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2019-10-30

Wie kann man den Kondensator sicher entladen?

Der Kurzschluss eines aufgeladenen Kondensators verursacht große Gefahr, dass das elektronische Bauelement und sonstige Komponenten des Stromkreises verbrennen werden, sowie das Risiko eines Stromschlags oder Brandausbruchs. Der Zerstörungsausmaß bei einem Kurzschluss ist umso größer, je höher die Kapazität und die Spannung des jeweiligen Kondensators. Bevor dieses Bauelement aus dem Stromkreis entfernt wird, ist es erforderlich, den Kondensator zu entladen. Erfahren Sie, wie das geht.

Aus diesem Beitrag erfahren Sie:

Wie funktioniert ein Kondensator?

Bei Kondensatoren handelt es sich um ein System von zwei Elektroden, durch ein Dielektrikum voneinander getrennt, in dem elektrische Ladungen mit demselben Wert und entgegengesetztem Potential gespeichert werden. Es gibt viele Arten von Kondensatoren, die zu mehreren Untertypen eingestuft werden können. Die einfachsten Kondensatoren bestehen aus zwei Metallplatten mit dazwischenliegendem Dielektrikum – z.B. Luft, keramisches Material oder imprägniertes Papier. Diese Platten bilden die leitfähigen Flächen, wo die elektrische Energie gespeichert wird.

Nach dem Anlegen einer Spannung an die leitfähigen Flächen wird die elektrische Ladung gespeichert – ähnlich wie in den Batteriezellen. Wird der Kondensator von der Spannungsquelle getrennt, bleibt die elektrische Ladung infolge der elektrostatischen Anziehungskraft an den leitfähigen Flächen haften. Die gespeicherten Ladungen sind gleich, haben jedoch entgegengesetzte Potenziale.

Ein sicheres Entladevorgang beim Kondensator verläuft analog zum Ladevorgang. Nach dem Anlegen einer Gleichspannung U an die Enden des Kondensators, die sich durch eine bestimmte Kapazität auszeichnen, wird im Kondensator eine Ladung Q gespeichert, die das Produkt der Kapazität und der Spannung ist. Die Maßeinheit für die elektrische Kapazität von Kondensatoren ist Farad. Ein Kondensator mit einer Kapazität von 1 Farad kann durch das Aufladen auf eine Spannung von 1 Volt eine Ladung von 1 Coulomb speichern. Da sich bei 1 Farad um eine sehr große Maßeinheit handelt, verfügen die in der Elektronik und Elektrotechnik eingesetzten Kondensatoren normalerweise über die Kapazitäten von einem Pikofarad, Nanofarad, Mikrofarad oder Millifarad.

Die Festkondensatoren lassen sich in zwei Grundkategorien einteilen: Kunststoff-Folienkondensatoren und Keramikkondensatoren.Sicheres Entladen des Kondensators hängt größtenteils vor allem von dessen Aufbau ab. Die Polystyrol-Folienkondensatoren zeichnen sich durch eine hohe Stabilität und Isolationswiderstand, sowie durch eine niedrige Höchstgrenze der Betriebstemperatur aus.

Die Kunststoff-Folienkondensatoren werden aus dreilagigen Folie nach dem Prinzip Elektrode-Dielektrikum-Elektrode ausgeführt, die anschließend gewickelt und im entsprechenden Gehäuse platziert wird. Sie werden relativ häufig in den elektrischen und elektronischen Systemen bei unterschiedlichen Haushaltsgeräten sowie bei Radio- und Fernsehgeräten eingesetzt. Ein Beispiel für diese Kondensatoren ist das Modell WIMA FKP2D021001I00HSSD.

Zu den gängigsten Kondensatoren in den integrierten Schaltkreisen gehören die Keramikkondensatoren, die aus Keramikplatten mit angebrachten Metallelektroden ausgeführt werden, wie z.B. das Modell SR PASSIVES CC-10/100. Für deren Entladung sind Empfangsgeräte mit einem hohen Widerstand zu verwenden.

Parameter der Kondensatoren

Um zu wissen, wie ein Kondensator zu entladen ist, sollte man sich mit den Parametern dieses elektrischen Bauelements vertraut machen. Die grundlegenden Parameter eines Kondensators sind: die Nennkapazität, Kapazitätstoleranz, Nennspannung und dielektrischer Verlust.

Ferner zeichnen sich die Kondensatoren durch folgende Merkmale aus: zulässige Wechselspannung, Isolationswiderstand, Temperaturkoeffizient der Kapazität, Klimakategorie und Dimensionen, sowie die zulässige Impulsbelastung, Nennleistung oder Höchstfrequenz.

Kapazität ist der wichtigste Parameter, der beim geplanten sicheren Entladevorgang eines Kondensators zu berücksichtigen ist. Es ist die Fähigkeit eines Kondensators, die Ladung zu speichern, und sie ist proportional zum Produkt der Dielektrizitätskonstante und der Elektrodenfläche, sowie umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den Elektroden (Dicke des Dielektrikums).

