I E C 61 0 -4-1 ® Edition 2.0 201 6-07 I N TE RN ATI ON AL S TAN D ARD N ORM E I N TE RN ATI ON ALE colour in sid e BASIC EMC PUBLICATION PUBLICATION FONDAMENTALE EN CEM E l ectrom ag n eti c com pati bi l i ty (E M C ) – Part 4-1 : Tes ti n g an d m eas u rem en t tech n i q u es – D am ped os ci l l atory m ag n eti c fi el d i m m u n i ty tes t C om pati bi l i té él ectrom ag n éti q u e (C E M ) – Parti e 4-1 : Tech n i q u es d ' es s et d e m es u re – E s s d 'i m m u n i té d u ch am p IEC 61 000-4-1 0:201 6-07(en-fr) m ag n éti q u e os ci l l atoi re am orti Copyright International Electrotechnical Commission TH I S P U B L I C ATI O N I S C O P YRI G H T P RO TE C T E D C o p yri g h t © I E C , G e n e va , S w i tze rl a n d All rights reserved Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either IEC or IEC's member National Committee in the country of the requester If you have any questions about IEC copyright or have an enquiry about obtaining additional rights to this publication, please contact the address below or your local IEC member National Committee for further information Droits de reproduction réservés Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'IEC ou du Comité national de l'IEC du pays du demandeur Si vous avez des questions sur le copyright de l'IEC ou si vous désirez obtenir des droits supplémentaires sur cette publication, utilisez les coordonnées ci-après ou contactez le Comité national de l'IEC de votre pays de résidence IEC Central Office 3, rue de Varembé CH-1 21 Geneva 20 Switzerland Tel.: +41 22 91 02 1 Fax: +41 22 91 03 00 info@iec.ch www.iec.ch Abou t th e I E C The International Electrotechnical Commission (IEC) is the leading global organization that prepares and publishes International Standards for all electrical, electronic and related technologies Ab o u t I E C p u b l i c a ti o n s The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC Please make sure that you have the latest edition, a corrigenda or an amendment might have been published I E C C atal og u e - webs tore i ec ch /catal og u e E l ectroped i a - www el ectroped i a org The stand-alone application for consulting the entire bibliographical information on IEC International Standards, Technical Specifications, Technical Reports and other documents Available for PC, Mac OS, Android Tablets and iPad The world's leading online dictionary of electronic and electrical terms containing 20 000 terms and definitions in English and French, with equivalent terms in additional languages Also known as the International Electrotechnical Vocabulary (IEV) online I E C pu bl i cati on s s earch - www i ec ch /s earch pu b I E C G l os s ary - s td i ec ch /g l os s ary The advanced search enables to find IEC publications by a variety of criteria (reference number, text, technical committee,…) It also gives information on projects, replaced and withdrawn publications 65 000 electrotechnical terminology entries in English and French extracted from the Terms and Definitions clause of IEC publications issued since 2002 Some entries have been collected from earlier publications of IEC TC 37, 77, 86 and CISPR I E C J u st P u bl i s h ed - webs tore i ec ch /j u s u bl i s h ed Stay up to date on all new IEC publications Just Published details all new publications released Available online and also once a month by email I E C C u s to m er S ervi ce C en tre - webs tore i ec ch /cs c If you wish to give us your feedback on this publication or need further assistance, please contact the Customer Service Centre: csc@iec.ch A propos d e l ' I E C La Commission Electrotechnique Internationale (IEC) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des Normes internationales pour tout ce qui a trait l'électricité, l'électronique et aux technologies apparentées A propos d es p u bl i cati on s I E C Le contenu technique des publications IEC est constamment revu Veuillez vous assurer que vous possédez l’édition la plus récente, un corrigendum ou amendement peut avoir été publié C atal og u e I E C - webs tore i ec ch /catal og u e Application autonome pour consulter tous les renseignements bibliographiques sur les Normes internationales, Spécifications techniques, Rapports techniques et autres documents de l'IEC Disponible pour PC, Mac OS, tablettes Android et iPad Rech erch e d e pu bl i cati o n s I E C - www i ec ch /s earch p u b La recherche avancée permet de trouver des publications IEC en utilisant différents critères (numéro de référence, texte, comité d’études,…) Elle donne aussi des informations sur les projets et les publications remplacées ou retirées I E C J u st P u bl i s h ed - webs tore i ec ch /j u s u bl i s h ed Restez informé sur les nouvelles publications IEC Just Published détaille les nouvelles publications parues Disponible en ligne et aussi une fois par mois par email Copyright International Electrotechnical Commission E l ectroped i a - www el ectroped i a org Le premier dictionnaire en ligne de