Embed Size (px)
Citation preview
28/12/2008
1
L’unicité des circuits de terre et des circuits des masses dans les postes sources.
L’insertion des équipements de contrôle commande
1 Avant propos Les postes sources représentent des ouvrages complexes pour lesquels le degré de fiabilité de chaque composant est généralement élevé indépendamment du palier technique utilisé. Par contre certaines pratiques de mise en œuvre notamment lorsqu’il s’agit d’équipement numériques peuvent fragiliser l’ouvrage et réduire sa contribution à l’atteinte des objectifs de qualité et de sécurité. Dans un poste source, la coexistence des courants forts et des courants faibles est permanente. Elle affecte directement ou indirectement l’ensemble des installations et est susceptible de provoquer des avaries ou des dysfonctionnements sur les matériels de protection et de contrôle commande. La prise en compte de la Compatibilité Electromagnétique est donc nécessaire pour la fiabilité des processus. Le résultat est obtenu d’une part, par la réalisation soignée des équipements et d’autre part par une insertion faisant appel aux règles de l’art. Le présent document rappelle quelques règles d’insertion des équipements qui devront être mis en œuvre pour la réalisation du contrôle commande d’un poste source.
28/12/2008
2
2 La compatibilité électromagnétique « C’est la capacité d’un dispositif, équipement ou système, à fonctionner de manière satisfaisante dans un environnement électromagnétique sans introduire de perturbations intolérables pour quoique ce soit dans cet environnement.»
La CEM couvre trois aspects complémentaires :
�La limitation des perturbations induites par conduction ou rayonnement, �L’immunité des appareils à des perturbations extérieures, conduites ou
rayonnées, �La mise en œuvre de ces équipements dans un environnement perturbé.
C’est une préoccupation permanente et coûteuse pour les concepteurs et les exploitants. En effet, tout appareil électrique génère des perturbations électromagnétiques. Les sources de perturbation peuvent généralement :
- se propager par rayonnement ou conduction, - présenter un spectre dans le domaine de fréquences BF ou HF, - être provoquées par une décharge électrostatique,
Dans un poste source, on rencontrera principalement des perturbations ayant pour origine :
- En BF, le courant 50Hz et ses harmoniques, - en HF, la foudre et les manœuvres sur les réseaux d’énergie, - les ondes radioélectriques, les téléphones portables, talkie-walkie etc..
Dans l’environnement d’équipements sensibles, certains matériels devront être faiblement perturbateurs notamment:
- les convertisseurs de puissance, - les éclairages fluorescents ou halogènes, - les climatisations, - les ventilateurs.
Les perturbations électromagnétiques peuvent engendrer des « plantages » de matériels informatiques, des destructions d’équipements par surtension et des déclenchements intempestifs de disjoncteurs HTA ou (et) HTB par fonctionnement non justifié des protections. Afin d’éviter ce genre de désagrément, il est nécessaire d’appliquer quelques règles
28/12/2008
3
3 Règles de l’art
3.1 Généralités Les sous ensembles constitués par les différents équipements de contrôle commande sont intégrés dans des ensembles connectés entre eux. Les accès aux équipements sont multiples.
Le soin dans la réalisation du câblage et de l’interconnexion des masses est déterminant pour l’obtention d’une bonne CEM.
28/12/2008
4
3.2 Les circuits de terres et l’interconnexion des masses Dans un poste source, ils sont confondus dans un réseau général des terres. Celui-ci est principalement constitué d’une infrastructure comportant un réseau maillé implanté à 80 cm de profondeur.
Un réseau des masses constitué par les équipements de contrôle commande et par les rames HTA est raccordé au réseau général des terres du poste. Ce raccordement doit être réalisé par un câble 75² en fond de fouille des fondations du bâtiment. L'ensemble est raccordé au réseau extérieur par quatre liaisons en 95². Compte tenu des distances, cette disposition, ne permet pas d’obtenir l’unicité HF du réseau des terres et des masses. Un transitoire rapide transmis aux installations HTA et BT sera susceptible de provoquer des avaries ou des dysfonctionnements sur certains équipements par la différence de potentiel appliquées aux différents accès
28/12/2008
5
3.3 Rôle du circuit de terre du poste source Il assure :
� La protection des personnes � Le lien entre la terre et le circuit des masses du poste. � L’écoulement des courants 50 Hz ou de foudre et des perturbations induites. � L’équipotentialité des masses métalliques en basse fréquence.
La mise à la terre de la masse d’un équipement ou d’un ouvrage répond en priorité, dans le cas de réseau d’énergie, à des impératifs de sécurité. Dans le cas du contrôle commande, elle est la référence de potentiel. Le circuit des masses constitué par le réseau du circuit de terre est un élément actif de la protection CEM.
