Pourquoi une protection de compatibilité électromagnétique est-elle importante ?
De nos jours, il est difficile de trouver ou de réaliser un produit ou une installation industrielle sans une technique de câblage moderne. Les concepts d'industrie 4.0, de Big Data et de processus entièrement automatisés sont sur toutes les lèvres.
Des parties de ces processus sont alors gérées ou contrôlées par des convertisseurs de fréquence, des transformateurs, des interrupteurs électriques et des appareils de communication.
Cependant, de telles opérations de commutation comportent toujours un risque de perturbations. Il faut alors faire preuve de précision et choisir les composants adéquats pour que la machine fonctionne de manière irréprochable.
L'objectif est que tous les processus fonctionnent de manière fluide et sans erreurs. Alors que les interférences n'entraînent qu'une simple gêne lorsqu'elles relèvent du domaine de la diffusion radio, elles peuvent avoir des conséquences bien plus dramatiques et provoquer par exemple la défaillance d'un système dans le contexte de la technique médicale. C'est la raison pour laquelle une sécurité toujours plus élevée contre les interférences électromagnétiques est exigée dans les environnements industriels. Cette sécurité est appelée Compatibilité électromagnétique (CEM).
Comment la compatibilité électromagnétique fonctionne-t-elle ?
Une interférence électromagnétique provient toujours d'une source d'interférence. Il peut s'agir d'un équipement qui achemine un courant important, comme par exemple un moteur à commande de fréquence ou un câble.
La source des interférences se situe en face d'un équipement perturbé, appelé capteur de perturbations. Il peut par exemple s'agir d'un capteur ou d'un câble de données.
Le mécanisme de couplage situé entre les deux est à l'origine des interférences. On distingue ici quatre types de raccordement différents :
- Couplage galvanique: La source de perturbations et le capteur de perturbations sont reliés entre eux, par exemple par un conducteur de mise à la terre commun. Un courant de perturbation acheminé par le conducteur commun de mise à la terre provoque des interférences électromagnétiques.
- Couplage capacitif: La source de perturbations et le capteur de perturbations sont proches, mais pas physiquement reliés les uns aux autres. Dans le cas du couplage capacitif, les interférences électromagnétiques (CEM) proviennent du champ électrique.
- Couplage inductif: Même dans le cas du couplage inductif, la source de perturbations et le capteur de perturbations sont proches, mais ne sont pas reliés l'un à l'autre. Cependant, la perturbation est causée ici par le champ magnétique.
- Couplage des rayonnements: En règle générale, le couplage des rayonnements se produit lorsque la source de perturbations et le capteur de perturbations sont très éloignés l'un de l'autre et que les conducteurs agissent en fin de compte comme antennes, provoquant ainsi les perturbations par rayonnement électromagnétique.
Dans la pratique, il s'agit généralement d'un mélange de ces 4 mécanismes de couplage, qui doivent être éliminés en faisant par exemple appel à des câbles blindés.
Qu'est-ce que la directive CEM ?
Dans la directive CEM 2014/30/UE, article 3, la compatibilité électromagnétique est définie comme :
« [...] la capacité d'un équipement de fonctionner de manière satisfaisante dans son environnement électromagnétique sans provoquer de perturbations électromagnétiques (CEM) qui seraient inacceptables pour d'autres équipements présents dans cet environnement. »
Selon cette définition, la compatibilité électromagnétique a deux aspects essentiels :
- L'équipement ne doit pas provoquer de perturbations électromagnétiques.
- L'équipement ne doit pas être perturbé électromagnétiquement par son environnement.
Comment est mesurée la protection CEM ?
La protection CEM est mesurée et indiquée à l'aide de l'impédance de couplage [mΩ/m] et/ou de l'affaiblissement du blindage [dB]. L'impédance de couplage des câbles et des conducteurs est généralement indiquée à une fréquence définie de 30 MHz. En revanche, l'affaiblissement du blindage est utilisé pour les hautes fréquences à partir de 50 MHz.
L'impédance de couplage et l'affaiblissement du blindage ne peuvent pas être calculés. Cela signifie que les valeurs ne peuvent être déterminées qu'au moyen de mesures. Pour la détermination des valeurs, la méthode du tube de mesure triaxial définie dans la norme EN 50289-1-6 est appliquée.
Comment sont construits les câbles de raccordement et câbles de commande blindés ?
En principe, il existe quatre types de blindage différents pour les câbles de raccordement et câbles de commande. Trois de ces types de blindage sont particulièrement adaptés à une utilisation avec protection CEM:
Tresse en cuivre étamé
Une méthode courante de blindage des câbles consiste à utiliser des tresses en cuivre entre les conducteurs et les gaines. Avec un taux de recouvrement d'environ 80 pour cent, la tresse en cuivre forme une barrière efficace contre les champs électromagnétiques. Ces câbles et conducteurs se distinguent par l'abréviation « C » dans la désignation du produit LAPP, par ex. ÖLFLEX® Classic 110 CY ou ÖLFLEX® Servo 719 CY. Les tresses en cuivre peuvent être tressées de différentes manières, l'un des paramètres décisifs est l'angle de tresse. Dans les applications hautement dynamiques, par exemple la pose du câble dans une chaîne porte-câbles, le brin de cuivre est placé autour des conducteurs à un angle plus important, de sorte à faire un tour à 360 degrés sur une distance plus courte autour des conducteurs. Dans le cas de câbles pour applications robotiques qui doivent supporter des millions de torsions, les tresses ne sont pas idéales car elles se desserrent au fil du temps.
