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RÉSUMÉ
Pour lutter contre les perturbations électromagnétiques des équipements, il est nécessaire de les relier au sol. Or connecter un équipement électronique au réseau de terre peut se faire soit en un point, soit à plusieurs points. Les situations sur le terrain étant très diverses, le choix de la stratégie de protection à adopter est capital. Cet article présente le principe de la ligne de terre et son rôle dans la sécurité électrique des équipements. Sont également détaillés ici les différents types de perturbations électromagnétiques provenant des réseaux de terre. De même, sont exposées les méthodes de connexion des câbles à la terre, en un ou deux points. Enfin, sont abordés les principes de propagation et sa modélisation à travers les lignes de transmission.
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Bernard DEMOULIN : Professeur émérite, Université Lille 1 - Groupe TELICE de l'IEMN, UMR CNRS 8520
INTRODUCTION
La question des protocoles de connexions d'une installation ou d'un équipement électronique aux réseaux de terre est souvent très controversée quant au choix de la stratégie de protection adoptée contre les perturbations électromagnétiques. En d'autres termes, faut-il connecter une installation et notamment un câble blindé en un seul point ou en plusieurs points à la terre ? Compte tenu de l'extrême diversité des situations rencontrées en pratique, ce texte complémentaire du dossier [D 1 320] consacré aux blindages électromagnétiques s'efforce sur la base d'exemples volontairement simples d'éclaircir cette difficile question.
Après un rappel des propriétés de la ligne de terre et de ses liens avec le réseau d'alimentation en énergie électrique, on aborde l'impact de différents types de perturbations produites par des champs magnétiques, des champs électriques et dans d'autres cas par des courants indésirables circulant dans le sol.
Afin de discerner beaucoup plus facilement l'effet des connexions de terre sur l'amplitude des tensions résiduelles collectées aux extrémités d'un câble blindé, les perturbations sont réduites à des sources ponctuelles animées de variations d'amplitude sinusoïdales fonction de la variable temps. L'usage de circuits électriques équivalents simplifie l'analyse physique dont on extrait quelques formules contenant les paramètres les plus influents du point de vue de la compatibilité électromagnétique. Cette approche est ensuite perfectionnée en tenant compte de la contribution des phénomènes de propagation.
L'usage de la réciprocité électromagnétique permet d'analyser le comportement de câbles blindés produisant l'émission de signaux résiduels.
Le rappel de quelques éléments sur la théorie des lignes de transmission devrait faciliter l'analyse de synthèse des circuits équivalents et de la prise en compte des phénomènes de propagation.
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Émission des câbles blindés
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4. Contribution des phénomènes de propagation
4.1 Notions sur la théorie des lignes de transmission
4.1.1 Définition d'une ligne de transmission
Typiquement une ligne de transmission peut être représentée par le blindage du câble parallèle au plan de sol tel que schématisé sur la figure 12.
L'intérêt majeur de la théorie des lignes est de pouvoir intégrer dans les calculs l'établissement non instantané des courants et tensions. En effet, si on suppose l'espacement h du câble par rapport au sol invariant pour toute position d'un observateur situé sur le repère oz parallèle à cette ligne, on introduit les paramètres L et C appelés inductance et capacité par unité de longueur également désignées sous les termes d'inductance et capacité linéiques de la ligne. Il est établi dans l'équation (11) que l'inverse de la racine carrée du produit LC équivaut à la vitesse c de propagation des courants et tensions. En supposant le blindage dépourvu de gaine diélectrique et composé d'un matériau de conductivité électrique infinie et qu'il en va de même pour le sol, la vitesse de propagation c n'est autre que la vitesse de la lumière dans le vide, soit approximativement 300 000 km/s.
Par ailleurs, on suppose cette ligne alimentée par une source de tension sinusoïdale de pulsation ω à laquelle correspond la longueur d'onde λ calculée par la relation (1). S'il est admis que λ est très supérieure à la distance h du blindage rapportée au sol, on assiste parallèlement à la ligne à la propagation d'une onde s'approchant de la configuration TEM (transverse électromagnétique). L'onde TEM est portée par deux fonctions de la variable géométrique z assignées respectivement au courant I (z ) établi...
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Contribution des phénomènes de propagation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Grounding of industrial and commercial power systems. - IEEE Green book, published by the Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE Std. 142ä, (revision of IEEE Std. 142-1991) (2007).
-
(2) - VIJAYARAGHAVAN (G.), BROWN (M.), BARNES (M.) - Practical grounding, bonding, shielding and surge protection. - Edited by ELSEVIER, ISBN-13 : 978-0-7506-6399-1 (2004).
-
(3) - RACHIDI (F.) - Immunité au rayonnement : analyse de couplage avec les câbles blindés. - Notes de cours de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (CH) (2004).
-
(4) - BOURGEOIS (Y.), ZEDDAM (A.), REINEIX (A.) - Optimisation de la protection d'un câble de télécommunications enterré contre les effets directs et indirects de la foudre. - Colloque International en Langue Française sur la CEM, Paris, p. 234-235 (2008).
-
(5) - KONÉ (L.), RAZZAFERSON (R.), DEMOULIN (B.), MOULIN (F.), GAUTHIER (F.), ZEDDAM (A.) - Analyses et mesures du rayonnement électromagnétique engendré par des communications haut débit transmises sur des lignes d'énergie. - Revue...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Grounding and bonding, advances in the telecommunications http://www.atis.org/peg/docs2000/treyfney.pdf
Mike Holt Enterprises http://www.mikeholt.com/Powerquality/Powerquality.htm
Dallas semiconductor Maxim http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN2045.pdf
AMP NETCONNECT http://www.ampnetconnect.com/documents/Grounding_and_Bonding_White_Paper_13Sep2006.pdf
Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Ground_(electricity)
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ITU-T (05-96), Bonding configurations and earth inside a telecommunications building. Standard on Telecommunications, Recommendation K.27 (Previously CCITT Recommendation)
NATO SDIP-27, NATO SDIP-29, TEMPEST Standards
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