L`impact de la compatibilité électromagnétique sur l`insertion des

L’impact de la Compatibilité
ElectroMagnétique (CEM) sur l’insertion
des systèmes de transports guidés
Bernard Démoulin (1) et Virginie Deniau (2)
[email protected] et [email protected]
(1)
: IEMN-TELICE, Université de Lille
Laboratoire de télécommunications, d’Interférences et de Compatibilité Electromagnétique
(2)
: INRETS-LEOST, Villeneuve d’Ascq
Laboratoire d’Electronique, Ondes et Signaux pour les Transports
1
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
La CEM en général
La CEM traite des effets EM indésirables relatifs aux fonctionnements des
équipements, des systèmes et des infrastructures… mettant en jeu des
fonctions électriques ou électroniques
La CEM s’intéresse notamment aux perturbations EM rayonnées et
conduites, aux perturbations par plans de masses, aux décharges
électrostatiques, à l’impact de la foudre …
La CEM d’un équipement est sa capacité à fonctionner correctement dans
son environnement d’utilisation sans provoquer de dysfonctionnement sur
d’autres équipements situés à proximité
2
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Une anecdote…………contexte matériel……
Verrouillage des portes d’accès aux toilettes d’une automotrice
par un parasite d’origine électromagnétique
Analyse de l’origine physique de l’incident
Conséquences sur l’exploitation
Comment y remédier ?
3
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Une anecdote…………..source physique……….
Réseau SNCF
Section neutre
Réseau SNCB
25 kV
3 kV
DC
50 Hz
Arc électrique
Équipement
sensible
Abaissement du pantographe
circuit de puissance coupé
Courant transitoire rapide de faible amplitude
4
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Une anecdote………..propagation du parasite…….
Courant parasite
principal
Circuit sensible
Tension parasite
Dérivation du
courant parasite
Transformateur
Autres circuits
Circuit de masse véhicule
5
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Le rayonnement EM des trains….contexte……..
Les courants électriques intenses circulant sur les caténaires et
sur l’appareillage interne des trains génèrent des rayonnements
électromagnétiques qu’il faut s’efforcer de caractériser
On distingue deux sources principales de rayonnement
Les champs magnétiques de fréquence industrielle 50 Hz
Les champs EM hautes fréquences couvrant des spectres
étendus de quelques kHz à plusieurs centaines de MHz
6
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Le rayonnement EM des trains….sources……..
Rayonnement HF local
Rayonnement HF de la caténaire
Ligne de toiture
25 kV
50 Hz
Courant nominal
Antenne
Champ magnétique 50 Hz
Rayonnement local des convertisseurs de puissance
7
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Le rayonnement EM des trains….caténaire……..
Rayonnement
local de la caténaire
>>
Rayonnement
local du véhicule
Caténaire
Véhicule
Courant
large spectre
Sous station
Rail
Sol
8
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Les transports guidés et les interférences
Les transports guidés peuvent être des sources de perturbations EM
pour leur environnement et pour eux - mêmes
Amplitude (nV/Hz)
Perturbations rayonnées dans des gammes de
fréquences élevées produites lors des défauts de contact
caténaire - pantographe 20
16
12
8
4
0
0
500
1000 1500 2000
Fré que nce (MHz)
2500
Perturbation observée sur une antenne GSM-R
lors de l’apparition d’un arc pantograph-caténaire
(projet MORANE)
Perturbations conduites
produites par les courants
de fuite dans le sol
Perturbations rayonnées à basses fréquences
produites par les lignes d‘alimentation électrique et par
les dispositifs de traction, les convertisseurs
9
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Les transports guidés et les interférences
Les éléments potentiellement victimes des transports guidés
Perturbations des équipements
électroniques, informatiques et
des systèmes télécommandés…
Les hommes,
niveaux d’exposition
des êtres humains
aux champs EM
Wi-Fi
Les installations industrielles (circulation de
courants dans les plans de masse,
perturbations par impédance commune…)
Perturbations d’installations
spécifiques sensibles : équipements médicales
Brouillages de la FM, de laTV…
Mauvaise réception des
télécommunications
(GSM, wifi…)…
10
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
L’impact de la C.E.M. sur l’insertion des
transports guidés
Il faut atteindre une compatibilité électromagnétique suffisante
entre le moyens de transports (véhicule et infrastructure) et les autres
installations ou équipements situés à proximité :
L’infrastructure et les véhicules ne doivent pas engendrer de mauvais
fonctionnements sur des dispositifs situés aux alentours,
l’infrastructure et les véhicules ne doivent pas provoquer des niveaux
d‘exposition aux personnes trop élevés et
le système de transport incluant l’alimentation, la signalisation,
le contrôle-commande… doit fonctionner convenablement
dans son environnement
Comment procède-t- on pour assurer la CEM du système
de transport et de son environnement ?
