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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT S

1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOSTAPHA BENBOULAID BATNA 2 FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE DOCUMENTS PEDAGOGIQUES DESTINE AUX ETUDIANTS DES CYCLES « LMD MASTER » DE LA FILIERE: « ELECTROTECHNIQUE INDUSTRIELLE » MODULE: Qualité d’énergie et compatibilité électromagnétique ENSEIGNANT : Pr FETHA CHERIF Année Universitaire : 2020/2021 2 Sommaire Chapitre:1 ........................................................................................................................................... 6 Dégradation de la qualité de l'énergie électrique et compatibilité électromagnétique ................ 6 I.1 Introduction .................................................................................................................................. 7 1.1. Perturbations et la qualité de l'énergie électrique ............................................................ 7 1.1.1. Qualité de l'énergie électrique et compatibilité électromagnétique (CEM) ................... 8 1.1.2. Qualite de l'energie electrique ............................................................................................ 8 1.2. Compatibilité électromagnétique (CEM) .......................................................................... 9 1.3. Dégradation de la qualité de la tension - les phénomènes perturbateurs..................... 10 1.3.1. Fréquence - déviations ................................................................................................................. 10 1.3.2. Amplitude .................................................................................................................................... 10 1.3.2.1. Creux de tension et coupures brèves ................................................................................... 10 1.3.2.2. Fluctuations de tension – Flicker ......................................................................................... 11 1.3.3. Forme d'onde ............................................................................................................................... 11 1.3.3.1. Harmoniques et interharmoniques ....................................................................................... 11 1.3.4. Transitoires .............................................................................................................................. 12 1.7. Symétrie - déséquilibre .................................................................................................................... 13 1.8. Vue d'ensemble sur les phénomènes perturbateurs ......................................................................... 13 1.9. Les concepts de base de la normalisation ........................................................................ 14 1.11. Indices et objectifs de qualité ........................................................................................... 16 Chapitre:2 ......................................................................................................................................... 17 Les concepts de la compatibilité électromagnétique (CEM) ....................................................... 17 2.1. Introduction ............................................................................................................................... 18 2.2. Terminologie-définition, contexte et enjeux de la compatibilite electromagnetique .......... 18 2.2.1. Terminologie et définition ..................................................................................................... 18 2.2.1.1. Composants électronique ou électrique: élément seul possédant une fonction intrinsèque destine à être assemble avec d'autres éléments pour former un appareil électroniques ou électrique. ............................................................................................................. 18 2.2.2. Pourquoi la compatibilité electromagnetique (CEM) ?...................................................... 19 2.2.3. Marge de compatibilité .......................................................................................................... 19 2.2.4. Principe de base de la Compatibilité Electromagnétique (CEM) : ................................... 20 2.2.5. Les sources principales des perturbations électromagnétiques:........................................ 21 Chapitre:3 ......................................................................................................................................... 25 Couplage des perturbations (types et modes de couplage) ........................................................... 25 3 3.1. Acteurs de la CEM ............................................................................................................ 26 3.2. Modes de couplage............................................................................................................. 26 3.2.1. Le mode commun ................................................................................................................... 26 3.2.2. Le mode différentiel ............................................................................................................... 27 3.3. Types de couplage .............................................................................................................. 28 3.3.1. Couplage par Conduction électrique ............................................................................... 28 3.3.1.1. Liaison directe ou perturbations directement conduites: .............................................. 29 3.3.1.2 Impédance commune ....................................................................................................... 29 3.3.2. Couplage par rayonnement: ............................................................................................. 29 3.3.2.1. Champ réactif, proche et lointain: ................................................................................... 30 3.3.2.2. Champ proche et lointain - distance limite – .................................................................. 30 3.3.2.3. Champ proche et lointain - calcul du champ E – ........................................................... 30 3.3.2.4. Champ lointain – calcul du champ e – ............................................................................ 31 3.3.2.5. Champ lointain – mode de couplage – ............................................................................. 31 3.3.2.6. Champ proche-couplage inductif ..................................................................................... 31 3.3.2.7. Champ proche - effet capacitif - ........................................................................................ 32 3.4. Couplage par ionisation .................................................................................................... 33 3.4.1. Foudre - champ rayonne ....................................................................................................... 33 Chapitre:4 ......................................................................................................................................... 