termes électroniques et électriques Il contient 20 000 termes et dộfinitions en anglais et en franỗais, ainsi que les termes équivalents dans langues additionnelles Egalement appelé Vocabulaire Electrotechnique International (IEV) en ligne G l os s re I E C - s td i ec ch /g l os s ary 65 000 entrées terminologiques ộlectrotechniques, en anglais et en franỗais, extraites des articles Termes et Définitions des publications IEC parues depuis 2002 Plus certaines entrées antérieures extraites des publications des CE 37, 77, 86 et CISPR de l'IEC S ervi ce C l i en ts - webs tore i ec ch /cs c Si vous désirez nous donner des commentaires sur cette publication ou si vous avez des questions contactez-nous: csc@iec.ch I E C 61 0 -4-1 ® Edition 2.0 201 6-07 I N TE RN ATI ON AL S TAN D ARD N ORM E I N TE RN ATI ON ALE colour in sid e BASIC EMC PUBLICATION PUBLICATION FONDAMENTALE EN CEM E l ectrom ag n eti c com pati bi l i ty (E M C ) – P art 4-1 : Tes ti n g an d m eas u rem en t tech n i q u es – D am ped os ci l l atory m ag n eti c fi el d i m m u n i ty tes t C om pati bi l i té él ectrom ag n éti q u e (C E M ) – P arti e 4-1 : Tech n i q u es d ' es s et d e m es u re – E s s d 'i m m u n i té d u ch am p m ag n éti q u e os ci l l atoi re am orti INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE ICS 33.1 00.20 ISBN 978-2-8322-3501 -0 Warn i n g ! M ake s u re th at you ob tai n ed th i s pu bl i cati on from an au th ori zed d i s tri bu tor Atten ti on ! Veu i l l ez vou s as s u rer q u e vou s avez o bten u cette pu bl i cati on vi a u n d i s tri bu teu r ag réé ® Registered trademark of the International Electrotechnical Commission Copyright International Electrotechnical MarqueCommission déposée de la Commission Electrotechnique Internationale –2– I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 CONTENTS FOREWORD I NTRODUCTI ON Scope and object Normative references Terms, definitions and abbreviated terms Terms and definitions Abbreviations General Test levels Test instrumentation 1 General 1 Damped oscillatory wave generator 1 2.1 General 1 2.2 Performance characteristics of the generator connected to the standard induction coil Standard induction coil Calibration of the test system Test setup Test equipment Verification of the test instrumentation Test setup for table-top EUT Test setup for floor standing EUT Test setup for damped oscillatory field applied in-situ 8 Test procedure 8 General 8 Laboratory reference conditions 8 2.1 Climatic conditions 8 2.2 Electromagnetic conditions 8 Execution of the test 9 Evaluation of test results Test report 20 Annex A (informative) I nformation on the field distribution of standard induction coils 21 A General 21 A Determination of the coil factor 21 A 2.1 General 21 A 2.2 Coil factor calculation 21 A m × m standard induction coil 22 A m × 2, m standard induction coil with reference ground plane 23 A m × 2, m standard induction coil without reference ground plane 24 Annex B (informative) Selection of the test levels 26 Annex C (informative) Damped oscillatory magnetic field frequency 28 Annex D (informative) Measurement uncertainty (MU) considerations 29 D.1 General 29 D.2 Legend 29 Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 –3– Uncertainty contributors to the peak current and to the damped oscillatory magnetic field measurement uncertainty 29 D.4 Uncertainty of peak current and damped oscillatory magnetic field calibration 30 D General 30 D Peak current 30 D Further MU contributions to amplitude and time measurements 32 D 4 Rise time of the step response and bandwidth of the frequency response of the measuring system 32 D I mpulse peak distortion due to the limited bandwidth of the measuring system 33 D.5 Application of uncertainties in the damped oscillatory wave generator compliance criterion 34 Annex E (informative) 3D numerical simulations 35 E General 35 E Simulations 35 E Comments 35 Bibliography 41 D.3 Figure – Simplified schematic circuit of the test generator for damped oscillatory magnetic field Figure – Waveform of short-circuit current in the standard coils Figure – Waveform of short-circuit current showing the repetition time Trep Figure – Example of a current measurement of standard induction coils Figure – Example of test setup for table-top equipment Figure – Example of test setup for floor standing equipment showing the horizontal orthogonal plane Figure – Example of test setup for floor standing equipment showing the vertical orthogonal plane Figure – Example of test setup using the proximity method Figure A.1 – Rectangular induction coil with sides a + b and c 22 Figure A.2 – + dB isoline for the magnetic field strength (magnitude) in the x - y plane for the m × m induction coil 22 Figure A.3 – + dB and –3 dB isolines for the magnetic field strength (magnitude) in the x - z plane for the m × m induction coil 23 Figure A.4 – + dB isoline for the magnetic field strength (magnitude) in the x - z plane for the m × 2, m induction coil with