spécificité cem des installations ferroviaires embarqués carlos queiros de oliveira forum de...

Spécificité CEM des Spécificité CEM des installations ferroviaires installations ferroviaires

embarquésembarqués

Carlos QUEIROS DE OLIVEIRA

Forum de l’électronique – 27 SeptembreForum de l’électronique – 27 Septembre 20020055

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ALSTOM Transport

N°1N°1 en :trains à très grande vitesse, trains pendulaires,systèmes de traction.

N° 2N° 2 en : métros, trains à double niveau,signalisation, trains régionaux.

LeaderLeader dans les services. 17%17% de part de marché mondial.

• Spécialisé dans l’électronique embarquée.

• 10 000 systèmes assemblés par an.

• Equipements de commande de puissance et de signalisation.

4 profils de clients :4 profils de clients :– les clients internes ALSTOM Transport : établissements intégrateurs

ferroviaires,– les ensembliers (hors ALSTOM),– les opérateurs ferroviaires,– les autres sites ALSTOM.

- - PrésentationPrésentation - -

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Proximité entre les différents équipements,

Grande diversité des alimentations et tensions de service, (trains tri tension)

Site avec des caractéristiques très variables,

Glissement du contact pantographe / caténaire,

Grande vitesse des véhicules et présence de sources mobiles dans les zones d’influence,

Spectre fréquentiel du bruit très large,

Proportion croissante de passagers avec ordinateurs, téléphones mobiles,

Equipotentialité entre les véhicules.

Les facteurs d'aggravation

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A part la caténaire, aucun lien "filaire" avec le monde extérieur,

Châssis métalliques des véhicules,

Masse des équipements.

Les facteurs favorables

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FoudreSystème

ferroviaire voisin

Ordinateur Téléphone portable

Electroniquede contrôle

Pacemaker

Récepteur radio

Radar

Talkie

Walkie

Antennes radio, VHF

Lignes haute tension

Système ferroviaire

voisin

Réseau Télécom

Contact pantographe /

caténaire

Equipements sensibles

Equipements perturbateurs

Contacteurs

RelaisMoteur

s

Transformateur

Auxiliaires

OrdinateurTéléphone portable

Electroniquede contrôle

PacemakerRécepteur radio

Circuit de voie

Equipement industriel

Produit domestique

Signalisation

Téléphone Radio TV

- - Beaucoup de mondeBeaucoup de monde - -

Les sources de perturbations

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SourceSource VictimesVictimes ConséquencesConséquences

Système Système ferroviaireferroviaire

En dehors du système

Dans le systèmeSignalisation

Récepteur ILS embarqué (système avionique)

Récepteur radio / TV

Téléphone

Pertes temporaire de fonctionnement

Conséquence catastrophique

Pertes temporaire de fonctionnement

Conséquence catastrophique

Pertes temporaire de fonctionnement

Conséquence non catastrophique

Pertes temporaire de fonctionnement

Conséquence non catastrophique

Les sources de perturbations

- - ExempleExemple - -

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- - ddes kilomètres de câbles -es kilomètres de câbles -

Les différents éléments d’un train

……

.………

……

……

……

.…..

. ....

………..

……...……

.....…………...…

..

Systèmes d’information

voyageurs

Commandes de traction

Commandes pour convertisseurs

auxiliaires

Systèmes d’informatique

embarquée

….

Systèmes de divertissement passagers

Aide à la conduite

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Les équipements

Les équipements : • pilotage des convertisseurs d'énergie et des chargeurs de batterie, • pilotage des systèmes de propulsion, • information passager, • aide à la conduite et maintenance, • calculateur sécuritaire embarqué (signalisation), • GSMR• ….

- - CohabitationCohabitation - -

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Mise à la masse des équipements

- Oui mais comment ? … -- Oui mais comment ? … -

En général nos équipements sont “métalliques”.

