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2019-10-30

Come scaricare in modo sicuro un condensatore?

Un eventuale cortocircuito del condensatore carico comporta un enorme rischio di danneggiamento di questo componente elettronico, così come di altri componenti presenti nel circuito, nonché di scosse elettriche e di incendio. L'entità dei danni in caso di cortocircuito sarà proporzionale alla capacità e alla tensione del condensatore. Prima di rimuovere questo componente dal circuito è necessario scaricare il condensatore. Scopri come farlo.

In questo articolo illustreremo:

Come funziona il condensatore?

I condensatori sono costituiti da due elettrodi separati da un dielettrico, in cui vengono immagazzinate delle cariche elettriche dello stesso valore e di potenziale opposto. Esistono molti tipi di condensatori che possono essere classificati in diversi sottotipi. I più semplici sono realizzati con due lamine metalliche, tra le quali è inserito un materiale isolante denominato dielettrico, ad es. l'aria, un materiale ceramico o della carta impregnata. Queste lamine costituiscono le armature del condensatore, in cui viene raccolta l'energia elettrica.

Dopo il collegamento della corrente elettrica alle armature del condensatore, queste iniziano ad accumulare delle cariche elettriche, proprio come avviene nelle celle di una batteria. Dopo aver scollegato la sorgente di tensione, a causa dell'effetto dell'attrazione elettrostatica, le cariche elettriche rimangono sulle armature del condensatore. Le cariche accumulate sono uguali, ma hanno polarità opposte.

La scarica sicura di un condensatore è un processo analogico alla sua carica. Dopo aver applicato una tensione continua U alle estremità di un condensatore con una determinata capacità, nel condensatore verrà accumulata una carica Q, il valore viene espresso come il prodotto della capacità e della tensione. L'unità di misura della capacità del condensatore è il farad. In un condensatore con una capacità di 1 farad, una carica di 1 coulomb genera 1 volt. Poiché 1 farad rappresenta un valore molto elevato, i condensatori utilizzati nell'elettronica e nell'elettrotecnica generalmente presentano capacità dell'ordine: picofarad, nanofarad, microfarad e millifarad.

I condensatori solidi possono essere suddivisi in due categorie principali: condensatori a film e condensatori ceramici. Il processo di scarica sicura del condensatore dipende principalmente dalla sua struttura. I condensatori in polistirene sono caratterizzati da elevata stabilità e resistenza dell'isolamento, nonché da un limite superiore della temperatura di funzionamento piuttosto basso.

I condensatori a film sono realizzati con una pellicola composta da tre strati alternati elettrodo-dielettrico-elettrodo, che successivamente viene avvolta e inserita in un alloggiamento appropriato. Questi componenti spesso vengono utilizzati nei sistemi elettrici ed elettronici in vari tipi di elettrodomestici e apparecchi radiotelevisivi. Un esempio di questo tipo di condensatore è costituito dal modello WIMA FKP2D021001I00HSSD.

Alcuni dei condensatori più comuni nei circuiti integrati sono i condensatori ceramici, realizzati con lastre ceramiche su cui sono applicati gli elettrodi metallici, come ad es. il modello SR PASSIVES CC-10/100. Per scaricare questo tipo di condensatori vale la pena di utilizzare un ricevitore caratterizzato da un'elevata resistenza.

Parametri dei condensatori

Per sapere come scaricare il condensatore è necessario conoscere i parametri che caratterizzano questo componente elettrico. I parametri base che caratterizzano il condensatore sono: capacità nominale, tolleranza della capacità, tensione nominale e fattore di perdita dielettrica.

Inoltre il condensatore è caratterizzato da: tensione alternata ammissibile, resistenza dell'isolamento, coefficiente di temperatura della capacità, categoria climatica e dimensioni, così come carico d'impulso ammissibile, potenza nominale o frequenza limite.

La capacità è il parametro più importante da prendere in considerazione durante la pianificazione della scarica sicura del condensatore. Si tratta della capacità del condensatore di accumulare una carica ed è proporzionale al prodotto della permeabilità dielettrica e della superficie dell'elettrodo e inversamente proporzionale alla distanza tra gli elettrodi (spessore del dielettrico).

La capacità del condensatore è espressa dal produttore come capacità nominale, che in pratica è impossibile da raggiungere in quanto un gran numero di fattori ambientali può influire sul valore della capacità. Pertanto viene riportata una tolleranza percentuale della capacità del condensatore; questo valore esprime la deviazione percentuale del valore della capacità reale da quella nominale.

