Schneider Electric Câblage électrique Mode d'emploi

Chapitre R
Recommandations pour
l’amélioration de la CEM
Sommaire
1
La distribution BT
R2
1.1 Terminologie et définitions
R2
1.2 La protection des personnes et la CEM
R2
1.3 Les schémas de liaisons à la terre (SLT) et la CEM
R3
1.4 Distribution BT avec des équipements sensibles
R4
Réseaux de mise à la terre et CEM
R5
2.1 Un ou plusieurs réseaux de mise à la terre
R5
2.2 Configuration recommandée pour l’installation de mise à la terre R6
Mise en œuvre
R7
3.1 Equipotentialité intra et inter-bâtiments
R7
3.2 Amélioration de l’équipotentialité
R8
3.3 Ségrégation des câblages
R9
3.4 Planchers surélevés
R10
3.5 Cheminements des câbles
R11
3.6 Mise en œuvre des câbles blindés
R14
3.7 Réseaux de communication
R14
3.8 Mise en œuvre des parafoudres
R15
3.9 Câblage des armoires R18
3.10 Références normatives
R18
Mécanismes de couplage et mesures correctives R19
4.1 Généralités
R19
4.2 Couplage par impédance commune
R20
4.3 Couplage capacitif
R21
4.4 Couplage inductif
R22
4.5 Couplage par rayonnement
R23
2
3
4
5
Recommandations de câblage
R25
5.1 Classification des signaux
R25
5.2 Conseils de câblage
R25
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Nota :
Les spécificités des normes et règlementations
françaises sont présentées sur un fond gris.
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R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
1 La distribution BT
Ce chapitre traite de la mise à la terre et de la mise en équipotentialité fonctionnelle
des appareils de technologies de l’information et des autres appareils similaires
nécessitant des interconnexions, à des fins de traitement correct des signaux.
1.1 Terminologie et définitions
Les termes suivants sont définis plus spécialement pour la lecture de ce chapitre :
b installation de mise à la terre : (VEI 826-13-04)
ensemble des liaisons électriques et dispositifs mis en œuvre dans la mise à la terre
d’un réseau, d’une installation ou d’un matériel.
b réseau de terre : (VEI 712-04-57)
ensemble de conducteurs enterrés ou placés sur le sol pour améliorer la conductivité
de celui-ci.
b réseau de mise à la terre ou réseau de mise à la masse :
ensemble des liaisons électriques (non enterrées) et dispositifs mis en œuvre dans
la mise à la terre d’un réseau, d’une installation ou d’un matériel.
Ce terme désigne l’installation de mise à la terre moins le réseau de terre.
b équipotentialité : (VEI 826-13-18)
état de parties conductrices ayant un potentiel électrique sensiblement égal
b réseau équipotentiel /de protection /fonctionnel : (VEI 826-13-30/31/32)
Interconnexion de parties conductrices, permettant d’assurer une liaison
équipotentielle /de protection /fonctionnelle entre ces parties
b réseau commun de liaison équipotentielle (CBN) : (VEI 826-13-33)
réseau équipotentiel assurant à la fois une liaison équipotentielle de protection et
une liaison équipotentielle fonctionnelle
b liaison équipotentielle fonctionnelle : (VEI 826-13-21)
liaison équipotentielle réalisée à des fins fonctionnelles autres que la sécurité
b conducteur parallèle d’accompagnement (PEC) ou câble d’accompagnement
de masse :
conducteur de protection parallèle aux écrans du câble de transmission des signaux
et/ou des données afin de limiter le courant s’écoulant dans les écrans.
b masse (dans une installation) ou partie conductrice accessible : (VEI 195-0610)
partie conductrice d’un matériel, susceptible d’être touchée, et qui n’est pas
normalement sous tension, mais peut le devenir lorsque l’isolation principale est
défaillante
b élément conducteur étranger : (VEI 826-12-11)
partie conductrice ne faisant pas partie de l’installation électrique et susceptible
d’introduire un potentiel électrique, généralement celui d’une terre locale
L’huisserie métallique d’une fenêtre, la structure métallique d’un bâtiment est un
élément conducteur étranger.
b les termes suivants ont été définis dans le chapitre E au paragraphe 1.1 :
v prise de terre,
v terre,
v prises de terre électriquement distinctes,
v résistance de terre,
v conducteur de terre,
v conducteur d’équipotentialité,
Note : le conducteur d’équipotentialité n’est défini que pour la protection.
v borne principale,
v liaison équipotentielle principale (LEP).
1.2 La protection des personnes et la CEM
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La protection des personnes et la CEM utilisent les mêmes moyens :
l’équipotentialité de l’installation de mise à la terre (voir aussi le chapitre E
paragraphe 1.1).
b La protection des personnes
La sécurité est assurée par la limitation de la tension de contact : l’installation de
mise à la terre doit assurer cette équipotentialité. Quand elle n’est plus garantie
(cas d’un défaut d’isolement), les schémas des liaisons à la terre (SLT) permettent
de gérer, d’éliminer le défaut dangereux et de garantir à nouveau la sécurité des
personnes. Les liaisons à la terre (conducteur de protection PE et les liaisons
équipotentielles) sont définies pour supporter les courants de défauts.
La protection des personnes (contre les contacts indirects) est traitée au chapitre E.
Note : l’équipotentialité est réalisée pour la fréquence du réseau d’alimentation
(50 Hz /60 Hz).
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1 La distribution BT
b La CEM
L’installation de mise à la terre est conçue pour assurer fonctionnellement
l’équipotentialité. Celle-ci permet de garantir :
v une référence de potentiel pour une transmission fiable et de haute qualité des
signaux,
v un «effet» d’écran.
Cette équipotentialité est obtenue grâce à une impédance à la masse faible et
adaptée permettant de dévier les courants HF (et éventuellement les courants de
défaut électrique) sans traverser les appareils ou systèmes électroniques.
Note 1 : l’équipotentialité doit être réalisée pour des fréquences BF et HF (> 1 MHz).
Note 2 : le fait de rajouter des liaisons équipotentielles fonctionnelles pour des fins
CEM renforce la sécurité de l’installation électrique (mais néanmoins bien appliquer
la Note 3).
Note 3 : les fonctions de protection et de CEM de l’installation de mise à terre
étant «confondues», il est obligatoire de vérifier que les liaisons équipotentielles
fonctionnelles ne deviennent pas de facto une liaison équipotentielle de protection,
car elles ne sont pas conçues pour cela.
2 exemples pour étayer cette obligation :
b la structure métallique d’un local peut être mise à la terre (ou non) par une liaison
équipotentielle fonctionnelle. Si cette liaison sert de cheminement de câbles pour
des raisons CEM, cette liaison équipotentielle fonctionnelle devient une liaison
équipotentielle de protection.
b 2 bâtiments ont des installations de mise à la terre séparée. L’interconnexion filaire
par câbles blindés entre deux équipements communicants de chaque bâtiment
transforme le blindage (liaison équipotentielle fonctionnelle) en conducteur de
protection (liaison équipotentielle de protection) si des mesures d’accompagnement
de cette liaison ne sont pas mises en place (voir paragraphe 3.1).
Le schéma TN-S pose le moins de problèmes
CEM pour les installations comportant des
systèmes de technologie de l’information
(télécoms entres autres).
1.3 Les schémas de liaisons à la terre (SLT) et la
CEM
Le choix du schéma de liaisons à la terre permet d’assurer la sécurité des
personnes et des biens. Le comportement des différents schémas d’un point
de vue CEM est à prendre en compte. La Figure R1 suivante synthétise leurs
caractéristiques principales.
La normalisation européenne (voir NF EN 50174-2 et NF EN 50310) recommande
le schéma de liaison à la terre TN-S.
TN-S
IT
Sécurité des personnes
Bonne
DDR obligatoire
Bonne
La continuité du conducteur PE doit être assurée sur toute l’installation
Sécurité des biens
Bonne
Courant de défaut moyen <
quelques dizaines d’ampères
Mauvaise
Courant de défaut fort de
l’ordre du kA
Bonne
Courant de 1er défaut faible
< quelques dizaines de mA,
mais fort au 2ème défaut
Mauvaise
Courant de défaut fort de
l’ordre du kA
Disponibilité de l’énergie
Bonne
Bonne
Très bonne
Bonne
Comportement CEM
Bon
- Risque de surtensions
- Problème d’équipotentialité
- Nécessite de gérer les
appareils à courant de fuite
élevé
Très bon
- Peu de problème
d’équipotentialité
- Nécessite de gérer les
appareils à courant de fuite
élevé
- Courants de défaut élevés
(perturbations transitoires)
Mauvais (à éviter)
- Risques de surtensions
- Filtres et parafoudres de
mode commun doivent
supporter la tension
composée
- DDR (disjoncteurs
différentiels, interrupteurs
différentiels, etc.)
sensibilisés si présence
de condensateurs de mode
commun
- Schéma TN au 2ème défaut
Mauvais (à proscrire)
- Neutre et PE confondus
- Circulation de courants
perturbateurs dans les
masses (rayonnement champ
magnétique important)
- Courants de défaut élevés
(perturbations transitoires)
Fig. R1 : Principales caractéristiques des schémas des liaisons à la terre (SLT)
TN-C
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R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
1 La distribution BT
1.4 Distribution BT avec des équipements sensibles
Lorsqu’une installation comporte des systèmes de forte puissance (moteurs,
climatisation, ascenseur, électronique de puissance, etc.), c’est à dire des
équipements pouvant polluer des équipements sensibles, il est conseillé d’avoir un
ou plusieurs transformateurs dédiés à ces systèmes. La distribution électrique doit
se faire en étoile et tous les départs doivent se faire à partir du TGBT. Les systèmes
électroniques (contrôle/commande, régulation, mesures, etc.) doivent être alimentés
par un transformateur dédié et en schéma TN-S. La Figure R2 illustre ces propos.
