Der Kurzschluss eines geladenen Kondensators birgt die große Gefahr des Durchbrennens des elektronischen Bauteils und anderer Schaltungselemente. Es besteht auch die Gefahr eines Stromschlags und eines Brandes. Je größer die Kapazität und die Spannung des Kondensators sind, desto größer ist der Schaden, der im Falle eines Kurzschlusses entsteht. Denken Sie immer daran, den Kondensator zu entladen, bevor Sie ihn aus dem Stromkreis entfernen. Hier erfährst du, wie das geht.

In diesem Artikel erfährst du:

• Wie funktioniert ein Kondensator;
• Was sind Kondensatorparameter;
• Wie entlädt man einen Kondensator.

Wie funktioniert ein Kondensator?

Kondensatoren sind ein System von zwei durch dielektrisches Material getrennten Elektroden, in denen sich elektrische Ladungen gleichen Wertes und entgegengesetzter Potentiale ansammeln. Es gibt viele Arten von Kondensatoren, die sich in mehrere Untertypen unterteilen lassen. Die einfachsten bestehen aus zwei Metallelementen, zwischen denen sich ein dielektrisches Material befindet – z. B. Luft, Keramik oder imprägniertes Papier. Diese Metallelemente werden als Platten bezeichnet und dienen der Speicherung elektrischer Energie.

Mit der Spannungszufuhr zu den Kondensatorplatten beginnt der Prozess der Stromspeicherung – genau wie bei den Batteriezellen. Wenn die Spannungsquelle aufgrund elektrostatischer Anziehung abgeschaltet wird, bleibt die elektrische Ladung auf den Platten des Kondensators erhalten. Die akkumulierten Ladungen sind gleichwertig, haben aber entgegengesetzte Potentiale.

Die sichere Entladung des Kondensators ist ein Vorgang, der dem Laden des Kondensators ähnelt. Wenn Gleichspannung (U) an Kondensatoranschlüsse mit einer bestimmten Kapazität angelegt wird, wird im Kondensator Ladung (Q) gespeichert, die das Produkt aus Kapazität und Spannung ist. Die Kapazität wird in Farad gemessen. In einem Kondensator mit einer Kapazität von 1 Farad erzeugt eine Ladung von 1 Coulomb 1 Volt. Da 1 Farad ein sehr hoher Wert ist, werden Kondensatoren, die in der Elektronik und Elektrotechnik verwendet werden, in der Regel durch Kapazitäten charakterisiert, die in Picofarad, Nanofarad, Mikrofarad und Millifarad gemessen werden.

Feststoffkondensatoren können in zwei grundlegende Unterkategorien unterteilt werden: Folien- und Keramikkondensatoren. Die sichere Entladung eines Kondensators hängt weitgehend von seiner Bauart ab. Polystyrolkondensatoren zeichnen sich durch hohe Stabilität und Isolationsfestigkeit sowie eine relativ niedrige obere Betriebstemperaturgrenze aus.

Folienkondensatoren bestehen aus einer dreischichtigen Folie in einer Elektroden-Dielektrikum-Elektroden-Anordnung, die dann aufgerollt und in ein geeignetes Gehäuse eingesetzt wird. Sie werden häufig in elektrischen und elektronischen Schaltungen in verschiedenen Arten von Haushaltsgeräten und Audio-/Videogeräten verwendet. Ein Beispiel für solche Kondensatoren ist das Modell WIMA FKP2D021001I00HSSD.

Eine der häufigsten Arten von Kondensatoren in integrierten Schaltungen sind Keramikkondensatoren aus Keramikplatten mit Metallelektroden, wie das Modell SR PASSIVES CC-10/100. Es wird empfohlen, einen Empfänger mit hohem Widerstand zu verwenden, um sie zu entladen.

Kondensatorparameter

Um zu wissen, wie man einen Kondensator entlädt, muss man die Parameter dieses elektrischen Bauteils kennen. Die grundlegenden Parameter eines Kondensators sind seine Nennkapazität, seine Kapazitätstoleranz, seine Nennspannung und sein dielektrischer Verlust.

Darüber hinaus wird der Kondensator charakterisiert durch: zulässige Wechselspannung, Isolationswiderstand, Temperaturkoeffizient der Kapazität, Klimaklasse und Abmessungen sowie Impulsbelastbarkeit, Nennleistung und Abschaltfrequenz.

Die Kapazität ist der wichtigste Parameter, der bei der Planung der sicheren Entladung eines Kondensators zu berücksichtigen ist. Sie ist die Fähigkeit eines Kondensators, eine Ladung zu akkumulieren, und sie ist proportional zum Produkt aus dielektrischer Permeabilität und der Oberfläche der Elektroden und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den Elektroden (dielektrische Dicke).