On définit l’unicité comme étant la propriété d’un réseau général des terres et des masses de présenter le même potentiel, pour tous ses constituants et quelque soit la fréquence du signal d’excitation. Si l’unicité souhaitée pour l’interconnexion des masses et des circuits de terre est réalisable en BF, il en est tout autrement en H.F. On peut considérer, en effet qu'il y a autant de terre dans un réseau qu’il y a de matériels raccordés à ce dernier.
En théorie, un réseau de masses raccordé à un réseau de terre est considéré comme la référence de potentiel, condition pour assurer la fiabilisation des systèmes. En H.F, cette condition est loin d’être réalisée. On peut donc considérer que dans un poste source, la perturbation H.F. est inéluctable. Les règles de l’art concernant l’insertion des matériels sensibles auront donc pour objet de limiter l’amplitude de ces perturbations et de pouvoir ainsi faire coexister les courants faibles et les courants forts.
28/12/2008
6
3.4 Règles de l’art pour l’interconnexion des masses
La réalisation du circuit des masses devra prendre en compte la nécessité de réduire les conséquences des perturbations H.F. en mode commun. Chaque portion de ce circuit est assimilable en H.F. à une réactance dont l’impédance dépend du spectre de fréquence du phénomène initiateur. Afin de limiter les différences de potentiels H.F. entre les points du réseau maillé, Il est nécessaire de diminuer les distances entre les différents points de connexion. Pour cela, on réduira la surface des mailles et les boucles de masse. Les connexions aux équipements doivent être réalisées en un seul point et doivent être les plus courtes possibles. On raccordera impérativement la masse d’un appareil du contrôle commande a un nœud du réseau maillé des masses.
Les masses métalliques du bâtiment (poutres, fer à béton, etc..) seront reliées au réseau de masses. Exemple de circuit des masses dans un bâtiment.
Les masses des armoires sont reliées entre elles (par boulons ou par tresses). L’architecture du circuit de masse et du circuit est déterminée à partir de l’implantation des équipements.
28/12/2008
7
Afin de réduire les effets de boucle la distance au plan de masse (d) sera la plus faible possible. Il est nécessaire que le circuit de masse soit réalisé dans la partie haute du sous sol ou du faux plancher. La connexion des équipements au réseau de masses ne doit pas excéder 50 cm. Les conducteurs de liaison au réseau de masses devront être de section au moins égale à 35mm². Les écrans des câbles doivent être raccordés au plus près de chacune des extrémités afin de protéger les conducteurs de toute perturbation. De préférence, le raccordement à la masse de l’écran du câble coté armoire, cellule ou calculateur, sera réalisé en limite d’accès par collier ou presse étoupe. La mise à la masse par tresse sera réalisée au plus court afin de réduire le phénomène d’antenne. L’unicité en HF du réseau de masses et du réseau de terres sera réalisée par une interconnexion avec les autres circuits de terres ou de masses. Il faudra garder à l’esprit qu’un réseau de terre devra être d’autant plus soigné que la résistivité du terrain sera grande. Il sera notamment nécessaire de resserrer les mailles du plan de masse afin de réduire l’impact des perturbations hautes fréquences. On pourra alors s’intéresser aux autres moyens d’accès. Après les circuits de terre ou de masse, ce sont les courants en mode commun circulant sur les câbles qui sont les principales sources de dysfonctionnement. Le choix des câbles, le routage, la mise à la terre des écrans et le découplage des accès permettent de réduire le niveau de perturbation.
28/12/2008
8
3.5 Le câblage Dans les postes sources, tous les câbles doivent être blindés Les perturbations électromagnétiques ont pour origine le couplage entre une source perturbatrice et un récepteur. Les câbles, comme les équipements auxquels ils sont raccordés, doivent offrir une résistance au passage de la perturbation. Le câblage est un bon capteur de champ rayonné Le blindage est très difficile à réaliser pour les basses fréquences. Le champ magnétique pénétrant dans le câble est susceptible de créer des perturbations en mode commun et en mode différentiel. Dans un poste source, les signaux électriques analogiques et numériques sont transmis en mode différentiel. Les perturbations rayonnées étant transmises aux conducteurs en mode commun, il y a peu de risque de perturber les signaux utiles. Néanmoins, les circuits électriques n’étant pas parfaitement symétriques, une partie du signal perturbateur est reconvertie en mode différentiel. On voit donc l’importance du choix des câbles pour la réduction du coefficient de conversion sachant que les appareils auxquels ils sont raccordés doivent être normalement protégés par une réjection en mode commun. La mise à la masse des écrans complétera efficacement le dispositif sous réserve qu’elle soit réalisée au plus court (10 cm max). Les connexions aux masses seront réalisées par soudure, presse étoupe ou collier. Le choix des câbles doit contribuer à la protection du système contre les couplages de types :
� Diaphonie capacitive, � Diaphonie inductive, � Radioélectrique (effet d’antenne), � Électromagnétique (effet de boucle)
Les câbles de type téléphonique On choisira des câbles à paires ou à quartes. Afin d’éviter les phénomènes d’antenne, les écrans des câbles devront être mis à la masse aux deux extrémités. Bien entendu le pouvoir d’écoulement à 50 Hz des écrans doit être suffisant pour transiter les courants susceptibles d’apparaître lors d’un défaut. On réduira la valeur de ce courant à une valeur négligeable en serrant le maillage du réseau de terre et de masse. Si cette condition n’est pas réalisée, on raccordera les écrans à la terre, à une extrémité, par un condensateur dont la valeur sera calculée pour laisser passer les courants H.F. et bloquer les courants BF. On choisira un condensateur de classe Y ayant un δν/δt très grand afin d’offrir un temps de réponse compatible avec la fréquence à écouler. Sa tenue diélectrique devra être au moins égale à 2500V crête.
