Плавкий предохранитель — простейшее и чрезвычайно распространенное устройство для защиты электроустановок от больших перегрузок и коротких замыканий. При защите электрических сетей и установок во всех случаях, когда предохранители могут обеспечить необходимые чувствительность и избирательность защиты, рекомендуется использовать их вместо автоматических выключателей и реле. Последние целесообразно использовать в случаях, когда необходимо автоматизировать управление и обеспечить более скорое восстановление напряжения, чем это позволяют предохранители, а также при частых аварийных отключениях.

Принцип действия предохранителя прост. Его плавкая вставка при протекании тока нагревается. При перегрузке или коротком замыкании плавкая вставка перегорает. Цепь тока при этом разрывается. Чтобы в случае перегорания плавкой вставки не появлялась опасная электрическая дуга, которая может повредить оборудование или представить опасность для обслуживающего персонала, плавкие вставки помещают, например, в фарфоровые трубки. Когда плавкая вставка перегорает, давление в трубке значительно повышается от нагрева воздуха и появления паров металла, образуется дутье вдоль трубки, и пары газа и металла выдуваются, деионизируясь при этом. Предохранители такого устройства могут разрывать мощность до 500 кВ•А при напряжении до 660 В. Однако для большей мощности они непригодны: дутье недостаточно сильно, в результате чего дуга, поддерживаемая очень большим током, не может быть прервана.

Трубки предохранителей на большие мощности отключения заполняют кварцевым песком. Некоторые предохранители выпускаются фибровыми трубками, в которые помещена плавкая вставка. При перегорании плавкой вставки фибровая трубка выделяет газы, давление в трубке значительно увеличивается и дуга деионизируется.

Плавкие вставки предохранителей изготавливают из свинца, его сплавов, цинка, алюминия, меди, серебра. Вставки из свинца и его сплавов имеют низкую температуру плавления, а также обладают , тепловой инерцией вследствие большой удельной теплоемкости этих материалов. Поэтому кратковременные перегрузки такие плавкие вставки не отключают. Но, с другой стороны, из-за сравнительно высокого дельного сопротивления этих материалов сечение плавких вставок на большие токи получается большим, и при перегорании разбрызгивается рачительное количество металла.

Плавкие вставки из меди и серебра имеют намного меньшее сечение, рак как обладают хорошей электропроводностью. Температура их плавления также значительно выше.

Применяются также плавкие вставки, работающие по принципу металлургического эффекта. Этот принцип заключается в следующем. Если на медную или серебряную проволоку нанести оловянный шарик, то при нагреве атомы олова проникают в материал проволоки, образуя сплав. Так как температура плавления сплава всегда ниже температуры плавления входящих в сплав металлов, то в месте нахождения шарика плавкая вставка перегорает при температуре, меньшей, чем температура плавления олова.

К основным параметрам предохранителей относят номинальный ток, номинальное напряжение и предельно отключаемый ток. Важной характеристикой предохранителя является ампер-секундная характеристика вставки, представляющая собой зависимость времени перегорания вставки от протекающего по ней тока  I (рис. 13.10). Как видно из рисунка, время перегорания плавкой вставки быстро уменьшается с увеличением тока.

Предохранители выбирают по номинальному току плавкой вставки I_вст, на который она рассчитана, по номинальному току предохранителя I_пр, на который рассчитан сам предохранитель, то есть его токоведущие части, по предельно отключаемому предохранителем току и проверяют на селективность действия.

В предохранитель с определенным номинальным током могут быть встроены плавкие вставки на различные токи. Низковольтные предохранители должны выдерживать ток, равный 130% номинального тока плавкой вставки, неопределенно длительное время, а ток, составляющий 160% номинального, — до 1 ч. При токах 200...250% номинального время перегорания снижается до нескольких секунд.

Далее приводятся сведения о предохранителях, получивших широкое применение в электроустановках напряжением до 1000 В.