reference ground plane 23 Figure A.5 – + dB and –3 dB isolines for the magnetic field strength (magnitude) in the x - y plane for the m × 2, m induction coil with reference ground plane 24 Figure A.6 – + dB isoline for the magnetic field strength (magnitude) in the x - y plane for the m × 2, m induction coil without reference ground plane 24 Figure A.7 – + dB and –3 dB isolines for the magnetic field strength (magnitude) in the x - z plane for the m × 2, m induction coil without reference ground plane 25 Figure E.1 – Current with period of µ s and H-field in the center of the m × m standard induction coil 36 Figure E.2 – Hx –field along the side of m × m standard induction coil in A/m 36 Figure E.3 – Hx –field in direction x perpendicular to the plane of the m × m standard induction coil 37 Figure E.4 – Hx –field along the side in dB for m × m standard induction coil 37 Copyright International Electrotechnical Commission –4– I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 Figure E.5 – Hx –field along the diagonal in dB for the m × m standard induction coil 38 Figure E.6 – Hx –field plot on y - z plane for the m × m standard induction coil 38 Figure E.7 – Hx -field plot on x - y plane for the m × m standard induction coil 39 Figure E.8 – Hx –field along the vertical middle line in dB for the m × 2,6 m standard induction coil 39 Figure E.9 – Hx –field 2D–plot on y - z plane for the m × 2, m standard induction coil 40 Figure E.1 – Hx –field 2D–plot on x - y plane at z = 0, m for the m × 2,6 m standard induction coil 40 Table – Test levels 1 Table – Peak current specifications of the test system Table – Waveform specifications of the test system Table D – Example of uncertainty budget for the peak of the damped oscillatory current impulse ( Ip ) 31 Table D – α factor (see equation (D.6)) of different unidirectional impulse responses corresponding to the same bandwidth of the system B 33 Table D – β factor (equation (D.1 2)) of the damped oscillatory waveform 34 Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 –5– I NTERNATIONAL ELECTROTECHNI CAL COMMI SSI ON E L E C T RO M AG N E T I C C O M P AT I B I L I T Y ( E M C ) – P a rt - : T e s t i n g a n d m e a s u re m e n t t e c h n i q u e s – D a m p e d o s c i l l a t o ry m a g n e t i c fi e l d i m m u n i t y t e s t FOREWORD ) The I ntern ati onal El ectrotechnical Commi ssi on (I EC) is a worl d wi d e organizati on for standard izati on comprisi ng all nati onal electrotech nical committees (I EC N ational Comm ittees) Th e object of I EC i s to promote i nternati on al co-operati on on al l q u esti ons cernin g standard izati on i n the el ectrical and el ectronic fi el d s To this end an d in ad di ti on to other acti vi ti es, I EC pu blish es I nternati onal Stan d ards, Technical Speci fi cati ons, Technical Reports, Pu blicl y Availabl e Specificati ons (PAS) an d Gu id es (hereafter referred to as “I EC Pu blicati on(s)”) Their preparati on i s entru sted to tech nical comm ittees; any I EC N ati on al Committee i nterested i n the subject d eal t wi th may parti ci pate i n thi s preparatory work I nternati onal , governmental and n ongovernm ental organizations l iaisi ng wi th the I EC al so participate i n this preparati on I EC coll aborates cl osel y wi th th e I n ternational Organizati on for Stand ard izati on (I SO) i n accordan ce wi th cond i ti ons d etermined by agreement between th e two org anizati ons 2) Th e form al d ecision s or ag reements of I EC on technical m atters express, as n earl y as possible, an i nternati on al consensus of opi ni on on the rel evan t su bjects si nce each technical committee has representati on from all i nterested I EC N ati onal Commi ttees 3) I EC Pu blications have th e form of recommend ati ons for internati onal u se and are accepted by I EC N ati onal Comm ittees i n th at sense While all reasonabl e efforts are mad e to ensu re that the technical content of I EC Pu blicati ons is accu rate, I EC cann ot be hel d responsi bl e for th e way in wh i ch they are used or for an y misin terpretati on by any end u ser 4) I n ord er to promote i nternational u ni formi ty, I EC N ati onal Commi ttees u nd ertake to appl y I EC Publicati on s transparen tl y to the maximum extent possibl e i n thei r nati on al and regi on al pu blicati ons Any d i vergence between an y I EC Pu bl icati on and the correspon d i ng nati on al or regional publi cation sh al l be cl earl y i ndi cated in the l atter 5) I EC i tsel f d oes not provi d e any attestation of conform ity I nd epend ent certi ficati on bodies provi d e conformity assessment services an d , in some areas, access to I EC marks of conformi ty I EC i s not responsi bl e for an y services carried ou t by i nd epend en t certi fication bodi es 6) All users sh ould ensu re that they h ave the l atest edi ti on of this pu blicati on 7) N o li abili ty shal l attach to I EC or i ts di rectors, empl oyees, servan ts or agents in cl u di ng i nd ivi du al