Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции токоведущих частей электрооборудования, при случайном прикосновении к неизолированным токоведущим частям электрооборудования, и для защиты имущества от теплового воздействия электрического тока (опасности возникновения пожара).

УЗО  может устанавливаться во вводно-распределительных устройствах (ВРУ), распределительных щитах (РЩ), групповых щитках (квартирных и на этажах), а также для защиты отдельных потребителей электроэнергии. Применение УЗО целесообразно в электроустановках всех видов и различного назначения. Используется оно вместе с автоматическими выключателями или  предохранителями, которые защищают его от перегрузок.

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток  утечки в проводниках, проводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.  Когда в электрическом приборе нарушается изоляция токоведущего провода, его корпус может оказаться под напряжением. В случае прикосновения к корпусу прибора может возникнуть ток замыкания на землю, и если корпус не заземлен, то человека ударит током. Если при прикосновении человека к токоведущим частям через него начинает проходить ток, то УЗО моментально зарегистрирует утечку тока в сети и отключит питание аварийного участка электроустановки. То же самое произойдет при пробое или нагреве изоляции до критической температуры, УЗО отключит напряжение до начала возгорания электропроводки. С момента возникновения утечки тока автоматическое отключение напряжения аварийного участка электрической цепи производится за время, обычно, не превышающее  0,03-0,3с в зависимости от параметра тока утечки УЗО.

Говоря простым языком, в УЗО происходит сравнение тока, уходящего в нагрузку с током, который вернулся из нагрузки, т.е. тока, проходящего по фазному проводнику с током, протекающим по нулевому проводнику. Если изоляция электропроводки не повреждена и электроприбор полностью исправен, то эти токи должны быть равны. При возникновении в цепи тока утечки значение фазного и нулевого тока становиться разным. УЗО зарегистрирует это изменение и сравнит его со значением номинального тока утечки. Если ток утечки в цепи больше номинального - УЗО отключает питание защищаемой цепи, отключая и фазу и ноль.

В общем виде однофазное УЗО можно изобразить в виде прямоугольника с двумя входами и выходами. И подключим к нему, например, стиральную машину.

В схеме на рисунке выше токи, протекающие через контакты УЗО I1=I2 и ∆I1-I2=0. Токов утечки не возникает и УЗО не срабатывает. Ток I1 в данном случае входящий, а ток I2 исходящий. Ток ∆I называется током утечки.

В схеме на рисунке выше возник ток утечки на землю I3. I2=I1+I3 или ∆I=I3. Если ток утечки ∆I приближается к указанным на УЗО параметрам тока утечки, УЗО срабатывает. Например, если  указан ток утечки 30мА, УЗО срабатывает при токе утечки 27мА. В роли сопротивления R может быть поврежденная изоляция провода стиральной машины и т.д. Трехфазное УЗО можно представить, как три однофазных, у которых на входе нулевой проводник соединен. В трехфазных УЗО сравниваются суммы токов фаз с нулем.

В нормальном режиме, при отсутствии тока утечки, по проводникам, проходящим через окно магнитопровода дифференциального трансформатора тока (1), протекают рабочие токи нагрузки. Эти токи наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но встречно направленные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток равен нулю, поэтому ток во вторичной обмотке также равен нулю. Вся система находится в состоянии покоя. При возникновении тока утечки (например, при прикосновении человека к токоведущим частям электроустановки), баланс токов в питающих проводниках и магнитных потоков в сердечнике, нарушается и во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока появляется дифференциальный ток утечки I2. Если этот ток превышает значение уставки электромагнитной защёлки на постоянном магните (2) (или реле разностного тока), защелка срабатывает и посредством рычага  размыкает механизм расцепления (3) и защищаемая цепь отключается от питающей сети.

Для проверки исправности УЗО предусмотрена цепь тестирования (кнопка "Тест"), работающая за счет искусственного создания  дифференциального тока утечки.  Работоспособное УЗО должно моментально отключить питание. Такую проверку рекомендуется проводить один раз в месяц.

