X- und Y-Kondensatoren

Schraubst du ein Schaltnetzteil, eine Waschmaschinensteuerung oder eine Steckdosenleiste mit Überspannungsschutz auf, findest du gleich hinter dem Netzanschluss einen gelben oder grauen Quader mit dem Aufdruck „X2“ und daneben ein, zwei blaue Scheibchen mit „Y2“ oder „Y1“. Das sind Funkentstörkondensatoren, auch Sicherheitskondensatoren genannt. Sie halten Störungen, die das Gerät erzeugt, vom Netz fern und schützen das Gerät vor Störungen aus dem Netz. Weil sie direkt an 230 V hängen, gelten für sie strenge Regeln – ein normaler Kondensator gleicher Kapazität und Spannung darf dort nicht eingesetzt werden.

Aufbau und Funktionsweise

Störungen auf einer Netzleitung treten in zwei Formen auf (siehe EMV):

• Gegentaktstörungen fließen wie der Nutzstrom auf dem Außenleiter L hin und auf dem Neutralleiter N zurück. Ein Kondensator zwischen L und N schließt sie kurz. Das ist der X-Kondensator.
• Gleichtaktstörungen laufen auf L und N in dieselbe Richtung und kehren über den Schutzleiter PE oder über Streukapazitäten zurück. Kondensatoren von L und von N zum Schutzleiter oder zum berührbaren Metallgehäuse leiten sie ab. Das sind die Y-Kondensatoren.

Für hohe Frequenzen ist der Blindwiderstand dieser Kondensatoren klein, für 50 Hz groß. Bei 100 nF sind das bei 50 Hz rund 32 kΩ, bei 1 MHz nur noch 1,6 Ω. So lassen sie den Netzstrom fast unberührt und schließen die Störungen kurz.

Der entscheidende Unterschied liegt im Fehlerfall. Ein X-Kondensator, der durchschlägt, erzeugt einen Kurzschluss zwischen L und N – die Sicherung löst aus, niemand ist gefährdet. Ein Y-Kondensator, der durchschlägt, legt Netzspannung an den Schutzleiter oder das Gehäuse. Fehlt der Schutzleiter, steht das Gehäuse unter Spannung (siehe Gefahren des elektrischen Stroms). Y-Kondensatoren müssen deshalb so gebaut sein, dass sie im Fehlerfall hochohmig ausfallen, und ihre Kapazität ist durch den zulässigen Ableitstrom begrenzt.

Schaltzeichen und Netzfilter

Gezeichnet werden beide mit dem normalen Kondensatorsymbol (siehe Kondensator); die Klasse steht im Wert, etwa „470n X2“ oder „2n2 Y2“. In einem typischen Netzfilter liegt ein X-Kondensator direkt am Eingang, dahinter eine stromkompensierte Drossel, dann ein zweiter X-Kondensator und zwei Y-Kondensatoren nach PE. Die Drossel bremst Gleichtaktstörungen, die Kondensatoren leiten sie ab.

Sicherheitsklassen und Kennwerte

Die Norm IEC 60384-14 (in Europa EN 60384-14) teilt die Kondensatoren nach der Stoßspannung ein, die sie überstehen müssen. Netzspitzen durch Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge erreichen einige Kilovolt.

Eine frühere Klasse X3 sowie Y3 sind aus der aktuellen Fassung der Norm verschwunden. Ein Y-Kondensator darf immer anstelle eines X-Kondensators gleicher Kapazität eingesetzt werden, ein Y1 auch statt eines Y2 – umgekehrt nie. Bauteile mit dem Doppelaufdruck „X1/Y2“ sind für beide Positionen zugelassen.

Auf dem Bauteil stehen neben Klasse, Kapazität und Wechselspannung die Prüfzeichen von Prüfstellen (ENEC, UL, CQC und andere). Ohne diese Zeichen ist ein Kondensator kein Sicherheitskondensator, auch wenn die Spannung reicht. Wie du die Aufdrucke liest, steht unter Kennzeichnung von Folienkondensatoren.

