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.......................................................................... Collection T echnique Cahier technique n° 149 La CEM : la compatibilité électromagnétique F. Vaillant J. Delaballe I Merlin Gerin I Modicon I Square D I Telemecanique Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permettent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans les domaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider. Code : http://www.schneider-electric.com Rubrique : maîtrise de l’électricité Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » du groupe Schneider. Avertissement L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et ne saurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée après accord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider n° (à préciser) ». n° 149 La CEM : la compatibilité électromagnétique CT 149 édition juillet 1998 Jacques DELABALLE Animateur du réseau de compétence CEM du Groupe Schneider et responsable des laboratoires d'essais CEM, a participé à l'actualisation de ce Cahier Technique en août 1996 et en juillet 1998. Frédéric VAILLANT Diplomé de l'Ecole Polytechnique en 1984 (X81), docteur en micro- électronique 1987 (thèse préparée sous contrat CIFRE avec la société Saint Gobain). Entre chez Merlin Gerin en 1987. De 1988 à 1991, il a été responsable de l'activité Compatibilité Electromagnétique au Centre de Compétences en Electronique de la Direction Technique. Cahier Technique Schneider n° 149 / p.2 Lexique Compatibilité ElectroMagnétique, CEM (abréviation) (VEI 161-01-07) Aptitude d’un appareil ou d’un système à fonctionner dans son environnement électromagnétique, de façon satisfaisante et sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques intolérables pour tout ce qui se trouve dans cet environnement. Perturbation (électromagnétique) (VEI 161-01-05) Phénomène électromagnétique susceptible de créer des troubles de fonctionnement d’un dispositif, d’un appareil ou d’un système, ou d’affecter défavorablement la matière vivante ou inerte. Note : une perturbation électromagnétique peut être un bruit, un signal non désiré ou une modification du milieu de propagation lui-même. Niveau de compatibilité (électromagnétique) (VEI 161-03-10) Niveau maximal spécifié de perturbations électromagnétiques auquel on peut s’attendre que soit soumis un dispositif, appareil ou système fonctionnant dans des conditions particulières. Note : en pratique le niveau de compatibilité électromagnétique n’est pas un niveau maximal absolu mais peut être dépassé avec une faible probabilité. Niveau de perturbation (non défini dans le VEI 161) Valeur d’une perturbation électromagnétique de forme donnée, mesurée dans des conditions spécifiées. Limite de perturbation (VEI 161-03-08) Niveau maximal, admissible des perturbations électromagnétiques mesuré dans des conditions spécifiées. Niveau d’immunité (VEI 161-03-14) Niveau maximal d’une perturbation électromagnétique de forme donnée agissant sur un dispositif, appareil ou système particulier, pour lequel celui-ci demeure capable de fonctionner avec la qualité voulue. Susceptibilité (électromagnétique) (VEI 161-01-21) Inaptitude d’un dispositif, d’un appareil ou d’un système à fonctionner sans dégradation de qualité en présence d’une perturbation électromagnétique. La figure 1 permet de situer les différents termes ci-avant en terme de niveau. Décibel Unité de puissance sonore, aussi utilisée pour exprimer des rapports d’amplitude selon la relation : X/Xo (dB @) = 20 . log10 X/Xo, avec X = amplitude mesurée, Xo = amplitude de référence, @ = unité de mesure de X et Xo. Quelques exemples sont donnés dans le tableau suivant (cf. fig. 2 ). Susceptibilité des matériels (distribution statistique) Niveau d'immunité (valeur d'essai spécifiée) Niveau de compatibilité (valeur conventionnelle) Niveau d'émission (distribution statistique) Niveau Distribution statistique Rapports des dB amplitudes X/Xo 1 0 1,12 1 1,25 2 1,41 3 2 6 3,2 10 4 12 5 14 10 20 100 40 1000 60 fig. 1 : positionnement des niveaux en Compatibilité électromagnétique. fig. 2 : rapports d'amplitude exprimés en dB. Cahier Technique Schneider n° 149 / p.3 Sommaire 1 Introduction 1.1 La Compatibilité Electromagnétique - CEM - est un fait, mais aussi une discipline p. 4 1.2 Aujourd'hui la CEM est indispensable p. 4 1.3 Sa théorie est complexe p. 5 2 La source 2.1 Il est important de bien la connaître p. 6 2.2 Un exemple de sources permanentes de perturbations conduites p. 7 2.3 Un exemple de sources de perturbations rayonnées p. 8 3 Le couplage 3.1 Différents modes de