Устройства с током утечки 10 мА и 30 мА защищают человека, а УЗО с током утечки 100 и 300 мА ставятся в качестве вводного устройства (например, на вводе в коттедж) и предназначены для защиты от пожара. Для квартиры можно ставится одно УЗО с током утечки 30 мА в квартирном электрическом щитке на лестничной площадке. Но в случае возникновения тока утечки устройство обесточит квартиру полностью. Поэтому лучше установить УЗО на групповую электрическую цепь - группу освещения, группу розеток, стиральную машину, помещение с повышенной опасностью поражения током. Если возник ток утечки в групповой цепи, например, в группе розеток, то будет отключена только эта группа, а другие электроприборы будут работать. На розеточную группу и осветительную сеть можно ставится УЗО на 30 мА. Для защиты  розеток в ванной комнате, а также розеток для электропитания оборудования, работающего на земле, ставится УЗО с током утечки 10 мА, если для них выделены отдельные линии, если одна линия, например, для ванной, коридора и  кухни, то надо ставить  УЗО с током утечки 30 мА. Наиболее вероятными местами поражения электрическим током в квартирах и домах являются кухня и ванная комната. Здесь достаточно много электробытовых приборов, есть естественные заземлители (водопроводные, газовые трубы), теснота, повышенная влажность.

Если в электрической цепи есть нулевой "заземляющий" проводник, то ток через него пойдет на землю, если его нет, то ток через "рабочий" нулевой проводник может пройти через тело человека. УЗО ставиться как на вводе, так и на отдельные группы электрических приборов. Ставится дифференциальный автомат (автомат + УЗО) или УЗО + автомат для защиты от свертоков,  номинальный ток нагрузки УЗО должен быть на ступень выше или равен номинальному току автомата защиты.

УЗО может сработать и при выключенном автомате (отключенной фазе), если по нулевому проводу потек ток. 

В настоящее время в России используются электроустановки со старой системой заземления TN-C, так и новые, с системами заземления TN-C-S и TN-S. При монтаже УЗО необходимо разделить нулевой рабочий проводник (N) и нулевой защитный проводник (PE) в зоне защиты УЗО. В сети с напряжением 220В  устанавливаются двухполюсные УЗО с двумя защищенными полюсами на фазный и нулевой рабочий проводник. Для трехфазных сетей с напряжением 380В применяются четырехполюсные УЗО с четырьмя защищенными полюсами. Схема установки должна быть нарисована на УЗО.

Номинальное напряжение (Un) - значение напряжения, установленное изготовителем УЗО, при котором устройство работоспособно. Обычно 220 или 380 В. Равенство напряжения в сети и номинального напряжения УЗО очень важно для электронных УЗО. От этого сильно зависит его работоспособность.

Номинальный ток (In) - максимальный ток, при котором УЗО сохраняет свою работоспособность продолжительное время. Номинальный ток УЗО выбирается из ряда: 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125 А. Для дифференциального автомата это еще и номинальный ток автоматического выключателя в составе УЗО. Номинальный ток дифференциальных автоматов выбирается из ряда: 6,8,10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125 А.

Номинальный отключающий дифференциальный ток (Idn) - ток утечки. Основная характеристика УЗО. Данное значение показывает величину дифференциального тока, указанное при котором УЗО должно срабатывать при заданных условиях. Номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО выбирается из следующего ряда: 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА.

Номинальный условный ток короткого замыкания (Inc) - характеристика, определяющая надежность и прочность устройства, качество исполнения его механизма и электрических соединений при протекании сверхтока (тока короткого замыкания в сети), значение этого параметра проверяется при сертификационных испытаниях.  Еще этот параметр называют "стойкость к  току короткого замыкания". Автомат, который защищает цепь, сработает на отключение, но это произойдет через 10 мс. За это время УЗО будет находиться под воздействием сверхтока, если оно сохраняет работоспособность, то его качество считается высоким. Значения номинального тока короткого замыкания стандартизованы и равны: 3000, 4500, 6000 и 10000 А. Минимально допустимое значение - 3000 А. Для УЗО с задержкой срабатывания предъявляются повышенные требования к току короткого замыкания. Их устанавливают на вводе и они находятся под воздействием сверхтока более продолжительное время.