Equipements Equipement
perturbateurs sensibles
Equipements Equipement
perturbateurs sensibles
Climatisation
Eclairage
Transformateur
Equipements
perturbateurs
Non
recommandé
Fig. R2
: Recommandations
pour séparerPréférable
les équipements perturbateurs
Equipement
sensibles
Excellent
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2 Réseaux de mise à la terre
et CEM
R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
Pour réaliser la CEM des appareils de technologies de l’information et des autres
appareils similaires nécessitant des interconnexions, les différents types de schémas de
réseau de mise à la terre nécessitent que des conditions spécifiques soient respectées
Ces conditions spécifiques ne sont pas toujours remplies dans une installation. Ainsi, les
directives données dans ce paragraphe sont destinées à ce type d’installation.
Pour les installations spécifiques (salles informatiques, etc.) ou industrielles, un
réseau commun de liaison équipotentielle (CBN) peut être envisagé afin de garantir
les meilleures performances CEM, en prenant en compte les éléments suivants :
b les systèmes numériques et de nouvelles technologies,
b la conformité aux prescriptions CEM(1) (émission et immunité),
b la multiplicité des applications électriques,
b un niveau élevé de sécurité, de sécurité des systèmes et de fiabilité et/ou de
disponibilité.
2.1 Un ou plusieurs réseaux de mise à la terre
Toutefois, pour les locaux résidentiels où l'utilisation d'appareils électriques est
limitée, un réseau de mise à la terre isolé, ou de préférence un réseau maillé de
mise à la terre isolé, peut être envisagé.
II est reconnu que le concept de prises de terre indépendantes et dédiées, chacune
servant un réseau de mise à la terre séparé, est une mauvaise conception qui n'est
pas acceptable dans le cadre des performances CEM. Dans certains pays, les codes
nationaux interdisent une telle pratique.
Il n'est pas recommandé pour obtenir la CEM, même en utilisant une prise de terre
unique (cf. Fig. R3 et Fig. R4), d'installer deux réseaux de mise à la terre séparés :
b un réseau de mise à la terre « propre » pour les dispositifs électroniques,
b un réseau de mise à la terre « bruyant » pour l’énergie.
En cas de coup de foudre, le courant de foudre et les courants de suite circuleront
dans le circuit dédié du paratonnerre et de sa prise de terre. Par couplage ou par
rayonnement, ce courant induit des tensions transitoires, en particulier sur le réseau
de mise à la terre « propre », provoquant des défaillances ou endommageant
l'installation. Si l'installation et la maintenance sont adaptées, cette conception peut
s'avérer sûre (à basses fréquences), mais elle ne convient généralement pas à la
CEM (à fréquences élevées).
Paratonnerres
"Terre propre"
Réseau "bruyant"
Terre électrique
Prises de terre indépendantes
Fig. R3 : Prises de terre indépendantes (généralement non adaptées à la sécurité et à la CEM)
Paratonnerres
Réseau "bruyant"
Terre électrique
Prises de terre unique
(1) En Europe, les exigences essentielles de CEM sont
formulées dans la Directive 2004/108/CE, lesquelles renvoient
aux normes harmonisées correspondantes.
Fig. R4 : Prise de terre unique
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"Terre propre"
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2 Réseaux de mise à la terre
et CEM
R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
2.2 Configuration recommandée pour l’installation
de mise à la terre
La configuration recommandée pour l’installation de mise à la terre consiste en un
réseau bi- ou tridimensionnel (cf. Fig. R5). C'est l'approche recommandée dans
le cas général, pour la sécurité et la CEM. Cette recommandation n'exclut pas
d'autres configurations particulières, ayant fait leurs preuves et faisant l'objet d'une
maintenance appropriée.
Equipotentialité nécessaire
à tous les étages d'un bâtiment
Paratonnerres
Mises à la terre "électrique" et
"communication" selon les besoins
Prises de terre multiples et interconnectées
Fig. R5 : Prises de terre multiples et interconnectées
Dans un immeuble à plusieurs étages, il convient que chaque étage ait son propre
réseau de mise à la terre (généralement un réseau maillé), et que tous ces réseaux
soient interconnectés et raccordés à la prise de terre. L’interconnexion entre
les réseaux de mise à la terre de deux étages doit être redondante (réalisée au
minimum par deux liaisons) afin de garantir qu’en cas de rupture accidentelle d’une
liaison aucune partie du système de réseaux de mise à la terre ne soit isolée.
En pratique, plus de deux liaisons sont connectées pour obtenir une meilleure
symétrie pour la circulation du courant, afin de minimiser les différences de tension
et de diminuer l'impédance globale entre les différents étages.
Ces chemins multiples et parallèles ont des fréquences de résonance différentes.
Ainsi, si, pour un chemin donné, il existe un chemin dont l'impédance est élevée,
ce chemin est certainement shunté par un autre n'ayant pas la même fréquence
de résonance. Globalement, sur un large spectre de fréquences (dizaines de Hz/
dizaines de MHz), une multitude de chemins permet d'obtenir un système à faible
impédance (cf. Fig. R6).
Fig. R6 : Chaque étage possède une grille ; les grilles sont
reliées entre elles en plusieurs points entre les étages, et
certaines grilles du sol sont renforcées selon les besoins dans
certaines zones.
Il convient que chaque pièce du bâtiment soit dotée de liaisons équipotentielles
pour réaliser l’équipotentialité des appareils des systèmes informatiques ou de
communication, des chemins de câbles, des canalisations électriques préfabriquées,
etc. L’équipotentialité de l’installation de mise à la terre peut être renforcée par la
mise à la terre des tuyaux métalliques, des gouttières, des supports, des châssis,
des structures, etc. Dans certains cas particuliers, tels que les salles de contrôle
ou les salles informatiques, ayant un plancher surélevé, un plan de masse ou des
bandes de mise à la terre peuvent être utilisés pour améliorer la mise à la terre des
appareils sensibles et protéger les câbles d'interconnexion.
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R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
La seule méthode économique pour diviser
les courants dans une installation de mise
à la terre et maintenir des caractéristiques
satisfaisantes d’équipotentialité, est
d’interconnecter les réseaux de terre.
3 Mise en œuvre
3.1 Equipotentialité intra et inter-bâtiments
Rappel
Les buts fondamentaux de la mise à la terre et de la mise au potentiel sont :
b la sécurité avec limitation de la tension de toucher et le chemin de retour des
courants de défaut,
b la CEM par référence de potentiel et égalisation des tensions, l’effet d’écran.
Les courants vagabonds se propagent inévitablement dans un réseau de terre. Il est
impossible de supprimer toutes les sources de perturbations d’un site. Les boucles
de masse sont aussi inévitables. Quand un champ magnétique rayonne dans un
site, un champ produit par un coup de foudre par exemple, il induit des différences
de potentiel dans les boucles formées par les différents conducteurs et, de ce fait,
des courants peuvent circuler dans l’installation de mise à la terre. Ainsi le réseau
de terre interne au bâtiment est directement influencé par les mesures correctives
prises à l’extérieur du bâtiment.
Tant que les courants circulent dans l’installation de mise à la terre et non dans les
circuits électroniques, ils ne sont pas perturbateurs. Cependant, quand les réseaux
de terre ne sont pas équipotentiels, quand ils sont connectés en étoile à la borne
de terre par exemple, les courants parasites HF circuleront partout notamment dans
les câbles de signaux. Les équipements peuvent alors être perturbés, voire même
détruits.
Liaisons équipotentielles fonctionnelles ou de protection
La seule méthode économique pour diviser les courants dans une installation de
mise à la terre et maintenir des caractéristiques satisfaisantes d’équipotentialité,
est de relier les réseaux de terre. Interconnecter les réseaux de terre contribue à
rendre équipotentielle l’installation de mise à la terre mais sans être un substitut aux
conducteurs de protection. Afin de satisfaire aux exigences légales en matière de
sécurité des personnes, chaque équipement doit être connecté obligatoirement à la
borne de terre par un conducteur de protection (PE) identifié et de section suffisante.
