Entstörkondensator

XY-Entstörkondensator

Entstörkondensatoren, auch Funk-Entstörkondensatoren oder Sicherheitskondensatoren sind elektrische Kondensatoren, z. B in Netzfiltern, zum Verringern von Störungen des Funkempfanges. Sie leiten hochfrequente Störsignale, hervorgerufen durch das Betreiben elektrischer oder elektronischer Betriebsmittel gegen die Masse oder schließen sie kurz und bewirken damit die Herabsetzung der elektromagnetischen Störungen. Elektrisch müssen sie so ausgelegt sein, dass die verbleibenden restlichen Störsignale die vorgeschriebenen Grenzen der EMV-Normen EN 61000-6-3 (Wohngebiete) und EN 61000-6-4 (Industrie) nicht überschreiten. Darüber hinaus müssen Netz-Funkentstörkondensatoren sowohl das Gerät vor netzseitigen Überspannungen (Transienten) schützen, als auch leitungsgebundene Rückwirkungen des Gerätes auf das Versorgungsnetz unterdrücken.

Entstörkondensatoren werden in bedrahteter Ausführung als Keramikkondensatoren, als Metall-Papier-Kondensatoren (MP-Kondensatoren) und auch als Kunststoff-Folienkondensatoren mit Polypropylenfolien (MKP-Kondensatoren) und Polyesterfolien (MKT-Kondensatoren) als Dielektrikum angeboten. In der SMD-Ausführung für die Oberflächenmontage gibt es Entstörkondensatoren zurzeit nur als Keramikkondensatoren.

Klassifizierung

Zur Abblockung und Bedämpfung dieser Störsignale kommen Funk-Entstörkondensatoren zum Einsatz, die je nach Anforderungsprofil in X- und Y-Klassen definiert sind.

Klasse-X-Kondensatoren sind nach VDE 0565, Teil l, elektrische Kondensatoren mit „unbegrenzter Kapazität“, die zwischen Phase und Neutralleiter oder zwischen zwei Phasen geschaltet werden. Sie sind für Anwendungen vorgeschrieben, bei denen ihr Ausfall durch Kurzschluss nicht zu einem gefährdenden elektrischen Schlag führen kann.

Einteilung von Funk-Entstörkondensatoren der Klasse X
Unterklasse	Anwendung	Impulsspitzenspannung im Betrieb	geforderte Impulsfestigkeit
X1	Einsatz bei hohen Spitzenspannungen	2,5 kV - 4 kV	4 kV für C ≤ 1 µF
X2	Allgemeine Anforderungen	≤ 2,5 kV	2,5 kV für C ≤ 1 µF
X3	Allgemeine Anforderungen	≤ 1,2 kV	-

Klasse-Y-Kondensatoren sind nach VDE 0565, Teil l, elektrische Kondensatoren, die zwischen Phase und berührbarem, schutzgeerdetem Apparategehäuse angeschlossen werden und somit Betriebsisolierungen überbrücken. Für Y-Kondensatoren sind nach VDE nur solche Kondensatoren zulässig, die bei begrenzter Kapazität eine überprüfbare erhöhte elektrische und mechanische Sicherheit aufweisen, da bei ihren Anwendungen im Falle eines Versagens durch Kurzschluss eine Gefährdung von Personen oder Tieren durch elektrischen Schlag auftreten kann.

