Zwarcie naładowanego kondensatora wiąże się z dużym ryzykiem spalenia podzespołu elektronicznego i innych elementów obwodu. Stwarza to również niebezpieczeństwo porażenia prądem i pożaru. Im większa pojemność i napięcie kondensatora, tym większe szkody wyrządzone w przypadku zwarcia. Zawsze pamiętaj, aby rozładować kondensator przed usunięciem go z obwodu. Zobacz, jak to zrobić.

W tym artykule dowiesz się:

• Jak działa kondensator;
• Co to są parametry kondensatora;
• Jak rozładować kondensator.

Jak działa kondensator?

Kondensatory to układ dwóch elektrod oddzielonych materiałem dielektrycznym, w którym gromadzą się ładunki elektryczne o tej samej wartości i przeciwnych potencjałach. Istnieje wiele typów kondensatorów, które można podzielić na kilka podtypów. Najprostsze z nich zbudowane są z dwóch elementów metalowych, pomiędzy którymi umieszczony jest materiał dielektryczny – np. powietrze, materiał ceramiczny lub impregnowany papier. Te metalowe elementy nazywane są płytkami i służą do magazynowania energii elektrycznej.

Doprowadzenie napięcia do płytek kondensatora rozpoczyna proces gromadzenia energii elektrycznej – podobnie jak w przypadku ogniw baterii. Gdy źródło napięcia zostanie odłączone na skutek przyciągania elektrostatycznego, ładunek elektryczny pozostaje na płytkach kondensatora. Zgromadzone ładunki są równej wartości, ale mają przeciwne potencjały.

Bezpieczne rozładowanie kondensatora jest procesem podobnym do ładowania kondensatora. Gdy do zacisków kondensatora o określonej pojemności przyłożone jest napięcie stałe (U), w kondensatorze gromadzi się ładunek (Q), który jest iloczynem pojemności i napięcia. Pojemność mierzona jest w faradach. W kondensatorze o pojemności 1 farada, ładunek o wartości 1 kulomb wytwarza 1 wolt. Ze względu na fakt, że 1 farad jest bardzo dużą wartością, kondensatory stosowane w elektronice i elektrotechnice charakteryzują się zwykle pojemnościami mierzonymi w pikofaradach, nanofaradach, mikrofaradach i milifaradach.

Kondensatory stałe można podzielić na dwie podstawowe podkategorie: kondensatory foliowe i ceramiczne. Bezpieczne rozładowanie kondensatora w dużej mierze zależy od jego konstrukcji. Kondensatory polistyrenowe charakteryzują się dużą stabilnością i odpornością izolacji, a także stosunkowo niską górną granicą temperatury pracy.

Kondensatory foliowe wykonane są z trójwarstwowej folii w układzie elektroda-dielektryk-elektroda, która następnie jest zwijana i umieszczana w odpowiedniej obudowie. Są one dość często stosowane w obwodach elektrycznych i elektronicznych w różnego rodzaju urządzeniach AGD i RTV. Przykładem takich kondensatorów jest model WIMA FKP2D021001I00HSSD.

Jednym z najczęściej spotykanych typów kondensatorów w układach scalonych są kondensatory ceramiczne wykonane z płytek ceramicznych z metalowymi elektrodami, np. model SR PASSIVES CC-10/100. Do ich rozładowania zaleca się stosowanie odbiornika o dużej rezystancji.

Parametry kondensatora

Aby wiedzieć, jak rozładować kondensator, należy poznać parametry tego elementu elektrycznego. Podstawowymi parametrami kondensatora są: jego pojemność znamionowa, tolerancja pojemności, napięcie znamionowe i straty dielektryczne.

Dodatkowo kondensator charakteryzują: dopuszczalne napięcie przemienne, rezystancja izolacji, temperaturowy współczynnik pojemności, klasa klimatyczna i wymiary, a także zdolność do obciążenia impulsowego, moc znamionowa i częstotliwość odcięcia.

Kapacytancja jest najważniejszym parametrem, który należy brać pod uwagę planując bezpieczne rozładowanie kondensatora. Jest to zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku i jest proporcjonalna do iloczynu przenikalności dielektrycznej i powierzchni elektrod i odwrotnie proporcjonalna do odległości między elektrodami (grubość dielektryka).

