les perturbations electromagnetiques basses et hautes frequences

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LES PERTURBATIONS
ELECTROMAGNETIQUES
BASSES ET HAUTES
FREQUENCES
INTRODUCTION :
Ce guide technique a pour objectif de mettre en évidence les phénomènes
électromagnétiques basse et haute fréquence et de proposer les
principales solutions permettant d’y remédier.
 Les perturbations harmoniques sont situées dans un spectre basse
fréquence s’étendant jusqu’à quelques KHz.
 Les perturbations haute fréquence se situent dans un spectre
s’étendant jusqu’à plusieurs GHz.
DEFINITION D’UNE PERTURBATION
ELECTROMAGNETIQUE :
Il s’agit de tout phénomène électromagnétique susceptible de dégrader les
performances d’un dispositif ou d’un système.
ETUDE DES PHENOMENES HARMONIQUES BASSE
FREQUENCE :
Le domaine d’application des phénomènes harmoniques basse fréquence
s’étend jusqu’à environ 2KHz.
ORIGINE :
Dans les secteurs industriel et domestique on constate une recrudescence
de générateurs d’harmoniques imposant un courant alternatif non
sinusoïdal.
Les générateurs d’harmoniques sont des charges non linéaires, c'est-àdire qu’ils n’absorbent pas un courant sinusoïdal, bien qu’ils soient
alimentés par une tension sinusoïdale. Ils comprennent deux types :
Les redresseurs en courant :
Il s’agit des redresseurs en pont de GRAETZ débitant sur une charge
inductive. La forme du courant est composée de créneaux liés à la
commutation rapide des thyristors.
Exemples :
 Convertisseurs statiques (onduleurs)
 Variateur de vitesse pour moteur à courant continu.
Lf Z Inductance de ligne Pont redresseur tout thyristor Id wt Les redresseurs en tension :
Il s’agit des redresseurs en pont de GRAETZ chargés par un condensateur.
La forme du courant est composée de pointes élevées et fines liées à la
charge du condensateur.
c Z Inductance de ligne Pont redresseur tout thyristor I(t) IMAGE DU COURANT AMPLITUDE 100% 50% 1 5 Spectre d’une charge triphasée équilibrée Absence d’harmonique de rang 3 et multiple 7 11 13 17 19 N Il est à noter que sur un système monophasé ou triphasé avec neutre
câblé le spectre contient des harmoniques de rang 3.
Exemple :
 Alimentation à découpage
 Variation de vitesse pour moteur asynchrone
 Eclairage.
QUELQUES DEFINITIONS IMPORTANTES :
Rappel du théorème de fourier (Joseph) :
(Mathématicien français né à Auxerre (1768-1830))
Toute fonction périodique de fréquence f peut être représentée sous la
forme d’une somme composée :
 d’un terme sinusoïdal à la fréquence f de valeur efficace Y1
(fondamentale)
 d’une éventuelle composante continue de valeur Y0
 De termes sinusoïdaux dont les fréquences sont égales à :
- n fois la fréquence du fondamental et de valeur efficaces Yn
(harmonique)
- n multiple entier étant le rang de chaque harmonique
Valeur efficace d’une grandeur alternative non sinusoïdale :
La valeur efficace de la grandeur déformée conditionne les échauffements,
donc habituellement les grandeurs harmoniques sont exprimées en
valeurs efficaces.
Pour une grandeur SINUSOÏDALE : Veff= Vmax/1.414
Pour une grandeur déformée et en régime permanent, l’énergie dissipée
par effet joule est la somme des énergies dissipées par chacune des
composantes.
Exemple d’application pour un signal carré :
 IH1= 104A (fondamentale)
 IH2= 30A
(harmonique de rang 3)
 IH3= 10A
( harmonique de rang 5)
Yeff=
104² + 30² + 10²
= 109A
Conclusion :
Nécessité d’effectuer la mesure de courant avec un ampèremètre RMS
(Root Mean Square) intégrant les rangs harmoniques (valeur efficace).
Le calcul de la section des conducteurs sera adapté au courant efficace et
non pas au seul fondamental.
Notion de taux de distorsion :
Il donne une mesure de l’influence thermique de l’ensemble des
harmoniques : c’est le rapport de la valeur efficace des harmoniques à la
valeur efficace du fondamental seul.
