Kondensatory przeciwzakłóceniowe stosuje się w wielu urządzeniach codziennego użytku – od odkurzaczy i ekspresów do kawy, po komputery i lodówki. Wykorzystuje się je również w przemyśle, na przykład w silnikach elektrycznych. Ich główne zadania to ochrona sprzętu przed przepięciami, ograniczanie wpływu zakłóceń elektromagnetycznych na odbiór radiowy oraz w pewnym stopniu, zabezpieczenie przed porażeniem prądem. Jak działają te elementy, gdzie znajdują zastosowanie i na co zwrócić uwagę przy ich doborze – wyjaśniamy poniżej.
Co warto wiedzieć o kondensatorach przeciwzakłóceniowych?
Kondensator przeciwzakłóceniowy zbudowany jest podobnie jak każdy inny kondensator – składa się z dwóch lub więcej metalowych elektrod oddzielonych warstwą izolacyjną, czyli dielektrykiem. Posiada również podstawowe funkcje kondensatora: magazynowanie energii oraz stawianie oporu przepływowi prądu w zależności od częstotliwości.
Te właściwości są wykorzystywane w trzech głównych obszarach:
Tłumienie sygnałów zakłócających wysokiej częstotliwości. Zakłócenia tego typu pojawiają się najczęściej podczas włączania i wyłączania urządzeń elektrycznych. Objawiają się m.in. charakterystycznym trzaskiem w głośnikach odbiornika radiowego. Z tego względu kondensatory te określa się często mianem kondensatorów przeciwzakłóceniowych radiowych.
Ochrona urządzeń przed przepięciami. Do przepięć dochodzi zwykle przy pracy odbiorników indukcyjnych, takich jak silniki czy transformatory zasilane z sieci. Towarzyszą im procesy przejściowe, zwane transjentami. Kondensatory przeciwzakłóceniowe pełnią w tym przypadku rolę zabezpieczenia.
- Zabezpieczenie sieci zasilającej. Brak, uszkodzenie lub niewłaściwe dobranie kondensatorów przeciwzakłóceniowych bądź filtrów sieciowych może prowadzić do niepożądanych zakłóceń w sieci energetycznej. W skrajnych przypadkach skutkuje to niebezpiecznymi stanami pracy instalacji, a nawet ryzykiem pożaru lub eksplozji.
Rodzaje kondensatorów przeciwzakłóceniowych
Kondensatory bezpieczeństwa dzielą się na trzy główne klasy: X, Y i XY. O ich kwalifikacji decydują: zakres napięcia znamionowego, rodzaj izolacji oraz odporność na impulsy. Warto pamiętać, że elementy przeciwzakłóceniowe pracują półtrwale – przez 10 do 20 lat lub dłużej – podłączone bezpośrednio do napięcia sieciowego. W tym czasie narażone są na przepięcia i stany przejściowe, dlatego muszą spełniać wymagania bezpieczeństwa i palności zgodne z normą IEC/EN 60384-14-2.
Podstawowe klasy
X – kondensatory chroniące urządzenie przed przepięciami. Łączone są pomiędzy przewodem fazowym a neutralnym lub między dwiema fazami. Skutecznie tłumią zakłócenia symetryczne (różnicowe).
Y – stosowane w celu ochrony użytkownika przed porażeniem. Montowane między przewodem fazowym a ochronnym albo między neutralnym a ochronnym.
XY – elementy łączące w jednej obudowie kondensator klasy X i Y, zazwyczaj wyposażone w trzy wyprowadzenia.
Oprócz głównych klas wyróżnia się również podtypy: X1, X2, Y1 i Y2. Wszystkie przeznaczone są do pracy przy napięciu znamionowym min. 250 V.
- Najczęściej stosuje się X2 i Y2 – w urządzeniach podłączanych do standardowych gniazdek domowych.
- W środowisku przemysłowym dominują X1 i Y1, np. w oprawach oświetleniowych z trójfazowymi układami zapłonowymi.
Kondensatory łączone
Istnieją także kondensatory bezpieczeństwa spełniające jednocześnie wymagania klas X i Y. Przykładem są X1/Y1, które można stosować zarówno jako element klasy X1 w układach faza–faza, jak i jako kondensator Y1 w aplikacjach faza–ziemia.
| Podklasa | Napięcie szczytowe impulsowe podczas pracy | Wymagana odporność na impulsy |
|---|---|---|
| X1 | 2.5 do 4kV | 4kV dla C ≤ 1 µF |
| X2 | ≤ 2.5 kV | 2.5 kV dla C ≤ 1 µF |
| Podklasa | Zakres napięcia znamionowego | Wymagana odporność na impulsy |
|---|---|---|
| Y1 | ≤ 500 V AC | 8kV |
| Y2 | ≥150 - ≤ 300 V AC | 5kV |
Typy konstrukcji kondensatorów przeciwzakłóceniowych
Klasy i podklasy nie są jedynym kryterium podziału. Istotne różnice wynikają także z konstrukcji, co ma bezpośredni wpływ na zastosowania. Poszczególne typy oznacza się dwoma wielkimi literami. Pierwsza określa rodzaj elektrody (np. M – metal), a druga materiał dielektryka, na który naniesiona jest warstwa metalu.