Die vom Hersteller angegebene Kapazität des Kondensators ist eine Nennkapazität, die praktisch nicht zu erreichen ist – der Wert der Kapazität kann durch viele Umgebungsfaktoren beeinflusst werden. Aus diesem Grund wird eine prozentuale Toleranz der Kapazität angegeben, d.h. die prozentuale Abweichung der tatsächlichen Kapazität vom Nennwert.

Die Verlusthaftigkeit eines Kondensators bestimmt den Energieverlust, der mit dem Betrieb des Kondensators unter Wechselspannung verbunden ist und durch eine Verlusttangente charakterisiert wird. Diese Verluste sind in der Regel größer als die dielektrischen Verluste, was mit dem Auftreten von Verlusten an den Elektroden sowie mit der Frequenz und der Temperatur zusammenhängt, die sich auf den Kondensatorschaltkreis auswirken.

Wie entlädt man einen Kondensator?

Die Entladung eines Kondensators hängt von der Art und der Kapazität des Kondensators ab. Kondensatoren mit mehr als einem Farad sollten mit größerer Vorsicht entladen werden, da ihr Kurzschluss nicht nur den Kondensator beschädigen, sondern auch zu einer Explosion und einem elektrischen Schlag führen kann.

Die sichere Entladung eines Kondensators besteht darin, an seine Klemmen eine beliebige Widerstandslast anzuschließen, die die im Kondensator gespeicherte Energie ableiten kann. Ein Beispiel: Wie entlade ich einen 100-V-Kondensator? Zu diesem Zweck kann ein Standardwiderstand oder eine 110-V-Glühbirne verwendet werden. Der Kondensator bringt die Glühbirne zum Leuchten, indem er seine Energie abgibt, und die Lichtquelle zeigt auch den Ladezustand des Bauteils an. Natürlich kann man auch einen anderen Widerstandsempfänger verwenden.

Für die Entladung des Kondensators sollte ein hochohmiger Empfänger verwendet werden. Es dauert zwar länger, die in den Platten gespeicherte Ladung zu entladen, aber die Platten werden sicher vollständig entladen.

Ein Kondensator mit einer kleineren Kapazität kann auch entladen werden, indem man ein spezielles Entladesystem vorbereitet, das aus einem in Reihe geschalteten Kondensator und einem Widerstand besteht. Bei der Konstruktion eines solchen Systems ist auf die Entladezeit des Kondensators und die erforderliche Leistung des Widerstandes zu achten.

Die Entladezeit des Kondensators ist gleich dem Produkt aus dem Widerstand, der mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist, und der Kapazität. Nach dieser Zeit sollte die Spannung des Elements auf ein Drittel der Anfangsspannung abfallen, und seine vollständige Entladung sollte in einer Zeit stattfinden, die gleich dem Fünffachen des Produkts aus dem Widerstand und der Kapazität ist.

Je kleiner der Widerstand ist, desto schneller wird der Kondensator entladen. Beispiel: Bei der Entladung eines 10 uF-Kondensators mit einem 1 kΩ-Widerstand beträgt die Entladezeit 0,01 Sekunden. Bei der Entladung eines 1 mF-Bauteils mit demselben Widerstand verlängert sich die Entladezeit von 1/3 des Anfangswertes der Ladung auf 1 s.

Denken Sie daran, dass die sichere Entladung des Kondensators mit einem geeigneten Widerstand erfolgen muss. Die Verwendung eines unterdimensionierten Widerstandes kann zu dessen Beschädigung führen. Berücksichtigen Sie daher bei der Auswahl eines Widerstands die vom Widerstand abgegebene Leistung, die gleich dem Quotienten aus der Quadratwurzel aus seiner Spannung und seinem Widerstand ist. Standardwiderstände können eine Leistung von bis zu 0,25 W übertragen. Die Verwendung eines solchen Widerstands mit einem größeren Kondensator mit einer großen Ladung und Spannung führt zu dessen Durchbrennen. Deshalb lohnt es sich, bei kleinen Bauteilen einen Widerstand mit einer Leistung von 5 W und einem Widerstand von z.B. 1 kΩ zu verwenden, wie z.B. SR PASSIVES MOF5WS-1K.

Größere Kondensatoren für elektrische Leistungsanwendungen sollten mit Entladewiderständen ausgestattet werden, die nach dem Abschalten der Stromversorgung dieses Element innerhalb weniger Minuten entladen.Die sichere Entladung eines dreiphasigen Leistungskondensators sollte mit einem 4 mm2 YDY-Kabel erfolgen und darin bestehen, die einzelnen Phasen des Elements mit einem PE-Draht kurzzuschließen.