cahier technique no. 149 - emc_fr

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Cahier technique n° 149

La CEM : la compatibilitéélectromagnétique

J. Delaballe

Collection Technique

Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titresédités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent uneinformation plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogueset notices techniques.

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n° 149La CEM : la compatibilitéélectromagnétique

CT 149(e) édition décembre 2001

Jacques DELABALLE

Docteur de l’Université de Limoges en 1980, entre chez Merlin-Gerinen 1986 après sept années passées chez Thomson.Il est responsable des laboratoires CEM du centre d’essais deSchneider Electric et membre du Comité 77 (CompatibilitéElectromagnétique) de la Commission ElectrotechniqueInternationale (CEI).

Cahier Technique Schneider n° 149 / p.2

Lexique

Compatibilité ElectroMagnétique, CEM(abréviation) (VEI 161-01-07)Aptitude d’un appareil ou d’un système àfonctionner dans son environnementélectromagnétique, de façon satisfaisante etsans produire lui-même des perturbationsélectromagnétiques intolérables pour tout ce quise trouve dans cet environnement.

Perturbation (électromagnétique)(VEI 161-01-05)Phénomène électromagnétique susceptible decréer des troubles de fonctionnement d’undispositif, d’un appareil ou d’un système, oud’affecter défavorablement la matière vivante ouinerte.Note : une perturbation électromagnétique peutêtre un bruit, un signal non désiré ou unemodification du milieu de propagation lui-même.

Niveau de compatibilité (électromagnétique)(VEI 161-03-10)Niveau maximal spécifié de perturbationsélectromagnétiques auquel on peut s’attendreque soit soumis un dispositif, appareil ousystème fonctionnant dans des conditionsparticulières.Note : en pratique le niveau de compatibilitéélectromagnétique n’est pas un niveau maximalabsolu mais peut être dépassé avec une faibleprobabilité.

Niveau de perturbation(non défini dans le VEI 161)Valeur d’une perturbation électromagnétique deforme donnée, mesurée dans des conditionsspécifiées.

Limite de perturbation(VEI 161-03-08)Niveau maximal, admissible des perturbationsélectromagnétiques mesuré dans des conditionsspécifiées.

Niveau d’immunité(VEI 161-03-14)Niveau maximal d’une perturbationélectromagnétique de forme donnée agissant surun dispositif, appareil ou système particulier,pour lequel celui-ci demeure capable defonctionner avec la qualité voulue.

Susceptibilité (électromagnétique)(VEI 161-01-21)Inaptitude d’un dispositif, d’un appareil ou d’unsystème à fonctionner sans dégradation de

qualité en présence d’une perturbationélectromagnétique.La figure 1 permet de situer les différentstermes ci-avant en terme de niveau.

DécibelUnité de puissance sonore, aussi utilisée pourexprimer des rapports d’amplitude selon larelation :X/Xo (dB @) = 20 . log10 X/Xo, avecX = amplitude mesurée,Xo = amplitude de référence,@ = unité de mesure de X et Xo.Quelques exemples sont donnés dans le tableausuivant (cf. fig. 2 ).

Susceptibilité des matériels(distribution statistique)

Niveau d'immunité(valeur d'essai spécifiée)

Niveau de compatibilité(valeur conventionnelle)

Niveau d'émission(distribution statistique)

Niveau

Distribution statistique

Rapports des dBamplitudes X/Xo1 01,12 11,25 21,41 32 63,2 104 125 1410 20100 401000 60

fig. 1 : positionnement des niveaux en Compatibilitéélectromagnétique.

fig. 2 : rapports d'amplitude exprimés en dB.


Sommaire

1 Introduction 1.1 La Compatibilité Electromagnétique - CEM - est un fait,mais aussi une discipline p. 41.2 Aujourd'hui la CEM est indispensable p. 4

1.3 Sa théorie est complexe p. 5

2 La source 2.1 Il est important de bien la connaître p. 62.2 Un exemple de sources permanentes de perturbations conduites p. 7

2.3 Un exemple de sources de perturbations rayonnées p. 8

3 Le couplage 3.1 Différents modes de couplage existent p. 103.2 Le couplage champ à câble, en mode commun ou différentiel p. 10

3.3 Le couplage par impédance commune p. 12

3.4 Le couplage câble à câble en mode différentiel ou diaphonie p. 12

4 La victime 4.1 Les défauts de fonctionnement p. 14

4.2 Des solutions p. 14

5 L'installation 5.1 L'installation est un paramètre important dans la CEM globaled'un système p. 175.2 A sa conception p. 17

5.3 A sa réalisation p. 18

5.4 Des exemples pratiques p. 18

6 Normes, moyens d'essais et essais 6.1 Les normes p. 20

6.2 Les moyens d'essais p. 20

6.3 Les essais p. 21

7 Conclusion p. 27

Annexe 1 : Impédance d'un conducteur en haute fréquence p. 28Annexe 2 : Les différentes parties d'un câble p. 29Annexe 3 : Essais réalisés aux laboratoires CEM de Schneider Electric p. 30

Annexe 4 : Bibliographie p. 32

La CEM : la compatibilitéélectromagnétique

La CEM est prise en compte dès l'étude pour la fabrication des matérielsélectrotechniques. Elle doit aussi être appliquée à leur mise en œuvre.Ainsi, de l'architecte concepteur des bâtiments jusqu'aux câbleursd'armoires, sans oublier les ingénieurs d'études de réseaux et lesinstallateurs, tous sont concernés par cette discipline de « paix » ; disciplineayant pour objectif de faire cohabiter en bonne harmonie des matérielssusceptibles d'être perturbés et/ou d'être émetteurs de perturbations.Ce Cahier Technique, réalisé à partir d'une longue expérience acquise ausein de Schneider Electric, présente les perturbations rencontrées etquelques solutions pratiques.


Fig. 3 : les perturbations électriques les plus courantes.

1 Introduction

1.1 La compatibilité électromagnétique - CEM - est un fait,mais aussi une discipline

Elle est le fait, pour des équipements ousystèmes, de supporter mutuellement leurseffets électromagnétiques.

Selon le vocabulaire électrotechniqueinternational VEI 161-01-07, la CEM est lacapacité d’un dispositif, équipement ou système,à fonctionner de manière satisfaisante dans sonenvironnement électromagnétique sans

introduire de perturbations intolérables pour quoique ce soit dans cet environnement.

Cette définition est également celle adoptée parla norme NF C 15-100, chapitre 33.

Elle est maintenant une discipline, celled’améliorer la cohabitation entre des élémentssusceptibles d’émettre des perturbationsélectromagnétiques et/ou d’y être sensibles.

1.2 Aujourd’hui la CEM est indispensable

De fait depuis toujours, tout appareil est soumisà diverses perturbations électromagnétiques,et tout appareil électrique en génère peu ouprou.

Ces perturbations sont générées de multiplesmanières. A la base, leurs faits générateurs sontprincipalement des variations brusques degrandeurs électriques, tension ou courant.

Une présentation des perturbations électriquesles plus courantes (cf. fig. 3 ) dans le domaineélectrotechnique basse tension est faite dans leCahier Technique n° 141. Le Cahier Techniquen° 143 traite par ailleurs des perturbations duesaux manœuvres de l’appareillage MT - MoyenneTension.

Ces perturbations peuvent se propager, parconduction le long des fils et câbles, ou parrayonnement sous forme d’ondesélectromagnétiques. Elles engendrent des

phénomènes indésirables ; le brouillage desondes radio et les interférences des émissionsradioélectriques dans les systèmes decontrôle-commande en sont deux exemples.

Ces dernières années, plusieurs facteurs se sontconjugués pour augmenter l’importance de laCEM :c les perturbations sont de plus en plusimportantes car U et I augmentent,c les circuits électroniques sont de plus en plussensibles,c les distances entre les circuits sensibles(souvent électroniques) et les circuitsperturbateurs (de puissance), se réduisent.

Pour développer ses nouveaux produits,Schneider Electric a dû approfondir puis mettreen application cette discipline qu’est la CEM. Eneffet, dans l’appareillage électrique moderne secôtoient étroitement courants faibles et courants

Classes Types OriginesEnergétiques Creux de tension c Permutation de sources

c Court-circuitc Démarrage de moteurs de forte puissance

Fréquences moyennes Harmoniques c Systèmes à semi-conducteurs de puissancec Fours à arc

Hautes fréquences Surtensions c Coups de foudre directs ou indirectsc Manœuvres d'appareils de commandec Coupure de courants de court-circuit pardes appareils de protection

Décharges électrostatiques Décharges de l'électricité statique accumuléepar une personne


Fig. 4 : un exemple d'application de la CEM : unecellule MT « SM6 » intègre un disjoncteur qui coupedes centaines d'ampères sous quelques dizaines dekilovolts, et une unité programmable SEPAM deprotection et de contrôle-commande. L'ensemble doittoujours être opérationnel, sans aléas.

forts, électronique de contrôle-commande etélectronique de puissance, électronique deprotection et appareillage électrique depuissance.

La CEM est donc un critère fondamental àprendre en compte dans toutes les phases dedéveloppement et de fabrication des produits(cf. fig. 4 ), mais aussi dans les phasesd’installation et de câblage.

La CEM est d’ailleurs maintenant prise encompte dans les normes et devient unecontrainte législative.

L’expérience et les réalisationsde Schneider Electric ne se limitent pas à lamaîtrise du bon fonctionnement de tout systèmeélectrique et/ou électronique dans unenvironnement électromagnétique habituel : parexemple, les équipements réalisés sont aussicapables de résister à l’environnementélectromagnétique le plus contraignant, celui desIEM - HA - Impulsions ElectroMagnétiquesd’origine nucléaire en Haute Altitude.Pour cela, le durcissement, ou amélioration de latenue des systèmes soumis à des impulsionsélectromagnétiques d’origine nucléaire,nécessite la mise en œuvre des techniques lesplus performantes de la CEM.

1.3 Sa théorie est complexe

Toute approche de la CEM conduit à l’étude d’unsystème à trois composantes :

c le générateur de perturbations ou source,

c la propagation ou couplage,

c et l’élément qui subit ou victime.

Bien que ces trois composantes ne soient passtrictement indépendantes, dans la pratique ellessont supposées comme telles.A noter que l’installation qui sera abordée auchapitre n° 5, a un rôle prépondérant dans lapropagation des perturbations.Cette étude théorique est difficile, car elleimpose celle de la propagation des ondes

électromagnétiques régie par un ensembled’équations différentielles complexes : leséquations de Maxwell. Leur résolution n’estgénéralement pas possible de façon exacte dansdes structures physiques réelles, et même avecdes moyens informatiques très performants, unerésolution numérique approchée est égalementtrès difficile.

