Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 5: Installation and mitigation guidelines - Section 2: Earthing and cabling

IEC TR 61000-5-2:1997 covers guidelines for the earthing and cabling of electrical and electronic systems and installations aimed at ensuring electromagnetic compatibility among electrical and electronic apparatus or systems. More particularly, it is concerned with earthing practices and with cables used in industrial, commercial and residential installations. This technical report is intended for use by installers and users, and to some extent, manufacturers of sensitive electrical or electronic installations and systems, and equipment with high emission levels that could degrade the overall electromagnetic environment.

Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 5: Guides d'installation et d'atténuation - Section 2: Mise à la terre et câblage

Ce rapport technique de type 3 présente des recommandations concernant la mise à la terre et le câblage des systèmes et installations électriques et électroniques, destinées à garantir la compatibilité électromagnétique entre les appareils ou systèmes électriques et électroniques. Il porte plus particulièrement sur les pratiques de mise à la terre et sur les câbles utilisés dans des environnements industriels, commerciaux et résidentiels. Ce rapport technique est destiné à être utilisé par les installateurs et les utilisateurs et, dans une certaine mesure, par les fabricants d'installations et de systèmes électriques ou électroniques sensibles, ainsi que d'équipements présentant des niveaux élevés d'émission susceptibles de dégrader l'environnement électromagnétique en général.

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Publication Date
12-Nov-1997
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PPUB - Publication issued
Start Date
14-Nov-1997
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14-Nov-1997
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Technical report
IEC TR 61000-5-2:1997 - Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 5: Installation and mitigation guidelines - Section 2: Earthing and cabling
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RAPPORT
CEI
TECHNIQUE
IEC
61000-5-2
TECHNICAL
Première édition
REPORT
First edition
1997-11
Compatibilité électromagnétique (CEM) –
Partie 5: Guides d’installation et d’atténuation –
Section 2: Mise à la terre et câblage
Electromagnetic compatibility (EMC) –
Part 5: Installation and mitigation guidelines –
Section 2: Earthing and cabling
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61000-5-2:1997
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Numéros des publications Numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from the 1st January 1997 all IEC publications are

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indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication

publication de base incorporant l’amendement 1, et la incorporating amendment 1 and the base publication

publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.

et 2.
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Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept

constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that

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reconfirmation de la publication sont disponibles dans of the publication is available in the IEC catalogue.

le Catalogue de la CEI.

Les renseignements relatifs à ces révisions, à l'établis- Information on the revision work, the issue of revised

sement des éditions révisées et aux amendements editions and amendments may be obtained from IEC

peuvent être obtenus auprès des Comités nationaux de National Committees and from the following IEC

la CEI et dans les documents ci-dessous: sources:
• Bulletin de la CEI • IEC Bulletin
• Annuaire de la CEI • IEC Yearbook
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• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications

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Terminologie, symboles graphiques Terminology, graphical and letter
et littéraux symbols

En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur For general terminology, readers are referred to IEC

se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro- 60050: International Electrotechnical Vocabulary

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Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux

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lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à referred to publications IEC 60027: Letter symbols to

be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles

graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et symbols for use on equipment. Index, survey and

compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617: compilation of the single sheets and IEC 60617:

Graphical symbols for diagrams.
Symboles graphiques pour schémas.
Publications de la CEI établies par IEC publications prepared by the same
le même comité d'études technical committee
The attention of readers is drawn to the end pages of
L'attention du lecteur est attirée sur les listes figurant

à la fin de cette publication, qui énumèrent les this publication which list the IEC publications issued

publications de la CEI préparées par le comité by the technical committee which has prepared the

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RAPPORT
CEI
TECHNIQUE – TYPE 3
IEC
61000-5-2
TECHNICAL
Première édition
REPORT – TYPE 3
First edition
1997-11
Compatibilité électromagnétique (CEM) –
Partie 5: Guides d’installation et d’atténuation –
Section 2: Mise à la terre et câblage
Electromagnetic compatibility (EMC) –
Part 5: Installation and mitigation guidelines –
Section 2: Earthing and cabling
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– 2 – 61000-5-2 © CEI:1997
SOMMAIRE
Pages

AVANT-PROPOS ............................................................................................................ 8

INTRODUCTION ............................................................................................................. 12

Articles

1 Domaine d'application ............................................................................................... 16

2 Documents de référence ........................................................................................... 16

3 Définitions................................................................................................................. 16

4 Considérations générales de CEM sur l'implantation des réseaux de terre

et des câblages......................................................................................................... 22

