Coexistence courants forts - courants faibles

..........................................................................

Cahier technique n° 187

Coexistencecourants forts - courants faibles

R. CalvasJ. Delaballe

Collection Technique

Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titresédités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent uneinformation plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogueset notices techniques.

Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvellestechniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permettentégalement de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans lesinstallations, les systèmes et les équipements.Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans lesdomaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et desautomatismes industriels.

Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partirdu site Schneider Electric.Code : http://www.schneider-electric.comRubrique : Le rendez-vous des experts

Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactezvotre agent Schneider Electric.

La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique »de Schneider Electric.

Avertissement

L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrectedes informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et nesaurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni deconséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémascontenus dans cet ouvrage.

La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée aprèsaccord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire :« Extrait du Cahier Technique Schneider Electric n° (à préciser) ».

Cahier Technique Schneider n° 187 / p.1

n° 187Coexistencecourants forts - courants faibles

CT 187 édition mars 2000

Roland CALVAS

Ingénieur ENSERG 1964 (Ecole Nationale Supérieure d’Électroniqueet de Radioélectricité de Grenoble) et diplômé de l’Institutd’Administration des Entreprises, il est entré chez Merlin Gerinen 1966. Lors de son parcours professionnel, il a participé à lapénétration de l’électronique dans la distribution électrique.Il est aujourd’hui en charge de la communication technique duGroupe Schneider.

Jacques DELABALLE

Docteur de l’Université de Limoges en 1980, entre chez Merlin-Gerinen 1986 après sept années passées chez Thomson. Il est responsabledes laboratoires CEM du centre d’essais de Schneider Electric. Il estmembre du Comité 77 (Compatibilité Electromagnétique) de laCommission Electrotechnique Internationale (CEI).


Lexique

Blindage (VEI 195-02-31A) :Barrière ou enveloppe fournissant une protectioncontre les dangers mécaniques (≠ écran). Ceterme est encore couramment employé à laplace d’écran.

Boucle :Surface délimitée par deux conducteurs, quellesque soient leurs fonctions, susceptible deperturber par induction électromagnétique unrécepteur sensible et/ou communicant.

Boucle de masse :Boucle constituée par deux conducteurs, l’unétant un conducteur actif (phase et neutre) ouune liaison courant faible, l’autre étant l’un desconducteurs d’une boucle entre masses.

Boucle entre masses :Boucle constituée par deux conducteurs quipeuvent être le PE, un conducteurd’accompagnement, un écran, une liaisonéquipotentielle supplémentaire, un élémentconducteur (non électrique).

Bus :Désigne une liaison courant faible qui véhiculedes signaux numériques.

Compatibilité électromagnétiqueCEM (abréviation) :Aptitude d’un appareil ou d’un système àfonctionner dans son environnementélectromagnétique de façon satisfaisanteet sans produire lui-même des perturbationsélectromagnétiques intolérables pour tout cequi se trouve dans cet environnement.

Conducteur d’accompagnement :Élément conducteur qui accompagne une liaisoncourant faible afin de réduire au minimum lasurface de la boucle formée par la liaisoncourant faible et le circuit de masse ; ce peutêtre un conducteur, un chemin de câbles, unécran. Le conducteur d’accompagnement estaussi une liaison équipotentielle fonctionnelle.

Conducteur de protection (PE)NFC 15-100 § 241-1 :Conducteur prescrit dans certaines mesures deprotection contre les chocs électriques et destinéà relier électriquement certaines des partiessuivantes : masses (électriques), borneprincipale de terre, point de l’alimentation relié àla terre ou au point neutre artificiel.

Courants faibles :Typiquement, les bus, les signaux Voix-Données-Images. Tous les signaux électriquesvéhiculant de l’information et non de lapuissance.

Courants forts :Courants et liaisons pouvant véhiculer de lapuissance, et principalement liaisonsd’alimentation en énergie électrique depuis leréseau de distribution, y compris le conducteurde protection.

Écran (VEI 195-02-32) :Dispositif destiné à réduire la pénétration d’unchamp électrique, magnétique ou électro-magnétique dans une région déterminée, ou àenvelopper ou séparer des circuits électriques.

Éléments conducteurs :(étrangers à l’installation électrique)Parties métalliques des bâtiments, canalisationsd’eau, gaz, chauffage, sols et parois nonisolantes. Il s’agit de masses non électriques.

Masse :Pour l’électricien, VEI 195-06-07, NFC 15-100§ 232-9 : partie conductrice d’un matérielélectrique susceptible d’être touchée et qui n’estpas normalement sous tension mais peut ledevenir en cas de défaut d’isolement.

Masse/terre fonctionnelle :Point d’un réseau ou d’un appareil qui doit êtremis à la masse/terre pour des raisons autres quela sécurité des personnes.

M.L.I.Modulation de Largeur d’Impulsion. Permetnotamment de contrôler la valeur moyenne dusignal de sortie en transformant le signald’entrée en impulsions de largeur modulable.

Pollueur :Source de perturbations électromagnétiques.Voir victime.

Queue de cochon :Raccordement en fil volant enroulé en tire-bouchon. A proscrire pour référencer unblindage à la masse : forte impédance en HF.

Victime :Récepteur sensible aux perturbationsélectromagnétiques. Voir pollueur.


Coexistencecourants forts - courants faibles

Sommaire

1 Introduction 1.1 La CEM, une discipline multi-métiers p.41.2 Rappels sur les perturbations et les couplages p.4

1.3 Distinction entre courants forts et courants faibles p.7

2 Terre et masses 2.1 Prise de terre p.8

2.2 Masses p.10

2.3 Maillage entre circuits de masses électriques et autres masses p.12

3 La CEM des appareils électroniques 3.1 L’auto-perturbation p.13

non communicants 3.2 L’exposition aux champs rayonnés p.14

3.3 Les perturbations conduites p.15

4 La CEM des appareils électroniques 4.1 Exemple de perturbation par impédance commune p.16

communicants 4.2 Exemple de perturbation par rayonnement p.18

5 Conclusion p.20

Annexe : bibliographie p.22

Le développement des systèmes numériques utilisant des liaisonscourants faibles (bus) pose aujourd’hui de manière aiguë le problème de lacoexistence des courants forts avec les courants faibles.

Globalement il s’agit de concilier sécurité électrique et compatibilitéélectromagnétique. Ceci conduit entre autre à répondre aux questions :

c comment traiter le problème des masses,

c quel est le bon choix du régime du neutre,

c quels blindages, plans réducteurs, cages de Faraday et pour quoi faire,

c comment doivent cheminer les circuits courants forts et courants faibles,

c etc.

Plutôt destiné à être lu par les électriciens, ce cahier technique doitcependant être utile aux spécialistes des courants faibles car il traiteessentiellement des perturbations basse fréquence ≤ 1 MHz.