En pratique il faut donc traiter les problèmes decompatibilité électromagnétique en faisant uncertain nombre d’hypothèses simplificatrices, enutilisant des modèles, et surtout en ayant unrecours constant à l’expérimentation et à lamesure.


2 La source

2.1 Il est important de bien la connaître

La connaissance, ou plus exactementl’identification et la mesure, des sources estindispensable car elle permet d’arrêter le choixdes solutions à mettre en œuvre pour :

c limiter leur perturbation (placer un blocantiparasite RC en parallèle sur la bobine CA, ouune diode sur la bobine CC, d’un contacteur parexemple),

c éviter les couplages (écarter deux élémentsdifficilement compatibles par exemple),

c et insensibiliser les victimes potentielles(utiliser des blindages par exemple).

Ses principales causes

Tout appareil ou phénomène physico-électriquequi émet une perturbation électromagnétique,par conduction ou par rayonnement, est qualifiéde source. Parmi les principales causes deperturbations, il faut relever : la distributiond’énergie électrique, les ondes hertziennes, lesdécharges électrostatiques et la foudre.

c Dans la distribution d’énergie électrique ungrand nombre de perturbations proviennent demanœuvres de fermeture et d’ouverture descircuits :v en basse tension, les ouvertures des circuitsinductifs comme les bobines de contacteurs, lesmoteurs, les électrovannes… produisent auxbornes des bobines des surtensions très élevéeset riches en hautes fréquences (quelques kV etdes dizaines, voire centaines de MHz),v en moyenne et haute tension l’ouverture et lafermeture des sectionneurs provoquentl’apparition d’ondes à front très raide (quelquesnanosecondes). Ces ondes sont particulièrementperturbantes pour les systèmes àmicroprocesseur.

c Les ondes hertziennes provenant dessystèmes de télésurveillance, de télécommande,radio communication, télévision, talkie-walkie…,sont, pour certains équipements électroniques,des sources de perturbation de l’ordre dequelques volts par mètre. Tous ces émetteurssont de nos jours de plus en plus utilisés etconduisent à durcir (protéger) ces équipements.

c Enfin, l’homme peut se chargerélectrostatiquement ; par exemple en marchantsur de la moquette.Par temps froid et sec, son corps peut atteindreun potentiel supérieur à 25 kV ! Tout contactavec un équipement électronique provoque alors

une décharge électrique qui peut pénétrer dansl’appareil par conduction et par rayonnement, etdont le temps de montée très court (quelquesnanosecondes) est très perturbateur.

Principales caractéristiques de cesperturbations

Ces sources de perturbations peuvent êtreintentionnelles (émetteur radio) ou nonintentionnelles (soudeuse). Mais d’une façongénérale elles se distinguent par les caracté-ristiques des perturbations qu’elles induisent :v le spectre,v la forme d’onde, ou le temps de montée, oul’enveloppe spectrale,v l’amplitude,v l’énergie.

c Le spectre, ou bande de fréquences couvertepar les perturbations peut être très étroit, casdes radiotéléphones, ou au contraire large, fourà arc par exemple.

Les perturbations impulsionnelles ont enparticulier un spectre très large, pouvant allerjusqu’à la centaine de MHz (cf. fig. 5 ). Noustrouvons dans cette dernière catégorie essentiel-lement les perturbations ayant pour source :v des décharges électrostatiques,v le fonctionnement d’appareillage tels querelais, sectionneurs, contacteurs, interrupteurs etdisjoncteurs, en BT et en MT/HT,v et enfin dans un domaine plus « spécifique »les Impulsions ElectroMagnétiques Nucléaires(I.E.M.N.).

Les couplages étant directement fonction de lafréquence, la représentation fréquentielle desperturbations électromagnétiques estcouramment utilisée en CEM.Cette représentation s’apparente, pour unsignal répétitif, à sa décomposition en série deFourier (comme une somme d’harmoniques).

c La forme d’onde est caractéristique de l’alluretemporelle de la perturbation, sinusoïdaleamortie ou bi-exponentielle par exemple. Elles’exprime sous la forme d’un temps de montéetm, d’une fréquence équivalente à ce temps demontée (0,35 / tm), ou simplement de lafréquence de la perturbation si elle est à bandeétroite, ou enfin sous la forme d’une longueurd’onde λ qui se ramène à la fréquence f par larelation λ = c/f où c est la célérité de la lumière(3.108 m.s-1).


Amplitudede laperturbation

0Temps

T

Bande étroite

Fréquence1/T0

Densitéspectrale

Amplitudede laperturbation

0Temps

Bande large

Densitéspectrale

00,35 / tm

tm Fréquence

Fig. 5 : exemple de catactéristiques spectrales de perturbations.

Cas d’un effet indirect de coup de foudre

Cas d’un signal radio

c L’amplitude est la valeur maximale atteinte parle signal, tension (volt), champ électrique(volt/mètre),….

c L’énergie de la perturbation est l’intégrale desa puissance sur toute la durée de cetteperturbation (Joule).

2.2 Un exemple de sources permanentes de perturbations conduitesen électronique de puissance

En électronique de puissance, les sources deperturbations sont principalement les transitoiresde tension, plus rarement de courant. La tensionpeut varier de plusieurs centaines de volts enquelques dizaines de nanosecondes, ce qui

U

Ucc

Ucat

Ucc

tm td

t

Courbe Uca

(portion de sinusoïde)

représente des dV/dt supérieurs à 10+9 V/s. Parexemple, la technique de découpage parModulation de Largeur d’Impulsions (MLI)(cf. fig. 6 ) utilisée pour constituer une tensionsinusoïdale à partir d’une tension continue,

Fig. 6 : une source de perturbations dans les équipements d'électronique de puissance : la technique dedécoupage par modulation de largeur d'implusions.a : principe,b : une impulsion fortement agrandie, (échelle dilatée de t), la portion de sinusoïde est disproportionnée car elle« s'étale » sur 20 ms ; tm ≈ 2 à 3 td (10 ns à 1 µs).

a) b)


nécessite des variations de tension entre 0 etUcc (660 V en triphasé-redressé) avec destemps très brefs de quelques nanosecondes àmicrosecondes selon les technologies.

Ces variations brusques de tension engendrentdivers phénomènes perturbateurs, dont parexpérience le plus gênant est la circulation decourant à travers toutes les capacités parasites.En ne tenant compte que de la capacité parasiteCp, le courant IMC = Cp.dV/dT.

Il suffit donc, avec les valeurs de fronts évoquésprécédemment, d’une capacité parasite de100 pF pour générer des courants de plusieurscentaines de mA. Ce courant perturbateur vacirculer dans le conducteur de référence detension de l’électronique (circuit 0 V) et peutmodifier des commandes (informations ouordres), se superposer à des mesures sensibles,voire gêner d’autres exploitants en étantréinjecté sur le réseau de distribution publique.

Prendre en compte ce type de phénomène, doncmaîtriser la CEM, pourrait consister à ralentir lamontée de la tension. Mais une telle solutionentraînerait une augmentation sensible despertes par commutation dans les transistors etserait donc très défavorable du point de vue descontraintes thermiques. Une autre manièreefficace de réduire ces courants est d’augmenterl’impédance de mode commun (entre structureset masse). Ainsi par exemple, pour le montagedes composants électroniques de puissance,deux solutions sont couramment utilisées :c soit laisser flottants (sans liaison électrique) lesradiateurs de refroidissement des composants(cf. fig. 7 ), quand les règles de sécurité despersonnes le permettent,c soit diminuer la capacité parasite entre lecomposant et son radiateur, par l’utilisation d’unisolant à constante diélectrique faible (cf. fig. 8 ).

Autant de précautions qui feront la différenceentre un convertisseur pollueur et unconvertisseur réinjectant sur le réseau desperturbations minimales.

Il faut noter que l’électronique bas niveau duconvertisseur doit être, et est, protégée contre

les perturbations générées par ses proprescircuits de puissance.

La compréhension et la maîtrise du phénomèneà la source sont nécessaires pour une limitationefficace et économique de l’émission conduite.Il existe d’autres sources de perturbationsconduites, à occurrence faible telles que lafoudre et les surtensions de manœuvre ;capables de générer des dV/dt et dI/dtimportants. Ces perturbations sont égalementgénératrices de champs rayonnés.

Fig. 7 : la capacité parasite du radiateur derefroidissement des composants électroniques, unélément pris en compte dans la conception des « brasd'onduleur ».

Cp IMC

V

Masse

Semi-conducteurIsolant Radiateur

Rondelle isolante Epaisseur Capacité parasitepour boîtier TO3 (mm) (pF)

Mica 0,1 160

Plastique 0,2 95

Alumine 2 22

Fig. 8 : capacités parasites typiques des principauxisolants utilisés pour le montage des composantsélectroniques.

2.3 Un exemple de sources de perturbationsrayonnées : la fermeture d’appareillage dans lespostes moyenne tension et très haute tension

L’environnement dans les postes,particulièrement en moyenne tension et en trèshaute tension, peut comporter des champsélectromagnétiques impulsionnels très intenses.

Certaines manœuvres d’appareillage génèrentdes variations de tension bien supérieures auxtensions nominales en des temps extrêmementcourts. A la fermeture d’un interrupteur 24 kV parexemple, les claquages dits de préamorçagefont varier la tension de plusieurs dizaines de kV

en quelques nanosecondes (10-9 s). Desprécisions sont apportées à ce sujet dans leCahier Technique n° 153 « Disjoncteurs auSF6 Fluarc et protection des moteurs MT ».

Des mesures effectuées dans les laboratoiresSchneider ont montré qu’à un mètre d’unecellule moyenne tension 24 kV en manœuvre,des champs impulsionnels sinusoïdaux amortisatteignent une valeur crête de 7,7 kV/m et unefréquence de 80 MHz. Ces valeurs de champ


sont extrêmement importantes. A titre decomparaison, un émetteur radio portatif de 1 W(du type talkie-walkie) génère, à un mètre de sonantenne, des champs de l’ordre de 3 à 5 V/m.Ces variations se propagent le long desconducteurs, jeux de barres, câbles, lignesaériennes. Etant données les fréquences misesen jeu, autrement dit la rapidité du phénomène,les structures conductrices (jeux de barres) sontde véritables antennes rayonnantes.

Et les champs électromagnétiques qu’ellesgénèrent ont des caractéristiques qui dépendentfortement de l’environnement physiquenotamment des enveloppes métalliques(cloisonnements, cellules).