Définition Taux de Distorsion :
 Ce paramètre, appelé encore distorsion harmonique ou facteur de
distorsion, représente le rapport de la valeur efficace des
harmoniques à la valeur efficace du fondamentale
Exemple d’application (signal carré) : (avec les données précédentes)
THD= 100 x (
30² + 10²
) / 104 = 28%
Facteur de puissance et cos phi :
Le facteur de puissance :
 Le facteur de puissance est le rapport de la puissance active P à la
puissance apparente S.
FP= P/S
Sachant que la puissance active P et la puissance apparente S sont
toujours portées par le fondamentale du signal.
Le facteur de déphasage cos phi :
 Cos phi représente le cosinus de l’angle entre les fondamentaux de
la tension et du courant.
Cos phi= P1/S1
Avec P1 : puissance active du fondamentale
P2 : puissance apparente du fondamentale.
Conclusions :
 FP= cos phi 0 sur une charge linéaire (car cos phi 0= 1)
 FP= cos phi 0 sur une charge non linéaire.
- le facteur de déformation FD représente le lien entre FP et cos
phi
FD= FP/cos phi
Donc
FP= cos phi X FD
PRINCIPAUX GENERATEURS D’HARMONIQUES :
- Onduleurs, hacheurs.
- Ponts redresseurs : électrolyse, machine à souder
- Fours à arc et induction
- Variateurs de vitesse électroniques pour moteur à courant
continu ou pour moteur asynchrone ou synchrone
- Appareils domestiques tels que téléviseurs, lampes à
décharges, lampes fluorescentes à ballast électronique
- Alimentation à découpage informatique.
Ces équipements connaissent une diffusion croissante, ils entraînent une
source de pollution harmonique importante.
LES EFFETS INDESIRABLES ET LES RETOMBEES
ECONOMIQUES DES HARMONIQUES SUR LES
INSTALLATIONS :
Les tensions et courants harmoniques superposés à l’onde fondamentale
conjuguent leurs effets sur les appareils et équipements utilisés.
Ces grandeurs harmoniques ont des effets différents selon les récepteurs
rencontrés :
 Soit des effets instantanés
 Soit des effets à terme dus aux échauffements.
Les effets instantanés :
Sur les systèmes électroniques, les tensions harmoniques peuvent
perturber les dispositifs de régulation. Elles peuvent influencer les liaisons
et les équipements « courants faibles », entraînent des pertes
d’exploitation.
Les compteurs d’énergie présentent des erreurs supplémentaires en
présence d’harmoniques : par exemple un compteur de classe 2 donnera
une erreur supplémentaire de 0.3% avec un taux de 5% d’harmonique 5
sur courant et la tension.
Les récepteurs de télécommande centralisée à fréquences musicales
utilisées par les distributeurs d’énergie peuvent être perturbés par des
tensions harmoniques de fréquence voisine de celle utilisée par le système.
Vibrations, bruits :
Par les efforts électrodynamiques proportionnels aux courants instantanés
en présence, les courants harmoniques généreront des vibrations, des
bruits acoustiques, surtout dans les appareils électromagnétiques
(transformateurs, inductances, moteurs).
Des couples mécaniques pulsatoires, dus aux champs tournants
harmoniques, donneront des vibrations dans les machines tournantes.
Ils peuvent entraîner une destruction du matériel.
Perturbations induites sur les lignes à courants faibles (téléphone,
contrôle-commande) :
Des perturbations surviennent lorsqu’une ligne à courants faibles chemine
le long d’une canalisation de distribution électrique avec courants et
tensions déformés.
Les effets à termes :
VICTIMES
Les condensateurs
Les transformateurs
Les câbles et les
équipements
LES EFFETS A TERMES
:
Echauffement, vieillissement
Risque de résonance avec le circuit
amont (inductance réseau), suite à
la circulation de certains rangs
harmoniques. Ce phénomène peut
entraîner un facteur d’amplification
du courant dans le condensateur
provoquant sa surcharge et
pouvant conduire à son claquage.
Echauffement dû aux pertes
supplémentaires des machines
et transformateurs :
 Pertes supplémentaires dans
des machines, dans leur
stator (cuivre et fer) et
principalement dans les
circuits rotoriques (cages,
amortisseurs, circuits
magnétiques) par suite des
différences importantes de
vitesse, entre les champs
tournants harmoniques et le
rotor.
 Pertes supplémentaires dans
les transformateurs dues à
l’effet de peau (augmentation
de la résistance du cuivre
avec la fréquence), à
l’hystérésis et aux courants
de FOUCAULT (dans le circuit
magnétique).