1 Introduction

1.1 La CEM, une discipline multi-métiers

La compatibilité électromagnétique – CEM – estune discipline, en forte expansion, qui a débutéavec le développement de la radiodiffusion ;ainsi, il y a un demi-siècle, les « bougies » desmoteurs à explosion ont dû être « blindées »pour éviter la perturbation des récepteurs radio.

Aujourd’hui, la CEM a fait l’objet de nombreuxtravaux d’experts, principalement des électroni-ciens et des spécialistes des télécommunications.De nombreuses normes et même une directiveeuropéenne se sont donné pour objectif d’assurerla coexistence entre pollueurs et pollués ; ceci enfixant des limites d’émission de perturbations élec-tromagnétiques, ainsi que des niveaux d’immunité.

Malgré cela, il reste un domaine complexe pourlequel le consensus entre experts n’est pasencore établi : la coexistence entre les réseauxcourants faibles et les réseaux courants forts .

Sont concernés les appareils électroniques noncommunicants car ils sont alimentés par le réseauélectrique et sensibles aux champs rayonnés BFet HF ainsi qu’aux perturbations conduites, maisplus encore, les appareils qui s’érigent ensystèmes communicants à intelligence répartie.

Il s’agit alors de la sûreté de fonctionnement dessystèmes informatiques, de la gestion techniquedes bâtiments (GTB), de la distribution électrique(GTE), des automatismes de process, etc.

Tous ces systèmes, de plus en plus nombreux,mettent en œuvre essentiellement des liaisonsnumériques dites à courants faibles.

L’informaticien, l’électricien, l’automaticien,l’électronicien ont du mal à se comprendre, à secoordonner dans leurs tâches respectives. Uneculture commune doit se mettre en place pouréviter à la conception et à l’installation lesdysfonctionnements, voire les destructions dematériels. Les constructeurs doivent contribuer àcette culture commune. Ceci est d’autant plusimportant que les techniques évoluent :

c les réseaux électriques sont de plus en pluspuissants, véhiculent de plus en plus decourants harmoniques, ont un régime du neutrequi peut être pénalisant ;

c les réseaux numériques se multiplient, ont desniveaux électriques de plus en plus faibles,(quelques volts) et des débits de plus en plusélevés (Mégabits par seconde).

Les électriciens et les électroniciens doiventcoopérer pour optimiser la CEM dans lesinstallations des bâtiments ; pour améliorer lacoexistence courants forts – courants faibles.

Ce document s’intéresse plus aux phénomènesBF qu’aux phénomènes HF, la limite entre BF etHF étant à 1 MHz.

1.2 Rappels sur les perturbations et les couplages

Les perturbations

Les perturbations électromagnétiques sont denature très variée et leur définition fait intervenirde nombreux critères.Elles sont permanentes ou temporaires,alternatives ou impulsionnelles, basse ou hautefréquence (au dessus de 1 MHz) ; elles peuventêtre conduites ou rayonnées, de mode communou de mode différentiel, d’origine interne ouexterne au bâtiment.Les phénomènes perturbateurs considérés enCEM sont nombreux ; nous nous intéresseronsici essentiellement :c aux courants harmoniques, et aux fortscourants de défaut,c aux surtensions de manœuvres,c aux tensions et courants de choc de foudre.Les tensions et courants forts génèrent deschamps électromagnétiques.

fig. 1 : impédance d’onde Z = f(d).

Rappelons que tout champ électromagnétiqueest composé d’un champ magnétique H et d’unchamp électrique E.A proximité d’un courant BF, le champ magné-tique est prépondérant et ceci jusqu’à une

Log(d)

Log(Z)

λ/2π

377 Ω

Source à hauteimpédance(E prédomine)

Source à basseimpédance(H prédomine)


IMC

récepteur pollueurU

PEZMC

U-(ZMC.IMC)appareilélectronique(victime)

réseauélectrique

ZMD2

récepteur pollueur

U+ZMD.IMD IMD IMD

ZMD1

victime

ZMD = ZMD1+ZMD2

réseauélectrique U

fig. 2 : quelques émetteurs de perturbations électromagnétiques.

fig. 3 : couplage par impédance commune. Les perturbations générées par une charge polluante agressent unrécepteur sensible du fait du non découplage des alimentations ( a ) ou des circuits de masse (PE) ( b ).

distance de l’ordre de λ/2π… soit 1000 km pourun champ 50 Hz.

A proximité d’une source à haute impédance ethaute fréquence, c’est le champ électrique qui estprépondérant, c’est souvent le cas pour les sur-tensions de manœuvre des réseaux électriques.

Au-delà de λ/2π (pour les sources de dimensionsfaibles devant la longueur d’onde λ) le rapportentre E et H est constant, c’est l’impédance

d’onde : Z0 = E

H =

µ0

ε0

= 377 Ω dans l’air

(cf. fig. 1 ).

Le tableau de la figure 2 donne quelquesexemples d’émetteurs de perturbations avecleur fréquence (valeur moyenne) et les champs

qu’ils peuvent rayonner compte tenu de leurspuissances respectives.

Les couplagesRappelons enfin que selon la nature de laperturbation, le couplage entre le phénomènepollueur et la victime peut être de type :v impédance commune (perturbation conduite),v électrique (capacité parasite et rayonnement),v magnétique (inductance mutuelle etrayonnement).

c Couplage par impédance communeIl résulte de la présence d’un circuit communà plusieurs appareils ; ce peut être le réseaud’alimentation, le réseau de masse, le réseauéquipotentiel de protection…La figure 3 illustre ce type de couplage.

a - Couplage de mode différentiel (MD)

b - Couplage de mode commun (MC)

Emetteur Fréquence (f) Longueur d’onde ( λ) Champ

Secteur (1 kA, 1 ph.) 50 Hz 6000 km 20 A/m à 10 mFoudre 30 kHz à 3 MHz 10 km 10 A/m à 500 mFour de séchage 27 MHz 11 m 1,5 V/m à 10 mManœuvre inter 20 kV 75 MHz 4 m 5 kV/m à 1 mFM 100 MHz 3 m 1 V/m à 500 mRadio G.O. 200 kHz 1500 m 30 V/m à 500 mTalkie-Walkie 450 MHz 66 cm 10 V/m à 1 mTélévision UHF 600 MHz 50 cm 0,5 V/m à 500 mTéléphone mobile 900 MHz 33 cm 20 V/m à 1 mRadar 1 GHz 30 cm 40 V/m à 500 mFour micro-ondes 2,45 GHz 12 cm 1,5 V/m à 1 m


c Couplage électriqueIl résulte de la présence soit d’un champélectrique extérieur, soit d’une capacité parasiteentre deux circuits ou éléments conducteurs(cf. fig. 4 ).

c Couplage magnétiqueIl résulte de la présence soit d’un champmagnétique extérieur, soit d’une mutuelleinductance entre un conducteur et une boucle,comme le montre la figure 5 .Dans de nombreux cas, plusieurs de cescouplages peuvent intervenir simultanément.Concernant plus particulièrement la distributionélectrique :v Les courants de court-circuit (ou de défautd’isolement en régime TN) produisent deschamps magnétiques très importants. Selon lethéorème d’Ampère :