Dans les postes blindés très haute tension, leschamps électromagnétiques sontparticulièrement importants. Les postes blindésisolés au SF6 sont à structure coaxiale, etprésentent donc une impédance caractéristique

constante. Lors de brusques variations detension, il se crée alors à l’intérieur desenveloppes métalliques tubulaires desphénomènes d’ondes stationnaires. Celles-cisont dues aux réflexions sur les rupturesd’impédances que représentent par exemple lescônes de traversée de sortie du blindage.L’amplitude et la durée du phénomène s’entrouvent ainsi augmentées.

L’environnement électromagnétique de lamoyenne à la très haute tension demande doncdes études poussées de compatibilitéélectromagnétique pour le développement,l’installation des relayages et des dispositifs decontrôle-commande. Ceci d’autant plus que lesperturbations rayonnées ne sont pas les seulesperturbations générées dans les postes qui sontégalement sources des transitoires conduits detension évoqués au début de ce paragraphe(cf. fig. 9 ).

Fig. 9 : trois exemples d’appareils à électroniquenumérique développés par Schneider Electric etconçus en tenant compte des études de CEM.

a : SEPAM, une unité de protection et contrôle intégréedans les équipements MT (marque Merlin Gerin) ;

b : une unité de protection et contrôle des disjoncteursde puissance BT Masterpact (marque Merlin Gerin) ;

c : un variateur de vitesse de type ATV (marqueTelemecanique).

a) b)

c)


3 Le couplage

3.1 Différents modes de couplage existent

Par couplage il faut comprendre liaison, passageou transmission des perturbationsélectromagnétiques de la source vers la victime.

Le couplage est caractérisé par un cœfficient kfdit de couplage, exprimé en dB (-75 dB parexemple), pouvant être défini comme l’efficacitéde transmission d’une perturbation de la source àla victime potentielle (k = 20 log A reçue/A émise,avec A amplitude de la perturbation).

Définir ce coefficient est important dans laconnaissance de la CEM, car plus il est faible

(plus sa valeur absolue en décibel estimportante), plus la perturbation effectivementreçue par la victime potentielle est faible, etmeilleure est la CEM.

Trois modes de couplage sont classiquementdistingués :c le couplage champ à câble, en mode communou différentiel,c le couplage par impédance commune,c le couplage câble à câble en mode différentielou diaphonie.

3.2 Le couplage champ à câble, en mode commun ou différentiel

Un champ électromagnétique peut se couplersur toute structure filaire, donc tout câble, etgénérer sur ces structures des tensions soit enmode commun (par rapport à la masse), soit enmode différentiel (entre fils), soit et d’ailleurs plusgénéralement les deux. Ces couplages sontappelés champ à câble, c’est l’effet d’antennedes fileries, des pistes de circuits imprimés etc.

c Les couplages en mode commun sont doncceux qui mettent en œuvre des perturbations detype tension ou courant de mode commun.

Une tension conduite de mode commun (VMC)est une tension qui s’applique à l’ensemble desconducteurs actifs. Elle est référencée parrapport à la masse ou par rapport à la terre (cashabituel en électrotechnique) : ainsi les essaisd’isolement de mode commun, des disjoncteursbasse tension, se font entre toutes les phasesreliées et la terre.

Un courant de mode commun (IMC) est uncourant qui parcourt tous les conducteurs actifsdans le même sens (cf fig. 10 ). Le courant

Générateur deperturbations

PE

VMC

IMC

IMC

CpCp

Fig. 10 : tension et courant de mode commun entre deux relais d'un caisson d'appareillage basse tension d'unecellule moyenne tension.


induit par un choc de foudre sur une ligne BT estun courant de mode commun.

c Les couplages de mode différentiel concernentdes tensions ou courants au sens classique duterme, par exemple entre les deux phases d’undisjoncteur ou entre les deux fils qui amènent unsignal de mesure à l’électronique.

Les équations qui régissent le couplage entreun champ électromagnétique d’impédanced’onde quelconque et une structure filaire, quipeut elle aussi être quelconque, sont trèscomplexes.Dans la plupart des cas, elles ne peuvent êtrerésolues ni analytiquement, ni mêmenumériquement.

Cependant l’un de ces couplages, simple et desplus fréquents, peut s’exprimer de manièreanalytique, il s’agit du couplage entre lacomposante magnétique d’un champélectromagnétique et une boucle de surface Sformée par des conducteurs (cf. fig. 11 ).La composante magnétique H du champ induiten série dans la boucle une tension égale à :e = µ0 S dH/dt,avec µ0 = la perméabilité du vide (4 π 10-7 H/m).Ainsi, par exemple, dans un poste moyennetension, la boucle (d’un fil ou d’un câble) de100 cm2 placée à 1 m d’une cellule (cf. fig. 12 ),qui serait soumise à un champ impulsionnel de5,5 kVeff/m (valeur mesurée en laboratoire) ,

Fig. 12 : exemple de boucle de masse dans un caisson d'appareillage basse tension d'une cellule moyennetension.

verrait en transitoire une tension induite en sérieégale à 15 V.

Cette loi est considérée comme correcte tantque la plus grande dimension de la bouclen’excède pas un dixième de la longueur d’ondede la perturbation.Il faut rappeler ici, qu’une telle boucle(cf. fig. 12 ) est vite réalisée dans le « caisson àrelayage » avec les fils vert-jaune lorsqu’ils sontreliés en étoile à la masse.

0 volt

Masse de la cellule

0 volt

Fig. 11 : un exemple de couplage champ à câble demode différentiel.

Champélectromagnétique

e = tension induite par le champélectromagnétique

e

Surface soumiseau champélectromagnétique

E

H


3.3 Le couplage par impédance commune

Comme son nom l’indique, le couplage par impé-dance commune résulte de la présence d’uneimpédance commune à deux ou plusieurs circuits.Cette impédance commune peut être la liaison demasse, le réseau de terre, le réseau de distributiond’énergie, le conducteur de retour de plusieurssignaux dans une même liaison courant faible, etc.Voici un exemple (cf. fig. 13 ) permettant decomprendre toute l’importance de ce mode decouplage : un courant perturbateur dans un circuitA de l’ordre de la dizaine de mA suffit pour créerdans un circuit B des tensions perturbatrices deplusieurs volts. Le circuit de mesure devrait avoirpour référence le point M et non le point A. Cecipeut assurément être gênant avec desélectroniques à circuits intégrés travaillant sousdes tensions du même ordre de grandeur.Dans cet exemple, l’impédance commune peutêtre les quelques mètres d’un câble communaux deux circuits A et B.La perturbation a alors une valeur Uc, telle queUc = Ia Zc, avec :c Ia : courant perturbateur,c Zc : impédance commune (cf. fig. 14 ).La valeur de l’impédance commune estgénéralement extrêmement faible en bassefréquence. Pour un réseau de terre par exemple,

Fig. 13 : les mesures effectuées par l'amplificateur opérationnel seront erronées car un courant perturbateur dansle circuit A (d'alimentation) suffit pour créer dans le circuit B (de mesure) des tensions perturbatrices.

la sécurité impose des valeurs minimales desection des conducteurs de protection en fonctiondu régime du neutre. La valeur de l’impédance à50 Hz entre deux points du réseau de masse estdonc toujours très inférieure à 1 Ω.

Mais il importe ici de considérer la valeur decette même impédance aux fréquences caracté-ristiques des phénomènes perturbateurs décritsprécédemment. Et la valeur de cette impédanceprend alors des valeurs beaucoup plus impor-tantes, plusieurs kΩ voire plus (cf. annexe 1).

Z commune

+

-

0 volt

entrée

I alimentation+ I mesure

Circuit B de mesure

Circuit A d'alimentation

A

M

Fig. 14 : schéma d'impédance commune.

3.4 Le couplage câble à câble en mode différentiel ou diaphonie

La diaphonie est un mode de couplage qui serapproche du couplage champ à câble. Et, selonqu’elle a pour origine une variation de tension ouune variation de courant, elle est nomméediaphonie capacitive ou diaphonie inductive.

Une variation brusque de tension entre un fil etun plan de masse ou entre deux fils (cf. fig. 15 )génère un champ qui peut être à faible distance,moyennant certaines approximations, considéré

comme principalement électrique. Ce champ peutse coupler dans une autre structure filaire qui luiest parallèle. C’est la diaphonie capacitive.

De la même manière, une variation de courantdans un fil ou câble génère un champ électroma-gnétique qui, moyennant les mêmes approxima-tions, peut être considéré comme purementmagnétique. Ce champ peut alors se couplerdans une paire et induit une tension

Circuitalimentation

Circuitmesure

Ia = i1 + i2E1 E2

Uc

Z1 Zc Z2

i1 i2


perturbatrice. C’est la diaphonie inductive(cf. fig. 16 ).En fait, diaphonie capacitive et diaphonieinductive interviennent dès que des conducteursont un cheminement parallèle et proche. Ellessont donc susceptibles de s’appliquer dans toutchemin de câbles ou goulotte, et tout particuliè-rement entre les câbles de puissance véhiculanten mode différentiel des perturbations HF et lespaires de fils d’un réseau véhiculant dessignaux numériques. De plus, elles sont d’autantplus efficaces que la longueur des fils circulantparallèlement est grande, que l’écartement desfils ou paires est faible, et que la fréquence desphénomènes est élevée. Par exemple pour ladiaphonie capacitive et avec les notations dela figure 15 , le coefficient de couplage, entension, s’exprime de la manière suivante :

VV

j 2 f C

C C

j 2 f1

R C C

N

1

12

12 20

12 20

=+

++( )

π

π

avec :c V1, tension source,c VN, tension perturbatrice induite par lecouplage,c C12, capacité de transfert entre les deux fils,proportionnelle à la longueur des fils et à uncoefficient approché égal à Log[1+(h/e)2] où hest l’écartement entre les deux fils de la paire, ete l’écartement entre les paires,c C20, capacité de fuite entre les deux fils de lapaire perturbée,c R, impédance de charge de la paire perturbée.Dans cette formule le premier terme dudénominateur est généralement négligeable parrapport au deuxième terme. On peut donc écrireen première approximation que :

VV

f

CC C

R C C

f R C

R C

N

1

12

12 20

12 20

12

12

2 1

2

≈+

+

=

=

π

π

ω

( )

Pour fixer les idées, considérons deux paires defils cheminant parallèlement sur 10 m, avech = 1 cm, e = 2 cm et R = 1 kΩ. Le calcul donnepour un signal à 1 MHz, un coefficient decouplage de -22 dB soit :VVN

1

112

=

Fig. 15 : une variation brusque de tension V1 entredeux fils génère un champ qui, à faible distance, peutêtre considéré comme principalement électrique, etinduire une tension VN dans une autre structure filairequi lui est parallèle ; ce mode de couplage est appelédiaphonie capacitive.

e

V1

h

h

R

VNC20

C12

H

I

Câble(puissance)

Paire de fils(bas niveau)

e

Fig. 16 : une variation de courant dans un câblegénère un champ électromagnétique qui, à faibledistance, peut être considéré comme purementmagnétique et induit alors une tension perturbatricedans des fils formant une boucle ; ce mode decouplage est appelé diaphonie inductive.

