Les bases du blindage

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Laboratoire d'essais CEM
Représentation des champs électriques et magnétiques

Champs magnétiques et électriques

Comment se produisent les perturbations des champs électromagnétiques ?

Le récepteur (Z) est alimenté à partir d'une source de tension (U) par des câbles. Des différences de tension par le biais desquelles un champ électrique est établi entre les conducteurs sont créées entre les conducteurs plus et moins. Un champ magnétique (H) est créé autour d'un conducteur parcouru par le courant. En raison de sa dépendance au courant, ce champ magnétique est soumis à des fluctuations temporelles. Comme la plupart des applications sont soumises à des courants qui ne sont pas constants dans le temps, ceci conduit à des champs magnétiques alternatifs irréguliers. Les champs se transforment en signaux électromagnétiques pour devenir une sorte de « mini-émetteur », qui font en même temps effet de récepteur. Chaque conducteur est donc en mesure d'influencer négativement le fonctionnement d'autres appareils électriques et électroniques. Afin que ces influences n'aient pas d'effets perceptibles sur vos appareils et installations, un blindage correct des câbles et conducteurs est nécessaire.

Exemple d'interférence galvanique sur un schéma de circuit

Interférence galvanique

Interférences galvaniques

Lorsque deux circuits utilisent un même segment de câble, il se produit une interférence galvanique. Il s'agit souvent d'un conducteur de référence ou d'une barre communs. Des fluctuations de courant ou de tension dans le premier circuit (opérations de commutation par exemple) affectent le deuxième circuit. Cependant, une mise à la terre incorrecte des câbles de technique de mesure, de commande et de régulation et des lignes de transmission peut également entraîner des interférences galvaniques.

Contre-mesures :

  • Le tronçon de câble commun doit avoir une impédance et une inductance aussi faibles que possible (utiliser des sections de conducteur suffisamment importantes)
  • Isoler au maximum les circuits
  • Maintenir les câbles d'alimentation communs les plus courts possible
  • Placer les points de dérivation le plus près possible de la source de courant
Exemple d'interférence capacitive sur un schéma de circuit

Interférence capacitive

Interférence capacitive

La grandeur perturbatrice de l'interférence capacitive est la tension électrique. Les interférences capacitives sont engendrées par des champs électriques alternatifs d'un système qui agissent comme des interférences. Un exemple typique d'interférence capacitive est lorsque deux câbles posés en parallèle sur une longue distance se comportent comme deux plaques de condensateurs opposées et font fonction de court-circuit pour les signaux haute fréquence.

Contre-mesures :

  • Éviter autant que possible un câblage parallèle ou le maintenir le plus court possible
  • Respecter une distance la plus grande possible entre la source de perturbation et la ligne perturbée (distance minimale 60 - 100 cm)
  • Utilisation de lignes de transmission et de câbles de technique de mesure, de commande et de régulation (réaliser le blindage de manière unilatérale)
  • Utilisation de câbles à paires torsadées
Exemple d'interférence inductive sur un schéma de circuit

Interférence inductive

Interférence inductive

La cause d'une interférence inductive est un champ magnétique alternatif. Un champ magnétique se forme autour d'un conducteur porteur de courant et pénètre également les conducteurs limitrophes. Une fluctuation de courant entraîne également une modification du champ magnétique, ce qui induit une tension dans les conducteurs limitrophes.

Exemple : si deux conducteurs sont posés en parallèle sur une distance de 100 m à une distance de 30 cm l'un de l'autre et que le courant traversant le conducteur perturbateur est de 100 A (50 Hz), une tension d'env. 0,3 mV est induite dans le conducteur perturbateur. Avec la même disposition mais une fluctuation de courant de 1 kA en 100 μs, une tension d'env. 90 mV est induite. Plus la fluctuation du courant est rapide et importante, plus la tension induite est élevée.

Contre-mesures :

  • La distance entre les câbles d'alimentation et les lignes de transmission et câbles de technique de mesure, de commande et de régulation devrait être d'au moins 1 m
  • Les guidages de câbles parallèles devraient être aussi courts que possible
  • L'utilisation de câbles torsadés peut réduire les interférences inductives d'un facteur d'environ 20
  • Utilisation de câbles blindés avec blindage bilatéral (blindage)

Câbles torsadés ?
L'utilisation de câbles torsadés réduit les interférences inductives car le sens de l'induction est constamment inversé par rapport au champ d'interférence en raison de la torsion des fils. Pour éviter les couplages, les paires voisines dans une ligne de transmission ou un câble de technique de mesure, de commande et de régulation sont posées avec différentes longueurs du pas. Les longueurs du pas comprises entre 30 et 50 mm sont caractéristiques. Pour les câbles d'alimentation, la longueur du pas est comprise entre 200 et 900 mm, selon la section de conducteur.

