Электротеплоснабжение сельскохозяйственных объектов с применением электронагревателей и резисторов из композиционных материалов

Так как структура полимера в значительной степени определяет распределение электропроводного компонента, то удельное сопротивление РКМ зависит от природы эластомера. Критерием выбора полимерного связующего является обеспечение заданных электрофизических, теплофизических и физико-механических характеристик.

Экспериментально установлено, что при одинаковом содержании технического углерода меньшим электрическим сопротивлением обладают РКМ на основе полимеров, имеющих высокоупорядоченные надмолекулярные образования. Более стабильные электрофизические характеристики имеют резины на основе смесей кристаллизирующихся и аморфных каучуков, по сравнению с электропроводными резинами на основе каждого из каучуков в отдельности. Резина на основе комбинаций бутилкаучука (БК-2055) и бутадиен-нитрильного сополимера (СКН-26) имеет электропроводность, сильно зависящую от условий введения наполнителя, что связывают с формированием токопроводящей углеродной структуры. Для всех разновидностей бутилкаучука введение активных наполнителей способствует повышению прочностных, тепло- и электрофизических характеристик [11, 15-17, 21].

Наряду с фторсодержащими каучуками в последнее время находят применение политетрафторэтилен (ПТФЭ) - фторопласт-4 (Ф-4), сополимеры тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Фторопласты обладают высокой химической активностью, термо-, морозо-, и атмосферостойкостью, комплексом повышенных физических свойств и негорючестью. ПТФЭ не выдерживает действия только газообразных хлора или фтора при повышенных температурах и давлениях, а также расплавленных щелочных металлов. Являясь термически стойким полимером, ПТФЭ имеет незначительные потери массы при высокой температуре.

Нами выполнены поисковые исследования композитов на основе ПТФЭ с наполнителями из кокса и графита. Дальнейшие исследования фторопласта, наполненного графитом, стекловолокном, дисперсными и ультрадисперсными железом и бронзой, позволяют прогнозировать получение новых РКМ с требуемыми электро- и теплофизическими характеристиками [7, 16, 33]. Исследования показали перспективность применения в качестве связки и защитных покрытий кремнийорганических полимерных продуктов - силиконов [13, 16, 21].

Системно-аналитический обзор существующих ингредиентов сложных резистивных композиционных материалов позволил обоснованно выбрать несколько разновидностей связки на основе силикатов и полимеров, электропроводных наполнителей, в основном из переходных форм углерода, и диэлектрических компонентов с повышенными теплофизическими характеристиками (таблица 2).

Таблица 2 - Примеры сложных составов резистивных композиционных материалов

Наименование компонентов	Соотношение компонентов в массовых долях, %
	Бетэл	РКМ 1	РКМ 2	РКМ 3
Цемент	23 - 24	-	-	-
Кварцевый песок	4 - 34	0,1	0,01 - 18	0,01 - 38,88
Углеродистый тонкомолотый порошок или технический углерод	6 - 29	4,5 - 10	3 - 15	0,01 - 50
Вода	5 - 30	5 - 20	5 - 20	-
Баритовый концентрат	8 - 9	-	-	0,01 - 8,84
Гексахлор - n-ксилол	-	-	-	0,26 - 0,4
Доменный или феррошлак	-	60 - 75	50 - 70	-
Молотый силикат натрия	-	-	5 - 25	-
Оксид кальция	-	-	0,01 - 8	-
Гипс	-	-	0,01 - 8	-
Натриевое жидкое стекло	-	15 - 24	-	-
Оксид цинка	-	-	-	1,48 - 4
Бутилкаучук	-	-	-	30 - 50
Хлоропреновый каучук	-	-	-	2,6 - 2,65
Фенолформальдегидная смола	-	-	-	4,5 - 5,7
Дисперсный селен	-	-	-	0,01 - 10
Периклаз	6 - 38	-	-	-
Дисперсный теллур	-	-	0,01 - 5,5	-

Особенностью РКМ является изотропность по электрической проводимости, которая оказывает влияние на физико-механически ехарактеристики, температуропроводность и другие параметры материалов и изделий из них.

Нами получен анизатропный материал при введении дисперсного магнетита Таштагольского месторождения Кемеровской области в композиции с силикатными и полимерными связками [14, 16, 21].

Разработанные методики подбора составов и прогноза характеристик РКМ показали удовлетворительную сходимость расчётных и экспериментальных параметров. Полученные эмпирические зависимости явились основой разработанных технологических правил производства электронагревателей и резисторов из РКМ с силикатными и полимерными связками по разработанным схемам технологических процессов. Это позволило в производственных условиях обеспечить опытно-промышленный выпуск изделий [13,16].

В четвертой главе даётся обоснование промышленной технологии, предусматривающей очистку и пропитку поверхности резистивных колонок, собранных из РКМ цилиндрического типа, с помощью ультразвука [9, 13, 54]. Ультразвуковые колебания высокой интенсивности обеспечивают многократное ускорение процессов, протекающих на границе контакта материалов и гидравлической среды (очистка и пропитка), снижая наружную пористость обрабатываемых изделий, увеличивая электрическое напряжение перекрытия по их поверхности и в приповерхностном слое [13,16, 56, 59].

Для обработки поверхности резистивных колонок применяют электроизоляционные маслб, кремнийорганические лаки и эмали, пропиточные и заливочные компаунды. При этом в ультразвуковом поле происходит процесс кавитации, приводящий к уменьшению вязкости гидравлической среды, и проникновение жидкости в микротрещины и капилляры. Эффективность применения ультразвука связана в основном с двумя его характерными особенностями: лучевым распространением и большой плотностью энергии. Из-за малой длины волны распространение ультразвуковых волн сопровождается сопутствующими эффектами: отражением, фокусировкой, образованием теней [53-55].