Bei der vom Hersteller angegebenen Kapazität eines Kondensators handelt es sich um Nennkapazität, die in der Praxis unmöglich erreicht werden kann – auf den Kapazitätswert können sich sehr viele Umgebungsfaktoren auswirken. Daher wird der Kapazitätswert mit einer Toleranz in Prozent angegeben, wobei es sich um eine Abweichung von dem tatsächlichen Wert der Nennkapazität in Prozent handelt.

Der Kondensatorverlust bezeichnet einzelne Energieverluste, die mit dem Betrieb eines Kondensators bei Wechselspannung verbunden sind, und es handelt sich dabei um den sog. Verlustwinkel, als Tangens ausgedrückt. Diese Verluste sind normalerweise größer als dielektrische Verluste, was mit den Verlusten an den Elektroden sowie mit der Frequenz und Temperatur, die sich auf das Kondensatorsystem auswirkt, verbunden ist.

Wie kann man den Kondensator entladen?

Der Entladevorgang des Kondensators hängt von der Art des Kondensators und dessen Kapazität ab. Kondensatoren mit einem höheren Farad-Wert sind vorsichtiger zu entladen, denn ein Kurzschluss kann dabei nicht nur den Kondensator beschädigen, sondern auch eine Explosion oder einen Stromschlag.

Eine sichere Kondensatorentladung besteht darin, einen beliebigen Widerstand an zwei Enden des Kondensators anzuschließen, damit die im Kondensator gespeicherte Energie zerstreut werden kann. Beispielsweise: wie kann man einen Kondensator mit einer Spannung von 100 V entladen? Dazu kann ein gängiger Widerstand oder eine Glühbirne mit einer Spannung von 110 V verwendet werden. Der Kondensator, indem er seine Energie abgibt, lässt die Birne aufleuchten und die Lichtquelle zeigt zugleich den Ladezustand des Bauelements. Natürlich kann man sich dabei auch eines anderen Widerstands bedienen.

Die Kondensatorentladung sollte mittels eines hohen elektrischen Widerstands erfolgen. Dann wird die Entladung der an den leitfähigen Flächen gespeicherten Ladung länger dauern, aber wir können sicher sein, dass die Ladung auch komplett entladen wird.

Das Entladen eines Kondensators mit geringerer Kapazität kann auch mittels eines speziellen Entladesystems durchgeführt werden, bestehend aus einem Kondensator und einem Widerstand in Reihenschaltung. Bei Vorbereitung dieses Systems sind die Entladezeit des Kondensators und die erforderliche Widerstandsleistung zu beachten.

Die Entladezeit des Kondensators entspricht dem Produkt des Widerstandswertes, in Reihenschaltung an den Kondensator angeschlossen, und der Kapazität. Nach dieser Zeit sollte die Spannung des Bauelements bis auf ein Drittel der Anfangsspannung sinken und die komplette Entladung sollte innerhalb einer Zeit erfolgen, die dem fünffachen Wert der Zeit entspricht, die als Produkt des elektrischen Widerstands und der Kapazität berechnet wird.

Je kleiner der Widerstand, der an das System angeschlossen wird, desto schneller erfolgt die Kondensatorentladung. Zum Beispiel: bei einem Kondensator mit einer Kapazität von 10 uF und bei dessen Entladung mit einem elektrischen Widerstand von 1 kΩ beträgt die Entladezeit 0,01 s. Bei Entladung des Bauelements mit einer Kapazität von 1 mF mit demselben elektrischen Widerstand wird die Entladezeit von 1/3 des Anfangswertes der Ladung bis zu 1 s verlängert.

Man darf nicht vergessen, dass eine sichere Kondensatorentladung über einen entsprechend angepassten elektrischen Widerstand erfolgen muss. Ein Widerstand mit zu geringer Leistung kann beschädigt werden. Daher ist bei der Auswahl die am Widerstand erzeugte Leistung zu beachten, die dem Quotienten des Quadrats der Spannung und des elektrischen Widerstands entspricht. Handelsübliche Kondensatoren können eine Leistung von bis zu 0,25 W übertragen. Die Anwendung eines solchen Widerstands bei einem größeren Kondensator mit höherer Ladung und Spannung verursacht dessen Verbrennung. Daher lohnt es sich, bei kleinen Bauelementen den Widerstand mit einer Leistung von 5 W und dem elektrischen Widerstand von z.B. 1 kΩ - ein Beispiel hierfür wäre das Modell SR PASSIVES MOF5WS-1K.

Größere Kondensatoren für den elektroenergetischen Gebrauch sollten mit Entladewiderständen ausgestattet sein, die nach Abschaltung der Versorgungsspannung dieses Bauelement innerhalb von wenigen Minuten zu entladen haben. Sichere Entladung eines dreiphasigen Leistungskondensators sollte unter Anwendung des Kabels YDY 4 mm2 erfolgen und zwar dadurch, dass einzelne Phasen des Bauelementes mit dem PE-Kabel verschlossen werden.

Symbol: Beschreibung:
FKP2-10N/100 Kondensator: Polypropylen-Folienkondensator; 10 nF; 5 mm; ±10%; 6,5x8x7,2 mm; 1 kV/μs
CC-10/100 Kondensator: Keramikkondensator; 10 pF; 100 V; C0G; THT; 5 mm
MOF5WS-1K Widerstand: metal oxide; THT; 1 kΩ; 5W; ±5%; Ø6x17 mm; axial

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