4.1 Généralités...................................................................................................... 22

4.2 CEM et prescriptions de sécurité (isolement) de l'installation............................ 24

4.3 Accès des matériels et installations ................................................................. 24

5 Mise à la terre et mise au même potentiel ................................................................. 24

5.1 Prescriptions concernant la sécurité ................................................................ 24

5.2 Prescriptions concernant la CEM ..................................................................... 26

5.3 Conception du système de terre....................................................................... 28

6 Mise au même potentiel ............................................................................................ 40

6.1 Généralités...................................................................................................... 40

6.2 Conducteurs de mise au même potentiel ......................................................... 42

6.3 Connexions ..................................................................................................... 44

6.4 Mise au même potentiel de matériels spécifiques............................................. 46

6.5 Procédures destinées aux utilisateurs.............................................................. 48

7 Câbles et fils............................................................................................................. 50

7.1 Généralités...................................................................................................... 50

7.2 Circuit de mode différentiel et de mode commun, impédance de transfert Z ..... 52

7.3 Règles de CEM pour l'implantation des câbles et des fils ................................. 56

7.4 Types de câbles et leur utilisation dans le contexte de la CEM ......................... 60

7.5 Types de conducteurs de terre parallèles (PEC)............................................... 62

7.6 Raccordement et mise à la terre des câbles et des conducteurs

de terre parallèles ........................................................................................... 68

7.7 Topologie générale du câblage ........................................................................ 70

7.8 Faisceaux de câbles........................................................................................ 76

7.9 Câbles alimentant des accès de puissance ...................................................... 78

7.10 Câbles alimentant des accès de type signal ou contrôle ................................... 80

8 Autres méthodes d'atténuation des perturbations....................................................... 86

8.1 Ferrite de mode commun................................................................................. 86

8.2 Séparation électrique....................................................................................... 88

9 Méthodes de mesure et d'essai ................................................................................. 92

9.1 Mise et à la terre et mise au même potentiel .................................................... 92

9.2 Câbles et installation ....................................................................................... 94

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61000-5-2 © IEC:1997 – 3 –
CONTENTS
Page

FOREWORD ................................................................................................................... 9

INTRODUCTION ............................................................................................................. 13

Clause

1 Scope ....................................................................................................................... 17

2 Reference documents ............................................................................................... 17

3 Definitions................................................................................................................. 17

4 General EMC considerations on installation of earthing and cabling systems ............. 23

4.1 General ........................................................................................................... 23

4.2 EMC and safety (insulation) installation requirements....................................... 25

4.3 Equipment and installation ports ...................................................................... 25

5 Earthing and bonding ................................................................................................ 25

5.1 Requirements concerning safety...................................................................... 25

5.2 Requirements concerning EMC........................................................................ 27

5.3 Design of the earthing system.......................................................................... 29

6 Bonding .................................................................................................................... 41

6.1 General ........................................................................................................... 41

6.2 Bonding straps ................................................................................................ 43

6.3 Connections .................................................................................................... 45

6.4 Bonding of specific equipment ......................................................................... 47

6.5 Procedures for users ....................................................................................... 49

7 Cables and wires ...................................................................................................... 51

7.1 General ........................................................................................................... 51

7.2 Differential and common mode circuit, transfer impedance Z ........................... 53

7.3 Set of EMC rules for cable and wire installation................................................ 57

7.4 Types of cables and their use with regard to EMC............................................ 61

7.5 Types of parallel-earthing conductor (PEC) ...................................................... 63

7.6 Connecting and earthing of cables and parallel earthed conductors.................. 69

7.7 General routing of cables................................................................................. 71

7.8 Cable bundles ................................................................................................. 77

7.9 Cables serving power ports.............................................................................. 79

7.10 Cables serving signal and control ports............................................................ 81

8 Additional interference mitigation methods ................................................................ 87

8.1 Common-mode ferrite choke............................................................................ 87

8.2 Electrical separation ........................................................................................ 89

9 Measuring and testing methods................................................................................. 93

9.1 Earthing and bonding....................................................................................... 93

9.2 Cables and installation..................................................................................... 95

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– 4 – 61000-5-2 © CEI:1997
Figures
1 Démonstration de l’erreur du concept "d'équipotentialité" considéré comme

une règle générale .................................................................................................... 26

2 Schéma d'une prise de terre typique.......................................................................... 30

3 Mauvaise conception de prises de terre “spécialisées”, “indépendantes” ou “isolées” . 30

4 Concept de prise de terre unique............................................................................... 32

5 Configuration recommandée pour les prises de terre et le réseau de terre ................. 32

6 Boucles faisant intervenir des lignes de signaux et un réseau de terre ....................... 34

7 Schéma tridimensionnel de l'approche recommandée pour le réseau de terre............ 36

8 Principes généraux de connexion des parties conductrices de différents appareils

ou systèmes au réseau de terre ................................................................................ 38

9 Représentation simplifiée d'un conducteur de mise au même potentiel ...................... 40

10 Représentation plus réaliste d’un conducteur de mise au même potentiel .................. 42

11 Conducteurs de mise au même potentiel typiques ..................................................... 44

12 Inductance relative de conducteurs plats et ronds...................................................... 44

13 Inductance relative de connexions de mise au même potentiel rondes,

plates et doubles....................................................................................................... 44

