Ce diaporama que j’ai fait pour mes BTS Electrotechnique a été réalisé en prenant quelques dessins et croquis sur de nombreux sites à qui je n’ai pas forcément demandé l’autorisation.
Ces dessins et croquis n’ont rien de vraiment secret !!
Schémas ou croquis des diapos 5,6,23,24,28,29,32,33,35,39,41 dont je remercie les auteurs
Utilisez donc ce diaporama à des fins privées
Il est déposé sur le site pour cause de coronavirus et il est exclusivement dédié à nos élèves
de BTS
Remarque importante
Introduction
Les appareils électriques et électroniques interagissent entre eux et avec leur entourage
Tout doit (devrait) fonctionner en bonne harmonie
Il faut donc des normes de CEM (CEI 61000-x-x-)
Le marquage CE est pour nous le signe de respect de cette norme
Depuis le 1 janvier 1996 , le marquage CE est obligatoire, la CEM est respectée
Définition
« L’aptitude d’un dispositif, d’un appareil ou d’un système à fonctionner dans son
environnement électromagnétique de façon satisfaisante et sans produire lui-même des perturbations de nature à créer des troubles graves dans le fonctionnement des appareils ou des systèmes situés dans son environnement »
Ne pas perturber son environnement
Ne pas être perturbé par son environnement
système
On parle évidemment de probabilité de perturbations, aucune perturbation n’est réellement prévisible
Les sources de perturbations
Les sources naturelles - la foudre
- le bruit galactique, les rayons, les effets nucléaires
Les sources électrostatiques - friction de matériaux entre eux
Les sources électrochimiques et thermoélectriques - les phénomènes d’électrolyse - les effets de thermocouple
Les sources technologiques - tous les systèmes qui utilisent l’électricité Les perturbations sont basses fréquences si f < 150kHz
Les perturbations sont hautes fréquences si f > 1MHz
Les principaux types de perturbations électromagnétiques (1) Les harmoniques - déjà traités dans le chapitre précédent
Les champs électromagnétiques
la perturbation est proportionnelle à la surface de la boucleFluctuations de tension
Boucle placée dans un champ perturbateur Le courant dans le conducteur crée
un champ
A l’origine de l’effet flicker ou papillotement de lumière
<10%
Variation rapideLes principaux types de perturbations électromagnétiques (2) Creux de tensions ou les coupures brèves
Décharges électrostatiques
Surtensions et foudre
Leur origine peut être naturelle dans le cas de la foudre, ou industrielle lors de la coupure de circuits inductifs ou de la manoeuvre d'appareillage de connexion en HT.Et encore : Déséquilibre de phases-Composante continue sur le réseau-Signaux transmis sur le réseau (175Hz)-Variation de fréquence
Onde typique pour tester le matériel
Les cinq types de mesure de la CEM
Immunité rayonnée Émission rayonnée
Immunité conduite Décharge électrostatique
émission conduite
L’armoire est victime L’armoire est source
Il faut vérifier que notre système ne perturbe pas son entourage et qu’il n’est pas perturbée par l’environnement
Les modes de transmissions des perturbations
La propagation d’une perturbation entre la source et la victime dépend de leur
«liaison» on dit ici couplage
Les perturbations conduites
:propagation par les câbles d’alimentation
Les perturbations rayonnées
:propagation par les champs
électromagnétiques et électrostatiques
Les décharges électrostatiques : ionisation de l’air : foudre
Et aussi
L’impulsion électronucléaire (IEMN) explosion d’une charge nucléaire !
système perturbateur Élément
perturbé par rayonnement
Système perturbé par conduction et rayonnement
Couplage par conduction
Couplage par rayonnement
Le Couplage par conduction
Des circuits utilisent une même portion de conducteur
Les perturbations conduites sont transmises par un câble (lignes d'alimentation, câbles de masses bus de données,, PE, capacités parasites, ...).
Sur une liaison bifilaire, le signal perturbateur peut se déplacer de deux façons :
par mode différentiel
par mode commun
équipement
i perturbation
i1 +i2 perturbation
équipement
i1 perturbation
i2 perturbation
Le couplage par rayonnement
(diaphonie)couplage capacitif
Deux conducteurs ou circuits voisins forment un condensateur parasite; voici deux exemples
La perturbation va créer un courant électrique au travers de cette capacité parasite. Ce courant
parasite I= VCpw sera d'autant plus grand que la tension et la fréquence de ce courant sont élevées Il faut placer des écrans électrostatiques.
La valeur de la capacité parasite Cp est :
proportionnelle à la surface S en regard des deux circuits
inversement proportionnelle à la distance d entre les deux circuits
Sur le câble plat de la photo, il faudrait que un conducteur sur deux soit relié à la masse par exemple
.
Nappe de
conducteurs
Circuit imprimé
câble
Boîtier métallique
i
pert1i
pert2Le couplage par rayonnement
(diaphonie)couplage inductif
Tout conducteur parcouru par un courant crée autour de lui un champ magnétique.