В зависимости от конструкции плавких вставок предохранители выполняют разборными, допускающими замену плавкой вставки на месте эксплуатации, и неразборными, у которых заменяется вся плавкая вставка с держателем. По форме корпуса их выполняют цилиндрическими (трубчатыми), призматическими, с плавкой вставкой в виде прямоугольного параллелепипеда; по наличию наполнителя, окружающего плавкую вставку, — с наполнителем и без наполнителя; по виду контактов плавной вставки — с ножевыми  или врубными контактами вставляемыми в губки контактов основания, с болтовым контактом для присоединения к проводникам комплектного устройства и др. (рис. 13.11).

Предохранители серии ПН-2 с песчаным наполнителем и фарфоровым корпусом имеют высокую отключающую способность. Их изготавливают на номинальные токи от 40 до 600 А на напряжения до 660 В. Сменной частью предохранителя является патрон, состоящий из плавкого элемента, корпуса, наполнителя и контактов.

Предохранители серии ПР-2 имеют фибровый корпус и цинковый плавкий элемент переменного сечения на номинальные токи от 6 до 1000 А. Их устанавливают в сетях напряжением до 660 В. Плавкую вставку можно заменять на месте эксплуатации без применения специального инструмента. В связи с отсутствием наполнителя предохранители ПР-2 имеют большие размеры, чем ПН-2, чтобы обеспечить надежное гашение дуги при срабатывании.

Резьбовые предохранители ПДС имеют керамическое основание, в которое вставляется плавкая вставка, удерживаемая ввинчиваемой в основание головкой предохранителя. Эти предохранители имеют визуальный указатель срабатывания. Их выпускают на токи от 1 до 600 А и применяют для защиты оборудования при небольших токах короткого замыкания. Достоинство предохранителей ПДС — возможность замены плавкой вставки под напряжением. Устанавливают их непосредственно на шины, привинчивая или приклепывая.

Резьбовые предохранители серии ПРС в пластмассовых корпусах используют в небольших комплектных устройствах. Их можно устанавливать на изоляционных и металлических панелях. Для установки в три фазы применяют блоки из трех предохранителей.

Предохранители серий ПП-23 и ПП-24 имеют плавкие вставки на токи от 2 до 100 А, рассчитаны для применения в сетях напряжением до 660 В переменного и 400 В постоянного тока. Они унифицированы с зарубежными предохранителями фирмы «Сименс».

Для защиты полупроводниковых приборов предназначены быстродействующие приборы ПНБ-2 и ПНБ-5. Взамен их в настоящее время выпускаются быстродействующие предохранители серии ПП-57 и др.

Для бытовых электропроводок выпускаются пробочные резьбовые предохранители серии Ц27ПК-2.

Для низковольтных сетей предназначены предохранители серий ИП, ТП и др.

Во всех случаях следует отдавать предпочтение плавким предохранителям с наполнителем. Предохранители с закрытой плавкой вставкой без наполнителя (например, ПР-2) допускается применять в небольших, преимущественно передвижных установках и при расширении действующих установок с такими предохранителями.

Для защиты сетей низшего напряжения переменного тока от появления в них потенциала при пробое изоляции со стороны высокого напряжения предназначены предохранители-разрядники низшего напряжения типа ПП-А/3 (рис. 13.12). Такие предохранители устанавливают непосредственно на крышке бака силовых трансформаторов, рядом с выводами обмоток низшего напряжения. Один из контактов предохранителя присоединяют к выводам обмоток низшего напряжения, а второй — к баку трансформатора. Предохранитель срабатывает (искровой промежуток пробивается) в диапазоне напряжений 351...600 В (исполнение I) или 701...1000 В (исполнение II) и допускает прохождение тока силой 200 А в течение 10 мин. Разряд происходит в четырех отверстиях слюдяной прокладки, по воздушному промежутку между контактом, соединенным с обмоткой низшего напряжения, и контактом, соединенным с корпусом трансформатора.

Предохранители можно применять только с калиброванной плавкой вставкой. Заменять их нужно при снятом напряжении. Если снять напряжение невозможно, то трубчатые и резьбовые предохранители можно заменять под напряжением, но при отключенной нагрузке с обязательным использованием защитных средств (очков, диэлектрических перчаток или специальных клещей). Замену предохранителей на высоте с приставной лестницы должен выполнять электромонтер с квалификационной группой не ниже III (см. гл. 25) в присутствии второго лица с группой не ниже II, которое может прийти на помощь в случае необходимости.