При выводе волнового уравнения, в том числе с учётом особенностей ультразвуковых систем, рассматривается задача, когда физическое тело (резистивная колонка) помещается в основание трёхмерного сосуда (a * b * h) с ультразвуковыми излучателями. Сосуд заполнен до некоторого уровня h активной жидкостью.

Можно считать, что ультразвуковая установка работает с постоянной мощностью P. Это наиболее благоприятный режим, обеспечивающий стабильный технологический процесс. Тогда количество израсходованной энергии W определяется из соотношения

(30)

Следовательно, минимизация по времени эквивалентна минимизации потребляемой энергии. Рассмотрим волновое уравнение вида

(31)

где f - искомая функция; x - координата, по которой распространяется плоская волна; p - давление внутри жидкости вдоль этой координаты; с₀ - плотность жидкости в состоянии равновесия.

Как видно из (31), динамика волнового процесса определяется дифференциальными уравнениями второго порядка в частных производных. Из термодинамики известно, что с есть функция плотности и температуры жидкости. Температура, в свою очередь, изменяется при сжатии и растяжении. Теплопроводность жидкостей, в отличие от твёрдых веществ, очень мала, поэтому в первом приближении можно считать, что процесс распространения переменного давления происходит адиабатически, то есть без заметного теплообмена между соседними частями. Тогда давление превращается в однозначную функцию от плотности р = f(р₀) [55].

Обозначим

р = р₀ = Др ; с = с₀ = Дс (32)

где ?р и ?с - соответственно, изменения давления и плотности при нарушении равновесия.

Принимая неизменность давления при равновесии (?p₀ /dx = 0) и подставляя (32) в (31), получим

(33)

Обозначив е = ?f /dt, можно записать

с₀ + ?с = f (с₀ + ?с ) = f (с₀ ) + f ^'(с₀ ) ?с + f ^"(с₀ ) (?с)² +…. (34)

Выражение (34) есть разложение нелинейной функции f в ряд Маклорена. Поскольку f (с₀ ) = с_0, то

?с = f ^'(с₀) ?с + f ^"(с₀ ) (?с)² +…. (35)

При незначительных изменениях давления, сводящихся к малым приращениям, ряд (35) ограничивается первым членом. В ходе динамических деформаций исходный объём V₀ превращается в V_(t)

V_(t) = V₀ [1 + е (t)]. (36)

C другой стороны, произведение плотности на объём, равное массе вещества, не меняется (37)

Подставляя (36) в (37) получим (с₀ + Дс)(1 + е) = с₀ , из которого

. (38)

Пренебрегая степенями высшей малости, получаем

(39)

(40)

Отсюда исходное волновое уравнение приобретает вид

 (41)

где (42)

Выражение (41) содержит символ u, физический смысл которой соответствует скорости распространения упруговязкой волны в гидросреде. Исходя из (42), скорость распространения u пропорциональна квадратному корню из производной давления по плотности. Введём понятие модуля упругости м = с f'(с), или м=E, при E = с f'(с) = г с.

Тогда волновое уравнение приобретает вид

(43)

откуда , (44)

где Е - взвешенный модуль упругости.

Из (44) запишем. (45)

Удельное акустическое сопротивление определяется

(46)

Тогда средняя плотность потока энергии в синусоидальной волне

(47)

где - соответственно, амплитуды скорости и давления.

Выражение (47) имеет прямую аналогию с электрическими цепями. Если выразить в виде U действующее значение электрического напряжения, а R - активное сопротивление цепи, то мощность P определяется выражением

(48)

где - амплитудное значение напряжения.

Численные значения описываемых величин приведены в таблице 3 [6].

Таблица 3 - Результаты расчётов параметров веществ

Вещество	с, r•см-3	U, м/с	д = сu
Железо	7,7	5470	398•104
Кварц	2,65	5710	153•104
Вода	4	1494	149•103
Масло	0,9	1450	135•103
Воздух	1,29•10-3	331	42,9

Из таблицы следует, что акустические параметры различных веществ резко различаются в зависимости от их агрегатного состояния. Для металлов удельное акустическое сопротивление минимум на один порядок выше, чем для жидкостей, а параметры для разных типов жидкостей соизмеримы. При акустическом сопротивлении воздуха намного ниже, чем жидкости, следует, что на границе двух сред (жидкость - воздух) условия распространения волны резко изменяются. Это значит, что волна претерпевает полное внутреннее отражение, независимо от среды её возникновения. Поэтому можно считать, что потерь энергии и её рассеяния в воздух практически не происходит. Следовательно, в ограниченном объёме жидкости необходимо рассматривать взаимодействие двух волновых процессов с практически одинаковой интенсивностью: излучаемой и отражаемой от поверхностей и стенок волн.

В любой точке трёхмерного пространства результирующее излучение соответствует векторной сумме трёх составляющих примерно равной интенсивности. С учётом того, что указанные векторы имеют периодическую амплитуду, общая картина взаимодействия волн имеет достаточно сложный характер, который даёт структуру внутреннего трёхмерного силового (гидравлического) поля в активной зоне. Она зависит, прежде всего, от размеров ванны (активной зоны), высоты столба жидкости, объёмов и конфигурации погружаемых деталей.

Поэтому была разработана модульная схема ультразвуковой системы учитывающая, что резонансные частоты f и сопротивления Z при выборе структурной схемы различны даже для отдельных излучателей одного типа. Подбор излучателей по f и Z технологически очень труден и практически невозможен в условиях серийного производства [55].

Равномерность загрузки по мощности излучателей в мозаичной системе ввиду различных частот и сопротивлений может быть достигнута только в модульных системах, когда каждый излучатель питается от отдельного модульного генератора, охваченного цепями автоподстройки по частоте.