Dans la réalité, les couplages capacitifs etinductifs de ce type sont considérablementréduits par l’utilisation de paires torsadées, voireblindées.


4 La victime

La victime, dans la trilogie source/couplage/victime, représente tout matériel susceptibled’être perturbé.

Il s’agit généralement d’un équipementcomprenant une partie électronique, qui

4.1 Les défauts de fonctionnement

Ils sont classés en quatre types :c permanent et mesurable,c aléatoire non répétitif survenant lors del’apparition des perturbations,c aléatoire non répétitif persistant aprèsl’apparition des perturbations,c défaut permanent subi par l’équipement(destruction de composant(s)).

Ces quatre types sont caractéristiques de ladurabilité d’un défaut, mais ils ne caractérisentpas sa gravité.

La gravité d’un défaut est un critère dépendantde la fonctionnalité, de la criticité de chaqueéquipement.

Certains défauts peuvent être temporairementacceptés, telle une perte momentanéed’affichage ; d’autres sont inacceptables :appareillage de sécurité ne remplissant plus safonction.

4.2 Des solutions

De nombreuses dispositions constructivespermettent d’avoir à coûts réduits des matérielsprésentant une bonne tenue aux perturbationsélectromagnétiques. Ces précautionsconcernent :c la conception des circuits imprimés (leurdécoupage fonctionnel, leur tracé, leurconnectique),c le choix des composants électroniques,c la réalisation des enveloppes,c l’interconnexion des masses,c le câblage.

Ces choix concernent de nombreuxintervenants, ils doivent donc être faits au stadede l’étude pour éviter des surcoûts toujoursimportants en cas de modifications en fin deconception, voire après la mise sur le marché.

La mise en œuvre de toutes ces précautionsdemande un savoir-faire qui dépasse les actionsde filtrage et de blindage, souvent préconiséespour durcir un matériel après coup même si leurefficacité n’est nullement remise en cause.

La conception des circuits imprimés

Lors du dessin des cartes, un certain nombre derègles sont à respecter. Ces règles concernentle découpage fonctionnel des cartes et le tracédes pistes.Tout d’abord à l’implantation, il est déjà possiblede réduire les couplages entre composants dus

à leur proximité ; par exemple le regroupementdes circuits par type : numérique - analogique -puissance, en fonction de leur susceptibilitéréduit leurs interférences.

D'autre part le tracé des pistes (routage) sur uncircuit imprimé a une incidence importante sur lasusceptibilité d’une carte : le même schémaélectrique, implanté de différentes manières auraune immunité aux perturbations pouvant varierd’un facteur un à plusieurs dizaines. Parexemple un tracé des circuits à l’anglaise(cf. fig. 17 ) en retirant le minimum de cuivreréduit leur rayonnement et leur sensibilité.

Le choix des composants électroniques

De nombreux composants permettent d’assurerune protection efficace contre les perturbationsconduites. Le choix de ces composants estguidé par la puissance des circuits à protéger(alimentation, contrôle-commande,…), et enfonction du type de perturbations. Ainsi, contreles perturbations de mode commun sur un circuitde puissance, un transformateur sera utilisé sielles sont de basses fréquences (< 1 kHz), et unfiltre sera préféré pour les hautes fréquences.

Le tableau de la figure 18 donne une liste nonexhaustive de composants de protection. Tousne sont pas équivalents : un filtre ne protège pasdes surtensions, et un parasurtenseur n’éliminepas les perturbations HF.

présente un dysfonctionnement dû à la présencede perturbations électromagnétiquesgénéralement d'origine extérieure àl'équipement.


La réalisation des enveloppesLa réalisation d’une enveloppe conductrice(blindage) autour des équipements sensibles estun moyen de les protéger contre les champsélectro-magnétiques.Pour une bonne efficacité, l'épaisseur du matériauconducteur utilisé doit dépasser la valeur de son

épaisseur de peau aux fréquences perturbatricesconsidérées (cf. fig. 19 ). Face à une perturbation,très haute fréquence ou à un champ électrique, unvernis conducteur peut être utilisé avec efficacité.Mais seule une enveloppe en matériaux à forteperméabilité permet d'arrêter les champsmagnétiques en BF.

Fig. 17 : le tracé des circuits peut réduire la susceptibilité d'une carte : soit par minimisation des impédances (tracéà l'anglaise), soit par réduction des couplages dus au champ électromagnétique (tracé avec plan de masse).

0 volt

Tracé circuits fins Tracé à l'anglaise Tracé avec plan de masse

Types Exemples ApplicationsParasurtenseur Eclateur, parafoudre, limiteur Installation, alimentation, contrôle-commande

Varistance, diode Zener Circuits électroniquesComposants Transformateur, inductance, Alimentation, contrôle-commandepour filtrage condensateur, filtre (installations et circuits électroniques)Composants Grillage, plan de masse,câble Transmission d'informationpour blindage blindé, joint hyperfréquence, (armoire en site perturbé)

doigt de contact

Fig. 18 : liste de composants de protection.

Conductivitéσ ( Ω . m )

Epaisseur de l'enveloppe

Transmission

Réflexion

Ondeincidente

Absorption

Epaisseur de peau : δ =

-1-1

2µ σ ω

12

Epaisseurde tôle

Fig. 19 : phénomène écran d'une enveloppe métallique.


L'interconnexion des masses

Dans ce domaine, la continuité électrique entreles différentes parties du boîtier est extrêmementimportante. Leur connexion doit être réaliséeavec soin, par exemple en protégeant leurszones de contact de tout dépôt de peinture, maisaussi en utilisant des tresses larges et courtes(recherche d’une réduction maximale de leurimpédance).

Le câblage

De même, le blindage des câbles, parfois appeléécran (cf. vocabulaire des câbliers), est uneextension de l’enveloppe conductrice réaliséeautour de l’équipement sensible. Il est donc reliéà celle-ci au plus court, et si possible sur toutesa circonférence pour une protection contre desperturbations de fréquences élevées.

Tout comme les couplages entre un champélectromagnétique et une structure filaire(cf. paragraphe 3), la théorie sur le blindage descâbles, très complexe, est difficilementabordable dans le cadre de ce document. Desouvrages de référence sont cités dans labibliographie.

La prise en compte de toutes ces règles deconception et de réalisation permet au produit ouau système d’avoir une immunité auxperturbations électromagnétiques suffisantecompte tenu du milieu dans lequel il est placé.

Cependant, cette immunité ne peut être validéequ’expérimentalement par des mesures quipermettent alors de quantifier l’efficacité desdifférentes solutions. Ainsi par exemple, chezMerlin Gerin, les différentes maquettes desprojets de déclencheurs électroniques desdisjoncteurs sont soumises à un ensembled’essais sévères, représentatifs desperturbations maximales auxquelles pourrontêtre soumis ces déclencheurs.L’objectif final de ces essais étant de vérifier quele déclencheur n’engendre pas dedéclenchement intempestif et que le disjoncteurouvre bien, lorsqu’il le doit, dans le temps requis.Les normes « produits » intègrent maintenant cescontraintes, c'est le cas, par exemple des normes :ccccc CEI 60947-2, concernant les disjoncteursindustriels,ccccc CEI 61131-2, relative aux automatesprogrammables.


Basse tension ˙ ateliers ¨tableau de distribution

Poste de livraison MT/BT,tableau g n ral basse tension

Basse tension ˙ machines ¨tableau avec transformateurde s paration

Laboratoire

Fabrication

Basse tension ˙ bureaux ¨tableau de distribution etalimentation statique sans interruption

Service commercialService informatique

Machines souder

5 L’installation

5.1 L’installation est un paramètre important dans laCEM globale d’un système

Pour preuve, la norme NF C 15-100, normegénérale d’installation en BT, consacre à lacompatibilité électromagnétique un chapitrecomplet, le chapitre 33.

Les deux chapitres précédents démontrent bienl’importance que peut avoir l’installation dans lesphénomènes de CEM, et cela de par saconception comme de sa réalisation.

5.2 A sa conception

Lors des études et des implantations deuxfacteurs peuvent tout particulièrement influencerla CEM : le choix des matériels et leursdispositions relatives (cf. fig. 20 ).

Car le premier facteur concerne tout à la fois lasélection des sources et des victimes : unappareil choisi pour une fonction donnée peutêtre plus ou moins générateur de perturbationset/ou susceptible.

Par exemple, si deux appareils doivent fonc-tionner à proximité l’un de l’autre, ils devront :c soit associer une source faiblementperturbatrice et une victime « ordinaire »(moyennement sensible),

c soit au contraire associer une source« ordinaire » (moyennement perturbatrice) etune victime peu sensible,c ou du moins satisfaire à un compromis entreces deux extrêmes.

Et le second facteur directement dépendant dupremier consiste à positionner les matériels, déjàdéfinis et selon leurs caractéristiques relatives,pour satisfaire aux besoins de CEM.

Il est aisé de comprendre que cette sélectiondoit alors prendre en compte les coûts desmatériels, mais aussi ceux de leur mise enœuvre.

Fig. 20 : exemple d'une implantation d'équipements électriques tenant compte de la CEM.


5.3 A sa réalisation

Et pour cela différentes solutions ou techniquesdevront être utilisées :c le maillage des circuits et des réseaux demasses et de terre,c la séparation électrique des circuits,c un câblage bien pensé.

La mise en œuvre des différents éléments, d’uneinstallation électrique comme d’un équipementélectronique, obéit aux principes déjà énoncésdans les chapitres précédents. Dans la pratique,ce sont les différents modes de couplagecoexistant simultanément qui seront à étudier età réduire pour satisfaire aux objectifs de CEM.

5.4 Des exemples pratiques

Le maillage des circuits et des réseaux demasses et de terreAujourd’hui, les équipements sont sensibles àdes énergies très faibles, ils contiennent desélectroniques sensibles aux hautes fréquenceset ils sont interconnectés. Les couplages parimpédance commune peuvent donc êtrefréquents. Pour les éviter, un réseau de terreaussi équipotentiel que possible, pour être plusprécis maillé, est indispensable.

