Perturbations électromagnétiques BF et HF - Mr Guignabel.pdf

20/12/2013
Auteurs : Mr Guignabe
Publication 3EI 3EI 2003- Journées
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2003-:5531
DOI :

Résumé

Perturbations électromagnétiques BF et HF - Mr Guignabel.pdf

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Juin 2000 Les perturbations électromagnétiques basse et haute fréquence Ce guide technique a pour objectif de mettre en évidence les phénomènes électromagnétiques basse et haute fréquence et de proposer les principales solutions permettant d’y remédier. c Les perturbations harmoniques sont situées dans un spectre basse fréquence s’étendant jusqu’à quelques kHz. c Les perturbations haute fréquence se situent dans un spectre s’étendant jusqu’à plusieurs GHz. Définition d’une perturbation électromagnétique Il s’agit de tout phénomène électromagnétique susceptible de dégrader les performances d’un dispositif ou d’un système. Les différents niveaux de perturbations rencontrés p.2 Etude des phénomènes harmoniques basse fréquence p.10 Les perturbations électromagnétiques haute fréquence niveau de la perturbation marge d'immunité niveau d'immunité : niveau normalisé d'une perturbation supportée par un matériel ou un système niveau de susceptibilité : niveau de perturbation à partir duquel il y a dysfonctionnement par un matériel ou un système niveau de compatibilité électromagnétique : niveau maximal spécifié de perturbation auquel on peut s'attendre dans un environnement donné limite d'émission : niveau normalisé d'émission que ne doit pas dépasser un matériel Qui fait autant avancer l’électricité ? Intersections - Juin 2000 Guide Technique2 Etude des phénomènes harmoniques basse fréquence Le domaine d’application des phénomènes harmoniques basse fréquence s’étend jusqu’à environ 2 kHz. Origine Dans les secteurs industriel et domestique on constate une recrudescence de générateurs d’harmoniques imposant un courant alternatif non sinusoïdal. Les générateurs d’harmoniques sont des charges non linéaires, c’est-à-dire qu’ils n’absorbent pas un cou- rant sinusoïdal, bien qu’ils soient alimentés par une tension sinusoïdale. Ils comprennent deux types : c Les redresseurs en courant Il s’agit des redresseurs en pont de Graetz débitant sur une charge inductive. La forme du courant est composée de créneaux liés à la commutation rapide des thyristors. Exemples : - convertisseurs statiques (onduleurs) - variateurs de vitesse pour moteur à courant continu Lf Z L ligne Id ot Spectre d'une charge triphasée équilibrée Absence d'harmonique de rang 3 et multiple I (t) % 100 50 0 1 5 7 11 13 17 19 L ligne N c Les redresseurs en tension Il s’agit des redresseurs en pont de Graetz chargés par un condensateur. La forme du courant est composée de pointes élevées et fines liées à la charge du condensateur. Il est à noter que sur un système monophasé ou triphasé avec neutre câblé le spectre contient des harmoniques de rang 3. v Exemple - alimentation à découpage - variation de vitesse pour moteur asynchrone - éclairage. Quelques définitions importantes c Rappel du théorème de Fourier (Joseph) mathématicien français né à Auxerre (1768-1830). Toute fonction périodique de fréquence f peut être représentée sous la forme d’une somme composée : • d’un terme sinusoïdal à la fréquence f de valeur efficace Y1 (fondamental) • de termes sinusoïdaux dont les fréquences sont égales à : - n fois la fréquence du fondamental et de valeurs efficaces Yn (harmonique) - n multiple entier étant le rang de chaque harmonique • d’une éventuelle composante continue de valeur Y0 Y0 = valeur de la composante continue Y1 = valeur efficace du fondamental Yn = valeur efficace de l’harmonique de rang n o = pulsation de la fréquence fondamentale n = déphasage de la composante harmonique y(t) = ∑ Ynrsin (not - n) + Y0 n = ∞ n = 1 Intersections - Juin 2000 Guide Technique 3 Le spectre est observé avec un analyseur de spectre. Remarque : l’amplitude (donc l’énergie) des raies harmoniques décroît en fonction de leur rang. Nota : Nous constatons que le signal résultant de la sommation (H1 + H3) se rapproche du signal carré. c Valeur efficace d’une grandeur alternative non sinusoïdale La valeur efficace de la grandeur déformée conditionne les échauffements, donc habituellement les grandeurs harmoniques sont exprimées en valeurs efficaces. Pour une grandeur sinusoïdale : Veff = Pour une grandeur déformée et en régime permanent, l’énergie dissipée par effet Joule est la somme des énergies dissipées par chacune des composantes harmoniques, soit l’application de la formule générale : c Facteur de puissance et cos v Le facteur de puissance est le rapport de la puissance active P à la puissance apparente S v Le facteur de déphasage cos 1 représente le cosinus de l’angle entre les fondamentaux de la tension et du courant P1 puissance active de la composante fondamentale S1 puissance apparente de la composante fondamentale v Conclusions FP = cos 1 sur une charge linéaire FP ≠ cos 1 sur une charge non linéaire - le facteur de déformation FD représente le lien entre FP et cos - le facteur de crête c’est le rapport de la valeur de crête à la valeur efficace d’une grandeur périodique +E -E π 2π0 Composante continue : Y0 = 0 t harmonique 3 valeur efficace = E 1 2r 3 π fondamental valeur efficace = E 2r π H1+H3 Représentation temporelle % 100 fondamental (H1) rang H3 rang H5 0 1 3 5 7 9 n Représentation spectrale Vmax r yeff = ∫y2t.dt1 T T 0 yeff = Yn2 n=∞ n=1 ∑ yeff = 1042 + 302 + 102 = 109 A FP = P S Fc = Y crête Yeff cos 1 = P1 S1 c Notion de taux de distorsion Il donne une mesure de l’influence thermique de l’ensemble des harmoniques : c’est le rapport de la valeur efficace des harmoniques à la valeur efficace du fondamental seul. Taux de distorsion (selon définition donnée par le dictionnaire CEI) : ce paramètre, appelé encore distorsion harmonique ou facteur de distorsion, représente le rapport de la valeur efficace des harmoniques à la valeur efficace du fondamental Y1. v Exemple d’application (signal carré) THD (%) = 100 n=∞ n=2 ∑ (Yn2) Y1 THD = 100 = 28 % 104 302 + 102 v Exemple d’application du théorème de Fourier sur un signal carré donne avec la représentation harmonique : v Conclusions Nécessité d’effectuer la mesure de courant avec un ampèremètre RMS (Root Mean Square) intégrant les rangs harmoniques (valeur efficace). Le calcul de la section des conducteurs sera adapté au courant efficace et non pas au seul fondamental. v Exemple d’application IH1 = 104 A ) Valeurs données par l’analyseur IH3 = 30 A ) de spectre dans l’exemple IH5 = 10 A ) du signal carré FD = FP cos 1 donc FP = cos 1.FD Intersections - Juin 2000 Guide Technique4 Principaux générateurs d’harmoniques - Onduleurs, hacheurs. - Ponts redresseurs : électrolyse, machine à souder. - Fours à arc et à induction. - Variateurs de vitesse électroniques pour moteur à courant continu ou pour moteur asynchrone ou synchrone. - Appareils domestiques tels que téléviseurs, lampes à décharges, lampes fluorescentes à ballast électronique. - Alimentation à découpage informatique. Ces équipements connaissent une diffusion croissante, ils entraînent une source de pollution harmonique importante. La normalisation en vigueur c Limites d’émission en courant v Elles sont fixées par la norme CEI 61000-3-2 pour les appareils raccordés au réseau public en basse tension consommant moins de 16 A par phase. Au delà une norme CEI 61000-3-4 est en préparation. v Pour les abonnés “tarif vert” en France, EDF propose un contrat EMERAUDE qui engage ses abonnés à limiter leur niveau de pollution et EDF à fournir une énergie de qualité. Nota : Un “club” FIABELEC en partenariat avec EDF peut servir d’assistance aux industriels. c Niveau de compatibilité La norme CEI 61000-2-2 définit des niveaux de compatibilité de tensions harmoniques pour les réseaux publics basse tension et CEI 61000-2-4 pour les installations industrielles basse et moyenne tension. Les effets indésirables et les retombées économiques des harmoniques sur les installations Les tensions et courants