Moyens mis en œuvre pour améliorer la qualité de l`énergie

H-1-2-3 QUALITÉ DE L’ÉNERGIE
H-1-2-3 QUALITÉ DE L’ÉNERGIE ............................................................................... 1
I) Rappels utiles pour comprendre les phénomènes qualifiant qualité de l’énergie ................... 4
I.1) Le déphasage du fondamental du courant par rapport à la tension ou cos  ........................................................... 6
I.2) Taux de distorsion harmonique.......................................................................................................................................... 6
I.3) Taux Individuel de l’Harmonique de rang h..................................................................................................................... 6
I.4) Taux de distorsion harmonique THD ou TDH ................................................................................................................. 6
I.5) Taux Global de Distorsion harmonique ou facteur de distorsion total DF ............................................................. 7
I.6) Puissances en régime périodique: ...................................................................................................................................... 7
I.7) Puissances active: ................................................................................................................................................................. 7
I.8) Puissance apparente ............................................................................................................................................................. 7
I.9) Facteur de puissance ........................................................................................................................................................... 7
I.10) Puissance réactive .............................................................................................................................................................. 7
I.11) Puissance déformante......................................................................................................................................................... 7
I.12) Modélisation d’un câble, comportement fréquentiel ................................................................................................... 8
I.13) Effet de peau (ou effet pelliculaire) .............................................................................................................................. 8
I.14) Les décibels .......................................................................................................................................................................... 9
II) La Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) ......................................................... 4
II.1) Introduction sur la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) ................................................................................... 4
II.2) Gammes de fréquences des perturbations rencontrées: .......................................................................................... 5
II.3) Niveaux de compatibilité .................................................................................................................................................. 6
III) Mécanismes de transmission (ou couplage) des perturbations.................................. 10
III.1) Définition des perturbations en mode différentiel ou commun ........................................................................... 10
III.1.1) Mode différentiel (10 % des cas) ......................................................................................................................... 10
III.1.2) Mode commun (90 % des cas) ............................................................................................................................... 10
IV) Perturbations conduites transmises (ou couplées) par liaison directe ou impédance commune 11
IV.1) Nature des perturbations conduites .............................................................................................................................11
IV.2) Les couplages conduits par liaison directe ..................................................................................................................11
IV.3) Les couplages conduits par impédance commune .......................................................................................................11
IV.4) Couplage conduit capacitif ou diaphonie capacitive .................................................................................................. 12
IV.5) Couplage conduit inductif ou diaphonie inductive ..................................................................................................... 13
V) Perturbations rayonnées transmises par (ou couplées) par liaison directe ou impédance commune
Transmission (ou couplage) par rayonnement (ou champ) ............................................ 13
V.1) Mécanisme des Perturbations rayonnées ...................................................................................................................... 13
V.2) Couplage rayonné capacitif (champ lointain) ................................................................................................................ 15
V.3) Couplage rayonné inductif ................................................................................................................................................ 15
V.4) Effet d’antenne .................................................................................................................................................................. 13
V.5) Evolution du champ autour d’une structure rayonnante ............................................................................................ 13
V.6) Champ créé par une ligne haute tension ........................................................................................................................ 15
VI) Nature des sources de perturbations ............................................................ 17
VI.1) Natures des perturbations (harmoniques) .................................................................................................................. 17
VI.2) Origines des perturbations ............................................................................................................................................ 17
VI.2.1) Les signaux transmis sur le réseau ....................................................................................................................... 19
VI.2.2) Inductances à noyaux de fer ................................................................................................................................. 19
VI.2.3) Four à arc .................................................................................................................................................................. 20
VI.2.4) Systèmes électroniques ......................................................................................................................................... 20
VI.2.5) Les transitoires ........................................................................................................................................................ 22
VI.2.6) Les surtensions et chocs de foudre .................................................................................................................... 22
VI.2.7) Surtension sur les structures aériennes et les lignes électriques et téléphoniques ............................... 23
1
VI.2.8) Perturbations produites par induction ................................................................................................................ 23
VI.2.9) Les décharges électrostatiques ........................................................................................................................... 23
VII) Conséquences des perturbations ..................................... Error! Bookmark not defined.
VII.1) Les fluctuations et coupures de tension ................................................................................................................... 17
VII.1.1) Description ................................................................................................................................................................ 17
VII.1.2) Rôle de l’impédance de source .............................................................................................................................. 17
VII.1.3) Impédance de sources usuelles ............................................................................................................................ 17
VII.1.4) Influence de l’impédance de source .................................................................................................................... 18
VII.2) Les déséquilibres de phase .......................................................................................................................................... 18
VII.3) Les variations de fréquence ........................................................................................................................................ 19
VII.4) Elévation du potentiel du sol lié à un choc de foudre ............................................................................................ 19
Effets des perturbations ......................................................................................... 25
I) Perturbation d’un signal par impédance commune ................................................. 25
II) Perturbation d’un signal par couplage inductif ................................................... 25
III) Les effets instantanés des harmoniques ........................................................ 25
III.1.1) Défauts de fonctionnement .................................................................................................................................. 25
III.1.2) Vibrations, bruits ................................................................................................................................................... 26
III.2) Les effets à termes des harmoniques ...................................................................................................................... 26
III.2.1) Echauffement des câbles et des équipements ................................................................................................ 26
III.2.2) Echauffement dû aux pertes supplémentaires des machines et des transformateurs ......................... 26
III.2.3) Echauffement, vieillissement des condensateurs .......................................................................................... 26
Moyens mis en œuvre pour améliorer la qualité de l’énergie .................................................. 28
I) Solutions pour relèvement du facteur de puissance : ............................................. 28
II) Filtrage ............................................................................................. 28
II.1) Inductances de lissage ................................................................................................................................................... 28
II.2) Filtre passifs .................................................................................................................................................................... 29
II.3) Filtres actifs .................................................................................................................................................................... 30
II.4) Filtre double pont ............................................................................................................................................................ 32
II.5) Filtrage HF ou filtres RFI en modes différentiel commun et mixte ................................................................... 32
III) Inductance anti harmonique de protection des condensateurs de redressement de fp....... 35
IV) Confinement des harmoniques ..................................................................... 36
IV.1) Transformateur YZn ....................................................................................................................................................... 37
IV.2) Transformateur Dyn ...................................................................................................................................................... 37
IV.3) Réactance zig zag: .......................................................................................................................................................... 38
V) Transformateurs d’isolement : réduit les perturbation HF de mode commun ................... 48
VI) Prélèvement sinusoïdal ............................................................................. 32
VII) Mise en œuvre des techniques : préconisations de câblage ................................... 38
VII.1) Valise magique ................................................................................................................................................................ 38
VII.2) Equipotentialité des masses (SLT, continuité masse, maillage) ......................................................................... 38
VII.2.1) Continuité des masses ........................................................................................................................................... 38
a) Définitions ...................................................................................................................................................................... 38
b) Phénomènes mis en jeu ................................................................................................................................................ 38
c) Mise en œuvre ................................................................................................................................................................ 39
VII.3) Choix du Schéma de Liaison à la Terre .................................................................................................................... 39
VII.4) Câblage (type de câble, séparation, diminutions boucles) .................................................................................... 40
VII.4.1) Groupe et types de câbles préconisés ............................................................................................................... 40
VII.5) Réduction du couplage inductif .................................................................................................................................. 40
2
VII.6) Cheminement des câbles ............................................................................................................................................. 42
VII.7) Implantation des constituants ................................................................................................................................... 44
VII.8) Connectique .................................................................................................................................................................... 45
VII.8.1) Connexion des chemins de câbles ....................................................................................................................... 45
VII.8.2) Connexion blindages .............................................................................................................................................. 45
VII.8.3) Connexion des filtres ............................................................................................................................................ 47
VIII) Blindages ......................................................................................... 48
VIII.1) Réduction du couplage capacitif............................................................................................................................... 48
VIII.2) Blindage magnétique ................................................................................................................................................... 48
VIII.3) Blindage amagnétique ................................................................................................................................................. 49
IX) Suppression surtension transitoires .............................................................. 49
IX.1) Les parasurtenseurs ....................................................................................................................................................... 49
IX.2) Les éclateurs ................................................................................................................................................................... 50
IX.3) Les tubes à décharge de gaz ........................................................................................................................................ 50
IX.4) Les varistances et composants apparentés ............................................................................................................... 51
IX.5) Les diodes de protection................................................................................................................................................ 51
Les méthodes d’investigations .................................................................................... 52
I) Méthodes de mesure ................................................................................ 52
I.1) Mesures des perturbations conduites ........................................................................................................................... 52
I.2) Mesures des perturbations rayonnées ; Antennes [1-4, 1-5, 1-6, 1-7] .................................................................. 52
II) L'analyseur de spectre ou de réseau ............................................................. 53
LES NORMES ..................................................................................................... 53
I) Réglementation: ..................................................................................... 53
I.1) En HF..................................................................................................................................................................................... 53
I.2) En BF : Norme concernant la consommation des appareils : CEI 61000 ............................................................... 53
I.3) Qualité de l'électricité pour EDF .................................................................................................................................. 55
I.3.1) Energie réactive .......................................................................................................................................................... 55
I.3.2) Harmoniques ................................................................................................................................................................ 55
I.3.3) Contrat Emeraude : .................................................................................................................................................... 56
Liens ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3
I) La Compatibilité ElectroMagnétique (CEM)
I.1) Introduction sur la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM)
Selon le décret français concernant la CEM, il s'agit de la 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 des 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.
Ce domaine d’étude est couvert par de nombreux champs : électromagnétisme, propagation, électronique
rapide, systèmes électriques, métrologie.
4
I.2) Gammes de fréquences des perturbations rencontrées:
Redresseur BF
10
102
103
Découpage Commutations
104
105
106
150 kHz
BF conduites
HF conduites
107
108
f (Hz)
109
30 MHz
RF rayonnées
3 GHz
Rayonnements ionisants et rayonnements non ionisants
La longueur d’onde et la fréquence déterminent une autre caractéristique importante des champs
électromagnétiques, à savoir que les ondes électromagnétiques sont transportées par des « particules » (ou
« grains d’énergie ») appelées quanta. Les quanta associés aux ondes de haute fréquence (ou de courte longueur
d’onde) véhiculent davantage d’énergie que ceux qui sont associés aux ondes de basse fréquence (ou de grande
longueur d’onde). Pour certains rayonnements électromagnétiques, le quantum d’énergie est tellement élevé que
ces ondes sont capables de briser les liaisons intra et intermoléculaires. Parmi les rayonnements qui composent
le spectre électromagnétique, les rayons gamma émis par les substances radioactives, les rayons cosmiques et
les rayons X possèdent cette propriété et sont appelés « rayonnements ionisants ». Les rayonnements qui ne
sont pas suffisamment énergétiques pour rompre les liaisons intramoléculaires sont dits « non ionisants ». Les
champs électromagnétiques d’origine humaine qui résultent, pour une part importante, de l’activité industrielle
(électricité, hyperfréquences et radiofréquences) engendrent des rayonnements qui correspondent à la région
du spectre électromagnétique où la fréquence est relativement basse, c’est-à-dire du côté des grandes
longueurs d’onde et les quanta d’énergie qu’ils transportent sont incapables de provoquer la rupture des liaisons
chimiques.
5
I.3) Niveaux de compatibilité
II) Rappels utiles pour comprendre les phénomènes qualifiant qualité de l’énergie
II.1) Le déphasage du fondamental du courant par rapport à la tension ou cos 
Le déphasage entre la tension et le courant si ceux-ci sont sinusoïdaux est noté .
 sera pris positif pour les phénomènes inductifs.
Ce déphasage donne lieu à l’existence de puissances actives réactives et apparentes.
Comme seule la puissance active est nécessaire, il convient de lutter contre la puissance réactive afin de
réduire la puissance apparente.
II.2) Taux de distorsion harmonique
Si une tension sinusoïdale alimente un dipôle non linéaire le courant sera déformé et donc fourni en
harmoniques.
Son expression mathématique du courant est de cette forme


