Cluster Lumière 27 octobre 2011 Groupe Emitech Cluster Lumière 27 octobre 2011 CEM & LUMINAIRES CLUSTER LUMIERE CEM&LUMINAIRE 27 Octobre 2011 1

SOMMAIRE 1- Introduction 2- Perturbations 3- Couplage 4- Réglementation 5- Luminaires

1- Introduction 3

1- Introduction CEM Tout appareil capable de créer des interférences électromagnétiques ou dont les performances peuvent être altérées par celles-ci est directement concerné par la CEM. La compatibilité électromagnétique : aptitude d’un dispositif à fonctionner dans un environnement électromagnétique. Au 1er janvier 1996 application obligatoire de la directive européenne concernant la CEM 89/336/CEE, puis remplacée par la directive 2004/108/CE le 20 juillet 2007 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 4

2- Perturbations

Classement en fonction de leur origine : 2- Perturbations CEM Classification des sources de perturbations Classement en fonction de leur origine : Perturbations naturelles : ex. : foudre, décharges électrostatiques … Perturbations artificielles non intentionnelles : ex. : parasitage d’une radio par un moteur électrique … Perturbations artificielles intentionnelles : ex. : transmission d’informations par radiocommunications … 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 6 6

2- Perturbations CEM Classement en fonction de leur durée : Perturbations permanentes : Tant que l’appareil contenant cette source est en fonction. ex. : émetteurs radio, horloge μP, convertisseurs … Perturbations intermittentes : Imprévisibles, transitoires, émises sporadiquement à des intervalles pouvant varier de quelques secondes à plusieurs jours et + ex. : Transitoires naturels: foudre, décharges électrostatiques, Transitoires artificiels: IEMN, rebonds des interrupteurs sur charge inductive … Classement en fonction de leur allure Fréquence(s) et/ou forme d’impulsion (transitoire) 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 7

Les perturbations les plus courantes 2- Perturbations CEM Les perturbations les plus courantes Permanente Intermittente Naturelle Artificielle non intentionnelle Artificielle intentionnelle Impulsion HF BF Foudre X Décharge électrostatique Convertisseurs et variateurs IEMN Onde radio, radar….. Harmoniques de la fréquence du réseau 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 8

3- Couplage

3- Couplage CEM SOURCE VICTIME Emissions rayonnées Immunité rayonnée 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 10 Emissions conduites Immunité conduite 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 10

3- Couplage CEM Couplages aux basses fréquences Plage de fréquences < 1 à 5 MHz Energie Peut être importante Durée ms ou permanent Les couplages en rayonnement sont rarement sévères. Les isolements galvaniques sont de bonne efficacité. La longueur et la forme des câbles de masse sont peu critiques. L’équipotentialité du site constitue un objectif fondamental facile à atteindre. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 11

Couplages aux basses fréquences 3- Couplage CEM Couplages aux basses fréquences En conduction En rayonnement Les variations de fréquence du réseau électrique Champ de fuite des transformateurs Les harmoniques de la fréquence du réseau Lignes aériennes Les flickers et les fluctuations de tension Phénomènes d’induction Les creux de tension et micro-coupures Alimentation à découpage Les surtensions lentes et de manœuvre sinusoïdales La foudre Les résidus de découpage 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 12

Couplages aux hautes fréquences 3- Couplage CEM Couplages aux hautes fréquences Plage de fréquences > 10 MHz Energie Faible Durée Temps de montée < 10 ns Les modes de couplages CEM sont sévères; Les isolements galvaniques deviennent inefficaces ; Les longueurs des liaisons de masses sont critiques ; Tout câble devient une antenne efficace à sa fréquence de résonance ; Le raccordement des écrans de blindage est délicat ; Les effets parasites des selfs et des condensateurs deviennent prépondérants ; L’installation des éléments et composants compte davantage. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 13

Couplages aux hautes fréquences 3- Couplage CEM Couplages aux hautes fréquences Toute carte électronique possédant au moins un câble est exposé à ce type de perturbations En conduction En rayonnement Bruit de commutation des moteurs Machines ISM Courants M.C des convertisseurs statiques Emetteurs Hertziens Coupure de bobines Arcs électriques Décharges électrostatiques Manœuvre en haute tension Manœuvres hautes tension Horloges de microprocesseurs 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 14