harmoniques superposés à l’onde fondamentale conjuguent leurs effets sur les appareils et équipements utilisés. Ces grandeurs harmoniques ont des effets différents selon les récepteurs rencontrés : - soit des effets instantanés, - soit des effets à terme dus aux échauffements. c Les effets instantanés Sur les systèmes électroniques, les tensions harmoniques peuvent perturber les dispositifs de régulation. Elles peuvent influencer les liaisons et les équipements “courants faibles”, entraînant des pertes d’exploitation. Les compteurs d’énergie présentent des erreurs supplémentaires en présence d’harmoniques : par exemple un compteur classe 2 donnera une erreur supplémentaire de 0,3 % avec un taux de 5 % d’harmonique 5 sur le courant et la tension. Les récepteurs de télécommande centralisée à fréquence musicale utilisée par les distributeurs d’énergie peuvent être perturbés par des tensions harmoniques de fréquence voisine de celle utilisée par le système. v Vibrations, bruits Par les efforts électrodynamiques proportionnels aux courants instantanés en présence, les courants harmoniques généreront des vibrations, des bruits acoustiques, surtout dans les appareils électromagnétiques (transformateurs, inductances). Des couples mécaniques pulsatoires, dus aux champs tournants harmoniques, donneront des vibrations dans les machines tournantes. Ils peuvent entraîner une destruction du matériel. v Perturbations induites sur les lignes à courants faibles (téléphone, contrôle-commande) Des perturbations surviennent lorsqu’une ligne à courants faibles chemine le long d’une canalisation de distribution électrique avec courants et tensions déformés. Intersections - Juin 2000 Guide Technique 5 c Les effets à terme Victimes Les effets à terme Les condensateurs Les transformateurs Les câbles et les équipements Echauffement des câbles et des équipements Les pertes des câbles traversés par des courants harmoniques sont majorées, entraînant une élévation de température. Parmi les causes de pertes supplémentaires, on peut citer : c l’élévation de la résistance apparente de l’âme avec la fréquence, phénomène dû à l’effet de peau ; c l’élévation des pertes diélectriques dans l’isolant avec la fréquence, si le câble est soumis à une distorsion de tension non négligeable. D’une façon générale, tous les équipements (tableaux électriques) soumis à des tensions ou traversés par des courants harmoniques ont des pertes accentuées et devront faire l’objet de déclassements éventuels. Echauffement dû aux pertes supplémentaires des machines et des transformateurs c Pertes supplémentaires dans les machines, dans leur stator (cuivre et fer) et principalement dans leurs circuits rotoriques (cages, amortisseurs, circuits magnétiques) par suite des différences importantes de vitesse, entre les champs tournants harmoniques et le rotor. c Pertes supplémentaires dans les transformateurs dues à l’effet de peau (augmentation de la résistance du cuivre avec la fréquence), à l’hystérésis et aux courants de Foucault (dans le circuit magnétique). c Couple pulsatoire. Echauffement, vieillissement Risque de résonance avec le circuit amont (inductance réseau), suite à la circulation de certains rangs harmoniques. Ce phénomène peut entraîner un facteur d’amplification du courant dans le condensateur provoquant sa surcharge et pouvant conduire à son claquage. c Particularités de l’harmonique 3 Les harmoniques de rang 3 étant en phase, ils s’ajoutent algébriquement dans le neutre ; il y a donc surcharge importante sur le neutre notamment en régime déséquilibré. I1 = courant fondamental IH3 = courant d'harmonique de rang 3 I1 IH3 I1 IH3 I1 IH3 ∑I1=0 ∑I3= -3 IH3 HTA neutre BT Y∆ ∑I3= IH3(1)+IH3(2)+IH3(3) I1 I2 I3 IH3(1) IH3(2) IH3(3) Il faudra adapter la section des conducteurs. Intersections - Juin 2000 Guide Technique6 Les principaux remèdes envisagés c Solutions générales v Abaisser les impédances harmoniques v Agir sur la structure de l’installation : - augmentation de la puissance de court-circuit - choisir le bon schéma de