 

i
(
t
)2

I
s
i
n
(
t

)2

I
s
i
n
(
2
t

)

.
.
.

I
2
s
i
n
(
t

)

.
.
.
1
1
2
2
n
n
La puissance active est alors égale à :


P  ui  U 2 sin(t )  I1 2 sin(t  1 )  U 2 sin(t )  I 2 2 sin(2t   2 )  ...  I n 2 sin(t   n )  .. .


P  U 2 sin(t )  I1 2 sin(t  1 )  U 2 sin(t )  I 2 2 sin(2t   2 )  ...  I n 2 sin(t   n )  .. .
UI1 cos 1
0
P  UI1 cos 1
II.3) Taux Individuel de l’Harmonique de rang h
Sh 
Ih
I1
ou Ih représente la composante harmonique de rang h, I1 représente la composante fondamentale,
II.4) Taux de distorsion harmonique THD ou TDH
On quantifie la déformation d’un signal par rapport à une sinusoïde par le taux de distorsion harmonique :

Dans le cas d’un courant on notera
THD 
I
n2
I1
2
n

I 2  I12  I 02
I1
la puissance réactive mesurée par EDF est alors :

In2
QEDF  UI1 sin 1 donc on connaît aussi la puissance déformante D qui est d’ailleurs égale à DV
1 
n2
Et la puissance déformante est liée au Taux de distorsion harmonique : on peut en effet montrer que :
6
THD 
D
V1 I1
II.5) Taux Global de Distorsion harmonique ou facteur de distorsion total DF
De même on définit plus rarement le taux global de distorsion

 I n2
n2
TGD  DF 
I


I
n2
2
n
I2

I 2  I12  I 02
I2
II.6) Puissances en régime périodique:
En régime périodique, il existe encore plusieurs types de puissances. Les éléments réactifs créent des
déphasages entre les tensions et les courants (entre les composantes spectrales en fait, voir chapitre sur les
harmoniques) ce qui justifie encore les notions de puissances actives et réactives.
II.7) Puissances active:
Pour un récepteur quelconque, alimenté par une tension quelconque v(t) périodique de période T, et traversé
par un courant i(t), la puissance active ou moyenne s’écrit uniquement à partir de la formule :
T
1
P

p
v
(
t
)(
it
)
d
t(en W)
T
0
Donc la puissance moyenne est due à l’influence de la valeur moyenne et de chaque harmonique :

Pv
 i
V
I
c
o
s


n
n
n
n

1
Cette puissance est uniquement due aux éléments dits actifs (résistances et éléments mécaniques), c’est à
dire aux éléments qui consomment réellement de l’énergie.
II.8) Puissance apparente
Les grandeurs v(t) et i(t) étant périodiques, on les caractérise toujours par leurs valeurs efficaces V et I.
On définit alors encore la puissance apparente comme la grandeur nommée S :
S Veff Ieff (en VA)
II.9) Facteur de puissance
Il apparaît ainsi toujours une notion de facteur de puissance qui s'écrit :
k
P
S
II.10) Puissance réactive
La puissance n’étant définie qu'en régime sinusoïdal, il faut considérer la décomposition en sinusoïdes dites
"harmoniques" des grandeurs.

Q

V
in

nI
ns
n
n

1
Si l’une des grandeurs (tension ou intensité) est sinusoïdale alors la puissance réactive n’est due qu’à la
fréquence fondamentale (à la fréquence f) du courant ou de la tension: Q  VI1 sin 
II.11) Puissance déformante
On appelle D la puissance dite "déformante". Cette puissance est liée à la présence d’harmoniques dans le
courant ou la tension, c'est à dire au fait que l'un ou l'autre est non sinusoïdal.
Si les courants et les tensions sont sinusoïdaux, alors D=0.
2
2
2
2
Les diverses puissances sont liées par la relation
S  P Q  D
On peut donc donner une représentation à trois dimensions de la participation de la puissance déformante
dans la puissance apparente :
7
S
D

Q
1
P
Rappel : dans le cas d’une tension sinusoïdale :

I
D  V1 
n2
2
n
 V1  I 2  I12  V1  I1  THD
II.12) Modélisation d’un câble, comportement fréquentiel
Câble
Ame conductrice
Modélisation
Isolant
L
r
R
C
Masse
En BF l’effet résistif lié à la section est prépondérant
En HF l’inductance devient prépondérante et la réactance capacitive minime donnant lieu à une fuite du
courant.
NB : un câble rond quelque soit sa section présente une inductance de 1µH/m
II.13) Effet de peau (ou effet pelliculaire)
En courant alternatif, le courant ne circule qu'en périphérie de l'âme d'un conducteur (effet de peau).
8
e
e
66
f
50 Hz : e = 9,3 mm
400 Hz : e = 3,3 mm
1 Mhz : e = 66 µm
importance de la section
importance du périmètre
II.14) Les décibels
Le bel est un nombre sans dimension. Il permet d'exprimer des accroissements et des diminutions d'une grandeur à
l'aide d'une fonction dont la variable de sortie varie peu quand la variable d'entrée varie beaucoup. Cette fonction est la
fonction logarithme décimal, elle correspond à la sensibilité de l'oreille humaine.
Nous notons que tout accroissement de la puissance correspond à un nombre de bels positifs, toute diminution
correspond à un nombre de bels négatifs.
Le Bel s'étant avéré une unité trop grande, on lui a substitué un sous multiple le décibel : 1 bel = 10 décibels
Par
exemple

G  10log 

le
 us2
ps 
 R
  10log  2
pe 
 ue
 R
gain
en
puissance
est
tel
que

 us 

  20log  u 
 e


Cette définition est celle utilisée pour définir le coefficient de couplage entre une
P : puissance transmise 
Pt
source de perturbation et la victime t
 K dB  10log
Pr : puissance reçue 
Pr
9
III) Mécanismes de transmission (ou couplage) des perturbations
III.1) Définition des perturbations en mode différentiel ou commun
III.1.1) Mode différentiel (10 % des cas)
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.
Equipement
Ip
Ip
III.1.2) Mode commun (90 % des cas)
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.
Ip1
Equipement
Ip2
Ip1+Ip2
10
Le mode commun est dit "filaire" lorsque le courant de mode commun circule conjointement dans les lignes
d'alimentation (phases, neutre) et s'en retourne par le fil de terre. La perturbation de mode commun est alors
introduite entre les parties électriques d'un appareil et une liaison d'équipotentielle, telle le fil de terre
Le mode commun est dit "vrai" lorsqu'il circule conjointement par tous les fils d'un câble, y compris
éventuellement le fil de terre, et s'en retourne par une autre voie de mode commun : sol, bâti de machine, mises
à la terre des enceintes des appareils en des points distincts.
IV) Perturbations conduites transmises (ou couplées) par liaison directe ou impédance
commune
IV.1) Nature des perturbations conduites
Si la source et la victime sont voisines avec ou sans liaison galvanique, le couplage est dit proche et il peut
être de nature capacitive, inductive ou résistive. Les outils d'analyse font appel à des modèles de types réseau
électrique où les couplages sont représentés par des capacités, des mutuelles ou des résistances (dans le cas de
liaisons galvaniques directes). Les phénomènes perturbateurs sont dans ce cas les variations rapides de courant
 di
 dt
ou de tension 
et
dv 
 . Ce type de perturbations est appelé perturbations conduites et elles se
dt 
développent dans les câbles ou conducteurs de liaisons aux réseaux, sources d'énergie ou charges.
IV.2) Les couplages conduits par liaison directe
Les couplages par liaison directe permettent la propagation de la "source" à la "victime" par l'intermédiaire
d'un canal de transmission d'information ou d'énergie.
IV.3) Les couplages conduits par impédance commune
Ce mode de transmission des perturbations est bien plus difficile à identifier que celui présenté
précédemment. Les éléments "source" et "victime" ne sont pas liés entre eux pour des raisons fonctionnelles,
c'est à dire qu'ils n'échangent théoriquement pas d'information ou d'énergie. La connexion qui les lie est une
liaison indirecte, comme par exemple une connexion à un même réseau. On retrouve ce couplage dans les deux
modes, en mode commun et en mode différentiel. Les courants perturbateurs absorbés par la "source", c'est à
dire des courants dont la fréquence est telle que l'impédance réseau n'est plus négligeable vis à vis de
l'impédance d'entrée de la "victime", vont se partager entre le réseau et la "victime" dans des proportions
dépendant de leurs impédances respectives. Ces courants provoquent des chutes de tension sur le réseau.
11
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.
Les conducteurs de masse des cartes électroniques sont tous raccordés à la masse de l'installation puis
à la terre par des conducteurs d'impédance Z (la valeur de cette impédance dépend de la fréquence de la
perturbation). Une différence de potentiel apparaît alors entre les différentes masses ainsi qu'entre les
masses et la terre
Réseau
+
Impédance réseau
imd1 +imc/2
Couplage direct en
mode différentiel et
commun
imd1 -imc/2
imd3 +imc3/2
imd3 -imc3/2
Couplage par
impédance commune
en mode différentiel
et commun
imd2 -imc2/2
Source
Victime
imd2 +imc2/2
imc=imc1+imc2+imc3
imc1
U1
imc2
U2
ZPE1
Victime
imc3
ZPE2
U3
ZPE3
IV.4) Couplage conduit capacitif ou diaphonie capacitive
Une variation brutale de tension V1 entre un fil et un plan de masse ou entre deux conducteurs va générer un
champ électrique qui va induire un courant (i) sur le conducteur voisin par effet capacitif.
Il existe donc 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 50 Hz, elles ont une importance considérable en HF où elles
sont à l'origine de dysfonctionnements.
Coffret
métallique
E
e
dV
dE
Ir  C
 S
dt
dt
S

