприятий новых организационных форм. Произошло массовое 

акционирование сельскохозяйственных предприятий, идёт неуклонный 

рост числа фермерских хозяйств. При этом отмечается общее увеличение 

удельных энергетических затрат по большинству видов сельскохозяйст
венной продукции. Примерно 15% затрат на электро- и теплоснабжение 

региона приходится на сельскохозяйственных производителей, из кото
рых более половины расходуется в непроизводственной сфере. Потребле
ние тепловой энергии в общем балансе энергоресурсов, например в За
падной Сибири, приближается к 80%. Стоимость тепловой энергии, в си
лу монополизации добычи и переработки энергоресурсов, в ближайшие 

годы может превысить 500 руб / МДж. 

В условиях, когда наряду с традиционными и невозобновляемыми 

источниками энергии (уголь, нефть, газ и др.), всё большее внимание уде
ляется возобновляемым и нетрадиционным источникам энергии (ВНИЭ) – 

ветровой, солнечной, геотермальной, энергии малых рек и др., возрастают 

требования к надёжности электротеплоснабжения потребителей, к качест
ву электроэнергии и электромагнитной совместимости. Растут требования 

к технологиям энергосбережения тепловых процессов производственного 

и бытового назначения, учитывающих как экологические, так и социаль
ные условия. 

5

Социальная значимость электротеплоснабжения и энергосбережения 

в стране подчёркивается решениями, принятыми на государственном 

уровне. Это нашло отражение в федеральных программах Правительства 

РФ «Энергосбережение в России в 1998-2005г.г.» и «Энергетическая 

стратегия России на период до 2020 года». 

Поэтому возникает необходимость решения вопросов электротепло
снабжения и использования энергосберегающих технологий производст
венных и бытовых объектах стационарного и мобильного типов, с исполь
зованием новых средств преобразования электрической и других видов 

энергии в тепловую и с учётом социального и экологического аспектов, 

что является наиболее актуальным для Сибири, Дальнего Востока и се
верных регионов Европейской части страны. 

Системные методы решения аналогичных задач в энергетике сель
ского хозяйства использовали А.А.Багаев, В.Н.Делягин, В.П.Закарюкин, 

Н.Н.Макаров, В.И.Мозоль, А.Х.Мусин, А.М.Худоногов, Г.И.Цугленок, 

Н.В.Цугленок и др. 

Главным из направлений стратегии надёжности электротеплоснаб
жения и энергосбережения является перестройка энергоёмких произ
водств и повышение эффективности использования электротепловой 

энергии с привлечением новых технологий. 

Основные положения по повышению эффективности электротепло
вых 
процессов 
в 
АПК 
изложены 
в 
трудах 
Л.А.Астраханцева, 

Л.С.Герасимовича, 
В.Н.Делягина, 
Г.Я.Иванова, 
И.Ф.Кудрявцева, 

А.Г.Прищепы, О.И.Хомутова, А.М.Худоногова, Н.В.Цугленка и др. В ра
ботах названных авторов показана необходимость учёта причинно
следственных связей функционирующих средств нагрева в составе единой 

биотехнической системы, направленных на повышение эффективности 

использования электротепловой энергии и ресурсосбережение. Без этого 

рост удельных затрат энергии в агропромышленном комплексе (АПК) в 

6

существующих условиях ценообразования на энергоресурсы, с одной сто
роны, и сельскохозяйственную продукцию – с другой, приводит к низкой 

рентабельности, или убыточности сельскохозяйственного производства, 

что создаёт проблемную ситуацию и делает ресурсосбережение актуаль
ной народнохозяйственной задачей. 

Таким образом, разработка электротеплоснабжения потребителей 

вызывает необходимость комплексного изучения технических, экономи
ческих и социальных сторон вопроса. В сельском хозяйстве, промышлен
ности, транспорте и других отраслях перспективно использование ло
кального обогрева объектов низкотемпературными электронагреватель
ными устройствами (ЭНУ), позволяющими обеспечивать большую гиб
кость управления при низком расходе электроэнергии. Известны ЭНУ, 

которые классифицируют по функциональным свойствам, конструктив
ным признакам, видам теплопередачи. Теоретические основы и практиче
ские рекомендации применения ЭНУ изложены в работах российских 

исследователей: 
А.А.Багаева, 
Ю.Н.Вершинина, 
В.П.Горелова, 

М.С.Добжинского, 
Ю.В.Зайцева, 
А.И.Ёлшина, 
А.Н.Качанова, 

Р.В.Манчука, 
В.Б.Маркина, 
Н.Н.Минаковой, 
Л.Б.Первухина, 

В.Н.Растригина, Л.Н.Татьянченко, В.Я.Ушакова и др. 