Einteilung von Funk-Entstörkondensatoren der Klasse Y
Unterklasse	Art der überbrückten Isolation	Bemessungs- spannungsbereich (Nennspannungsbereich)	geforderte Impulsfestigkeit
Y1	Doppelte oder verstärkte Isolation	≤ 500 VAC	8 kV
Y2	Basis- oder Zusatzisolation	≥ 150 VAC - ≤ 300 VAC	5 kV
Y3	Basis- oder Zusatzisolation	≥ 150 VAC - ≤ 250 VAC	-
Y4	Basis- oder Zusatzisolation	< 150 VAC	2,5 kV

Beispiel einer Funkentstörung mit X- und Y-Kondensatoren am Beispiel eines Gerätes mit und eines ohne Schutzisolierung

Bauformen

Da die hochfrequente Entstörung auch stark von der Bauweise des Entkoppelelementes abhängt, sind für Funk-Entstörkondensatoren mehrere Ausführungsformen auf dem Markt:

• X- oder Y-Kondensatoren als Einzelbauelemente mit zwei Anschlüssen.
• XY-Kondensatoren mit drei Anschlüssen als Kombinationskondensatoren mit X- und Y-Kondensatoren in einem Gehäuse. Diese Kondensatoren werden in einem Arbeitsgang gewickelt. Sie sind intern in Stern- oder in Dreieckschaltung miteinander verbunden.
• Durchführungskondensatoren mit einem zentralen Leiter für den Betriebsstrom. Der Aufbau kann koaxial oder nichtkoaxial sein.

Verwendung

Y-Kondensatoren werden vorzugsweise bei Geräten für Einphasenwechselstrom eingesetzt. Da hier beispielsweise die Schuko-Steckverbindung in zwei Richtungen eingesteckt werden kann, ist nicht vorausbestimmbar, auf welchem der beiden Anschlussdrähte der Außenleiter zu liegen kommt. Daher werden beide Y-Kondensatoren zur Siebung gegen den Schutzleiter gelegt, obwohl dies für den Neutralleiter eigentlich nicht nötig wäre. Das ist die einzige Ausnahme, wo der Schutzleiter zu anderen Zwecken als zur Schutzerdung und damit dem Schutz von Menschenleben gegen Stromschlag genutzt werden darf. Bei einem Kurzschluss im Kondensator wäre der Außenleiter mit dem Schutzleiter und damit mit dem metallischen Gehäuse des Gerätes verbunden. Daher gelten nochmals höhere Sicherheitsstandards als bei den X-Kondensatoren. Letztere werden bei Dreiphasenwechselstrom eingesetzt. Hier ist durch die Art der Steckverbindung sichergestellt, auf welchen Anschlussdrähten die drei Außenleiter zu liegen kommen. Die Benutzung des Schutzleiters in Netzfiltern, die in Dreiphasen-Wechselstromgeräten eingesetzt werden, kann dann vermieden werden.

Sicherheit

Typischer Metallisierter Polypropylen-Folienkondensator (MKP) der Sicherheitsklasse „X2“ in der Beschaltung einer durch Berührung einschaltbaren Leuchte

Um die Schutzfunktion des Schutzleiters nicht zu gefährden sowie wegen des Betriebes direkt am niederohmigen Netz werden an X- und Y-Kondensatoren erhöhte Schutzanforderungen gestellt, die im Staatsauftrag in Deutschland vom VDE und in den übrigen europäischen Ländern von den jeweiligen Landesorganisationen geprüft und zertifiziert werden. Die freigegebenen Kondensatoren durften damit in der Vergangenheit mit den jeweiligen Logos wie z. B. VDE, SEMKO, DEMKO, NEMKO usw. versehen werden. Im Rahmen der Harmonisierung der europäischen Standards einigten sich die Länder der Europäischen Union im Jahre 2000 darauf, die länderspezifischen Sicherheitsvorschriften und deren Zertifikate gegenseitig anzuerkennen und ein gemeinsames Logo (ENEC) zu benutzen. Trotzdem findet man auch auf neueren Entstörkondensatoren, sofern Platz vorhanden ist, noch weiterhin zum Teil noch viele unterschiedliche Logos, weil in vielen Staaten des amerikanischen Kontinents die Kondensatoren von den Underwriters Laboratories, kurz UL, zertifiziert werden und auch Kanada und weitere nicht-europäische Länder ihre eigenen Zertifizierungsstellen mit ihren Logos haben.