De plus, à l’exception possible des immeubles à structure en acier, de multiples
conducteurs de descente de paratonnerre ou le réseau de protection contre la
foudre doivent être directement tirés jusqu’à la prise de terre.
La différence fondamentale entre un conducteur de protection (PE) et un conducteur
de descente de paratonnerre est que le premier conduit un courant (de défaut)
interne à l’installation électrique BT au point neutre du transformateur MT/BT
(schémas TT et TN), tandis que le second écoule un courant externe (de l’extérieur
du site) jusqu’à la prise de terre.
Dans un même bâtiment, les réseaux de
terre distincts (« terre électronique, terre
informatique, terre télécom », etc.) doivent
être interconnectés de manière à former un
réseau équipotentiel de terre unique.
Interconnexion des masses
Dans un bâtiment, il est recommandé de connecter un réseau de terre à toutes les
structures conductrices accessibles : poutres métalliques et huisseries de portes,
tuyauteries, etc. Il est généralement suffisant de connecter les goulottes métalliques,
tablettes et linteaux métalliques, tubes métalliques, conduits de ventilation, etc. en
autant de points que possible. Dans les endroits où il y a une forte concentration
d’équipements, quand la taille de la maille du réseau équipotentiel est supérieure
à 4 mètres, il convient d’ajouter une liaison équipotentielle. La section et le type de
conducteur utilisé ne sont pas critiques.
Il est impératif d’interconnecter les réseaux de terre de bâtiments ayant des
liaisons câblées communes. Il est recommandé de réaliser cette interconnexion
par de multiples liaisons équipotentielles entre les masses des équipements et
par l’intermédiaire de liaisons entre toutes les structures métalliques internes aux
bâtiments ou reliant les bâtiments (sous condition qu’elles soient non interrompues).
Si l’équipotentialité entre bâtiments ne peut être garantie ou si les bâtiments sont
éloignés de plus d’une dizaine de mètres, il est très fortement recommandé de
réaliser les liaisons de communication par fibre optique et de réaliser des isolements
galvaniques pour les systèmes de mesures et de communication. Cela devient
obligatoire si le réseau d’alimentation électrique est en schéma IT ou TN-C.
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Ce réseau de terre doit être aussi maillé que possible. Si le réseau de terre est
équipotentiel, les différences de potentiel entre équipements communicants
deviennent faibles, et bon nombre de problèmes de CEM disparaissent. En cas de
défauts d’isolement ou de chocs de foudre, les différences de potentiel sont aussi
moins importantes.
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de la CEM
3.2 Amélioration de l’équipotentialité
Réseaux de mise au même potentiel
Bien que le réseau de mise au même potentiel idéal soit une tôle ou une grille à
mailles fines, l’expérience montre que pour la majorité des perturbations, une maille
d’environ 3 mètres de côté est suffisante. Cela forme un réseau de masse maillé.
Des exemples de différents réseaux de mise au même potentiel sont montrés sur
la Figure R7. La structure minimale recommandée est composée d’un conducteur
(bande ou câble de cuivre par exemple) entourant la pièce.
BN maillé
IBN
PE
BN maillé
IBN maillé
Maillage local
IBN maillé
localement
Tronc
Arbre
IBN
Etoile (IBN)
CBN
BN: Réseau équipotentiel
CBN: Réseau commun de liaison équipotentielle
IBN: Réseau équipotentiel isolé
Fig. R7 : Exemple de réseaux de mise au même potentiel
La longueur des liaisons entre un élément de la structure et le réseau équipotentiel
ne doit pas excéder 50 cm. Si cela ne peut être le cas, une liaison supplémentaire
sera ajoutée en parallèle à la première et à une distance comprise entre 10 et 50 cm.
Il convient que la liaison à la barre de terre de l’armoire électrique d’un ensemble
d’équipements au réseau équipotentiel (voir ci-dessous) soit réalisée avec une
inductance de moins de 1 µHenry (0,5 µH, si possible). Par exemple, il est possible
d’utiliser un conducteur unique de 50 cm, ou deux conducteurs en parallèle de
1 mètre (pas trop près l’un de l’autre - à au moins 50 cm - afin de minimiser la
mutuelle inductance entre les deux conducteurs).
Dans la mesure du possible le raccordement au réseau équipotentiel se fera à une
intersection afin de diviser les courants HF par quatre sans rallonger la connexion.
La section des liaisons équipotentielles n’est pas importante bien qu’une section
plate soit préférable : il est bon que la liaison soit aussi courte que possible.
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3 Mise en œuvre
Conducteur de Terre Parallèle (PEC)
Le but d’un conducteur de terre parallèle est de réduire le courant de mode commun
parcourant les liaisons qui véhiculent aussi le signal de mode différentiel (impédance
commune et surface de boucle sont réduites).
Le dimensionnement du conducteur de terre parallèle est fonction du niveau
maximal de courant qu’il est censé véhiculer en cas de protection, en particulier
s’il est utilisé comme conducteur de protection en cas de coup de foudre ou de
défaut d’isolement de forte intensité (schéma TN). Lorsqu’un écran de câble est
utilisé comme un conducteur de terre parallèle, il n’est pas conçu pour admettre
ces forts courants; la première approche est de router le câble le long d’éléments
métalliques de construction, ou de conduits, qui alors se comportent comme d’autres
conducteurs de terre parallèles pour la totalité du câble. Une autre possibilité est
de router le câble blindé contre un conducteur de terre parallèle de forte section, le
câble blindé et le conducteur de terre parallèle étant connectés aux deux extrémités
à la terre locale de l’équipement ou de l’appareil.
En cas de très grandes distances, il est recommandé de prévoir pour le conducteur
de terre parallèle des connexions supplémentaires au réseau de terre, à des
intervalles irréguliers entre les appareils. Ces connexions supplémentaires forment
un chemin de retour plus court pour les courants perturbateurs qui traversent le
conducteur de terre parallèle. Pour les conduits en forme de U, blindages et tubes, il
convient que les connexions additionnelles de terre soient réalisées à l’extérieur, afin
de maintenir la séparation avec l’intérieur (effet « d’écran »).
Conducteurs de mise au même potentiel
Pour réaliser les conducteurs de mise au même potentiel, les conducteurs
appropriés peuvent être des bandes métalliques, des tresses plates ou des câbles
ronds. Pour les systèmes à hautes fréquences, les bandes métalliques ou les tresses
plates sont préférables (à cause de l’effet de peau). Pour les hautes fréquences, un
conducteur rond possède une impédance supérieure à celle d’un conducteur plat de
même section transversale. Dans la mesure du possible, on conservera un rapport
longueur / largeur y 5.
3.3 Ségrégation des câblages
La séparation physique des câblages courants forts et courants faibles est très
importante d’un point de vue CEM surtout si les câbles bas niveaux sont non blindés
ou avec blindages non reliés à la masse. La sensibilité d’un équipement électronique
est en grande partie liée à son câblage associé.
Si aucune ségrégation n’est pratiquée (câbles de nature différentes dans des
chemins câbles distincts, distance entre les câbles courant fort / courant faible,
nature des chemins de câbles, etc) le couplage électromagnétique est maximum.
Dans ces conditions les équipements électroniques sont sensibles aux perturbations
CEM véhiculées par les câbles pollués.
L’utilisation de canalisations préfabriquées du type Canalis ou gaines à barres pour
les plus fortes puissances est fortement conseillée. Le niveau de champ magnétique
rayonné par ce type de canalisation est 10 à 20 fois inférieur à celui d’un câble ou de
conducteurs électriques classiques.
Les recommandations des paragraphes « Cheminements des câbles » et
« Recommandations de câblage » sont à prendre en considération.
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R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
3.4 Planchers surélevés
Le maillage des planchers participe à l’équipotentialité de la zone et par conséquent
à la répartition et dilution des courants perturbateurs BF.
L’effet de blindage d’un plancher surélevé est directement lié à son équipotentialité.
Si le contact entre les dalles n’est pas assuré (dalles avec joints en caoutchouc
antistatique) ou si le contact entre les cornières de supports n’est pas garanti
(pollution, corrosion, moisissure, etc., ou pas de cornière du tout), il est nécessaire
d’ajouter une grille d’équipotentialité. Dans ce cas, il suffit d’assurer de bonnes
connexions électriques entre les chandelles métalliques. Des petites agrafes à
ressort sont disponibles sur le marché et peuvent être utilisées pour raccorder les
chandelles à la grille d’équipotentialité. La solution idéale est de raccorder chaque
chandelle, mais il est souvent suffisant de ne raccorder qu’une chandelle sur deux
dans chaque direction. Une grille de largeur de maille de 1,5 à 2 m convient dans
la majorité des cas. La section de cuivre recommandée est de 10 mm² ou plus. En
général, de la tresse plate est utilisée. Afin de minimiser les effets de la corrosion, il
est recommandé d’utiliser du cuivre étamé (cf. Fig. R8).