Type des couplages 3- Couplage CEM Différents types de couplage… Sources ou émetteurs Victimes ou mesure COUPLAGE Différents types de couplage… Couplage par impédance commune Couplage par rayonnement Couplage câble à câble : diaphonie capacitive ou inductive Couplage par conduction 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 15

Couplage par impédance commune 3- Couplage CEM Couplage par impédance commune Quand un équipement est alimenté par une source d’énergie électrique commune à plusieurs équipements (réseaux de distribution) les perturbations engendrées par d’autres équipements lui sont transmises par les lignes d’alimentations communes. Les circuits de retours fonctionnels (0V analogique et 0V numérique – Applicable aussi au pôle de référence des convertisseurs sans isolement). Les fils de mise à la terre et de protection électrique. Les châssis et masses métalliques d’un équipement (montants, guides cartes, faces avant et arrière, …). Les masses structurelles d’installation (charpente métal, carrosserie d’un véhicule). Il en résulte une différence de potentiel entre 2 points d’un équipement, ou entre la terre et les masses mais aussi entre les masses. Ces différences de potentiels provoquent des perturbations importantes au niveau des câblages qui se propagent par conduction et par rayonnement. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 16

Couplages par rayonnement 3- Couplage CEM Couplages par rayonnement Les perturbations rayonnées sont véhiculées par le milieu ambiant (air, …). Selon la nature de la perturbation émise, les couplages pourront être de deux types : Inductif ou capacitif 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 17

Paramètres influençant la diaphonie 3- Couplage CEM Couplage câble à câble Existe lorsque des signaux distincts circulent sur les conducteurs en parallèle à des distances relativement proches. Induction d’une tension sur le circuit victime par couplage capacitif et inductif. Couplage capacitif dV/dt. Couplage inductif : dl/dt. Paramètres influençant la diaphonie Conséquences Distance entre conducteurs, s : Diaphonie Hauteur des fils ou paires : Diélectrique autour des fils : Diaphonie (capacitive) Z victime Z coupable Diaphonie (inductive) 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 18

Exemple de couplages par mode commun 3- Couplage CEM Exemple de couplages par mode commun Imc Imc 2x Imc Immunité aux TER/S Emission carte à boîtier 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 19

4- Réglementation 20

Directives environnement 4- Réglementation Équipement Cahier des Charges Essais CEM Réglementations Directives environnement Marquage CE Cahier des charges A Grand public, Industrie, Médical, Télécommunication, Ferroviaire… B Automobile C Aéronautique (Civile) D Militaire, Spatiale, Maritime Directives Marquage e 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 21

4- Réglementation Directives A et B Grand public, Industrie, Médical, Télécommunication, Ferroviaire… Automobile Réglementations Directive CEM Directive BT Directive R&TTE Directive Médicale Directive Produits à exigences CEM … Essai CEM, Radio, Sécurité électrique, Santé … Cahier des charges CEM CEM 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 22

4- Réglementation Directives Un équipement peut être soumis à plusieurs directives ! Directive CEM : 2004/108/CE depuis de 20/07/2007 (remplaçant 89/336/CEE). Directive Automobile : 2004/104/CE depuis 01/01/2006 (remplaçant 72/245/CEE). Quelle est la portée des directives concernant la CEM ? 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 23

4- Réglementation Exigences CEM Emission : Limiter la génération de perturbations électromagnétiques à un niveau permettant aux appareils de radio, de télécommunication et aux autres appareils de fonctionner conformément à leur destination. Immunité : Avoir un niveau adéquat d’immunité intrinsèque contre les perturbations électromagnétiques, leur permettant de fonctionner conformément à leur destination. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 24

4- Réglementation Exigences CEM 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 25

4- Réglementation Normalisation CEM Le respect des réglementations et des directives est obligatoire ! Les réglementations et les directives s’appuient sur des normes. Ces normes sont créées par des comités de normalisations. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 26