 Couple pulsatoire.
Echauffement des câbles et des
équipements :
les pertes des câbles traversés par
des courants harmoniques sont
majorées, entraînant une élévation
de la température. Parmi les causes
de pertes supplémentaires, on peut
citer :
 L’élévation de la résistance
apparente de l’âme avec la
fréquence, phénomène dû à
l’effet de peau ;
 L’élévation des pertes
diélectriques dans l’isolant
avec la fréquence, di le câble
est soumis à une distorsion
de tension non négligeable.
D’une façon générale, tous les
équipements (tableau
électriques) soumis à des
tensions ou traversés par des
courants harmoniques ont des
pertes accentuées et devront
faire l’objet de déclassements
éventuels.
Particularités de l’harmonique 3 :
Les harmoniques de rang 3 étant en phase, ils s’ajoutent algébriquement
dans le neutre ; il y a donc surcharge importante sur le neutre notamment
en régime déséquilibré.
IH3 I1 I1 ∆ IH3 λ I1 ∑ I1=0 IH3 ∑ IH3= ­3 IH3 Neutre Il faudra adapter la section des conducteurs, car I1= courant du fondamentale les harmoniques s’additionnent dans le neutre IH3= courant d’harmonique de rang 3 est provoque une surcharge de courant de ∑ I3= IH3 (1) + IH3(2) + IH3(3) neutre. LES PRINCIPAUX REMEDES ENVISAGES :
Solutions générales :
 Abaisser les impédances d’harmoniques
 Agir sur la structure de l’installation :
- augmentation de la puissance de court-circuit
- choisir le bon schéma de liaison à la terre ; éviter le TNC
- utilisation de transformateurs à couplage spécifique (exemple :
DY/n )
- confiner les charges polluantes
- déclassement des équipements
Rappel indice horaire pour transformateur :
A a UAB Uab B b VA Va C c (N) UAB (n) VA Digramme vectoriel θ Uab Vc Va VC Vb VB Les conditions de couplage des enroulements primaires et secondaires ont
pour effet d’introduire un déphasage entre des tensions primaires et
secondaires et homologues, c'est-à-dire entre des bornes désignées par
des mêmes lettres ( VA et Va sont des tensions étoilées ou simples,
homologues, UAB et Uab sont des tensions composées homologues)
La figure montre que si les bornes d’un transformateur sont désignées par
des lettres telles qu’un système de tensions primaires VA,VB,VC triphasé
équilibré (direct sens trigo, dans notre cas) donne naissance à des
tensions secondaires Va,Vb,Vc formant un système triphasé équilibré de
même ordre de succession (direct, dans le cas de figure).
Ainsi le retard θ de Va sur VA (qui est aussi celui de Vb sur VB ou de Vc
sur VC) est identique au retard de Uab sur UAB (et on peut montrer que
c’est aussi celui de Ubc sur UBC ou de Uca sur UCA).
Le transformateur triphasé est caractérisé par la valeur de ce déphasage
qu’il introduit entre des tensions homologues.
En pratique, les valeurs de θ obtenues sont toujours des multiple entiers
de + ou - ∏/6 = + ou – 30°
On se contentera donc d’indiquer le rapport de θ (retard d’une tension BT
sur son homologue HT) à ∏/6= 30°
Ce nombre entier qui peut prendre toute valeur comprise entre 0 et 11
(bornes incluses) est dit : « indice horaire » du transformateur :
I=θ (en radians)/(∏/6)
Le rapport de transformation d’un DY/n
vaut :
m= Uab/UAB= (√3Xn2) /n1
Solutions de neutralisation :
 Protection des condensateurs de compensation d’énergie réactive
(suite au phénomène de résonance).
- Installation d’inductances anti-harmoniques (LAH)
BUT : réaliser l’accord du circuit LAH à une fréquence pauvre en
harmonique pour supprimer les risques de forts courants harmoniques
dans les condensateurs
MOYEN : montage en série avec le condensateur d’une inductance dite
anti-harmonique (LAH).