Les dalles perforées se comportent comme les dalles pleines lorsqu’elles sont
réalisées en acier alvéolé.
Une maintenance préventive des dalles est nécessaire environ tous les 5 ans
(dépend du type de dalle et de l’environnement climatique, humidité, poussières,
corrosion). Les joints antistatiques en caoutchouc ou polymères sont à entretenir
ainsi que les surfaces de portée des dalles (nettoyage avec un produit adapté).
Plancher surélevé
Agraphes à ressort
Chandelles métalliques
u 10 mm2
Fig. R8 : Mise en œuvre d’un faux plancher
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3 Mise en œuvre
Les conduits métalliques sont recommandés
dans la plupart des situations. La forme du
conduit et la position du faisceau de câbles
dans le conduit ont une influence sur sa
qualité d’un point de vue CEM.
3.5 Cheminements des câbles
Le choix du matériau et la forme dépendent des considérations suivantes :
b la sévérité de l’environnement EM le long du chemin (proximité de sources de
perturbations électromagnétiques conduites et rayonnées),
b le niveau autorisé des émissions conduites et rayonnées,
b le type de câblage (Est-il blindé, torsadé, par fibre optique ?),
b la robustesse aux IEM (Interférence ElectroMagnétique) du matériel connecté au
système de câblage,
b les autres contraintes d’environnement (chimiques, mécaniques, climatiques, le
feu, etc.),
b l’extension future du système de câblage.
Type de conduits adaptés
Les conduits métalliques sont recommandés dans la plupart des situations.
Les conduits non métalliques sont adaptés :
b quand les conduits métalliques sont à éviter (par ex environnement chimique),
b dans les cas suivants :
v faible environnement électromagnétique permanent,
v faible niveau d’émission du système de câblage,
v câblage par fibres optiques.
Performance CEM des différents conduits
Pour les conduits métalliques, la forme (plane, U, tube, etc.), plutôt que la section
transversale va déterminer l'impédance caractéristique du conduit. Les formes
enveloppantes donnent les meilleurs effets réducteurs (en réduisant le couplage de
Mode Commun). Les conduits ont souvent des fentes pour une fixation facilitée des
câbles. D’un point de vue CEM, les moins préjudiciables sont les petits trous. Des
fentes parallèles au conduit, constituent une position moins pénalisante. Des fentes
perpendiculaires à l'axe du conduit ne sont pas recommandées (cf. Fig. R9).
Moyen
Correct
Excellent
Fig. R9 : Performances CEM pour différents exemples de conduits métalliques
Dans certains cas, un mauvais conduit vis à vis des IEM (Interférence
ElectroMagnétique) peut convenir parce que l'environnement électromagnétique est
faible, des câbles blindés ou des fibres optiques sont utilisés, des chemins de câbles
séparés sont employés pour les différents types de câblage (puissance, traitement
de l'information, etc.).
NON
OUI
Emplacement protégé contre les
champs EM extérieurs
Pour une forme en U, le champ magnétique décroît près des deux coins. Pour cette
raison, les conduits profonds ont la préférence (cf. Fig. R10).
R11
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Fig. R10 : Installation d’un groupe de câbles dans 2 chemins
de câbles en U
Il est bon qu'un espace utilisable situé à l'intérieur du chemin de câbles permette
d'installer une quantité convenue de câbles supplémentaires. La hauteur du faisceau
dans le chemin de câbles doit être plus basse que les côtés comme montré
ci-dessous. L'utilisation de couvercles avec recouvrement améliore les performances
CEM du chemin de câbles.
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GIE_chap_R-2010.indb 11
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R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
Il est recommandé que des câbles de
catégories différentes (par ex alimentation
secteur et liaison bas niveau) ne soient pas
dans le même faisceau ou le même conduit.
Les chemins de câbles doivent être remplis au
maximum à la moitié de leur capacité.
Cheminement des câbles de différentes catégories
Il convient de séparer d'un point de vue électromagnétique les faisceaux les uns
des autres, soit avec des blindages soit en plaçant les câbles dans des conduits
différents. La qualité du blindage détermine la distance à conserver entre faisceaux.
Sans aucun blindage, conserver une distance suffisante entre faisceaux
(cf. Fig. R11) est une solution satisfaissante.
Interdit
Idéal
Correct
Câblage de puissance
Circuit auxiliaires (TOR)
Contrôle (numérique)
Mesures (analogique)
Note : Toutes les parties métalliques sont bien reliées électriquement
Fig. R11 : Recommandation pour l’installation de groupes de câbles dans des chemins de câbles
métalliques
Des éléments métalliques de construction de bâtiment peuvent très bien servir
des objectifs de CEM. Des poutrelles en acier en L, H, U, T forment souvent une
structure continue mise à la terre, qui offre de grandes sections transversales et de
grandes surfaces comportant beaucoup de liaisons intermédiaires à la terre. Les
câbles sont de préférence tirés contre de telles poutrelles. Les coins internes sont
préférés aux surfaces extérieures (cf. Fig. R12).
Recommandé
Acceptable
Non recommandé
Fig. R12 : Recommandation pour l’installation de câbles sur poutrelles métalliques
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R12
Il est recommandé :
b de toujours connecter les conduits
métalliques à la terre locale aux deux
extrémités,
b que toutes les connexions de mise à la terre
soient courtes,
b de préférer des conduits métalliques car ils
offrent une résistance améliorée à la CEM.
Précautions de mise en œuvre
Il convient de toujours connecter les conduits métalliques à la terre locale aux deux
extrémités. Pour de grandes longueurs, des liaisons additionnelles au système de
terre sont recommandées à intervalles entre appareils. Il est bon que ces intervalles
soient irréguliers (dans le cas de câblages symétriques) pour éviter la résonance
à une même fréquence. Il est recommandé que toutes les connexions de mise à la
terre soient courtes.
Les canalisations sont disponibles sous formes métalliques ou non. Il convient de
préférer les matériaux métalliques car ils offrent une résistance améliorée à la CEM.
Un conduit (chemin de câbles, canalisation, corbeau, etc.) doit fournir une structure
métallique continue et bonne conductrice sur toute sa longueur.
Un conduit en aluminium a une résistance en continu plus faible qu'un conduit en
acier de même taille, mais l'impédance de transfert (Zt) de l'acier diminue déjà à une
fréquence plus basse surtout quand l'acier a une perméabilité relative µr élevée. Il
convient de faire attention quand différents métaux sont utilisés, car la connexion
électrique directe n'est pas autorisée dans certains cas, pour éviter la corrosion.
Pour la CEM cela pourrait être un désavantage.
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GIE_chap_R-2010.indb 12
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3 Mise en œuvre
Utilisation d’un câble d’accompagnement de masse (PEC)
Dans les cas où les appareils connectés au système de câblage par des câbles
non-blindés ne sont pas affectés par des perturbations à basse fréquence, afin
d'améliorer les performances CEM des conduits non métalliques, il convient
d'ajouter un simple câble, dit câble d’accompagnement de masse (PEC), à l'intérieur
du conduit et connecté au système de terre local aux deux extrémités. Il est bon de
réaliser les connexions sur une partie métallique de faible impédance (par ex une
grande paroi métallique de l'armoire de l'appareil).
Il est recommandé de concevoir le PEC de manière à ce qu'il supporte des courants
de mode commun et de défauts importants.
Assemblage de conduits métalliques
Quand un conduit métallique est bâti à partir de plusieurs éléments plus courts, il est
recommandé de faire attention afin d'assurer la continuité par une mise au même
potentiel correcte entre parties différentes. De préférence, les parties sont soudées
sur toute leur périphérie. Des joints rivetés, boulonnés ou vissés sont autorisés, à
condition que les surfaces en contact soient bien conductrices (pas de peinture ou
de revêtement isolant), et soient protégées contre la corrosion. Le couple de serrage
doit être respecté pour assurer une bonne pression au niveau du contact électrique
entre les deux parties. Quand une certaine forme de conduit est choisie, il convient
de la maintenir sur toute sa longueur. Toutes les interconnexions doivent avoir une
basse impédance. Une seule connexion filaire courte entre deux parties du conduit
va résulter en une haute impédance localisée et par conséquent, annuler ses
performances CEM.
A partir de quelques MHz, une liaison de 10 cm entre les deux parties du conduit va
dégrader l'effet réducteur d'un facteur supérieur à 10 (cf. Fig. R13).
Inacceptable
Non recommandé
Excellent
Mediocre
Fig. R13 : Assemblage de conduits métalliques
Chaque fois que des ajustements ou des extensions sont effectués, il est vital qu'une
supervision fine soit entreprise afin de s'assurer qu'ils sont exécutés selon les règles
CEM (par ex ne pas remplacer un conduit métallique par un autre en plastique!).
