Kompendium

 

 

Inhaltsverzeichnis

 

1				Allgemeines
		I.		Arten von Funkstörquellen
		II.		Ausbreitung von Funkstörung
		III.		Symmetrische und Asymmetrische Störungen
		a)		Symmetrische Störungen
		b)		Asymmetrische Störungen
2				Normen und Grenzwerte für elektrische Geräte
3				Funkentstörkondensatoren
		3.1		Kondensatoren der Klasse X und/oder Y
		3.1.1		Unterteilung der Kondensatorenklassen nach IEC 384-14, 1981 und/oder VDE 0565 Teil 1 (abgelöst durch EN 132400)
		3.1.2		Unterteilung der Kondensatorenklassen nach IEC 384-14, 2. Ausgabe 07/1993 und/oder EN 132400, 1994
		3.2		Funkentstörfilter
4				Begriffe und Definitionen
		4.1		Nennspannung UN
		4.2		Klimakategorie
		4.3		Obere Kategorietemperatur
		4.4		Untere Kategorietemperatur
		4.5		Nenntemperatur
		4.6		Einfügungsdämpfung
		4.7		Hauptresonanzfrequenz
		4.8		Stoßspannung
		4.9		Passive Entflammbarkeit
		4.10		Aktive Entflammbarkeit
		4.11		Verlustfaktor tanδ
		4.12		Spitzenspannung US
		4.13		Nennkapazität CN
		4.14		Selbstheilung
		4.15		Hochspannungsprüfung

 

 

Einführung Funkentstörung

 

1 Allgemeines

 

Viele Länder haben Bestimmungen erlassen, die eine Entstörung von elektrischen Geräten vorschreiben, welche neu in Betrieb genommen werden.

 

Innerhalb der EU gibt es zwischenzeitlich einheitliche Vorschriften auf der Grundlage der Europa Normen (EN) in Zusammenhang mit nationalen Vorschriften wie z.B. Postverfügungen und VDE-Richtlinien. Diese verbieten das Inverkehr- bzw. Inbetriebnehmen nicht ordnungsgemäß entstörter Geräte. Für den Gerätehersteller oder Importeur ist deshalb die Frage wichtig, ob die von ihm gefertigten bzw. importierten Geräte Funkentstörungen verursachen und wie diese verhindert werden können.

 

Die auf dem Amtsblatt der EU beruhenden Gesetze wenden sich nicht mehr an den Endverbraucher, sondern an den Hersteller bzw. den Importeur der Geräte. Dieser muss garantieren, dass seine Geräte allen vorliegenden Vorschriften entsprechen.

 

 

I. Arten von Funkstörquellen

 

Zwei Funkstörquellen gilt es zu unterscheiden:

 

 

1. Geräte mit beabsichtigter HF-Erzeugung		Diese Geräte erzeugen im allgemeinen HF-Energie auf diskreten Frequenzen. Zu dieser Gruppe zählen wissenschaftliche, medizinische, gewerbliche und industrielle Anwendungen. Auch Datenverarbeitungsanlagen sind diesem Bereich zuzuordnen, weil für den Betrieb Impulse erforderlich sind, ebenso Schaltnetzteile.
2. Geräte mit unbeabsichtigter HF-Erzeugung		In diesem Falle ist die auftretende HF-Erzeugung eine unerwünschte Nebenerscheinung. Zu diesem Bereich zählen alle Geräte, welche durch einen Kollektormotor angetrieben werden, sowie diejenigen, welche mit elektrischen Schaltkontakten (Timer) ausgerüstet sind. Ebenfalls zu dieser Gruppe gehören diejenigen Geräte, bei denen die Leistungsstufe auf Halbleiterbasis erfolgt (Phasenanschnittsteuerung, Impulspaketsteuerung)

 

 

II. Ausbreitung von Funkstörung

 

Die von den Geräten erzeugten Funkstörungen können sich auf drei Wegen ausbreiten:

 

 

a)		entlang der Leitungen im Frequenzbereich zwischen 10kHz und 30kHz d.h. im Bereich der Längst-, Lang-, Mittel-, und Kurzwelle breiten sich Funkentstörungen als Störspannung über die Verbindungsleitungen aus.
b)		durch Kopplung - Funkstörungen können sich in diesem Falle sowohl auf induktiver als auch kapazitiver Basis ausbreiten. Sie treten immer dann auf, wenn der Störer nahe an die Empfangslage bzw. verbundene Zuleitung herangeführt wird.
c)		durch Strahlung im Frequenzbereich > 30 MHz In den UKW- und Fernsehbereichen breiten sich Funkstörungen durch Strahlung über die Anschlussleitungen oder über Geräteteile aus.