В свою очередь, модульный генератор должен состоять из функциональных субмодулей, что значительно улучшает ремонтопригодность и обеспечивает возможность его дальнейшей модернизации. Были разработаны рекомендации по эффективному размещению излучателей в технологической ёмкости для очистки и пропитки ультразвуком изделий из РКМ, различных деталей машин и механизмов сельскохозяйственного назначения.

В пятой главе исследуются способы совершенствования электротехнических изделий из РКМ. В резисторах и ЭНУ наиболее слабым местом является контактный узел. Нами установлено, что для композиционных резисторов на основе силикатов положительные результаты получены с контактами при шоопировании поверхности алюминием, цинком, кадмием и другими металлами [4, 14, 16]. Экспериментальные данные свидетельствуют, что электрическое перекрытие образцов начинается с возникновением искрения и частичной дужки в месте контактирования электродов резистора. При этом качественно оценивались процессы, происходящие в испытуемом образце и определялись концентраторы напряжений, находящиеся на кромках контактной поверхности резистора. Последнее послужило основанием для разработки конструкций контактных поверхностей резистора с применением специальных клеящих паст, изменением характера «кромки» поверхности и т.д. [13-14, 16].

Применение системных методов при селективном комплектовании мощных резисторов и электронагревателей из РКМ предусматривает жёсткие требования к предельной энергии рассеяния и допустимому градиенту напряжения вдоль поверхности изделия. Для повышения разрядного напряжения резисторов с электропроводными наполнителями предлагаются следующие пути:

- повышение однородности резистивных композиционных материалов;

- улучшение адгезии металлических электродов с резистивными композиционными материалами;

- устранение краевых эффектов;

- кратковременный обжиг (тепловой удар) поверхностного слоя резистора;

- покрытие поверхности резистора кремнийорганическими эмалями;

- улучшение теплоотдачи и теплоотвода.

Всё вышеуказанное позволило разработать рекомендации по регулированию комплекса электрофизических, тепло- и физико-механических параметров РКМ технологическими способами (таблица 4) [13, 48, 56] .

Основные технологические приёмы изготовления электротехнических устройств из РКМ представлены на рисунке 13 [14-17].

Таблица 4 - Системный подход к технологическим способам регулирования параметров резистивных композиционных материалов

Улучшаемый параметр	Удельное сопротивлен, электрическ прочность, энергоёмкь, нелинейнь	Пористость, водопоглощен разрушающее напряжение при сжатии, стабильность удельного сопротивл, температур коэффициент сопротивлен	Теплопроводность, электрическая прочность, энергоёмкость, разрушающее напряжение при сжатии, температурный коэффициент сопротивления	Удельное сопротивлен, энергоёмкь, электрическая прочность, разрушающее напряжение при сжатии, пористость, нелинейность, температурн коэффициент сопротивлен	Удельное сопротивленразрушающенапряжение при сжатии, пористость, нелинейн температурнкоэффиц сопротивлен	Электрич прочност энергоёмк порист, водопогл	Уд сопротивлен разрушающнапряжение при сжатии, энергоёмкос нелинейностпористость, температурнкоэффиц сопротивлен	Удельное сопротивление, энергоёмкость, электрическая прочность, водопоглощение, разрушающее напряжение при сжатии, нелинейность, температурный коэффициент сопротивления
Ингредиенты композиции и особенности технологии	Концентрац проводника, дисперсн проводников частиц и их тип проводника	Тип цемента, жидкое стекло и растворы щелочей, силикат глыба типы каучуков и других полимеров	Кварцевый песок, оксид магния (периклаз), оксиды металлов, дисперсные металлы или полупроводник	Вибрирован, динамическое или статическое прессование, экструдиров	Сырая смесь, готовое изделие	Пропитка электроиз жидкост кратковр обжиг	Воздушносу, в среде насыщен пара, вулканизац	Поливинилацетатн эмульсия (ПBA), и эмульгатор, латекс с эмульгаторами
Технологич способ	Изменение проводящей фазы	Изменение типа связки	Введение наполнителей	Формование смеси	Формование при действии постоянного или переменного напряжения:	Обработ поверхнизделия	Изменение режима гидротермалобработки	Введение поверхностно-активных веществ и латексов

Рисунок 13 - Целепоглощающая нижестоящая система технологии изготовления резистивных устройств из композиционных материалов [13-14]

Неоднородность структуры РКМ является причиной, обуславливающей электротепловой вид отказа композиционных изделий. В этой связи выявление дефектов структуры может быть положено в основу прогнозирования надёжности работы изделий на стадии изготовления. Для контроля неоднородности структуры композиционных материалов разработан ряд экспериментальных методов, в том числе применение ультразвуковых приборов и устройств, основанных на резонансных методах измерения. Однако они имеют недостатки, связанные с малой разрешающей способностью и тем, что изменение параметра (плотности материала) часто лежит в пределах ошибки измерения прибора. В некоторых случаях для проведения контроля плотности необходимо выпиливать из изделий образцы строго определенной формы.

В работе применены новые прогрессивные методы исследования резистивных композиционных материалов на основе силикатных и полимерных связок с использованием высокоэффективного метода радиационного контроля - промышленной рентгеновской вычислительной томографии (ПРТВ), где сочетаются информационные возможности рентгеновского излучения с достижениями вычислительной математики и цифровой техники в решении обратной задачи интроскопии [4, 16, 17]. Метод ПРТВ при контроле объёмной структуры электротехнических материалов является наиболее эффективным в неразрушающем контроле. С помощью рентгеновского томографа были исследованы распределения относительной плотности РКМ на резистивных элементах высотой и диаметром 0,05 м, которые позволяют количественно оценить, в процентах, изменение плотности материала по объёму элементов. Установленные закономерности распределения плотности позволяют, во-первых, объяснить причины отказа резисторов в приповерхностной зоне, во-вторых, наметить пути совершенствования внутренней структуры РКМ технологическими методами [17, 56] .