experts and members of i ts technical commi ttees and I EC N ati onal Comm ittees for any personal i nju ry, property d amage or other d amage of any natu re whatsoever, wh eth er di rect or i nd i rect, or for costs (i nclud i ng l egal fees) and expenses arising ou t of the pu bli cati on, use of, or rel iance u pon, this I EC Pu bl ication or any oth er I EC Pu blicati ons 8) Attention is d rawn to the N orm ative references cited i n this pu bl icati on U se of the referenced pu bli cati ons is i ndi spensabl e for the correct appli cati on of this publicati on 9) Attention is d rawn to th e possibili ty that som e of the el ements of thi s I EC Pu bl icati on may be th e su bj ect of patent ri ghts I EC sh al l not be held responsi bl e for i d en ti fyi ng any or all su ch patent ri ghts I nternational Standard I EC 61 000-4-1 has been prepared by subcommittee 77B: H igh frequency phenomena, of I EC technical committee 77: Electromagnetic compatibility I t forms Part 4-1 of the I EC 61 000 series I t has the status of a basic EMC publication in accordance with I EC Guide 07 This second edition cancels and replaces the first edition published in 993 and Amendment : 2000 This edition constitutes a technical revision This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous edition: a) new Annex A on induction coil field distribution; b) new Annex D on measurement uncertainty; Copyright International Electrotechnical Commission –6– I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 c) new Annex E for numerical simulations; d) calibration using current measurement has been addressed in this edition The text of this standard is based on the following documents: CDV Report on voti ng 77B/730/CDV 77B/746A/RVC Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on voting indicated in the above table This publication has been drafted in accordance with the ISO/I EC Directives, Part A list of all parts in the I EC 61 000 series, published under the general title Electromagnetic compatibility (EMC) , can be found on the IEC website The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until the stability date indicated on the I EC website under "http: //webstore iec.ch" in the data related to the specific publication At this date, the publication will be • • • • reconfirmed, withdrawn, replaced by a revised edition, or amended I M P O R T AN T – T h e ' c o l o u r i n s i d e ' th a t it c o n ta i n s u n d e rs t a n d i n g c o l o u r p ri n t e r Copyright International Electrotechnical Commission of c o l o u rs i ts wh i ch c o n te n ts l og o a re U s e rs on th e c o ve r p a g e o f th i s c o n s i d e re d shou l d to t h e re fo re be pu bl i cati on u s e fu l p ri n t th i s fo r i n d i c a te s th e d ocu m en t c o rre c t using a I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 –7– I NTRODUCTION I EC 61 000 is published in separate parts according to the following structure: P a rt : G e n e l General considerations (introduction, fundamental principles) Definitions, terminology P a rt : E n vi ro n m e n t Description of the environment Classification of the environment Compatibility levels P a rt : Li m i ts Emission limits I mmunity limits (insofar as they not fall under the responsibility of the product committees) P a rt : T e s t i n g a n d m e a s u re m e n t t e c h n i q u e s Measurement techniques Testing techniques P a rt : I n s ta l l a ti o n a n d m i ti g a ti o n g u i d e l i n e s I nstallation guidelines Mitigation methods and devices P a rt : G e n e ri c s t a n d a rd s P a rt : M i scel l an eou s Each part is further subdivided into several parts, published either as international standards or as technical specifications or technical reports, some of which have already been published as sections Others will be published with the part number followed by a dash and a second number identifying the subdivision (example: I EC 61 000-6-1 ) This part is an international standard which gives immunity requirements and test procedures related to "damped oscillatory magnetic field" Copyright International Electrotechnical Commission –8– I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 E L E C T RO M AG N E T I C C O M P AT I B I L I T Y ( E M C ) – P a rt - : T e s t i n g a n d m e a s u re m e n t t e c h n i q u e s – D a m p e d o s c i l l a t o ry m a g n e t i c fi e l d i m m u n i t y t e s t S cope an d obj ect This part of I EC 61 000 specifies the immunity requirements, test methods, and range of recommended test levels for equipment subjected to damped oscillatory magnetic disturbances related to medium voltage and high voltage sub-stations The test defined in this standard is applied to equipment which is intended to be installed in locations where the phenomenon as specified in Clause will be encountered This standard does not specify disturbances due to capacitive or inductive coupling in cables or other parts of the field installation I EC 61 000-4-1 