Cette solution est l’une des premièresprotections à prendre contre les perturbations.Ainsi dans le réseau d’une usine, tous les câblesde protection (PE) sont à interconnecter, à relieraux structures métalliques existantes, comme leprescrit la NF C 15-100 (cf. fig. 21 ).

De même, dans un équipement, toutes lesmasses et carcasses d’appareillages sont àrelier au plus court avec des raccords (fils outresses) peu impédants en HF, larges et courts,à un réseau de masse maillé.Le câblage d’une armoire électrique en est unexemple type : toutes les masses sont àinterconnecter.

A ce sujet il faut noter un changement : leprincipe des masses reliées en étoile, parfoisutilisé avec les équipements électroniquesanalogiques sensibles à « la ronflette 50 Hz »,est maintenant abandonné au profit des réseaux

maillés beaucoup plus efficaces contre lesperturbations pouvant affecter les dispositifsnumériques actuels, relais de protection etsystèmes de contrôle-commande.

La séparation électrique des circuits

Cette technique consiste à séparer les sourcesd’énergie (habituellement 50 ou 60 Hz). Son butest d’éviter la perturbation d’un équipementsensible par les perturbations conduitesgénérées par d’autres équipements connectés àla même source d’alimentation. Son principe : unéquipement sensible et un équipementperturbateur ont deux alimentations séparéespar des impédances importantes aux fréquencesperturbatrices.

Les transformateurs (et non pasautotransformateurs) sont des séparateursefficaces, particulièrement pour les bassesfréquences : transformateurs MT/BT,transformateurs d’isolement, et tous lestransformateurs d’entrée sur les électroniquessont des limiteurs de propagation desperturbations conduites.

Il est parfois nécessaire d’implanter un filtreséparateur pour éliminer les perturbations HF.Si, de plus, l’équipement sensible nécessite unealimentation secourue en cas de défaillance

Fig. 21 : les maillages des circuits et des réseaux de masses et de terre sont très souvent confondus dans lesarmoires électriques.

PEPE

M


secteur, il pourra être alimenté par uneAlimentation Sans Interruption (ASI), dans lamesure où cette ASI comporte le ou lestransformateurs d’isolement nécessaires.

Un câblage bien pensé

Enfin, les trois mécanismes de couplage décritsprécédemment seront limités si les chemins decâblage sont réalisés selon les règles suivantes :

c Tous les circuits ne pouvant pas être séparésles uns des autres pour des raisonséconomiques évidentes, les câbles doivent êtreregroupés par catégorie. Le cheminement desdiverses catégories sera physiquement séparé :en particulier seront rassemblés les câbles depuissance d’un côté, les câbles bas niveau(téléphonie, contrôle-commande, …) de l’autre.

Si le nombre de tranchées, de chemins decâbles ou de goulottes le permet, les câbles depuissance, d’intensité dépassant quelquesampères sous 230 V, et les câbles bas niveaucheminent dans deux passages différents.Sinon, une distance minimale est à respecterentre les deux catégories, de l’ordre d’unevingtaine de centimètres (cf. fig. 22 ). Entre cesdeux catégories sera soigneusement évité toutélément commun.

Les circuits nécessitant des informations basniveau auront également, autant que faire sepeut, leur propre fil de retour (0 volt) pour éviterles couplages par impédance commune. Enparticulier, la plupart des systèmes decommunication par bus nécessitent une paire defils strictement et exclusivement réservée àl’échange des informations.

c Dans tous les cas, la surface globale d’uneboucle, donc la distance entre un conducteur et

son retour, doit être minimisée. Pour latransmission d’informations, le torsadage deslignes permet encore de diminuer lasusceptibilité aux couplages de modedifférentiel. L’emploi de paires torsadées estdonc à privilégier devant celui de la simple paire.

c Les câbles de mesures, et de transmissionsd’informations à faible niveau, doivent être sipossible à écran et, sauf précision particulière dufournisseur, leur écran est relié à la masse en unmaximum de points.

c Les goulottes support du cheminement descâbles doivent être, dans la mesure du possible,des goulottes métalliques. Ces goulottes sontinterconnectées entre elles avec un contactélectrique correct, par vis par exemple etinterconnectées avec le réseau maillé de masse.

c Les câbles les plus sensibles, ceux de mesurepar exemple, sont placés dans un angle. Ilsbénéficient ainsi d’une protection accrue contreles rayonnements électromagnétiques. Leurécran, s’il existe, est relié régulièrement à lagoulotte.

L’utilisation des canalisations préfabriquées danslesquels les câbles sont positionnés etconnectés correctement, comme les Canalis demarque Télémécanique avec câble detélécommande incorporé, est donc tout à faitpréconisée.

Toutes ces précautions de câblage, trèsefficaces dans la prévention des problèmes deCEM, sont d’un surcoût faible au stade de laconception de l’installation. Des modificationsaprès coup, sur une installation déjà existanteavec des couplages électromagnétiques tropforts, sont par contre d’un coût nettement plusimportant.

Fig. 22 : un exemple de cheminement de câbles.

d

Câbles de puissance Conducteursde mesureavec écran

Fils decontrôle-commande

d

d = quelques centimètres


6 Normes, moyens d’essais et essais

6.1 Les normes

Depuis longtemps, des textes normatifs régissentla compatibilité électromagnétique des matériels.Les premières réglementations ont été édictéespar le Comité International Spécial desPerturbations Radioélectriques (C.I.S.P.R.).Elles limitaient essentiellement le pouvoir émissifdes différents appareils, principalement pourprotéger la transmission et la réception desondes radios.Les comités nationaux, la Commission Electro-technique Internationale (CEI) ont édicté destextes normatifs couvrant l’ensemble de la CEM,émission et immunité, dans le domaine civil.Les textes normatifs militaires sur la CEM sontrassemblés dans la GAM EG 13 en ce quiconcerne la France, et dans les normesMIL-STD pour les Etats Unis.Le fort développement de la compatibilitéélectromagnétique et l’avènement de l’Europeont modifié le paysage normatif civil.Sur ce sujet le Conseil des CommunautésEuropéennes a publié en mai 1989 une DirectiveEuropéenne, référencée 89/336/CEE. Elleconcerne le rapprochement des législations desétats membres relatives à la compatibilitéélectromagnétique.

En France, son application est rendue obligatoirepar le décret n° 92.587.

La Directive Européenne se préoccupe non seu-lement des limitations des perturbations à l’émis-sion, mais également de la tenue minimale auxperturbations électromagnétiques ou immunité.Ainsi cette Directive se réfère à des normes quidéfinissent des niveaux perturbateurs maximaux.

Des comités techniques, ont été créés par leComité Européen de Normalisation Electrotech-nique (CENELEC). Ils ont rassemblé les normesexistantes qui correspondent à l'application de ladirective et rédigé celles qui faisaient défaut.

Les travaux du TC 210 se sont appuyés sur lespratiques du milieu industriel.

Pour les mesures d’émission, les normesallemandes VDE 871 et VDE 875 ont pendant untemps fait référence sur le sujet. Les textes nor-matifs européens récents EN 55011, EN 55022,s’imposent maintenant. La norme CEI 61000(anciennement CEI 1000) est la référence con-cernant la CEM, elle comporte plusieurs parties :c 61000-1 : Application - définitions,c 61000-2 : Environnement - niveaux decompatibilité,c 61000-3 : Limite des perturbations,c 61000-4 : Techniques d’essai et de mesure.c 61000-5 : Guides d’installation et d’atténuationc 61000-6 : Normes génériques

La partie 4 comporte de nombreuses sectionsconcernant les essais d’immunité, en particulier :v 1 - généralités,v 2 - décharges électrostatiques,v 3 - champs radio-fréquence,v 4 - transitoires électriques en salves,v 5 - ondes de choc de foudre,v 6 - perturbations conduites > 9 kHz,v 7 - harmoniques,v 8 - champs magnétiques 50 kHz,v 9 - champs magnétiques impulsionnels,v 10 - champs magnétiques oscillatoires amortis,v 11 - creux de tension, coupures brèves etvariation de tension,v 12 - ondes oscillatoires,v 13 - harmoniques et interharmoniques,v etc...

Elles correspondent bien aux perturbationstypiques du monde électrotechnique moderne.Largement reconnues dans la communautéinternationale, ce sont celles que Schneiderapplique pour ses produits. Le paragraphesuivant présente plus en détail les essaiscorrespondant à ces textes normatifs.

6.2 Les moyens d'essais

Comme expliqué précédemment, le respect desréglementations impose des mesures et desessais, eux-mêmes définis par des normes.De par son métier, la compatibilitéélectromagnétique est depuis longtemps unepréoccupation majeure de Schneider Electric.Des moyens importants, comme une cage deFaraday, étaient utilisés dès les années 1970.Le centre d'essais Schneider dispose depuis denombreuses années de deux laboratoires CEM.

Ils sont les outils indispensables à lacapitalisation et à la diffusion de la compétence.Ils sont prestataires de service pour des clientsextérieurs à l'entreprise.

Ainsi, ils réalisent des essais dans tous lesdomaines de la CEM :c décharges électrostatiques,c immunité conduite et rayonnée,c émission conduite et rayonnée.


Comme toute mesure, les mesures decompatibilité électromagnétique doivent êtrereproductibles à la fois dans le temps et dansl'espace, c'est-à-dire que deux mesureseffectuées dans deux laboratoires différentsdoivent avoir les mêmes résultats.Dans cette discipline, cela implique des moyenstrès importants, donc des investissements sub-stantiels, et une démarche Qualité rigoureuse.La démarche Qualité des laboratoires CEM deSchneider, s’appuie sur des manuels Qualité etun ensemble de procédures. Ces procédures

concernent aussi bien les suivis d’étalonnage, leraccordement aux étalons, que chaque type demesure lui-même. La liste des essais normatifsque peuvent réaliser les laboratoires est enannexe 3.Concrétisant cette démarche Qualité :c le laboratoire Grenoblois est accrédité par leCOFRAC (COmité FRançais d'ACcréditation),c le laboratoire de Nanterre est accrédité parl'ASEFA (Association des Stations d'EssaisFrançaises d'Appareils électriques).