34 Perturbations générées par les décharges électrostatiques ......................................................... 34 4- La foudre, ses effets et ses conséquences ................................................................................... 35 4.2. La foudre et les surtensions ...................................................................................................... 35 4.3. Les parafoudres ......................................................................................................................... 36 Chapitre:5 ......................................................................................................................................... 37 Etude et réduction des couplages .................................................................................................... 37 5. Rappel des 06 principaux couplages........................................................................................... 38 5.2. Repérage des équipements ....................................................................................................... 38 5.3. Disposition des équipements .................................................................................................... 38 5.4. Disposition des câbles................................................................................................................ 39 5.5. Sources de perturbations .......................................................................................................... 39 5.5.1. Sources des émissions électromagnétiques peuvent être d'origine :.................................. 39 5.5.2. Principaux acteurs de perturbation sont: ............................................................................ 39 5.5.3. Types de perturbations .......................................................................................................... 40 5.5.3.1. Les harmoniques ................................................................................................................. 40 4 5.5.3.2. Les champs magnétiques et électromagnétiques .............................................................. 40 5.5.3.3. Fluctuations de tension ....................................................................................................... 40 5.2.3.4. Creux de tension et coupure brèves................................................................................... 40 Chapitre:6 ......................................................................................................................................... 42 Techniques de mesure et de protection en compatibilité électromagnétique (CEM) ................ 42 6. Masse et blindage .......................................................................................................................... 43 6.1. Réduction des perturbations .................................................................................................... 43 6.2. Réduction du couplage : 4 moyens possibles : ........................................................................ 43 6.3. Potentiel de référence 0v........................................................................................................... 43 6.3.1. Terre : connexion liée a la terre (sol de notre planète) ....................................................... 43 6.3.2. Masse : carcasse métallique conductrice du système .......................................................... 43 6.3.3. Commun - référence 0 volt d’un circuit (ex. Amplificateur) ............................................. 43 6.4. Mise à la terre ............................................................................................................................ 43 6.5. Mise à la terre - sécurité des personnes ................................................................................... 44 6.5.1. Effets physiologiques du courant .......................................................................................... 44 6.5.2. Mise a la terre -implantation du piquet de terre ................................................................. 44 6.6. Définition de la masse ............................................................................................................... 44 6.6.1. Masse en étoile :...................................................................................................................... 45 6.6.2. Masse en grille (plan de masse) : .......................................................................................... 45 6.6.3. Plan de masse équipotentiel : ................................................................................................ 45 6.7. Blindage..................................................................................................................................... 46 6.7.1. Topologie avec 2 niveaux de blindages ................................................................................. 46 6.8. Ouvertures dans les blindages ................................................................................................. 46 6.8.1. Influence des ouvertures dans les blindages : ...................................................................... 46 6.8.2. Câbles blindes ......................................................................................................................... 46 6.8.1. Non mise a terre des blindages : .......................................................................................... 46 6.8.2. Mise à terre des blindages (mise à la masse du blindage d’un cable coaxial) .................. 46 6.9. Autres forme du blindage ......................................................................................................... 47 6.9.1. Fenêtres blindée transparentes ............................................................................................. 47 6.9.2. Boitiers plastic ........................................................................................................................ 47 6.10. Blindage électromagnétique ................................................................................................... 47 6.10.1. But du blindage .................................................................................................................... 47 6.10.2. Matériaux du blindage......................................................................................................... 47 6.10.3. Fonctionnement du blindage ............................................................................................... 48 5 6.10.3.1. A haute fréquence ............................................................................................................. 48 6.10.3.2. A basse fréquence .............................................................................................................. 48 6.10.4. Différents types de blindage ................................................................................................ 48 6.10. 4.1. Blindage réel ..................................................................................................................... 