Latautuneen kondensaattorin oikosulkuun liittyy suuri elektroniikkakomponentin ja muiden piirielementtien palamisen vaara. Siihen liittyy myös sähköiskun ja tulipalon vaara. Mitä suurempi on kondensaattorin kapasitanssi ja jännite, sitä suurempi on oikosulun aiheuttama vahinko. Muista aina purkaa kondensaattori ennen sen poistamista piiristä. Katso, miten se tehdään.

Tässä artikkelissa saat tietää:

• Miten kondensaattori toimii;
• Mitkä ovat kondensaattorin parametrit;
• Miten kondensaattori puretaan.

Miten kondensaattori toimii?

Kondensaattorit ovat kahden elektrodin muodostama järjestelmä, jotka on erotettu toisistaan dielektrisellä materiaalilla ja joihin kertyy samanarvoisia ja vastakkaisia potentiaaleja olevia sähkövarauksia. Kondensaattoreita on monenlaisia, jotka voidaan jakaa useisiin alatyyppeihin. Yksinkertaisimmat niistä koostuvat kahdesta metallielementistä, joiden väliin on sijoitettu dielektristä materiaalia – esim. ilmaa, keraamista materiaalia tai kyllästettyä paperia. Näitä metallielementtejä kutsutaan levyiksi, ja niitä käytetään sähköenergian varastointiin.

Kondensaattorin levyihin syötettävä jännite käynnistää sähkön kertymisprosessin – aivan kuten paristokennoissa. Kun jännitelähde katkaistaan sähköstaattisen vetovoiman vuoksi, sähkövaraus jää kondensaattorin levyille. Kertyneet varaukset ovat samanarvoisia, mutta niillä on vastakkaiset potentiaalit.

Kondensaattorin turvallinen purkaminen on prosessi, joka on samanlainen kuin kondensaattorin lataaminen. Kun kondensaattorin napoihin, joilla on tietty kapasiteetti, kytketään tasajännite (U), kondensaattoriin varastoituu varaus (Q), joka on kapasitanssin ja jännitteen tulo. Kapasitanssi mitataan faradeina. Kondensaattorissa, jonka kapasitanssi on 1 farad, 1 coulombin varaus tuottaa 1 voltin. Koska 1 faradi on hyvin suuri arvo, elektroniikassa ja sähkötekniikassa käytettäville kondensaattoreille on yleensä ominaista pikofaradeina, nanofaradeina, mikrofaradeina ja millifaradeina mitatut kapasitanssit.

Kiinteät kondensaattorit voidaan jakaa kahteen perusalaluokkaan: kalvo- ja keraamisiin kondensaattoreihin. Kondensaattorin turvallinen purkautuminen riippuu pitkälti sen rakenteesta. Polystyreenikondensaattoreille on ominaista korkea stabiilisuus ja eristyskestävyys sekä suhteellisen matala ylempi käyttölämpötilaraja.

Kalvokondensaattorit valmistetaan kolmikerroksisesta kalvosta elektrodi-dielektrinen-elektrodi -asettelussa, joka rullataan kokoon ja sijoitetaan sopivaan koteloon. Niitä käytetään melko usein sähkö- ja elektroniikkapiireissä erilaisissa kodinkoneissa ja audio/videolaitteissa. Esimerkki tällaisista kondensaattoreista on WIMA FKP2D021001I00HSSD -malli.

Yksi yleisimmistä kondensaattorityypeistä integroiduissa piireissä ovat keraamisista levyistä valmistetut keraamiset kondensaattorit, joissa on metallielektrodit, kuten SR PASSIVES CC-10/100 -malli. Niiden purkamiseen suositellaan käytettäväksi korkearesistanssista vastaanotinta.

Kondensaattorin parametrit

Voidaksemme tietää, miten kondensaattori puretaan, on tarpeen oppia tämän sähkökomponentin parametrit. Kondensaattorin perusparametrit ovat sen nimelliskapasitanssi, kapasitanssitoleranssi, nimellisjännite ja dielektrinen häviö.

Kondensaattorille ominaisia parametreja ovat lisäksi: sallittu vaihtojännite, eristysresistanssi, kapasitanssin lämpötilakerroin, ilmastointiluokka ja mitat sekä impulssikuormitettavuus, nimellisteho ja poiskytkentätaajuus. Se on kondensaattorin kyky kerätä varausta ja se on verrannollinen dielektrisen permeabiliteetin ja elektrodien pinnan tuloon ja kääntäen verrannollinen elektrodien väliseen etäisyyteen (dielektrinen paksuus).