H = I

2πd, avec d distance entre conducteur et

victime.v La “ manœuvre ” des appareillages :interrupteurs, contacteurs, disjoncteurs, fusibles,génère des perturbations rayonnées etconduites variées et importantes qui doivent être

fig. 4 : une variation brusque de tension V1 entre deuxfils génère un champ qui, à faible distance, peut êtreconsidéré comme principalement électrique, et induireune tension VN dans une autre structure filaire qui luiest parallèle. Ce mode de couplage est appelédiaphonie capacitive.

e

V1

H

H

R

VN C20

C12

C10

H

I

câble(puissance)

paire de fils(bas niveau)

e

fig. 5 : une variation de courant dans un câble génèreun champ qui, à faible distance, peut être considérécomme purement magnétique et induit alors unetension perturbatrice dans des fils formant une boucle.Ce mode de couplage est appelé diaphonie inductive.

fig. 6 : quelques normes d’essais aux perturbations.

maîtrisées par les constructeurs deséquipements électro-niques intégrés dans lestableaux électriques. Ces “ondes” ont étécaractérisées par les normalisateurs (cf. fig. 6 ).v La foudre lorsqu’elle tombe sur un bâtiment ouà proximité de celui-ci, ou sur une ligneélectrique est un phénomène impulsionnel trèsperturbateur. Elle peut générer un champmagnétique, un champ électrique, une ondeconduite, une différence de potentiel entre deuxpoints électriques de l’installation.

CEI 61000-4-2 Décharges électrostatiques

CEI 61000-4-3 Champs rayonnésCEI 61000-4-4 Transitoires rapides en salvesCEI 61000-4-5 Ondes de choc (type foudre)CEI 61000-4-6 Perturbations conduites f > 9 kHzCEI 61000-4-8 Champs magnétiques à la fréquence

du réseauCEI 61000-4-9 Champs magnétiques impulsionnelsCEI 61000-4-10 Champs magnétiques oscillatoires

amortisCEI 61000-4-12 Ondes oscillatoires amortiesCEI 61000-4-13 HarmoniquesCEI 61000-4-16 Perturbations conduites en mode

commun de 0 Hz à 150 kHz


1.3 Distinction entre courants forts et courants faibles

Le qualificatif « courants forts » s’applique auxphénomènes normaux, tels que la circulationd’un courant électrique 50 Hz, ou anormaux telle courant de foudre. La figure 7 propose uneclassification des différentes liaisons électriquesen quatre groupes.c Le groupe 1 est celui des courants forts.c Le groupe 2 est peu sensible, peu pollueuret correspond généralement à des liaisonscourtes.c Le groupe 3, celui des liaisons numériques (bus)

4 groupes distincts :

c Groupe 1peu sensible mais perturbe les groupes suivants.

c Groupe 2peu sensible mais perturbe les groupes suivants.

c Groupe 3sensible aux impulsions,perturbe le groupe suivant.

c Groupe 4très sensible.

Liaisons de puissance

(alimentations)

Système

Liaisons de relayageE/STOR

Liaisons numériques (bus)

Liaisons analogiques

capteurInterface

fig. 7 : classification des types de liaisons électriques par ordre de sensibilité croissante.

est en expansion rapide autant dans le tertiaireque dans l’industrie ; les cheminements multi-ples entre appareils communicants le destinent àcohabiter avec les liaisons « courants forts ».c Le groupe 4, celui des liaisons analogiques àhaute impédance, cohabite peu avec les autresgroupes, du fait de sa sensibilité : les liaisonssont rares et courtes.

Une liaison appartenant à un des groupes« courants faibles » 2 ou 3 peut perturber uneliaison plus sensible.


2 Terre et masses

2.1 Prise de terre

Le premier but d’une prise de terre est laprotection des personnes

En effet nous sommes sur Terre ! Et il estessentiel que les parties métalliques accessiblesdes matériels électriques soient reliés à la terrepour éviter une électrocution par contact indirecten cas de défaut d’isolement. Cette disposition estnormative depuis 1923 (NFC 15-100 ; CEI 60364).Selon le schéma des liaisons à la terre (S.L.T.),le courant de défaut est plus ou moins élevé etdes dispositions sont prises pour que la tensionde contact ne dépasse pas la tensionconventionnelle de sécurité pendant un tempsprohibitif : UL (50 V en c.a.) (cf. les CahiersTechniques 172 et 173).Les parties métalliques accessibles desmatériels électriques sont reliées auxconducteurs de protection (PE), eux-mêmesreliés à la prise de terre, l’ensemble constituantl’installation de mise à la terre.

Le second but d’une prise de terre est deminimiser les perturbations de modecommun d’origine externe à l’installation B.T.

Il s’agit par exemple de surtension 50 Hz en casde claquage de transformateur MT/BT (cf. fig. 8 )ou de surtension de foudre (cf. fig. 9 ). A cepropos, en France, la NFC 13-100 impose desvaleurs limites de prises de terre.La foudre, les défauts MT/BT et la sécurité despersonnes imposent une prise de terre peuimpédante (IhMT peut atteindre 1000 A et latension d’isolement des matériels sensibles estde 1500 V !). Ce problème est à gérer surtout enrégime du neutre TT.

Bien sûr, il faut éviter les prises de terremultiples, à moins qu’elles soient interconnectées.

La prise de terre peut être un ou plusieurspiquets enfoncés dans le sol ou une boucle àfond de fouille, ou les deux solutions associées.

Pour un piquet, Rp = ρ

L

Pour la boucle à fond de fouille, RFF = 2ρ

L

avec L longueur du piquet ou périmètre de laboucle. La prise de terre doit être un conducteurplein en cuivre ou acier inoxydable pour limiterl’oxydation. La résistivité du sol (ρ) est unparamètre important ; il varie avec l’humidité dusol et avec sa nature dans une plage trèsétendue : 1 à 5000 Ω.m. Il est important de

fig. 8 : claquage MT/BT ; le réseau monte en potentielpar rapport à la terre ; U = RN.Ih d’où risque pour lematériel en schéma TT ou pour les personnes en schémaTN si le bâtiment n’est pas totalement équipotentiel.

fig. 9 : surtension de foudre ; le réseau subit unesurtension impulsionnelle sur tous les conducteursactifs, d’où risque « C.E.M. » important : nécessitéd’utiliser des parafoudres quel que soit le schémades liaisons à la terre.

MT BT3

TN

TTRN RU

NIh

mettre de la « bonne » terre en fond de fouille,autour du conducteur de boucle (cf. fig. 10 ).

L’impédance d’une prise de terre varie peu entre50 Hz et 500 kHz.