6.3 Les essais

Décharges électrostatiquesCes essais sont destinés à tester l’immunité descartes, équipements et systèmes aux déchargesélectrostatiques.Les décharges électrostatiques résultent descharges accumulées par un individu, parexemple en marchant sur un sol isolant. Quandcet individu touche un matériel conducteur reliépar une impédance à la masse, il se déchargebrusquement à travers celui-ci. Plusieurs étudesont montré que la forme d’onde dépend descaractéristiques de la source et des circuits dedécharge, mais aussi d’autres paramètres, humi-dité relative de l’air (cf. fig. 23 ), vitesse d’appro-che du corps chargé, ici la main de l’homme, etc.Ces études ont débouché sur des essais dedécharges types. Ils sont réalisés à l’aide d’ungénérateur (pistolet) qui simule l’homme, dansdes configurations déterminées (cf. fig. 24 ).Les décharges sont appliquées sur toutes lesparties accessibles de l’appareil à contrôler, surson environnement immédiat, et sont répétéesun nombre de fois suffisant pour garantir unetenue statistique. Ces mesures nécessitent doncun stand approprié.

Fig. 23 : influence de l'humidité relative de l'air sur latension de décharge électrostatique en fonction durevêtement de sol.

Plans conducteurs

Résistances 470 k

Plan de masse de référence

Table isolante

Alimentation

Réseau

Isolant

Equipement sous test

Ω

Pistolet

Fig. 24 : site d'essais de décharge électrostatique défini par la norme CEI 61000-4-2.

161514131211109876543210

Tension(kV)

Humidité relative (%)

Synthétique

Laine

Antistatique

5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


Tous ces essais sont parfaitement définis par lanorme CEI 1000-4-2 avec les niveaux desévérité du tableau de la figure 25 .

Immunité conduite

Ces essais permettent de qualifier la tenue d’unappareil aux perturbations amenées par lecâblage extérieur de cet appareil (entrées,sorties, et alimentation). Comme il a été expliquéprécédemment ces perturbations sont différentessuivant la nature, et l’installation des câbles.

Les signaux électromagnétiques ou transitoiresretenus dans ces essais ont pourcaractéristiques (amplitude, forme d’onde,fréquence, …) des valeurs typiques.

Des mesures de perturbations effectuées sur denombreux sites ont permis de dégagerprincipalement trois essais types :

c Le premier essai, CEI 61000-4-4, estcaractéristique des perturbations induites par lesmanœuvres d’appareillage de commande.

Il considère des transitoires électriques rapidesen salves. Ces salves se répètent à unefréquence de 3 Hz. Chaque salve est constituéed’une centaine de transitoires espacés d’environ100 µs. Chaque transitoire a un front de montéetrès raide, 5 ns, avec une amplitude deplusieurs kV, variable suivant les sévéritésdemandées (cf. fig. 26 et 27 ).

Tous les câbles peuvent être soumis à destransitoires rapides. Ce type de perturbations secouple en effet très facilement, par exemple pardiaphonie (cf. chapitre « Le couplage »), et ilsuffit donc qu’un câble génère cette perturbationpour que tous ceux circulant dans le mêmechemin de câbles y soient soumis.

L’essai est donc fait sur tous les câbles : enmode commun sur ceux où la perturbation est apriori induite (en l’occurence les câbles autresque l’alimentation), en mode commun et enmode différentiel sur les câbles reliés au secteur.Les perturbations sont injectées sur les câblestestés soit par couplage capacitif direct dans le cas

Niveaux de Tension d'essai appliquée (± 10 %) en kV sans altération du fonctionnementsévérité selon (sortie en circuit ouvert)la norme Sur le circuit d'alimentation Sur les lignes d'entrée et de sortie

(de signal, données, et commande)1 0,5 0,252 1 0,53 2 14 4 2x spécial spécial

Le niveau x est un niveau défini contractuellement entre un fabricant et son client.

Niveaux de Tension d'essai en kVsévérité selon ± 10 %la norme Décharge Décharge

dans l'air au contact1 2 22 4 43 8 64 15 8

Fig. 27 : tableau des niveaux de sévérité définis par la CEI 61000-4-4.

Fig. 25 : tensions de décharge électrostatique devantêtre supportées par des matériels selon laCEI 61000-4-2.

15 ms

300 ms

u

t

5 ns

100 sµ

u

t

b)

a)

Fig. 26 : allure des salves (a) et des transitoiresrapides qui les composent (b).


des alimentations, soit à l’aide d’une pince decouplage, deux plaques métalliques enserrantles câbles secondaires (cf. fig. 28 ). L’appareiltesté ne doit pas présenter dedysfonctionnement pendant une duréedéterminée (1 mn).

Cet essai est le plus significatif de l’immunitéd’un équipement car les transitoires rapides sontles plus fréquents.

c Le deuxième essai réalisé est caractéristiquedes effets secondaires de la foudre. Il estreprésentatif des perturbations conduitescirculant sur le réseau BT après un coup defoudre sur une ligne (norme CEI 61000-4-5).

Ces perturbations sont caractérisées par uneénergie, aussi se traduisent-elles par :v des ondes de tension 1,2 µs - 50 µs sil’impédance présentée par l’appareil testé estélevée, l’amplitude pouvant atteindre plusieurskV, voir figure 29 pour les tensions d’essaipréconisées par la norme.v des ondes de courant 8 µs - 20 µs si cettemême impédance est faible, l’amplitudeatteignant alors plusieurs kA.

Le front de montée de ces perturbations est millefois plus long, de l’ordre de la microseconde, quecelui des transitoires rapides en salves(cf. fig. 26). Le couplage d’essai est réalisécapacitivement, en mode commun et en modedifférentiel avec des niveaux appropriés. Saprocédure est semblable à celle de l’essai auxtransitoires rapides : l’appareil ne doit pasprésenter de dysfonctionnement.

Fig. 28 : mesure de l'immunité aux transitoires rapides d'une centrale Isis (test 61000-4-4) dans une cage deFaraday. Sur cette photo sont visibles : le générateur de perturbation manipulé par l'opérateur, la valise en boiscontenant la pince de couplage et la centrale Isis (à gauche) raccordée au réseau Batibus.

c Le troisième essai réalisé selon la normeCEI 61000-4-6, se rapporte aux prescriptionsrelatives à l'immunité des matériels auxperturbations HF sur les câbles, dans la plage de150 kHz À 80 MHz (voire 230 MHz).Les sources de perturbations sont deschamps électromagnétiques qui peuventaffecter la longueur totale des câbles raccordésà ces matériels et y induire des tensions etcourants.

Au cours de l'essai, les perturbations sontcouplées aux câbles par l'intermédiaire deRéseaux de Couplage-Découplage (RCD) dontl'impédance en mode commun, égale à 150 Ωreprésente l'impédance caractéristique de lamajorité des câbles. Toutefois, il faut noter qu'aucours de l'essai, les perturbations ne sont

Niveaux de sévérité Tension d'essai de sortieselon la norme en circuit ouvert (kV)1 0,52 13 24 4x spécial

x est un niveau défini contractuellement entreun fabriquant et son client.

Fig. 29 : niveaux en fonction des sévérités définies parla norme CEI 61000-4-5(impédance du générateur = 2 Ω).


appliquées qu'à un câble à la fois, alors qu'enréalité le champ électromagnétique illumine tousles câbles connectés. Cela constitue unedifférence notable à laquelle on ne peut paséchapper. En effet, cela rendrait l'essai trèscomplexe et excessivement onéreux que decoupler des signaux HF sur tous les câblessimultanément.

Lorsque les RCD ne sont pas adaptés, parexemple quand l'intensité du courant est tropélevée, on utilise des pinces de couplage.

Les perturbations HF, préconisées par la normeCEI 61000-4-6 ont des niveaux de 1, 3 ou10 volts. Elles sont modulées en amplitude à80 % par une onde sinusoïdale à 1 kHz.

Avant l'essai, le signal à injecter pour obtenir lebon niveau de perturbation est calibré etmémorisé, puis appliqué sur les câblesnormalement connectés au matériel en essais.

c Le quatrième essai consiste à effectuer desinterruptions brèves et/ou des creux de tensionsur les câbles d’alimentation des équipementsen essais. La norme CEI 61000-4-11 est lapublication fondamentale de référence.Ces perturbations sont provoquées par desdéfauts du réseau d’alimentation, de l’installationou par des changements brusques et importantsde la charge. Ces phénomènes, de naturealéatoires, sont caractérisés en terme dedéviation à partir de la tension assignée et enterme de durée.Les niveaux des creux sont égaux à 30, 60 ou100 % (coupure) de la tension assignée. Leursdurées peuvent être comprises entre 0,5 et 50périodes.

c Le cinquième essai est réalisé en conformitéavec la norme CEI 61000-4-12 qui définit deuxtypes d’ondes :

v les ondes sinusoïdales amorties (connueségalement sous le nom de “ ring waves ”) quiapparaissent de manière isolée sur les câblesbasse tension des réseaux publics ou privéssuite à des manœuvres,

v les ondes oscillatoires amorties qui seprésentent sous la forme de salves. Cesdernières se manifestent généralement dans despostes, des centrales, ou encore de grandesinstallations industrielles, notamment suite à desmanœuvres de sectionneurs accompagnées deréamorçages d’arc.Les tensions et courants transitoires résultant deces manœuvres se caractérisent par unefréquence d’oscillation qui dépend des temps depropagation et de la longueur des jeux de barressur lesquels apparaissent ces ondes. Cettefréquence varie entre 100 kHz et quelques MHzpour des postes à haute tension ouverts, et peut

atteindre la dizaine de MHz, voire davantage,pour des postes à haute tension blindés.Au cours des essais, les ondes sont coupléesaux câbles par l’intermédiaire de réseaux decouplage-découplage. Selon le mode d’injection,l’amplitude des perturbations peut varier entre0,25 et 4 kV. Les matériels dits “ de table ” sontdisposés sur un support isolant, alors que lesmatériels “ de sol ” ou “ en armoires ” sont isolésdu plan de masse d’une distance de 0,1 m.

Immunité rayonnéeLes essais d'immunité rayonnée permettent degarantir le bon fonctionnement des appareilslorsqu’ils sont soumis à des champsélectromagnétiques.

Ces essais étant particulièrement sensibles àl’environnement, les moyens et les compétencesà mettre en œuvre pour réaliser des mesuresfiables et reproductibles d'immunité rayonnéesont importants.Le milieu ambiant doit être suffisamment proprepour ne pas être gêné par les ondes de toutesfaçons existantes, car (comme évoqué auchapitre « La source ») des champsélectromagnétiques entretenus de plusieurs V/msont fréquents, tels ceux générés par destalkies-walkies, et des champs impulsionnelsd’amplitude plus élevée encore existent enmilieu industriel. Ces essais sont donc réalisésdans des cages de Faraday dont les parois sontrecouvertes d’absorbants hyperfréquence. Cescages sont qualifiées d’anéchoïques lorsquetoutes les parois y compris le plancher sontrecouvertes, et de semi-anéchoïques lorsque leplancher ne l’est pas.