Interférences électromagnétiques dues aux ondes à l'aide d'un diagramme

Interférence électromagnétique due aux ondes

Interférences électromagnétiques dues aux ondes

Les interférences électromagnétiques dues aux ondes désignent le fait que des ondes ou des impulsions liées aux conducteurs sautent sur des lignes de transmission ou des câbles de technique de mesure, de commande et de régulation voisins. Des interférences électromagnétiques dues aux ondes surviennent également lorsqu'un circuit saute sur un autre circuit au sein d'un même câble. Dans le cas des interférences galvaniques, capacitives et inductives, la durée d'exécution des signaux électriques sur la ligne perturbée ou perturbatrice est négligée. Dans des cas particuliers, la longueur d'onde de la fréquence d'interférence peut être de l'ordre de grandeur de la longueur des lignes et câbles. Le cas échéant, l'effet doit ici également être pris en compte.

Contre-mesures :

  • Utiliser des câbles avec des paires blindées et un blindage global (blindage)
  • Éviter des adaptations erronées sur tout le tracé
  • Ne pas faire passer de signaux de très haut niveau dans le même câble que des signaux de très bas niveau
  • Utiliser des câbles à haute réflectivité, à faible atténuation et à faible capacité
Exemple d'influences par radiations sur un schéma de circuit

Influences par radiations

Influences par radiations

Des ondes électromagnétiques hors ligne en provenance d'un perturbateur peuvent également produire des interférences sur les installations et les lignes. Le perturbateur est l'onde libre H0, E0. Dans le champ proche, le champ électrique ou magnétique peut prédominer, selon le type d'interférence. Les courants élevés génèrent principalement un champ magnétique, les hautes tensions un champ électrique. L'énergie d'interférence à haute fréquence se propage via des lignes connectées à la source d'interférence et permettant un rayonnement direct (>30 MHz). En outre, de puissants émetteurs voisins peuvent provoquer des intensités de champ élevées au niveau du système de câbles et interférer avec les câbles. Dans les installations industrielles, les perturbations les plus importantes se produisent lorsque les charges inductives sont désactivées. Les sauts de tension haute fréquence importants qui se produisent lors de ce processus sont désignés par le terme anglais « bursts ». Les bursts ont des spectres de fréquence jusqu'à 100 MHz.

Contre-mesures :

  • Dans les champs proche et lointain, utiliser des blindages présentant des propriétés d'absorption et de réflexion élevées (cuivre ou aluminium). Il convient ici d'utiliser des blindages conducteurs et si possible complètement fermés, avec une faible résistance de couplage et des valeurs d'atténuation du blindage favorables. (Blindage)
  • Dans le cas d'un champ proche à prédominance magnétique, en particulier à basses fréquences, un blindage supplémentaire en mu-métal ou métal amorphe devrait être prévu.
Raccordements de blindage sur un conducteur dessiné

Raccordements de blindage comme mesure de protection

Blindage comme mesure de protection appropriée

Le type de raccordement de blindage s'oriente en premier lieu sur les interférences attendues. Pour supprimer les champs électriques, une mise à la terre unilatérale (1) du blindage est nécessaire. Les perturbations dues à un champ magnétique alternatif sont par contre uniquement supprimées lorsque le montage du blindage est bilatéral. Lors de la pose d'un blindage bilatéral (2), une boucle de terre, avec les inconvénients connus, est cependant créée. Ce sont notamment les perturbations galvaniques le long du potentiel de référence qui exercent une influence sur le signal utile et dégradent l'effet du blindage. L'utilisation de câbles triaxiaux (4) peut ici représenter une solution, tout en sachant que le blindage interne est unilatéral, le blindage externe étant raccordé de manière bilatérale. Pour réduire les interférences galvaniques dans le cas d'un raccordement bilatéral de blindage de ligne, un côté est fréquemment raccordé par le biais d'un condensateur avec le potentiel de référence (3). Cette conception interrompt la boucle de terre au moins pour les courants à fréquence continue ou à basse fréquence.

Présentation des différentes méthodes de blindage et de leurs effets

Efficacité des mesures de blindage

Efficacité du blindage

L'exemple suivant sert à illustrer l'efficacité des mesures prises pour la protection contre les interférences. La disposition illustrée est soumise à un champ magnétique alternatif à 50 kHz sur une longueur de 2 m. La tension d'interférence mesurée à la sortie est indiquée à 0 dB en relation avec la tension perturbatrice, le blindage du conducteur (1) n'étant pas raccordé. Un blindage unilatéral (2) n'apporte aucune amélioration car il n'est pas efficace en cas de perturbations magnétiques. Un blindage bilatéral comme illustré sur la figure 3 atténue le champ perturbateur d'env. 25 dB. Dans la disposition (4), le câble torsadé (20 coups/m) montre déjà sans blindage une sensibilité réduite aux interférences (env. 10 dB), ce qui est obtenu par l'effet de compensation des boucles de conducteur. Le blindage alors raccordé de manière unilatérale (5) n'apporte à nouveau aucune amélioration. Ce n'est que le blindage bilatéral dans la disposition (6) qui améliore l'atténuation à env. 30 dB.