liaison à la terre ; éviter le TNC - utilisation de transformateurs à couplage spécifique (exemple : DY/n11 ) - confiner les charges polluantes - déclassement des équipements. c Solutions de neutralisation v Protection des condensateurs de compensation d’énergie réactive (suite au phénomène de résonance). - Installation d’inductances anti-harmoniques (LAH) But : réaliser l’accord du circuit LAH à une fréquence pauvre en harmonique pour supprimer les risques de forts courants harmoniques dans les condensateurs Moyen : montage en série avec le condensateur d’une inductance dite anti-harmonique (LAH). Fréquences typiques d’accord : • 135 Hz rang 2,7 si 1er rang significatif est 3 • 215 Hz rang 3,8 (BT) si 1er rang significatif est 5 en BT • 225 Hz rang 4,5 si 1er rang significatif est 5 en MT. condensateurs avec inductances de protection (LAH) permettant de supprimer les phénomènes de résonance entraînant la surcharge des condensateurs = ~ = ~ M LAH HT Transformateur HT/BT I harmoniques générateurs d'harmoniques (Gh) Filtres harmoniques de rang 5 et 7 pour des réseaux triphasés = ~ = ~ M rang 5 et 7 HT Transformateur HT/BT I harmoniques générateurs d'harmoniques (Gh) v Filtrage anti-harmonique permettant de dépolluer le réseau lorsque le niveau d’harmonique est trop élevé - Lisser le courant Schéma de l’étage d’entrée classique des variateurs, alimentations à découpage La forme et donc le spectre harmonique dépend de L et de C RC Vc V1 Ilex V2 I V3 I ~ ~ ~ V2 - V3 - V1 - V2 - V3 - V1 - V3 V1 V2 V3 V1 V2 V U t - Filtrage passif shunt résonnant But : piéger les harmoniques dans des “courts- circuits harmoniques” appelés filtres d’harmoniques pour réduire la distorsion de tension. Moyen : montage en série avec le condensateur d'une inductance accordée sur un rang riche en harmoniques (LCo2 = 0). Fréquences typiques d’accord • 250, 350, 550, 650 Hz (rangs 5, 7, 11 et 13). Principe Principe Intersections - Juin 2000 Guide Technique 7 source If Ih Ic filtre actif charges (s) - Filtrage actif ou compensateur actif Une des définitions Un filtre actif est un convertisseur statique qui permet d’injecter dans le réseau des harmoniques en opposition de phase et d’amplitude afin que l’onde résultante soit sinusoïdale. Compensateur actif= ~ = ~ M HT Transformateur HT/BT I harmoniques générateurs d'harmoniques (Gh) Principe du filtre actif Filtre passif de rang 5/7 = ~ = ~ M HT Transformateur HT/BT I harmoniques générateurs d'harmoniques (Gh) compen- sateur actif Principe Principe - Filtrage hybride • Principe : association des solutions passives et actives permettant la dépollution de tout le spectre. La compensation d’énergie réactive possible. • Solution bien adaptée à un filtrage “réseau”. • Cette solution permet d’obtenir un compromis technico-économique idéal car il permet de réduire la puissance de dimensionnement du filtre actif. Nota : le filtre passif traitera les rangs 5 et 7 par exemple, et le compensateur actif les rangs suivants. Intersections - Juin 2000 Guide Technique8 * Valeurs par phase et par lampadaire (déterminées à partir des caractéristiques communiquées par le constructeur des lampes) EDF 20 kV 400 V 400 kVA ballasts L = 30 mH* condensateur de compensation des lampes C = 224 µF* lampes R = 30 Ω * 4 lampadaires Schéma équivalent simplifié du réseau pollué Lah = 3 mH par phase Lah = inductance anti-harmonique Lah = 3 mH par phase EDF Lah = 3 mH par phase Lah = 3 mH par phase 20 kV 400 V 400 kVA Etude d’un cas de pollution par des harmoniques de courant c Les faits : match de football Le Mans-Guingamp, pour le compte du championnat de France de 2ème division. - 21 h 44 : Le Mans - 2, Guingamp - 1 - 21 h 45 : panne d’éclairage, impossibilité de réenclencher le disjoncteur de tête - 22 h 00 : match définitivement arrêté - décision : match perdu pour Le Mans sur “tapis vert” c L’étude Explication du problème Résonance de l’installation sur le rang 5, excitée par les tensions harmoniques présentes sur le réseau EDF, du fait, qu’à cette heure, tout le monde est devant son