Si le bâtiment est équipé de paratonnerre, lesdescentes du paratonnerre sont à relier à desprises de terre en patte d’oie. Tous lesconducteurs qui risquent d’avoir à véhiculer descourants de foudre devraient être des conducteursplats, ce qui réduit le coefficient de self-inductionet l’effet de peau, et donc fortement la chute detension linéique (cf. fig. 11 ).

MT BT3

N

OU


QQQQQ¢¢¢¢¢

@@@@@@@@@@@@

ÀÀÀÀÀÀÀÀÀÀÀÀ

@@@@@@@@@@@@


@@@@@@@@@@@@


@@@@@@@@@@@@


@@@@@@@@@@@@


@@@@@@@@@@@@


@@@@@@@@@@@@


QQQQQQQQQQQQ

¢¢¢¢¢¢¢¢¢¢¢¢

yyyyyyyyyy

Mur extérieur

Remblais

Fondation

Terre végétale

Méplat cuivre étamé 30 x 2

Béton de propreté

fig. 10 : prise de terre ; réalisation d’une boucle à fond de fouille.

fig. 11 : impédance des conducteurs en fonction de leur géométrie et de la fréquence.

c La résistance en continu d’un conducteur estRC = ρ l / s , soit RC = 1,7 mΩ pour unconducteur cylindrique en cuivre de section100 mm2 et de longueur 10 m. Quand lafréquence augmente, l’effet de peau accroîtcette résistance. En effet, les courants HF seconcentrent à la périphérie du conducteur surune profondeur δ = (π f µ σ)-1/2 qui diminueavec la fréquence. δ est appelée profondeurde peau.

Pour le cuivre, δ(50 Hz) = 9,3 mm,δ(1 MHz) = 65,8 µm,δ(10 MHz) = 21 µm.

Par conséquent, la section effective duconducteur décroit. Le rapport entre RHF et RC

est donné dans le cas d’un conducteurcylindrique de rayon r par :

RHF

RC

=1

4+

r

2δ

6

+ 0,178

16

≈ 0,25 +r

2δ

Cette formule n’est valable que si le rayon r duconducteur est supérieur à la profondeur depeau δ.

Notre conducteur en cuivre est tel que :v à 50 Hz : RHF = RC = 1,7 mΩv à 1 MHz : RHF = 43,1 RC = 73 mΩv à 10 MHz : RHF = 135 RC = 230 mΩc La self-inductance L(µH) d’un conducteur delongueur l est :

v pour un conducteur cylindrique :

0,2l 2,303 log10

4l

d−1+100µ r .δ

v pour un conducteur de section rectangulaire :

0,2l 2,303 log10

2l

w + e+ 0,5 + 0,2235

w + e

l

l, d(diamètre), δ, w(largeur), e(épaisseur) sontexprimés en mètres.

Dimensions Inductance Impédance Z

d (mm) w (mm) e (mm) L( µH) à 50 Hz (Ω) à 1 MHz (Ω) à 10 MHz (Ω)

11,28 16,2* 0,0068 90 90010 10 14,8 0,00635 93 93050 2 12,9 0,00575 81 810100 1 11,6 0,00535 73 730500 0,2 8,4 0,00435 53 530

Self-inductance et impédance d’un conducteur en cuivre de longueur 10 m, de section 100 mm2

en fonction de sa géométrie.

(*) dans ce tableau la self-inductance duconducteur cylindrique est donnée à 50 Hz.En HF le terme 100 µr.δ devient négligeableet L ≈ 14,35 µH devient, comme pour le

conducteur de section rectangulaire, indépen-dante de la fréquence. Enfin, il est à noterqu’en HF, l’impédance Z = 2π.f.L devientprépondérante devant la résistance RHF.


Il est essentiel que ces conducteurs soient lesplus courts possibles. Prenons en exemple, lecas d’un parafoudre BT prévu pour limiter latension de mode commun à 1,5 kV. S’il estraccordé entre la phase protégée et la barrettede terre par un conducteur de section circulairede 1m de long, avec un courant de 5 kA et unfront de montée de 8 µs, celui-ci va développerune tension :

Û ≈ Ldi

dt = 1.10

−6.

5.103

8.10−6 = 625 V

d’où une surtension totale de 2,1 kV qui est dan-gereuse car beaucoup d’équipements ont une

fig. 12 : raccordement optimal d’un parafoudre.

2.2 Masses

Types de massesIl existe dans un bâtiment différentes massesmétalliques. Citons :c Les carcasses métalliques des récepteursélectriques et équipements électroniques,c les structures métalliques des bâtiments,c les canalisations et équipements d’eau, de gaz,c les masses fonctionnelles des équipementsélectroniques qui participent à la transmission designaux (0 volt),c les masses de type écran et cage de Faradayqui ont pour but de bloquer les champsélectromagnétiques.Comme pour la terre, les circuits de masse ontdeux finalités.

Première finalité :la protection des personnesIl peut exister des potentiels dangereux entre lescarcasses métalliques, les canalisations de gaz,d’eau, les structures métalliques des bâtiments.Donc, pour la protection des personnes toutesles masses simultanément accessibles doiventêtre interconnectées. Le bâtiment doit être renduéquipotentiel. C’est la raison pour laquelle lesnormes d’installation indiquent que toutes les

fig. 13 : raccordement de toutes les masses à la liaison équipotentielle principale.

Gaz Eau StructuresPrise de terredu bâtiment

PE

masses sus-citées doivent être reliées à laliaison équipotentielle principale quel que soit leschéma de liaison à la terre (cf. fig. 13 ).La mise à la terre des masses des récepteursforme un réseau équipotentiel de protection enétoile, avec distribution arborescente desconducteurs de protection (PE) puisqu’ils sontdans les mêmes câbles que les conducteursactifs.

Deuxième finalité : la sûreté defonctionnement des systèmes électroniques

Ceux-ci sont plus sensibles que les humains auxdifférences de potentiel et rayonnementsélectromagnétiques. Ils nécessitent, outre desdispositifs de blocage des perturbationsconduites, des plans de masse, des écrans etdes cages de Faraday pour bloquer les champsélectromagnétiques, et des « circuits » de massed’équipotentialité, particulièrement lorsqu’ils’agit d’appareils communiquant à l’aide de busde transmission de données. Dans ce cas l’équi-potentialité des masses doit être la meilleurepossible dans le bâtiment car les appareilscommunicants, qu’ils soient dédiés au contrôle-commande ou à l’informatique peuvent êtregéographiquement éloignés sur un étage, voiresitués à des étages différents.

tenue à la tension de choc de 1,5 kV. La solutionconsiste à raccorder l’utilisation directement auxbornes du parafoudre (cf. fig. 12 ).


fig. 14 : maillage horizontal et vertical du bâtiment. Ilconstitue une cage de Faraday.

L’avantage est la division des courants donc deschamps magnétiques et l’auto-atténuation deceux-ci à l’intérieur du bâtiment du fait qu’ilss’opposent entre eux.