Le conducteur voisin récupère ce champ (et crée lui même un champ s’il est traversé par un courant également)
Le courant Iperturbation est propagé dans le câble de puissance il crée un champ autour des conducteurs victimes (rouges)
Les conducteurs rouges sont influencés par ce champ perturbateur
Les Niveaux de compatibilité
Pour assurer la CEM, différents niveaux et différentes marges ont été définis :
niveau de susceptibilité. Il s'agit du niveau à partir duquel il y a dysfonctionnement d'un matériel ou d'un système.
niveau d'immunité. C'est le niveau d'une perturbation supportée par un matériel ou un système.
niveau de compatibilité. C'est le niveau maximal de perturbation auquel on peut s'attendre dans un environnement donné.
niveau d'émission. C'est le niveau maximal d'émission de perturbation que ne doit pas dépasser un matériel.
marge d'immunité. C'est la marge qui existe entre le niveau de compatibilité et le niveau de limite d'immunité.
marge d'émission. C'est la marge qui existe entre le niveau de compatibilité et le niveau de limite d'émission.
La réglementation et la normalisation
La réglementation relative à la C.E.M. a été élaborée à partir de directives européennes qui précisent :
les perturbations électromagnétiques générées doivent être limitées à un niveau permettant aux appareils de radio, de télécommunications et aux autres appareils de fonctionner conformément à leur destination.
les appareils doivent avoir un niveau d'immunité intrinsèque contre les
perturbations électromagnétiques leur permettant de fonctionner conformément à leur destination.
Les appareils déclarés conforme aux directives européennes portent depuis le 1er janvier 1996 le marquage CE. Les normes européennes (EN...) issues des directives sont reprises en France sous la référence NF EN ... Elles définissent des exigences électromagnétiques applicables à des produits de la même famille
.
Normes génériques
Ce sont des normes d'environnement qui s'appliquent à tout produit électrique installé dans un environnement donné.
Normes produits
Elles définissent des exigences électromagnétiques applicables à des
produits de la même famille
« Récapitulatif partiel» des normes NF EN
(produits et génériques)Immunité résidentielle NF EN 50082-1 - EN 61000-6-1 Immunité industrielle NF EN 50082-2 - EN 61000-6-2 Émission résidentielle NF EN 50081-1 - EN 61000-6-3 Émission industrielle NF EN 50081-2 - EN 61000-6-4
Normes génériques
Résidentiel Tertiaire Petite entreprise
Industrie
Appareillage BT
Electroménager Matériel informatique
Normes produits
NF EN 61000-6-1 NF EN 61000-6-3
NF EN 61000-6-4 NF EN 61000-6-2
Classe A
Classe B
Normes CEM Harmonisées:
Génériques:
NF EN 61000-6-3 émission en environnement résidentiel Classe B NF EN 61000-6-1 immunité en environnement résidentiel Classe B NF EN 61000-6-4 émission en environnement industriel Classe A NF EN 61000-6-2 immunité en environnement industriel Classe A
Fondamentales:
NF EN 61000-4-2 décharges électrostatiques
NF EN 61000-4-3 champs radiofréquences rayonnés.
NF EN 61000-4-4 transitoires rapides en salves NF EN 61000-4-5 ondes de choc
NF EN 61000-4-6 champs radiofréquences conduits NF EN 61000-4-8 champs magnétiques 50 Hz
NF EN 61000-4-9 champs magnétiques impulsionnels NF EN 61000-4-11 variation et creux de tension
Famille de produits:
NF EN 55011 appareils ISM (industriel, scientifique et médical) NF EN 55014 appareils électrodomestiques
NF EN 55022 ATI NF EN 60601-1-2 appareils électromédicaux
Normes Basse Tension Partie électrique:
NF EN 60950 appareils de traitement de l'information NF EN 60204 règles générales de sécurité électrique NF EN 60335 appareils électroménagers
NF EN 61010 appareils de mesurage NF EN 61131 automates programmables NF EN 60601-1 appareils électromédicaux
Un aperçu des normes et de leur diversité
Les fabricants de matériel ont été les premiers à être concernés par la C.E.M.. Depuis le 1er janvier 1996, seuls les produits conforment à la réglementation en vigueur sur la C.E.M. et portant le marquage CE peuvent être commercialisés en France et dans l'Union Européenne.
La conformité aux exigences de la directive européenne doit respecter les articles : art. 10.1 : application totale des normes harmonisées
art. 10.2 : application partielle des normes harmonisées
art. 10.5 : article concernant uniquement les appareils de radiocommunications.
Art 10.1 application totale des normes
Art 10.2 application partielle des normes
Art 10.5 appareil radio
Déclaration de conformité Marquage CE
Dossier technique
Les précautions à prendre pour assurer la CEM
Si le choix d'un matériel conforme aux normes CEM est important, les conditions d'installation de ce matériel ne le sont aussi.
La CEM implique de nouvelles connaissances, de nouvelles règles et
de nouvelles précautions d'installation
Il faut donc plus particulièrement faire attention : --aux câbles de liaison courant faible
--au cheminement des câbles de puissance et de courants faibles --au positionnement des appareils
--au maillage des réseaux de masse et de terre.