FREQUENCES TYPIQUES D’ACCORD :
 135 Hz rang 2.7 si 1 er rang significatif est 3
 215 Hz rang 3.8 (BT) si 1 er rang significatif est 5 en BT
 225 Hz rang 4.5 si 1 er rang significatif est 5 en MT
PRINCIPE :
HT Transformateur HT/BT I HARMONIQUES L ~ ~ = LAH = Générateurs d’harmoniques (GH) M C Condensateur avec inductances de protection (LAH) permettant de supprimer les phénomènes de résonance entraînant la surcharge des condensateurs  Filtrage anti-harmonique permettant de dépolluer le réseau lorsque
le niveau d’harmonique est trop élevé
- LISSER LE COURANT :
Schéma de l’étage d’entrée classique des variateurs à découpage
c Z Inductance de ligne La forme et donc le spectre harmonique dépendent de L et de C - filtrage passif shunt résonnant :
BUT : piéger les harmoniques dans des « courts-circuits harmoniques »
appelés filtres d’harmoniques pour réduire la distorsion de tension.
MOYEN : montage en série avec le condensateur d’une inductance
accordée sur un rang riche en harmoniques (LCω² = 0)
FREQUENCES TYPIQUES D’ACCORD :
 250, 350, 550, 650, Hz (rang 5, 7, 11 et 13)
HT Transformateur HT/BT I HARMONIQUES L ~ ~ = LAH = M Générateurs d’harmoniques (GH) C Filtres harmoniques de rang 5 et 7 pour des réseaux triphasés - filtrage actif ou compensateur actif
Une des définitions :
Un filtre actif est un convertisseur statique qui permet d’injecter dans le
réseau des harmoniques en opposition de phase et d’amplitude afin que
l’onde résultante soit sinusoïdale.
- filtrage hybride
 Principe : association des solutions passives et actives permettant la
dépollution de tout le spectre.
La compensation d’énergie réactive possible.
 Solution bien adaptée à un filtrage « réseau ».
 Cette solution permet d’obtenir un compromis technico-économique
idéal car il permet de réduire la puissance de dimensionnement du
filtre actif.
LES PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES HAUTES
FREQUENCE
LA COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE :
 Les perturbations électriques créées par la proximité d’équipements
électriques de puissance sur les transmissions de données de
niveaux faibles sont de plus en plus fréquentes.
Elles obligent les responsables de sites industriels tertiaires à s’en
prémunir.
 Notions des courants forts et faibles
Les courants forts sont ceux qui s’appliquent aux installations de
distribution de l’énergie électrique.
Les courants faibles sont ceux qui s’appliquent aux transmissions
d’informations ou de signaux entre dispositifs électroniques.
 La compatibilité électromagnétique :
Selon le décret français concernant la CEM, il s’agit de capacité d’un
dispositif, équipement ou système, à fonctionner de manière
satisfaisante dans son environnement électromagnétique, sans
introduire lui-même de perturbations électromagnétiques de nature
à créer des troubles susceptibles de nuire au bon fonctionnement
des appareils ou systèmes situés dans son environnement.
Ces dernières années, plusieurs facteurs se sont conjugués pour
augmenter l’importance de la CEM :
 Perturbations de plus en plus importantes liées à l’augmentation de
la tension et de l’intensité
 Circuits à niveau d’énergie de plus en plus faible, donc de plus en
plus sensibles
 Distances entre les circuits sensibles (souvent électroniques) et les
circuits perturbateurs (souvent de puissance) qui se réduisent
 Explosion du nombre des matériels de télécommunication.
LES SOURCES DE PERTURBATIONS HAUTE FREQUENCE
Une perturbation électromagnétique se traduit par l’apparition d’un signal
électrique indésirable venant s’ajouter au signal utile. C’est ce signal
importun qui peut dégrader le fonctionnement d’un équipement.
Principales sources d’origine naturelle :
atmosphériques (foudre)
galactiques
solaires
bruit thermique terrestre
Principales sources d’origine artificielle :
- émetteurs intentionnels : radioélectriques, talkie-walkie, GSM,
four micro-ondes, fours à induction…
- émetteur non intensionnels : les moteurs électriques,
l’appareillage, les ordinateurs, les tubes fluorescents, système
d’allumage des moteurs à explosion, tous les systèmes
d’enclenchement et de coupure d’un signal électrique, lampes
à décharge, horloge des systèmes informatiques,…
Les perturbations électromagnétiques peuvent être également classées
selon la fréquence du signal perturbateur :
 Perturbation basse et moyenne fréquence pour une plage
de fréquence inférieur à 5 MHz. Ces perturbations se
propagent essentiellement sous forme conduite par les
câbles. Elles sont souvent longues (quelques dizaines de
ms), voire permanentes dans le cas d’harmoniques.