téléviseur pour suivre le match. L’ouverture du disjoncteur a été entraînée par surcharge thermique. Les mesures effectuées par les experts de Schneider Electric ont mis en évidence un taux d’harmonique 5 identique au fondamental. Le disjoncteur Merlin Gerin a donc rempli sa mission en mettant l’installation hors tension c La solution proposée Déplacement de la fréquence de résonance par installation d’une inductance série de 3 mH sur chaque lampadaire (valeur déterminée par le logiciel expert). Après Un résultat conforme aux besoins La solution proposée s’accompagne d’une garantie de résultat concernant le respect des valeurs d’harmoniques et du rapport : courant efficace courant fondamental Avant L’étude à l’aide d’un logiciel expert Simulation du problème faite sur logiciel expert pour valider l’explication et la solution proposée. Intersections - Juin 2000 Guide Technique 9 < 1,1 c La simulation c La conclusion Imaginons le même problème, un certain 12 juillet 1998 au Stade de France aux mêmes horaires, mais avec deux autres équipes ! ! Un petit incident peut avoir de très grandes conséquences. Spectre des harmoniques Forme du courant Intersections - Juin 2000 Guide Technique10 Les perturbations électromagnétiques haute fréquence La compatibilité électromagnétique (CEM) Les perturbations électriques créées par la proximité d’équipements électriques de puissance sur les transmissions de données de niveaux faibles sont de plus en plus fréquentes. Elles obligent les responsables de sites industriels et tertiaires à s’en prémunir. Notions de courants forts et de courant faibles Les courants forts sont ceux qui s’appliquent aux installations de distribution de l’énergie électrique. Les courants faibles sont ceux qui s’appliquent aux transmissions d’informations ou de signaux entre dispositifs électroniques. La compatibilité électromagnétique : c’est l’art de les faire coexister, sans créer de dysfonctionnement. Les sources de perturbations haute fréquence c Principales sources d’origine naturelle - atmosphériques (foudre), - bruit thermique terrestre. c Principales sources d’origine artificielle - émetteurs intentionnels : radioélectriques, talkie-walkie, GSM… - émetteurs non intentionnels : les moteurs électriques, l’appareillage, les ordinateurs, les tubes fluorescents... c …et dans le même temps : - prolifération de l’électronique numérique, - sensibilité croissante des composants. La génération des perturbations électromagnétiques provient en général de l’établissement et de la coupure d’un circuit électrique se traduisant par de brutales variations de tension (dv) ou de courant (di) aux bornes du circuit commandé. u/i dv dt ou di dt Ces perturbations peuvent être rayonnées ou conduites en mode Différentiel et/ou en mode Commun. Elles créeront des dysfonctionnements sur les appareils sensibles tels que les : systèmes de mesure, récepteurs radio, téléphones, capteurs, régulateurs. c Définition du mode Différentiel Le courant se propage sur l’un des conducteurs, traverse l’appareil victime, en le polluant et revient sur l’autre conducteur en sens inverse. source uMD iMD iMD victime dt dt iMD : courant de mode Différentiel uMD : tension de mode Différentiel Intersections - Juin 2000 Guide Technique 11 c Définition du mode Commun Le courant se propage en phase sur tous les conducteurs et se reboucle par les circuits de masse via les capacités parasites (Cp). immunité rayonnée émission rayonnée décharge électrostatique victime immunité conduite émission conduite source Les cinq familles de mesure utilisées en CEM Les perturbations conduites se propagent par voie filaire. Les perturbations rayonnées se propagent par voie hertzienne. La normalisation Une directive a pris naissance en 1989. Il s’agit de la directive 89/336/CEE modifiée par les directives 92/31/CEE et 93/68/CEE. Le champ d’application de cette directive concerne tous les appareils électriques et électroniques ainsi que les équipements et installations qui contiennent des composants électriques ou électroniques. Son