48 6.10.4.2. Blindage magnétique......................................................................................................... 48 Le blindage magnétique est constitué d’un matériau capable d’offrir un chemin de reluctance relativement faible aux lignes de force issue d’une source de champ magnétique, et d’en préserver les zones a protéger le tube d’un oscilloscope de l’influence d’un transformateur d’alimentation................................................................................................................................... 48 6.10.4.3. Blindage d’un champ électrostatique .............................................................................. 48 6.10.4.4. Blindage composite ........................................................................................................... 49 6.10.4.5. Blindage parfait ................................................................................................................. 49 6.10.5. Pénétration d’un champ électromagnétique ...................................................................... 49 6.10.6. Efficacité d’un blindage ....................................................................................................... 49 6.11. Effets réducteur ....................................................................................................................... 49 6.11..1. Définitions ............................................................................................................................ 49 6.11.2. Formulation de l’effet réducteur ........................................................................................ 49 6.11.3. Simplification de l’effet réducteur ...................................................................................... 50 6.11.4. Conclusion............................................................................................................................. 50 6.12. Protection contre les surtensions ........................................................................................... 50 6.12.1. Destruction ............................................................................................................................ 50 6.12.2. Fonctionnement intermittent .............................................................................................. 50 6.12.3. Vieillissement prématuré ..................................................................................................... 50 6.12.4. Exécution de l’approche en cascade ................................................................................ 51 6.13. L'écrêtage ................................................................................................................................. 51 6.14. La porte de bruit ..................................................................................................................... 51 6.15. Les grandeurs électriques et unités de mesure ..................................................................... 52 Chapitre:7 ......................................................................................................................................... 53 Dispositions règlementaires et normatives: règlementation en vigueur ..................................... 53 7.1. Règlementation et normalisation:............................................................................................ 54 7.2. Conséquences de la C.E.M ....................................................................................................... 54 7.2.1. Conséquences pour les constructeurs ................................................................................... 54 7.2.2. Conséquences pour les installateurs ..................................................................................... 54 Reference ........................................................................................................................................... 56 6 CHAPITRE:1 Dégradation de la qualité de l'énergie électrique et compatibilité électromagnétique 7 I.1 Introduction La problématique de la qualité de l'énergie électrique concerne tous les acteurs en présence, qu'ils soient gestionnaires de réseaux, utilisateurs de ces réseaux (producteurs ou consommateurs d'électricité), ou intervenants divers (fournisseurs d'électricité ou de services, organismes de régulation...). Parmi tous ces acteurs, le gestionnaire de réseau occupe une position centrale. Sa responsabilité est de mettre en œuvre les moyens permettant de maîtriser la qualité aux interfaces entre le réseau et le monde extérieur (utilisateurs du réseau, réseaux voisins), dans le souci du respect du Règlement Technique et des contrats. Le besoin de répondre à un ensemble de critères de qualité a toujours été présent dans ce domaine d'utilité publique. Ce besoin est d'autant plus sensible que la fourniture d'énergie par un réseau est caractérisée par un degré de "volatilité" qui est unique en son genre: la quantité d'énergie accumulée dans le réseau électrique stricto sensu correspond à quelques secondes de consommation. Toutefois, le besoin de qualité a pris une acuité nouvelle dans le contexte de monde entier, en raison de la volonté de considérer l'électricité comme un "produit" dont le marché est en voie de libéralisation complète. Les réseaux de transport et de distribution deviennent accessibles à tout producteur cherchant à vendre son produit à n'importe quel consommateur, comme cela est pratiqué pour d'autres produits en empruntant le réseau routier. On comprend aisément que la "qualité" d'un produit véhiculé de la sorte doive être soumise à une vérification quantitative plus rigoureuse que les simples "règles de l'art" qui pouvaient suffire antérieurement. Contrairement à l'électricité d'une pile, l'énergie desservie par un réseau comporte à la fois un produit et des "services associés", notamment l'aptitude à alimenter des charges perturbatrices et des charges sensibles aux perturbations. 1.1. Perturbations et la qualité de l'énergie électrique Depuis toujours, le fonctionnement - voire l’intégrité - de certains équipements électriques et électroniques est affecté par des “perturbations”. Ces perturbations peuvent pénétrer dans les équipements sensibles par diverses voies : - l’alimentation électrique : problème général considéré ici, - les entrées et sorties de signaux, les connexions de terre, couplage inductif ou capacitif, rayonnement...: problèmes plus localisés de compatibilité électromagnétique dans les sites industriels. L’alimentation électrique consiste en un système triphasé d’ondes de tension qui se caractérise par la fréquence, l’amplitude, la forme d’onde sinusoïdale et la symétrie du système triphasé. Une alimentation parfaite n’existe pas et, dans le langage courant, on dit que les quatre caractéristiques sont affectées de “perturbations”, même si ces dernières restent limitées à des niveaux n’impliquant aucun dérangement pour les équipements sensibles. En 1985, une Directive Européenne “relative au rapprochement des dispositions des Etats membres en matière de responsabilité du fait des produits défectueux” stipulait explicitement uploads/Geographie/ cem-generale.pdf