La foudre peut tomber à proximité du bâtiment.Dans ce cas pour protéger les installations

L’arc en retour est assimilable à une antenneverticale, de plusieurs kilomètres de hauteur,parcourue par un courant crête de plusieursdizaines de kiloampères. Cette antennerayonne un champ électrique et un champmagnétique qui décroissent en 1/D au-delàd’une distance

d =

λ2π

= c

2πf

d = 50 m à 1 MHz.

L’arc en retour est un courant impulsionneldont le contenu fréquenciel est très riche(large spectre de fréquence) et très variabled’un coup de foudre à un autre. La figure 15areprésente l’allure du spectre moyencaractéristique des éclairs, obtenu à partir denombreuses mesures de champ en plusieurspoints du monde.Les normalisateurs de la CEI ont retenu pourles tensions induites sur les réseauxélectriques une onde, dite 1,2/50 µs, dont lespectre est donné par la figure 15b . Ilcorrespond bien à la courbe de Pierce.

103102 104 105 106 107

Amplitude crête du champ (µV/m)à 10 Km de l'éclair

Amplitude relative

Fréquence (Hz)

102

103

104

105

106

103102 104 105 106 107

Fréquence (Hz)

10-4

10-3

10-2

10-1

1

fig. 15 : spectre en fréquence du phénomène électromagnétique « foudre ».

a - Densité spectrale moyenne d’amplitudedes champs électromagnétiques des éclairs(courbe de PIERCE)

b - Spectre en fréquence de l’onde defoudre normalisée (1,2 / 50 µs)

SolutionLa solution est un réseau de masse maillé ; cecipour plusieurs raisons :

c La lutte contre les champs électromagnétiquesde foudre.La foudre peut frapper directement le bâtiment.Dans ce cas, si un seul conducteur de descentede paratonnerre est utilisé, le courant de foudreva entraîner :v l’apparition d’un champ magnétique trèsimportant dans le bâtiment,v un champ électrique impulsionnel dû à latension très élevée développée dans le

conducteur de descente (v = l L

di

dt) .

La solution est le maillage vertical : un conduc-teur de descente tous les 10 m par exemple.

intérieures du bâtiment il faut constituer unecage de Faraday et donc rajouter au maillagevertical un maillage horizontal (cf. fig. 14 ).

Si l’on considère que le spectre en fréquence dela foudre (cf. fig. 15 ) est essentiellement d’unpoint de vue énergétique inférieur à 1 MHz et


que la cage est efficace pour un pas de λ/30, la

maille doit être c

30f =

3.108

3.107 = 10 m.

c En local, la réduction des champs électro-magnétiques grâce à l’effet de plan de masse.

Si un équipement sensible ou un bus decommunication est posé sur une surfaceconductrice, il est moins exposé aux champsélectromagnétiques car celle-ci développe unchamp qui s’oppose au champ perturbateur.

C’est pour cette raison que les sallesinformatiques ont un plancher maillé et que lescâbles courants faibles sont placés sur deschemins de câbles métalliques.

c La minimisation des impédances des circuitsde masse entre deux points quelconques.

Un conducteur en cuivre voit son impédancecroître avec la fréquence du courant qu’ilvéhicule (inductance et effet de peau). Ainsi à1 MHz, Z est de l’ordre de 10 Ω par mètre. Si lecourant perturbateur peut emprunter demultiples trajets, l’équipotentialité est fortementaméliorée.

2.3 Maillage entre circuits des masses électriques et autres masses

Nous venons de voir que les circuits de mise à laterre dédiés à la protection des personnes sonten étoile (arborescents pour le conducteur deprotection) et que pour la sûreté de fonction-nement des systèmes électroniques il étaitnécessaire d’avoir un seul circuit de massemaillé. Théoriquement, ces circuits peuvent êtreséparés dans le bâtiment même s’ils sont reliésà la même prise de terre.

Même si les normes définissent plusieurs typesde références de potentiel (cf. fig. 16 ), dans lapratique, peu d’appareils, de systèmesélectriques et électroniques font ces distinctions.Par exemple la notion de terre sans bruit est trèscontestable et en voie de disparition vu ledéveloppement des systèmes communicants etla multitude d’interconnexions.

En haute fréquence, les capacités parasitesrendent ces distinctions encore plus illusoires.Il faut donc relier dans les nouveaux bâtiments,le réseau équipotentiel de protection (massesélectriques) et le réseau équipotentielfonctionnel (autres masses) réalisant ainsi unseul réseau de liaisons équipotentielles. Ce

fig. 16 : exemples de symboles de terres et masseselon NF C 03-202.

Terre Conducteurde protection

Terresans bruit

Masse

réseau doit assurer l’intégrité des liaisons deprotection (PE) ; sécurité des personnes oblige.Il n’y a pas à opposer réseaux en étoile courantsforts et réseaux maillés nécessaires pour lescourants faibles.

Dans les bâtiments existants, il convient depratiquer l’interconnexion des masses entrematériels sensibles (s’ils communiquent),améliorer la continuité électrique des cheminsde câbles et créer si nécessaire des plans demasse maillés.


3 La CEM des appareils électroniques non communicants

Le terme « non communicant » signifiequ’aucune liaison courant faible n’entre ou nesort de l’appareil. Le qualificatif “isolé” ne peutêtre utilisé car cet appareil est alimenté par lesecteur, lié à son environnement électrique pardes capacités parasites et influencé par leschamps électromagnétiques.C’est par exemple un micro-ordinateur (sans sonimprimante).Ce cas est en apparence simple, car lesconstructeurs doivent respecter les normes qui

fixent les limites d’émission et les niveauxd’immunité.

Toutefois, il peut être nécessaire de prendre desprécautions particulières lorsque l’environnementélectromagnétique est très sévère ou lorsqu’il y ades récepteurs très sensibles à proximité.

Ces précautions sont indispensables vis-à-visdes risques d’auto-perturbation, de présence dechamps rayonnés et de perturbations conduitesdues aux « courants forts ».

3.1 L’auto-perturbation

Beaucoup d’équipements font aujourd’hui appelà l’électronique de puissance ; citons parexemple les alimentations à découpage dontl’emploi se généralise dans le domestique, letertiaire et l’industrie.La figure 17 donne un schéma d’unealimentation à découpage et montre lesperturbations qu’elle génère.

fig. 17 : différentes perturbations produites par une alimentation à découpage.

1

2

3

1

1

2

1

2

3

mode différentiel

mode commun

rayonnement

Réseau230 V

utilisation

Dissipateur

Ces équipements utilisent des transistors depuissance qui commutent à plusieurs dizainesde kHz, voire bien plus pour les faiblespuissances, avec des di/dt et des dV/dtimpressionnants (quelques centaines d’ampèrespar microseconde par exemple).La CEM intrinsèque est nécessaire au bonfonctionnement ; elle est généralement gérée à


fig. 18 : couplages inductifs dus à la présence de boucles ; le tracé de gauche présente deux grandes bouclespour l’alimentation des deux circuits ; le tracé de droite est préférable.

la conception : routage des cartes (cf. fig. 18 ),limitation des capacités parasites, blindages,filtres HF côté secteur, éloignement des câblespollueurs etc. et fait l’objet de tests.Malgré cela, il existe des risques de perturbations

dus, notamment, à la mise en œuvre desappareils qui est très souvent différente de celledes essais normatifs ; par exemple liaisons demise à la masse insuffisantes, trop longues,aptes au couplage par impédance commune, etc.