L’énergie conduite peut être importante, se traduisant en
plus du dysfonctionnement par risque de destruction du
matériel.
 Perturbations haute fréquence pour une plage de
fréquence supérieur à 30MHz. Ces perturbations se
propagent essentiellement dans l’air sous forme rayonnée.
Elles sont caractérisées par un front de montée très court
(<10ns), elles peuvent être permanentes dans le cas du
redressement ou de signaux d’horloge. L’énergie conduite
est faible et se traduit par le risque de dysfonctionnement
du matériel environnant.
La génération des perturbations électromagnétiques provient en général
de l’établissement et la coupures d’un circuit électrique se traduisant par
de brutales variations de tension dv/dt ou de courant di/dt aux bornes du
circuit commandé.
Les variations rapides du signal (montée et descente) sont les principales
causes su contenu haute fréquence du spectre. En général, plus le spectre
du signal s’étend vers les hautes fréquences, plus la couplage devient
efficace. En diminuant le contenu haute fréquence du spectre, on pourra
alors réduire l’efficacité du couplage et donc le niveau du signal
perturbateur dans le circuit récepteur.
Par conséquent, pour rendre le couplage moins efficace, on devrait rendre
le moins rapide les temps de montée/descente des signaux numériques.
Par exemple, il n’y a pas de raison d’utiliser des signaux avec des temps
de commutation de 1ns alors que le système peut fonctionner
correctement avec un temps de 10ns.
Pour une fréquence de découpage de 2.5KHz le temps de commutation
des thyristors IGBT sera de 1/2500 => T= 400µs
Pour une fréquence de découpage de 4KHz le temps de commutation des
thyristors IGBT sera de 1/4000 => T= 250µs.
Fluctuations de tension : il s’agit de variations qui restent dans la limite
de +/- 10%
Elles sont provoquées essentiellement par toutes
les machines à fort courant d’appel.
Les conséquences des ces variations reste
faibles, la tension ne variant que dans la limite des +/- 10%.
Cependant sur certains récepteurs, comme l’éclairage, cela peut
provoquer du flicker (papillotement).
Creux de tension et coupure brèves : Il s’agit d’une diminution de la
tension comprise entre 10% et 100%, pendant une durée allant de 10ms
(une demi période) à 1mn.
Elles sont provoquées par la mise
sous tension de gros récepteur (20XIn), de condensateurs, par la
proximité d’un court-circuit sur un circuit voisin, par la coupure associée
au réenclenchement automatique d’un dispositif de protection.
Les conséquences vont du
décrochage des moteurs asynchrones, à l’initialisation des systèmes
automatiques voire la perte de l’alimentation.
Surtensions et chocs de foudre : Ce sont des perturbations impulsionnelles
de forte amplitude.
Leur origine peut être naturelle dans le
cas de choc de foudre, ou industrielle lors de la coupure de circuits
inductifs ou de la manœuvre d’appareillage de connexion en HT.
Dans le cas des surtensions de
manœuvre, les conséquences sont peu nombreuses pour le matériel
électrotechnique, mais elles peuvent entraîner la destruction du matériel
électronique si celui-ci n’est pas protégé.
Les chocs de foudre sont eux des
perturbations brusques et très importantes, elles seront traitées dans un
dossier spécifique.
Décharges électrostatiques : Ces décharges sont caractérisées par un très
faible temps de montée de l’impulsion (environ 1ns), le caractère isolé de
la décharge (une décharge d’environ 60ns), une tension très élevée (2 à
15 Kv) et un très large spectre (jusqu’à 1GHz).
L’importance des décharges électrostatiques
a conduit les organismes de normalisation à définir une onde de courant
type permettant de tester le matériel pour s’assurer de son immunité.
Elles surviennent lorsqu’un élément a
emmagasiné une charge électrostatique et se décharge brusquement en
entrant (en contact avec un autre élément relié à la masse ou présentant
une différence de potentiel.
Les conséquences des décharges
électrostatiques sont le plus souvent liées au claquage diélectrique de
composants. C type de perturbation est une préoccupation importante des
fabricants de matériel car le problème du claquage d’un composant ne se
révèle que lors de la mise en service du matériel.
