Системы техногенной безопасности электроустановок до 1000 В

О. К. Никольский 
Т. М. Халина 
Л. В. Куликова 
Системы  
техногенной безопасности  
электроустановок до 1000 В 
Монография 
Москва 

УДК 66.013.6:351.78 
ББК 31.280.1-08н6 
Н64 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова 
Рецензенты: 
Качанов В. Н., доктор технических наук, профессор,  
заведующий кафедрой электрооборудования и энергосбережения 
Орловского государственного университета; 
Багаев А. А., доктор технических наук, профессор,  
заведующий кафедрой электрификации сельского хозяйства  
Алтайского государственного аграрного университета 
Никольский, О. К. 
Н64  
Системы техногенной безопасности электроустановок до 1000 В : 
монография / О. К. Никольский, Т. М. Халина, Л. В. Куликова ; 
под общ. ред. заслуженного деятеля науки и техники РФ, проф. 
О. К. Никольского. — Москва : Директ-Медиа, 2023. — 324 с. 
ISBN 978-5-4499-3916-6 
Монография состоит из трех разделов. В первом разделе рассматриваются 
общие вопросы безопасности электроустановок, включающие анализ опасности 
электропоражения и действия электрического тока на организм человека и животного. Второй раздел посвящен средствам электрической защиты в электроустановках 380/220 В и методам их расчета. В третьем разделе излагаются 
новые (авторские) концепции теории техногенной безопасности электроустановок: методология системного анализа безопасности, оценки и управления рисков человеко-машинных систем, математические модели динамических систем, 
методы многокритериальной оптимизации. 
Монография предназначена для научно-технических работников и надзорных органов, бакалавров, магистрантов и аспирантов. 
УДК 66.013.6:351.78 
ББК  31.280.1-08н6 
ISBN 978-5-4499-3916-6 
© Никольский О. К., Халина Т. М., Куликова Л. В., текст, 2023 
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2023 

Введение 
Одной из самых характерных черт современной науки является все более 
ускоряющийся темп ее движения. Суждение об этом свойстве развития науки, 
встречающееся во множестве работ фундаментального, прикладного и гуманитарного характера, основано, как правило, на логическом анализе фактов 
и явлений, на исторических сопоставлениях и практическом опыте ученых и 
специалистов многих отраслей знаний. Уже в XVII веке великий Ньютон отмечал коммулятивный характер научных знаний и экспоненциальное развитие 
самой науки. 
Экспертами, занимающимися анализом научно-технического прогресса, 
установлено, что общий характер развития науки в XX веке существенно 
определялся тремя составляющими классической триады Н-Т-О (наука — техника — образование), исторической целью которой, как очевидно, является 
удовлетворение всесторонних духовных и материальных потребностей человеческого общества. 
Сравнивая темпы роста (например, выработки электроэнергии) с технологической оснащенностью основных ее процессов (генерация, преобразование, передача и потребление электроэнергии), развитием энергетической 
науки, подготовкой и обучением инженерных кадров, мы можем сделать 
определенное заключение о характере развития научно-технического прогресса в данной отрасли. Например, соотношение 
d
d
d
,
d
d
d
>
>
T
H
O
t
t
t
 
имеющее место в электроэнергетике, наводит нас на мысль об отставании 
развития данной отрасли науки и подготовки кадров от потребности практики 
и производства. Вследствие чего на общем фоне увеличения выработки и 
потребления электроэнергии не улучшаются качественные показатели энергетической отрасли (себестоимость продукции, надежность, экология, техногенная безопасность и т. д.). 
Можно утверждать, что наиболее оптимальным для современного этапа 
развития отечественной науки и образования является соотношение 
d
d
d
d
d
d
>
>
H
O
T
t
t
t
*
. 
Изложенный подход к определению тенденции развития науки, техники 
и образования требует рассмотрения каждого из этих составляющих. 
Наука. Современная наука чрезвычайно дифференцирована. Эта дифференциация продолжается, она естественна и необходима для углубления познаний. Научный эксперимент требует сложнейшего оборудования, что привело к 
индустриализации научных исследований. Углубленность в область специальных наук затрудняет взаимопонимание ученых, возникает профессиональная 
терминология, непонятная порой даже близким по профилю специалистам. 
В настоящее время вряд ли существует математик или физик, знающий все 
разделы своих научных дисциплин. Специализация принесла огромную пользу, 
* Здесь не следует понимать в буквальном смысле взятие производной. Это неравенство 
устанавливает лишь соотношение скоростей изменения трех основных факторов: Н-Т-О. 