couplage existent p. 10 3.2 Le couplage champ à câble, en mode commun ou différentiel p. 10 3.3 Le couplage par impédance commune p. 12 3.4 Le couplage câble à câble en mode différentiel ou diaphonie p. 12 4 La victime 4.1 Les défauts de fonctionnement p. 14 4.2 Des solutions p. 14 5 L'installation 5.1 L'installation est un paramètre important dans la CEM globale d'un système p. 17 5.2 A sa conception p. 17 5.3 A sa réalisation p. 18 5.4 Des exemples pratiques p. 18 6 Normes, moyens d'essais et essais 6.1 Les normes p. 20 6.2 Les moyens d'essais p. 20 6.3 Les essais p. 21 7 Conclusion p. 27 Annexe 1 : Impédance d'un conducteur en haute fréquence p. 28 Annexe 2 : Les différentes parties d'un câble p. 29 Annexe 3 : Essais réalisés aux laboratoires CEM du Groupe Schneider p. 30 Annexe 4 : Bibliographie p. 32 La CEM : la compatibilité électromagnétique La CEM est prise en compte dès l'étude pour la fabrication des matériels électrotechniques. Elle doit aussi être appliquée à leur mise en œuvre. Ainsi, de l'architecte concepteur des bâtiments jusqu'aux câbleurs d'armoires, sans oublier les ingénieurs d'études de réseaux et les installateurs, tous sont concernés par cette discipline de « paix » ; discipline ayant pour objectif de faire cohabiter en bonne harmonie des matériels susceptibles d'être perturbés et/ou d'être émetteurs de perturbations. Ce Cahier Technique, réalisé à partir d'une longue expérience acquise au sein de Schneider Electric, présente les perturbations rencontrées et quelques solutions pratiques. Cahier Technique Schneider n° 149 / p.4 Fig. 3 : les perturbations électriques les plus courantes. 1 Introduction 1.1 La Compatibilité électromagnétique - CEM - est un fait, mais aussi une discipline Elle est le fait, pour des équipements ou systèmes, de supporter mutuellement leurs effets électromagnétiques. Selon le vocabulaire électrotechnique international VEI 161-01-07, la CEM est la capacité d’un dispositif, équipement ou système, à fonctionner de manière satisfaisante dans son environnement électromagnétique sans introduire de perturbations intolérables pour quoi que ce soit dans cet environnement. Cette définition est également celle adoptée par la norme NF C 15-100, chapitre 33. Elle est maintenant une discipline, celle d’améliorer la cohabitation entre des éléments susceptibles d’émettre des perturbations électromagnétiques et/ou d’y être sensibles. 1.2 Aujourd’hui la CEM est indispensable De fait depuis toujours, tout appareil est soumis à diverses perturbations électromagnétiques, et tout appareil électrique en génère peu ou prou. Ces perturbations sont générées de multiples manières. A la base, leurs faits générateurs sont principalement des variations brusques de grandeurs électriques, tension ou courant. Une présentation des perturbations électriques les plus courantes (cf. fig. 3 ) dans le domaine électrotechnique basse tension est faite dans le Cahier Technique n° 141. Le Cahier Technique n° 143 traite par ailleurs des perturbations dues aux manœuvres de l’appareillage MT - Moyenne Tension. Ces perturbations peuvent se propager, par conduction le long des fils et câbles, ou par rayonnement sous forme d’ondes électromagnétiques. Elles engendrent des phénomènes indésirables ; le brouillage des ondes radio et les interférences des émissions radioélectriques dans les systèmes de contrôle-commande en sont deux exemples. Ces dernières années, plusieurs facteurs se sont conjugués pour augmenter l’importance de la CEM : c les perturbations sont de plus en plus importantes car U et I augmentent, c les circuits électroniques sont de plus en plus sensibles, c les distances entre les circuits sensibles (souvent électroniques) et les circuits perturbateurs (de puissance), se réduisent. Merlin Gerin a dû, pour développer ses nouveaux produits, approfondir puis mettre en application cette discipline qu’est la CEM. En effet, dans l’appareillage électrique moderne se côtoient étroitement courants faibles et courants Classes Types Origines Energétiques Creux de tension c Permutation de sources c Court-circuit c Démarrage de moteurs de forte puissance Fréquences moyennes Harmoniques c Systèmes à semi-conducteurs de puissance c Fours à arc Hautes fréquences Surtensions c Coups de foudre directs ou indirects c Manœuvres d'appareils de commande c Coupure de courants de court-circuit par des appareils de protection Décharges électrostatiques Décharges de l'électricité statique accumulée par une personne Cahier Technique Schneider n° 149 / p.5 Fig. 4 : un exemple d'application de la CEM : une cellule MT « SM6 » intègre un disjoncteur qui uploads/Industriel/ cem.pdf