12
e
Ip
Cp
Ir
Câble
Circuit
imprimé
Cp
Ip
IV.5) Couplage conduit inductif ou diaphonie inductive
De même deux fils proches se comportent comme deux bobines d’un transformateur dont les courants
circulants dans l’un peuvent être induits dans l’autre. Le couplage dépend entre autre de la distance les
séparant.
V) Perturbations rayonnées transmises par (ou couplées) par liaison directe ou
impédance commune Transmission (ou couplage) par rayonnement (ou champ)
V.1) Mécanisme des Perturbations rayonnées
Si source et victime sont éloignées et sans liaison galvanique, la perturbation est transmise par une onde
électromagnétique, on parle de perturbations rayonnées ou propagées. Les phénomènes sont décrits avec les
outils théoriques et expérimentaux propres à ce domaine (équation de Maxwell et utilisation d'antennes de
mesure).
V.1.1) Effet d’antenne
Tout conducteur peut se comporter en antenne ou récepteur si sa longueur est un multiple ou au minimum au
quart de la longueur d’onde le parcourant. Donc sachant que
antenne quart d’onde fera
L

4


c
ainsi pour rayonner un signal de 27 Mhz une
f
c
3 108

 2,77 m
4  f 4  27 106
V.1.1) Evolution du champ autour d’une structure rayonnante
Tout champ électromagnétique est composé d’un champ électrique et d’un champ magnétique :
On définit l’impédance d’onde par le rapport Z 
13
E
H
Dipôle électrique
Source de tension :E>>H
Haute impédance : antenne
Z
1
r3
E
Source
E
1
r2
1
r
Z=377 
r
d
Boucle << 
1
r
H
H
Dipôle magnétique
Source de courant :H>>E
Faible impédance
1
r
Z
source
Champ proche

2
Champ lointain
On distingue trois zones autour d’une source d’émission ou d’une structure rayonnante :
La zone de champ très proche réactif (située à une fraction de la longueur d’onde de la source, généralement
entourant immédiatement la source ou la structure rayonnante) appelée zone d’évanescence ou de Rayleigh.
L’onde électromagnétique n’est pas formée dans cette région. Il n’y a pas de relation simple entre les deux
champs électrique et magnétique. Le seul cas de proximité en zone de champ très proche pour les personnes est
le téléphone portable où l’antenne se trouve à très faible distance de la tête ou du corps. C’est un cas où la
mesure du débit d’absorption spécifique est plus pertinente que la seule mesure du champ électromagnétique
extérieur.
La zone de transition, ou région de Fresnel, qui assure la transition entre la zone de Rayleigh et la zone
suivante, appelée zone de champ lointain. Dans cet espace, situé un peu plus loin autour de la structure
rayonnante, le phénomène de propagation commence à apparaître mais on dit que l’onde n’est pas encore formée.
Enfin, la zone de champ lointain, ou région de Fraunhofer, où les propriétés du champ électromagnétique sont
bien établies et où apparaissent les phénomènes classiques de propagation des ondes électromagnétiques. Cette
région se situe généralement à plusieurs longueurs d’onde du périmètre de la structure avec un champ
électromagnétique dont l’amplitude des vecteurs champ électrique et magnétique diminue lorsque la distance à
l’antenne augmente, et s’annule à l’infini.
14
r(m
V.1.2) Champ créé par une ligne haute tension
V.2) Couplage rayonné capacitif (champ lointain)
De même un champ électrique perturbateur peut générer un courant par exemple en mode commun.
(talkie-walkie, GSM radar…),
V.3) Couplage rayonné inductif
Une variation de courant dans un conducteur crée un champ 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".
Tout conducteur traversé par un courant électrique rayonne un champ magnétique H. Si un conducteur
électrique formant une boucle S est traversé par le champ magnétique H, toute variation de H va induire une
f.é.m. dans la boucle entraînant la circulation d'un courant de perturbation dans le circuit si cette boucle est
fermée
La perturbation est proportionnelle à la surface de boucle et à la variation
dH
. Elle devient importante pour
dt
des phénomènes transitoires rapides ainsi que lorsque la surface de boucle est importante.
15
16
VI) Nature des sources de perturbations
VI.1) Natures des perturbations
VI.1.1) Les harmoniques
Les harmoniques :
Sont des multiples du fondamental
Elles sont dues à l’existence de charges non linéaires
Les inter harmoniques :
Infra harmonique
Ce sont des composantes sinusoïdales d'une grandeur qui ne
Fondamental
sont pas des fréquences multiples entières de celle du
Inter harmoniques
fondamental.
Harmoniques
Elles sont dues à des variations périodiques et aléatoires de la
puissance absorbée par certaines machines (commande par train
d'ondes, ...).
Infra harmoniques
Ce sont des composantes qui sont à des fréquences
1
2
3
4
5
6
inférieures à celle du fondamental
Elles sont dues à des variations périodiques et aléatoires de la
puissance absorbée par certaines machines (commande par train
d'ondes, ...).
Remarque 1 : Les composantes continues du réseau
La présence de redresseurs peut engendrer une composante continue sur le réseau de distribution.
Ce sujet fait l'objet d'études et il est examiné par les comités de normalisation.
VI.1.2) Les phénomènes transitoires
Dus à des forts appels de courants lors de commutations, ou aux phénomènes météo
VI.1.1) Les fluctuations et coupures de tension
a) Description
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 de ces variations restent
faibles, la tension ne variant que dans la limite
des ±10%. Cependant sur certains récepteurs,
comme l'éclairage, cela peut provoquer du
flicker (papillotement).
Fluctuation de
tension ±10%
Flicker
b) Rôle de l’impédance de source
Le courant absorbé par un récepteur non linéaire va, pour chaque
harmonique de rang n du courant en ligne In, provoquer une chute de tension
u dans toutes les impédances situées en amont. Chaque impédance offre à
chaque rang d'harmonique une impédance Z n fonction de la fréquence f du
rang considéré.. En conséquence, ces chutes de tension dues aux courants
harmoniques déforment la tension sinusoïdale de la source provoquant une
perturbation des autres récepteurs alimentés par cette source.
c) Impédance de sources usuelles
17
Z
E
u
In
L
R
e
Transformateur et alternateur :
Onduleur : l’impédance de sortie est celle du filtre (plus important pour les onduleurs classiques que pour
l’onduleur MLI ayant une fréquence de découpage plus élevée)<
Z
1
C
L
L
Onduleur
C
Sortie
Onduleur classique
f
F0
Onduleur MLI
d) Influence de l’impédance de source
IMPEDANCE DE
COURANTS
DISTORSION
SOURCE
HARMONIQUES
EN TENSION
Faible
Favorise leur circulation
Faible
Elevée
Réduit leur circulation
Elevée
Si le taux d'harmoniques en courant dépend de la charge, on constate que le taux d'harmoniques en tension
dépend de l'impédance de source.
Les oscillogrammes suivants représentent la tension U et le courant I en amont du pont redresseur en
fonction de l'inductance de la source L.
C
h
a
r
g
e
L
U
L faible
L moyen
I
L faible
L moyen
L grand
L grand
VI.1.2) Les déséquilibres de phase
Si la puissance des charges monophasées est mal répartie, il y a un risque de déséquilibre de tension entre
les phases. Ces déséquilibres engendrent des composantes inverses de courant qui provoquent des couples de
freinage et des échauffements dans les moteurs à courant alternatif.
18
VI.1.3) Les variations de fréquence
Ce type de perturbation est extrêmement rare, il peut s'observer lorsque la puissance de court circuit est
faible dans le cas d'îlotage les jours EJP
VI.1.4) Elévation du potentiel du sol lié à un choc de foudre
VI.2) Origines des perturbations
VI.2.1) Les 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.
VI.2.2) Inductances à noyaux de fer
Une inductance à noyau de fer est génératrice d'harmoniques pour deux raisons :
 la non linéarité de l'induction B et du champ H (production d'harmoniques de rang pair).
 la présence d'un cycle d'hystérésis (production d'harmoniques de rang impair).
U
B
B
B
U
t
I
t
Eclairage
19
Tubes fluorescents
Lampes à vapeur HP
H
Redresseur monophasé à
diodes avec filtrage,
alimentation à découpage
Micro-informatique
Télévisions
Lampes à ballast
électronique
Le diagramme ci dessus montre l'influence du cycle d'hystérésis sur la forme du courant absorbé par une
inductance. Ce courant en retard d'un quart de période sur la tension n'est pas une fonction sinusoïdale, mais
une fonction périodique qui pourra être décomposée en série de Fourier.
En l'absence de saturation, la déformation du courant pourra être considérée comme négligeable.
Les principaux générateurs d'harmoniques possédant une inductance à noyau de fer sont :
 appareils domestiques tel que les téléviseurs, ...
 les systèmes d'éclairage possédant des ballasts magnétiques:
 les lampes à décharge .
 les tubes fluorescents (génération d'harmoniques de rang 3 avec un taux individuel d'harmonique H3
pouvant atteindre 30%).
 les appareils possédant un circuit magnétique saturé (transformateurs, ... ).
VI.2.3) Four à arc
Les fours à arc utilisés en sidérurgie peuvent être à courant
alternatif ou à courant continu.
L'arc est non linéaire, dissymétrique et instable. Il va
induire des spectres possédant des raies paires, impaires et
une composante continue à des fréquences quelconques
entraînant l'apparition d'un spectre continu.
I1 / In
Spectre
continu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
VI.2.4) Systèmes électroniques
Ce sont tous les dispositifs électroniques comportant une fonction redressement à l'entrée et ceux
prélevant sur le réseau une partie de la tension. Selon le type de fonction redressement, le spectre harmonique
peut varier en fonction de la présence ou non d'inductance de lissage et de la position de cette inductance. Les
principaux générateurs d'harmoniques de ce type sont :
 Onduleurs
 Hacheurs
 Variateurs de vitesse électronique pour moteurs à courant continu
 Les convertisseurs de fréquence pour moteurs asynchrones et synchrones
 Appareils domestiques tels que : téléviseur, lampes à décharge, tubes fluorescents à ballast
électronique.
 Alimentation à découpage informatique
 les ASI (alimentation sans interruption)
 les démarreurs électroniques
 les alimentations à découpage
 Ponts redresseurs
Les harmoniques présents sont tels que
Schéma
20
h   n  p   1 (avec n et p est le nombre de bras du redresseur)
Forme du courant
Harmoniques
Remarque
Rang
I
T/2
I
T
3,5,7,9,11,13…
t
I1
I1
I2
I3
T
T/6
5,7,11,13….
t
T/2
I
3,5,7,9,11,13…
T
I
t
T/2
I1
I1
I2
I3
T
T/6
5,7,11,13….
t
T/2
Ce type de charge
génère des courants
harmoniques de rangs
impairs sur une large
bande. Le redresseur
triphasé diffère du
redresseur monophasé
uniquement par
l'absence
d'harmoniques de rang
3 et multiples de 3
La présence
d'inductances de
filtrage côté alternatif
permet d'atténuer la
raideur des fronts de
montée de courant et
par conséquent de
réduire l'amplitude des
harmoniques de rang
élevé.
Le spectre
harmonique de ce type
de redressement
dépend de la valeur des
inductances.
I
t
I
3,5,7,9,11,13…
I1
5,7,11,13….
I1
I2
I3
21
t
Ce type de
redresseur est
relativement répandu
dans de nombreux
appareils industriels
(Variation de vitesse
des moteurs
asynchrones) et
domestiques car il est
très économique, mais
très pollueur pour le
réseau d'énergie.
VI.2.5) Les transitoires
Surtension transitoire due au déclenchement d’un
appareil BT
Encoches de commutation dues à un redresseur
triphasé3
Encoches de commutation dues à un gradateur
triphasé
Oscillation transitoire amortie due à
l’enclenchement d’une batterie de condensateurs
VI.2.6) Les surtensions et chocs de foudre
Ce sont des perturbations impulsionnelles de forte amplitude.
Leur origine peut être naturelle dans le cas du 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.
Effets de la foudre
Modes de propagation de la foudre
Protection contre les surtensions de la foudre
22
VI.2.7) Surtension sur les structures aériennes et les lignes électriques et téléphoniques
VI.2.8) Perturbations produites par induction
VI.2.9) Les décharges électrostatiques
Ces décharges sont caractérisées par un très faible temps de montée de l'impulsion (1 ns), le
caractère isolé de la décharge (une décharge  60 ns), une tension très élevée (2 à 15 kV) et un
très large spectre (jusqu'à 1 GHz)
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.
23
I
100%
10%
t
1ns
60ns
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. Ce 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.
24
Effets des perturbations
I) Perturbation d’un signal par impédance commune
II) Perturbation d’un signal par couplage inductif
III) Les effets instantanés des harmoniques
III.1.1) Défauts de fonctionnement
Sur les systèmes électroniques, les tensions harmoniques peuvent perturber les dispositifs de régulation.
Dérangement des commutations des thyristors lorsque les grandeurs harmoniques déplacent le passage à
zéro de la tension
Elles peuvent influencer les liaisons et les équipements “courants faibles” , par diaphonie inductive,
entraînant des pertes d’exploitation.
Les compteurs d’énergie à induction présentent des erreurs supplémentaires en présence d’harmoniques
(par exemple un compteur classe 2 donnera une erreur supplémentaire de 0,3 % avec un taux de 5 %
d’harmonique 5 sur le courant et la tension).
Les récepteurs de télécommande centralisée à fréquence musicale utilisée par les distributeurs d’énergie
peuvent être perturbés par des tensions harmoniques de fréquence voisine de celle utilisée par le système.
La circulation de courants harmoniques dans le neutre entraîne une chute de tension dans ce conducteur.
Dans le cas du SLT TN-C, les masses des différents équipements ne sont plus au même potentiel, ce qui peut
25
être dangereux et est de nature à perturber les échanges d'informations entre deux équipements
"intelligents".
III.1.2) Vibrations, bruits
Par les efforts électrodynamiques proportionnels aux courants instantanés en présence, les courants
harmoniques généreront des vibrations, des bruits acoustiques, surtout dans les appareils électromagnétiques
(transformateurs, inductances).
Des couples mécaniques pulsatoires dus aux champs tournants harmoniques, donneront des vibrations dans
les machines tournantes.
Les harmoniques de rang 3k+1 forment des systèmes triphasés directs (couple moteur pulsatoire)
Les harmoniques de rang 3k-1 forment des systèmes triphasés inverses (couple de freinage)
Les harmoniques de rang 3k forment des systèmes homopolaires (couple de freinage)
Ils peuvent entraîner une destruction du matériel.
III.2) Les effets à termes des harmoniques
III.2.1) Echauffement des câbles et des équipements
Les pertes des câbles traversés par des courants harmoniques sont majorées, entraînant une élévation de
température. Parmi les causes de pertes supplémentaires, on peut citer :
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, si le câble est soumis à une distorsion de
tension non négligeable. D’une façon générale, tous les équipements (tableaux électriques) soumis à des tensions
ou traversés par des courants harmoniques ont des pertes accentuées et devront faire l’objet de
déclassements éventuels.
Les harmoniques de rang multiples de 3 étant en phase, ils s’ajoutent algébriquement dans le neutre. Ce
courant peut atteindre jusqu’à
3  Iligne ; il y a donc surcharge importante sur le neutre
III.2.2) Echauffement dû aux pertes supplémentaires des machines et des transformateurs
Pertes supplémentaires dans les machines, dans leur stator (cuivre et fer) et principalement dans leurs
circuits rotoriques (cages, amortisseurs, circuits magnétiques) par suite des différences importantes de
vitesse, entre les champs tournants harmoniques et le rotor.
Pertes supplémentaires dans les transformateurs dues
à l’effet de peau (augmentation de la résistance du cuivre avec la fréquence),
à l’hystérésis
aux courants de Foucault (dans le circuit magnétique).
circulation de l’harmonique de rang 3 dans le triangle d’un transformateur -Y ce qui crée donc un
échauffement supplémentaire du transformateur et une distorsion de la tension primaire
Couple pulsatoire.
III.2.3) Echauffement, vieillissement des condensateurs
Les condensateurs branchés en parallèle (pour le relèvement du facteur de puissance par exemple) ont une
impédance (décroissant avec la fréquence) faible pour les harmoniques et sont donc parcourus par ceux-ci
provoquant ainsi des échauffements
Ce risque de résonance avec le circuit amont (inductance réseau), suite à la circulation de certains rangs
harmoniques peut entraîner une amplification du courant dans le condensateur provoquant sa surcharge et
pouvant conduire à son claquage.
26
Réseau amont
Transformateur
Scc amont
Ic
Scc transfo
Scc bt
Q
U
Q
Il
Ih
Ir
P
S
Ih
P
Electronique
Condensateur
de puissance
Eclairage, résistances, moteurs
Ce schéma peut être représenté sous forme d'un circuit parallèle (bouchon) avec une seule inductance
équivalente à toutes les inductances du circuit.
L'impédance de ce réseau vue du TGBT est la suivante : Z