 

 

Alle drei Möglichkeiten werden durch bestehende Vorschriften erfasst:

 

Im Frequenzbereich ≤ 30 MHz wird die Störfeldstärke im Abstand von 10 Metern vom Störer gemessen bzw. die aus der Netzanschlussleitung ausgekoppelte Störleistung festgestellt.

 

 

 

 

III. Symmetrische und Asymmetrische Störungen

 

Leitungsgeführte Störgrößen können sich über unterschiedliche Wege ausbreiten. Unterschieden werden:

 

a)		Symmetrische Störungen: Von einer erdfreien Störquelle gehen zunächst nur Störungen aus, die sich längs der angeschlossenen Leitungen ausbreiten. Der Störstrom "B" fließt auf dem anderen Leiter wieder zurück. Beide Ströme befinden sich im Gegentakt und werden daher als Gegentaktstörung (differential mode) oder symmetrische Störung bezeichnet.
b)		Asymmetrische Störungen: Durch beabsichtigte Masseverbindungen oder parasitäre Kapazitäten in der Störquelle und der Störsenke wird jedoch auch ein Störstrom im Erdkreis hervorgerufen, der auf den beiden Anschlussleitungen  von der Störquelle zur Störsenke und über die Erdleitung wieder zurück fließt. Die beiden Ströme "A/2" befinden sich also im Gleichtakt und werden daher Gleichtaktstörung (common mode) oder asymmetrische Störung genannt.

 

 

 

 

2 Normen und Grenzwerte für elektrische Geräte

 

Einheitliche gesetzliche Regelungen für die Länder, die der EU angeschlossen sind, wurden bisher mit folgenden Vorschriften getroffen:

 

EN 55011 (CISPR11)*		Diese Europäische Norm umfasst die Grenzwerte und Messverfahren für Funkstörungen von industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Hochfrequenzgeräten (ISM-Geräte).
EN 55012 (CISPR12)*		Diese Europäische Norm umfasst die Grenzwerte und Messverfahren für Funkstörungen von Zündsystemen von Motorfahrzeugen oder anderen Verbrennungsmaschinen, die sich störend auf den Rundfunkempfang auswirken können
EN 55013 (CISPR13)*		Diese Europäische Norm umfasst die Grenzwerte und Messverfahren für Funkstörungen von Ton- und Fernseh-Rundfunkempfängern.
EN 55014 (CISPR14)*		Diese Europäische Norm umfasst die Grenzwerte und Messverfahren für Funkstörungen von Geräten mit elektromotorischem Antrieb und Elektrowärmegeräten für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke, Elektrowerkzeugen und ähnlichen Elektrogeräten.
EN 55015 (CISPR15)*		Die Europäische Norm umfasst die Grenzwerte und Messverfahren für Funkstörungen von elektrischen Beleuchtungseinrichtungen und ähnlichen Elektrogeräten.
EN 55022 (CISPR22)*		Diese Europäische Norm umfasst die Grenzwerte und Messverfahren für Funkstörungen von Geräten der Informationsverarbeitung.
		*CISPR = Comité International Spéciale des Pertubations Radioélectriques, eine Untergruppe der IEC = Internationale Elektronische Kommission (Viele CISPR-Normen wurden bereits als Europa-Normen (EN) übernommen.)