Valmistajan ilmoittama kondensaattorin kapasitanssi on nimelliskapasitanssi, jota on käytännössä mahdotonta saavuttaa – kapasitanssin arvoon voivat vaikuttaa monet ympäristötekijät. Tästä syystä kapasitanssille ilmoitetaan prosentuaalinen toleranssi eli todellisen kapasitanssin prosentuaalinen poikkeama nimellisarvosta.

Kondensaattorin häviöllisyys määrittää kondensaattorin toimintaan vaihtojännitteellä liittyvän energiahäviön, jota kuvaa häviötangentti. Nämä häviöt ovat yleensä suuremmat kuin dielektriset häviöt, mikä liittyy elektrodien häviöiden esiintymiseen sekä kondensaattoripiiriin vaikuttavaan taajuuteen ja lämpötilaan.

Miten kondensaattori puretaan?

Kondensaattorin purkautuminen riippuu kondensaattorityypistä ja kondensaattorin kapasitanssista. Kondensaattorit, joiden kapasiteetti on enemmän kuin yksi faradi, on purettava suuremmalla varovaisuudella, koska niiden oikosulku voi aiheuttaa kondensaattorin vaurioitumisen lisäksi myös räjähdyksen ja sähköiskun.

Kondensaattorin turvallinen purku tiivistyy siihen, että sen liittimiin kytketään mikä tahansa vastuskuorma, joka pystyy haihduttamaan kondensaattoriin varastoituneen energian. Esimerkiksi: Miten puran 100 V:n kondensaattorin? Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää tavallista vastusta tai 110 V:n hehkulamppua. Kondensaattori valaisee lampun siirtämällä sen energiaa, ja valonlähde osoittaa myös komponentin varaustason. Voit tietysti käyttää myös erilaista resistiivistä vastaanotinta.

Kondensaattorin purkamiseen on käytettävä korkearesistanssista vastaanotinta. Levyihin varastoituneen varauksen purkaminen kestää kauemmin, mutta levyt purkautuvat varmasti kokonaan.

Kondensaattori, jonka kapasitanssi on pienempi, voidaan purkaa myös valmistamalla erityinen purkausjärjestelmä, joka koostuu sarjaan kytketystä kondensaattorista ja vastuksesta. Tällaista järjestelmää suunniteltaessa on kiinnitettävä huomiota kondensaattorin purkausaikaan ja vastuksen tarvitsemaan tehoon.

Kondensaattorin purkausaika on yhtä suuri kuin kondensaattoriin sarjaan kytketyn vastuksen ja kapasitanssin tulo. Tämän ajan kuluttua elementin jännitteen pitäisi laskea kolmannekseen alkujännitteestä, ja sen täydellisen purkautumisen pitäisi tapahtua ajassa, joka on viisinkertainen resistanssin ja kapasitanssin tuloon nähden.

Mitä pienempi vastus on, sitä nopeammin kondensaattori purkautuu. Esimerkiksi: Jos 10 uF:n kondensaattori purkautuu 1 kΩ:n vastuksen avulla, purkautumisaika on 0,01 sekuntia. Kun kyseessä on 1 mF:n komponentin purkautuminen samaa vastusta käyttäen, purkautumisaika, joka on 1/3 varauksen alkuarvosta, pitenee 1 s:iin.

Muista, että kondensaattorin turvallinen purkautuminen on suoritettava sopivan vastuksen avulla. Alimitoitetun vastuksen käyttäminen voi johtaa sen vaurioitumiseen. Ota siksi vastusta valitessasi huomioon vastuksen luovuttama teho, joka on yhtä suuri kuin sen jännitteen ja vastuksen neliöjuuren neliöjuuri. Tavalliset vastukset voivat lähettää tehoa jopa 0,25 W. Tällaisen vastuksen käyttö suuremman kondensaattorin kanssa, jossa on suuri varaus ja jännite, johtaa sen palamiseen. Siksi pienten komponenttien tapauksessa kannattaa käyttää vastusta, jonka teho on 5 W ja vastus esim. 1 kΩ, kuten SR PASSIVES MOF5WS-1K.

Sähköenergiasovelluksissa käytettävät suuremmat kondensaattorit olisi varustettava purkausvastuksilla, jotka virransyötön katkaisemisen jälkeen purkaavat tämän elementin muutamassa minuutissa.Kolmivaiheisen tehokondensaattorin turvallinen purkautuminen olisi suoritettava 4 mm2 YDY-kaapelilla, ja se koostuisi siitä, että elementin yksittäiset vaiheet oikosuljetaan PE-johdolla.