1
2
1 
1 
    C 

L 
R 
2
A la fréquence de résonance f0 (0), l'impédance est : Z = R
A la résonance toute l'intensité I0, de rang n de résonance générée par le circuit perturbateur, passe dans la
résistance R. Ce qui signifie pratiquement que cette intensité est absorbée par les charges consommant de la
puissance active.
Il existe alors une tension harmonique U0 de rang n : U0=RI0
Les courants f0 dans les inductances et dans la batterie de condensateurs sont :
I L  IC 
k
U0
RI 0
 U 0C0 
 RI 0C0
L0
L0
et
si
l’on
pose
R
 RC0
L0
On constate que les inductances et la batterie de condensateurs sont parcourues par un courant du rang
résonnant qui est multiplié par le coefficient k. Chaque fois que ce coefficient sera supérieur à 1 (ce qui est
fréquent), la présence des condensateurs amplifient les courants harmoniques injectés par les pollueurs de
l'installation.
Ce risque sera augmenté si le réseau est peu chargé en récepteurs actifs. Dans ces conditions la résistance
équivalente R augmente entraînant une augmentation du coefficient k. Les courants harmoniques du rang de
résonance sont alors intenses dans le réseau, et présentent un risque certain pour les condensateurs.
D'une manière générale, en connaissant la puissance de court circuit Scc aux bornes d'une batterie de
condensateurs de puissance Q, le rang de résonance n0 sera : n0 
27
SCC
Q
Moyens mis en œuvre pour améliorer la qualité de l’énergie
I) Solutions pour relèvement du facteur de puissance :
Machines synchrones: utilisées comme compensateurs de puissance
réactive par simple action sur l’excitation, elles sont aujourd’hui délaissées, au
profit des condensateurs, pour des motifs de coûts d’investissement et
d’exploitation, malgré deux avantages notables par rapport aux condensateurs
: réglage continu de la puissance réactive et absence de résonance parallèle.
Batteries de condensateurs : outre leur faible coût et l’absence de
maintenance, elles présentent deux atouts : souplesse de répartition au droit
des différents jeux de barres et charges, et adjonction assez aisée de la
fonction filtrage. La compensation parallèle, où les condensateurs sont
connectés en dérivation comme habituellement pour les charges (on parle
également de condensateurs-shunts ) ; c’est le moyen le plus utilisé
aujourd’hui.
Rappel : Un condensateur placé en parallèle sur une installation inductive
remonte le facteur de puissance de celle-ci : QC = -CV2. Si l’on veut passer
d’une installation ayant un déphasage  à ’.
Le condensateur doit amener la puissance réactive
- QC = Q - Q’ = P tan  - P tan ’ = CV2
P(tan   tan  ')
Donc C 
en monophasé
V 2
S’