 

 

3 Funkentstörkondensatoren

 

3.1 Kondensatoren der Klasse X und/oder Y

 

Funkenstörkondensatoren sind Kondensatoren zum Verringern der Störungen des Funkempfangs, die durch elektrische Betriebsmittel erzeugt werden. Ihre Bauarten und Anwendungen sind sehr stark durch nationale und internationale Normen und Vorschriften reglementiert, deshalb sind bei der Auswahl der Kondensatorentypen für jeden Einzelfall die Bauelementevorschriften sowie die einschlägigen Gerätevorschriften zu beachten.

 

Bei diesen Kondensatoren unterscheidet man nach X- und Y-Kondensatoren.

 

Kondensatoren der Klasse X:

 

Kondensatoren der Klasse X, kurz: X-Kondensatoren, sind Kondensatoren mit begrenzter Kapazität für Anwendungen, bei denen ihr Ausfall durch Kurzschluss nicht zu einem gefährdenden elektrischen Schlag führen kann.

 

Kondensatoren der Klasse Y:

 

Kondensatoren der Klasse Y, kurz: Y-Kondensatoren, sind Kondensatoren für eine Isolierspannung (nach VDE 0550 Teil 1) von Ueff = 250V mit erhöhter elektrischer und mechanischer Sicherheit und begrenzter Kapazität.

 

 

Anmerkung:

 

Die erhöhte elektrische und mechanische Sicherheit soll Kurzschlüsse im Kondensator ausschließen; durch die Begrenzung der Kapazität soll bei Wechselspannung der durch den Kondensator fließende Strom und bei Gleichspannung der Energieinhalt des Kondensators auf ein ungefährliches Maß herabgesetzt werden. Y-Kondensatoren überbrücken in Erfüllung ihrer technischen Aufgaben in elektrischen Geräten, Maschinen und Anlagen, Betriebsisolierungen, deren Sicherheit in Verbindung mit einer zusätzlichen Schutzmaßnahme zur Abwendung von Gefahren für Menschen und Tiere dient. Sie sind für Verwendungsfälle bestimmt, bei denen sie bei Versagen des Betriebsmittels zu einer Gefährdung durch elektrischen Schlag führen können.

 

 

Kondensatoren der Klasse XY:

 

Kondensatoren der Klasse XY, kurz: XY-Kondensatoren, sind Kondensatoren, bei denen in einem Gehäuse zwei oder mehr Einzelkapazitäten gleicher oder unterschiedlicher Klasse vereinigt sind.

 

Beispiele zur Funkentstörung mit X- und Y-Kondensatoren

 

Als Beispiel wird, wie in Bild 1a dargestellt, die Funkentstörung des Motors eines elektrischen Betriebsmittels (Staubsauger, Handbohrmaschine oder dergleichen) der Schutzklasse I gezeigt. Der Kondensator CY, der zum Verringern der unsymmetrischen Störspannung dient, liegt zwischen einem unter Spannung stehenden Leiter und dem berührbaren Metallgehäuse "G" des Betriebsmittels; er muss deshalb ein Y-Kondensator sein.

 

 

 

 

Bild 1a:

(Beispiel mit X- und Y-Kondensatoren bei einem Betriebsmittel der Schutzklasse I)

 

 

 

Bild 1b:

(Beispiel mit X- und Y-Kondensatoren bei einem Betriebsmittel der Schutzklasse II)

 

 

Bei einem Gerät der Schutzklasse II wird, wie in Bild 1b dargestellt, an das Metallgehäuse G ein Schutzleiter angeschlossen. Die unter Spannung stehenden, nicht zum Betriebsstromkreis gehörenden Teile sind durch eine Schutzisolierung der Berührung entzogen.

 

In beiden Fällen wird durch einen Kurzschluss des Y-Kondensators eine Person, die das Gerät berührt, erst dann gefährdet, wenn gleichzeitig entweder bei Schutzklasse I der Schutzleiter unterbrochen oder bei der Schutzklasse II die Gehäuseisolierung beschädigt ist.

 

Der Kondensator CX, der zum Verringern der symmetrischen Störspannung dient, liegt zwischen den Leitern des Netzes und ist daher ein X-Kondensator. Sein Ausfall durch Kurzschluss bringt keine Gefahr des elektrischen Schlages.