H

3.2 L’exposition aux champs rayonnés

Champs électriquesLes champs électriques environnants agissentpar effet d’antenne dans l’appareil victime et surles circuits (50 Hz) qui l’alimentent.

Les parades sont :c Minimiser les effets d’antenne, par exempleaucun conducteur libre (en l’air) à une extrémité,conducteurs proches des masses.c L’utilisation de filtres HF sur le câbled’alimentation pour bloquer les perturbationsentrantes induites.c La faradisation avec des ouvertures dedimensions réduites.

J

E

H

rayonnement

fig. 19 : couplage par fente.

Une ouverture de longueur l dans un écran secomporte comme un dipôle de même longueur(principe de Babinet) et re-rayonne de l’autrecôté de l’écran une partie du champ incident.Cette transparence de l’ouverture devient totalequand l ≥ λ/2. En dessous de sa fréquence derésonance, c’est-à-dire quand l < λ/2, ce quiest une condition rencontrée dans le cas desphénomènes basse fréquence, une fente peutêtre assimilée à une inductance qui vautenviron 1 nH/cm. Un courant surfacique J coupépar une telle fente génère entre ses bords uned.d.p. et du champ magnétique passe à travers.Elle rayonne alors un champ électrique Eperpendiculaire et un champ magnétique H(il est prépondérant) parallèle à sa longueur.

Champs magnétiquesL’atténuation procurée par les blindages dépendessentiellement de l’absorption. Elle estinversement proportionnelle à l’épaisseur depeau (δ) ; celle-ci en ce qui concerne l’acier estde 0,07 mm à 30 kHz , et de 1,7 mm à 50 Hz.Elle est de 10 mm pour le cuivre à 50 Hz !(l’atténuation est de 8,7 dB pour une épaisseurde métal e = δ).Ceci montre que les blindages efficaces enbasse fréquence sont très difficiles et coûteux àréaliser, de plus certaines ouvertures ou fenteslaissent pénétrer l’induction par effet de dipôlemagnétique (cf. fig. 19 ).


Le champ magnétique qui pénètre dansl’enveloppe et/ou ceux qui sont générés dansl’armoire par les courants forts, induisent dansles boucles des tensions de mode commun et demode différentiel.A noter que les perturbations conduites d’originemagnétique BF qui arrivent par le câbled’alimentation sont très mal atténuées par lesfiltres classiques, qualifiés de « HF » !Dans les bâtiments, les champs magnétiquesrayonnés sont d’origine diverse, citons la foudre,le flux de fuite des transformateurs, les circuitsd’alimentation et d’utilisation des convertisseursstatiques ainsi que les conducteurs de protectionen régime du neutre TN-C. Ce cas est illustrépar la figure 20 .

Prenons le cas d’une descente de câble depuissance dans une gaine technique d’unbâtiment. Le régime du neutre est la mise auneutre (TN-C), le conducteur de protection (PE)qui est aussi le conducteur de neutre (N) estparcouru en permanence par le courant dedéséquilibre des charges (de neutre) augmentédes courants harmoniques de rang 3 et multiplesde 3. Ces courants harmoniques sont de plus enplus importants du fait de l’utilisation de chargesnon-linéaires comme les convertisseursstatiques et notamment les alimentations àdécoupage.A cause du courant dérivé dans les structuresmétalliques, la somme vectorielle des courantsdans le câble est non nulle.Ce courant différentiel qui peut être de plusieursdizaines d’ampères va générer, à une distanced, un champ magnétique H = I/2πdperturbateur.

A titre d’exemple un courant de 63 A génère, à10 m, un champ de 1 A/m qui est suffisant parexemple pour perturber les tubes cathodiques,mais aussi certains composants magnétiques,sachant que les « blindages » HF ne bloquent

fig. 20 : rayonnement magnétique dû au courant deneutre ou de défaut en schéma TN-C.

VISU

ΣI ≠ 0

PEN phasesstructuresmétalliquesdu bâtiment

H

H

pas les champs magnétiques BF. A noter que lechamp magnétique développé en cas de défautd’isolement, toujours en schéma TN, est trèsimportant (Id=Icc).Vis-à-vis des champs magnétiques bassefréquence, les parades sont :c l’éloignement,c les câbles de puissance intégrant : phase,neutre et conducteur de protection (les câblesunipolaires sont dans toute la mesure dupossible à éviter),c un bon choix du régime du neutre,c les chemins de câbles métalliques (planréducteur),c l’utilisation d’enveloppes métalliques, depréférence ferromagnétiques.

3.3 Les perturbations conduites

Au delà de 1 MHz, l’impédance des câbles limiterapidement leur niveau (L = 1 µH/m).Les perturbations gênantes sont doncessentiellement les harmoniques, lessurtensions de manœuvre, les tensions etcourants de foudre.c Les tensions harmoniques sont en général peugênantes pour les appareils non communicants ;elles peuvent perturber par exemple lesredresseurs contrôlés (par décalage du passageà zéro qui sert de référence de phase).

c Les courants harmoniques peuvent générer pardiaphonie inductive des perturbations conduites.c Les surtensions de manœuvre et de foudrepeuvent entraîner des dysfonctionnements, voiredes destructions de composants. La paradeconsiste en la mise en œuvre de limiteurs desurtensions (parafoudres), voire d’absorbeursd’onde qui associent filtres, parafoudres,transformateur à écran ; ces derniers atténuentles perturbations HF, mais surtout bloquent lestensions BF de mode commun.


4 La CEM des appareils électroniques communicants

Les systèmes communicants sont plus sensiblesaux perturbations que les appareils noncommunicants, car les liaisons numériques sontà très faible niveau et plus exposées auxperturbations générées par impédancecommune et rayonnement. Les signauxnumériques sont particulièrement sensibles auxphénomènes transitoires.Leur susceptibilité est augmentée par la longueurcroissante des liaisons et la multiplication dessources de perturbations.

Concernant les perturbations de fréquenceinférieure à 1 MHz, les phénomènes à prendreen compte sont encore ici essentiellement le50 Hz et ses harmoniques, les surtensions demanœuvre et le phénomène foudre.Les surtensions de manœuvre sont généralementde mode différentiel et doivent être bloquées depréférence à l’émission par l’emploi de limiteursde surtensions (circuits RC - limiteurs ZnO…).Nous ne traiterons pas ce sujet dans ce CahierTechnique (cf. CT n° 179).

fig. 21 : schéma TN-C ; le courant de neutre développedes différences de potentiels qui perturbent lesréférences de tension des liaisons numériques ;le courant de défaut d’isolement (plusieurs kA)développe un ∆V destructeur.