Batteries de compensation-filtrage : ces batteries, ou condensateursfiltres , assurent simultanément les fonctions de compensation et de filtrage.
La structure de loin la plus utilisée est constituée d’un certain nombre de
branches triphasées de dipôles LC en série groupés en parallèle, chaque
branche étant accordée au voisinage d’un harmonique caractéristique à filtrer.
L’adjonction de ces inductances augmente légèrement la puissance de
compensation qui résulterait des condensateurs seuls
Le problème majeur résulte de l’antirésonance , ou résonance parallèle
produite par l’ensemble de la batterie et du réseau amont, ce dernier étant le
plus souvent inductif ; à cette fréquence d’antirésonance, inférieure à la
fréquence d’accord de la batterie, il y a amplification au lieu de filtrage
Gradins : cette technique consiste à diviser les condensateurs en plusieurs
unités, triphasées, que l’on enclenche et déclenche en fonction de la demande
de compensation, soit par des contacteurs électromécaniques, soit par des
contacteurs statiques à thyristors
II) Filtrage
II.1) Inductances de lissage
Les inductances de lissage (en BF)
Faire barrage aux perturbations à l'aide d'une self montée en série avec le
circuit.
Z  L f  , si la fréquence f augmente, l'impédance Z augmente
Cette self se monte en série à l'entrée d'un récepteur pollueur.
28
Q QC
S
I1
I2
I3
Q’
’
Cette solution n'élimine aucun rang, mais limite tous les rangs d'harmoniques
présents. L'inductance de ligne augmentant, la distorsion en tension aux bornes
de la charge augmente également
E et LS représentent la source, Lf l’inductance de lissage
Les ferrites ou inductances de choc (en HF)
Les tores en ferrite sont aujourd'hui très utilisés pour la protection du
matériel électronique.
En présentant une perméabilité magnétique importante aux hautes
fréquences (autour de 100 MHz) , 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, la ferrite doit
être placée au plus près de l'appareil concerné.
L'anneau de ferrite permet souvent de rendre acceptable au niveau des tests
un appareil "un petit peu juste", mais à lui seul, il ne permet pas de faire des
miracles
Mode commun
Mode différentiel
Attention : Ce dispositif perd brutalement son efficacité si la ferrite vient à se saturer
II.2) Filtre passifs
II.2.1) Filtre bouchon ou shunt résonant (en BF)
Canaliser les perturbations avec un filtre bouchon (L en série avec C)
tel que la fréquence de résonance de ce filtre
fr 
1
2 LC
soit égale
au premier harmonique à éliminer.
On peut mettre d’autres filtres de ce type sur les harmoniques
suivants.
Pratiquement la lourdeur de cette solution et le risque de voir
apparaître des résonances avec les autres inductances du réseau sur
d'autres fréquences conduisent à limiter à deux ces types de filtres
Fréquences typiques d’accord • 250, 350, 550, 650 Hz (rangs
5,7,11,13).
Plus simplement un condensateur monté en parallèle : Z 
1
, si la
C
fréquence f augmente, l'impédance Z diminue.
Ce circuit permet d'obtenir une impédance Z variable en fonction de
la fréquence f.
Il possédera 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.
Les shunts résonants peuvent participer aussi à la compensation de
29
Sortie
Entrée
Perturbation
l'énergie réactive d'une installation.
Précautions :
S'assurer que la fréquence d'anti-résonance soit suffisamment
éloignée du rang harmonique à piéger pour ne pas amplifier la
déformation de la tension à cette fréquence.
Penser que l'existence d'harmoniques préexistants sur le réseau
peut entraîner un échauffement supplémentaire des condensateurs.
Z
f/f1
O
5
7
Réseau équipé de shunts
résonants sur les rangs 5 et 7
II.2.2) Filtre amorti (en BF)
Le montage d'un nombre élevé de shunts résonants en batterie
n'étant pas économique, la solution est de faire appel à un filtre large
bande.
Le filtre amorti d'ordre deux est constitué d'un shunt résonant
auquel est adjointe une résistance d'amortissement.
La fréquence de résonance d'un tel filtre est :
fr 
1  Rr
2 r R 2  1 LC


Le filtre amorti sera étudié pour que fr coïncide avec la première
raie caractéristique du spectre à filtrer (cette raie étant généralement
la plus importante). L'impédance d'un réseau, vue du jeu de barres,
comportant un filtre amorti d'ordre deux est la suivante.
Il existe d'autres filtres amortis dérivés du filtre d'ordre deux :
filtre amorti d'ordre 3, filtre double amorti, filtre amorti type C
L1
L2
L3
L, r
R
L, r
C
C
R
L, r
R
C
Z
nant
t réso
Shun
re 2
Filtre amorti d'ord
f/f1
O
Fr
II.2.3) Filtrage HF ou filtres RFI en modes différentiel commun et mixte
Les filtres de haute fréquence (100KHz à 30MHz) sont ceux que l'on trouve maintenant systématiquement
à l'arrivée secteur des appareils pour l'amélioration des équipements en matière de CEM.
Ils sont du type passe-bas. Leur fonctionnement repose sur le principe du pont diviseur, par l'utilisation
conjointe d'une impédance relativement élevée et croissante avec la fréquence : l'inductance, et si nécessaire,
une inductance relativement faible et décroissante avec la fréquence : le condensateur.
Précautions d'emploi
L'emploi de plus en plus fréquent de filtres dans les installations, dérive des courants de fuite à la terre. La
norme CEI 950 impose que chaque filtre ne dérive pas plus de 3,5 mA sous 50 Hz. 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 un DDR 30 mA. 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.
30
Afin de se prémunir des perturbations générées par le matériel et de réduire la sensibilité du matériel aux
perturbations, les configurations typiques des filtres sont les suivantes
Sur ces filtres le transformateur est là pour éliminer le mode commun ou le mode différentiel
Dans le cas du filtrage en mode différentiel, le courant de mode commun réparti dans les fils d'alimentation
génère des ampères-tours qui s'annulent dans le noyau magnétique, tandis que dans le cas du filtrage en mode
commun, ce sont les ampères-tours du brin "aller" et du brin "retour" qui s'annulent. Les deux modes de filtrage
sont donc exclusifs. On peut cependant utiliser les deux dispositifs au sein d'un même appareil
Perturbations
filtrage en mode différentiel et en
mode commun
31
Entrée
Perturbations
Sortie
II.3) Filtres actifs
II.3.1) Filtre double pont
Le principe consiste à utiliser un transformateur à deux
secondaires délivrant des tensions décalées de 30° entre
elles, chacun de ces secondaires alimentant un redresseur
en pont de Graëtz. On obtient ainsi un redressement dit
dodécaphasé (le pont ayant douze bras).
Les redresseurs doivent fournir des courants continus
identiques afin que les courants alternatifs qu'ils prélèvent
sur le secondaire des transformateurs aient les mêmes
valeurs.
Dans ces conditions, il y a une recombinaison des
courants harmoniques générés par chacun des redresseurs
au primaire des transformateurs.
Le déphasage choisi permet d'éliminer les harmoniques
de rang 6k ± 1 et seuls les harmoniques de rang 12 k ± 1 (k
entier naturel) subsistent.
On élimine ainsi les harmoniques H5, H7, H17 et H19.
Les harmoniques restant sont H11, H13, H23 et H25.
Le courant obtenu a une forme plus proche d'une
sinusoïde que celle obtenue avec un seul redresseur
avantages
 performances acceptables, mais inférieures à celles des filtres passifs : THDI = 10 %.
 isolation galvanique complète.
inconvénients
 à prévoir à l'origine de l'étude.
 complexe (équilibrage des tensions, des Icc, des courants des redresseurs).
 coûteux (double redresseur, transformateur à double secondaire ou autotransformateur).
 mal adapté à l'évolutivité de la charge. Son efficacité diminue quand le taux de charge diminue (le THDI
passe de 10 % à pleine charge à 15% à mi-charge).
II.3.2) Prélèvement sinusoïdal
Ce 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.
Si le courant absorbé par un récepteur a l'allure
suivante :
=
+
Le courant généré par le filtre actif sera :
La structure d'un filtre actif se décompose en deux
sous ensembles :
la puissance comprenant :
le filtre d'entrée
l'onduleur réversible
32
l'élément de stockage
la commande.
Selon la nature de l'élément de stockage, le
compensateur actif sera :
Ce type de filtre peut être installé :
directement aux bornes du récepteur pollueur pour
assurer une dépollution locale
au niveau du TGBT pour assurer une dépollution
globale.
Les principales caractéristiques des compensateurs
actifs à prendre en compte sont :
une bande passante suffisante (h23),.
un temps de réponse tel que la compensation soit
effective tant en régime établi, qu'en régime transitoire.
une puissance permettant d'atteindre les objectifs de
dépollution fixés..
Filtre d'entrée
Onduleur réversible
Elément
de
stockage
Réseau
à stockage capacitif
Onduleur réversible
Elément
de
stockage
Filtre d'entrée
Réseau
à stockage inductif
Le prélèvement sinusoïdal est une technique qui permet aux convertisseurs statiques d'absorber un courant
très proche d'une sinusoïde. Il existe une certaine identité technologique entre le compensateur actif et le
prélèvement sinusoïdal. En effet :
 si la consigne de commande impose de générer des courants harmoniques pour compenser les effets
d'une charge perturbatrice, il s'agit d'un compensateur actif.
 si au contraire la stratégie de commande impose la circulation d'un courant réduit à son seul
fondamental, il s'agit de prélèvement sinusoïdal.
Ainsi avec une même topologie de puissance, il est possible de satisfaire les deux besoins que sont la
dépollution et la non pollution, seule la stratégie de commande diffère.
Compensateur actif
Convertisseur
CHARGE
CHARGE
Convertisseur
Elaboration
commande
33
Elaboration
commande
Prélèvement sinusoïdal
Les convertisseurs propres utilisent la technique MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) également
appelée PWM (Power Width Modulation).
I
T
u
Asservissement
Il est possible de forcer l'évolution temporelle du courant, selon l'état du transistor :
 .Si le transistor T est conducteur, le courant dans l'inductance, donc le courant en ligne, augmente.
 Lorsque le transistor est bloqué, ce courant diminue.
I
référence I
u
La forme temporelle du courant absorbé par un convertisseur propre à l'allure suivante :
Actuellement, la fréquence de découpage d'un tel convertisseur est de 20 kHz. Les harmoniques du
courant absorbé sont très atténués de par la forme de l'onde de courant proche d'une sinusoïde. Seuls
subsistent les harmoniques liés à la fréquence de hachage, donc de fréquences très élevées (> 20 kHz), donc
d'amplitudes faibles et de traitement facile et peu onéreux.
Aujourd'hui les convertisseurs triphasés propres sont rares sur le marché, car le surcoût est important.
L'évolution de la normalisation peut imposer ce type de convertisseur.
34
III) Inductance anti harmonique de protection des condensateurs de redressement
de fp
Protection des condensateurs de compensation d’énergie réactive (suite au phénomène de résonance).
- Surdimensionnement des condensateurs ( 1,3 fois le courant nominal ou 1,1 fois la tension nominale) pour
supporter les harmoniques ((normes CEI 871-831 et NFC 54-104)
- Installation d’inductances anti-harmoniques (LAH) pour réaliser l’accord du circuit LAH à une fréquence
pauvre en harmonique pour supprimer les risques de forts courants harmoniques dans les condensateurs en
montant en série avec le condensateur une inductance dite anti-harmonique (LAH).
Selfs antiharmonique
Batterie de condensateurs
(Relèvement facteur
de déphasage)
Le schéma équivalent montre que ce circuit présente (avec LCC : impédance de court circuit
du réseau)
z
une résonance parallèle appelée anti-résonance pour la fréquence :
f ar 
z
1
2  L  LCC  C
une résonance série dans la branche LC, pour la fréquence
fr 
1
2 LC
L
Lcc
R
Ih
C
Le choix de la fréquence d'accord se situera en dessous du premier rang significatif
d'harmonique présent dans le circuit. Cette solution permet de placer la résonance en dehors du
domaine de spectre des courants harmoniques. Les fréquences typiques d'accord sont :
35
Z
R
1er rang significatif
O
Far
f
Fr
 f = 10% mini
Domaine du spectre des harmoniques
Fréquences typiques d’accord :
• 135 Hz rang 2,7 si 1er rang significatif est 3
• 215 Hz rang 3,8 (BT) si 1er rang significatif est 5 en BT
• 225 Hz rang 4,5 si 1er rang significatif est 5 en MT.
Le choix de far dépend de l'impédance de court circuit du réseau (Lcc) et du circuit LC, alors
que celui de fr ne dépend que de L et de C. La courbe qui suit représente la variation de
l'impédance en fonction de la fréquence, vue du jeu de barres.
Il conviendra de s'assurer que cette résonance ne soit pas placée sur une fréquence de
télécommande du distributeur (175 Hz et 188 Hz).
univ-lemans antirésonance
IV) Confinement des harmoniques
Il s'agit de limiter la circulation des courants harmoniques à une partie aussi petite que possible de
l'installation.
Si le montage est un montage équilibré, les harmoniques de rang 3k sont en phase. En l'absence de neutre,
ces courants ne peuvent circuler.
e-h3
e-h3
e-h3
Si on raccorde le neutre à un tel montage, les harmoniques de rang 3k peuvent circuler dans chacune des
phases, et s'additionnent dans le neutre.
Ih3
e-h3
Ih3
e-h3
Ih3
e-h3
3Ih3
La présence dans le neutre de ces courants harmoniques de rang 3k oblige à surdimensionner ce conducteur.
Dans certains cas (éclairage fluorescent, alimentations électroniques,...) ces courants peuvent être supérieurs
au fondamental.
Pour éviter la circulation de ces courants de rang 3k sur l'ensemble du réseau, il faut effectuer un
découplage par transformateur.
36
IV.1) Transformateur YZn
L'utilisation d'un transformateur dont le primaire est couplé en étoile et le secondaire en zigzag permet
d'éliminer au primaire les courants de pulsation 3k.
is3
ip1
ip2
is1
ip3
is2
is1
is2
is3
Le courant qui circule dans le premier enroulement primaire vaut :
iP1 
N2
 iS1  iS 3 
N1
Avec pour les courants de pulsation 3k
iS13k  I S13k sin 3kt 
4 