respect est obligatoire depuis le 01/01/96. Ceux-ci doivent être construits de façon à ce qu’ils respectent les exigences essentielles de la directive c’est-à-dire : - avoir un niveau de perturbations électromagnétiques limitées de façon à ne pas provoquer des dysfonctionnements périphériques. - avoir un niveau d’immunité adéquat face à l’environnement auquel ils sont confrontés. Ces niveaux d’émission et d’immunité sont fixés par une série de normes correspondantes. Les appareils conformes aux exigences de la directive doivent comporter le marquage CE au titre de la CEM. Nota : deux autres directives exigent également le marquage CE (Basse Tension et machine). Voir guide technique Intersections novembre 1999. c En CEM deux catégories d’essais sont effectuées - les essais de labo (de type) dont l’objectif final consiste (via les normes) à atteindre le marquage CE sur le produit de façon à garantir sa bonne intégration dans l’environnement. - les essais de site dont l’objectif consiste à assurer (préventif) ou à rendre (curatif) une installation conforme. source uMC uMC CpCp iMC iMC iMCiMC iMC victime Semi-conducteur V Isolant Radiateur Masse Cp Cp : capacité parasite entre le transistor et le radiateur relié à la masse iMC Le courant iMC de mode Commun circulant dans Cp provient des variations de tension liées à la commutation du transistor. Ce courant circule donc du transistor vers la masse via Cp. Le remède principal permettant de limiter les perturbations conduites, consiste à insérer un filtre accordé haute fréquence en série dans la liaison au plus près du pollueur. Ce filtre doit être raccordé en respectant scrupuleusement les règles de câblage préconisées par les fabricants (placage au plan de masse…). Le phénomène prépondérant est surtout le mode Commun (i de fuite, rayonnement des câbles…). iMC : courant de mode Commun uMC : tension de mode Commun Nota : Principe de génération du courant de mode Commun. La capacité parasite du radiateur de refroidissement des composants électroniques est un élément pris en compte dans la conception des “bras convertisseurs”. Intersections - Juin 2000 Guide Technique12 Les différents modes de couplage des perturbations électromagnétiques Les trois types de couplage principaux sont : - le couplage par impédance commune (phénomène conduit) - le couplage électrique - le couplage magnétique. c Le couplage par impédance commune Il provient de la présence d’un circuit commun entre différents appareils. Par exemple : - le circuit d’alimentation - le circuit de masse - le réseau de protection PE, PEN. parasite équipement 1 équipement 2 câble de signal PE HF courant de défaut 50 hZ différence de potentiel (impédance commune) A Z B foudre Figure 1 champ électrique E i Figure 3 V2 paire coupable paire victime Cp (capacité parasite) R i V1 ~ Figure 2 La figure 1 montre que lorsque des courants (haute fréquence, de défaut 50 Hz, foudre) circulent dans des impédances communes (Z) ; les deux équipements vont être soumis à une différence de potentiel VA-VB indésirable (risque pour les circuits électroniques bas niveau). Tous les câbles, y compris le PE, présentent une impédance qui augmente avec la fréquence. Nota : Un câble rond quelle que soit sa section est équivalent à une inductance de 1µH/m. Remèdes Réduction de l‘impédance commune par : - maillage des circuits communs - liaison des chemins de câble métallique - utilisation de câbles blindés reliés des deux côtés - utilisation de tresses plates - filtre haute fréquence. v Remèdes : - éloignement source/victime - plaquer les câbles victimes près des structures métalliques (chemin de câble, conduit métallique…) évitant les phénomènes d’antenne - ajouter des câbles d’accompagnement de masse - blinder les câbles victimes en soignant le raccordement à la masse des deux côtés - filtrage haute fréquence ou ferrites sur le câble victime. c Le couplage électrique Diaphonie capacitive. Transmission de perturbations entre deux câbles par capacité parasite (Cp). On distingue deux cas : v La diaphonie