Meilleur
Fig. R14 : Recommandations pour une traversée de mur par
un conduit métallique
Quand des canalisations doivent être interrompues pour traverser un mur (par
ex des barrières anti feu), les deux canalisations doivent être en liaison avec des
connexions à basse impédance comme le montrent les dessins (cf. Fig. R14).
R13
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Bien
Les capots des chemins de câbles métalliques répondent aux mêmes exigences que
celles qui sont propres aux chemins de câbles. Un capot comportant beaucoup de
contacts sur toute la longueur est préféré. Si ce n'est pas possible, il convient que les
capots soient connectés au chemin de câbles au moins aux deux extrémités par des
connexions courtes (par ex des liaisons tressées ou maillées).
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22/01/2010 17:03:33
R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
3.6 Canalisations préfabriquées
Les canalisations préfabriquées réduisent les risques d’exposition aux
champs électromagnétiques.
Selon l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé), l’exposition aux champs
électromagnétiques peut être un danger pour la santé à partir de niveaux aussi
faibles que 0,2 micro-teslas et pourrait représenter un risque de cancer à long terme.
Certains pays ont établi des normes qui prévoient des limites (par exemple 0,2 µT à
1 mètre en Suède).
Tous les conducteurs électriques génèrent des champs magnétiques proportionnels
à la distance qui les sépare. La conception des canalisations préfabriquées avec
des conducteurs peu espacés dans un boîtier métallique permet de réduire
considérablement le rayonnement de ces champs électromagnétiques.
Les caractéristiques du champ électromagnétique des canalisations préfabriquées
sont bien déterminées et les mesures montrent qu’il est bien en deçà des niveaux
potentiellement dangereux (cf. Fig. R14b).
Fig. R14a : Exposition aux champs électromagnétiques
Dans des cas spécifiques où des valeurs particulièrement faibles sont nécessaires
(salles informatiques, hôpitaux et certains locaux), il est important de garder à l’esprit
les points suivants concernant l’induction générée autour des trois conducteurs de
phase d’une distribution électrique :
b elle est proportionnelle au courant parcourant les conducteurs et à la distance qui
les sépare ;
b elle est inversement proportionnelle au carré de la distance des canalisations
préfabriquées ;
b elle est réduite -atténuée- par l’effet de blindage de l’enveloppe métallique
entourant les jeux de barres de ces canalisations.
Cette induction est inférieure à celle générée par une liaison par câbles équivalente
à une canalisation préfabriquée dans un boîtier métallique en acier, boîtier en acier
qui atténue plus l’induction qu’un boîtier en aluminium de même épaisseur.
A noter que cette induction est particulièrement faible autour des canalisations
préfabriquées réalisées avec des barres placées en sandwich, donc faiblement
espacées, dans un boîtier en acier.
Champ électromagnétique (µT)
1000
100
10
1.0
0.1
100
1000
10000
Distance du point de mesure au centre du jeu de barres (mm)
R14
KTA10 (1000 A)
KTA16 (1600 A)
KTA20 (2000 A)
KTA40 (4000 A)
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Fig. R14b : Valeurs du champ électromagnétique autour des canalisations préfabriquées Canalis
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22/01/2010 17:03:34
3 Mise en œuvre
Toutes les reprises de masse doivent
être faites sur une tôle protégée contre la
corrosion mais épargnée ni peinte ni protégée
par un revêtement isolant.
3.7 Mise en œuvre des câbles blindés
Lorsque l'on choisit d'utiliser un câble blindé, il faut aussi s'interroger sur la manière
dont on réalisera les reprises du blindage, sous peine de dégrader considérablement
son efficacité (type de reprises, de connecteur, de traversée de cloison...). Pour que
la reprise de blindage soit efficace, elle doit se faire sur 360 degrés. Les dessins cidessous illustrent les différentes mises en œuvre. A noter que toutes les reprises de
masse doivent se faire sur une tôle épargnée.
Pour les matériels informatiques et les liaisons numériques, il est recommandé de
connecter l’écran des câbles blindés aux 2 extrémités (cf. Fig. R15).
Le raccordement des écrans des câbles blindés est primordial d’un point de vue
CEM. Il faut garder à l’esprit les points suivants.
b Si le câble blindé relie des équipements qui sont situés dans une même zone
équipotentielle, le blindage doit être mis à la masse aux 2 extrémités.
b Si le câble blindé relie des équipements qui ne sont pas situés dans une même
zone équipotentielle, plusieurs cas de figures peuvent se présenter :
v Connecter le blindage à la masse qu’à une extrémité est dangereux. En cas de
défaut d’isolement, le blindage est porté à un potentiel qui peut être mortel pour un
opérateur (voire pour le matériel). De plus, l’efficacité du blindage est mauvaise en
haute fréquence.
v Connecter le blindage à la masse aux 2 extrémités peut être dangereux en cas
de défaut d’isolement. Un courant important circulera dans le blindage et risquerait
d’endommager ce dernier. Pour limiter ce problème, il faut tirer en parallèle avec le
câble blindé, un câble d’accompagnement de masse (PEC) de section suffisante
(dépend du courant de court-circuit de cette partie de l’installation).
Il est donc évident dans ce dernier cas, que si l’installation a un réseau de terre bien
maillée, ce problème ne se pose pas.
A proscrire
Acceptable
Cavalier, collier, bride
Barre de masse
reliée au chassis
Queue de cochon
Correct
Cavalier, collier, bride
Tôle équipotentielle
Idéal
Traversée de cloison = contact circonférentiel
sur la tôle équipotentielle.
Fig. R15 : Mise en œuvre de câbles blindés
3.8 Réseaux de communication
R15
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Les réseaux de communication sont très étendus. Ils relient des équipements
qui sont implantés dans des salles qui peuvent avoir des distributions électriques
comportant des schémas de liaisons à la terre différents. De plus si ces différents
locaux ne sont pas équipotentiels, de forts courants transitoires et de grandes
différences de potentiels peuvent apparaître entre les différents équipements reliés
par ces réseaux. Comme nous l’avons vu précédemment, cela peut être le cas lors
de défauts d’isolement ou de coup de foudre. La tenue des cartes de communication
installées dans les micro ordinateurs ou les automates n’ont pas des tenues
diélectriques (entre fils actifs et masse mécanique) importantes. En règle générale
le niveau de tenue est de l’ordre de 500 V. Les plus robustes tiennent 1,5 kV. Dans le
cadre d’installations maillées et en régime TN-S, avec des réseaux peu étendus, ce
niveau de tenue est acceptable. Dans tous les cas, des protections contre la foudre
(en mode commun et mode différentiel) sont recommandées.
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R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
3 Mise en œuvre
Le type de câble de communication utilisé est un paramètre important. Il faut que le
câble soit adapté au type de transmission. Les paramètres du câble sont autant de
points qui permettent d’assurer une liaison de communication fiable et robuste, soit :
b son impédance caractéristique,
b par paires torsadées (ou non),
b sa capacité et résistance linéique,
b son affaiblissement linéique,
b la nature de son ou de ses écrans de blindage.
D’autre part, il est important de choisir des liaisons de transmission symétriques
(différentielles). Ce type de liaison est plus robuste en CEM.
Par contre dans des environnements électromagnétiques sévères ou dans
le cas de réseaux de communication étendus avec des installations peu ou
pas équipotentielles, avec des schémas IT, TT ou TN-C, il est très fortement
recommandé d’utiliser des liaisons par fibre optique.
Pour des raisons de sécurité des personnes, la fibre ne doit pas comporter de partie
métallique (risque de chocs électriques si cette fibre relie 2 zones avec des terres
différentes).
3.9 Mise en œuvre des parafoudres
Raccordement
Les connexions d’un parafoudre doivent être les plus courtes possibles.
Une des caractéristiques essentielles pour la protection d’un équipement est le
niveau maximal de tension que l’équipement peut supporter à ses bornes. De ce fait,
un parafoudre doit être choisi avec un niveau de protection adaptée à la protection
de l’équipement (cf. Fig. R16). La longueur totale des connexions est L = L1+L2+L3.
Pour les courants à haute fréquence, l’impédance linéique de cette connexion est de
l’ordre de 1 µH/m.
di
D’où, en appliquant la loi de Lenz à cette connexion : ∆U = L
dt
L’onde courant normalisé 8/20 µs, avec une amplitude de courant de 8 kÂ, crée de
ce fait une élévation de tension par mètre de câble de 1000 V.
3
∆U = 1.10-6 x 8.10-6 = 1000 V
8.10
U équipement
L1
disjoncteur
de déconnexion
U1
L2
L = L1 + L2 + L3 < 50 cm
parafoudre
Up
L3
charge à
protéger
U2
Fig. R16 : Connexions d’un parafoudre L < 50 cm
Par suite la tension aux bornes de l’équipement est : U = Up + U1 + U2.
Si L1+L2+L3 = 50 cm, l’onde 8/20 µs avec une amplitude de 8 k , la tension aux
bornes de l’équipement est de Up + 500 V.