Signaux transmis sur le réseau : C’est essentiellement la transmission de
courants porteurs utilisés par :
 Les distributeurs d’énergie pour véhiculer les ordres tarifaires
 Les composants de commande à distance (CAD)
 Les systèmes de communication interne de type interphone sur
réseau
Tous ces signaux peuvent perturber certains composants très sensibles
notamment aux harmoniques.
Composante continue sur le réseau : La présence de redresseurs peut
engendrer une composante continue sur le réseau de distribution
Déséquilibre de phases : Si la puissance des charges monophasées est
mal répartie, il y a un risque de déséquilibre de tension entre phases. Ces
déséquilibres engendrent des composantes inverses de courant qui
provoquent des couples de freinage et des échauffements dans les
moteurs à courant alternatif.
u/i dv/dt ou di/dt Exemple de signal numérique Ces perturbations peuvent être rayonnées ou conduites en mode
différentiel et/ou en mode commun.
Elles créeront des dysfonctionnements sur les appareils sensibles tels que
les : systèmes de mesures, récepteurs radio, téléphones, capteurs,
régulateurs.
MODES DE TRANSMISSION DES PERTURBATIONS
Les perturbations peuvent se propager par :
- conduction
- rayonnement
Couplage par conduction : Les perturbations conduites sont transmises
par câble (ligne d’alimentation, bus de transmission de données, câbles de
masses, terre, capacités parasites,…)
Sur une liaison bifilaire, le signal perturbateur peut se déplacer de deux
façons :
 par mode différentiel
 par mode commun
Mode différentiel : la propagation s’effectue en mode différentiel lorsque la
perturbation est transmise à un seul des conducteurs actifs. Le courant de
mode différentiel se propage sur l’un des conducteurs, passe à travers
l’équipement et revient par un autre conducteur.
iMD SOURCE VICTIME uMD iMD iMD : courant de mode différentiel uMD : tension de mode différentiel Schémas du mode différentiel Mode commun : La propagation s’effectue en mode commun lorsque la
perturbation est transmise à l’ensemble des conducteurs actifs. Le courant
de mode commun se propage sur tous les conducteurs dans le même sens
et revient par la masse à travers les capacités parasites (Cp).
équipement Ip1 Ip2 Ip1+Ip2 iMC source victime iMC Cp iMC : courant de mode commun uMC : tension de mode commun uMC iMC uMC Cp Principe de génération du courant de mode Commun iMC Dans un couplage par conduction, en mode commun la propagation
s’effectue essentiellement par les circuits de masse et de terre, pouvant
entraîner un couplage par impédance commune.
Couplage par rayonnement : Avec ce type de couplage également appelé
diaphonie, les perturbations sont véhiculées par le milieu ambiant (air). La
diaphonie pourra être :
 inductif
 capacitive
Couplage inductif : une variation de courant dans un conducteur crée un
champs magnétique qui rayonne autour de ce conducteur. Un circuit
voisin peut alors voir apparaître une tension induite perturbatrice si la
variation de courant est importante. Ce type de perturbation est
principalement généré par des circuits « puissances ».
Couplage capacitif : il existe toujours une capacité non nulle entre deux
éléments conducteurs. Toute différence de potentiel entre ces deux
éléments va générer la circulation d’un courant électrique au travers de
cette capacité parasite. Ce courant parasite sera d’autant plus élevé que la
tension et la fréquence de ce courant sont élevées.
La valeur de la capacité parasite Cp sera :
 proportionnelle à la surface S en regard des deux circuits
 inversement proportionnelle à la distance d entre les deux circuits.
Si ces capacités parasites sont négligeables en 50Hz, elles ont une
importance considérable en HF ou elles sont à l’origine de
dysfonctionnements.
Coefficient de couplage : les règles de la CEM visent à réduire le couplage
de la perturbation entre la source et la victime. Pour mesurer l’efficacité
de cette atténuation, on peut faire le rapport de la puissance transmise et
de la puissance reçue (Pt/Pr) ou lorsqu’il s’agit d’un même circuit
comparer les tensions.
Le coefficient de couplage exprimé en dB est :
KdB= 10 log (Pt/Pr)= 20 log (Ut/Ur)
Niveaux de compatibilité : pour assurer la CEM, différent niveau et
différentes marges ont été définis :
 niveau de susceptibilité . Il s’agit du niveau à partir duquel il y a
dysfonctionnement d’un matériel ou d’un système.
 Niveau d’immunité. C’est le niveau d’une perturbation supportée
par un matériel ou un système
 Niveau de compatibilité.