 
но вызвала и большие трудности. Главная из них — сложность всестороннего 
рассмотрения факторов, их объединение и интерпретация. Изучаемые в настоящее время процессы, протекающие в техногенной сфере, учитывают весьма 
ограниченное число переменных, не превышающих несколько десятков.  
Здесь целесообразно использование детерминистических подходов и дифференциальных уравнений. При описании сложных антропогенных явлений, где 
необходимо учитывать сотни или тысячи факторов, требуется применять современные методы (например, информационные технологии). В отдельных 
случаях при прогнозировании того или иного явления задача решается в 
условиях нестохастической неопределенности (отсутствия информации) путем 
использования интеллектуальных систем. 
Сегодня мы еще вынуждены объяснять принципиальные свойства живой 
материи особыми «биологическими законами», которые искусственно оторваны от общих законов природы и не имеют строгих научных формулировок. 
Поэтому узкоспециальная ограниченность в современной науке не имеет перспективы. 
Фундаментальные представления о строении вещества, об энергетических и информационных процессах, о сущности развития, об отличии живого 
от неживого следует пересмотреть с позиции единства и целостности мира, 
например, используя принципы квантовой физики. Современная наука требует не только накопления знаний в специальных областях, но и интеграции 
на основе концепции, которая сохраняла бы преемственность и открывала 
перспективы, устанавливая взаимосвязь между структурой, свойствами и организацией. 
Тенденция современной науки к интеграции путем взаимного проникновения, как известно, приводит к рождению новых научных дисциплин и 
направлений. Процессу интеграции способствуют следующие факторы: возникает множество проблем, для решения которых требуются знания и методы 
различных, иногда весьма отдаленных, наук; математика входит в описательные и гуманитарные науки, создавая основу развития и новые перспективы;  
в свою очередь описательные и гуманитарные науки ставят перед математикой новые задачи; происходит индустриализация науки на основании появления в последние десятилетия новых информационных технологий на базе 
массового применения персональных компьютеров и сетей Интернет; стираются методологические различия между естественными, техническими и гуманитарными науками. 
Техника. Возросшие потребности человечества нельзя в целом удовлетворить, если технический прогресс пойдет традиционным путем, которым он 
шел до середины XX века. Основным недостатком машинной цивилизации 
является низкий уровень управляемости технологическими процессами (будь 
то в энергетике или машиностроении), отстающий от требований практики 
сегодняшнего дня и совершенно недопустимый для завтрашнего. Чем выше 
энергетический уровень, тем ниже организованность, управляемость и информативность. Коэффициент полезного действия традиционных технических 
устройств недопустимо мал. Чрезвычайно низок коэффициент преобразования 
материалов: относительное количество вещества, которое непосредственно 
участвует в производственных функциях человеко-машинных систем, на 2-3 порядка ниже, чем в биоклетке. Кроме того, современное производство включает 
множество процессов, характер связи между которыми изменяется в зависи4 

 
мости от случайных факторов (флуктуаций). Очень многие технологические 
процессы не изучены или мало изучены. Часть физических процессов здесь 
протекает в сфере, мало доступной не только для эксплуатационного и диспетчерского контроля, но и для научного и экспериментального исследования. 
В этой связи проникновение идей искусственного интеллекта с его мощными 
техническими средствами радикально изменяет информационные возможности технологий. Оперативное вмешательство в быстропротекающие процессы 
уже не может ограничиваться медлительностью традиционного анализа и 
расчетов. Программное управление технологиями стало обычной практикой. 
Примером тому могут служить экспертные системы, позволяющие в автоматизированном режиме решать класс задач многокритериального анализа,  
прогнозирования и оптимального распределения ресурсов. Многие виды производственной деятельности человека, включая разработку новых устройств, 
проектирование и конструирование сооружений, управление сложными агрегатами, внутри которых происходят быстропротекающие и слабоуправляемые 
процессы (например, в атомной энергетике) — частично перешли и продолжают переходить из области приобретенного уникального опыта высококвалифицированного персонала в область массовых технологий, организации и 
управления. Созданный человечеством к началу ХХI века уникальный мир 
техносферы располагает огромной энергетической и информационной базой  
и связан с влиянием тысяч, а иногда и миллионов детерминированных и случайных факторов. Управление такой техносферой требует выработки новых 
концептуальных подходов и создания методологических основ профессионального инженерного и гуманитарного образования.  
Образование. В процессе обучения человек проходит различные этапы, 
в том числе этап основной деятельности, когда, обучаясь в университете, студент получает профессиональное образование. Сегодня образование является 
одной из самых острых проблем современности. Оставляя в стороне социально-экономическую ситуацию, приведшую к кризису образования в России, 
отметим, что сама технология обучения не соответствует требованиям современного общества. Классический путь обучения по методу «делай, как я» до 
недавнего времени оправдывал себя, пока объем теоретических знаний, компетенций и практических навыков, который требовался для плодотворной 
профессиональной деятельности, был не очень велик. При современных темпах 
развития экономики традиционный путь обучения оказался неприемлемым.  
Сейчас много говорят о гигантском потоке информации, который обрушивается на человека с первого дня рождения, о взрыве «мегабитной бомбы». 
Разобраться во всем информационном хаосе, отсеяв его случайные помехи и 
«шумы», возможно путем систематизации информации, формирования критериев, позволяющих провести целенаправленный анализ, воспринять и закрепить необходимые знания, отбросив при этом случайное и ненужное, создав 
единый категорийный аппарат знаний, понятный для специалистов различных 
направлений. С этой точки зрения представляется необходимым радикальное 
реформирование системы обучения и подготовки кадров и обоснование новых 
информационных технологий вузовского образования. 
Материал, представленный в монографии, отражает широкий спектр 
проведенных исследований и результатов работ по актуальным проблемам  
в области техногенной безопасности электроустановок напряжением до 1000 В, 
научным и практическим аспектам жизнедеятельности человека и окружающей среды.  