Il fattore di perdita del condensatore determina la perdita di energia associata al funzionamento del condensatore con una tensione alternata, che caratterizza la tangente dell'angolo di perdita. Queste perdite di solito sono maggiori rispetto alle perdite del dielettrico, ciò è dovuto al verificarsi di perdite sugli elettrodi, così come alla frequenza e alla temperatura in cui opera il condensatore.

Come scaricare il condensatore?

Il processo di scarica del condensatore dipende dal tipo e dalla sua capacità. I condensatori che presentano un maggior valore in farad devono essere scaricati con molta cautela, poiché la loro cortocircuitazione può portare non solo al danneggiamento del condensatore, ma anche ad esplosioni e scosse elettriche.

Per consentire una scarica sicura del condensatore è necessario collegare ad una delle sue estremità un qualsiasi carico resistivo in grado di dissipare l'energia accumulata nel condensatore. Ad esempio: come scaricare un condensatore con una tensione nominale di 100 V? A tal fine può essere utilizzato un normale resistore o una lampadina con una tensione nominale di 110 V. Il condensatore cedendo l'energia immagazzinata al suo interno accenderà la lampadina e la sorgente luminosa allo stesso tempo indicherà lo stato di carica di questo componente elettrico. Naturalmente per effettuare quest'operazione può essere utilizzato anche un altro carico resistivo.

La scarica del condensatore deve essere effettuata mediante l'utilizzo di un ricevitore con un'elevata resistenza. In tal caso la scarica del carico accumulato sulle armature richiederà più tempo, tuttavia avremo la certezza che il condensatore sia stato scaricato completamente.

La scarica di un condensatore con una capacità minore può essere effettuata anche preparando uno speciale circuito di scarica costituito dal condensatore e da un resistore, collegati in serie. Durante la preparazione di questo circuito dobbiamo prestare attenzione al tempo di scarica del condensatore e alla potenza del resistore.

Il tempo di scarica del condensatore sarà uguale al prodotto dei valori della resistenza collegata in serie al condensatore e della capacità del condensatore. Una volta trascorso questo intervallo di tempo, la tensione dell'elemento dovrebbe scendere a un terzo della tensione iniziale e la scarica totale dovrebbe avvenire entro un tempo pari a cinque volte il prodotto della resistenza e della capacità.

Minore è il valore del resistore inserito nel circuito, più veloce sarà la scarica del condensatore. Ad esempio nel caso di un condensatore con una capacità di 10uF, effettuando la scarica dello stesso con un resistore da 1 kΩ, il tempo di scarica sarà di 0,01 s. In caso di scarica con tale resistore di un condensatore di capacità pari a 1 mF, il tempo di scarica di 1/3 del valore iniziale si estenderà a 1 s.

Bisogna ricordare che la scarica sicura del condensatore deve essere effettuata con un resistore opportunamente scelto. Un resistore con una potenza insufficiente può bruciarsi. Per questo motivo durante la scelta del resistore è necessario prendere in considerazione la potenza dissipata sul resistore, tale valore equivale al quadrato della tensione diviso per la resistenza. I resistori standard possono dissipare una potenza fino a 0,25 W. L'utilizzo di un resistore simile con un condensatore più grande con una carica e una tensione elevata comporterà la distruzione di questo componente. Pertanto anche nel caso di componenti piccoli vale la pena utilizzare un resistore da 5 W e una resistenza ad es. di 1 kΩ; un esempio di questo tipo di componente è costituito dal modello SR PASSIVES MOF5WS-1K.

Condensatori più grandi, destinati all'utilizzo nell'elettrotecnica, devono essere equipaggiati con resistori di scarica, che dopo lo scollegamento della tensione di alimentazione scaricano questo componente in alcuni minuti. La scarica sicura di un condensatore destinato al settore elettro-energetico trifase deve essere effettuata utilizzando un cavo YDY 4 mm2, e deve avvenire cortocircuitando le singole fasi del componente con il cavo PE.

Simbolo: Descrizione:
FKP2-10N/100 Condensatore: polipropilene; 10nF; 5mm; ±10%; 6,5x8x7,2mm; 1kV/μs
CC-10/100 Condensatore: ceramico; 10pF; 100V; C0G; THT; 5mm
MOF5WS-1K Resistore: ossido di metallo; THT; 1kΩ; 5W; ±5%; Ø6x17mm; assiale

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