28/12/2008
9
Pour réduire la diaphonie, on choisira un câble possédant deux types d’écrans : � Le premier, entourant l’ensemble des conducteurs protégera, ceux-ci contre
les phénomènes externes. C’est cet écran qui sera mis à la terre aux deux extrémités par collier, presse étoupe ou soudure à l’entrée des armoires.
� Le deuxième, enroulé autour de la paire ou de la quarte, protégera les
conducteurs des perturbations internes. Cet écran sera mis à la masse par soudure à une seule extrémité (coté répartiteur par exemple).
Le câblage participe à la propagation des perturbations par conduction. Au-delà de 1 Mhz, l’impédance des câbles limite le niveau des perturbations. Ce sont donc les perturbations harmoniques du 50 Hz et des ondes de manœuvres qui seront principalement conduites par les câbles. La réponse à ces deux types de problème (rayonnement et conduction) passe par l’éloignement des câbles courants faibles des câbles courant forts et des conducteurs de terre. L’utilisation des chemins de câbles métalliques permet d’améliorer également la CEM du système de contrôle commande. En effet, un chemin de câbles métallique raccordé au circuit des masses permet de réduire l’effet de boucle et l’efficacité d’antenne des câbles. Il est également nécessaire de disposer les câbles proprement plaqués contre les parois métalliques. Une telle disposition supprime les grandes boucles. On pourra améliorer la CEM en raccordant l’écran extérieur à la masse du chemin de câble. Pour cela, on dénudera proprement les câbles sur 2 cm afin d’interconnecter les écrans avec le chemin de câble. On séparera les câbles « courant fort » des câbles « courant faible » en spécialisant ces chemins de câbles. Les chemins de câbles participent au maillage du réseau des masses. L'ensemble est couvert par un faux plancher. Si le plancher est de type informatique, les Silentblocs, supportant les équipements, devront être shuntés. Il reste maintenant à régler les problèmes d’insertion qui se poseront forcément au concepteur.
28/12/2008
10
3.6 Anomalies le plus souvent rencontrées • La réalisation du réseau maillé est souvent défaillante. On raccorde les masses des
équipements à la ceinture de terre du local, la longueur des liens au collecteur des masses est excessive.
• Les masses des armoires proches l’une de l’autre ne sont pas reliées par une connexion assurant l’équipotentialité des masses.
• Le faux plancher est utilisé comme un cache misère ou se côtoient circuit de terre, courant fort et câbles de contrôle commande. Ceux-ci sont d’une longueur excessive. L’excédent est alors lové sous le faux plancher aggravant ainsi l’effet de boucle.
• La mise à la masse des écrans des câbles BT est réalisée à l’aide de cosses serties (cosses Faston par exemple).
• Afin de refroidir les équipements, l’armoire est très souvent ouverte. Les câbles y pénètrent en toron sans être plaqués aux parois. Le passage de ce toron est assuré par une large ouverture pratiquée dans le socle. Cette disposition ne permet pas de protéger l’équipement contre l’entrée des poussières, les agressions des petits animaux et les perturbations électromagnétiques.
• Une pièce du bâtiment équipée d’une climatisation est fréquemment dédiée aux calculateurs de postes. La longueur des câbles de liaison au répartiteur est parfois excessive alors que l’unicité du réseau de masse n’est pas forcément réalisée.
• Les ateliers d’énergie sont installés dans le local contrôle commande. Un dégagement de vapeur acide provoqué par un court circuit sur un élément de batterie endommagera probablement le contrôle commande du poste.
3.7 En conclusion Lorsque l’on construit un poste source, il est essentiel de veiller à l’unicité des circuits de terre et des circuits de masse.