Die speziellen Schutzanforderungen an die Kondensatoren sind erhöhte Spannungsfestigkeit und hohes Impuls-Stoßbelastungsvermögen. X1-Kondensatoren halten einem Spannungspuls von 4000 V stand, X2- von 2500 V und Y-Kondensatoren dem doppelten Spannungspuls. Außerdem dürfen diese Kondensatoren nach UL bei einer Zerstörung keine Stichflamme emittieren und kein leitendes Material absondern, das an anderer Stelle Kurzschlüsse auslösen könnte. Nichtleitende Teile dürfen nur mit geringer Beschleunigung (keine Explosion) abplatzen.

Bis etwa zum Jahr 1990 konnten nur Keramikkondensatoren ^[1] und spezielle Papier-Kondensatoren die erhöhten Sicherheitsstandard für X- und Y-Kondensatoren erfüllen. Die MP-Kondensatoren gelten wegen des harzdurchtränkbaren Papiers bis heute als eine sichere Lösung, weil die vorgeschriebenen Belastungstests den Kondensator höchstens aufblähen. Die Zerstörung findet immer innerhalb der Umhüllung statt. Der industrielle Druck zur Kostenreduzierung führte ab 1990 zur Entwicklung spezieller Kunststoff-Folienkondensatoren (MKP- und MKT-Kondensatoren). Deren Sicherheit ist heutzutage ebenfalls gegeben und sie besitzen, sofern sie approbiert sind, die entsprechenden Zulassungen. Im Gegensatz zu den speziellen Papierkondensatoren wird hier aber das Gehäuse des Kondensators bei der Belastungsprobe fast immer zerstört, womit Sauerstoff an die unter Netzspannung stehende Schadstelle gelangen kann. Die seit der Existenz solcher Sicherheitskondensatoren geübte strenge Interpretation der Vorschriften wurde also zugunsten einer Kostenreduzierung aufgeweicht, weshalb Kunststoff-Folienkondensatoren für diese Anwendung nicht unumstritten sind. ^[2]

Im normalen Betrieb geborstener Kunststoff-Folienkondensator, Klasse X2

Im Rahmen der Miniaturisierung in der Industrie gewinnen die oberflächenmontierbaren SMD-Bauformen eine immer größere Bedeutung. Das gilt auch für Entstörkondensatoren. Da bislang weder MP- noch MKP- bzw. MKT-Entstörkondensatoren in SMD-Bauform angeboten werden, gewinnen SMD-Keramik-Entstörkondensatoren an Bedeutung. Auch hier wird der ursprünglich strengere Sicherheitsaspekt zugunsten einer Kostenreduzierung aufgeweicht, da es derzeit keine Keramikkondensatoren mit einer ENEC oder UL Approbation gibt.

Normung

Die Bedingungen für die Prüfungen und Messungen der elektrischen und mechanischen Parameter zur Zulassung der Funk-Entstörkondensatoren im europäischen Bereich (ENEC) sind festgelegt in der Norm DIN IEC 60384-14.

Referenzen

1. ↑ „Safety Recognized“ Keramikkondensatoren der Firma Murata
2. ↑ Studie der Firma WIMA zur Entflammbarkeit von Funk-Entstörkondensatoren

Literatur

Filmkondensatoren, Hans Loth, Roederstein, Die Bibliothek der Technik, Verlag moderne Industrie, ISBN 3-478-93046-4

Immer auf der sicheren Seite, Epcos, [1]

Die größten Hersteller von Funk-Entstörkondensatoren

• Aerovox, [2]/
• Arcotronics Nissei Group, [3]
• AVX, [4]
• Epcos, [5]
• Evox Rifa, seit 2007 Kemet, [6]
• Hitachi AIC Inc., [7], [8]
• Murata Seisakusho (Murata Elektronik)
• Panasonic, Matsushita, [9]
• Syfer, [10]
• Wima, [11]
• Vishay, einschließlich BCc und Roederstein, [12]
• Holystone, [13]