Dans ces cages, les champs sont générés pardifférentes antennes suivant les types de champ,les gammes de fréquence et les polarisations(cf. fig. 30 ci-contre). Ces antennes sontalimentées à partir d’un générateur vobulé dontle signal passe par un amplificateur depuissance à large bande.Les champs générés sont calibrés à l’aide decapteurs isotropiques à large bande : le schémade la figure 31 ci-contre présente unedisposition typique de test.

Des normes précisent les limites de perturbationsacceptables, ainsi la norme CEI 61000-4-3préconise des essais sur la bande de fréquences80 MHz – 2000 MHz avec trois niveaux desévérité (1, 3, 10 V/m), et sur les bandes800 MHz – 960 MHz et 1,4 GHz – 2 GHz avecquatre niveaux de sévérité 1, 3, 10 et 30 V/m.Des essais d’immunité au champ magnétique àla fréquence du réseau sont également effectuésconformément à la norme CEI 61000-4-8. Cechamp magnétique est engendré par le courant


circulant dans les câbles, ou plus rarement pard’autres appareils situés à proximité, tel le fluxde fuites de transformateurs.Les niveaux d’essais de champ permanent ontdes intensités comprises entre 1 et 100 A/m,alors que ceux de champ de courte durée –de 1à 3 s – ont des intensités de 300 ou 1000 A/m.Le champ magnétique est obtenu par lacirculation d’un courant dans une bobined’induction. Il est appliqué au matériel en essaiselon la méthode par immersion, c’est à dire qu’il

est placé au centre de la bobine. Cet essai nedoit être effectué que pour des matériels quicontiennent des dispositifs sensibles au champmagnétique (écrans cathodiques, capteurs àeffet Hall, …).En ce qui concerne l'immunité en champélectrique impulsionnel, tel que celui qui estobservé à proximité des ouvrages HT, il n’existepas de mesures normalisées.Dans ce domaine, les matériels Schneider sontdonc testés suivant des procédures internes.

Fig. 31 : disposition typique de test dans une cage de Faraday. Les mesures se font en deux étapes :1 - calibrage du champ pour une gamme de fréquences donnée, en l'absence d'équipement,2 - vérification de l'immunité de l'équipement.

Fig. 30 : la cage de Faraday semi-anéchoïque et quelques antennes d'un laboratoire CEM de Schneider Electric.

Equipementsous test(victime)

Réseau

Filtre

Amplificateurlarge bande

GénérateurRF

Cage de Faradaysemi-anéchoïque

Antenne

1 kW

10 kHzà2 GHz


Emission conduite

Les mesures d’émission conduite quantifient leniveau des perturbations réinjectées par l’appa-reil testé sur tous les câbles qui lui sont reliés. Leniveau de ces perturbations dépend étroitementde la charge haute fréquence qui est connectéeaux câbles, l’appareil en essai étant alorsconsidéré comme le générateur (cf fig. 32 ).

Pour effectuer des mesures reproductibles et enparticulier éviter les problèmes liés à l’impédance

Capteur : RSILPas de pr ampliR cepteur : ESH3D tecteur : cr teBande passante : 10 kHzPas lin aire : .0050 MHzTemps de mesure : .1000 s.Limiteur d’impulsionX : NFEN55022 A QC

Y : NFEN55022 A AV

0,34

20

40

60

80

100

0,73 1,1 1,5 5,4 9,2 13 30Laboratoire CEM Schneider

Ten

sion

mes

ure

(dB

V)

Fr quence (MHz)

Fig. 33 : mesures des émissions radioélectriques d'une centrale de traitement de l'information d'un TableauGénéral Basse Tension - TGBT -.

Fig. 32 : configuration de mesure d'émission conduite. L'EST - Equipement Sous Test - est considéré comme ungénérateur, le RSIL comme une charge.

caractéristique du réseau, les mesuresd’émission conduite sont réalisées à l’aide d’unRéseau Stabilisateur d’Impédance de Ligne(RSIL). Un appareil de mesure, en fait unrécepteur Haute Fréquence, est connecté à ceRSIL, il permet de quantifier le niveau pourchaque fréquence. Le niveau de perturbationsréinjectées ne doit pas excéder les limites fixéespar les normes, limites qui dépendent du type decâbles et de l’environnement. Le relevé suivant(cf. fig. 33 ) présente un résultat obtenu sur un

Equipementsous test(source)

Réseau

Filtre

Appareilde mesure

Réseau stabilisateurd'impédance de ligne

Cage de Faradaysemi-anéchoïque


TGBT (Tableau Général Basse Tension) et sacomparaison à la norme EN 55 022.

Emission rayonnéeLes mesures d’émission rayonnée quantifient leniveau des perturbations émises par un appareilsous forme d’ondes électromagnétiques.Tout comme pour les essais d'immunitérayonnée, les mesures d’émission rayonnée nedoivent pas être altérées par les ondes déjàexistantes, CB, radio, etc. De même, cesmesures ne doivent pas être modifiées par lesréflexions des ondes sur des obstaclesenvironnants. Ces deux contraintes sontantinomiques et de ce fait coexistent deuxméthodes de mesure.

La première méthode consiste à se placer enchamp libre, plus précisément sans aucunobstacle dans un périmètre donné : le milieuambiant est alors ce qu’il est.

La deuxième méthode consiste à se placer dansune cage de Faraday ; les réflexions sur lesparois de la cage sont volontairement diminuéespar la présence d’absorbants hyperfréquence(cf. fig. 30) : le milieu est alors parfaitementmaîtrisé.

Les laboratoires Schneider exploitent ladeuxième méthode. Elle a comme importantavantage de permettre l’automatisation de lamesure, et de limiter le nombre de déplacementsd’un appareil, car les mesures d’émission etd'immunité peuvent être réalisées sur le mêmesite moyennant quelques aménagements. Tout

7 Conclusion

L’introduction de l’électronique dans un grandnombre d’applications, et notamment dans lesappareillages électrotechniques, oblige àprendre en compte une contrainte nouvelle : lacompatibilité électromagnétique -CEM- . Assurerun bon fonctionnement en milieu perturbé et nepas être eux–mêmes des perturbateurs sont desimpératifs de qualité de ces produits.

Ces deux impératifs nécessitent unecompréhension de phénomènes complexes, auniveau de la source, des couplages, et au niveaude la victime. Ils obligent à respecter un certainnombre de règles dans la conception,l’industrialisation et la réalisation des produits.

Le site et l’installation jouent également un grandrôle dans la CEM. D’où la nécessité de penserdès les premières études à la dispositionarchitecturale des éléments de puissance, auxpassages de câbles, aux blindages… Et, avecdes matériels ayant une bonne CEM, uneinstallation bien réalisée apporte des margesimportantes de compatibilité.

Seules des mesures nécessitant des compé-tences et des matériels sophistiqués permettentde quantifier la CEM de différents matériels.

Le respect des normes permet ainsi l’assurancedu bon fonctionnement d’un appareil dans sonenvironnement électromagnétique.

comme pour l’émission conduite, les niveauxd’émission rayonnée doivent être inférieurs àdes limites fixées par un cahier des charges ouune norme.

Mesure de champ impulsionnel

Les essais normatifs permettent de mesurerl’émis-sion et de tester l'immunité des appareilsou systèmes aux principales perturbationsélectroma-gnétiques rencontrées dans lesmilieux industriels.Cependant, l’environnement des matérielsdéveloppés par le Groupe Schneider présentequelques caractéristiques encore mal prises encompte par les textes normatifs.

Il n’existe pas encore, par exemple, deprocédures de test CEM spécifiques auxmatériels placés dans les postes moyennetension. C’est pourquoi Schneider a mené descampagnes de mesure pour mieux connaître lesperturbations typiques dans l’environnement deses matériels, principalement la proximitéd’appareillage basse tension, moyenne tensionet très haute tension.

Dans une deuxième phase, des essais internes,avec des moyens d’essais spécifiques, ont étémis au point. Ils permettent de tester lacompatibilité électromagnétique des matérielssans avoir à procéder à des essais en vraigrandeur. Les essais sont ainsi mieux reproduc-tibles et moins coûteux. Ils sont alors réalisés auplus tôt dans la conception, ce qui permet d’opti-miser les protections CEM au moindre coût.


Annexe 1 : impédance d’un conducteuren haute fréquence

Le niveau de CEM dans un équipement estfonction des couplages entre les circuits, cescouplages étant eux-mêmes directementfonction des impédances entre ces circuits,particulièrement en hautes fréquences. Pouraméliorer la CEM, il convient donc de connaîtrepuis réduire ces impédances.

Il existe un certain nombre de formules appro-chées permettant de déterminer l’impédance enhaute fréquence des principaux conducteursutilisés. Ces formules sont lourdes et leur préci-sion n’est qu’illusoire si la position précise dechaque élément n’est pas parfaitement définie.Or qui connait la position exacte d’un fil parrapport à un autre dans un chemin de câbles ?En fait la réponse est donnée par l’expérience deces phénomènes jointe à la connaissances desrègles théoriques élémentaires de l’électricité.

Tout d’abord il est important d’avoir à l’esprit quel’impédance d’un conducteur est principalementfonction de sa partie selfique, prépondérante àpartir du kHz pour un câble standard. Ainsi, pourun câble fictif infini dans l’air, sa valeur de selfinductance linéique varie de manièrelogarithmique avec le diamètre, donc trèsfaiblement : pour des câbles dont la longueurn’excède pas le quart de la longueur d’onde de

la perturbation prise en compte, une valeur del’ordre du µH par mètre quel que soit le diamètrepeut être retenue (cf. fig. 34 ).

Si le câble est correctement plaqué sur un planconducteur, cette valeur est fortement diminuée.Elle dépend alors de la distance entre le câble etle plan. Des gains de 10 dB sur la valeur de laself inductance sont ainsi facilement obtenus.Aux plus hautes fréquences, ce câble doit êtreconsidéré comme une ligne de transmission, et lagrandeur importante est alors son impédancecaractéristique (de l’ordre de la centaine d’ohms).Avec ces considérations, une self inductancecommune de plusieurs µH est facilement atteinte,avec quelques mètres de fil vert-jaune parexemple. Ceci représente donc plusieurs ohms à1 MHz, et plusieurs centaines d’ohms à 100 MHz.

En conclusion, le plan métallique conducteurest le moyen de relier électriquement deuxpoints avec l’impédance la plus faible. Et ce,quelle que soit son épaisseur dès lors qu’elle estsupérieure à l’épaisseur de peau (415 µm pourle cuivre à 10 kHz).Ainsi, une plaque de cuivre présente une self de0,6 nH à 10 kHz, soit une impédance par carréde 37 µΩ, (l'impédance reste la même quelleque soit la surface du carré considéré).