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R16
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Règles de câblages
b Règle 1
La première règle à respecter est que la longueur des connexions du parafoudre au
réseau (au travers du dispositif de déconnexion associé) et au bornier de terre ne
dépasse pas 50 cm.
La Figure R17 montre 2 possibilités de raccordement d’un parafoudre.
d1
ur de
ncte
Disjo nexion
n
déco
d1
re
foud
Para PRO
k
Quic
d2
d3
(8/20)
65kA(8/20)
Imax:
In: 20kA
1,5kV
Up: 340Va
Uc:
re
foud
Para
d3
2+
1+d
d3 y
m
50 c
d
Fig. R17 : Parafoudre avec dispositif de déconnexion séparé ou intégré
b Règle 2
Les conducteurs des départs protégés :
v doivent être connectés aux bornes mêmes du disjoncteur de déconnexion ou du
parafoudre,
v doivent être séparés physiquement des conducteurs d’arrivée pollués.
Ils sont placés à la droite des bornes du parafoudre et du dispositif de déconnexion
(cf. Fig. R18).
Alimentation
Départs protégés
L < 35 cm
Parafoudre
Quick PRO
R17
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Fig. R18 : Les connexions des départs protégés sont à droite des bornes du parafoudre
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22/01/2010 17:03:34
R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
3 Mise en œuvre
b Règle 3
Les conducteurs de phase, de neutre et de protection (PE) de l’arrivée doivent
cheminer les uns contre les autres afin de réduire la surface de la boucle
(cf. Fig. R19).
Prot.
Icc
Prot.
Icc
PFR
Dép.
1
Dép.
1
PFR
PFR : Parafoudre
Prot. Icc : Protection contre le risque de court-circuit du parafoudre
(disjoncteur de déconnexion)
Surfaces des boucles amont
et aval
à réduire
Liaisons d'impédance commune (conseillée ΣL y 50 cm).
Liaisons d'interconnexion des masses au plus près des appareils,
si possible derrière.
Fig. R19 : Exemple d’amélioration de la CEM par réduction des surfaces de boucle et de
l’impédance commune au sein d’un coffret électrique
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R18
b Règle 4
Les conducteurs d’arrivée du parafoudre doivent être éloignés des conducteurs de
sortie protégés afin d’éviter de les polluer par couplage.
b Règle 5
Les câbles doivent être plaqués contre les parties métalliques de l’armoire afin de
minimiser la surface de la boucle de masse et donc de bénéficier d’un effet d’écran
vis-à-vis des perturbations EM. Si l’armoire est en plastique et les récepteurs
particulièrement sensibles, elle doit être remplacée par une armoire métallique.
Dans tous les cas, il faut vérifier que les masses des armoires ou des coffrets sont
mises à la terre par des connexions très courtes.
Enfin, si des câbles blindés sont utilisés, les grandes longueurs («queues de
cochon») doivent être proscrites car elles réduisent l’efficacité du blindage
(cf. Fig. R15).
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22/01/2010 17:03:34
3 Mise en œuvre
Pour assurer une parfaite interconnexion des
masses métalliques, il est important de retirer
la peinture ou l'isolant sous toutes les parties
en contact.
3.10 Câblage des armoires (Fig. R20)
Chaque armoire ou coffret doit être équipé avec une barre de terre et une tôle de
référence de masse (plan d’équipotentialité).
Tous les câbles blindés entrant ou sortant de l’armoire sont à relier à ce référentiel
en veillant à la qualité de tous les contacts électriques. Les protections et filtrages
sont eux aussi raccordés à ce référentiel.
Les armoires ou coffrets en matière plastique ne sont pas recommandés. Dans cette
configuration, le rail DIN peut être utilisé comme référentiel de terre et masse.
Tresse de mise à
la masse
Grilles CEM : rail DIN
et armoire à la terre
Collier Rilsan
Montage avec
contact électrique
(avec rondelle
contact
Colliers de mise
à la masse
Conducteurs PE
Barre de mise
à la masse
Tôle de
référence de
potentiel
OUI
NON
Fig. R20 : Les appareils à protéger doivent être raccordés aux bornes du parafoudre
3.11 Références normatives
Il est primordial de faire apparaître dans les spécifications les normes ou documents
de recommandations à prendre en compte lors de la réalisation des installations.
A titre indicatif, les documents suivants peuvent être utilisés:
b CEI 61000-5-2Compatibilité électromagnétique (CEM) –
Partie 5 : Guides d’installation et d’atténuation – Section 2 : Mise à
la terre et câblage
R19
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b CEI 60364-4-44 Installations électriques des bâtiments –
Partie 4-44 : Protection pour assurer la sécurité – Protection contre
les perturbations de tension et les perturbations
électromagnétiques
b NF C 15-100 : Règles d’installations électriques BT - dernière version en vigueur.
b NF C 13-200 : Règles d’installations électriques à haute tension.
b NF C 17-100 : Règles d’installation de paratonnerres.
b EN 50174-1 : Technologies de l'information - Installation de câblage.
Partie 1 : Planification de l'assurance de la qualité.
b EN 50174-2 : Technologies de l'information - Installation de câblage Partie 2 : Planification et pratiques d'installation à l'intérieur des
bâtiments.
b EN 50310 :
Application de liaison équipotentielle et de la mise à la terre dans
les locaux avec équipements de Technologie de l’Information
b Guide UTE C 15-443 : Protection des installations électriques BT contre les
surtensions d’origine atmosphérique.
b Guide UTE C 15-900 : Mise en œuvre dans des bâtiments des réseaux de
puissance et des réseaux de communication
b Guide UTE C 90-480-2 : Mise en œuvre d’installation et méthodes pratiques à
l’intérieur du bâtiment.
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22/01/2010 17:03:35
R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
4 Mécanismes de couplage et
mesures correctives
4.1 Généralités
Un phénomène d’interférence électromagnétique peut se résumer au synoptique de
la Figure R21.
Source
Couplage
Définit l'origine
des perturbations
émises
Représente
les moyens de
transmissions des
perturbations
Exemple:
Victime
C'est l'ensemble
des matériels
susceptibles d'être
perturbés
Ondes rayonnées
Talkie walkie
Poste de TV
Fig. R21 : Phénomènes d’interférences EM
Les différentes sources de perturbations sont :
b les émissions radio électriques :
v les systèmes de transmissions hertziens (radio, TV, CB, radio téléphones,
télécommandes),
v les radars ;
b les équipements :
v les appareils industriels de puissance (fours à induction, soudeuses à arc,
commande de stators),
v les équipements de bureaux (ordinateurs et circuits numériques, copieurs, visu
grand écran),
v les tubes à décharge (néon, fluo, lampes à éclat, flash),
v les composants électromécaniques (relais, contacteurs, solénoïdes, organes de
coupure) ;
b les réseaux de puissance :
v transport et distribution d’énergie,
v traction électrique ;
b la foudre,
b la décharge électrostatique (DES),
b l’impulsion électromagnétique d’origine nucléaire (IEMN).
Les victimes potentielles sont :
b les récepteurs radio, TV, radar, les communications hertziennes,
b les systèmes analogiques (capteurs, acquisition de mesures, amplificateurs,
écrans),
b les systèmes numériques (ordinateurs, bus et liaisons informatiques,
périphériques).
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R20
Les différents couplages sont :
b le couplage par impédance commune (couplage galvanique),
b le couplage capacitif,
b le couplage inductif,
b le couplage par rayonnement (champ à câble, champ à boucle, antenne à
antenne).
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4 Mécanismes de couplage et
mesures correctives
4.2 Couplage par impédance commune
Définition
Deux ou plusieurs équipements sont interconnectés par leur réseau d’alimentation
et les câbles de communication (cf. Fig. R22). Lorsque des courants d’origines
externes (foudre, courants de défaut, courants perturbateurs) circulent à travers ces
impédances communes, une tension indésirable est développée entre les points A
et B, censés être équipotentiels. Cette tension parasite peut être gênante pour des
circuits électroniques bas niveaux ou rapides.
L’ensemble des câbles, y compris les conducteurs de protection, présente une
impédance, en particulier aux fréquences élevées.
Equipement 1
Surtentsion
parasite
Equipement 2
Z sign.
I2
A
B
Masse
Ligne
"Signal"
Masse
I1
Z1
Z2
Les masses des équipements 1 et 2 sont reliées à une terre commune par des
connexions d’impédances Z1 et Z2.
La surtension parasite s’écoule vers la terre, à travers Z1. Le potentiel de
l’équipement 1 est porté à Z1 I1. La différence de potentiel avec l’équipement 2
(initialement au potentiel 0) se traduit par l’apparition du courant I2.
Z1
I2
Z1 I 1 = (Zsign + Z2) I 2 ⇒
=
I 1 (Zsign + Z2)
Présent Isur la ligne «signal », le courant I2 perturbe l’équipement 2.