Действительно, повышенная плотность электропроводного компонента в приповерхностной зоне способствует образованию каналов повышенной проводимости, что при воздействии электрического поля приводит к развитию теплового пробоя в этой зоне. Качественные картины распределения плотности электропроводной фазы РКМ при отсутствии металлических включений возможно получить на магниторезонансных томографах [13-14].

В тепловых методах неразрушающего контроля (ТНК) используется тепловая энергия, распространяющаяся в изделии, например, при протекании электрического тока в электронагревателях. Основной характеристикой температурного поля, являющейся индикатором дефективности, служит величина локального перепада температуры. Топология поля и его величина в градусах являются функцией различных технологических факторов. Определение температурного поля произведено на специальных стендах, с применением различных типов тепловизоров. Наличие значительных локальных превышений температуры свидетельствовало о технологических недоработках в изделиях из PКМ.

Для обнаружения дефектов и внутренней пористости в изделиях из РКМ широко применяются также ультразвуковые технологии. Для исключения наружной пористости резисторов под воздействием ультразвука производят пропитку их поверхности электроизоляционными жидкостями.

В шестой главе рассмотрено применение электронагревателей и резисторов из РКМ на сельскохозяйственных объектах и технико-экономическое обоснование.

Одной из важных особенностей объёмных резисторов цилиндрического и пластинчатого типов является их нагрев за время действия напряжения до 3,0 с и затем длительное остывание до температуры окружающего воздуха. Это позволяет использовать их в энергетических установках в качестве мощных баластных резисторов, шунтов высоковольтных воздушных выключателей, например, класса напряжений от 0,4 до 110 кВ, связанных с коммутациями в сельских линиях электропередачи, в высоковольтных выключателях, на установках поперечной ёмкостной компенсации [13-15,18].

Повышение надёжности работы электротехнического оборудования электрических подстанций целесообразно обеспечивать заземлением нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов. Ограничение токов однофазного короткого замыкания (К.З.) на электрических подстанциях обеспечивают частичным заземлением нейтрали трансформаторов через резисторную установку. Увеличение до 2-х раз отключающей способности высоковольтных воздушных выключателей типа ВВН достигают установкой при модернизации шунтирующих бетэловых резисторов. Бетэловые резисторы успешно применяются в схемах высоковольтных генераторов импульсных напряжений (ГИН) и генераторов импульсных токов (ГИТ), для заземления нейтрали электрических сетей от 6 до 35кВ [13-15,23].

Для изменения конструкции реакторов в сельских электрических сетях, перспективным является использование магнитопроводов из композиций с силикатными и полимерными связками - магнитобетэла, что позволяет:

- создать токоограничивающие реакторы с уменьшенным, по сравнению с применяемыми в настоящее время бетонными, расходом обмоточных материалов до 50% при одновременном сокращении габаритов изделия до 60%;

- меняя оснастку, изготавливать магнитопроводы любой конфигурации [3, 13, 21].

Технология изготовления изделий из РКМ предусматривает наличие на них электроизоляционных материалов в виде эмалей, стеклонитей или слоя электроизоляционного бетона [16, 17, 59]. С целью повышения разрядного напряжения по поверхности изделий композиционного типа в технологии изготовления рекомендовано применять импульсный температурный режим (тепловой удар) [14, 38 ]. Этому способствуют также примеры использования золошлаковых отходов электростанций в качестве наполнителей бетона для электрической изоляции, защиты электронагревателей и резисторов от механических повреждений и атмосферного воздействия. Это также является одним из путей решения экологической проблемы в зоне работы электростанций и сельских котельных на твёрдом топливе[14, 39, 52].

Различного рода электронагревательные устройства из РКМ применяются для обогрева помещений судов, двигателей и кабин автотранспорта, тракторов и автомобилей, передвижных домиков, животноводческих ферм, овощных теплиц и др. [1, 11, 17, 47, 58]. Электронагревательные устройства композиционного типа классифицируются по функциональным свойствам, исполнению, конструктивным признакам, видам теплопередачи и др. Из всего разнообразия ЭНУ следует выделить изделия пластинчатого типа из электропроводных композиционных материалов на основе высокотемпературных каучуков, обладающих повышенной коррозийной стойкостью, достаточно эластичных и имеющих сниженные массогабаритные показатели. С их помощью осуществляется внедрение энергосберегающих технологий в сельском хозяйстве (тепличные комплексы; обогрев молодняка птиц, свиней, крупного рогатого скота), на транспорте, в жилищно-коммунальной и бытовой областях.

Как и в промышленно развитых странах широкое применение находят ЭНУ сельскохозяйственного назначения с температурой на поверхности до 333 К. Создаются условия для локального микроклимата вблизи человека, птицы, животного или механизма [1, 30, 37].

Дополнительно к ЭНУ рассмотренных типов для поддержания требуемого термовлажностного режима в стационарных и мобильных помещениях разработано устройство «Гейзер», позволяющее плавно регулировать изменение температуры от 283 до 400 К при влажности от 10 до 95% , с одновременным подогревом воды до 373 К [13-14].

В последнее время особое внимание уделяют разработке технических средств, ограничивающих коммутационные перенапряжения на распределительных устройствах (РУ) 6 кВ, вследствие несоответствия их условиям электромагнитной обстановки (ЭМО) в электрической сети [6, 11, 14]. Разрабатывают устройства, реагирующие на кондуктивную коммутационную электромагнитную помеху (ЭМП), в соответствии с мероприятиями технического обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС). Рекомендуется для эффективного подавления кондуктивных коммутационных ЭМП предусматривать экранирование кабельных каналов и установку в схемах, содержащих RC-цепи, резисторов из РКМ [11-16].