8, which deals with conducted disturbances, covers these aspects The object of this standard is to establish a common and reproducible basis for evaluating the performance of electrical and electronic equipment for medium voltage and high voltage substations when subjected to damped oscillatory magnetic fields The test is mainly applicable to electronic equipment to be installed in H V sub-stations Power plants, switchgear installations, smart grid systems may also be applicable to this standard and may be considered by product committees N OTE As d escribed in I EC Gu i d e 07, thi s i s a basic EMC pu blicati on for u se by prod u ct committees of th e I EC As al so stated i n Gu i d e 07, th e I EC prod u ct commi ttees are responsi ble for d etermi ning whether this i mmu ni ty test stand ard is appl i ed or n ot, an d i f appli ed , th ey are respon si bl e for d etermini ng th e appropriate test l evels and performance cri teri a TC 77 and i ts su b-commi ttees are prepared to co-operate wi th prod u ct commi ttees i n the eval u ati on of the val u e of particul ar i mmu nity test levels for thei r prod ucts This standard defines: – – – – a range of test levels; test equipment; test setups; test procedures N o rm a t i v e re fe re n c e s The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable for its application For dated references, only the edition cited applies For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies I EC 60050 (all parts), International Electrotechnical Vocabulary (IEV) (available at www.electropedia org) Copyright International Electrotechnical Commission – 72 – I EC 61 000-4-1 0:201 La fréquence d'oscillation du courant de choc oscillatoire amorti hypothèse pour l'exemple suivant de budget d'incertitude f0 IEC 201 = MHz est prise pour Tableau D.1 – Exemple de budget d'incertitude pour la crête du courant de choc oscillatoire amorti ( Ip ) Symbol e Esti mati on U ni té Li mi te d'erreu r U nité PDF a Di vi seu r u ( xi) ci U ni té u i( y ) U ni té VPR 115 V 0, 000 V tri angu lai re 2, 45 0, 000 09 004 /Ω 092 A RT 001 Ω 0, 000 05 Ω rectangul re , 73 0, 000 03 1 5470 A/ Ω 3, 33 A δR 0, 03 normal ( k=1 ) , 00 030 1 5, A 3, 46 A δV 0, 02 rectangul re , 73 0, 01 1 5, A , 33 A ß 638 kH z 71 kH z rectangul re , 73 40, 99 0, 001 48 A/kH z 061 A B 000 kH z 000 kH z rectangul re , 73 577, 0, 000 09 A/kH z 054 A 4, 99 A 9, 98 A 115 A 8, % u c( y) U( y ) = √Σ u =2 i ( y)2 uc( y) Y Expri mé en % d e 1 A a Probabi li ty d ensi ty fu nction (fon cti on d e d ensi té d e probabi li té) VPR : est la lecture de crête de tension la sortie de la sonde de courant ou travers un shunt de courant La limite d'erreur est obtenue en partant du principe que la portée présente une résolution verticale de bits avec capacité d'interpolation (fonction de densité de probabilité triangulaire) Si la capacité d'interpolation n'est pas disponible ou qu'elle n'est pas active, la fonction de densité de probabilité rectangulaire est utilisée RT: est l'impédance (ou sensibilité) de transfert du shunt ou de la sonde de courant U ne valeur estimée de 0, 001 Ω et une limite d'erreur de % (fonction de densité de probabilité rectangulaire) sont prises comme hypothèse δ R : quantifie la non-répétabilité du montage de mesure, de la présentation et des instruments I l s'agit d'une évaluation de type A reposant sur la formule de l'écart-type expérimental s ( q k) d'un échantillon de n mesures répétées q j et donnée par ( )= s qk ( − ∑= n n j qj ) −q (D 2) où q est la moyenne arithmétique des valeurs q δ R est exprimée en termes relatifs, et une estimation de % et une limite d'erreur de % (1 écart-type) sont prises comme hypothèse j δ V: quantifie l'inexactitude de mesure d'amplitude de la portée courant continu δ V est exprimée en termes relatifs U ne limite d'erreur de % d'une fonction de densité de probabilité rectangulaire et une estimation de % sont prises comme hypothèse β: est un coefficient qui dépend de la forme tant de la réponse impulsionnelle du système de mesure que de la forme d'onde d'impulsion normalisée au voisinage de la crête (voir D 5) L'intervalle (638 ± 71 ) kHz est représentatif d'une large classe de systèmes, chacune présentant une forme de réponse impulsionnelle différente B: la largeur de bande B du système de mesure peut être obtenue de manière expérimentale (mesure directe de la largeur de bande) ou être calculée partir de la largeur de bande B i de Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 – 73 – chaque élément du système de mesure (essentiellement une sonde de courant, un câble et une portée) l'aide de l'équation suivante: 2 = + + B B1 B2 (D 3) Une estimation de MHz et une limite d'erreur de MHz d'une fonction de densité de probabilité rectangulaire sont prises comme hypothèse pour B N OTE L'i ncerti tu de d e l a crête d e l 'i mpu lsion d e champ m agnétiq u e est obtenu e parti r d e la rel ati on fon ctionnelle HP = kCF × IP ó kCF est l e facteu r d e bobin e mesu ré grâce l a procédu re d 'étal