11
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Vérifier la CEM du système de transport
et de son environnement
Mesures des émissions et de l’immunité EM des moyens de transport suivant
les procédures de mesures spécifiées dans la norme du domaine ferroviaire
NF EN 50021 - Pour les fréquences inférieures à 1GHz
Contrôle les émissions EM produites par le système
ferroviaire dans son ensemble et par les équipements
qui fonctionnent dans le système ferroviaire
Contrôle de l’immunité EM
des équipements qui fonctionnent dans
le système ferroviaire
Pas de contrôle de l’immunité du système ferroviaire
dans son ensemble
12
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Les mesures d’émissions EM
Les procédures de vérification des émissions EM sont identiques quelque
soit l’environnement d’insertion, qu’il soit urbain, régional ou rural
Le Contrôle des l’EMISSIONS vers le monde extérieur s’effectue à une distance
de 10 m du centre de la voie et pour des fréquences inférieures à 1 GHz
9 kHz - 1GHz
10 m
1 - mesure de bruit du site d’essai
2 - mesure d’émissions lorsque le véhicule est à l’arrêt
3 - mesure d’émissions lorsque le véhicule est en mouvement
13
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Les mesures d’émissions EM
Norme NF 50121
dBµA/m ou dBµV/m
120
100
80
25 kV ac
15 kV ac
750 V cc
60
40
20
0
9 kHz
150 kHz
30 MHz
1 GHz
Fréquences
Les niveaux d’émissions mesurés ne doivent pas excéder un gabarit fixé
par la norme et qui est identique quelque soit l’environnement d’insertion
Le gabarit dépend du mode d’électrification de la ligne.
14
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Les mesures d’émissions EM
Exemple de spectre mesuré en environnement « semi-urbain »
(mesures effectuées à Villeneuve d’Ascq sur le site de l’USTL)
120
Antenne biconique
Antenne log-périodique
E (dBµV/m)
100
80
60
40
25 kV ac
15 kV ac, 1,5 kV c.c
750 V cc
20
0
0
200
400
600
Fréquences (MHz)
800
1000
Le site de mesure possède parfois des niveaux de bruit EM qui excèdent
les gabarits à respecter – impossibilité de discerner les émissions provenant
du système de transport
15
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
La norme NF 50121 et les particularités de
l’environnement urbain et régional
En environnement urbain:
- Des systèmes sensibles peuvent être situés à des distances inférieures à
10 m de la voie
- Le niveau de bruit ambiant est parfois supérieur aux niveaux d’émissions
maximum que le système de transport ne doit pas excéder, ce qui ne
permet pas d’identifier les perturbations supplémentaires produites par le
systèmes de transport
En conséquence, l’application des normes du domaine ferroviaire
ne suffit pas pour garantir rigoureusement la CEM entre les systèmes de
transport et l’environnement urbain
Besoin de collaborations étroites entre les structures de recherche et
les industriels du ferroviaire afin de développer des approches qui tiennent
compte des particularités de l’environnement urbain pour garantir les CEM
entre les systèmes de transport et les dispositifs ou services proches
16
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
L’impact de la CEM sur l’insertion des
systèmes de transport guidés
Au regard des approches utilisées pour contrôler les émissions EM, il s’avère
recommandé d’assurer une distance minimale de 10 m entre le tracé des systèmes
de transport et les installations potentiellement sensibles
Les émissions des systèmes de transport pouvant être élevées, on peut s’interroger
sur l’installation de certains services à proximité des axes des transports guidés, aussi
bien du point de vue de l’exposition des personnes que des équipements sensibles
17
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
L’enjeux CEM pour l’insertion des TG
L’utilisation croissante des télécommunications → augmente l’étendue
spectrale de la pollution EM de l’environnement urbain → difficulté à
observer les perturbations apportées par un système de transport dans un
environnement à forte pollution EM
Développement des technologies et
applications de télécommunication
Wi-Fi
Fréquences supérieures à 1GHz
Augmentation de l’électronique
embarquée
Applications externes
aux systèmes de transport
Nouveaux services aux voyageurs
pour l’attractivité des transports
guidés,informations correspondances
Gestion du réseau de transport
traffic, signalisation,
communications
infrastructure-véhicules
18
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006
Impact de la CEM sur l’insertion des systèmes
Sécurité des systèmes
de transports guidés
Moyens de stockage
d'énergie embarqués
Exploitation / régulation
des systèmes
Interfaces entre transports
guidés et sites urbains
Qu
es
tio
ns
?
Transports guidés et
territoires / urbanisme
19
Séminaire PFI « Innovation dans les transports guidés urbains et régionaux » - 17 octobre 2006