C’est le niveau maximal de perturbation
auquel on peut s’attendre dans un environnement donné
 Niveau d’émission. c’est le niveau maximal d’émission de
perturbation que ne doit pas dépasser un matériel
 Marge d’immunité. C’est la marge qui existe entre le niveau de
compatibilité et le niveau de limite d’immunité.
 Marge d’émission. c’est la marge qui existe entre le niveau de
compatibilité et le niveau limite d’émission.
Niveau de susceptibilité Niveau d’immunité Marge d’immunité Niveau de compatibilité Marge d’émission Niveau d’émission REGLEMENTATION ET NORMALISATION :
Une directive à pris naissance en 1989. Il s’agit de la directive 89/336/CEE
modifiée par les directives 92/31/CEE et 93/68/CEE.
Le champ d’application de cette directive concerne tous les appareils
électriques et électroniques ainsi que les équipements et installations qui
contiennent des composants électriques ou électroniques.
Son respect est obligatoire depuis 01/01/96.
Ceux-ci doivent être construits de façon à ce qu’ils respectent les
exigences essentielles de la directive c’est-à-dire :
 Les perturbations électromagnétiques générées doivent être limitées
un niveau permettant aux appareils de radio, de télécommunications
et aux autres appareils de fonctionner conformément à leur
destination.
 Les appareils doivent avoir un niveau d’immunité intrinsèque contre
les perturbations électromagnétiques leurs permettant de
fonctionner conformément à leur destination.
EQUIPOTENTIALITE DES MASSES :
Définitions :
 TERRE : référence de potentiel 0V, constitué par le sol de la planète
 PRISE DE TERRE : conducteur en contact direct avec le terre
 RESISTANCE DE PRISE DE TERRE :
résistance entre le ou les
     conducteurs constituant le prise de terre et la terre profonde
RESEAU DE TERRE : ensemble des conducteurs de protection (PE)
relié à une prise de terre. Le rôle des conducteurs de protection est
de protéger les personnes en cas de défaut d’isolement.
partie conductrice d’un matériel électrique
MASSE ELECTRIQUE :
qui peut être accidentellement mise sous tension lors d’un défaut
d’isolement.
partie conductrice dont le rôle est de
MASSE FONCTIONNELLE :
maintenir une référence de potentiel de 0V. Un matériel de classe 2
n’a pas de masse électrique, mais peut avoir une masse
fonctionnelle.
masse qui ne fait pas partie du
MASSE D’ACCOMPAGNEMENT :
matériel considéré (plancher maillé, chemin de câbles…).
ensemble des
RESEAU DES MASSES FONCTIONNELLES :
conducteurs de masse d’accompagnement et des structures
métalliques du bâtiment. Ce réseau a un rôle d’équipotentialité et
d’écran vis à vis des perturbations.
Pour réaliser un système idéal de terre et de masse, il est recommandé de
séparer ces deux réseaux :
 le réseau de terre est raccordé aux masses électriques, son rôle
étant d’assurer la protection des personnes
 le réseau de masses a un rôle dans la lutte contre les perturbations
électromagnétiques et un rôle fonctionnel dans la transmission des
informations.
Dans la pratique, ces deux réseaux étant généralement intimement liés, il
faudra rechercher l’équipotentialité la plus totale en augmentant
fortement le maillage. Cette multiplication des liaisons permet de
compenser le problème de l’impédance élevée des conducteurs de terre en
HF qui est liée à la longueur et la topologie de distribution (arborescence
en étoile).
Pour obtenir la bonne équipotentialité di site en minimisant l’impédance
entre les masses, il faudra donc multiplier les connections entre ces
dernières et éviter les seuls raccordements en étoile. Cette mesure
permet également d’obtenir un maillage plus systématique et de réduire la
surface de chaque boucle.
La contre partie d’un circuit de masse fortement maillée est
l’augmentation des capacités parasites qui vont être à l’origine de
courants de fuite qui peuvent être la cause du déclenchement des DDR
haute sensibilité.
LES REGIMES DE NEUTRE :
 Régime TN-C : ce régime déjà interdit dans les locaux à risques
d’incendie et d’explosion, est à proscrire car les courants importants
circulant dans le PEN perturbent l’équipotentialité.
 Régime TN-S : les forts courants de défaut pouvant perturber
l’équipotentialité, il est conseillé de séparer le circuit de terre (PE)
du circuit de masse fonctionnelle.