В работе приводится технико-экономическое обоснование применения электронагревателей из РКМ в тепличном хозяйстве и в свинарнике-маточнике [30, 31, 46].

Основные выводы и рекомендации

1 Проведённый системно-аналитический обзор особенностей энергообеспечения производственной сферы и населения АПК указал необходимость бесперебойности и качества электротеплоснабжения, особенно в отдалённых районах Сибири и Дальнего Востока, с более широким применением нетрадиционных источников энергии, а в качестве активной нагрузки, электронагревателей и резисторов из РКМ (бетэла и рапита), имеющих низкую себестоимость по сравнению с аналогичными изделиями из металлических и керамических материалов. Это сокращает до 30% затраты на устройства для преобразования электрической энергии в тепловую.

2 Разработанный системный подход к теоретическому исследованию и конструированию изделий из РКМ создал условия для их математического моделирования при определении характера электропроводности многофазных систем, содержащих полупроводниковые или металлические дисперсные ингредиенты.

3 По выполненным расчётам установлена применимость теории протекания для определения электропроводности РКМ в слабых электрических полях до 10² В/м. Показана правомерность использования критических индексов перколяционной теории - t, q и S к гетерогенным системам типа бетэл-рапит. Сделано заключение о целесообразности применения теории Френкеля для расчёта электропроводности гетерогенных систем в промежуточных электрических полях от 10² до 10⁴ В/м, а в сильных электрических полях от 10⁴ до 10⁷ В/м - по уравнению полного тока контактирующих ПДП-систем.

4 В результате систематизации теоретических исследований по композиционным резистивным материалам выявлены основные механизмы электропроводности в системах контактирующих полупроводниковых частиц в РКМ, развитие теории электропроводности которых привело к получению расчётных формул, увеличивающих достоверность количественных параметров.

5 На основании предложенных физико-математических моделей получены формулы и алгоритмы расчёта электропроводности ПДП-систем и контактных сопротивлений изделий из РКМ. Установлено, что увеличение зазора в контакте ПДП на 1 нм приводит к десятикратному уменьшению плотности тока. Проанализированы зависимости электропроводности по уравнению полного тока от напряжённости электрического поля, температуры, работы выхода электронов, диэлектрической проницаемости среды. Так, например, изменение напряжённости электрического поля в 10 раз приводит к увеличению плотности тока в 13 раз.

6 Теоретически обоснован и экспериментально подтверждён выбор ингредиентов до 10 составов РКМ и электротехнических конструкций (резисторов, электронагревателей, заземлителей), предназначенных для работы в схемах электротеплоснабжения и повышающих электромагнитную помехозащищённость электрооборудования АПК и других объектов. Разработаны мероприятия по совершенствованию параметров электронагревательных устройств для условий эксплуатации на предприятиях АПК и в быту: увеличена температура при постоянном включении до 363 К и работе в агрессивной среде при влажности, достигающей 95%.

7 На основании исследований и расчётов установлены закономерности изменения электрофизических и других характеристик бетэла и рапита в зависимости от структуры материала. Даны рекомендации по технологии изготовления изделий из РКМ, содержащих силикатные и полимерные связки. Предельная плотность тока через изделия увеличена до 20% (при частоте 50 Гц) и удельная энергия рассеяния возросла на 25-40 %.

8 В результате проведённых натурных экспериментов и их анализа разработаны более 10 конструкций электронагревательных устройств и резисторов для различных областей применения в АПК, со снижением металлоёмкости до 80% и стоимости до 45% от аналогичных устройств отечественного и зарубежного производства. Результаты теоретических исследований распределения электрического поля в прижимных контактах электротехнических изделий использованы при разработке технологических правил изготовления изделий из РКМ.

9 Проведённый теоретический анализ волнового уравнения для ультразвуковых систем привёл к обоснованию технологии очистки и пропитки поверхности резистивных изделий в среде жидких диэлектриков, увеличивающую допустимую напряжённость электрического поля в режиме включения до 35%. Для пропитки изделий разработана структурная схема ультразвукового модуля, обеспечивающая управление пьезоэлектрическими излучателями более 30 типов.

10 По результатам комплексных исследований резисторов и электронагревательных устройств на испытательных установках и в реальных схемах электротеплоснабжения, предложены мероприятия для улучшения параметров изделий из РКМ.

11 Выполненные исследования и новые технические решения позволили разработать технологические правила изготовления резистивных устройств из РКМ на основе силикатных и полимерных связок, которые прошли промышленную апробацию.

12 Технико-экономическая эффективность применения электронагрева с изделиями из РКМ на сельскохозяйственных объектах по сравнению с другими способами поддержания температуры подтверждается промышленным производством резисторов и ЭНУ из РКМ, экономический эффект от внедрения которых превысил 3,0 млн. руб. Это доказывается внедрением методических рекомендаций, изложенных в диссертации, в 10 научно-иссле-довательских и учебных заведениях.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в периодических изданиях по перечню ВАК

Горелов, С.В. Применение полимерных композиций в сельском хозяйстве / С.В.Горелов, В.П.Прохоров // Ползуновский вестник. - 2003. - № 1-2. - С. 165-167.

Горелов, С.В. Композиционные резисторы в схемах, повышающих электромагнитную помехозащищенность электрооборудования / С.В.Горелов, Е.В.Иванова // Ползуновский вестник. - 2005. - №4. - Ч.3. - С. 238-242.

Горелов, С.В. Реакторы на напряжение (6-35) кВ с магнитопроводами из резистивных композитов / С.В.Горелов // Ползуновский вестник. - 2005. - №4. - Ч.3. - С. 250-253.

Горелов, С.В. Контроль технологических параметров композиционных резисторов для мобильных и стационарных энергетических объектов / С.В.Горелов, Е.В.Иванова // Трансп. дело России. - 2005. - №4. - С. 38-39.

