Capacitores X e Y, ¿Qué es esto?, ¿Para qué sirven?

Cuando los equipos electrónicos modernos, en especial aquellos que incorporan  sistemas conmutados (switching) en sus fuentes de alimentación u otros tipos de circuitos conmutados en su arquitectura interna (generadores de PWM), están conectados a la red eléctrica, presentan el riesgo potencial de generar ruido eléctrico en modo común. Si se permite que este ruido fluya hacia la línea de alimentación de red (saliendo al exterior del equipo), puede molestar a otros dispositivos conectados a la misma línea. Recordemos que el ruido en modo común fue analizado y visto cuando hablamos de cómo combatir la EMI (Interferencias ElectroMagnéticas). En este artículo veremos el tipo específico de capacitor (o condensador) que necesitamos en cada aplicación de Corriente Alterna.

La solución al inconveniente de la EMI, como explicamos en aquél artículo, se basa en que el diseñador del circuito de entrada de tensión de línea coloque allí los capacitores específicos e ideales para evitar que el ruido alcance el exterior; es decir, salga por la instalación domiciliaria de energía y utilice a ésta como una gran antena que irradie un ruido eléctrico muy molesto e interferente a otros equipos sensibles. Ejemplo de esto son los equipos utilizados en monitoreo médico, equipos de radio, sistemas Wi-Fi y muchos más. Respecto a los últimos, la interpretación que debemos hacer es que se obtendrán alcances reducidos en los enlaces, cosa que nadie desea en este tipo de conectividad. La fiabilidad y buena calidad de estos capacitores son críticas para la seguridad de los usuarios del equipo.

Capacitores clase X2, utilizados para rechazar ruido en modo común en Corriente Alterna.

Como mencionamos en el título, los capacitores de filtro de línea se clasifican ya sea como “X” e “Y. Los “Capacitores X” son los que encontramos conectados entre la línea (fase) y el neutro, para minimizar los escapes de interferencias en modo diferencial. Una eventual falla grave en ellos (corto-circuitos o fugas internas) no crea las condiciones para una descarga eléctrica peligrosa al usuario del equipo, aunque puede ocasionar un riesgo de incendio si no se cuenta con fusibles previos en el circuito hacia la línea. Porque esto es algo que todos debieran saber: “Los fusibles nunca evitan que algo se rompa, sino que evitan incendios”. Si se abre un fusible es porque algo ya se rompió, no porque sea inteligente y esté avisándole al usuario que algo está a punto de fallar (aunque el usuario nunca pierde la costumbre de envolver el fusible en papel de golosina y…) pero eso es tema para otra entrada. Sin embargo, los “Capacitores Y” están diseñados para filtrar el ruido en modo común y están conectados entre la línea y el neutro hacia el chasis (GND, Tierra), y si en ellos se produce un cortocircuito, estamos ante un verdadero riesgo de descarga para el usuario si el equipo no está conectado a una Tierra efectiva (jabalina, pica).

Capacitores clase X y Capacitores clase Y, ¿Los conocías?

Los Capacitores Y deben estar diseñados e implementados en un circuito eléctrico de un equipo para garantizar la seguridad del usuario y eso está reglamentado por normas internacionales de fiabilidad eléctrica. Los valores de capacidad (en micro-faradios) son también limitados para reducir la corriente que pasa a través del capacitor (o condensador) cuando se aplica tensión de Corriente Alterna al mismo y reducir la energía almacenada a un límite de seguridad cuando se aplica tensión de Corriente Continua. Los capacitores deben ser ensayados con las normas aplicables a cada región/país para calificar en su uso como Capacitores Y.

La norma EN 132400 fue emitida el 26 de junio 1995 reemplazando todas las normas nacionales (independientes de cada país) europeas, vigentes hasta esa fecha. Esta era idéntica a la “International Standard IEC 60384-14, 2nd Edition 1993”. Desde entonces, las normas CENELEC e IEC son idénticas entre sí en nombre al igual que en especificaciones. Esto significa que cualquier organismo nacional europeo puede expedir autorizaciones, con validez reconocida por los cuerpos de todos los demás países miembros de CENELEC sin necesidad de repetir las pruebas y mencionar una u otra se entenderá como aplicación de la misma. Por su parte, en Estados Unidos se aplican las normas UL 1414 para en todas las aplicaciones de línea (red domiciliaria) y UL 1283 para los filtros de Interferencia Electromagnética (EMI). En Canadá  se aplican las CAN / CSA C22.2N ° 1 y CAN / CSA 384-14, mientras que en China encontramos la normativa GB/T14472

Capacitores Cerámicos X1-Y1

La norma EN 60384-14 define “sub-categorías” para ambos tipos. Los “Capacitores X1” se utilizan para aplicaciones donde se desarrollen impulsos importantes, mientras que los clase X2 y X3 se utilizan para aplicaciones de propósito general, con diferentes tensiones de funcionamiento de picos y transitorios de tensión pulso. Los Capacitores Y, que se utilizan para el aislamiento hacia GND, se clasifican como Y1, Y2, Y3 o Y4, según “el tipo de aislamiento” ante los picos de tensión. Los capacitores clase Y1 están dimensionados hasta 500 VAC de aislación, con una tensión de prueba máxima de 8 KV (8 KiloVolts = 8 Mil Volts). Los de clase Y2 tienen entre 150VAC  y 300 VAC y una tensión de prueba máxima de 5 KV. Los Y3 llegan hasta 250 VAC, sin tensión de prueba máxima especificada. Por último, los Y4 están clasificados a 150 VAC, con una tensión de prueba máxima de 2,5 KV.

Entre los ensayos importantes que están relacionados con IEC / EN 60384-14 encontramos la tensión de impulso (de pico), la durabilidad y eficiencia mecánica del capacitor y la superación de importantes pruebas de inflamabilidad.

Existen dos tipos comunes de materiales para construir este tipo de capacitores: papel metalizado/película (metallised paper/film) (popularmente conocidos como Polyester) y cerámicos. Los Capacitores Y de cerámica son menos costosos que los de película metalizada, pero son inestables en el tiempo, a la temperatura y menos estables mecánicamente. Los capacitores cerámicos utilizados en estas aplicaciones también son propensos al cortocircuito, mientras que los de Polyester tienden a crear un circuito abierto, que en el peor de los escenarios y al trabajar con tensiones de red, es lo “menos peor” que puede ocurrir. Por tal motivo, las recomendaciones siempre llevan a utilizar Capacitores de Polyester mientras se trabaja con Corriente Alterna aunque por motivos de costos esto no se realice en el mundo electrónico de hoy, donde no todo debe ser mejor, sino más barato.

Interpretación propia del artículo publicado por: Vicor