Занулением называется электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок с заземленной нейтралью вторичной обмотки трехфазного понижающего трансформатора или генератора, с заземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной средней точкой в сетях постоянного тока.
Принцип действия зануления основан на возникновении короткого замыкания при пробое фазы на нетоковедущую часть часть прибора или устройства, что приводит к срабатыванию системы защиты (автоматического выключателя или перегоранию плавких предохранителей).
Зануление — основная мера защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью. Поскольку нейтраль заземлена, зануление можно рассматривать как специфическую разновидность заземления.
Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части (корпуса, конструкции, кожухи и т.п.) с заземленной нейтралью источника питания (трансформатора, генератора). Подробнее смотрите здесь: Защитные проводники в электроустановках (PE-проводники).
В сетях 380/220 В в соответствии с требованиями ПУЭ применяется заземление нейтралей (нулевых точек) трансформаторов или генераторов.
Рассмотрим вначале сеть 380 В с заземленной нейтралью. Такая сеть изображена на рис. 1.
Если человек прикоснется к проводнику этой сети, то под воздействием фазного напряжения образуется цепь поражения, которая замыкается через тело человека, обувь, пол, землю, заземление нейтрали (см. стрелки). Та же цепь образуется, если человек прикоснется к корпусу с поврежденной изоляцией. Однако просто выполнить заземление корпуса электроприемника нельзя.
Рис. 1. Прикосновение к проводнику в сети с заземленной нейтралью
Рис. 2. Заземление электроприемника в сети с заземленной нейтралью
Чтобы это понять, допустим, что такое заземление все же выполнено (рис. 2) и на установке произошло замыкание на корпус двигателя. Ток замыкания будет протекать через два заземлителя - электроприемника Rз и нейтрали Rо (см. стрелки).
По закону Ома фазное напряжение сети Uф распределится между заземлителями Rз и Ro пропорционально их величинам, т. е. чем больше сопротивление заземлителя, тем больше будет падение напряжения в нем.
Если, например, сопротивление Rо = 1 ом, Rз = 4 ом и Uф = 220 В, то падение напряжения распределится так: на сопротивлении Rз будем иметь 176 В, а на сопротивлении Rо будем иметь = 44 В.
Таким образом, между корпусом электродвигателя и землей возникает достаточно опасное напряжение. Человек, прикоснувшийся к корпусу, может быть поражен электрическим током. Если будет иметь место обратное соотношение сопротивлений, т. е. Rо будет больше, чем Rз, опасное напряжение может возникнуть между землей и корпусами оборудования, установленного возле трансформатора и имеющими общее заземление с его нейтралью.
Рис. 3. Зануление электроприемника в сети с заземленной нейтралью
По указанной причине в установках с заземленной нейтралью напряжением 380/220 В применяется система заземления иного вида: все металлические корпуса и конструкции связываются электрически с заземленной нейтралью трансформатора через нулевой провод сети или специальный зануляющий проводник (рис. 3). Благодаря этому любое замыкание на корпус превращается в короткое замыкание, и аварийный участок отключается предохранителем или автоматическим выключателем. Такая система заземления и называется занулением.
Таким образом, обеспечение безопасности при занулении достигается путем отключения участка сети, в котором произошло замыкание на корпус.
Защитное действие зануления заключается в автоматическом отключении участка цепи с поврежденной изоляцией и одновременно - в снижении потенциала корпуса на время от момента замыкания до момента отключения. После прикосновения человека к корпусу не отключившегося, по какой-либо причине, электроприемника в схеме появится ветвь тока через тело человека.
Кроме того, если в этой линии установлено УЗО, то оно так же срабатывает, но не от большой величины силы тока, а потому, что сила тока в фазном проводе становится неравна силе тока в нулевом рабочем проводе, так как большая часть тока имеет место в цепи защитного зануления мимо УЗО. Если на этой линии установлены и УЗО и автоматический выключатель, то сработают либо они оба, либо что-то одно, в зависимости от их быстродействия и величины тока замыкания.
Так же как не всякое заземление обеспечивает безопасность, не всякое зануление пригодно для обеспечения безопасности. Зануление должно быть выполнено так, чтобы ток короткого замыкания в аварийном участке достигал значения, достаточного для расплавления плавкой вставки ближайшего предохранителя или отключения автомата. Для этого сопротивление цепи короткого замыкания должно быть достаточно малым.
Если отключения не произойдет, то ток замыкания будет длительно протекать по цепи и по отношению к земле возникнет напряжение не только на поврежденном корпусе, но и на всех зануленных корпусах (так как они электрически связаны). Это напряжение равно по величине произведению тока замыкания на сопротивление нулевого провода сети или зануляющего проводника и может оказаться значительным по величине и, следовательно, опасным особенно в местах где отсутствует выравнивание потенциалов. Чтобы предупредить подобную опасность, необходимо точно выполнять требования ПУЭ к устройству зануления.
Защитное действие зануления обеспечивается надежным срабатыванием максимальной токовой защиты на быстрое отключение участка сети с поврежденной изоляцией. По ПУЭ время автоматического отключения поврежденной линии для сети 220/380В не должно превышать 0,4 с.
Для этого необходимо, чтобы ток короткого замыкания в цепи фаза - нуль отвечал условию Iк >k Iном, где k — коэффициент надежности, Iном - номинальный ток уставки отключающего аппарата (плавкий предохранитель, автоматический выключатель).
Коэффициент надежности k согласно ПУЭ должен быть не менее: 3 - для плавких предохранителей или автоматов с тепловым расцепителем (тепловое реле) для нормальных помещений и 4 - 6 - для взрывоопасных помещений, 1,4 - для автоматических выключателей с электромагнитным расцепителем во всех помещениях.
Сопротивление растеканию заземляющего устройства нейтрали Ro (рабочее заземление) должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при номинальных напряжениях 660, 380 и 220 В электроустановки трехфазного тока.