Les relier à la masse mécaniques du train est le seul moyen d’assurer la protection des organes électroniques internes contre la

majeure partie des perturbations

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Mise à la masse des équipements

- par vis … -- par vis … -

Masse mécanique du train

Fixation (vis)Peinture

épargnée et propre Peinture

ou protection

Équipement

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Mise à la masse des équipements

- par tresse … - par tresse … L/d<5L/d<5--

L

R

NON

Les reprises de masse sont parcourues par des courants haute fréquence. Elles présentent une impédance d’autant plus forte que la fréquence est élevée. Il faut donc les dimensionner les plus courtes possibles avec des sections les plus larges possibles, pour ne pas introduire de tensions parasites importantes et veiller à une connexion électrique correcte.

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Mise à la masse des équipements

- par tresse … -- par tresse … -

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Le câblage

Le câblage : • haute tension,• alimentation batterie, • réseaux numériques, (FIP, CAN, LON, MVB, Ethernet, …)• capteurs analogiques,• audio et vidéo,• …

- - CohabitationCohabitation - -

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Ségrégation des câbles / signaux

- Un peu de ménage s’impose ! -- Un peu de ménage s’impose ! -

Classe 1 : Circuits audio et vidéo analogiquesCircuits d’émission – Réception HF

Classe 2 : Circuits de transmission d’informations numériquesCircuits de capteurs (alimentation – Signaux de

mesure)

Classe 3 : Circuits d’impulsions de commande de semi-conducteurs

Classe 4 : Circuits batterie de faible puissance :- alimentation des baies électroniques- signaux de commande tout ou rien,- commande de relais, contacteurs, électrovannes

Classe 5 : Circuits de puissance :- tension caténaire,- alimentation des moteurs de traction,- réseaux auxiliaires 500 V, 380 V, etc...- charges batterie, etc...

Classe 6 : Circuits atypiques :- 60 V/ 24 kHz,- etc...

Classes 1 2 3 4 5 6

1 0

2 30-60 0

3 30-60 30-60 0

4 90 90 90 0

5 150-200 150-200 150-200 150-200 0

6 60 60 60 90 150-200 0

ELOIGNER LES TORONS AFIN DE REDUIRE LES COUPLAGES ENTRE CABLES ELOIGNER LES TORONS AFIN DE REDUIRE LES COUPLAGES ENTRE CABLES

SEPARER LES CIRCUITS EN FONCTION DE LEUR NIVEAU DE SEPARER LES CIRCUITS EN FONCTION DE LEUR NIVEAU DE PUISSANCE ET / OU DE LA CATEGORIE DE SIGNAUX A LAQUELLE ILS PUISSANCE ET / OU DE LA CATEGORIE DE SIGNAUX A LAQUELLE ILS APPARTIENNENTAPPARTIENNENT

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- - Propre et sale !!! Propre et sale !!! --

Ségrégation des câbles / signaux

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- - Propre et sale !!! Propre et sale !!! --

Ségrégation des câbles / signaux

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Coffre convertisseurde traction

AntennePilotageAutomatique

Câbles HTou

câbles «moteur»

Écran métalliqueou éloignement

Câbles HTou

câbles «moteur»Antenne PA

Installation incorrecte Installation correcte

- - Pas d’équipements sensible à proximité d’un Pas d’équipements sensible à proximité d’un convertisseur de puissance ou de ses câblesconvertisseur de puissance ou de ses câbles - -

Séparer les circuits

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Tension induite par les câbles d'un rhéostat de freinage sur une antenne de contrôle automatique installée à proximité :•di/dt = 1000 A/μs. •antenne de section S = 100 cm²

Vinduced = S.μo.dH/dt = (1/2π.d) × S.μo.di/dt

213200Vinduced (V)

100151d(cm)

- - Pas d’équipements sensible à proximité d’un Pas d’équipements sensible à proximité d’un convertisseur de puissance ou de ses câblesconvertisseur de puissance ou de ses câbles - -

Séparer les circuits

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- - Réduire les boucles en mode commun Réduire les boucles en mode commun --