 

Beim Einsatz des Y-Kondensators sind die Richtlinien des Ableitstroms einzuhalten, denn der Ableitstrom eines Gerätes ist im wesentlichen durch den Kapazitätswert des eingebauten Y-Kondensators bestimmt.

 

Nach internationalen Normen (IEC 335-1) sind folgende Regeln in Bezug auf den Ableitstrom festgehalten:

 

 

für Haushaltsgeräte:

 

 

 

für diverse andere Anwendungen:

 

 

 

3.1.1 Unterteilung der Kondensatoren-Klassen nach IEC 384-14,

1981 und/oder VDE 0565 Teil 1 (abgelöst durch EN 132400)

 

Gemäß diesen Normen sind die Kondensatoren in zwei Klassen unterteilt, Klasse X und Klasse Y.

 

X-Kondensatoren:

 

Kondensatoren der Klasse X (kurz: X-Kondensatoren) werden in zwei Unterklassen eingeteilt, entsprechend den Spitzenspannungen, denen sie zusätzlich zu der Netzspannung im Einsatz ausgesetzt sind. Diese sind: Klasse X1 und Klasse X2.

 

 

Anmerkung:

 

Als Quelle für solche zusätzlichen Belastungen sind anzusehen:

 

a)		Spitzenspannungen, die der Netzspannung, z.B. infolge von Schaltvorgängen, überlagert sind. Es wird davon ausgegangen, dass die in normalen Haushaltsnetzen auftretenden Spitzenspannungen ≤ 1200V betragen.
b)		Spitzenspannungen, die beim Abschalten von induktiven Lasten im zu entstörenden Gerät entstehen. Die Höhe dieser Spitzenspannungen ist anhängig von Art und Aufbau des zu entstörenden Gerätes.

 

 

 

 

maximale Spitzenspannungsbelastung von X1-Kondensatoren in Abhängigkeit von der Kapazität

 

 

 

 

Y-Kondensatoren:

 

 

 

 

3.1.2 Unterteilung der Kondensatoren-Klassen nach IEC 384-14,

2. Ausgabe 07/1993 und/oder EN 132400, 1994

 

Gemäß dieser Normen sind die Kondensatoren in zwei Klassen unterteilt, Klasse X und Klasse Y.

 

 

X-Kondensatoren:

 

Kondensatoren der Klasse X (kurz: X-Kondensatoren), werden in drei Unterklassen eingeteilt, entsprechend den Spitzenspannungen von Impulsen, denen sie im Betrieb zusätzlich zur Netzspannung ausgesetzt sind. Derartige Impulse können verursacht sein durch Blitzschläge in Freileitungen, Schaltvorgänge in Nachbargeräten oder in dem Gerät, das durch den Kondensator geschützt wird. Dies sind: Klasse X1, Klasse X2 und Klasse X3.

 

 

 

 

Anmerkung:

 

- CR in µF

- Die Unterklasse X3 entspricht der Unterklasse X2, beschrieben in Tabelle I der IEC 384, Ausgabe 1, 1981.

 

 

Y-Kondensatoren:

 

Kondensatoren der Klasse Y (kurz: Y-Kondensatoren) sind jetzt unterteilt in vier Unterklassen.

Dies sind: Klasse Y1, Klasse Y2, Klasse Y3 und Klasse Y4.

 

 

 

 

Anmerkung:

 

- Bezüglich Begriffsdefinition Grund-, Zusatz-, Doppel-, und verstärkte Isolation siehe IEC 536, Abschnitte 2.1, 2.2, 2.3, und 2.4.

 

- Die Unterklasse Y3 entspricht der Klasse Y, beschrieben in Abschnitt 4.4 der IEC 384-14, Ausgabe 1, 1981.

 

 

Ein Y-Kondensator darf jeweils nur die Grund- oder Zusatzisolation überbrücken. Falls zwei in Serie geschaltete Y2-, Y3- oder Y4-Kondensatoren die Kombination aus Grund- und Zusatzisolation überbrücken, müssen sie denselben Nennwert haben.

