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CEA/DIF J. Raimbourg – Cours Joliot Curie 2008 1 Compatibilité ElectroMagnétique La Chasse aux Démons de Maxwell De la magie noire… …à la Physique Amusante.

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Compatibilité ElectroMagnétique

La Chasse aux Démons de Maxwell

De la magie noire…

…à la Physique Amusante.

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Compatibilité Electromagnétique

SOURCES - COUPLAGES - VICTIMES

Livrées à elles-mêmes, les choses vont de mal en pis.Toute action humaine pour y remédier accélère le processus.

Murphy, 1ère loi

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Si plusieurs pannes peuvent survenir dans un système et interagir, celle qui arrivera en premier sera celle qui :

- causera le plus de dégâts,- entraîne en cascade la séquence la plus désastreuse d’autres pannes

Murphy, 2ième loi

Les couplages

• IMPEDANCE COMMUNE

• CHAMP A BOUCLE

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Parasitages mutuels de circuits utilisant les mêmes alimentations et

mêmes retours

Principe du couplage par impédance commune

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Impédance typique de conducteurs en cuivre pour h>l ou s>2l

Impédance d’un fil

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Impédance d’un plan de masse

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Impédance de grilles métalliques

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• Survient chaque fois que différents circuits se partagent des conducteurs en commun, principalement les masses• S’aggrave quand la fréquence augmente car l’impédance est surtout selfique

REMEDE :Conducteurs de masse plus larges, grilles ou plans

Impédance commune : Résumé

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Couplage champ à boucle

• Survient dans toute surface câble-sol, câble structure,etc... exposée à un champ variable

• La tension induite croit avec H, la fréquence et la surface de boucle

• La tension de mode commun existe même avec une boucle ouverte

REMEDES :• Diminuer les surfaces• Chemin de câbles métallique• Atténuation du champ

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Définition et effets des boucles entre masse

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Câblage dans une baie

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Masse en étoile = impédance commune

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Masse en étoile = boucle de masse

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L ’EQUIPOTENTIALITE

La biscotte tombe toujours du côté du beurre

Murphy, 3ième loi

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Plaque collectrice

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Interconnexion des structures

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Raccordement câble blindé

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Une bonne installation

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Intervention sur une installation de Radiographie impulsionnelle

Les chances que la biscotte tombe du coté du beurre sont proportionnelles au prix de la moquette

Gordon, complément à la 3ième loi de Murphy

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Machine de radiographie impulsionnelle

• Accélérateur d’électrons à induction

• 3500 A à 20 MeV

• Cible de conversion X

• Largeur impulsion 60 ns

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• Intervention sur incident

– Alimentation 100 kV hors service

– Destruction des composants E/S de la carte de pilotage de

l’alimentation

• Diagnostic

– Problème d’équipotentialité

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Résistance des raccordements

R1 R2

Connecteur J1 85 mΩ 82 mΩ

Connecteur J2 36 mΩ 35 mΩ

Résistance gaine - tôle < 10mΩ

R2

R1

Connecteurs J1, J2côté baie de pilotage côté HOFFMAN BOX

R2Tôle grattée

R1

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Générateur detransitoires

Chassis de baie

50 cm env.

Fil "témoin" CHANNEL #1

vers scope 50 Ohms

Pour U0 = 500 V

Pour U0 = 1 kV

Côté baie de pilotage Côté HOFFMAN BOX

+ 1 V

-1,5 V

+ 2 V

- 3 V

+ 3,5 V

- 2 V

+ 7 V

- 4 V

vers cartes

CEI 61000-4-4

Test en transitoires rapides en salve (mode commun)

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Mise à la masse par fil vert/jaunede 2 mètres

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Amélioration de l’équipotentialité

• Alimentation 100 kV• Tresse de masse entre les tiroirs• Ferrite sur le câble en provenance du PC de tir

•Caisson avec la capacité chargée à 2 MV •Chaussette métallique autour du câble haute tension

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Rien n’est perdu tant que vous n’avez pas commencé à vous en occuper

Murphy, 4ieme loi

Mesure de l’impédance du ferraillage

• BUT

– Equipotentialisation de l ’installation en utilisant le ferraillage du

bâtiment

• MOYEN

– Mesure de l ’impédance HF de ce ferraillage

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Mesure de l’impédance du ferraillage• Transitoire : 10 A / tm 300ns

• Z = 10 Ohms à 1 MHz

• -> DDP = 100 Volts

• Avec fil V/J 35 mm2

• Z = 200 Ohms à 1 MHz

• -> DDP = 2000 Volts

Impédance du maillage

0,01

0,1

1

10

100

0,01 0,10 1,00 10,00

Fréquence (MHz)

Impé

danc

e (O

hm) B-C

I-EE-FA-GA-BA-C

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Les Générateurs

On ne dispose jamais assez de temps pour faire le choses correctementMais on trouve toujours celui pour les refaire