4- Réglementation Normalisation CEM Normes Génériques (Ex: EN 61000-6-1 EN 61000-6-3 …) Méthodes d’essais (Ex: positionnement de l’EST, des pinces …) Normes Fondamentales (Ex: EN 61000-4-2 …16) EQUIPEMENT Niveaux des contraintes à respecter (Ex: Champ E=3V/m …) Normes Produits (Ex: EN 55015; EN 61547 …) 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 27

4- Réglementation Normalisation CEM Principales exigences des méthodes d’essais CEM Définir des conditions générales de mesures 1 – Assurer la reproductibilité des essais Les essais doivent être indépendants : De l’emplacement de mesure, De l’instrumentation, Des conditions environnementales (bruit ambiant…). 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 28

4- Réglementation Normalisation CEM 2 - Maitriser la connectique (robustesse de la mesure ou de l’essai) Aucune influence de la part du raccordement de l‘équipement sous test (EST) à l'appareillage de mesure sur : Le fonctionnement de l'EST, L'exactitude de l'équipement de mesure. Pour cela, il faut : Avoir un rapport signal/bruit suffisant par rapport au niveau de mesuré., Bien définir la configuration d’installation et le mode de fonctionnement de l’EST. Bien maîtriser l’adaptation d’impédance entre l’EST et les câbles. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 29

4- Réglementation Normalisation CEM 3 - Utiliser une instrumentation de mesure Avec un bon suivi métrologique, Avec une bonne connaissance des paramètres de mesure. 4 - Maîtriser les perturbations non produites par l’EST Essais effectués : En espace libre, En cage de Faraday, En chambre anéchoïque, En cellule TEM ou GTEM, Avec des filtres sur les câbles non testés … 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 30

5- Luminaires 31

5- LUMINAIRES Normalisation CEM Normes d’émission : EN 61000-3-2 ed. 2006 + A1:2009 + A2:2009 (A1 et A2 1/7/2012) : Harmoniques EN 61000-3-3 ed. 2008 : Flickers EN 55015 ed. 2006 + A1:2007 + A2:2009 (01/03/12) : Emission conduite sur l’alimentation (9kHz-30MHz) Emission conduite sur les bornes de charges et de commande (150kHz-30MHz) Emission rayonnée avec une boucle de Van Veen (9kHz-30MHz) Emission rayonnée sur site en champ libre à 10 m (30-300MHz) Emission conduites sur RCD (méthode Annexe B 30-300MHz) Affaiblissement d’insertion (150kHz-1,605MHz) 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 32 32

5- LUMINAIRES Normalisation CEM Normes d’immunité : EN 61547 ed. 2009 : EN 61000-4-2 ed. 2009 : Décharges d’électricité statiques EN 61000-4-3 ed. 2006 + A1:2008 + A2:2011 : Rayonnements électromagnétiques EN 61000-4-4 ed. 2004 + A1:2010 : Transitoires électriques rapides en salves EN 61000-4-5 ed. 2006 : Ondes de choc de type foudre EN 61000-4-6 ed. 2009 : Perturbations conduites RF EN 61000-4-8 ed. 2010 : Champ magnétique à la fréquence réseau EN 61000-4-11 ed. 2004 : Microcoupures et variations de tension 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 33

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-3-2 : Emissions harmoniques Les harmoniques renvoyés par l’EST sur le réseau sont mesurés 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 …………………………………………………40 Amplitude Fréquence A0 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 34

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-3-2 : Emissions harmoniques 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 35

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-3-3 : Flicker (Papillonnements) Les fluctuations rapides de tension créées par l’EST sur le réseau peuvent générer des papillonnements (flicker) aux niveau des luminaires. Ces fluctuations (exprimées en %) sont mesurées durant un certain temps et ne doivent pas dépasser les limites fixées par la norme 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 36

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-3-3 : Flicker (Papillonnements) 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 37

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations conduites sur le réseau d’alimentation Disposition du matériel: - Pour mesurer la tension perturbatrice, le matériel en essai est connecté au réseau d'alimentation électrique par le biais d'un ou de plusieurs RSIL. * Placer le matériel en essai sur une table en matériau non conducteur, d'une hauteur minimale de 80 cm. Placer le matériel en essai de façon à ce qu'il soit situé à 40 cm de la cloison de la pièce blindée, * Ou placer le matériel en essai sur une table en matériau non conducteur, d'une hauteur de 40 cm de façon à ce que le matériel en essai soit situé 40 cm au-dessus du plan de masse Dispositifs de mesure: Réseau de stabilisation d’impédance de mesure et récepteur Bande de fréquence: 9 kHz à 30 MHz Mode de détection: Quasi-crête et Valeur moyenne Limites: Tableau 2a 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 38