iS 33 k  I S 33 k sin 3k  t 

3 

12k 

 I S 33 k sin  3kt 

3 

 I S 33 k sin  3kt  4k 
 I S 33 k sin 3kt
Le courant au primaire vaut donc :
iP13 k 


N2
iS 13 k  iS 33 k  0
N1
IV.2) Transformateur Dyn
Les harmoniques de rang 3k étant en phase, ils ne peuvent circuler sur
le réseau en amont du transformateur.
Il est également possible d'éliminer en ligne certains rangs
d'harmoniques en les déphasant. Le calcul montre que ce sont les rangs
6k1 avec k impair qui peuvent être éliminés, c'est à dire essentiellement
les rang 5 et 7 qui sont les plus importants en amplitude. Pour cela, il faut :
que les récepteurs pollueurs aient la même puissance et utilisent la
même technologie
utiliser :
soit un transformateur Dyn11
soit un transformateur avec deux secondaires déphasés de 30°.
Exemple : utilisation d'un transformateur Dyn11
37
ih3k-1
ih3k-2
ih3k-3
3ih3k
Ih5=0, Ih7=0
-Ih5, -Ih7 Ih5, Ih7
2Ih5, 2Ih7
Dyn11
Ih5, Ih7
Ih5, Ih7
Ih5, Ih7
IV.3) Réactance zig zag:
V) Mise en œuvre des techniques : préconisations de câblage
V.1) Valise magique
V.2) Equipotentialité des masses (SLT, continuité masse, maillage)
V.2.1) Continuité des masses
a) Définitions
Terre : référence de potentiel 0V, constitué par le sol de la planète.
Prise de terre : conducteur en contact direct avec la terre.
Résistance de prise de terre : résistance entre le ou les conducteurs constituant la prise de terre et la
terre profonde.
Réseau 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.
Masse électrique : partie conductrice d'un matériel électrique qui peut être accidentellement mise sous
tension lors d'un défaut d'isolement.
Masse fonctionnelle : partie conductrice dont le rôle est de maintenir une référence de potentiel de 0V. Un
matériel de classe II n'a pas de masse électrique, mais peut avoir une masse fonctionnelle.
Masse d'accompagnement : masse qui ne fait pas partie du matériel considéré (plancher maillé, chemin de
câbles, ...).
Réseau des masses fonctionnelles : ensemble des 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.
b) Phénomènes mis en jeu
38
On montre qu'à l'intérieur d'un milieu conducteur, le champ électrique est nul  plus généralement, on
appelle cage de Faraday une enceinte conductrice close, à l'intérieur de laquelle le champ électrique est nul.
On se rapproche de ce cas idéal en maillant les masses métalliques en volume par un câblage le plus serré
possible. A défaut, on forme un plan de masse à l'aide d'une plaque ou d'une grille métallique : plus les
conducteurs se situent près de ce plan, meilleure est la protection. On multiplie les connexions entre
conducteurs, et on relie ce circuit à à une prise de terre unique :
c) Mise en œuvre
Avant toute implantation, il faudra réaliser un plan de masse de référence. Ce plan de masse qui servira
de support de fixation aux différents éléments sera réalisé en cuivre ou en acier galvanisé. Pour assurer la
conformité aux règles de la CEM, il convient d'éviter les grilles de câblage (système "Téléquik").
Cette tôle sera raccordée en plusieurs points au bâti de l'enveloppe métallique. Les fils et câbles
cheminant hors des goulottes seront plaqués contre ce plan de masse.
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 du site en minimisant l'impédance entre les masses, il faudra donc
multiplier les connexions 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.
V.3) Choix du Schéma de Liaison à la Terre
Si les différents SLT sont équivalents d'un point de vue protection des personnes, le SLT qui
conviendra le mieux d'un point de vue CEM est celui qui générera le moins de perturbations :
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.
39
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.
V.4) Câblage (type de câble, séparation, diminutions boucles)
V.4.1) Groupe et types de câbles préconisés
GROUPE 1
Très sensible
Capteur
Liaison
analogique
GROUPE 2
Interface
Liaison
numérique
Sensible.
Perturbe le groupe 1
GROUPE 2
Liaison de
relayage
Peu sensible et peu
perturbateur.
Perturbe les groupes 1 et 2
GROUPE 4
E/S
TOR
Systéme
Liaison de puissance
Perturbateur.
Perturbe les groupes 1, 2 et 3.
Group
Unifilaire
Paires
torsadées
e
Paires
torsadées
blindées
Blindés
(écran,
tresse
ou
feuillard)
Blindés
mixtes
(tresse ou
feuillard +
écran ferrite)
1
2
3
4
Déconseil
lé
Conseillé
Coût
raisonnable
Peu
conseillé
Coût élevé
V.5) Réduction du couplage inductif
Réduction des boucles : les conducteurs, surtout s'ils constituent des boucles de surface importante,
génèrent du "champ H" ce qui se traduit par un flux magnétique capable d'engendrer des forces
électromotrices induites dans les conducteurs environnants.
40
Pour se protéger du phénomène, on cherche d'abord à réduire autant que possible les surfaces de toutes les
boucles, les boucles émettrices comme les boucles réceptrices.
Paires torsadées : on tente parfois de s'opposer à un champ H en lui présentant une "spire en court-circuit" .
Mais son influence est toute relative, elle apporte certes une atténuation, mais ne supprime pas le problème. On
peut aussi réduire le couplage par compensation, en présentant au champ une boucle d'une surface donnée suivie
d'une boucle de même surface, mais orientée en sens contraire. On donne ainsi au câblage une structure
"torsade" L'application la plus typique est le câblage en paires torsadées utilisé en téléphonie (figure 8).
On peut enfin et surtout réduire considérablement le couplage inductif en enfermant la partie sensible ou la
partie perturbatrice dans une enveloppe métallique, c'est le blindage que nous étudierons plus en détail dans la
partie consacrée à ce sujet.
H
iinduit
croissant
iinduit
Les courants induits dans chaque portions de spires
ont des contributions opposées et donc s’annulent
41
V.6) Cheminement des câbles
Les cheminements des câbles et filerie devront se faire le long des parois métalliques, en
prenant soin de séparer courants forts et courants faibles.
BON
MAUVAIS
Dans le cadre d'une installation neuve, il est préférable d'utiliser des chemins de câbles
cloisonnés, ou mieux des chemins de câbles séparés. De même cette ségrégation s’applique aussi
aux câbles.
Passable
Bon
Idéal
Lorsque des fils de circuits analogiques et numériques doivent être raccordés à un même
connecteur, il faut regrouper chaque catégorie d'un côté et de l'autre et séparer ces dernières par
les fils de masse. Les deux fils d'une même paire devront être côte à côte.
Numérique
Fils de masse
Analogique
Les fils laissés en réserve dans un câble et non reliés à un potentiel de référence peuvent
capter et émettre des perturbations. Il est donc conseillé de les relier à la masse afin de fixer leur
potentiel.
42
Equipement
Equipement
Fils éloignés des
tôles ou non référencés
à la masse
Tôle équipotentielle
Tôle équipotentielle
OUI
NON
Les longueurs de câble en réserve devront être repliées "en lacet".
Câble
Equipement
NON
Equipement
OUI
Lorsque des câbles perturbateurs et des câbles sensibles sont installés dans un même
cheminement métallique, il est déconseillé de couvrir la goulotte avec un couvercle métallique
NI
afin d'éviter la diaphonie entre circuits voisins. Le champ H étant égal à
, s'il y a absence de
couvercle, les lignes de champ
sont plus longues réduisant ainsi la valeur de H.
Si la pollution est extérieure au cheminement des câbles, l'utilisation d'un couvercle
métallique permet au contraire d'atténuer les risques de perturbation.
Les conducteurs et câbles incompatibles doivent se croiser à angle droit.
Lorsque les câbles ne sont pas disposés sur des chemins de câbles métalliques, il est impératif
que la distance de séparation entre les câbles sensibles et les câbles perturbateurs soit supérieure à
une distance minimum critique dépendant du groupe des câbles. La distance de séparation des
câbles doit être d'autant plus grande que la longueur de cheminement sera importante.
43
>10-20 cm
Groupe 4
>10-20 cm
Groupe 3
Groupe 2
Groupe 1
>5cm
>50cm
>50cm
>1m
Le fil aller et le fil retour doivent toujours cheminer ensemble afin d'éviter les surfaces de
boucle qui sont susceptibles de capter des perturbations H.F..
3
3
2
Carte
entrées
API
Carte
entrées
API
1
0
-
Alimentation
2
1
0
-
-
Alimentation
+
+
NON
OUI
Il faut assurer la continuité du plan de masse entre les équipements avec une liaison
équipotentielle. Cette dernière devra accompagner les câbles de liaisons afin de réduire les
surfaces de boucle.
Câble
Equipement
A
SURFACE
DE
BOUCLE
Câble
Liaison
Equipement
B
Equipement équipotentielle
A
Equipement
B
Equipement
Equipement
A
B
Câble
Liaison
équipotentielle
MAUVAIS
BIEN
TRES BIEN
V.7) Implantation des constituants
Il est impératif de regrouper les constituants selon leur niveau de sensibilité ou de
perturbation. Pour observer un respect strict des règles CEM, il faut affecter une armoire
par classe de constituant ou cloisonner par des tôles de séparation raccordées en plusieurs
points à la masse les différentes zones d'une même armoire.
44
V.8) Connectique
V.8.1) Connexion des chemins de câbles
Les raccordements des chemins de câbles entre eux doivent être particulièrement soigné. Ce
raccordement se fera par soudage, vissage, tresse ou plat de tôle de façon à. assurer un contact
"métal sur métal"
V.8.2) Connexion blindages
Le blindage des câbles doit être raccordé
soigneusement à la masse, sinon il agirait lui
même comme une source de perturbation en
captant et en émettant des signaux parasites
La solution classique consiste à relier le
blindage du câble à l'enveloppe métallique à
l'aide d'un serre câble. Cette solution
économique est acceptable si la longueur entre
l'entrée et le serre câble est très courte (quelques
centimètres)
A PROSCRIRE
Blindage
Câble
Serre câble
Enveloppe
métallique
Presse-étoupe
Cône de mise
à la masse
La solution la plus efficace est l'utilisation
d'un presse étoupe CEM qui assure à la fois
l'étanchéité et la continuité électrique entre le
blindage et la masse de l'enveloppe.
Blindage
INTERIEUR
EXTERIEUR
Câble
45
Presse-étoupe
Enveloppe
métallique
Perturbation BF
z Blindage raccordé d'un seul côté :
x Evite la circulation d'un courant de défaut BF dans
le blindage
x Inefficace vis à vis des perturbations HF
x Peut faire antenne et résonner. Dans ce cas une
différence de potentiel peut apparaître à l'extrémité du
blindage non relié à la masse. Le blindage doit donc être
protégé contre les contacts directs.
Ip
PE
z Le courant de défaut Ip ne peut circuler
dans le blindage.
Perturbation HF
Ip1
Cp
Ip
PE
Zpe
Ip2
z
Une perturbation HF peut
circuler dans le blindage à travers les
capacités parasites Cp.
z Blindage raccordé des deux côtés :
x Laisse un courant BF circuler dans le blindage en
cas de défaut d'isolement.
x Très efficace contre les perturbations extérieures
HF
x Pas de différence de potentiel possible entre masse
et blindage
Vis à vis de la CEM,
l'équipotentialité BF et HF
des équipements étant une
des règles principales. Un
blindage gagne donc à
être raccordé à la masse
des deux côtés.
Si la longueur d'un
câble blindé devient trop
importante, le blindage
perd de son efficacité. Il
est
recommandé
de
multiplier
les