 Régime IT : ce régime permet d’obtenir la meilleure continuité de
service et un niveau de perturbation très faible dû à la limitation du
courant de défaut. En cas de défaut double dans une installation
possédant une seule prise de terre, les prescriptions sont les mêmes
qu’en régime TN-S.
 Régime TT : ce schéma des liaisons à la terre génère peu de
perturbations en cas de défaut d’isolement. Il autorise le mélange
des masses électriques et masses fonctionnelles permettant ainsi un
maillage important.
LE FILTRAGE :
Les filtres ont pour fonctions de laisser passer les signaux utiles et de
supprimer la partie indésirable du signal transmis.
Domaine d’emploi :
On utilise pour la CEM deux types de filtres :
 Les filtres anti harmoniques.
 Les filtres RFI (radio fréquence perturbation) qui on un domaine
d’emploi pour les fréquences inférieures à 30MHz.
Technologie :
Les filtres utilisés pourront être :
 Des filtres passifs
 Des filtres actifs ou compensateurs actifs.
Le filtre passif est constitué de condensateurs et d’inductances, son rôle
es t de :
 Faire barrage aux perturbations à l’aide d’une self montée en série
avec le circuit.
Z=L 2∏f, si la fréquence f augmente, l’impédance Z augmente.
 Canaliser les perturbations avec un condensateur monté en parallèle
Z=1/C 2∏f, si la fréquence f augmente, l’impédance Z diminue.
Ce qui permet d’obtenir une impédance Z variable en fonction de la
fréquence f.
Il possèdera une impédance faible pour une gamme de fréquences donnée
qui constitue la bande passante du filtre. Il va donc arrêter ou atténuer les
fréquences situées hors de la bande passante.
Type de filtrage :
Les filtres pourront agir contre les perturbations qui se propagent :
 En mode différentiel
 En mode commun
 En assurant le filtrage en mode différentiel et en mode commun
Précautions d’emploi :
L’emploi de plus en plus fréquent de filtres dans les installations, dérive
des courants de fuite vers la terre. La norme CEI 950 impose que chaque
filtre ne dérive pas plus de 3.5 mA sous 50Hz. Ces courants de fuite
peuvent provoquer le déclenchement intempestif des DDR haute
sensibilité. Pour cette raison, il est recommandé de ne pas protéger plus
de trois prises de courant par DDR 30mA.
Il est à noter que de leurs côtés les DDR ont évolués pour faire face aux
perturbations :
 Insensibilité aux perturbations à front raide et aux courants
transitoires
 Capacité de laisser s’écouler à la terre, par le parafoudre, les
surtensions de foudre sans déclencher.
La seconde précaution à prendre lors de l’utilisation de filtres est de
s’assurer que ces derniers n’altèrent pas les caractéristiques du circuit par
leur consommation et ne provoquent pas de phénomènes de résonance.
Ainsi il ne faudra utiliser des filtres que lorsque les autres moyens pour
atténuer ou éviter les perturbations ne suffisent pas.
Choix d’un filtre :
Aujourd’hui la nécessité de rentrer dans la démarche CEM pousse les
constructeurs de matériel perturbateur et/ou de matériel sensible à
proposer les filtres adaptés :
 Aux perturbations générées par leur matériel
 A la sensibilité de leur matériel
Installation des filtres :
Les précautions à prendre lors de la mise en œuvre des filtres sont les
suivantes :
 Installation le plus près possible des entrées et des sorties de câbles
 Séparation des fils d’entrée et de sortie afin de ne pas repolluer le
ligne saine
 Fixer directement le filtre sur la masse équipotentielle.
Utilisation de ferrites :
Les tores en ferrite sont aujourd’hui très utilisés pour la protection du
matériel électronique.
En présentant une perméabilité magnétique importante aux hautes
fréquences, les ferrites absorbent par effet joule dans le matériau
magnétique les perturbations jusqu’à quelques dizaines de MHz.
Quelque soit le type de problème, perturbation ou sensibilité, le ferrite
doit être placée au plus près de l’appareil concerné.
Utilisation de transformateur d’isolement :
Un transformateur d’isolement standard empêche la transmission des
perturbations de mode commun de basse fréquence, mais il est inefficace
vis-à-vis des perturbations HF qui se propagent par effet capacitif.
L’utilisation de transformateur à écran permet de réduire la capacité
parasite, évitant ainsi le passage des perturbations en mode commun.
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