onnage d écrite d ans l a présente norme (c'est-à-d i re la fréq u en ce i n du striell e) Par conséq u ent, si l a val eu r mesu rée de kCF est d e 0, 90 (d ans le cas d 'un e bou cl e d 'i nd ucti on carrée d e m d e côté, par exemple) et qu e son i n certitu d e él argi e est d e %, l a meilleu re estimati on d e HP est 04 A/m et son incertitu d e élargi e d e 9, % (voi r le Tabl eau D ) D.4.3 Autres contributions l'incertitude de mesure pour les mesures d'amplitude et de temps Les contributions suivantes peuvent également avoir un impact sur le budget d'incertitude de mesure: Décalage en courant continu: Le décalage en courant continu de la portée contribue l'incertitude de mesure de la crête de tension, si la crête est mesurée partir de la ligne zéro en courant continu nominale de la portée Cette contribution peut être ignorée si le logiciel de lecture de la portée mesure la crête partir de la ligne de base de l'impulsion Erreur et gigue de la base de temps: Les spécifications de l'oscilloscope peuvent être considérées comme des limites d'erreur des fonctions de densité de probabilité rectangulaires En règle générale, ces contributions sont négligeables Résolution verticale: La contribution dépend de la résolution d'amplitude verticale ∆ A et de la pente de la trace dA /dt L'incertitude est liée la moitié de la largeur de la résolution, et est de ( ∆ A /2)/( dA /dt) Si l'interpolation de trace est réalisée (voir le manuel de l'oscilloscope), une fonction de densité de probabilité triangulaire est utilisée Sinon, une fonction de densité de probabilité rectangulaire est utilisée Cette contribution peut ne pas être négligeable lorsque | dA /dt| < ( ∆ A /Ti ), où Ti est l'intervalle d'échantillonnage de la portée D.4.4 Temps de montée de la réponse un échelon du système de mesure et largeur de bande de la réponse en fréquence du système de mesure Soit TM S le temps de montée de la réponse un échelon du système de mesure tel que défini dans l'équation (D 4) ∞ TMS = 2π (t − Ts )2 h0 (t )dt ∫ (D 4) () où h0 t est la réponse impulsionnelle du système de mesure ayant une surface normalisée, ∞ c'est-à-dire h0 t dt = , et Ts est le temps de retard donné par ∫ () ∞ Ts = th0 (t )dt ∫ Copyright International Electrotechnical Commission (D 5) – 74 – I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 L'équation (D.4) est plus aisée traiter, d'un point de vue mathématique, que l'équation habituelle s'appuyant sur des niveaux de seuil de % et de 90 % Néanmoins, dans les applications techniques, la définition du temps de montée de % 90 % est en général adoptée Compte tenu de la largeur de bande –3 dB du système, les deux définitions donnent des temps de montée comparables En effet, si nous définissons α = TMS ⋅ B (D 6) nous trouvons que les valeurs α déduites des deux définitions du temps de montée ne diffèrent pas beaucoup Les valeurs de α , correspondant aux différentes formes de la réponse impulsionnelle h(t) , sont données au Tableau D Au vu du Tableau D.2, il est évident qu'une seule valeur de α ne peut pas être identifiée, car α dépend la fois de la définition adoptée du temps de montée (reposant sur les seuils ou sur l'équation (D 4), par exemple) et sur la forme de la réponse impulsionnelle du système de mesure Une estimation raisonnable de α peut être obtenue sous la forme d'une moyenne arithmétique entre la valeur minimale (321 × − ) et la valeur maximale (399 × − ) qui apparaissent au Tableau D.2, c'est-à-dire 360 × −3 De plus, il peut être pris comme hypothèse que, en l'absence d'informations relatives au système de mesure (outre sa largeur de bande), une valeur de α comprise entre 321 × − et 399 × − est également probable Présenté de manière différente, α est supposé être une variable aléatoire ayant une fonction de densité de probabilité rectangulaire avec des limites inférieure et supérieure de 321 × − et 399 × − , respectivement L'incertitude-type de α quantifie: a) l'indifférence au modèle mathématique adopté pour la définition du temps de montée, et b) l'indifférence la forme de la réponse impulsionnelle du système T a b l e a u D – F a c te u r α ( v o i r l ' é q u a t i o n ( D ) ) d e d i ffé re n t e s ré p o n s e s i m p u l s i o n n e l l e s u n i d i re c t i o n n e l l e s c o rre s p o n d a n t l a m ê m e l a rg e u r d e b a n d e d u s y s t è m e Les va l e u rs de α O rd re I I son t m u l ti p l i é e s p a r G au ssi en α , u ti lisant l 'éq u ati on (D 4) α , % 90 % D B O rd re I ( c ri t R e c t a n g u l a i re T ri a n g u l a i re a m o rt ) 332 399 363 321 326 339 350 344 354 353 D i s t o rs i o n d e l a c rê t e d ' i m p u l s i o n e n i s o n d e l a l a rg e u r d e b a n d e l i m i t é e d u s ys t è m e d e m e s u re () La forme d'onde d'impulsion déformée Vout t la sortie du système de mesure est donnée par l'intégrale de convolution t Vout (t ) = Vin (t ) ⋅ h (t − t )dt ∫ (D 7) () où Vin t est la forme d'onde d'impulsion d'entrée et h(t) la réponse impulsionnelle du système de