Рассмотрены процессы, приводящие к возникновению таких опасных 
ситуаций как электропоражения людей, аварии систем электроснабжения потребителей, пожары, вызванные действием электрического тока. Приведены и 
обоснованы математические модели человеко-машинной системы, компонентами которой являются «электротехнический персонал», «электроустановка» 
и «среда». Впервые установлены количественные причинно-следственные связи 
между ними и целесообразность введения функций управления и оптимизации 
техногенных рисков в многокритериальной среде. Рассмотрены экспериментальные и теоретические проблемы, связанные с дальнейшим развитием теории безопасности электроустановок.  
Авторы не ставили перед собой задачу обобщения и системологического 
анализа проблемы «наука — техника — образование», сознавая, что решение 
подобной задачи требует проведения и осмысления многолетних междисциплинарных исследований фундаментальных, прикладных и гуманитарных наук. 

Раздел первый  
Общие вопросы техногенной безопасности 
электроустановок 
Глава 1. Анализ опасности  
поражения человека электрическим током 
1.1. Классификация электроустановок  
и анализ возникновения травмоопасных ситуаций 
Классификация электроустановок и помещений, в которых они эксплуатируются, по признакам, влияющим на опасность поражения человека током, 
является важным мероприятием по снижению электротравматизма. 
Выделение электроустановок, имеющих в определенной мере одинаковые 
признаки электробезопасности, в отдельные группы позволяет разработать 
оптимальные требования к их конструкциям, защитным условиям эксплуатации. Кроме того, условия эксплуатации также влияют на опасность поражения 
человека электрическим током, поэтому их классификация более эффективная 
техническая мера. В основу указанных классификаций положены признаки, 
влияющие на опасность поражения человека электрическим током. Основными 
признаками являются: напряжение электроустановки, ток замыкания на землю, 
режим работы сети, режим нейтрали сети, состояние изоляции токоведущих 
частей электроустановки и факторы, влияющие на состояние указанной изоляции (температура, влажность среды и т. п.), а также вероятность включения 
тела в цепь тока. По напряжению различаются электроустановки до 1000 В 
и свыше 1000 В. По току замыкания на землю различают электроустановки 
с большими токами замыкания на землю, в которых ток однополюсного глухого замыкания на землю превышает 500 А, и электроустановки с малыми 
токами замыкания на землю, в которых ток однофазного глухого замыкания 
на землю равен или меньше 500 А. 
Режим нейтрали источника питания сети следует выбирать с учетом 
номинального напряжения, протяженности сети и числа подключенных потребителей. Последние два фактора влияют на сопротивление изоляции сети 
относительно земли, на величину тока замыкания на землю и в конечном итоге 
на величину тока, проходящего через тело человека. 
Электроустановки напряжением до 1000 В широко применяются на производстве и в быту. Условия работы электрооборудования напряжением до 
1000 В не исключают контакта с токоведущими частями, поэтому при выборе 
режима нейтрали сети следует учитывать возможность прикосновения к фазе. 
В сети с изолированной нейтралью значение тока замыкания на землю 
и тока, проходящего через тело человека при прикосновении к фазе, определяется сопротивлением изоляции и емкостью сети относительно земли. Как 
было показано ранее, значение тока, проходящего через тело человека, в этом 
случае при высоких сопротивлениях фаз может не превышать порогового 
неотпускающего тока. При сопротивлениях в несколько десятков килоом ток, 
проходящий через тело человека, опасен, однако предотвращение электротравмы возможно. 
Следовательно, при отсутствии замыканий на землю в сети с нейтралью, 
емкостью и высоким сопротивлением изоляции (|Z| > 10 кОм) сравнительно 