capacitive Une variation brutale de tension V1 entre un fil et un plan de masse ou entre deux conducteurs va générer un champ électrique qui va induire un courant (i) sur le conducteur voisin par effet capacitif. On récupère donc une tension V2 sur le câble victime. v Le couplage champ à câbles Lorsque le conducteur est soumis à un champ électrique variable (talkie-walkie, GSM, manœuvre d’appareillage, radar…), un courant (i) est induit sur ce conducteur. Intersections - Juin 2000 Guide Technique 13 I Source S e câblage victime H dt e = µo.S dH µo = 4π.10-7 Figure 4 c Le couplage magnétique ou diaphonie inductive Une variation de courant dans un conducteur génère un champ magnétique (H) variable. Il va créer une force contre-électromotrice qui développera une tension perturbatrice (e) dans un câblage victime présentant une boucle de surface (S). v Sources de champ magnétique haute fréquence - foudre - four à induction - système de commutation de puissance - décharge électrostatique. v Remèdes - réduction des surfaces de boucle de câblage - torsadage des câbles de nature identique - solutions du couplage champ électrique. Quelques règles de câblage importantes préconisées c L’analyse de la situation v Problème faire cohabiter courants forts / courants faibles. v Risques perturber les liaisons courants faibles et l’électronique associée : - dysfonctionnements (disponibilité, fiabilité…) - erreurs de mesures, de transmissions - destruction de matériels. v Mécanismes - couplages câbles à câbles, champs à câbles - tensions de mode Commun - dv/dt, di/dt - surtensions. v Solutions - séparer les câbles véhiculant des signaux différents - soigner la mise en œuvre du câblage, l’équipotentialité, maillage des masses - blinder - filtrer - protéger contres les surtensions. c Classification des signaux v Groupes distincts - groupe 4 : très sensible - groupe 3 : sensible aux impulsions, perturbe le groupe précédent - groupe 2 : peu sensible mais perturbe les groupes précédents - groupe 1 : peu sensible mais perturbe les groupes précédents. liaison numérique (bus) liaison analogique (capteur) liaison de relayage INTERFACE SYSTEME liaison de puissance (alimentations) E/S TOR Intersections - Juin 2000 Guide Technique14 câbles non blindés de groupes différents câbles blindés de groupes différents plan de m asse non oui h e câble "bruyant" câble "sensible" croiser les câbles incompatibles à angle droit 30 cm câble "bruyant" câble "sensible" 1 m non oui tablettes métalliques câbles de puissance ou bruyants câbles E/S TOR, relayages câbles de mesure ou sensibles penser à la "ségrégation" des câbles non oui v cloisonnement v cloisonnement capoté v goulottes séparées et capotées puissance + analogique numérique + relayage non puissance + relayage écran blindage liaisons de puissance liaisons E/S relayées différencier les groupes liaisons numériques liaisons analogiques numérique + analogique oui NON liaisons numériques liaisons analogiques c connecteurs c borniers OUI I courant fort courant faible I la mise à la masse des chemins de câbles doit être parfaite de bout en bout attention à la diaphonie : ligne de champ courte = champ H fort H H v Risques de diaphonie en mode commun si e < 3h v Eloigner les câbles incompatibles v Répartition des câbles dans une tablette v Signaux incompatibles : câbles et torons différents v Chemin de câbles métallique v La “ségrégation” s’applique aussi aux raccordements c Les règles de câblage Intersections - Juin 2000 Guide Technique 15 A proscrire "queue de cochon" Idéal traversée de cloison = contact circonférentiel sur tôle équipotentielle "cavalier, collier, bride..." barre de masse reliée au châssis Acceptable "cavalier, collier, bride..." Correct toutes les reprises de masse se feront sur une tôle épargnée blindage mal raccordé = perte d'efficacité Montage sur isolant Queue de cochon Entrées / sorties voisines Montage sur tôle équipotentielle Entrées / sorties séparées non oui filtre Boîtier métallique S E filtre Boîtier métallique S E montage sur isolant tôle