Les solutions à prendre pour assurer la CEM
1) les règles pratiques d'installation et de câblage concernant : 1-1) le choix des câbles
1-2) le cheminement des câbles 1-3) les connexions
1-4) Les règles de câblage
1-5) la structuration d'une armoire électrique 1-6) l'équipotentialité des masses
1-7) le choix du SLT dans la limitation des perturbations
Les solutions à prendre pour assurer la CEM
1-1) le choix des câbles
La paire torsadée (limite les effets d’un champ magnétique) Les câbles blindés
Les paires torsadées blindées
Les câbles blindés avec écran de ferrite
6 câbles co-axiaux à double blindage
Le câble ci contre est composé de trois paires torsadées (réduction du couplage inductif) et blindées (réduction du couplage capacitif)
Un blindage doit être raccordé à la masse des deux côtés*.
Ce qu’il faut éviter sur l
e cheminement des câbles
Les solutions à prendre pour assurer la CEM
1-2) le cheminement des câbles
Seuls les goulottes et chemins de câbles métalliques sont compatibles CEM
Zones protégées par la structure métallique du cadre
Zone exposée au champ perturbateur éventuel
Limites des
lignes de
champ
rayonné
Les solutions à prendre pour assurer la CEM
1-2) le cheminement des câbles (suite1)
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 1-2) le cheminement des câbles (suite 2)
Attention au raccord des chemins de
câbles
Ce qu’il faut éviter sur les connexions
faites toutes les critiques sur les câbles sortants des armoires
Ce qu’il faut éviter sur les connexions
La queue de cochon
Le raccord des parties métalliques
L=1µH/m L=0,1µH/m
Si le circuit est ouvert pour la perturbation pour des fréquences élevées
Les solutions à prendre pour assurer la CEM
1- 3) les connexions
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 1-3) Les connexions
Les traversées d’armoires : le connecteur ou le presse étoupe
Ce qu’il faut éviter sur les câblages
Quel peut être le rôle de chaque conducteur si ceci représente un
régulateur de température
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 1-4) les règles de câblage
Faites une comparaison entre les deux câblages
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 1-4) Que faire en l’absence de chemins de câble
il est important que la distance de séparation entre les câbles sensibles et les câbles perturbateurs soit supérieure à une distance minimum dépendant du groupe des câbles.
Les solutions à prendre pour assurer la CEM
1-4) le câblage des « entrées sorties » d’un automate
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 1- 5) La structure d’une armoire électrique
Il faut séparer dans l’armoire les éléments sensibles et des éléments perturbateurs
les éléments sensibles Les éléments perturbateurs
les Automates programmables Les Transformateurs de commande et de puissance
Les consoles de dialogues Les Contacteurs et les relais auxiliaires Les Cartes électroniques Les Disjoncteurs, et les fusibles
Les régulateurs Les Alimentations à découpage Les câbles raccordés aux éléments
précités Les variateurs de vitesse
Les câbles très sensibles et sensibles
(voir les groupes précédents L’électronique de puissance en général et autres Les Horloges des microprocesseurs
Les Câbles raccordés aux éléments précités
Les câbles de puissance Les câbles d’alimentations
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 1- 5) A éviter ou à préconiser dans une armoire
Grille de ventilation avec ou sans
ventilateur
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 1-6) L'équipotentialité des masses
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.
Les solutions à prendre pour assurer la CEM
1-7) Choix du SLT dans la limitation des 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.
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.
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 2) Les filtres
les filtres RFI (Radio et perturbations conduites) ont un domaine d'emploi pour les fréquences inférieures à 30 MHz.
Le filtre passif est constitué de condensateurs et d'inductances, son rôle est de :
faire barrage aux perturbations à l'aide d'une self montée en série avec le circuit.
Z = L 2 p f, si la fréquence f augmente, l'impédance Z augmente.
canaliser les perturbations avec un condensateur monté en parallèle , si la 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 solutions à prendre pour assurer la CEM 2 ) Les filtres (structure et implantation)
Les filtres RFI ont une structure compliquée, Ils bloquent les
perturbations dans les deux «sens»
Leur armature métallique doit être
fixée sur une tôle sans peinture
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 3 ) Les ferrites
Les tores en ferrite sont aujourd'hui très utilisés pour la protection du matériel électronique.
En présentant une perméabilité magnétique importante aux hautes fréquences, les ferrites absorbent par effet Joule dans le matériau magnétique les perturbations jusqu'à quelques dizaines de MHz.
La ferrite doit être placée au plus près de l'appareil concerné
Les solutions à prendre pour assurer la CEM 4) Les parasurtenseurs
Schémas Commentaires
Sans parasutenseur, 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
Idem circuit RC, mais permet d'écouler une énergie plus importante.
Utilisation sur les appareils alimentés en CA ou en CC
Utilisation uniquement sur les appareils alimentés en CC
Petit organigramme pour concevoir une nouvelle installation ou un nouveau produit
Définition du domaine normatif : normes génériques, normes produits Analyser l’environnement
Vérifier - mesurer - corriger si nécessaire
Définir les contraintes liées au lieu et à l’application
Déterminer les éléments discrets à placer (écréteur, tore filtre RFI etc….) Etablir les règles de câblage
Réaliser l’installation