Postulat de Nicholson aux lois de Murphy

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Cellules accélératrices

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Les générateurs

• 16 générateurs synchronisés

• Impulsion de 250 kV avec un temps de montée de 20 ns

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Equipotentialisation des baies des générateurs

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Mesure du courant parasite pendant un tir

Pinces de courant

La mesure se fait en parallèle sur une baie non traitée ainsi qu’une baie équipotentialisée

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Résultats des mesures des courants parasites

Générateur non traité

Générateur équipotentialisé

Le courant parasite est réduit de 20 dB (X 10)

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Laser de forte puissance

Personne ne croit en une théorie, sauf celui qui l’a faiteTout le monde croit en une mesure, sauf celui qui l’a faite

Finnagam, compléments aux lois de Murphy

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Laser de forte puissance

• 60 faisceaux soit 30 kJ à 3 ω• Impulsion laser de 1 ns

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Chambred’expérience

Diagnostique oscilloscope

Masse de référence

Chemin de câble

Petite boucle de masse

Le principe du câblage en étoile nécessite une isolation mais ne peut pas éviter les couplages par capacitéparasite en haute fréquence

Principe du câblage en étoile

Chambred’expérience

Diagnostique oscilloscope

Masse de référence

Capacité parasiteen haute fréquence

Isolation

Grande boucle de masse

Chemin de câble

La mise à la masse de tous les équipements permet de réduire les boucles de masse

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Isolation du diagnostic / masses métalliques

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Conditions de câblage initiales

• Isolation de l’embase• Connecteur BNC• Câble coaxial simple tresse

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Amélioration de la mesure par respect des règles CEM

0 200 400 600 800 1000-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ns

Volts

FT-L

ab

TextE

L’impulsion est-elle un réellement physique ?

• Etape 1• Câblage en étoile (isolation)• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse

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0 200 400 600 800 1000-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ns

Volts

FT-L

ab

TextE

Amélioration de la mesure par respect des règles CEM

Réduction du signal par la mise à la masse des connecteurs

• Etape 1• Câblage en étoile (isolation)• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse• Etape 2• Mise à la masse multipoints• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse

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Amélioration du câblage

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0 200 400 600 800 1000-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ns

Volts

FT-L

ab

TextE

Amélioration de la mesure par respect des règles CEM

• Etape 1• Câblage en étoile (isolation)• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse

• Etape 2• Mise à la masse multipoints• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse

• Etape 3• Mise à la masse multipoints• Connecteur à vis (SMA)• Câble coaxial double tresse

C’était bien un problème de CEM

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Installation de mesure isolée

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Installation de mesure mal connectorisée

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Installation de mesure à réaménager

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Attention à la mise à la masse des filtres

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Blindage de câble et des connecteurs

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Amélioration de systèmes de mesures sensibles

• Câble de mesure blindé• Tôle de référence de potentiel

Cependant les mesures sont erronées pendant plusieurs minutes après chaque tir

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Amélioration de l’équipotentialité du boîtier

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Test de l’immunité du boîtier

Transitoires Rapides en Salve CEI 61000-4-4

Avant modification :330 Volts :

Déclenchement d’un relaisAlarme LED dépassement

de seuil

Après modification :2000 Volts :

OK

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Blindage du détecteur• Mettre dans une boite blindée• Si le phénomène physique le

permet, capton aluminisé ou autre

• Sinon faire un guide d’onde• DIEDAC Dosimètre Individuel

Electronique à Diode Associé àun Convertisseur

• Avant• DES : déclenchement à 200 V• Après• DES : OK jusque 4 kV• TRS : OK jusque 1 kV (niveau

environnement industriel)

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Décharge Electrostatique d’origine humaine

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Décharges Electrostatiques

• Niveau résidentiel : 8 kV• Niveau de test : 2 kV• Résultat :• Pics parasites entre 500 et

1000 keV/µm

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DES et mauvaise mise à la masse

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Mesure de l’activation de radioélements à l’ILL

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Disparition des raies parasites après l'action CEM

Spectre avant et après l'intervention CEM

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281

Pics parasites

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Actions sur l’électronique du préamplificateur

Grattage de la couche protectrice verte sur le circuit au niveau des colonnettes pour une réelle mise àla masse du « 0 Volt » électriqueavec le boîtier

• grattage de toutes les pièces du boîtier au niveau des fixations afin de retirer le traitement de surface qui est en général isolant• serrage de toutes les vis de fixation• grattage de la couche protectrice verte sur le circuit au niveau des colonnettes• soudage d’une petite tresse entre le plan de masse de la carte électronique et la masse du connecteur de sortie « signal »

Spectre avant et après l'intervention CEM

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281

Pics parasites

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CONCLUSION

Murphy était un optimiste.

Postulat de O’Toole