mesure Noter que A ⋅ h( t ) = h0 ( t ) , où A est l'atténuation de courant continu du système de mesure La forme d'onde d'entrée peut être approximée par son développement en série de Taylor par rapport l'instant lorsque l'entrée atteint sa valeur de crête Vp Vin (t ) = Vp + Copyright International Electrotechnical Commission ( ) ⋅ (t − t ) Vin′ p + ( ) ⋅ (t − t ) Vin′ ′ p + (D 8) I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 – 75 – () Noter que le terme de premier ordre manque dans l'équation D étant donné que V ′ = De plus, Vin′ < , car la concavité est tournée vers le bas (maximum), et Vin′ ′ > , car, pour les formes d'onde normalisées dont il est question ici, le temps de montée est inférieur au temps de descente En remplaỗant l'ộquation D.8 dans l'ộquation D et aprốs simplifications, valides lorsque la largeur de bande du système de mesure est large par rapport celle du signal d'entrée (de sorte que les termes de développement en série dont l'ordre est supérieur deux soient négligeables), nous obtenons () () Vpd où Vpd est la crête d'impulsion de sortie, mesure et = A Vp A β 2 1− B (D 9) est l'atténuation de courant continu du système de β =α ⋅ () Vin′ (D 0) 4πVp Noter que le paramètre β dépend de la deuxième dérivée de la forme d'onde d'entrée normalisée et du paramètre α défini et déduit en D.4 Une simple expression mathématique de la forme d'onde oscillatoire amortie normalisée, utile pour le calcul de l'incertitude, est donnée par () Vin t −ω0ζ t − π = Vp e 2ω0 sin ω t ( ) (D 1 ) où f0 = ω /(2 π ) est la fréquence d'oscillation et ζ l'amortissement La valeur de β peut être déduite de manière analytique des équations (D.1 0) et (D 1 ) sous la forme b >> α π f0 (D 2) La valeur de β, telle qu'obtenue partir de l'équation (D 2), est indiquée au Tableau D.3 Tabl eau D – F acteu r kH z β β (é q u ati on (D ) ) d e l a form e d ' on d e o s ci l l atoi re am o rti e f0 = 0, M H z 63, f0 ± 7, = MHz 638 ± 71 N OTE L'éq uati on (D 2) est u ne approximati on car l a d écroi ssance exponen ti el le par rapport l 'i nstant t est n égl igée = N OTE Les val eu rs d e β obtenu es l 'ai de d e l 'éq u ati on (D 2) et i ndiq u ées au Tableau D n e di ffèrent pas notabl ement de cell es obtenu es par calcu l parti r de l a forme d 'on d e math émati q u e d éfini e d ans l a présen te norme N OTE L'amortissement ζ peu t être obtenu en mesu rant l e rapport ρ maxi mal e (ou m ini mal e) et l a sui vante I l est d onné par l 'éq uati on (D 1 ) ζ= Copyright International Electrotechnical Commission ln ρ 2π > en tre l 'ampli tu d e d 'un e oscill ati on (D 3) – 76 – I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 Pou r u ne form e d 'on d e satisfaisante, ζ se trouve dan s la pl age comprise entre 0, 02 et 0, 04 D.5 Application des incertitudes au critère de conformité du générateur d'ondes oscillatoires amorties En règle générale, pour être sûr que le courant et les transitoires oscillatoires de champ magnétique sont dans leurs spécifications, il convient que les résultats d'étalonnage soient dans les limites spécifiées de la présente norme (les tolérances ne sont pas limitées par l'incertitude de mesure) Des indications supplémentaires sont données dans l'I EC TR 61 000-1 -6:201 2, Article Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 – 77 – Annexe E (informative) Simulations numériques 3D E.1 Généralités Dans l'Annexe E, des informations sont données concernant les distributions de champ H l'intérieur et l'extérieur des bobines, dans le cadre d'essais réalisés l'aide de simulations numériques 3D dans le domaine temporel (résultats dynamiques) et le domaine fréquentiel (tracé numérique 2D du champ H ) en complément des tracés 2D de l'Annexe A (résultats statiques) E.2 Simulations Les simulations des Figures E.1 E sont réalisées comme suit: • Les bobines sont excitées par une source de courant idéale (voir le symbole "accès") dont • • • • E.3 la forme d'onde mathématique est telle que définie dans la présente norme et normalisée A Deux conducteurs de forme extrêmes de la bobine sont pris en compte: un rectangulaire de cm × cm (présenté l'Annexe E) et un fil rond de mm de rayon (les résultats ne sont pas indiqués par souci de concision) Des mailles par défaut sont utilisées pour accélérer le calcul des tracés de la Figure E et de la Figure E Pour les autres figures, des maillages optimisés sont utilisés pour une plus grande précision L'amplitude de champ H est indiquée par Hx i où x indique que la composante de champ H étudiée est parallèle l'axe x , alors que l'indice i correspond la position de sonde de champ H entre le centre de la boucle et la dernière position extrême Les tracés du champ H 2D sont calculés une fréquence de MHz, dB se rapportant A/m Commentaires A partir des simulations, les considérations suivantes sont établies: • La forme d'onde de champ H calculée est identique celle de la source de courant de la • • • • • bobine Très peu de différences peuvent être notées avec des formes d'onde de champ H