raccordements
intermédiaires à la masse
tous les 10 à 15 mètres.
Pour
éviter
la
circulation des courants de
défaut dans le blindage et
assurer
la
protection
contre les perturbations
HF, il est possible
d'utiliser du câble triaxial
46
Perturb
PE
Le courant
de défaut Ip
circule dans le
blindage.
Perturb
PE
Une
perturbation
HF
circule
dans
le
blindage.
possédant deux blindages :
x le blindage externe faisant barrière aux
perturbations HF sera raccordé à la masse aux deux
extrémités.
x le blindage interne n'étant raccordé à la masse que
d'un seul côté.
z
V.8.3) Connexion des filtres
z Installation le plus près possible des entrées et des sorties de
câbles
Filtre non monté directement
sur une tôle équipotentielle
z Séparation des fils d'entrée et de sortie afin de ne pas repolluer
la ligne saine.
Fixer directement le filtre sur la masse équipotentielle.
Les câbles non blindés étant susceptibles de capter des
perturbations, l'implantation d'un filtre antiparasite, selon la
représentation suivante, apparaît comme étant la seule
solution à mettre en œuvre.
FILTRE
Entrée
Tôle équipotentielle
Sortie
z
FILTRE
Entrée
Filtre mal relié
à la masse
Sortie
z Les précautions à prendre lors de la mise en œuvre des filtres
sont les suivantes :
Conducteurs
filtrés
Filtre
Conducteurs
non filtrés
Enveloppe
métallique
INTERIEUR
EXTERIEUR
Câble
47
Presse-étoupe
VI) Blindages
VI.1) Réduction du couplage capacitif
La capacité entre deux conducteurs peut être fortement réduite par la présence d'un écran électrostatique
que l'on réalise plus ou moins bien en plaçant entre eux un conducteur réuni à la masse, mais que l’on réalise
(presque) parfaitement au moyen d’une tresse de blindage entourant le conducteur à protéger. La première
solution est souvent retenue lorsque l’on transmet des signaux multiples au moyen d’un câble plat. La seconde
solution est utilisée pour la transmission de signaux par câble blindé ou ligne coaxiale.
Le blindage ferrite est constitué d'un élastomère chargé de poudre de ferrite. Ce type de câble possède
généralement deux écrans :
un écran ferrite extérieur efficace sur les perturbations HF.
un écran classique interne chargé d'arrêter les perturbations BF.
VI.1) Transformateurs d’isolement : réduit les perturbations HF de mode commun
Un transformateur 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.
Les parasites HF sont conduits vers la masse
Ip
Ip
Ip
Ip
Ip
L'utilisation d'un transformateur à triple écran permettra
d'éviter ou d'atténuer la transmission des perturbations HF en
mode différentiel.
Ip
Ip
Ip
Ip
Ip
Ip
Ip
Ip
Ip
VI.2) Blindage magnétique
Le blindage magnétique est constitué d’un matériau capable d’offrir un chemin de
réluctance relativement faible aux “lignes de force” issus d'une source de champ
magnétique (champ H), et d’en préserver les zones à protéger. Cette technique peut
par exemple protéger le tube d’un oscilloscope de l’influence d’un transformateur
d’alimentation. En basse fréquence, la protection requiert parfois un matériau noble
et coûteux comme le mumétal.
48
Ip
Ip
Ip
Ip
Ip
Ip
2Ip
VI.3) Blindage amagnétique
Le coffret ou l'armoire doivent constituer un premier écran contre les perturbations électromagnétiques
reçues de l'extérieur ou émises de l'intérieur. Pour cela ils doivent être métalliques ou recouverts de peintures
métallisées. Les portes et parties amovibles doivent être reliées électriquement à l'ossature par l'intermédiaire
de tresses, des joints conducteurs doivent être utilisés.
S'il est nécessaire de ventiler l'intérieur de l'enveloppe, la plus grande dimension d'une ouverture laisse
passer les ondes électromagnétiques, les perçages qui seront réalisés seront de petites dimensions.
Le blindage amagnétique est constitué d’un matériau bon conducteur, cuivre ou aluminium. Il agit de plusieurs
manières :
Vis à vis des champs électriques (champs E) à la manière d'une cage de Faraday. Il se comporte comme un
écran électrostatique et évite le couplage capacitif entre les conducteurs situés de part et d'autre.
Vis à vis des champs magnétiques (champs H), selon le principe représenté cicontre. Les “lignes de force” d'un champ H variable indésirable qui tentent de le
franchir provoquent dans le blindage, un courant induit dont le champ s’oppose à celui
qui lui a donné naissance. On peut voir sur la figure que le courant résultant a
tendance à circuler à la périphérie des zones exposées au champ. On blinde de cette
manière des transformateurs de moyenne fréquence (quelques centaines de KHz),ou
de haute fréquence (des MHz). Lorsqu'on l'utilise à l'encontre de champs en basse
fréquence (50Hz par exemple), il est peu efficace vis à vis du fondamental mais le
devient vis à vis des harmoniques de rangs élevés. Le blindage n'est pas
nécessairement épais, sauf si l'on recherche une certaine efficacité à des fréquences
de quelques KHz.
Vis à vis des ondes électromagnétiques. Les champs E et H ne sont considérés en tant que tels qu'à proximité
immédiate des composants. On parle alors de champs proches. Au delà de cette distance de l'ordre de
lambda/2π, on considère la perturbation rayonnée comme une onde électromagnétique. Selon les matériaux
utilisés, l'influence relative du coefficient de réflexion et du coefficient d'absorption pourront être très
différents. Les blindages sont très souvent en métal, mais vis à vis des hautes fréquences, on peut aussi faire
usage de peintures spéciales ou de revêtements absorbants, voir de composés multicouches.
VII) Suppression surtension transitoires
VII.1) Les parasurtenseurs
Ces dispositifs visent à réduire :
 les surtensions de coupure.
 les résidus HF.
49
Schémas
Oscillogrammes
Commentaires
Sans parasurtenseur, il y a apparition d'une
surtension aux bornes d'une bobine coupée par
un contact sec.
Utilisation sur les appareils alimentés en CA.
Peu utilisé en CC (volume et coût).
Ecrête la HF et atténue les fronts raides
R
Varistance
Idem circuit RC, mais permet d'écouler une
énergie plus importante.
Diode d'écrêtage
bidirectionnelle
Utilisation sur les appareils alimentés en CA
ou en CC
Diode de
"roue libre"
C
Utilisation uniquement sur les appareils
alimentés en CC
VII.2) Les éclateurs
Ils concernent les réseaux de distribution d'électricité. En cas de surtension, un amorçage se fait dans l'air
entre des pointes dont l'écartement détermine la tension d'amorçage.
VII.3) Les tubes à décharge de gaz
Ce sont les éclateurs, ou parafoudres qui concernent la protection primaire des lignes de transmission de
données (téléphone, liaisons informatiques) et la distribution d'énergie basse et très basse tension. Ils
permettent d'écouler de fortes énergies.
Les caractéristiques du composant font apparaître distinctement la tension d'amorçage statique, et la
tension d'amorçage dynamique pour une vitesse de croissance donnée, par exemple 1KV/µs. Leur tension de
50
désamorçage est assez faible (typiquement de 75 à 150V) et doit en tout état de cause être supérieure à la
tension nominale de la ligne sous peine de la maintenir en court circuit après un amorçage
VII.4) Les varistances et composants apparentés
Economiques et faciles à implanter, elles permettent de traiter les impulsions de quelques joules à quelques
centaines de joules. Elles sont bien adaptées au traitement des perturbations d'origine industrielle sur les
réseaux de distribution d'électricité. Leur vieillissement nécessite une maintenance
VII.5) Les diodes de protection
Leur avantage essentiel est leur temps de réponse qui peut être très rapide. Mais elles ne peuvent écouler
de fortes énergies. On la voit donc comme un composant complémentaire aux parafoudres.
51
Les méthodes d’investigations
I) Méthodes de mesure
I.1) Mesures des perturbations conduites
Le courant de mode différentiel peut être mesuré au moyen d’une sonde de courant parcourue par les 2 fils
en sens opposés.
Le courant de mode commun peut être mesuré au moyen d’une sonde de courant parcourue par les 2 fils dans
le même sens.
RSIL : mesure les perturbations conduites à haute fréquence elle comprend le Réseau Stabilisé d'Impédance
de Ligne (RSIL)
les capteurs de courant passif basés sur le principe du transformateur de courant
I.2) Mesures des perturbations rayonnées ; Antennes [1-4, 1-5, 1-6, 1-7]
Divers types d'antennes destinées aux mesures en champ proche ou lointain.
La nature des antennes est adaptée à la bande de fréquence et à la nature du champ que l'on veut mesurer.
Bande A (10kHz-150kHz), champ H : les observations montrent que c'est le champ magnétique qui est
responsable des perturbations. L'antenne est de type boucle dans un cadre blindé électriquement, elle doit
s'inscrire dans un carré de 0.6m.
Bande B (150kHz-30MHz), champ H : on utilise le même dispositif qu'en bande A Champ E : on utilise une
antenne fouet verticale de 1m pour une distance de mesure d<10m.
Bande C (30-300MHz), champ E : on utilise un doublet équilibré de longueur /2 pour f=80MHz (
correspondant à f=80MHz soit 3.75m).
52
Bande D (300MHz-1000MHz) : l'antenne doit être polarisée dans un plan. On utilise des antennes plus
complexes que le doublet, comme par exemple l'antenne log-périodique, constituée d'éléments couplés dont les
fréquences d'accord sont en progression géométrique, ce qui lui confère une bande passante large.
II) L'analyseur de spectre ou de réseau
Dans tous les cas, le signal issu du capteur est analysé dans le domaine temporel (oscilloscope) et plus
généralement dans le domaine fréquentiel grâce à l'analyseur de spectre hétérodyne
LES NORMES
I) Réglementation:
I.1) En HF
Norme européenne du 12 juillet 1999 (1999/519/CE)
S=E.H densité de puissance (= puissance rayonnée par unité de surface).
I.2) CEI 61000 Norme sur toute la CEM :
Il existe plusieurs normes. A titre d'exemples, on donne ici les recommandations courantes de valeurs
limites pour l'utilisation des écrans à tubes cathodiques
53
Les niveaux de compatibilité (qualité de la tension d’alimentation) préconisés par les normes CEI 61000-2-2
(BT) et CEI 61000-2-4 (installations industrielles) sont :
Matériel de classe 1 : appareils sensibles
Matériel de classe 2 : appareils moyennement sensibles
Matériel de classe 3 : appareils de fortes puissance
Rang
Taux individuel d'harmonique (%)
harmonique
Réseau public
Installations industrielles
BT
HT
Matérie
Matérie
Matérie
l
l
l
classe
classe
classe
1
2
3
2
2
1,5
2
2
3
3
5
2
3
5
6
4
1
1
1
1
1,5
5
6
2
3
6
8
6
0,5
0,5
0,5
0,5
1
7
5
2
3
5
7
8
0,5
0,2
0,5
0,5
1
9
1,5
1
1,5
1,5
2,5
10
0,5
0,2
0,5
0,5
1
11
3,5
1,5
3
3,5
5
12
0,2
0,2
0,2
0,2
1
13
3
1,5
3
3
4,5
Taux de
distorsion global
8
3
5
8
10
THDu (%)
Les niveaux de compatibilité préconisés (niveau d’émission) par les normes CEI 61000-3-2 (tout matériel
autre qu’industriel consommant moins de 16 A (si sup à 16A :pas de normes) ) sont :
-Classe A appareils triphasés équilibrés et tous les autres sauf ceux des classes qui suivent
-Classe B :Outils portables
-Classe C : appareils d’éclairage incluant les gradateurs
-Classe D : appareil de P<600W ayant un courant de forme spéciale de gabarit ci-dessous (ex : alim à
découpage TV micro ordi)
1
0.35
/3
2/3