Bauformen

• X-Kondensatoren sind fast immer metallisierte Polypropylen-Folienkondensatoren (MKP) im Kunststoffbecher, von etwa 1 nF bis 10 µF, mit Rastermaßen von 10 bis 37,5 mm. Sie heilen kleine Durchschläge selbst (siehe Folienkondensator). Für feuchte Umgebung gibt es besonders robuste Typen, die Klimatests unter Spannung bestehen.
• Y-Kondensatoren sind meist keramische Scheiben (siehe Keramikkondensator) mit 100 pF bis etwa 10 nF, Y1-Typen oft mit größerem Durchmesser und längeren Kriechwegen. Daneben gibt es Y2-Folienkondensatoren und Y-zugelassene SMD-Keramiken.
• Netzfilter-Module fassen X- und Y-Kondensatoren mit Drossel in einem Metallgehäuse zusammen, oft gleich mit Kaltgerätebuchse.

Berechnungen: Entladung und Ableitstrom

Entladewiderstand. Ziehst du den Stecker im ungünstigsten Moment, bleibt der X-Kondensator auf die Scheitelspannung geladen, und die Steckerstifte stehen unter Spannung. Sicherheitsnormen verlangen deshalb ab einigen 100 nF, dass die Spannung binnen etwa einer bis zwei Sekunden unter 60 V fällt. Dafür liegt ein Entladewiderstand parallel. Die Entladung folgt der Kurve aus Kondensator im Gleichstromkreis:

Ableitstrom. Ein Y-Kondensator von L nach PE führt ständig einen kleinen Strom über den Schutzleiter. Fehlt der Schutzleiter, fließt dieser Strom durch den Menschen, der das Gehäuse berührt. Normen begrenzen ihn je nach Geräteart auf Werte zwischen etwa 0,25 mA und 3,5 mA, bei Medizingeräten noch weit darunter (siehe Schutzmaßnahmen).

Den Blindwiderstand für andere Werte rechnest du mit dem Rechner aus:

Typische Anwendungen

• Eingang von Schaltnetzteilen: X2 und Y-Kondensatoren mit Drossel, damit das Netzteil die Grenzwerte für leitungsgebundene Störungen einhält. Ein Y-Kondensator über die Trennstelle des Übertragers leitet zusätzlich Störungen vom Ausgang zurück zur Primärseite.
• Motoren und Schaltkontakte: Ein X-Kondensator, oft mit Widerstand in Reihe als RC-Glied, dämpft Funken an Relaiskontakten und Bürstenmotoren.
• Kondensatornetzteile: Ein X2-Kondensator als Vorwiderstand begrenzt den Strom für kleine Verbraucher ohne Trafo. Beachte: Die Schaltung ist nicht vom Netz getrennt.
• Netzfilter in Steckdosenleisten, Kaltgerätebuchsen und Industriegeräten.

Auswahl und Praxistipps

Bestimme zuerst die Position: zwischen L und N ein X-Typ, zum Schutzleiter oder zu berührbaren Teilen ein Y-Typ. Wähle die Klasse nach Einsatzort und Isolation, die Nennwechselspannung mit Reserve für Netzschwankungen (mindestens 275 V~ in 230-V-Netzen) und die Kapazität nach Filterbedarf und Ableitstromgrenze.

Häufige Fehler:

• Gewöhnlicher Kondensator statt Sicherheitstyp: Ein MKT für 400 V Gleichspannung ist nicht für Netz-Stoßspannungen geprüft und darf nicht zwischen L und N.
• X statt Y: Ein X2 zum Gehäuse kann im Fehlerfall durchlegieren und das Gehäuse unter Spannung setzen.
• Entladewiderstand vergessen: Der Stecker „beißt“ nach dem Ziehen.
• Kriech- und Luftstrecken auf der Platine: Die beste Klasse nützt nichts, wenn die Leiterbahnen zum Y-Kondensator zu dicht an der Niederspannungsseite liegen. Abstände prüfst du mit dem Leiterabstand-Rechner.
• Alte Papier-Entstörkondensatoren: Ältere Typen mit Papier-Dielektrikum in gelblich durchscheinendem Gehäuse reißen mit der Zeit, ziehen Feuchtigkeit und können qualmend durchbrennen. Bei Reparaturen alter Geräte tauschst du sie vorsorglich gegen moderne X2- oder Y2-Typen.

Selbsttest