Номинальная коммутационная способность (Im) -  согласно требованиям, должна быть не менее чем в 10 раз больше номинального тока или равна 500 А. Качественные устройства имеют, как правило, гораздо более высокую коммутационную способность - 1000, 1500 А. Такие устройства надежнее, и в аварийной ситуации, например, при коротком замыкании на землю, УЗО, опережая автомат защиты, гарантированно произведут отключение электроустановки.

1. Номинальное напряжение.
2. Номинальный ток.
3. Ток утечки.
4. Номинальный условный ток короткого замыкания.
5. Тип УЗО - АС, реагирует только на переменный ток утечки.

1. Без встроенной защиты от сверхтоков, которое просто реагирует на ток утечки.
2. С встроенной защитой от сверхтоков. Совмещает в себе функции УЗО и автомат для защиты от сверхтоков, называется дифференциальный автомат.
3. Тип AC - реагирует только на переменный ток утечки.
4. Тип А - реагирует на переменный и постоянный ток. Там, где имеются выпрямители и тиристоры, при пробое изоляции возможна утечка постоянного тока. Эти устройства имеют более сложную конструкцию, стоят дороже.
5. Тип S - селективное (с выдержкой по времени отключения), это может быть необходимо там, где используется АВР.
6. Тип G - то же что и S, но с меньшей выдержкой времени.

УЗО по конструкции бывают электромеханические ( независимые от напряжения питания) и электронные (зависимые от напряжения питания). Для электронного УЗО необходимо дополнительное напряжение для электронного усилителя. Если на линии до УЗО пропал рабочий ноль, а фаза нет, и человек взялся рукой за незаземлённый корпус нагрузки или за фазу, то электронное УЗО не отключится. Электромеханическое УЗО в таком случае сработает. Электронные УЗО стоят значительно дешевле, но для обеспечения электробезопасности электромеханические предпочтительнее.

Дифференциальный автомат совмещает в себе функции УЗО и автомата для защиты от сверх токов. Устройство сработает при перегрузке по току, при коротком замыкании, при возникновении дифференциального тока (тока утечки). Преимуществом этого устройства является меньший размер, это удобно там, где немного места для установки устройств. Недостатком является то, что после срабатывания устройства нельзя определить причину срабатывания, можно только увидеть процесс отключения. Некоторые известные производители делают специальные индикаторы, по которым можно определить причину срабатывания.

Подавляющее большинство случаев поражения электротоком, так или иначе, связано с утечкой тока - ситуацией, которую распознает УЗО.

При ошибочном монтаже УЗО не будет выполнять свою функцию или будут иметь место ложные срабатывания. Самой распространенной ошибкой при монтаже УЗО является подключение к УЗО нагрузки, в цепи которой имеется соединение нулевого рабочего проводника (N) с открытыми проводящими частями электроустановки или соединение с нулевым защитным проводником (PE). Также ошибками является -  подключение нагрузок к нулевому рабочему проводнику до УЗО, подключение нагрузок к нулевому рабочему проводнику другого УЗО, перемычка между нулевыми рабочими проводниками различных УЗО. Ложное срабатывание может возникнуть из-за самого УЗО, поэтому лучше устанавливать качественные  устройства. 

УЗО нецелесообразно устанавливать при наличии старой ветхой проводки в помещении, свойство УЗО обнаруживать утечку тока может принести больше проблем, чем пользы, если оно начнет непредсказуемо срабатывать. А при старой электропроводке это может начаться в любой момент (даже при первом включении УЗО). Если изоляция старая и плохая, может возникнуть небольшой ток, который может превысить значение тока утечки УЗО.  Поэтому в данном случае рекомендуется установка в местах с повышенной опасностью розеток со встроенным УЗО.

УЗО не может различить, что именно включено в электрическую цепь - человек или электроприбор. Если человек возьмется одновременно за фазу и рабочий ноль, то тока утечки не будет. Если тока утечки нет, то для УЗО все в порядке.

Есть признанные производители УЗО - Legrand, Moeller, ABB, Siemens, Schneider Electric, на российском рынке также представлены  отечественные производители -  Астро-УЗО, ИЭК, ДЭК. Качественная работа УЗО в первую очередь зависит от высокого качества элементов, входящих в его состав. Наиболее известные производители используют более качественные детали.