Системно-аналитический обзор опубликованных отечественных и 

зарубежных источников выявил перспективность разработок ЭНУ из ре
зистивных композиционных материалов (РКМ). При этом показана необ
ходимость исследования механизма электропроводности РКМ и контакт
ных устройств резисторов и ЭНУ, а также обоснования методов регули
рования электро-, тепло- и физико-механических характеристик при про
изводстве ЭНУ с электропроводными наполнителями из переходных 

форм углерода, дисперсных оксидов металлов и их сплавов. 

7

Глава 1
Системный подход к решению вопроса электротеплоснабжения 
потребителей агропромышленного комплекса 

Производство электрической энергии является одной из основных 

отраслей в современном мире. Она вырабатывается на электростанциях 

путём преобразования  химической энергии, энергии различных видов 

топлива, солнца, ветра, воды, атомной энергии [135, 340, 389]. Современ
ные технологии производства позволяют, наряду с электроэнергией, по
лучать пар. Такое направление в энергетике называют когенерацией. Имеется 

несколько типов когенерационных систем: 

– с паротурбинной установкой;

– с газотурбинной установкой;

– с двигателем внутреннего сгорания.

Станции с паровыми турбинами в свою очередь подразделяют на те
плофикационные (ТЭЦ) и конденсационные (КЭС). Последние снабжают 

потребителей только электрической энергией [207]. 

В ряде случаев для электротеплоснабжения агропромышленных 

комплексов, особенно  северных и отдалённых районов Сибири, более 

эффективным чем централизованное, является использование мобильных 

и стационарных малых ТЭЦ, работающих на возобновляемых и нетради
ционных энергоресурсах [135,344-345]. 

Количественной оценкой различных форм движения материи являет
ся энергия, а материальные объекты, которые обладают возможной для 

использования энергией, относятся к энергоресурсам [67, 333]. 

По классификации С.В.Алексеенко [389], А.С.Беляева [340], 

Н.И.Воропая [340, 389], В.В.Литвака [207], Б.В.Лукутина [209-210], 

Т.Б.Степановой [340], В.Я.Федянина [301-303] и др. энергия различных 

видов топлива (уголь, продукты нефтепереработки, газ), ядерное топливо 

относятся к основным энергоресурсам. В зависимости от источников 

8

   

происхождения и роли в экобиосистеме энергоресурсы подразделяют на 

возобновляемые и невозобновляемые (рисунок 1.1) [67, 86, 148-149]. 

Рисунок 1.1 – Классификация энергоресурсов Земли 

Непосредственно извлекаемая в природе первичная энергия воды, 

топлива, ветра и других ресурсов, на специальных станциях преобразует
ся во вторичную энергию (электрическую, горячей воды, пара, перера
ботки твёрдых бытовых отходов – ТБО и т.п.) [284, 340, 389]. 

В настоящее время наиболее широко используется только энергия 

химических горючих топлив в основном органического происхождения, 

запасы которых составляют менее одного процента ресурсов энергии на 

Земле. В то же время Россия обладает большой возможностью развития 

энергетики на основе возобновляемых и нетрадиционных энергоресурсов. 

К твёрдому топливу относятся каменный и бурый угли, торф, сланцы и 

др.; к жидкому топливу относятся нефть и продукты её переработки; к 

9

газообразному топливу – добываемый из недр Земли природный газ, газо
образные отходы металлургического производства, крекинговый газ и др. 

В развитых странах потребление различных видов энергии возраста
ет. В тоже время собственные энергоресурсы, например, Европейского 

Союза (ЕС) ограничены. В настоящее время энергопотребности ЕС удов
летворяются на 41% за счёт нефти, 22% – газа, 16% – угля, 15% – атомной 

энергетики и 6% – за счёт возобновляемых и нетрадиционных источ
ников энергии (ВНИЭ), а в дальнейшем планируется увеличение доли 

ВНИЭ в энергопотреблении с 6% в 1997 г. до 12% в 2010 г., что окажет 

позитивное влияние на занятость населения в сельской местности [257, 

340]. 

Следует учитывать, что энергетика от  ВНИЭ ориентируется на су
ществующие ресурсы данного региона и их масштабному использованию 

должен предшествовать длительный мониторинг мощности источников и 

структурных потребностей региона в энергии. Периодичность потоков 

энергоресурсов во времени далеко не всегда совпадает с реальными по
требностями в энергии. Смена времени года и географическое положение 

региона влияют на регулярность и интенсивность потоков возобновляе
мой энергии. В тоже время комплексное применение различных видов 

ВНИЭ и традиционных источников энергии повышает надёжность энер
госнабжения [135, 345, 387–391]. 

Рост стоимости энергоносителей, в значительной мере обусловлен
ный ограниченностью запасов ископаемых источников энергии, повыша
ет актуальность задачи более широкого использования возобновляемых и 

нетрадиционных источников энергии: тепла Земли и низкопотенциально
го тепла, энергии ветра, солнца, рек и водоёмов. Использование ВНИЭ 

становится частью государственной энергетической политики, преду
сматривающей: 

10