Fig. R22 : Définition du couplage par impédance commune
Exemples
Différentes situations peuvent être rencontrées.
b Appareils reliés par un conducteur commun de référence (ex : PEN, PE) parcouru
par des variations de courant rapides ou intenses (di/dt) (courant de défaut, onde de
foudre, court-circuit, variations de charge, hacheurs, courants harmoniques, banc de
condensateurs de compensation, etc.).
b Retour commun de plusieurs sources électriques (cf. Fig. R23).
Câble
pollué
Equipement 1
Equipement 2
Câble de signal
i perturbateur
courants
de défauts
Coup de
foudre
R21
ZMC
Fig. R23 : Exemple de couplage par impédance commune
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Différence de potentiel
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22/01/2010 17:03:35
R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
Equipement 1
Z sign.
Equipement 2
Les impédances communes si elles ne peuvent être éliminées, doivent être les
plus faibles possibles. Pour minimiser les effets dus aux impédances communes,
différentes mesures correctives peuvent être appliquées :
I2
Surtension
parasite
b réduire les impédances :
v mailler les références communes,
v utiliser des câbles courts ou des tresses plates dont l’impédance est plus faible à
section égale que les câbles ronds,
v installer des liaisons équipotentielles fonctionnelles entre les matériels ;
Z sup.
Z1
I1
Mesures correctives (cf. Fig. R24)
Fil
d'accompagnement
de masse
b réduire le niveau des courants perturbateurs par l’adjonction de filtrage de mode
commun et de selfs de mode différentiel.
Z2
Si l’impédance du fil d’accompagnement de masse (Z sup.)
est très faible par rapport à l’impédance de Z sign., la majeure
partie du courant perturbateur s’écoule via la liaison de masse
Z sup. et non plus, comme dans le cas précédent, par la liaison
«signal » Z sign.
La différence de potentiel entre l’équipement 1 et 2 devient très
faible et la perturbation devient acceptable.
Fig. R24 : Mesures correctives du couplage par impédance
commune
4.3 Couplage capacitif
Définition
Perturbateur et victime sont couplés par les capacités parasites ou reparties. Le
niveau de perturbation dépend des variations de tension (dv/dt) ainsi que de la
valeur de la capacité de couplage.
Le couplage capacitif (cf. Fig. R25) croît avec :
b la fréquence,
b la proximité perturbateur / victime et la longueur de câblage mise en parallèle,
b la hauteur des câbles par rapport à un plan de masse,
b l’impédance d’entrée du circuit victime (les circuits à haute impédance d’entrée
sont plus vulnérables),
b l’isolation du câble victime (εr du diélectrique du câble), surtout dans le cas de
paires à couplage serré.
La Figure R26 montre le résultat d’un couplage capacitif (diaphonie) entre deux
câbles.
Exemples
Certaines dispositions favorisent ce type de couplage capacitif :
b câbles proches soumis à des variations rapides de tension (dv/dt),
b proximité d’un générateur haute tension à découpage (photocopieur,...),
b capacité parasite primaire / secondaire des transformateurs.
De tels couplages sont à l’origine de perturbations telles que :
b diaphonie inter câbles,
b amorçages des lampes fluo.
Couplage capacitif de mode différentiel
U
Couplage capacitif de mode commun
Source
Vsource
Victime
t
Vs
DM
Vvictime
CM
Iv
CM
DM
R22
© Schneider Electric - tous
droits réservés
Vs
Iv
t
Source
Victime
Vs DM : Source de tension perturbatrice (mode différentiel)
Iv DM : Courant perturbateur coté victime (mode différentiel)
Vs CM : Source de tension perturbatrice (mode commun)
Iv CM : Courant perturbateur coté victime (mode commun)
Fig. R26 : Influence typique d’un couplage capacitif (diaphonie
capacitive)
Fig. R25 : Exemple de couplage capacitif
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4 Mécanismes de couplage et
mesures correctives
Mesures correctives
Pour réduire le couplage capacitif, de nombreuses mesures correctives sont
possibles et simultanément applicables :
b limiter les longueurs parallèles perturbateur/victime au strict nécessaire,
b augmenter la séparation entre perturbateur et victime,
b plaquer les câbles contre les structures métalliques mises à la terre,
b dans le cas d’une liaison bifilaire, rapprocher le fil aller du fil retour,
b placer un fil d’accompagnement mis à la masse aux deux extrémités et de proche
en proche entre perturbateur et victime,
b utiliser des câbles assemblés en quartes ou en paires plutôt que des conducteurs
individuels,
b utiliser des systèmes de transmission symétriques sur un câblage symétrique et
correctement adapté,
b blinder les câbles perturbateurs, les câbles victimes ou les deux (le blindage sera
mis à la masse) (cf.Fig. R27),
b diminuer les dv/dt du perturbateur en augmentant le temps de montée du signal
quand cela est possible.
Écrans métalliques
C
Source
Victime
Fig. R27 : Les câbles blindés ou avec écran minimisent le couplage capacitif
4.4 Couplage inductif
Définition
Perturbateur et victime sont couplés par un champ magnétique. Le niveau de
perturbation dépend des variations de courant (di/dt) ainsi que de la valeur de la
mutuelle inductance de couplage.
Le couplage inductif croît avec :
b la fréquence,
b la proximité perturbateur / victime et la longueur de câblage mise en parallèle
(cf. Fig. R28 page suivante),
b la hauteur des câbles par rapport à un plan de masse,
b l’impédance de charge du circuit perturbateur.
Exemples
R23
© Schneider Electric - tous
droits réservés
Les couplages inductifs ont différentes origines :
b variations rapides de courant (di/dt) dans des câbles proches,
b court circuit,
b courant de défaut,
b onde de foudre,
b commande de stator,
b soudeuse.
b Inducteur.
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R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
Câble perturbateur
Câble perturbateur
H
H
Paire
victime
i
Boucle
victime
i
Boucle
victime
Couplage inductif de
mode différentiel
Couplage inductif de
mode commun
Fig. R28 : Exemple de couplage inductif
Mesures correctives
Pour le couplage inductif comme pour le couplage capacitif, de nombreuses
mesures correctives sont possibles et simultanément applicables :
b limiter les longueurs parallèles perturbateur/victime au strict nécessaire,
b augmenter la séparation entre perturbateur et victime,
b plaquer les câbles contre les structures métalliques mises à la terre,
b utiliser de la paire torsadée,
b rapprocher le fil aller du fil retour dans le cas d’une liaison bifilaire,
b utiliser des câbles multiconducteurs ou mono conducteur jointifs disposés de
préférence en trèfle,
b placer un fil d’accompagnement mis à la masse aux deux extrémités et de proche
en proche entre perturbateur et victime,
b utiliser des systèmes de transmission symétriques sur un câblage symétrique et
correctement adapté,
b blinder les câbles perturbateurs, les câbles victimes ou les deux (le blindage sera
mis à la masse),
b diminuer les di/dt du perturbateur en augmentant le temps de montée du signal
quand cela est possible (résistances ou CTP en série sur le câble perturbateur,
ferrites sur le câble perturbateur et/ou victime).
4.5 Couplage par rayonnement
Définition
Perturbateur et victime sont couplés via un média (exemple l’air). Le niveau de
perturbation dépend de la puissance de la source de rayonnement et de l’efficacité
de l’antenne d’émission et de réception.
Un champ électromagnétique est composé à la fois d’un champ électrique et d’un
champ magnétique qui sont corrélés (cf. Fig. R29).
Champ E
Champ H
i
V
R24
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Principe de couplage
champ à câble
Principe de couplage
champ à boucle
Fig. R29 : Exemple de couplage par rayonnement
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4 Mécanismes de couplage et
mesures correctives
Il est possible de considérer séparément les composantes électriques et
magnétiques (cf. Fig. R30).
Champ électrique (champ E) et champ magnétique (champ H) sont couplés dans
les systèmes de câblage via les fils et les boucles. Lorsqu’un câble est soumis à un
champ électrique variable, un courant est généré dans ce câble. Ce phénomène est
appelé couplage champ à câble. De la même manière, lorsqu’un champ magnétique
variable traverse une boucle, il crée une force contre électromotrice qui développera
une tension entre les deux extrémités de la boucle. Ce phénomène est appelé
couplage champ à boucle.
Exemples
Les sources de perturbations par rayonnement peuvent être :
b équipement de radio transmission (talkie-walkie, émetteur radio et TV, services
mobiles),
b radar,
b systèmes d’allumage automobile,
b soudeuse à arc,
b four à induction,
b système commutant de puissance,
b décharge électrostatique (DES),
b foudre.
