CEM appliquée au ferroviaire

Objectifs

Les objectifs de la formation CEM appliquée au ferroviaire :

- Apprendre à identifier les risques CEM pour un système ou une installation
- Pouvoir identifier les principales sources de perturbation
- Savoir reconnaître et comprendre les mécanismes de couplage mis en jeu
- Maîtriser les méthodes de protection adaptées, leurs mises en oeuvre industrielles et vérifier leur efficacité
- Pouvoir prendre en compte les exigences réglementaires liées à l'exposition humaine aux champs électromagnétiques
- Maîtriser les risques de la cohabitation de 2 systèmes de communication HF

Programme

Introduction

4000 ans d’électricité

Compatibilité électromagnétique

Perturbations : causes et effets

Terminologie CEM

Marge de compatibilité

Niveaux de perturbations

Méthode d’analyse de la CEM

Rappels sur l’utilisation des décibels

Tableau de correspondance

Pourquoi la représentation fréquentielle ?

Conversion temps - fréquence

Propagation des champs électromagnétiques

Densité spectrale d’une impulsion

Enveloppe spectrale d’impulsions répétitives

CEM Ferroviaire - Normes harmonisées

Ordres de grandeurs d’émission - Domaine Ferroviaire

Ordres de grandeurs d’immunité - Domaine Ferroviaire



Couplage par conduction

Mode commun / Mode différentiel

Perturbations secteur

Les 2 modes communs

Couplage par impédance commune dans un câble

Couplage par impédance commune sur une carte

Impédance des conducteurs (fil cylindrique et piste)

Impédance des conducteurs cylindriques

Connexions de masse pour équipements

Impédance d’une tôle

Équipotentialité de la masse

Réduction de l’impédance par maillage

Couplage capacitif carte à masse

Capacité totale entre carte et plan de masse

Masse mécanique / masse électrique

Raccordement du 0 V au châssis

Diaphonie de Mode Différentiel

Atténuation par torsades

Mesure simple de l’effet réducteur d’une paire

Diaphonie de mode commun

Réduction de la diaphonie par plan de masse

Utilisation d’écrans électrostatiques

0V flottant : dispositions mécaniques

Cas de la sonorisation d’un train

Résumé des perturbations conduites



Couplage par rayonnement

Qu’est-ce qu’un champ ?

Couplage entre les champs E et H

Impédance d’onde selon la distance

Rayonnement du doublet de Hertz

Rayonnement d’un doublet magnétique

Champ proche / champ lointain

Couplage « champ magnétique à boucle »

Calcul de la tension de boucle

Exemple de susceptibilité d’un système audio

Torsade des conducteurs

Exemple de tension induite en Mode Différentiel

Cas particulier du champ magnétique impulsionnel

Résumé des problèmes champ à boucle

Couplage « champ électrique à câbles »

Propagation des champs

Courant d’antenne

Exemple de courant induit

Réduction du champ par plan de masse

Résumé des problèmes champ à fil



Maîtrise de 2 systèmes de communication HF

Les 5 brouillages entre émetteur et récepteur

Différents cas de brouillages ou perturbations

CEM et partage du spectre entre service

Intermodulation dans la chaîne de réception

Calcul des produits d’intermodulation

Composante d’intermodulation : classification

Étude de cas avec les 2 systèmes TETRA et GSRM



Circuits de commutation

Convertisseurs statiques

Mode commun d'une alimentation à découpage

Calcul du mode commun

Filtrage du mode commun

Mode commun d’entrée à sortie

Les 3 cas de mode commun entrée à sortie

Réduction du Mode Commun Entrée à Sortie

Mode différentiel d'alimentation à découpage

Impédance d’un condensateur chimique

Mise en œuvre des condensateurs chimiques

Calcul du mode différentiel

Filtrage du mode différentiel

Filtre d’alimentation secteur

Recouvrement des diodes de redressement

Réduction de la surface des boucles

Résumé des problèmes de découpage



Alimentation électrique

Problèmes de qualité du réseau d’alimentation

Décomposition d’un courant en harmoniques

Distorsion de l’onde de tension secteur

Filtre anti-harmonique

Résonnance des condensateurs de compensation

Surtension à la coupure de relais

Solution d’écrêtage : Diode en parallèle

Solution d’écrêtage : Résistance en parallèle

Solution d’écrêtage : Varistance en parallèle



Règles de conception, de câblage et filtrage

Principe de l’effet réducteur

Mesure simple de l’effet réducteur d’un coaxial

Vérification de l’effet réducteur d’un coaxial

Réjection du mode commun par câblage

Nouvelles règles de l’art

Composants d’isolement anti-mode commun BF

Protection BF par liaison différentielle

Mise à la masse des écrans de transfos

Détection d’enveloppe des optocoupleurs

Câblage des capteurs très bas-niveaux

Raccordement des écrans aux 2 extrémités

Terminaison des blindages

Éviter les borniers à vis !

Exemple de mise œuvre

Raccordement des connecteurs blindés

Effet réducteur des chemins de câble

Utilisation des chemins de câbles

Chemin de câbles en traversées de paroi

Différents effets réducteurs

Classification des signaux - Norme NF EN 50343

Règles de câblage - Norme NF EN 50343

Intérêts des fibres optiques

Différentes structures des filtres secteur

Les 3 règles de montage des filtres

Exemples de filtres,

Filtrage du mode commun au châssis

Intérêt d’un plan de masse local

Implantation et routage des filtres

Selfs de mode commun

Impédance de tores de ferrite

Impédance en fonction du nombre de spires

Résumé des problèmes de filtrage



Risques ESD

De nos jours…

Risques électrostatiques

Acquisition de charges électrostatiques - Corps isolant

Acquisition de charges par un conducteur

Méthode pédagogique : mise en évidence de l’acquisition de charge d’un conducteur via un mesureur de champ E statique (moulin à champ)

Série Triboéletrique

Transformateur continu - continu

Potentiels sur revêtements de sol

Décharges personnelles directes

Décharges directes typiques

Décharges indirectes typiques

Destructions d’un CI par manipulation

Quelques valeurs type en Électrostatique

Dégradation des composants

Énergie et puissance d’une décharge

Norme NF EN 61340-5-1

Programme de maîtrise des ESD

Protection ESD : références normatives

Utilisations des matériaux (selon AEMC)

NF EN 61340-5-1 : Tableau récapitulatif

Contrôle des précautions antistatiques : bracelets, talonnettes

Installation typique d’une EPA

Contrôle d’accès en zone antistatique



Risques humains

NF EN 50500 : Exposition humain dans le domaine ferroviaire

Niveau d’exposition - Champ électrique BF

Niveau d’exposition - Champ magnétique BF

Niveau d’exposition - Champ électrique HF

Exemple de champ magnétique BF rayonné d’une sous- station ferroviaire