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations conduites sur le réseau d’alimentation 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 39

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations conduites sur les bornes de charges et les bornes de commande Disposition du matériel: - Pour mesurer la tension perturbatrice, le matériel en essai est connecté au réseau d'alimentation électrique par le biais d'un ou de plusieurs RSIL. * Placer le matériel en essai sur une table en matériau non conducteur, d'une hauteur minimale de 80 cm. Placer le matériel en essai de façon à ce qu'il soit situé à 40 cm de la cloison de la pièce blindée, * Ou placer le matériel en essai sur une table en matériau non conducteur, d'une hauteur de 40 cm de façon à ce que le matériel en essai soit situé 40 cm au-dessus du plan de masse Dispositifs de mesure: Charge: Sonde 1500Ω - Commande: RSI et récepteur Bande de fréquence: 150 kHz à 30 MHz Mode de détection: Quasi-crête et Valeur moyenne Limites: Tableaux 2b et 2c 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 40

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations rayonnées de 9 kHz à 30 MHz avec une boucle de Van Veen Disposition du matériel: -Le matériel sous test est placé au centre de la boucle Dispositifs de mesure: Boucle de Van Veen et récepteur Bande de fréquence: 9 kHz à 30 MHz Mode de détection: Quasi-crête Limites: Tableau 3.A Essai applicable aux équipements dont l’élément produisant de la lumière est alimenté par une fréquence est supérieure à 100 Hz. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 41

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations rayonnées de 9 kHz à 30 MHz avec une boucle de Van Veen 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 42

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations rayonnées de 30 MHz à 300 MHz Méthode d’essai selon l’EN 55022 Disposition du matériel: -Le matériel sous test est placé sur un site en champ libre à une distance de 10m Dispositifs de mesure: Champ libre, Antenne et récepteur Bande de fréquence: 30 MHz à 300 MHz Mode de détection: Quasi-crête Limites: Tableau 3.b Essai applicable aux équipements dont l’élément produisant de la lumière est alimenté par une fréquence est supérieure à 100 Hz. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 43

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations rayonnées de 30 MHz à 300 MHz Méthode d’essai selon l’EN 55022 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 44

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations rayonnées de 30 MHz à 300 MHz Méthode d’essai selon l’annexe B Disposition du matériel: -Le matériel sous test est placé à 10 cm d’un plan de masse de référence, raccordé à un RCD adapté (M2, M3, ..) Dispositifs de mesure: Local blindé, RCD et récepteur Bande de fréquence: 30 MHz à 300 MHz Mode de détection: Quasi-crête Limites: Tableau B.1 Essai applicable aux équipements dont l’élément produisant de la lumière est alimenté par une fréquence est supérieure à 100 Hz. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 45

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures des perturbations rayonnées de 30 MHz à 300 MHz Méthode d’essai selon l’annexe B 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 46

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 55015 Mesures de l’affaiblissement d’insertion Disposition du matériel: -Le matériel sous test est raccordé au R.S.I.L. Dispositifs de mesure: R.S.I.L., transformateur asymétrique/symétrique et récepteur Synthétiseur RF, Lampe fictive Bande de fréquence: 150 kHz à 1,605 MHz Limite: Tableau 1

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-2 Immunité aux décharges d’électricité statique Disposition du matériel: -Equipement de sol: EST posé sur support isolant 0,1 m au-dessus de plan de masse -Equipement de table: EST posé sur PCH et isolé par feuille isolante de 0,5 mm Dispositifs d’essai: Générateur de DES, PCH et PCV Application: -Décharges indirectes au contact sur PCH et PCV -Décharges directes au contact sur EST -Décharges directes dans l’air sur EST Sévérités: Tableau 1 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 48

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-2 Immunité aux décharges d’électricité statique 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 49