Champ E
Champ EM
Equipement 1
Equipement
Câble
de signal
Equipement 2
i
h
h
Surface de la
boucle de masse
Plan de masse
Exemple de couplage champ à câble
Exemple de couplage champ à boucle
Fig. R30 : Exemple de couplage par rayonnement
Mesures correctives
Pour minimiser les effets par couplage rayonné il faut :
b Pour le couplage champ à câble
v réduire l’effet d’antenne de la victime en diminuant la hauteur (h) du câble par
rapport au plan de masse,
v mettre le câble dans un conduit métallique continu et mis à la masse (tuyau,
goulotte, chemin de câble),
v utiliser des câbles blindés correctement mis en œuvre et mis à la masse,
v ajouter des câbles d’accompagnement de masse,
v insérer des filtres ou des ferrites sur le câble victime.
Le couplage rayonné peut être éliminé en utilisant le principe de la cage de Faraday.
Par exemple, pour relier deux armoires d’un équipement en utilisant un câble blindé
dont le blindage est raccordé à ses 2 extrémités aux l’enveloppes métalliques ;
les enveloppes métalliques devant être mises à la masse pour que l’efficacité soit
accrue en haute fréquence.
Le couplage rayonné décroît avec :
b l'éloignement,
b l'utilisation de liaisons de transmissions symétriques.
symétriques.
R25
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b Pour le couplage champ à boucle
v réduire la surface de la boucle victime en diminuant la hauteur (h) et la longueur du
câble,
v utiliser les solutions du couplage champ à câble,
v utiliser le principe de la cage de Faraday.
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5 Recommandations de câblage
R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
5.1 Classification des signaux (cf. Fig. R31)
1 - Liaisons de puissance
(alimentation + PE)
2 - Liaisons de
relayage
Equipement
Câbles non blindés de
groupes différents
Câbles blindés de
groupes différents
4 - Liaison analogique
(capteur)
e
NON !
h
Plan de
masse
OUI !
3 - Liaison
numérique (bus)
Fig. R31 : Les 4 groupes de signaux internes
Risque de diaphonie en mode commun si e < 3 h
Câble sensible
Câble sensible
Câble bruyant
Câble bruyant
Les signaux internes peuvent être classés en 4 groupes :
b Groupe 1
Lignes d'alimentations secteurs, circuits de puissance à fort di/dt, convertisseurs à
découpage, commande de régulateurs de puissance.
Ce groupe est peu sensible mais perturbe les groupes suivants (surtout en MC).
b Groupe 2
Circuits d' E/S tout ou rien (TOR), circuits de relayage, de contrôle commande.
Ce groupe est peu sensible, mais perturbe les groupes suivants (commutations,
formation d'arcs à l'ouverture des contacts).
u1m
30 cm
NON !
Croiser les câbles
incompatibles à
angle droit
OUI !
Eloigner les câbles incompatibles
Câble classique
b Groupe 4
Circuits d' E/S analogiques (mesures à bas niveaux, lignes d'alimentation des
capteurs actifs). Ce groupe est sensible.
OUI !
Il serait souhaitable que chacun de ces groupes dispose de conducteurs ayant une
couleur d'isolant spécifique afin de faciliter leur repérage et d'identifier facilement les
différents groupes (cette présentation peut être utile pour l’installation et notamment
pour le tirage des fils et cäbles dans les goulottes et sur les dalles, et lors des
dépannages).
2 paires distinctes
5.2 Conseils de câblage
Fig. R32 : Recommandations de câblage pour des câbles
transportant des signaux de type différent
NON !
b Groupe 3
Circuits numériques (commutations H.F.).
Ce groupe est sensible aux impulsions, mais perturbe le groupe suivant.
Il faut absolument séparer de façon physique, et éloigner les câblages
comportant des signaux différents (cf. Fig. R32 au-dessus)
Nappe mal utilisée
Nappe bien utilisée
Liaison numérique
Paire analogique
Fils de masse
Fig. R33 : Utilisation des câbles et nappes
Les câbles perturbateurs (groupes 1 et 2) sont à éloigner des câbles sensibles
(groupes 3 et 4) (cf. Fig. R32 et Fig. R33)
En règle générale, il suffit d’ éloigner des torons de câbles de 10 cm à plat sur
une tôle (MC+MD). Si la place le permet, un éloignement de 30 cm est préférable.
Croiser deux câbles ou torons à angle droit évite un couplage par diaphonie, même
s'ils ont un contact ponctuel.
Il n'y a plus de contrainte d'éloignement lorsqu'une paroi métallique équipotentielle
par rapport à la masse, sépare les câbles. Il faut néanmoins que la hauteur de la
paroi soit supérieure au diamètre des torons à protéger.
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R26
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5 Recommandations de câblage
Dans un même toron, il ne doit cohabiter que des signaux d'un même groupe
(cf. Fig. R34)
En cas de nécessité de faire transiter dans le même toron des signaux de groupes
différents, des écrans internes sont nécessaires pour limiter la diaphonie (MD). Ces
écrans, de préférences en tresse, sont à raccorder à la masse aux deux bouts pour
les groupes 1, 2 et 3.
Il est conseillé de surblinder les câbles bruyants et les câbles sensibles
(cf. Fig. R35)
Un surblindage sert de protection H.F. (MD + MC) s'il est relié à la masse à ses deux
extrémités par une reprise de masse circonférentielle, avec un collier de reprise de
masse, ou un cavalier en Ω, mais surtout pas par une « queue de cochon ».
NON !
Paire blindée
Equipement
électronique
de contrôle
Câble non blindé
de Cde. du stator
Capteur
Equipement
électromécanique
OUI !
Mise à la masse par cavalier
Paire blindée + surblindage
Equipement
électronique
de contrôle
Câble blindé de Cde. du stator
Capteur
Equipement
électromécanique
Fig. R35 : Blindage,surblindage des câbles perturbateurs et/ou sensibles
NON !
Puissance
+ signaux
analogiques
Signaux
numériques
+ contacts
de relais
OUI !
Puissance
+ contacts
de relais
Signaux
numériques
et analogiques
Il faut éviter d'utiliser un même connecteur pour des liaisons de groupes
différents (cf. Fig. R36)
Sauf éventuellement pour les groupes 1 et 2 (MD). Si un même connecteur est utilisé
pour des signaux analogiques et numériques, il est nécessaire d'isoler les deux
groupes par au moins une rangée de contacts raccordés au 0 V qui sert d'écran.
Tout conducteur libre (réserve de câblage) doit être impérativement raccordé à
la masse aux deux extrémités (cf. Fig. R37)
Pour le groupe 4, ce raccordement est déconseillé pour les lignes à très bas niveau
de tension et à basses fréquences (risque de génération de bruit, par induction
magnétique, dans la bande des fréquences à transmettre).
Blindages
Liaisons de puissance
Liaisons numériques
Liaisons E/S relais
Liaisons analogiques
Fig. R34 : Signaux incompatibles = câbles différents
NON !
OUI !
Système
électronique
NON !
OUI !
Système
électronique
Fils éloignés des
tôles ou non
référencés à la
masse
R27
Liaisons numériques
Liaisons analogiques
Tôle équipotentielle
Fig. R37 : Raccorder les fils libres à la masse
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Fig. R36 : La ségrégation s'applique aussi à la connectique !
Tôle équipotentielle
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5 Recommandations de câblage
R - Recommandations pour l'amélioration
de la CEM
Le conducteur de retour doit toujours être voisin du conducteur aller
(cf. Fig. R38)
Ceci est particulièrement critique pour les capteurs à bas niveaux. Il est, même
conseillé pour des signaux TOR avec un commun, d’accompagner les conducteurs
actifs par au moins un conducteur commun par faisceau. Pour les signaux
analogiques ou numériques, travailler en paire torsadée est un minimum. Une paire
torsadée (MD) garantit que le fil de retour reste de bout en bout proche du fil aller
NON !
Surface des boucles
trop importantes
Carte
électronique
E/S TOR
-
OUI !
Carte
électronique
E/S TOR
+
-
Alim.
+
Alim.
Fig. R38 : Fil aller et fil retour doivent toujours rester voisins
Les câbles du groupe 1 ne doivent pas être blindés s’ils sont filtrés mais doivent
être réalisés de préférence en paires torsadées.
Les câbles sont systématiquement plaqués de bout en bout contre les parties
métalliques (tôles, goulottes métalliques, structures...) équipotentielles
de l'équipement (cf. Fig. R39) pour bénéficier d'un effet réducteur (MC) et anti
diaphonie (MD) significatif, sûr et peu coûteux.
NON !
OUI !
Tablette métallique
Alim.
NON !
OUI !
Chassis 1
Chassis 1
Chassis 2
Chassis 2
Chassis 3
Chassis 3
Interface
E/S
Alim.
Interface
E/S
Toutes les parties métalliques (chassis, structures, enveloppes...)
sont équipotentielles
R28
Câbles de puissance ou bruyants
Fig. R39 : Plaquer les liaisons filaires de bout en bout contre la masse
Câbles E/S, relayages
Câbles de mesure ou sensibles
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Fig. R40 : Répartition des câbles dans une tablette
L'utilisation de goulottes métalliques mise à la masse de façon correcte
améliore considérablement la compatibilité électromagnétique interne
(cf. Fig. R40).
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