Equipement 1∆V

PENL

IdIn

Equipement 2

BTMT

Liaisonnumérique ∆V≠0

Id

(≈ 20 kA)

Equipement 1

Equipement 2

Eléments conducteurs du bâtiment

BTMT

Liaison numérique

PENL

fig. 22 : schéma TN-C avec maillage ; le ∆V permanent(déséquilibre, harmoniques multiples de 3) et temporaire(défaut) est atténué ; mais « courants vagabonds » :risque d’incendie et champs magnétiques perturbateurs, ycompris au niveau des câbles de puissance (cf. fig. 20 ).


4.1 Exemple de perturbation par impédance commune

Prenons deux appareils communicants qui fontpartie d’un système à “intelligence répartie” et quisont alimentés par le même réseau électrique.Examinons ce qui se passe lors d’un défautd’isolement (cf. fig. 21 ) :En absence de maillage en schéma TN-C, ledéfaut d’isolement entraîne la circulation d’uncourant de court-circuit Id.La chute de tension ∆V dans le conducteurd’équipotentialité électrique peut dépasser lamoitié de la tension simple (section PE < sectionphase). Cette tension se retrouve entre lesmasses des deux appareils, ce qui perturbe lacommunication, voire détruit, en l’absence deprotections adaptées, les émetteurs/récepteurs de

∆V≠0

PEN L

Id

(≈ 20 kA)

Equipement 1

Equipement 2

BTMT

Liaison numérique


∆V≈0

PEN L

Id

(≈ 20 A)

RU

RN

Equipement 1

Equipement 2

BTMT

Liaison numérique


fig. 23 : schéma TN-S, ∆V temporaire ; le courant dedéfaut dans le câble de protection détruit temporaire-ment l’équipotentialité ; le PE étant relié aux structures,il y a division des courants et des champs magnétiquescomme sur la figure 20 .

fig. 24 : schéma TT ; le faible courant dans le PE neperturbe pas l’équipotentialité des références de poten-tiel des électroniques communicantes (RPE faibledevant RU et RN, et Id faible) les champs magnétiqueset les ∆V sont 1000 fois plus faibles qu’en TN-C ou TN-S.

la liaison numérique. En effet si le câble courantfaible est coaxial, le ∆V va s’appliquer en modedifférentiel. Les figures 22, 23 et 24 montrentce qui se passe en cas de maillage des massesdans les divers schémas de liaison à la terre (audeuxième défaut en schéma IT les risques sontidentiques à ceux que présente le TN-S).

A noter que si le maillage de toutes les massesest très important le problème du ∆V n’existeplus en régime TN mais le courant de défautd’isolement est alors supérieur à l’Icc tri (impé-dance du circuit de retour au neutre très faible).Que faut-il en conclure pour les bâtimentsexistants ou nouveaux ne disposant pas d’unmaillage des masses suffisant ?


fig. 25 : perturbation d’une liaison numérique parboucle inductive et remède.

c Eviter les régimes du neutre qui génèrent, encas de défaut d’isolement, un courant de court-circuit (cf. fig. 24 ).

c Diviser les courants de défaut en reliantles masses aux structures métalliques dubâtiment en de nombreux points. Le ∆V seraminimisé… mais le rayonnement des câbles

Boucle demasseréduite

Boucle entremasses

a - Boucle formée par le réseau et la liaisonnumérique

b - Le chemin de câbles, connecté aux masses desdeux appareils, minimise l’effet de courant induitavec la liaison numérique

c - Utilisation de chemins de câbles parallèles pourl’alimentation et la liaison numérique : bouclesréduites, plans réducteurs et effets atténués parmaillage

de puissance incluant le PE est à maîtriser(cf. champs rayonnés, dans le chapitreprécédent).

c Utiliser de préférence des liaisons à pairetorsadée blindée, le courant circulant dans leblindage ayant un effet limité vu la faibleimpédance de transfert.

4.2 Exemple de perturbation par rayonnement

Prenons le cas de deux ordinateurs en réseau(cf. fig. 25a ) et examinons ce qui se passe lorsd’un coup de foudre.Supposons que la foudre tombe à 200 m dubâtiment avec un di/dt de 25.109 A/s(Î = 25 kA ; tm = 1 µs).Si la boucle, formée par le réseau 50 Hz et lesliaisons numériques (cf. fig. 25a ) présente unesurface de 50 m2 au champ impulsionnel, laf.e.m. développée est :

e =dφdt

= µ0SdH

dt=

µ0S

2πd

di

dt

e =4π.10

−7.50

2π.200.25.10

9 = 1,25 kV

Elle est dangereuse pour les circuits émetteurs-récepteurs numériques et si la boucle estfermée, c’est le courant résultant qui va entraînerdes détériorations.

Quelle est la parade ?Minimiser la surface des boucles, câbles depuissance, câbles courants faibles ; en effet si laboucle est ouverte une tension dangereuse pourl’électronique est développée et si elle est fermée,le courant induit va (impédance de transfert)perturber le signal, voire détruire les circuitsémetteurs-récepteurs. La figure 25a montre quela boucle peut être de grande dimension.

Un conducteur d’accompagnement, ou unchemin de câble ou un tube métallique(cf. fig. 25b ) permet de minimiser la surface dela boucle.

Mais attention, on a ainsi créé une boucle entremasses. La liaison conductrice entre les deuxéquipements communicants doit donc être defaible impédance pour ne pas développer detension induite entre les masses des équipementscommunicants (éviter les queues de cochons)…Il faut noter que si cette impédance de liaison estfaible, elle va voir passer en cas de défaut d’isole-ment une part importante du courant de défaut.

La solution est encore une fois le maillage desmasses le plus intense possible pour diviser les

Boucles demasses etentre massesréduites

Liaisonnumérique

AlimentationPE

H


fig. 26 : séparation des conducteurs de naturesdifférentes dans un même chemin de câbles.

≥ 10 cm

AnalogiqueNumérique

AnalogiqueNumérique

Puissance PuissancedV/dtdI/dt

courants et/ou un régime du neutre à faiblecourant de défaut.

Dans tous les cas il est sage d’appliquer lasolution de la figure 25c dans laquelle la bouclede courant fort/faible est supprimée, ainsi que laboucle entre masses. Trois conducteurs sont enparallèle : les deux chemins de câbles et leconducteur de protection (PE). Les chemins decâbles doivent de préférence être différents,suivre le même trajet, et être proches : cas d’unecolonne montante par exemple. Au niveau d’unétage (courants forts d’intensité réduite) lescâbles de puissance et de signaux peuvent êtresur le même chemin de câbles (cf. fig. 26 ).

La distance entre câbles de puissance et designaux sur un chemin de câbles métalliquedépend de beaucoup de facteurs :c immunité des appareils communicants,c aptitude des protocoles de communication àgérer les messages perturbés,c longueur de parcours commun,c intensité véhiculée par les câbles électriques,

c câble intégrant le PE ou conducteursunipolaires,c caractéristiques électriques des signaux(niveau électrique, fréquence, impédance…).

