Collection Technique . Cahier technique no 149 La CEM : la compatibilité électromagnétique J. Delaballe Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus appr catalogues et notices technique Les Cahiers Techniqu nouvelles re à celle des guides, ors. Sni* to View issantes sur les techniques et technologies lectrotechniques et électroniques.
Ils permettent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis domaines des réseaux é ectriques, protections, contrôle- commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider Electric. Code • http://v. mw. schneider-electric. om autorisée après accord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider Electric no (à préciser) ne 149 Jacques DELABALLE Docteur de l’Université de Limoges en 1 980, entre chez Merlin- Gerin n 1986 après sept années passées chez Thomson. Il est responsable des laboratoires CEM du centre d’essais de Schneider Electric et membre du Comité 77 (Compatibilité Electromagnétique) de la Commission Electrotechnique Internationale (CEI).
CT 149(e) édition décembre 2001 Lexique Compatibilité ElectroMagnétique, CEM (abréviation) (VEI 161-01-07) Aptitude d’un appareil ou d’un système ? fonctionner dans son environnement électromagnétique, de façon satisfaisante et sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques intolérables pour tout ce qui se trouve dans cet environnement. Perturbation (électromagnétique) (VEI 161-01-05) Phénomène électromagnétique susceptible de créer des troubles de fonctionnement d’un dispositif, d’un appareil ou d’un système, ou d’affecter défavorablement la matière vivante ou inerte.
PAGF OF peut être dépassé avec une faible probabilité. Niveau de perturbation (non défini dans le VEI 161) Valeur d’une perturbation électromagnétique de forme donnée, mesurée dans des conditions spécifiées. Limite de perturbation (VEI 161-03-08) Niveau maximal, admissible des perturbations électromagnétiques mesuré dans des conditions Niveau d’immunité (VEI 161-03-14) Niveau maximal d’une perturbation électromagnétique de forme donnée agissant sur un dispositif, appareil ou système particulier, pour lequel celui-ci demeure capable de fonctionner avec la qualité voulue.
Susceptibilité (électromagnétique) 161-01-21) Inaptitude d’un dispositif, d’un appareil ou d’un système à fonctionner sans dégradation de Cahier Technique Schneider no 149 / p. 2 qualité en présence d’une perturbation électromagnétique. La figure 1 permet de situer les différents termes ci-avant en terme de niveau. Décibel Unité de puissance sonore, aussi utilisée pour exprimer des rapports d’amplitude selon la relation : WXo (dB @) = 20 . log10WXo avec X = amplitude mesurée, PAGF 3 OF 14 20 40 60 fig. : rapports d’amplitude exprimés en dB. La CEM est prise en compte dès l’étude pour la fabrication des matériels électrotechniques. Elle doit aussi être appliquée à leur mise en œuvre. Ainsi, de l’architecte concepteur des bâtiments jusqu’aux câbleurs d’armoires, sans oublier les ingénieurs d’études de réseaux et les installateurs, tous sont concernés par cette discipline de « paix » ; discipline yant pour objectif de faire cohabiter en bonne harmonie des susceptibles d’être perturbés et/ou d’être émetteurs de perturbations.
Ce Cahier Technique, réalisé à partir d’une longue expérience acqulse au sein de Schneider Electric, présente les perturbations rencontrées quelques solutions pratiques. Sommaire 1 Introduction 2 La source 3 Le couplage 4 La victime 6. 1 Les normes 6. 2 Les moyens d’essais 6. 3 Les essais 7 Conclusion Annexe 1 : Impédance d’un conducteur en haute fréquence : Les différentes parties d’un câble Annexe 2 Annexe 3 : Essais réalisés aux laboratoires CEM de Schneider Electric Annexe 4 : Bibliographie p. 10 p. 12 p. 14 p. 17 p. 18 p. 20 p. 21 p. 27 p. 28 p. 9 p. 30 p. 32 PAGF s OF sont générées de multiples manières. A la base, leurs faits générateurs sont principalement des variations brusques de grandeurs électriques, tension ou courant. Ces dernières années, plusieurs facteurs se sont conjugués pour augmenter l’importance de la CEM : c les perturbations sont de plus en plus importantes car U et I augmentent, c les circuits électroniques sont de plus en plus sensibles, c les distances entre les circuits sensibles (souvent électroniques) et les circuits erturbateurs (de puissance), se réduisent.
Une présentation des perturbations électriques les plus courantes (cf. fig. 3 ) dans le domaine électrotechnique basse tension est faite dans le Cahier Technique no 141. Le Cahier Technique na 143 traite par ailleurs des perturbations dues aux manœuvres de l’appareillage MT – Moyenne Tension. Ces perturbations peuvent se propager, par conduction le long des fils et câbles, ou par rayonnement sous forme d’ondes électromagnétiques.