 
безопасны. Если сопротивление изоляции мало и емкость велика, человек, касающийся фазы, попадает под фазное напряжение, и ток, проходящий через 
его тело, достигает опасной величины. Такая сеть опасна и при нормальном 
режиме работы. 
При глухом замыкании на землю исправные фазы сети с изолированной 
нейтралью оказываются под напряжением сети, близким к линейному. Человек, 
прикоснувшийся к исправной фазе, попадает почти под линейное напряжение, 
и значение тока достигает смертельно опасной величины — нескольких сотен 
миллиампер. В сети с глухозаземленной нейтралью человек, касающийся  
фазы, в любом случае оказывается под фазным напряжении. Таким образом, 
сеть с глухозаземленной нейтралью при замыкании на землю менее опасна, 
чем с изолированной нейтралью. 
С учетом отмеченных особенностей сетей напряжением до 1000 В и различных режимов нейтрали следует заземлять нейтраль в сетях с невысоким 
сопротивлением изоляции и большой емкостью. Действующие ПУЭ предписывают заземлять нейтраль в четырехпроводных сетях, т. к. сопротивление 
изоляции нейтрального провода не может быть достаточно высоким: этот 
провод имеет большую длину и большее число присоединений, чем фазные 
провода. 
Эксплуатация четырехпроходных сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью ПУЭ запрещена. Однако в ряде случаев четырехпроходные сети передвижных электроустановок составляют исключение и работают 
с изолированной нейтралью. Электроустановки напряжением выше 1000 В 
представляют значительную опасность при прикосновении к фазе независимо 
от режима нейтрали. Следовательно, для предотвращения электротравм следует предусматривать мероприятия, в первую очередь исключающие возможность не только прикосновения, но и приближения к токоведущим частям, 
находящимся под напряжением. Что касается режима нейтрали сети, то в 
электроустановках 6, 10 и 35 кВ нейтрали или совсем не заземляются при малом токе замыкания на землю, или заземляются через реактивную (дугогасящую) катушку для ограничения величины тока замыкания на землю. 
Принятый режим нейтрали в сетях 110 кВ и выше (глухое заземление 
нейтрали) в еще большей степени обусловлен техническими соображениями.  
Наиболее важное из них — создание стабильности напряжения фаз относительно земли, так как это позволяет рассчитывать изоляцию обмоток и 
других токоведущих частей электроустановок не на линейное, а на фазное 
напряжение. 
Помещения, в которых находятся электроустановки, классифицируются 
в зависимости от параметров окружающей среды, воздействующих на сопротивление изоляции и на сопротивление тела человека, а также в зависимости 
от факторов, влияющих на возникновение условий поражения. 
Сухими помещениями называются такие помещения, в которых относительная влажность не превышает 60 %. Влажные помещения — это помещения, 
в которых относительная влажность воздуха больше 60 %, но не превышает 
75 %. В таких помещениях возможно кратковременное выделение паров и 
конденсирующейся влаги в небольших количествах. 
Сырыми помещениями называются такие помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100 %. В таких помещениях стены, пол, 
потолок и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой. Жаркими 