Горелов, С.В. Повышение помехозащищённости электрических сетей (6-10) кВ / С.В.Горелов, Е.В.Иванова // Трансп. дело России. - 2005. - №4. - С. 39-40.

Горелов, С.В. Электрическая проводимость резистивных композитов / С.В.Горелов // Энергосбережение и водоподготовка. - 2005. - №6. - С. 65-67.

Горелов, С.В. Применение в энергетике композитов с полимерными и силикатными ингредиентами / С.В.Горелов // Энергосбережение и водоподготовка. - 2006. - №1. - С. 69-71.

Горелов, С.В. Утилизация золошлаковых отходов тепловых электростанций / С.В.Горелов, А.Ф.Бернацкий // Трансп.дело России. - 2005. - №4. - С. 34-36.

Горелов, С.В. Снижение надёжности двигателей внутреннего сгорания при загрязнении моторных масел / С.В.Горелов, Я.Я.Вельц, Б.Д.Умаров // Ползуновский вестник. -2005. -№4. - Ч.3. - С. 247-249.

Горелов, С.В. История освоения нетрадиционных источников энергии в Западной Сибири: Системный анализ процессов, происходящих в экосоциотехносфере / С.В.Горелов [и др.] // Ползуновский вестник. - 2003. - № 3-4. - С. 105-110.

Горелов, С.В. Резисторы из композитов в системах энергообеспечения агропромышленных комплексов / С.В.Горелов, Е.Ю.Кислицин, Н.В.Цугленок // Вестник КрасГАУ. - 2006. - № 13. - С. 314-319.

Горелов, С.В. Теоретические положения разработки изделий из резистивных композиционных материалов для энергетики АПК / С.В.Горелов, Е.Ю.Кислицин, Н.В.Цугленок // Вестник КрасГАУ. - 2006. - № 13.- С. 319-324.

Горелов, С.В. Исследование электромагнитной совместимости технических средств и методы систематизации результатов экспериментов / С.В.Горелов, С.Б.Долгушин, В.Е.Крышталёв // Вестник КрасГАУ. - 2008. - № 2. - С 256-261.

Горелов, С.В. Механизм роста электрического сопротивления электронагревателей в условиях агрессивных сред / С.В.Горелов, С.Б.Долгушин, В.Е.Крышталёв // Вестник КрасГАУ. - 2008. - № 2. - С 262-264.

Горелов, С.В. Системный подход к повышению надёжности энергоснабжения потребителей / С.В.Горелов [и др.] // Научн. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2008. - №1. - С. 235-239.

Горелов, С.В. Автономные источники и преобразователи электрической энергии для потребителей северных регионов / С.В.Горелов [и др.] // Научн. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2008. - №1. - С. 239-243.

Научные и учебные издания

Горелов, С.В. Энергоснабжение стационарных и мобильных объектов. В 3 ч. Ч. 1 / С.В. Горелов [и др.]; под ред. В.П.Горелова, Н.В.Цугленка. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2006. - 423 с. 2007. - Ч. 1: 2006 - 239 с.

Горелов, С.В. Резисторы в схемах электротеплоснабжения / С.В.Горелов [и др.]; под ред. В.П.Горелова, Н.В.Цугленка. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2008. - 424 с.

Горелов, С.В. Резистивные композиты в энергетике. В 2 ч. Ч.1. Основы технологии и электропроводности / С.В.Горелов, Р.В.Манчук; под ред. В.П.Горелова. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - 2000. Кн. 1: Основы технологии и электропроводности. - 231 с. Кн. 2 Параметры резисторов и области применения. - 141 с.

Горелов, С.В. Контактные устройства резисторов из композиционных материалов / С.В.Горелов [и др.]; под ред. В.П.Горелова. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2002. - 236 с

Горелов, С.В. Применение композиционных нагревателей в системах местного обогрева / С.В. Горелов // Низкотемпературные нагреватели из композиционных материалов в промышленности и быту: В.П. Горелов. - М. - 1995. - §24-§30, П.1 - П.7. - С. 166-209.

Горелов, С.В. Внутренние перенапряжения и защита от них / С.В.Горелов // Перенапряжения и молниезащита: С.В.Горелов [и др.]; под ред. В.П.Горелова.- 2-е изд., пересмотр. - Новосибирск. - 2003. - Гл.17-18. - С.185-200.

Горелов, С.В. Изоляция и перенапряжения в системах электроснабжения: учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 1 / С.В.Горелов, Л.Н.Татьянченко, С.О.Хомутов. - Барнаул: Алт. гос. техн. ун-т, 2002. - 116 с.

Горелов, С.В. Проводниковые материалы / С.В.Горелов // Технология конструкционных электротехнических материалов: учеб. пособие: 2 кн. В 1 / С.В.Горелов [и др.]; под ред. В.П.Горелова, М.Н.Иванова. - 2-е изд., дополн. - Новосибирск. - 2005. - Гл. 2. - С. 39-108.

Горелов, С.В. Резисторы из электротехнических материалов / С.В.Горелов // Технология конструкционных электротехнических материалов: учеб. пособие: 2 кн. В 2 / С.В.Горелов [и др.]; под ред. В.П.Горелова, Е.В.Ивановой. - 2-е изд., дополн. - Новосибирск, - 2005. - П. 6. - С. 48-108.

Статьи в российских и иностранных изданиях; материалы международных и региональных конференций

Перспективы применения электронагревателей композиционного типа на шлюзах / С.В. Горелов [и др.] // тр. / Новосиб. инст-т инж. вод. трансп. - Новосибирск, 1989. - С. 70-75.

Горелов, С.В. Высоковольтная импульсная испытательная установка / С.В.Горелов, В.П.Горелов, Г.В.Шувалов // Информ. листок Новосиб. ЦНТИ. - 1990. - № 443-90. - 6 с.

