Funk-Entstörkondensatoren dienen der Reduzierung/Unterdrückung der in elektronischen Betriebsmitteln entstehenden HF-Störspannungen, die zur Beeinträchtigung des Funkempfangs führen können. Je nach Applikation liegen diese Kondensatoren 10, 20 und mehr Jahre ununterbrochen am Netz und müssen sowohl das Gerät vor netzseitigen Überspannungen/ Transienten schützen, als auch Rückwirkungen des Gerätes auf das Versorgungsnetz unterdrücken.
Transienten sind der Netzspannung überlagerte Spannungsspitzen, die in Niederspannungsnetzen durchaus mehrmals pro Tag mit Amplituden von 2000 V und darüber auftreten. Spitzenwerte können mehr als 6 kV erreichen (Bild
1).
Bild
1: Netztransienten
A = Atmosphärische Störungen (Blitze).
B = Fehler im Netzwerk oder in nahen Geräten (z.B.
fehlerhafte Sicherungen, Ansprechen von Leistungsschaltern).
C = Ein- und Ausschalten von elektrischen Geräten (Motoren,
Haushaltsgeräte usw.).
D = Spannungsspitzen von Geräten wie Stromversorgungen, Wechselrichter, Schweißapparaten usw.
Zur Abblockung und Bedämpfung dieser Spannungsspitzen kommen Funk-Entstörkondensatoren zum Einsatz, die je nach Anforderungsprofil in X- und Y-Klassen definiert sind.
Klasse X Kondensatoren sind Kondensatoren mit "unbegrenzter Kapazität", die zwischen Phase/ Nullleiter oder Phase/Phase geschaltet werden. Klasse Y Kondensatoren sind Kondensatoren mit erhöhter elektrischer und mechanischer Sicherheit, die z.B. zwischen Phase und berührbarem, schutzgeerdetem Apparategehäuse angeschlossen werden und somit Betriebsisolierungen überbrücken.
Risiken des Kunststofffoliendielektrikums
Polyester- und
Polypropylen-Kondensatoren werden in der Funk-Entstörung eingesetzt, obwohl diese Bauteile unter Umständen in Brand geraten können. Der physikalische Prozess der letztendlich zur Selbstentzündung des Kondensators führt, läuft in etwa wie folgt ab:
- Transiente Überspannungen treffen auf den Netzeingang eines Verbrauchers. Dabei treten Ströme auf, die durchaus 200 A im µs-Bereich erreichen können.
- Für die hohen Spannungsspitzen stellt der Funk-Entstörkondensator einen sehr kleinen virtuellen Widerstand dar.
- An der schwächsten Stelle des Dielektrikums erfolgt ein Durchschlag, in dessen Umfeld Temperaturen von mehreren Tausend °C auftreten können. Dadurch wird der Metallbelag und das Dielektrikum verdampft und zersetzt. Um den Durchschlagskanal entsteht eine metallfreie Zone (Isolierhof). Dieser Prozess wird als Selbstheilung bezeichnet.
- Im weiteren Verlauf lagert sich bei Kunststofffolien-Kondensatoren bis zu 41% des ehemals gebundenen Kohlenstoffs in Form von leitfähigem Graphitniederschlag im Isolierhof an und bildet hochohmig leitende Kohlenstoffbrücken (Bild 2).
- Durch Akkumulation solcher Schadstellen über die Gerätelebensdauer, oder durch energiereiche Selbstheilprozesse des Kondensators, wird der Isolationswiderstand deutlich verringert. Dies führt zwangsläufig zur Erhöhung des Kondensatorstroms, der eine Überhitzung des Bauelements bewirkt. Der im Inneren entstehende Gasdruck führt zum Aufreißen der Umhüllung und zur Entzündung des Gasgemisches, das mit schweißbrennerähnlicher Flamme minutenlang brennt.
- Der Kondensator bleibt selbst im Brandfall so hochohmig, daß ein Ansprechen einer vorgeschalteten Netzsicherung nicht erfolgt.
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| Bild 2:
Durchschlagskanal Polyester |
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Bild 3:
Durchschlagskanal Metallpapier |
Vorteile der WIMA Metallpapier-Technologie
Auch Metallpapier-Kondensatoren unterliegen demselben physikalischen Sachverhalt. Bei WIMA Metallpapier-Kondensatoren ist jedoch der Kohlenstoffanteil, der sich in Form von Graphit niederschlägt, aufgrund der guten Oxidationsbilanz des Papierdielektrikums um den Faktor 20 niedriger.
| Dielektrikum |
Bruttoformel des Kettengliedes |
Anteil des abgeschiedenen Kohlenstoffes in % |
| theoretisch |
experimentell |
Cellulose
(Papier)
Celluloseacetat |
C6H10O5
C10.6H14.5O7.3 |
2
5 |
2,2
3 |
| Polypropylen |
C3H6 |
54 |
50,5 |
| Polyäthylenterephthalat |
C10H8O4 |
41 |
37,5 |
Der bei der Selbstheilung entstandene Isolierhof ist frei von Kohlenstoffbrücken, so daß keine Feinschlüsse entstehen können
(Bild 3). Eine unzulässige Erwärmung durch Absinken des Isolationswiderstandes wird vermieden. Der Kondensator hat sich vollständig regeneriert.
Zusätzlich sind WIMA MP-Kondensatoren vollständig mit selbstverlöschendem Material unter Vakuum imprägniert und umhüllt. Lufteinschlüsse sind nicht vorhanden und eine Verbindung des Kondensatorpapiers mit Sauerstoff ist nicht möglich.
Umfangreiche Tests haben ergeben, daß WIMA Metallpapier-Kondensatoren aufgrund der hohen Durchschlagsfestigkeit und des wesentlich besseren Regenerierverhaltens des Metallpapiers, selbst bei energiereichen Impulsen nicht aktiv entflammbar sind.
Modell einer reproduzierbaren Brennbarkeitsprüfung |