Les constructeurs de matériels communicantspréconisent une distance minimale,généralement 30 cm, mais seul un expert peutdonner une recommandation au cas par cas.


5 Conclusion

Ce cahier technique a montré que divers corpsde métiers sont concernés par la coexistencecourants forts - courants faibles. Nous n’avonspas traité des logiciels de communication dontles concepteurs doivent prévoir la possibleperturbation et tenter d’y faire face. Lesélectroniciens, les électriciens les automaticiens,les informaticiens doivent coopérer pour laconception et la réalisation des installations. EnFrance, la sous-commission 15D de l’UTE atravaillé sur le guide UTE C15-900correspondant à ce besoin.

Les électroniciens savent qu’il faut préférer lescâbles torsadés blindés, qu’il ne faut jamaislaisser un conducteur en l’air, qu’il faut plaquerles câbles sur une surface métallique équipoten-tielle, qu’il faut éviter les queues de cochon, qu’ilfaut faire très attention au choix et à la mise enœuvre des presse-étoupes. Ils ne savent pastoujours qu’il est hautement souhaitable que lescâbles courants faibles suivent les trajets descâbles courants forts ; que les liaisons cuivreentre deux bâtiments sont hasardeuses même sileurs terres respectives sont reliées par unconducteur de 35 mm2 (L = 1 µH/m) ; que lemaillage des masses s’il est nécessaire peutposer des problèmes (par exemple risqued’incendie en TN-C).

Les électriciens sont perturbés par ladifférenciation entre les circuits de protection

et les circuits de masse. Ils ne comprennent pastoujours l’importance du maillage total et nevoient pas toujours pourquoi les connexionsentre masses, la continuité des chemins decâbles doivent être assurées avec autant desoin.

Il a été montré que les appareils non communi-cants, s’ils doivent être conçus selon les règlesde l’art et respecter les normes d’émission etd’immunité, n’en sont pas moins concernés parles perturbations et les couplages rencontrésdans les installations et dont certains sontparfois mal connus.

Les systèmes communicants, de plus en plusnombreux et étendus, posent réellement leproblème de la coexistence entre courants fortset courants faibles dans les bâtiments. Lesboucles inductives doivent être évitées oushuntées par les masses d’accompagnement.La meilleure équipotentialité des masses doitêtre recherchée tant en BF qu’en HF et ceciaussi bien au niveau d’un étage qu’entreétages : c’est les plans réducteurs et le maillagedes masses obligatoire. Dans tous les cas labonne mise en œuvre des chemins de câbles,goulottes, plinthes métalliques est fondamentale.

La figure 27 rappelle la vision de l’électricien,celle du spécialiste CEM, et propose unesolution minimale et peu coûteuse pour lesbâtiments existants.


TuyauxPEStructures

métalliques

1

2

2

2

3

3

3

a - Réseau équipotentiel de protection de topologieen bus (entre étages) et en étoile (à chaque étage).Idem distribution électrique

c Objectif : sécurité des personnes / contact indirect.

c Attributs :v pas de boucle entre masses,v calcul du courant de défaut possible,v cheminement du courant de défaut contrôlé,v impédance faible à 50 Hz mais forte en H.F.

masses d'accompagnement

chemins de câbles courants forts

fig. 27 : recherche de l’équipotentialité en BF et HF.

c - Réseau équipotentiel minimal de protection et demasses. Utilisation optimale des chemins de câbles

c Objectifs : ceux des figures 27a et 27b.

c Attributs :v supprime les boucles courants forts / courants faibles et lesboucles de masses,v équipotentialité H.F.,v équipotentialité B.F. (si Id faible),v pas de courants vagabonds,v effet de plan réducteur / champs EM.

c Au niveau des étages supérieurs, des liaisons de type 3 sontà prévoir si le matériel électrique se trouve à moins d’un mètredes structures métalliques extérieures du bâtiment.

Nota :v peut être complété par des plans de masses locaux maillés,v n’interdit pas les liaisons directes entre deux récepteursproches (avec conducteur d’accompagnement),v au niveau des étages, un seul chemin de câbles peut suffire,v la colonne montante au centre limite les influencesextérieures.

b - Réseau de masse maillé

c Objectifs :v équipotentialité en H.F.,v faible impédance en B.F. et en H.F.

c Attributs :v cheminement aléatoire et multiple des courants de défaut50Hz et de neutre (TN-C) car masses au PE,v boucles de masses réduites (H.F.),v augmentation du courant de défaut en TN.

Nota : pour être efficace, notamment en H.F., le maillage doitêtre très dense.

Les liaisons de type 3, si elles sont réalisées, créent desboucles entre masses qui vont concerner les appareils situésà des étages différents.Ainsi, si des liaisons de ce type sont réalisées, il faut alorsmultiplier les liaisons équipotentielles entre étages pourminimiser la surface des boucles entre masses.

(1) Conducteur d’équipotentialité en ceinture d’étage.(2) Blindage ou conducteur d’accompagnement,chemin de câble métallique.(3) conducteur d’équipotentialité supplémentaire.

Sécurité et CEM

Equipotentialité CEM

Sécurité électrique


Annexe : bibliographie

Normes

c CEI 61000-4 : Compatibilité électromagnétique(CEM) - Techniques d’essai et de mesure,sections 2 à 16.

c Directive européenne CEM 89/336/CEE.

c UTE C 90-490 : Recommandations pour lecâblage des immeubles intelligents, octobre 1995.

c UTE C 15-900 : Mise en oeuvre etcohabitation des réseaux de puissance et desréseaux de communication dans les installationsdes locaux d’habitation, du tertiaire et analogues,mai 1999.

Cahiers Techniques Schneider

c Les perturbations électriques en BT,Cahier Technique n°141, janvier 1999 -R. CALVAS.

c La CEM : la compatibilité électromagnétique,Cahier Technique n°149, mars 1999 -F. VAILLANT, J. DELABALLE.

c Perturbations des systèmes électriques etschémas des liaisons à la terre,Cahier Technique n°177, septembre 1995 -R. CALVAS.

Ouvrages divers

c La compatibilité électromagnétique,Editions Schneider 07/96 - MD1CEM1F.

c Manuel didactique CEM,Editions Schneider 01/96 - ART 62920.

c REE (Revue de l’électricité et de l’électronique)avril 96.

c REE novembre 95.

Schneider Electric Direction Scientifique et Technique,Service Communication TechniqueF-38050 Grenoble cedex 9Télécopie : 33 (0)4 76 57 98 60

Réalisation : AXESS - Saint-Péray (07).Edition : Schneider ElectricImpression : Imprimerie du Pont de Claix - Claix -1500- 100 FF- ©

200

0 S

chne

ider

Ele

ctric

03-0078453

Documents

Coexistence courants forts - courants faibles