Pojemność kondensatora podana przez producenta jest pojemnością nominalną, której osiągnięcie jest praktycznie niemożliwe – na wartość pojemności może mieć wpływ wiele czynników środowiskowych. Z tego powodu podaje się procentową tolerancję pojemności, czyli procentowe odchylenie rzeczywistej pojemności od wartości znamionowej.

Stratność kondensatora określa straty energii związane z pracą kondensatora pod napięciem przemiennym, które charakteryzuje tangens strat. Straty te są zwykle większe od strat dielektrycznych, co jest związane z występowaniem strat na elektrodach, a także z częstotliwością i temperaturą, która wpływa na obwód kondensatora.

Jak rozładować kondensator?

Rozładowanie kondensatora zależy od jego rodzaju i pojemności. Kondensatory o pojemności większej niż jeden farad powinny być rozładowywane z większą ostrożnością, gdyż ich zwarcie może spowodować nie tylko uszkodzenie kondensatora, ale także wybuch i porażenie prądem elektrycznym.

Bezpieczne rozładowanie kondensatora sprowadza się do podłączenia do jego zacisków dowolnego obciążenia rezystancyjnego, które będzie w stanie rozproszyć energię zgromadzoną w kondensatorze. Na przykład: jak rozładować kondensator 100 V? Można do tego celu wykorzystać zwykły opornik lub żarówkę 110 V. Kondensator będzie świecił na żarówkę przekazując jej energię, a źródło światła wskaże również poziom naładowania elementu. Oczywiście można też zastosować inny odbiornik rezystancyjny.

Do rozładowania kondensatora należy zastosować odbiornik o dużej rezystancji. Rozładowanie ładunku zgromadzonego w płytkach będzie trwało dłużej, ale płytki na pewno zostaną całkowicie rozładowane.

Kondensator o mniejszej pojemności można również rozładować przygotowując specjalny układ rozładowujący składający się z szeregowo połączonego kondensatora i rezystora. Przy projektowaniu takiego układu należy zwrócić uwagę na czas rozładowania kondensatora i wymaganą moc rezystora.

Czas rozładowania kondensatora jest równy iloczynowi rezystancji, która jest szeregowo połączona z kondensatorem i pojemności. Po tym czasie napięcie elementu powinno spaść do jednej trzeciej napięcia początkowego, a jego całkowite rozładowanie powinno nastąpić w czasie równym pięciokrotnemu iloczynowi oporu i pojemności.

Im mniejszy jest rezystor, tym szybciej rozładuje się kondensator. Na przykład: w przypadku rozładowywania kondensatora 10 uF przy użyciu rezystora 1 kΩ czas rozładowania wyniesie 0,01 sekundy. W przypadku rozładowania elementu o pojemności 1 mF przy użyciu tego samego rezystora, czas rozładowania wynoszący 1/3 wartości początkowej ładunku wydłuży się do 1 s.

Pamiętajmy, że bezpieczne rozładowanie kondensatora musi być przeprowadzone za pomocą odpowiedniego rezystora. Użycie niedoszacowanego rezystora może doprowadzić do jego uszkodzenia. Dlatego przy wyborze rezystora należy wziąć pod uwagę moc emitowaną przez rezystor, która jest równa ilorazowi pierwiastka kwadratowego z jego napięcia i rezystancji. Standardowe oporniki mogą przenosić moc do 0,25 W. Zastosowanie takiego opornika z większym kondensatorem o dużym ładunku i napięciu spowoduje jego przepalenie. Dlatego w przypadku małych elementów warto zastosować rezystor o mocy 5 W i rezystancji np. 1 kΩ, taki jak SR PASSIVES MOF5WS-1K.

Większe kondensatory do zastosowań elektroenergetycznych powinny być wyposażone w rezystory rozładowcze, które po odłączeniu zasilania rozładowują ten element w ciągu kilku minut.Bezpieczne rozładowanie trójfazowego kondensatora mocy powinno być przeprowadzone za pomocą przewodu YDY 4 mm2 i polegać na zwarciu poszczególnych faz elementu przewodem PE.

.