Горелов, С.В. В. Конструктивное исполнение резисторов из электропроводных композиций / С.В.Горелов, П.В.Горелов // Научный потенциал Сибири: Межвуз. сб. науч. тр. - Новосибирск, 1993. - С. 39-40.

Горелов, С.В. Высоковольтный резистор для электрофизических установок / С.В.Горелов, П.В.Горелов, Н.С.Бурянина // Энергетика, экология, надёжность: матер. науч.- техн. семинара / Том. политехн. ун-т. - Томск, 1994. - С.8-9.

Горелов, С.В. Новые разработки резистивных композиционных материалов / С.В.Горелов, П.В.Горелов, В.Ф.Тонышев // Проблемы комплексного развития регионов Казахстана. Ч.2. Электроэнергетика и теплоэнергетика: матер. междунар. науч.-техн. конф., Павлодар., 5-7 дек. 1996 г. - Алматы: Каз. гос. ИНТИ, 1996. - С. 199-202.

Горелов, С.В. Применение электротехнических бетэлов / С.В.Горелов, В.П.Горелов, Е.В.Дмитриев // сб. ст. / Инст-т физики АН Азерб. - Баку, ЭЛМ, 1997. - С. 21-23.

Горелов, С.В. Электробезопасность при обслуживании композиционных нагревателей на агропромышленных объектах / С.В.Горелов // Наука, практика, образование: тр. / Алт. гос. техн. ун-т. - Барнаул, 1997. - Вып.7. - С. 47-50.

Горелов, С.В. Механизм электропроводности композиций сельскохозяйственного назначения / С.В.Горелов // Наука, практика, образование: тр. / Алт. гос. техн. ун-т. - Барнаул, 1997. - Вып.7. - С. 155-157.

Горелов, С.В. Тепловой расчёт животноводческого помещения с электронагревательными полами из рапита / С.В.Горелов // Наука, практика, образование: тр. / Алт. гос. техн. ун-т. - Барнаул, 1997. - Вып.7. - С. 189-190.

Горелов, С.В. Экономическая эффективность применения электронагревателей из резистивных композиционных материалов в сельском хозяйстве / С.В.Горелов // Наука, практика, образование: тр. / Алт. гос. техн. ун-т. - Барнаул, 1997. - Вып.7 - С. 189-190.

Фторопластовые композиционные материалы [Текст] / С.В. Горелов [и др.] // Электроснабжение, электрооборудование, автоматика речных судов и промышленных предприятий: сб. науч. тр. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - Новосибирск, 1997. - С.14-15.

Горелов, С.В. Разработка композитов на основе фторопластов и эпоксидных смол / С.В.Горелов, В.П. Горелов, Е.В.Дмитриев // сб. статей / Инст-т физики АН Азерб. - Баку, ЭЛМ, 1997. - С.19-21.

Повышение надёжности работы электросетевых конструкций в районах Крайнего Севера / С.В. Горелов [и др.] // Электрофизика, электроснабжение, электрооборудование, автоматика и экология промышленных предприятий и речных судов: сб. науч. тр. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - Новосибирск, 1998. - С. 286-288.

Выбор материалов и анализ характеристик полимерных бетонов для изготовления объёмных диафрагм / С.В. Горелов [и др.] // Электроснабжение, энергосбережение, электрификация и автоматика предприятий и речных судов: сб. науч. тр. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - Новосибирск, 2001. - С.80-86.

Исследование полимерных композиционных материалов / С.В. Горелов [и др.] // Наука и новые технологии в энергетике: Междунар. науч.-практич. конф., посвящ. 90-летию академика Ш.Чокина. - Павлодар: Павлод. гос. ун-т. им. С.Торайгырова, 2002. - С. 291-298.

Разработка резистивных композиционных материалов в России / С.В. Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2002. - №1. - С. 84-90.

Физика теплового удара в технологии электропроводных бетонов / С.В. Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2002. - №1. - С. 90-92.

Бернацкий, А.Ф. Технология и свойства электроизоляционного бетона / А.Ф.Бернацкий, С.В.Горелов // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2002. - №1. - С. 92-101.

Горелов, С.В. Особенности электропроводности бетэла в сильных электрических полях / С.В.Горелов, Г.Р.Манчук, Р.В.Манчук // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2002. - №2. - С. 158-165.

Горелов, С.В. Электрическое поле в приконтактных областях резисторов / С.В.Горелов // Матер. конф. науч.-техн. работников вузов и предприятий. Ч.1, Новосибирск, 12-14 марта 2003 г. - Новосибирск, 2003. - С. 157-159.

Горелов, С.В. Мощные композиционные резисторы и мониторинг их эксплуатации / С.В.Горелов // Передача энергии переменным током на дальние и сверхдальние расстояния : тр. междунар. науч.-техн. конф. Ч.2, Новосибирск, 15-19 сент. 2003г. - Новосибирск, 2003. - С. 291-296.

Горелов, С.В. Полимерные композиционные материалы / С.В.Горелов, В.П.Прохоров, Е.Л.Томилин // Передача энергии переменным током на дальние и сверхдальние расстояния : тр. междунар. науч.-техн. конф. Ч.2, Новосибирск, 9-12 сент. 2003. - Новосибирск, 2003. - С. 297-299.

Применение энергосберегающих возобновляемых и нетрадиционных источников энергии на речных и агропромышленных объектах / С.В. Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2003. - №3. - С. 132-137.

Горелов, С.В. Управление системой жизнеобеспечения растений в регулируемых условиях / С.В.Горелов, Г.Я.Иванов, Е.В.Крышталёв // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2003. - №3. - С. 231-235.

Энергомассообмен в теплице / С.В. Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2003. - №3. - С. 235-239.