Câblage incorrect Câblage correct

Réduire la surface des boucles

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Réduire la surface des boucles

- - Contre une paroi métallique du train Contre une paroi métallique du train --

Utilisation des chemins de câble

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En l’air

- Souvent difficile à réaliser - Souvent difficile à réaliser --

masse

Toron de câbles

Conducteur libre

Raccordement des Raccordement des conducteurs libres et conducteurs libres et

excédentaires excédentaires à la masse du châssis aux à la masse du châssis aux

extrémitésextrémités

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Blinder les signaux sensibles

Câbles batterie

Câbles non blindés

Câbles batterie

Câbles blindés

Classe 1 : Circuits audio et vidéo analogiquesCircuits d’émission – Réception HF

Classe 2 : Circuits de transmission d’informations numériques (FIP, CAN, Ethernet, … )

Circuits de capteurs (alimentation – Signaux de mesure)

Classe 3 : Circuits d’impulsions de commande de semi-conducteurs

- - Correctement Correctement --

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Les reprises de blindage

- Sauf … -- Sauf … -

Un câble blindé transportant des informations entre deux (ou plusieurs) équipements d’un même véhicule doit être repris à la masse mécanique du véhicule (train) des DEUX CÔTES

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Les technologies de raccordement

Qui dit blindage dit

reprise de blindage

- Connecteur entièrement métallique -- Connecteur entièrement métallique -

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… pour des liaisons audio

- Cas exceptionnel -- Cas exceptionnel -

des deux côtés pour les câbles bifilaires

d’un seul côté pour les câbles coaxiaux

? : utilisation en BF, il faut limiter la circulation de courants sur son écran, donc ne le raccorder à la masse mécanique qu’à une seule extrémité

Ceci permet d’éviter ce que l’on appelle la “ronflette”

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Le train

Le train

• l’inter caisse,

• l’accouplement entre train,

• les coffres (sous-caisse / en toiture).

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… à l’inter caisse / autocoupleur

INTERROMPRE LES BLINDAGES DANS LE CAS DE LIAISONS ENTRE DEUX

VOITURES, OU ENTRE MOTRICE ET VOITURE

- Equipotentialité entre 2 voitures non assurée -- Equipotentialité entre 2 voitures non assurée -

4000 A

400 A

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Pourquoi cette règle ?

- Interrompre les blindages dans le cas de liaisons entre - Interrompre les blindages dans le cas de liaisons entre 2 voitures, ou entre voiture et motrice2 voitures, ou entre voiture et motrice - -

Si l’on considère le pire cas, c’est-à-dire que la totalité du courant caténaire maximal (4000 A) traverse les liaisons entre remorques (ou entre motrice et remorque).

Sachant que la résistance de ces liaisons peut être de l’ordre de 2 m sur certains véhicules (sur d’autres, elle est beaucoup plus faible. Ex : 180 µ sur une rame Eurostar), la tension entre deux remorques consécutives (ou entre motrice et remorque) peut atteindre 8 V.

Le courant dans un écran long de 2 mètres (R = 20 m) pourrait alors être, si l’on reliait le blindage de telles liaisons de façon bilatérale, de 400 A, ce qui serait évidemment excessif.

Dans le cas général, il serait donc imprudent de relier d’éventuelles liaisons blindées entre voitures de façon bilatérale.

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… pour des capteurs isolés

- Equipotentialité entre caisse et bogie non assurée -- Equipotentialité entre caisse et bogie non assurée -

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L’accouplement entre train

- - CohabitationCohabitation et ségrégation et ségrégation --

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L’accouplement entre train

- - CohabitationCohabitation et ségrégation et ségrégation --

M. Carlos QUEIROS DE OLIVEIRAALSTOM Transport

11-13, avenue de Bel Air69627 Villeurbanne Cedex

: 04-72-81-46-27Email : carlos.queiros-de-

oliveira@transport.alstom.com

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