 
помещениями называются такие помещения, в которых температура воздуха 
длительное время превышает +30 °С. Повышенная температура воздуха в  
помещении ускоряет старение изоляции, что приводит к снижению ее сопротивления и даже к разрушению. При повышенной температуре воздуха 
уменьшается сопротивление тела человека вследствие выделяющегося пота. 
По этим причинам температура воздуха в помещении учитывается при решении вопросов электробезопасности. Помещения с токопроводящим полом 
представляют существенную опасность при эксплуатации электроустановок, 
так как в этих помещениях отсутствует переходное сопротивление между телом 
человека и землей. Токопроводящий пол (металлический, земляной, железобетонный, кирпичный и т. п.), кроме того, способствует условиям поражения. 
То же наблюдается при одновременном прикосновении к имеющим 
гальваническую связь с землей корпусам технологического оборудования (металлическим конструкциям зданий и сооружений) и к частям электрооборудования, нормально или случайно находящимся под напряжением. 
Пыльными помещениями называются помещения, в которых выделяется 
технологическая пыль в количестве, достаточном для проникновения под кожух электрооборудования и создания электрической цепи для утечки опасных 
токов. Пыль может быть также непроводящей. 
Помещения с химически активной средой — это помещения, в которых 
содержатся газы, пары или образуются отложения, разрушающие изоляцию 
или токоведущие части электрооборудования. 
Таким образом, для помещений можно выделить следующий признаки 
повышенной опасности: токопроводящие полы; сырость (относительная влажность воздуха выше 75 %); токопроводящая пыль; повышенная температура 
воздуха (выше 30 °С); возможность одновременного прикосновения к корпусам электрооборудования, имеющим соединение с землей, с одной стороны,  
и к металлическим корпусам электрооборудования или токоведущим частям — 
с другой. 
Следует также выделить признаки особой опасности: особая сырость 
(относительная влажность воздуха приближается к 100 %); активная химическая среда. По этим признакам помещения разделяются на помещения с повышенной опасностью, и помещения без повышенной опасности. 
Открытые или наружные электроустановки следует приравнивать к 
электроустановкам, эксплуатирующимся в особо опасных помещениях, так 
как в зависимости от условий погоды возможны повышенная температура, 
проводящий грунт и особая сырость. Кроме того, по доступности электрооборудования следует различать следующие помещения: 
1) pамкнутые электротехнические помещения, в которых установлено 
электрооборудование, не требующее постоянного надзора и потому находящееся под замком. В этих помещениях лишь для незначительного ремонта  
и т. п. находится электротехнический персонал. Внимание персонала, находящегося в таких помещениях в течение короткого времени, не будет ослаблено; 
2) электротехнические помещения — помещения или их отгороженные 
части, доступные только для электротехнического персонала, в которых установлено электрооборудование, требующее постоянного присутствия обслуживающего персонала. Так как люди находятся в этих помещениях длительно, то 
возможно ослабление внимания и, как следствие, контакт с элементами электроустановки, находящимся под опасным напряжением; 

 
3) производственные помещения — помещения, в которых длительный 
контакт с электрооборудованием (электроприводами станков, осветительными 
устройствами и т. п.) имеют лица неэлектротехнических специальностей; 
4) конторские и бытовые помещения (жилые, столовые и т. п.). 
В зависимости от вида электроустановки, номинального напряжения, 
режима нейтрали сети, условий среды помещения и доступности электрооборудования необходимо применять определенный комплекс защитных мер, 
обеспечивающих достаточную безопасность. 
В соответствии с ПУЭ для защиты людей от поражения электрическим 
током должна применяться, по крайней мере, одна из следующих защитных 
мер: заземление, зануление, защитные отключения, малые напряжения, разделительные трансформаторы, выравнивание потенциалов, двойная изоляция. 
Перечисленные защитные меры не являются универсальными. Их эффективность зависит от условий поражения, типа электроустановки и режима 
ее работы. Поэтому в следующей главе более подробно рассмотрены защитные свойства применяемых в электроустановках защитных мер. 
1.2. Условия поражения человека электрическим током 
Условия поражения возникают при прикосновении человека к точкам 
электроустановки с различными потенциалами или к точке, потенциал которой отличен от потенциала земли. Поэтому напряжение, которое в этом случае 
прикладывается к телу человека, принято называть напряжением прикосновения. 
С учетом материала, изложенного в главе 2, анализ опасности поражения 
человека в электроустановках сводится к определению значения тока в цепи 
тела человека или напряжения прикосновения. Однако задача эта нелегкая, поскольку человек может иметь контакт с различными элементами электроустановки, напряжение между которыми зависит от ее параметров, режима работы 
и условий эксплуатации. 
Из литературы известно, что существует четыре условия поражения 
(схемы включения) человека в электроустановках: двухполюсное (двухфазное) 
прикосновение, когда человек касается двух полюсов электроустановки; однополюсное (однофазное) прикосновение, когда человек, имея гальваническую 
связь с землей, касается одного полюса электроустановки; прикосновение  
к нетоковедущим частям электроустановок, оказавшихся под напряжением в 
результате повреждения изоляции (прикосновения к корпусу с поврежденной 
изоляцией); включение между двумя точками земли (грунта), находящимися 
под разными потенциалами (включение под напряжение шага). 
Основными причинами возникновения условий поражения человека 
электрическим током являются: 
1) случайное прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки; 
2) возникновение аварийных режимов в электроустановках; 
3) невыполнение требований ПУЭ; 
4) нарушение требований правил эксплуатации электроустановок. 
Следует отметить, что второе и третье условия поражения не имеют 
принципиальной разницы. Это объясняется тем, что наличие прямого контакта 
человека с токоведущей частью или косвенного (через токопроводящий корпус 
электроустановки) не будет отражаться на значении тока в цепи тела человека.