Композиционные материалы на транспорте и агропромышленных комплексах / С.В. Горелов [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. 2-й междунар. науч.-техн. конф., Тобольск, 8-11 сент. 2004 г. - Новосибирск, 2004. - С. 69-72.

Оптимизация параметров резистивных композиционных материалов (РКМ) на основе анализа и решения уравнения полного тока / С.В. Горелов [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. 2-й междунар. науч.-техн. конф., Тобольск, 8-11 сент. 2004 г. - Новосибирск, 2004. - С. 165-167.

Использование автономных источников энергии / С.В.Горелов [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. 2-й междунар. науч.-техн. конф., Тобольск, 8-11 сент. 2004 г. - Новосибирск, 2004. - С. 227-232.

Новые технологии обогрева мобильных и стационарных объектов / С.В. Горелов [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. 2-й междунар. науч.-техн. конф., Тобольск, 8-11 сент. 2004 г. - Новосибирск, 2004. - С. 269-271.

Разработка материалов, повышающих экологическую безопасность тепловых и атомных электрических станций / С.В.Горелов [и др.] // Физико-технические проблемы в атомной энергетике и промышленности (производство, наука, образование): сб. тез. докл. междунар. науч.-практ. конф., Томск, 7-8 июня 2005 г. - Томск, 2005. - С. 156-157.

Горелов, С.В. Золошлаковые отходы как перспективное сырьё для применения в энергетической и строительной отрасли / С.В.Горелов, А.Ф.Бернацкий, В.И.Крюков // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2004. - №2. - С. 156-166.

Горелов, С.В. Общие принципы использования ультразвуковых технологий при ремонте судовых установок / С.В.Горелов, Я.Я.Вельц // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2005. - №1-2. - С. 86-88.

Горелов, С.В. Пропитка изоляции с применением ультразвука / С.В.Горелов, Я.Я.Вельц // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2005. - №1-2. - С. 89-91.

Горелов, С.В. Расчёт эффективного размещения ультразвуковых излучателей в технологических установках / С.В.Горелов, Я.Я.Вельц // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2005. - №1-2. - С. 92-97.

Методы повышения энергетических характеристик композиционных резисторов и их контроль / С.В.Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2006. - №1 - 2. - С. 270-275.

Рациональное использование силовых фильтро-компенсирующих устройств в электрической сети / С.В. Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2006. - №1. - С. 255-258.

Горелов, С.В. Композиционные резисторы в схемах электроснабжения / С.В.Горелов, В.В.Горелов, В.Е.Крышталёв // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: тр. / Всерос. науч.-техн. конф., Томск, 17-19 мая 2006 г. - Томск, 2006. - С. 133-135.

Горелов, С.В. Ультразвуковые технологии на промышленных и сельскохозяйственных объектах / С.В.Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2006. - № 2. - С. 181-184

Горелов, С.В. Мероприятия, повышающие бесперебойное электроснабжение промышленных и бытовых потребителей / С.В.Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2006. - № 2. - С. 185-188.

Горелов, С.В. Применение аккумуляторов в схемах электроснабжения с традиционными и возобновляемыми источниками энергии / С.В.Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2006. - № 2. - С. 189-195.

Горелов, С.В. Основы системного подхода оценки переходных процессов в электрических сетях / С.В.Горелов, Н.Н.Макаров, С.Б.Долгушин // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2006. - № 2. - С. 226-228.

Горелов, С.В. Системный анализ состояния оборудования распределительных электрических сетей / С.В.Горелов, Н.Н.Макаров, С.Б.Долгушин // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2006. - № 2. - С. 229-232.

66 Горелов, С.В. Системный подход к электротеплоснабжению промышленных и бытовых потребителей / С.В.Горелов [и др.] // Матер. конф. проф.-преп. состава и науч.-техн. раб. речн. трансп. и др. отраслей. Ч.1, Новосибирск, 16-19 апр. 2007 г. - Новосибирск, 2007. - С. 204-206.

67 Горелов, С.В. Применение изделий из резистивных композитов в схемах энергоснабжения / С.В.Горелов [и др.] // Матер. конф. проф.-преп. состава и науч.-техн. раб. речн. трансп. и др. отраслей. Ч.1, Новосибирск, 16-19 апр. 2007 г. - Новосибирск, 2007. - С. 206-207.

68 Горелов, С.В. Разработка мероприятий для повышения надёжности энергоснабжения потребителей / С.В.Горелов [и др.] // Матер. конф. проф.-преп. состава и науч.-техн. раб. речн. трансп. и др. отраслей. Ч.1, Новосибирск, 16-19 апр. 2007 г. - Новосибирск, 2007. - С. 210-211.

69 Применение системного подхода к анализу состояния электрооборудования в электрических сетях / С.В.Горелов [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. 3-й междунар. науч.-техн. конф. Ч. 2, Омск, 5-7 июня 2007 г. - Омск, 2007. - С. 152-155.

70 Системы бесперебойного энергоснабжения с нетрадиционными источниками энергии / С.В.Горелов [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. 3-й междунар. науч.-техн. конф. Ч. 2, Омск, 5-7 июня 2007 г. - Омск, 2007. - С. 205-208.

71 Горелов, С.В. Электротеплоснабжение промышленных и бытовых потребителей / С.В.Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2007. - №1. - С. 144-150.

72 Разработка резисторных устройств для генерирующих и энергопотребляющих предприятий / С.В.Горелов [и др.] // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: матер. Всерос. науч.-техн. конф., Томск, 12-14 мая 2008 г. - Томск, 2008. - С 85-88.

73 Разработка методов повышения энергетических параметров композиционных объёмных резисторов / С.В.Горелов [и др.] // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: матер. Всерос. науч.-техн. конф., Томск, 12-14 мая 2008 г. - Томск, 2008. - С. 228-231.

Размещено на Allbest.ru