Elles engendrent des Classes Energétiques Types Creux de tension Fréquences moyennes OF Coups de foudre directs ou indirects Manœuvres d’appareils de commande c Coupure de courants de court-circuit par des appareils de protection Décharges de l’électricité statique accumulée par une personne forts, électronique de contrôle-commande et électronique de puissance, électronique de protection et appareillage électrique de puissance. La CEM est donc un critère fondamental ? prendre en compte dans toutes les phases de développement et de fabrication des produits (cf. fig. mais aussi dans les phases d’installation et de câblage. La CEM est d’ailleurs maintenant prise en compte dans les normes et devient une ontrainte législative. L’expérience et les réalisations de Schneider Electric ne se limitent pas à la maitrise du bon fonctionnement de tout système électrique et/ou électronique dans un environnement électromagnétique habituel : par exemple, les équipements réalisés sont aussi capables de résister à l’environnement électromagnétique le plus contraignant, celui des IEM – HA – Impulsions ElectroMagnétiques d’origine nucléaire en Haute Altitude.
Pour cela, le durcissement, ou amélioration de la tenue des systèmes soumis à des impulsions électromagnétiques d’origine nucléaire, écessite la mise en œuvre des techniques les plus performantes de la CEM. Fie. 4 : un exemple d’appli PAGF 7 OF M : une CEM conduit à l’étude d’un système 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 pas strictement indépendantes, dans la pratique elles sont supposées comme telles. A noter que l’installation qui sera abordée au chapitre no 5, a un rôle prépondérant dans la propagation des perturbations. Cette étude théorique est difficile, car elle mpose celle de la propagation des ondes électromagnétiques régie par un ensemble d’équations différentielles complexes : les équations de Maxwell.
Leur résolution n’est généralement pas possible de façon exacte dans des structures physiques réelles, et même avec des moyens informatiques très performants, une résolution numérique approchée est également très dlfficile. En pratique il faut donc traiter les problèmes de compatibilité électromagnétique en faisant un certain nombre d’hypothèses simplificatrices, en utilisant des modèles, et surtout en ayant un ecours constant à l’expérimentation et à la mesure. Cahier Technique Schneider no 149 / p. 5 2. Il est important de bien la connaître La connaissance, au plus exactement l’identification et la mesur PAGF E OF diode sur la bobine CC, d’un contacteur par exemple), prlncpales caractéristiques de ces perturbations c éviter les couplages (écarter deux éléments difficilement compatibles par exemple), c et insensibiliser les victimes potentielles (utiliser des blindages par exemple). Ses principales causes Tout appareil ou phénomène physico-électrique qui émet une perturbation électromagnétique, ar conduction ou par rayonnement, est qualifié de source.
Parmi les principales causes de perturbations, il faut relever : la distribution d’énergie électrique, les ondes hertziennes, les décharges électrostatiques et la foudre. c Dans la distribution d’énergie électrique un grand nombre de perturbations proviennent de manœuvres de fermeture et d’ouverture des circuits : v en basse tension, les ouvertures des circuits inductifs comme les bobines de contacteurs, les moteurs, les électrovannes… roduisent aux bornes des bobines des surtensions très élevées t riches en hautes fréquences (quelques kV et des dizaines, voire centaines de MHz), v en moyenne et haute tension l’ouverture et la fermeture des sectionneurs provoquent l’apparition d’ondes à front très rade (quelques nanosecondes). Ces ondes sont particulièrement perturbantes pour les systèmes ? microprocesseur. c Les ondes hertziennes provenant des systèmes de télésurveillan PAGF ç OF mande, équipements. Enfin, l’homme peut se charger électrostatiquement ; par exemple en marchant sur de la moquette. Par temps froid et sec, son corps peut atteindre n potentiel supérieur à 25 kV ! Tout contact avec un équipement électronique provoque alors Cahier Technique Schneider no 149 / p. 6 Ces sources de perturbations peuvent être intentionnelles (émetteur radio) ou non intentionnelles (soudeuse).
Mais d’une façon générale elles se distinguent par les caractéristiques des perturbations qu’elles induisent • v le spectre, v la forme d’onde, ou le temps de montée, ou l’enveloppe spectrale, v l’amplitude, v l’énergie. c Le spectre, ou bande de fréquences couverte par les perturbations peut être très étrolt, cas es radiotéléphones, ou au contraire large, four à arc par exemple.
Les perturbations impulsionnelles ont en particulier un spectre très large, pouvant aller jusqu’à la centaine de MHz (cf. fig. 5 Nous trouvons dans cette dernière catégorie essentiellement les perturbations ayant pour source : v des décharges électrostatiques, v le fonctionnement d’appareillage tels que relais, sectionneurs, contacteurs, interrupteurs et disjoncteurs, en BT et en MT/HT, v et enfin dans un domaine plus « spécifique » les Impulsions ElectroMagnéti ues Nucléaires (I. E. M. N. ).