 

 

Testverfahren:

 

 

Stoßspannungstest mit U_S = 2,5 kV

 

Jeder Kondensator ist bis zu 24 Stößen derselben Polarität zu beaufschlagen. Die Zeit zwischen den Stößen darf nicht > 10 sec. sein. Wenn bei 3 aufeinander folgenden Stößen keine Selbstheilvorgänge oder Überschläge stattgefunden haben, sind keine weiteren Stoßbelastungen mehr vorzunehmen. Die Prüfung gilt dann als bestanden (dieser Test muss vor der Dauerspannungsprüfung durchgeführt werden).

 

 

 

 

Aktiver Entflammbarkeitstest:

 

Jeder Kondensator wird mit der Spannung UN bei 50 Hz mit 20 überlagerten Entladungen in Höhe von 2,5 kV getestet. Die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Entladungen beträgt 5 sec. Der Kondensator wird einzeln in mindestens eine, aber höchstens zwei vollständige Lagen von Gaze eingewickelt. Die Gaze muss aus unbehandelter, genau spezifischer Baumwolle sein. Nach Beendigung des Tests darf die Gaze um den Kondensator nicht mit einer Flamme brennen.

 

 

 

 

Dauerspannungstest:

 

Die Kondensatoren werden einer Dauerspannungsprüfung über 1000 Stunden bei oberer Kategorietemperatur mit einer Spannung von 1,25 mal U_N unterzogen. Einmal je Stunde wird die Spannung für 0,1 sec. auf 1000 V_eff erhöht.

 

 

 

 

3.2 Funkenstörfilter

 

In vielen Fällen ist es wirtschaftlicher, fertige Funkentstörfilter zu verwenden, als selbst Filterschaltungen aus Einzelbauelementen zusammenzusetzen. Bei der Entstörung einphasig angeschlossener elektrischer Geräte und Maschinen bis 16 A Nennstrom haben sich kleine Entstörfilter bewährt, die in volumengünstiger Zusammenfassung Entstördrosseln und Entstörkondensatoren enthalten. Funkentstörfilter sind HF-Netzwerke, die als Kombination den symmetrischen sowie den unsymmetrischen Störanteil möglichst wirkungsvoll dämpfen. Die maßgebenden Filter-Bauteile sind:

 

 

1. Gehäuse aus Metall oder Kunststoff

2. Induktivität als Sättigungs- oder stromkompensierte Drossel, HF-Drossel usw.

3. Kapazität als X- und/oder Y-Kondensatoren

4. Zusätzliche Bauteile wie z.B. Entladewiderstände

 

 

4 Begriffe und Definitionen

 

 

4.1 Nennspannung U_N

 

Die Nennspannung U_N ist entweder der Effektivwert der Betriebsspannung bei Nennfrequenz oder die Betriebsgleichspannung, die zwischen den Anschlüssen des Kondensators im gesamten Temperaturbereich zwischen unterer und oberer Kategorietemperatur anliegen darf.

 

 

4.2 Klimakategorie

 

Die Klimakategorie definiert die untere Nenntemperatur / die obere Nenntemperatur / die Feuchteklasse.

 

 

4.3 Obere Kategorietemperatur

 

Die obere Kategorietemperatur ist die maximale Oberflächentemperatur im Dauerbetrieb, für die der Kondensator ausgelegt ist.

 

 

4.4 Untere Kategorietemperatur

 

Die untere Kategorietemperatur ist die niedrigste Temperatur der äußeren Oberfläche im Dauerbetrieb, für die der Kondensator ausgelegt ist.

 

 

4.5 Nenntemperatur

 

Die Nenntemperatur ist die maximale Umgebungstemperatur, bei der ein Durchführungskondensator seinen maximalen Betriebsstrom führen oder bei einer RD-Kombination die maximale Verlustleistung auftreten darf.

 

 

4.6 Einfügungsdämpfung

 

Die Einfügungsdämpfung ist das Verhältnis der Spannung vor und nach der Einfügung des Dämpfungsgliedes, gemessen an den Anschlüssen. Die Dämpfung eines Kondensators wird im 50-Ω-System gemessen. Die höchste Dämpfung wird bei der Resonanzfrequenz erreicht. (ωL = 1/ωC) wobei L die durch die Wicklung und Länge der Anschlüsse erzeugte Induktivität ist.