calculées avec deux formes de conducteur extrêmes pour la même taille de bobine Au centre des bobines, le facteur de bobine d'induction est respectivement de 0,90 m -1 et 0, 65 m -1 pour les bobines carrées et rectangulaires ce qui, d'un point de vue pratique, ne dépend pas de la forme du conducteur de bobine I l est également confirmé par des simulations transitoires que la variation du champ H est inférieure + dB pour les zones présentées l'Annexe A I l est indiqué et quantifié que le champ H augmente rapidement lorsque la sonde utilisée pour le calcul du champ H approche les conducteurs de la bobine La valeur du champ H l'extérieur de la boucle est d'environ 20 dB 40 dB (1 /1 /1 00) inférieure celle du champ au centre de la boucle I l convient d'en tenir compte pour la méthode d'essai de proximité Copyright International Electrotechnical Commission – 78 – I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 Cou rant (A) ,0 –1 , 0 Tem ps Champ H (A/m) ,0 ( 10 10 µ s) –1 , IEC N OTE L'amplitu d e du ch amp Hx l 'intéri eu r d e la boucl e est n égative en raison des d i recti ons d e son d e choisi es Figure E.1 – Courant avec une période de µ s et champ H au centre de la bobine d'induction normalisée de m × m 0m Y Z 0, m H X Ch amp H (A/m) I ntéri eu r Extéri eu r –1 –2 –3 0, 0, 0, 0, Distance (m) ,2 m Figure E.2 – Champ Hx le long de la bobine d'induction normalisée de m Copyright International Electrotechnical Commission ,0 ,2 IEC × m en A/m I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 – 79 – 0m Champ H (A/m) Y Z X H ,0 m –0, –1 , 0 Distance (m) 2, m IEC Figure E.3 – Champ Hx dans le sens x perpendiculaire au plan de la bobine d'induction normalisée de m × m 10 0m 0, m Y H Z Zone ± d B –5 Cond u cteu r ∆ H (d B) –1 X –1 0, 0, 0, 0, 0, Distance d (m) 0, 0, 0, ∆ H (d B) = 20 log (| Hd | ) – 20 log (| Hd = 0m | ) 0, m IEC Figure E.4 – Champ Hx le long du côté, en dB, de la bobine d'induction normalisée de m × m Copyright International Electrotechnical Commission – 80 – I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 ,1 m H 0, 71 m 10 Zon e ± d B –20 Y Z –1 Con d u cteu r 0m ∆ H (d B) X –30 0, 0, 0, Distance 0, d ,0 ,2 (m) ∆ H (d B) = 20 log (| Hd | ) – 20 log (| Hd = 0m | ) IEC Figure E.5 – Champ Hx le long de la diagonale, en dB, de la bobine d'induction normalisée de m × m Champ H (f = , 0e + 006; x = 0) _1 (crête) N ormale au plan d e cou pe Posi ti on d u pl an d e cou pe Composant 2D maximu m (A/m) Fréq u ence Type d e mise l 'échell e : : : : : : , 0, 0 X 3, 78 d B 000 000 Ampl itu d e y z x IEC Figure E.6 – Tracé du champ Hx sur le plan y - z pour la bobine d'induction normalisée de m × m Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 – 81 – Tracé maxi mal (crête) N ormale au plan d e cou pe Posi ti on d u pl an d e cou pe Composant 2D maxim u m (A/m ) Fréq u ence Type d e m ise l 'échelle : : : : : : 0, 0, 0, X 0, 05 d B 000 000 Ampl itu d e y z x IEC Figure E.7 – Tracé du champ Hx sur le plan x- y pour la bobine d'induction normalisée de m × m 2, m 10 ∆ H (d B) 2, m H ,0 m Zone ± d B –1 0 0, 0, , , 2, Distance d (m) 2, ∆ H (d B) = 20 log (| Hd | ) – 20 log (| Hd = 0m | ) Y 0m Z X IEC Figure E.8 – Champ Hx le long de la ligne médiane verticale, en dB, de la bobine d'induction normalisée de m × 2,6 m Copyright International Electrotechnical Commission – 82 – I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 Tracé maxi mal (crête) N ormale au plan d e cou pe Posi ti on d u pl an d e cou pe Composant 2D maximu m (A/m) Fréq u ence Type d e mise l 'éch ell e : : : : : : , 0, 0 X 7, dB 000 000 Am pl itu d e y x z IEC Figure E.9 – Tracé 2D du champ Hx sur le plan y - z pour la bobine d'induction normalisée de m × 2,6 m Ch amp H (f = , 0e + 006; z = 0, 5) _1 (crête) N ormale au plan d e cou pe Posi ti on d u plan d e cou pe Composant 2D m aximu m (A/m) Fréq u ence Type d e mise l 'éch ell e : : : : : : 0, 0, 0, X 9, 403 d B 000 000 Ampl itu d e y z x IEC Figure E.1 – Tracé 2D du champ Hx sur le plan x- y z = 0,5 m pour la bobine d'induction normalisée de m × 2,6 m Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-1 0:201 IEC 201 – 83 – Bibliographie I EC TR 61 000-1 -6:201 2, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 1-6: General – Guide to the assessment of measurement uncertainty (disponible en anglais seulement) I EC 61 000-4-1 8, Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 4-18: Techniques d'essai et de mesure – Essai d'immunité l'onde oscillatoire amortie IEC Guide 07, Compatibilité électromagnétique – Guide pour la rédaction des publications sur la compatibilité électromagnétique _ Copyright International Electrotechnical Commission Copyright International Electrotechnical Commission Copyright International Electrotechnical Commission INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSI ON 3, rue de Varembé PO Box 31 CH-1 21 Geneva 20 Switzerland Tel: + 41 22 91 02 1 Fax: + 41 22 91 03 00 info@iec.ch www.iec.ch Copyright International Electrotechnical Commission