Fig. 34 : suivant les différents cas :a : câble dans l'air (L ≈ 1 µH/m),b : câble plaqué sur une surface métallique,c : treillis métallique avec contact à chaque croisement (par exemple fer à béton soudé),d : plan métallique,et pour une même longueur, les impédances linéiques sont dans l'ordre Z1 > Z2 > Z3 > Z4.

Z1Z2

Z4

a)

c)

b)

d)

Z3


Gaine (PVC)

Armure(2 feuillards acier)

Matelas (papier)

Ecran métallisé(cuivre)

Ruban conducteur

Ame (fil de cuivre)

Gaine de bourrage

Isolation (PVC)

Armure(2 feuillards acier)

Gaine intérieure(PVC)

Ecran métallisé(aluminium)

Isolation (PVC)

Ame (fil de cuivre)

Gaine (PVC)

Annexe 2 : les différentes parties d’un câble

Les termes employés pour distinguer lesdifférentes parties d’un câble changent quelquepeu de signification selon la destination du câble(câble de transport d’énergie, câble de transportd’informations téléphoniques ou decontrôle-commande), (cf fig. 35 ).

Les définitions notées en italique sont celles dela CEI.

Armure : protection mécanique du câble,généralement constituée de deux feuillards enacier doux enroulés en hélice.Pour les câbles destinés au transportd’informations, elle peut également avoir un rôleélectrique, tenir lieu de blindage électrostatiqueet plus souvent de blindage électromagnétique.

Blindage : synonyme d’écran, matériau élaboréet destiné à réduire l’intensité de rayonnementpénétrant dans une région.L’armure ou l’écran d’un câble, qu’il soit destinéau transport d’énergie ou d’informations, peuventconstituer des blindages.

Ecran : dispositif utilisé pour réduire lapénétration d’un champ dans une régiondéterminée.Plusieurs fonctions sont remplies par cetélément :c créer une surface équipotentielle autour del’isolant,

c prévenir les effets des champs électriquesexternes et internes,c assurer l’écoulement du courant capacitif ainsique du courant de défaut terre (court-circuithomopolaire),c assurer la protection des personnes et dumatériel en cas de perforation. Pour cela il estgénéralement métallique et continu (tube deplomb, nappe ou tresse de fils, ou rubans posésen hélice).

Pour les câbles véhicules d’informations, l’écran,plus souvent appelé blindage, est constitué derubans ou nappes de fils, en cuivre ou enaluminium, enroulés pour réaliser un blindagecontre les influences électriques et magnétiques.Il peut être collectif, pour l’ensemble desconducteurs composant le câble, lorsque lesinfluences perturbatrices sont extérieures.Il peut être individuel, pour un certain nombre deconducteurs du câble, afin de les protéger desinfluences des autres conducteurs de ce mêmecâble.

Gaine : enveloppe ayant pour rôle d’assurerl’étanchéité du câble.

Fig. 35

Exemple d’un câble téléphonique Exemple d’un câble de transport d’énergiemoyenne tension


Annexe 3 : essais réalisés par les laboratoires CEMde Schneider Electric

Les laboratoires CEM de Schneider Electric ontles compétences et le matériel nécessaires pourréaliser des essais conformément à denombreuses normes ou des spécificationsparticulières.Le client, interne ou externe à l'entreprise, estassisté s'il le souhaite par les spécialistes deslaboratoires dans la recherche des normes et

sévérités applicables à son matériel. Il luiincombe aussi de définir quels sont les critèresfonctionnels d'acceptabilité, soit en référenceaux normes régissant son produit, soit à défautde normes selon les impératifs d'utilisation duproduit (sécurité, continuité de service,confort …).

Essais normatifs

Il serait fastidieux de tous les citer, d'autant plusque l’évolution du paysage normatif est trèsrapide notamment concernant les normes deproduits. Nous indiquons ci-après les principauxtextes de référence pour la conduite des essais.

Immunitéc CEI 61000-4-2 [= EN 61000-4-2= NF EN 61000-4-2 (NF C 91-004-2)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 4-2 : techniques d’essai et de mesure -essai d’immunité aux décharges électrostatiques

c CEI 61000-4-3 [= EN 61000-4-3= NF EN 61000-4-3 (NF C 91-004-3)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 4-3 : Techniques d’essai et de mesure -essai d’immunité aux champsélectromagnétiques rayonnés aux fréquencesradioélectriques

c CEI 61000-4-4 [= EN 61000-4-4= NF EN 61000-4-4 (NF C 91-004-4)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 4-4 : techniques d’essai et de mesure -essais d’immunité aux transitoires électriquesrapides en salves

c CEI 61000-4-5 [= EN 61000-4-5= NF EN 61000-4-5 (NF C 91-004-5)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 4-5 : techniques d’essai et de mesure -essai d’immunité aux ondes de choc

c CEI 61000-4-6 [= EN 61000-4-6= NF EN 61000-4-6 (NF C 91-004-6)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 4-6 : techniques d’essai et de mesure -immunité aux perturbations condui-tes, induitespar les champs radioélectriques

c CEI 61000-4-8 [= EN 61000-4-8= NF EN 61000-4-8 (NF C 91-004-8)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 4-8 : techniques d’essai et de mesure -essai d’immunité au champ magnétique à lafréquence du réseau

c CEI 61000-4-11 [= EN 61000-4-11= NF EN 61000-4-11 (NF C 91-004-11)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 4-11 : techniques d’essai et de mesure -essais d’immunité aux creux de tension, coupuresbrèves et variations de tension

c CEI 61000-4-12 [=EN 61000-4-12= NF EN 61000-4-12 (NF C 91-004-12)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 4-12 : Techniques d’essai et de mesure –Essai d’immunité aux ondes oscillatoires

c CEI 61000-6-1 [=EN 61000-6-1= NF EN 61000-6-1 (NF C 91-006-1)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 6-1 : Normes génériques –Immunité pour les environnements résidentiels,commerciaux et de l’industrie légère

c CEI 61000-6-2 [=EN 61000-6-2= NF EN 61000-6-2 (NF C 91-006-2)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 6-2 : Normes génériques –Immunité pour les environnements industriels

Emission

c CISPR 11[= EN 55011 = NF EN 55011 (NF C 91-011)]Limites et méthodes de mesure des carac-téristiques de perturbations radioélectriques desappareils industriels, scientifiques et médicaux(ISM) à fréquence radioélectrique

c CISPR 14[= EN 55014 = NF EN 55014 (NF C 91-014)]Limites et méthodes de mesure desperturbations radioélectriques produites par lesappareils électrodomestiques ou analoguescomportant des moteurs ou des dispositifsthermiques, par les outils électriques et par lesappareils électriques analogues (partie émissionconduite)

c CISPR 22[= EN 55022 = NF EN 55022 (NF C 91-022)]


Limites et méthodes de mesure descaractéristiques de perturbationsradioélectriques produites par les appareils detraitement de l’information

c CEI 61000-6-3Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 6 : Normes génériquesSection 3 : sur l'émission pour lesenvironnements résidentiels, commerciaux et del'industrie légère

c CEI 61000-6-4Compatibilité électromagnétique (CEM)Partie 6 : Normes génériquesSection 4 : sur l'émission pour lesenvironnements industriels

c EN 50081-1[= NF EN 50081-1 (NF C 91-081-1)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Norme générique émissionPartie 1 : résidentiel, commercial et industrielégère

c EN 50081-2[= NF EN 50081-2 (NF C 91-081-2)]Compatibilité électromagnétique (CEM)Norme générique émissionPartie 2 : environnement industriel

Normes spécifiquesc Centres de télécommunicationsI 12-10, 1993éditée par le Comité des Spécifications desEquipements (CSE) France Télécom.Environnement électromagnétique deséquipements des centres.(partie immunité aux perturbations rayonnées etpartie perturbations rayonnées et conduites)

c MilitairesGAM - EG -13essais généraux en environnement desmatérielsfascicules 62 et 63

c MIL STD 461/462Electromagnetic emission and susceptibilityrequirements for the control of electromagneticinterference

Essais hors normes

Dans le cadre de leurs possibilités et de leurscompétences, les laboratoires peuvent effectuerdes essais conformément à d’autres textes.


Annexe 4 : bibliographie

Normesc CEI 60364, NF C 15-100 : Installationsélectriques à basse tension.c CEI 61000-2 :Compatibilité électromagnétique (CEM).Partie 2 : Environnement.Section 1 : Description de l’environnement -Environnement électromagnétique pour lesperturbations conduitesSection 2 : niveaux de compatibilité pour lesperturbations conduites basse fréquence et latransmission de signaux sur les réseaux publicsd’alimentation a basse tensionPartie 4 : Techniques d’essai et de mesure.Partie 6 : Normes génériques.c NF EN 55011, CISPR 11 (Comité InternationalSpécial des Perturbations Radioélectriques) :Appareils industriels, scientifiques et médicaux(ISM) à fréquence radioélectrique.Caractéristiques de perturbationsradioélectriques. Limites et méthodes demesure.c NF EN 55022, CISPR 22Limites et méthodes de mesure descaractéristiques de perturbationsradioélectriques produites par les appareils detraitement de l’information.

Cahiers Techniques Schneider Electricc Les perturbations électriques en BTCahier Technique n° 141R. CALVASc Disjoncteurs au SF6 Fluarc et protection desmoteurs MTCahier Technique n° 143J. HENNEBERT et D. GIBBSc Coexistence courants forts - courants faiblesCahier Technique n° 187R. CALVAS et J. DELABALLE

Publications diversesc Compatibilité électromagnétique - bruits etperturbations radioélectriques -P. DEGAUQUE et J. HAMELINDunod éditeurc Compatibilité électromagnétiqueM. IANOVICI et J.-J. MORFPresses Polytechniques Romandesc La compatibilité électromagnétiqueA. KOUYOUMDJIAN, avec R. CALVAS etJ. DELABALLEInstitut Schneider FormationFévrier 1996, réf. MD1CEM1Fc Les harmoniques et les installationsélectriquesA. KOUYOUMDJIANInstitut Schneider FormationAvril 1998, réf. MD1HRM1Fc RGE n° 10 consacré à la compatibilitéélectromagnétiqueNovembre 1986.

Schneider Electric Direction Scientifique et Technique,Service Communication TechniqueF-38050 Grenoble cedex 9Télécopie : 33 (0)4 76 57 98 60E-mail : [email protected]

Réalisation : AXESS - Valence (26).Edition : Schneider Electric

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12-01XXXXX

cahier technique no. 149 - emc_fr

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