 

 

Anmerkung:

 

Wenn die Einfügungsdämpfung in Dezibel gemessen wird, beträgt ihr Wert das Zwanzigfache des zur Basis 10 logarithmierten Spannungsverhältnisses.

 

 

4.7 Hauptresonanzfrequenz

 

Die Hauptresonanzfrequenz ist die niedrigste Frequenz, bei der die Impedanz des Kondensators, gemessen mit einer sinusförmigen Spannung, ein Minimum erreicht.

 

 

4.8 Stoßspannung

 

Eine Stoßspannung ist eine aperiodische einmalige Spannung bestimmter Kurvenform wie in IEC-60-1 beschrieben.

 

 

4.9 Passive Entflammbarkeit

 

Passive Entflammbarkeit ist die Fähigkeit des Kondensators, nach Einwirkung einer äußeren Hitzequelle flammartig zu brennen.

 

 

4.10 Aktive Entflammbarkeit

 

Aktive Entflammbarkeit ist die Fähigkeit des Kondensators, als Folge elektrischer Belastung flammartig zu brennen.

 

 

4.11 Verlustfaktor tanδ

 

Der Tangens des Verlustfaktors tanδ (in %) ist ein Maß für den Leistungsverlust des Kondensators geteilt durch die Blindleistung des Kondensators bei einer sinusförmigen Spannung vorgegebener Frequenz.

 

 

4.12 Spitzenspannung U_S

 

Eine Spitzenspannung U_S ist eine kurzzeitige, impulsförmige Spannung mit Scheitelwert U_S, wie sie insbesondere beim Schalten von Induktivitäten auftreten kann.

 

 

Anmerkung:

 

Im Rahmen einer als VDE-Bestimmung gekennzeichneten Norm wird davon ausgegangen, dass Spitzenspannungen nur vereinzelt, maximal bis zu 5 mal je Stunde auftreten.

 

 

4.13 Nennkapazität C_N

 

Die Nennkapazität C_N des Kondensators ist der Kapazitätswert, der seine Bemessung für eine Temperatur von 20°C kennzeichnet und nach der er benannt ist.

 

 

4.14 Selbstheilung

 

Wenn ein Teil oder ein Spannungsstoß das Dielektrikum durchlöchert, tritt an diesem Fehlerpunkt ein Lichtbogen auf, der das umgebene Metall schmilzt und somit den Bereich rund um den Durchschlag isoliert.

 

 

4.15 Hochspannungsprüfung

 

Wiederholte Hochspannungsprüfungen sollten möglichst vermieden werden, da sie, unabhängig vom Dielektrikum und vom Hersteller, mehr oder weniger zerstörend wirken. Nach der Vorschrift IEC 384-14 müssen wiederholte Hochspannungstests bei 66% der Spannung durchgeführt werden, die für die Typenzulassungstests vorgeschrieben ist. Grundsätzlich ist ein Hochspannungstest mit Gleichspannung einem Test mit Wechselspannung vorzuziehen, da die durch den Wechselstrom hervorgerufene Ionisierung das Risiko einer Schädigung des Prüflings erhöht. Die Testgeräte sollten so ausgelegt sein, dass sie alle nicht spezifizierten Belastungen des zu prüfenden Kondensators vermeiden (z.B. Transienten beim Anschluss oder beim Abschalten der Testspannung). Ein Gleichspannungs-Testgerät sollte keinen Schwingkreiskondensator enthalten. Die Prüfspannung muss mit einer reproduzierbaren Anstiegszeit angelegt werden, die normalerweise in den einschlägigen Vorschriften spezifiziert ist. Alle Kondensatoren müssen in der Produktion während der Fertigungsendprüfung mit der spezifizierten Hochspannung getestet werden (factory test). Der Anwender kann die gleiche Spannung dann nochmals 1-2 mal für wenige Sekunden anlegen.