t
Classe A
Rang de
Courant harmonique
l'harmonique
maximal
Harmoniques impairs
54
Rang de
l'harmonique
Harmoniques pairs
Courant harmonique
maximal
3
5
7
9
2,3 A
1,14 A
0,77 A
0,4 A
11
13
15 <n <39
0,33 A
0,21 A
2
4
6
8 < n <40
1.08 A
0,43 A
0.30 A
0, 23  8 / n
0,15 15 / n
Classe B
Celles de la classe A *1.5
Classe C
Rang de
l'harmonique
2
3
5
7
9
11 <n <39
Courant harmonique
maximal
2A
30fp = 18% de Ih1
10 A
7A
5A
3A
Classe D
Rang de
l'harmonique
2
3
5
7
9
11 <n <39
Courant maximal par
Watt (mA/W)
3.4
1.9
1
0.5
0.35
3.85/n
Courant maximal en
Ampères
2.3
1.14
0.77
0.4
0.3
Voir Classe A
I.3) Qualité de l'électricité pour EDF
I.3.1) Energie réactive
En France, EDF fixe un seuil de facturation de l’énergie réactive ; la consommation d’énergie réactive (kvarh)
est gratuite si : tan  
kVArh
 0, 4
kWh
Avec kVArh et kWh les consommations mensuelles.
L’énergie réactive dépassant ce seuil est facturée
I.3.2) Harmoniques
Le tarif vert d’EDF engage ses abonnés et EDF sur le niveau de pollution
La démarche d'EDF est de généraliser ses nouveaux contrats "EMERAUDE". A travers ce contrat :
EDF s'engage sur un nombre standard de coupures brèves, deux coupures pour travaux inférieures à 4
heures, des variations de tension < ou = 5%, un niveau de déséquilibre de tension de plus ou moins 2%.
Rangs
Pairs
2
Hn (%)
Impairs
3
4
>4
5
7
9
11
13
55
2
5
1
0,5
6
5
1.5
3.5
3
15
17
19
21
0.5
2
1.5
0.5
De son coté l'utilisateur s'engage sur les perturbations générées, de type à coup de tension (maxi 5%),
déséquilibre (maxi 1%), flicker (selon recommandation CEI 1000-2-2), courants harmoniques rejetés, selon
tableau suivant
Rangs
Hn (%)
Pairs
Impairs
2
2
3
4
4
1
>4
0,5
5
5
7
5
9
2
11
3
13
3
>13
2
I.3.3) Contrat Emeraude :
D’après le contrat EMERAUDE d’EDF, les deux parties (fournisseur et récepteur) doivent s’engager à
respecter les normes limitant les perturbations harmoniques. De son côté, EDF s’engage à ce que les taux
individuels de tension harmonique, exprimés en pourcentage de la tension fondamentale V1 pour les réseaux
HTA (1 à 50 kV), ne dépassent pas les seuils donnés dans le tableau ci-dessous.
Engagement EMERAUDE sur les harmoniques de tension (réseaux HTA)
Concernant les réseaux HTB (plus de 50 kV), EDF s’engage à ne pas dépasser les seuils donnés dans le
tableau suivant :
Engagement EMERAUDE sur les harmoniques de tension (réseaux HTB)
Les règles de limitation des courants harmoniques recommandées aux clients par EDF à travers le contrat
EMERAUDE sont données dans le tableau ci-dessous:
Limitation EMERAUDE des courants harmoniques
Vh
 0, 6%
V1
V
Pour un harmonique impair : h  1% ,
V1
Pour un harmonique pair :
Pour le taux de distorsion global de tension : THD < 1,6 %.
56
Il est d’usage de dire que, dans les installations industrielles, les tensions harmoniques dont le THD est
inférieur à 5% ne produisent pas d’effet notable. Entre 5% et 7% on commence à observer des effets, et pour
plus de 10% les effets sont quasi certains
Concernant la puissance réactive, EDF autorise ses clients à en consommer, sans être facturé, jusqu’à 40%
de la puissance active absorbée. Cela se traduit, pour des charges linéaires, par un facteur de puissance cos  >
0,928 ou par un angle de phase  > 21,8°.
57