Rubanage en brins de cuivre
On utilise souvent un rubanage à brins de cuivre pour les câbles mobiles en robotique, qui exigent un blindage résistant à la torsion. Les brins de cuivre d'une enveloppe étant tous disposés parallèlement, il n'y a aucun problème de torsion du câble. La protection contre les interférences électromagnétiques des câbles enrobés est en revanche souvent moins bonne, car les brins de blindage ne se chevauchent pas. Ces câbles et conducteurs se distinguent par l'abréviation « D » dans la désignation du produit LAPP, par ex. . ÖLFLEX® Robot 900 DP.
Film plastique aluminium laminé
Les conducteurs individuels ou tous les conducteurs du câble peuvent être enveloppés dans un film plastique laminé à aluminium. Le blindage par film plastique protège vos câbles et conducteurs, en particulier à hautes fréquences. Souvent, les câbles possèdent également plusieurs types de blindage, par ex. le ÖLFLEX® SERVO 2XSLCH-J avec film plastique aluminium laminé et tresse en cuivre étamé.
Comment sont construits les câbles de données blindés ?
Pour les câbles de transmission de données, il existe en principe les mêmes types de blindage que pour les câbles de raccordement et câbles de commande. Pour les câbles de transmission de données avec protection de compatibilité électromagnétique, d'autres abréviations sont toutefois courantes dans les désignations des produits :
- Tresse en cuivre étamé: « S » (Screened)
- Film plastique aluminium laminé: « F » (Foiled)
De plus, les câbles de données présentent deux particularités en ce qui concerne leur type de blindage pour la protection de compatibilité électromagnétique :
Non blindé
Les transmissions de données sont particulièrement sujettes à des interférences, raison pour laquelle les câbles de données sont généralement toujours blindés. Pour certains domaines d'application pour la transmission de signal, il existe des câbles de données non blindés spécialement marqués par l'abréviation « U » (Unscreened - non blindé), comme par exemple le câble réseau Cat.6ETHERLINE® LAN Cat.6 U/UTP 4x2xAWG24 LSZH, le câble EthernetETHERLINE LAN Cat.5e SF/UTP 4x2xAWG24 Cat.5e ou UNITRONIC® BUS ASI nos câbles pour systèmes de réseau sur le terrain.
Paire torsadée
Un autre type de construction pour les câbles de données sont les câbles de paires torsadées. Les paires de données individuelles sont torsadées. La torsion garantit l'annulation réciproque des effets de terrain. Ces câbles se reconnaissent à l'abréviation « TP » (Twisted Pair).
Le câble ETHERLINE Cat 6a H 4x2xAWG22/1 SF/UTP signifie par exemple : ScreenedFoiled/UnscreenedTwistedPair. Ce câble réseau est blindé avec une tresse de fils et un film plastique aluminium laminé sous-jacent autour de tous les conducteurs (Screened/Foiled). Les paires de conducteurs sont torsadées par paires et ne sont pas équipées d'un blindage supplémentaire des paires de conducteurs (UnscreenedTwistedPair).
Comment les câbles et conducteurs peuvent-ils être raccordés conformément à la compatibilité électromagnétique ?
Saviez-vous qu'un blindage n'a aucun effet s'il n'est pas mis à la terre ? La résistance électrique entre le blindage et le potentiel de terre doit être la plus faible possible. Pour cela, la surface de contact du blindage avec le composant CEM du presse-étoupe ou du boîtier de connecteur doit être la plus grande possible. Le raccordement entre le blindage et le composant CEM n'engendre pas ou très peu d'impédances, même sur de longues distances, avec une pose correcte et donc, surtout, la plus complète possible. Le principal avantage est leur connexion particulièrement compatible sur le plan électromagnétique.
Un coup d'œil sur les exigences :
- Le blindage en cuivre toronné est posée tout autour (sur une grande surface) au niveau du passage du boîtier, sans espace libre.
- Le presse-étoupe est raccordé à faible impédance à la paroi métallique du boîtier.
- Le montage et le démontage du câble doivent être rapides, simples et possibles sans endommager le blindage en cuivre toronné.
- Un contact de blindage optimal est garanti aux deux extrémités du câble et adapté au potentiel de la terre.
Une méthode courante consiste par exemple à poser le blindage tout autour et sans faille au niveau du passage du presse-étoupe au connecteur ou lors de l'introduction du câble à l'aide d'une gaine de câbles CEM dans un boîtier. Ce n'est qu'ainsi que le raccord peut agir comme une cage de Faraday et tenir à l'écart les signaux d'interférence venus de l'extérieur. De plus, il est important que ce contact de blindage optimal ait lieu aux deux extrémités du câble et qu'il soit relié au potentiel de terre.