équipotentielle non Les condensateurs de classe X ou Y Les inductances de terre Le filtre modulaire Les ferrites Le ruban de cuivre adhésif à colle conductrice Le joint de porte "HF" c Le raccordement des blindages c La mise en œuvre des filtres c La valise magique Les principaux composants CEM Intersections - Juin 2000 Guide Technique16 Etude de cas de perturbation par rayonnement Prenons le cas de deux ordinateurs en réseau (figure A) et examinons ce qui se passe lors d’un coup de foudre. Supposons que la foudre tombe à 200 m du bâtiment avec un di/dt de 25.109 A/s (Icrête = 25 kA ; tm = 1 µs). Si la boucle, formée par le réseau 50 Hz et les liaisons numériques (figure A) présente une surface de 50 m2 au champ impulsionnel, la f.e.m. développée est : Elle est dangereuse pour les circuits émetteurs- récepteurs numériques et si la boucle est fermée, c’est le courant résultant qui va entraîner des détériorations. Quelle est la parade ? Minimiser la surface des boucles, câbles de puissance, câbles courants faibles ; en effet si la boucle est ouverte une tension dangereuse pour l’électronique est développée et si elle est fermée, le courant induit va (impédance de transfert) perturber le signal, voire détruire les circuits émeteurs-récepteurs. La figure A montre que la boucle peut être de grande dimension. Un conducteur d’accompagnement, ou un chemin de câble ou un tube métallique (figure B) permet de minimiser la surface de la boucle. Mais attention, on a ainsi créé une boucle entre masses. La liaison conductrice entre les deux équipements communicants doit donc être de faible impédance pour ne pas développer de tension induite entre les masses des équipements communicants (éviter les queues de cochons)… Il faut noter que si cette impédance de liaison est faible, elle va voir passer en cas de défaut d’isolement une part importante du courant de défaut. La solution est encore une fois le maillage des masses le plus intense possible pour diviser les courants, (figure C). c Bibliographie Liaison numérique Alimentation PE H Boucle de masse réduite Boucle entre masses Boucle de masses et entre masses réduites e = = µ0S = dø dt dH dt µ0S di 2πd dt e = .25.109 = 1,25 kV 4π.10-7.50 2π.200 Cahiers techniques Schneider Electric La CEM.........................................................................................CT 149 Coexistence courants forts, courants faibles...............................CT 187 Perturbations harmoniques et leur traitement..............................CT 152 Harmoniques convertisseur et compensateur actifs....................CT 183 Manuel didactique CEM.........................................................ART. 62920 Les singularités de l’harmonique 3............................................à paraître Collection technique Les harmoniques et les installations électriques.................MD1 HRM1F La compatibilité électromagnétique.....................................MD1 CEM1F Journées techniques ISF Les harmoniques................................................................................JTH Coexistence courants forts, courants faibles...............................JTCEM La foudre.............................................................................................JTF Perturbation d’une liaison numérique par boucle inductive et remède. Ce guide technique a été réalisé sous la direction de Gérard Gay, avec la collaboration d’Annie Riboulot et d’Alain Guignabel. A. Boucle formée par le réseau et la liaison numérique. C. Utilisation de chemins de câbles parallèles pour l’alimentation et la liaison numérique : boucles réduites, plans réducteurs et effets atténués par maillage. B. Le chemin de câbles, connecté aux masses des deux appareils, minimise l’effet de courant induit avec la liaison numérique. Avertissement Schneider Electric dégage toute responsabilité consécutive à l’utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent guide, et ne saurait être tenu responsable ni d’éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans ce guide.