MP: kondensatory tej grupy wykorzystują jako dielektryk pasek papieru jednostronnie lub dwustronnie pokryty aluminium. Podobnie jak w kondensatorach foliowych, papier z warstwą izolacyjną zwija się w rolkę. Całość zatapia się w żywicy izolacyjnej, co zapewnia wysoką odporność na wilgoć i zmiany temperatury. Dodatkową zaletą jest zdolność samoregeneracji – przebicie dielektryka lub zwarcie między elektrodami nie niszczy elementu, ponieważ w miejscu uszkodzenia warstwa metalu odparowuje, pozostawiając nieprzewodzący punkt. Izolacja między elektrodami zostaje zachowana.
MKP: konstrukcja zbliżona do MP, jednak zamiast papieru stosuje się folię polipropylenową. Kondensatory MKP cechują się równie wysoką stabilnością, odpornością na wilgoć oraz samoregeneracją. Zazwyczaj są zalewane w obudowie z tworzywa sztucznego.
MKT: w tym wariancie jako dielektryk używa się folii poliestrowej. Kondensatory MKT wykazują podobne zalety jak typy MP i MKP, a dodatkowo charakteryzują się mniejszymi wymiarami.
MLCC: skrót oznacza „Multi Layer Ceramic Capacitor” – wielowarstwowy kondensator ceramiczny. To obecnie najbardziej zaawansowana technologia w tej grupie. Dzięki niewielkim wymiarom mogą być montowane bezpośrednio na płytkach drukowanych w technologii SMD. Ze względu na znakomite właściwości elektryczne i możliwość masowej produkcji, MLCC są dziś najczęściej stosowanymi kondensatorami ceramicznymi. Zakres ich pojemności sięga kilkuset mikrofaradów (µF).
Na zdjęciu widoczny jest niebieski, cylindryczny kondensator przeciwzakłóceniowy w zbliżeniu. Z jednej strony wychodzą z niego dwa przewody, a na obudowie znajdują się oznaczenia, napisy i specyfikacje techniczne.
Kondensatory przeciwzakłóceniowe, zwane również kondensatorami przeciwzakłóceniowymi sieciowymi, należą do kluczowych elementów elektronicznych. Nieprawidłowy montaż lub zastosowanie nieodpowiedniego modelu może prowadzić do pożaru, wybuchu czy groźnego zwarcia. Aby wykluczyć ryzyko awarii i zagrożenia dla użytkowników, należy bezwzględnie stosować się do normy IEC/EN 60384-14-2.
Przy wyborze kondensatora istotne są parametry elektryczne, w szczególności pojemność oraz napięcie znamionowe, określane w podklasach X i Y. Z punktu widzenia konstrukcji znaczenie mają: rodzaj obudowy (z wyprowadzeniami promieniowymi lub w wersji SMD), raster, wymiary (długość, szerokość, wysokość) oraz dopuszczalny zakres temperatur pracy. Większość dostępnych na rynku kondensatorów bezpieczeństwa jest przeznaczona do pracy w temperaturze do 110 °C, co w większości zastosowań jest wystarczające.
Dla bezpieczeństwa należy zwrócić uwagę także na oznaczenia producenta i wymagane certyfikaty. Brak odpowiednich znaków lub ich niezgodność z obowiązującą normą oznacza, że urządzenie wyposażone w taki kondensator nie powinno być użytkowane.
FAQ – najczęściej zadawane pytania
Czy kondensatory bezpieczeństwa typu X2 i Y2 można stosować zamiennie?
Czy kondensatory bezpieczeństwa typu X2 i Y2 można stosować zamiennie? Kondensator Y2 może bez problemu zastąpić kondensator X2. Odwrotna zamiana nie jest jednak dopuszczalna. Kondensator X2 co prawda spełni funkcję filtrowania zakłóceń, ale nie odpowiada normom bezpieczeństwa dotyczącym połączenia przewodu fazowego z uziemieniem. Kondensatory Y2 są znacznie bardziej wytrzymałe i odporne na wyższe napięcia udarowe.
Czy kondensatory przeciwzakłóceniowe można zastąpić zwykłymi kondensatorami?
Absolutnie nie. Standardowe kondensatory nie są projektowane do pracy w wymagających warunkach eksploatacyjnych. Mogą powodować zwarcia, a w skrajnych przypadkach prowadzić do pożaru lub eksplozji. Kondensatory przeciwzakłóceniowe zachowują właściwości izolacyjne nawet przy wysokich impulsach napięciowych i w razie przebicia nie wydzielają płomienia ani materiału przewodzącego. W wyjątkowych sytuacjach ich uszkodzenie ogranicza się jedynie do rozerwania obudowy.
Dlaczego również lampy LED powinny być wyposażone w kondensatory bezpieczeństwa?
Oświetlenie LED, takie jak łańcuchy świetlne czy spoty, jest bardzo wrażliwe na prądy upływowe i zakłócenia w sieci. Powodują one migotanie lub żarzenie się diod. Zjawisko to bywa szczególnie uciążliwe po wyłączeniu lampy. W zależności od konstrukcji oprawy LED, prądy upływowe można kompensować kondensatorami podłączonymi równolegle do przewodów zasilających. Jeżeli instalacja posiada przewód ochronny, stosuje się kondensatory X1 lub X2 w podklasie Y2. W przypadku braku przewodu ochronnego wystarczy kondensator X2 dowolnej podklasy.