Les presse-étoupes de la série SKINTOP®
Pourquoi les connecteurs sont-ils importants pour la protection CEM ?
Chaque système n'est aussi bon que son point le plus faible. Les systèmes de connecteurs LAPP ont l'avantage d'utiliser tous les types de concepts de raccordement de blindage mentionnés ci-dessus. Très souvent, les presse-étoupes CEM sont déjà intégrés dans le connecteur, offrent la possibilité de raccorder une gaine de protection et permettent le contact du blindage de câble avec le contact de travail ou PE du système de connecteur.
Le boîtier standard est revêtu de poudre avec un joint d’étanchéité non conducteur entre les parties du boîtier, ce qui les isolent les unes des autres. Les connecteurs CEM EPIC® vous offrent un blindage à 360 degrés et un raccord de blindage résistant aux vibrations. Les connecteurs CEM sont reconnaissables à la surface conductrice métallique, généralement nickelée. Les garnitures d'étanchéité sont disposées de manière à ce que les deux parties du boîtier pressées ou vissées entretiennent un contact à faible résistance avec le métal sur le métal. Le même principe s'applique au presse-étoupe et à la paroi de montage.
Les connecteurs rectangulaires possèdent un presse-étoupe SKINTOP® MS-M BRUSH intégré. Les EPIC® ULTRA H-A3 et EPIC® ULTRA H-B6-24 sont donc faciles à assembler et sont conçus pour une large plage de serrage des câbles avec des câbles blindés.
Si vous avez besoin d'une construction peu encombrante, par exemple pour une utilisation dans les servomoteurs, actionneurs et capteurs, nous vous recommandons toutefois les connecteurs circulaires POWER et SIGNAL de LAPP. Ceux-ci sont équipés d'un presse-étoupe CEM spécialement adapté pour les câbles servo et câbles de données.
Les connecteurs circulaires EPIC® POWER M17, EPIC® POWER LS1, EPIC® POWER LS1.5 ou EPIC® POWER LS3 avec presse-étoupe CEM intégré sont particulièrement adaptés aux connexions de l'alimentation électrique résistantes aux vibrations.
Pour les câbles de capteur, de bus de terrain, de résolveur et d'encodeur, LAPP vous propose par exemple les connecteurs EPIC® SIGNAL M17 ou EPIC® SIGNAL M23 .
Comment les câbles et les câbles non blindés peuvent-ils être blindés CEM par la suite ?
Si, pour des raisons diverses, le remplacement d'un câble non blindé dans le système n'est pas possible ou si des connecteurs ou des câbles ne doivent être blindés de manière compatible électromagnétique que dans des sections partielles du système, il est possible, en plus de nos gaines de protection SILVYN ®, d'équiper les câbles de tresses de cuivre disponibles séparément (copper braids) ou d'enrouler les câbles avec le ruban de blindage 3M Scotch 1183 .
Pour que ces systèmes puissent être mis à la terre de manière fiable, il est préférable de miser sur nos connecteurs en une ou deux parties SHIELD-KON® pour le raccordement de la tresse en cuivre à une paroi de boîtier mise à la terre ou d'autres points de raccordement mis à la terre.
Comment peut-on améliorer la protection CEM ?
Pour un blindage optimal, les câbles peuvent être équipés d'un double blindage ou être posés dans un tuyau en cuivre ou en acier. D'un point de vue CEM, ces blindages sont totalement étanches. Nos gaines de protection métalliques enroulées en spirale SILVYN® avec tresse en cuivre, comme par exemple l'EMC AS-CU, vous offrent une protection CEM complète et une souplesse exceptionnelle par rapport à un tuyau. Elle convient aux environnements particulièrement difficiles avec des exigences électromagnétiques élevées. Notre presse-étoupe SILVYN® MSK-M BRUSH avec protection CEM et anti-traction intégrée complète votre système blindé CEM pour finir.
Existe-t-il des câbles de raccordement, de commande et de transmission de données pré-assemblés avec blindage CEM ?
Une mauvaise compatibilité électromagnétique est souvent la cause des erreurs de montage. Dans notre secteur, il a longtemps été normal d'acheter les câbles et les connecteurs séparément et de les raccorder uniquement lors de l'installation dans la machine ou l'installation de production, la fameuse « confection ».
Une plus grande souplesse se heurte à plusieurs inconvénients : la qualité de fabrication laisse souvent à désirer. Par exemple parce que le monteur coupe trop profondément lors du dénudage et endommage l'isolant de l'âme, ou que le blindage ne se connecte pas entièrement au boîtier du connecteur, provoquant ainsi des problèmes de compatibilité électromagnétique.
C'est pourquoi la tendance est aux câbles assemblés, que nous commercialisons chez LAPP sous le nom d'ÖLFLEX® CONNECT. Le câble et le connecteur sont déjà connectés d'usine, les clients reçoivent même des chaînes porte-câbles équipées de câbles et de gaines, et LAPP prend également en charge l'ingénierie. Le client a ainsi la garantie d'obtenir toujours une qualité optimale d'un seul fournisseur et peut de plus se concentrer sur son propre travail, à savoir la construction de la machine.