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-3 Immunité aux rayonnements électromagnétiques Disposition du matériel: -Equipement à 0,8 m du sol avec sa face coïncidant avec la zone homogène du champ préalablement calibré -Distance Antenne / EST : 3m Dispositifs d’essai: Cage de Faraday, Synthétiseur RF, Amplificateur de puissance RF, Antenne, Mesureur de champ, Wattmètre Application: -4 faces de l’équipement -Champ E modulé par un signal sinusoïdal à 1 kHz à 80% -Incrément de fréquence 1% - Temps par pas > 0,5s ou temps de réponse de l’équipement Sévérité: Tableau 2 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 50

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-3 Immunité aux rayonnements électromagnétiques 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 51

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-4 Immunité aux transitoires électriques rapides en salves Disposition du matériel: -Equipement à 0,1 m du plan référence -Distance Couplage / EST : 0,5m Dispositifs d’essai: Générateur de TER/S, RCD, Pince de couplage Application: -TER/S appliqués pendant 1 minute sous chaque polarité -Par RCD sur ligne de puissance -Par pince de couplage sur lignes signalisation et commande Sévérité: Tableaux 4 à 6 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 52

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-4 Immunité aux transitoires électriques rapides en salves 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 53

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-5 Immunité aux ondes de choc de type foudre Disposition du matériel: -Equipement alimenté par le RCD -Câble d’alimentation inférieur à 2 m Dispositifs d’essai: Générateur d’ondes de choc, RCD Application: -Entre N/terre; Ph/terre et Ph/N -Impulsions + appliquées à 90° et – à 270° Sévérités: Tableau 10 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 54

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-6 Immunité aux Perturbations RF conduites en mode commun Disposition du matériel: -Equipement à 0,1 m du plan de référence -Distance RCD / EST : 0,1 à 0,3m Dispositifs d’essai: Plan de référence, Synthétiseur RF, Amplificateur de puissance RF, RCD, Wattmètre Application: -Chaque accès voir exigences (par ex: L>3m) -Perturbation modulée par un signal sinusoïdal à 1 kHz à 80% -Incrément de fréquence 1% -Temps par pas > 0,5s ou temps de réponse de l’équipement Sévérité: Tableaux 7 à 9 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 55

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-6 Immunité aux Perturbations RF conduites en mode commun EST Cales h = 3 à 5 cm Réseau de découplage Cale h = 10 cm Câble de masse relié au plan de référence RCD-M1 Atténuateur 6dB – 50 Ω Plan de référence Vers alim. 230Vac Cas d’un câble de grande longueur (ne pas rassemblé en faisceau et ne pas lové) où aucun RCD n’existe Le câble doit être chargé et surélevé avec une cale h = 3 à 5 cm 10 cm < l <30 cm Charge 50 Ω Injection de la perturbation RCD-M3 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 56

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-8 Immunité au champ magnétique à la fréquence réseau Disposition du matériel: -Equipement placé au centre de la bobine d’induction Dispositifs d’essai: Générateur BF, Amplificateur de puissance BF, Antenne boucle, Mesureur de champ magnétique Application: -Selon 3 axes orthogonaux de l’E.S.T. -Fréquence 50 / 60 Hz Sévérité: Tableau 3 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 57

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-8 Immunité au champ magnétique à la fréquence réseau 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 58

5- LUMINAIRES Normalisation CEM EN 61000-4-11 Immunité aux creux de tension et coupures brèves du réseau d’alimentation Disposition du matériel: -Equipement connecté au générateur Dispositifs d’essai: Générateur de creux de tension et coupures brèves Application: -Accès alimentation alternative uniquement -Variations de tension au passage par zéro de la tension alternative Sévérité: Tableaux 11 et 12 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 59

Merci pour votre attention Pierre EPRON T: 04 78 40 66 55 E-mail p.epron@emitech.fr Nos métiers complémentaires ….comme laboratoire d’essais, conseil, ingénierie formation et simulation numérique … et nos domaines d’activité associés comme sécurité électrique, EUP/ERP, radiofréquence, mesure santé, CEM, acoustique, climatique, mécanique et fiabilité. 27/10/2011 CEM & LUMINAIRES 60 60