14 Exemple de mise au même potentiel constituant une connexion protégée amovible ... 46

15 Exemple de mise au même potentiel optimale d'un câble blindé ............................... 48

16 Schéma de bâtis interconnectés par des liaisons de terre et des lignes de signaux .... 48

17 Circuit de mode commun et circuit de mode différentiel ............................................. 52

18 Effet de la configuration d’un conducteur de terre parallèle sur l’impédance

de transfert ............................................................................................................... 62

19 Fentes dans un conduit ou un chemin de câbles........................................................ 64

20 Disposition recommandée des embranchements d’un chemin de câbles .................... 66

21 Position recommandée pour les câbles, parallèlement à une poutre en H,

du point de vue de la CEM ........................................................................................ 66

22 Traversée d’une paroi par un câble blindé ................................................................. 68

23 Chemin de câbles cloisonné...................................................................................... 74

24 Exemple de superposition de conduits ou chemins de câbles .................................... 74

25 Topologie des circuits avec interrupteurs................................................................... 80

26 Connexion à éviter pour le raccordement d’un câble coaxial ...................................... 84

27 Utilisations typiques de ferrites de mode commun ..................................................... 86

28 Limites de l’efficacité d’un transformateur d’isolement ............................................... 90

29 Couplage parasite en haute fréquence ...................................................................... 92

---------------------- Page: 6 ----------------------
61000-5-2 © IEC:1997 – 5 –
Page
Figures

1 Demonstration of the fallacy of the “equipotentiality” concept as a universal rule ........ 27

2 Schematic plan view of a typical earth electrode ........................................................ 31

3 Misconception of “dedicated”, “independent”, or “isolated” earth electrodes ............... 31

4 The concept of a single earth electrode ..................................................................... 33

5 Recommended configuration for the earth electrodes and earthing network ............... 33

6 Loops involving signal cables and earthing network ................................................... 35

7 A three-dimensional schematic of the recommended approach

for the earthing network ............................................................................................ 37

8 General principles for bonding of various apparatus or systems

to the earthing network.............................................................................................. 39

9 Simplified representation of a bonding strap .............................................................. 41

10 A more realistic representation of an installed bonding strap...................................... 43

11 Typical bonding straps .............................................................................................. 45

12 Relative inductance of flat and round conductors ....................................................... 45

13 Relative inductance of round, flat and double bonding straps ..................................... 45

14 Example of protected removable connection of a bonding strap ................................. 47

15 Example of optimal bonding of a shielded cable to the enclosure ............................... 49

16 Schematic of interconnected chassis......................................................................... 49

17 Differential mode and common mode circuits with bonding strips and signal cables ... 53

18 Effect of the configuration of a parallel-earthing conductor

on the transfer impedance......................................................................................... 63

19 Slits in conduits and cable trays ................................................................................ 65

20 Recommended configuration for cable trays with branches ........................................ 67

21 Recommended cable positions parallel to an H-shaped beam

from the EMC point of view ....................................................................................... 67

22 Penetration of a shielded cable through an enclosure wall ......................................... 69

23 Tray with partition...................................................................................................... 75

24 Example of stacking for conduits or trays .................................................................. 75

25 Topology of circuits containing switches .................................................................... 81

26 Undesirable connection of a coaxial cable ................................................................. 85

27 Typical implementations of common-mode ferrite chokes .......................................... 87

28 Limitations in the effectiveness of an isolation transformer ........................................ 91

29 Parasitic coupling at high frequencies........................................................................ 93

---------------------- Page: 7 ----------------------
– 6 – 61000-5-2 © CEI:1997
Annexes

A – Exemples de systèmes de terre et d'implantation des câbles ..................................... 96

B – Application de la théorie des câbles en vue d'améliorer la CEM ................................. 108

C – Avantages procurés par des conducteurs supplémentaires placés parallèlement

à un câble................................................................................................................. 124

D – Bibliographie ............................................................................................................. 1 34

Figures en annexe

A.1 – Exemple de configuration d’un réseau de terre hybride ........................................... 98

A.2 – Enceinte CEM servant à protéger des dispositifs électroniques sensibles................ 100

A.3 – Système de terre pour un entraînement à convertisseur et équipement

électronique associé............................................................................................... 102

A.4 – Système de terre d'un réseau électrique comprenant des dispositifs électroniques.. 102

A.5 – Disposition initiale des câbles d’alimentation et de commande ................................ 104

A.6 – Conception améliorée du raccordement des blindages............................................ 106

B.1 – Transmission asymétrique de signaux .................................................................... 108

B.2 – Comportement de Z' en fonction de la fréquence, pour les configurations

de câbles coaxiaux................................................................................................. 110

B.3 – Système de transmission asymétrique, mis à la terre à l'une de ses extrémités....... 112

B.4 – Système de transmission symétrique ...................................................................... 112

B.5 – Circuits des courants dans un câble coaxial............................................................ 114

B.6 – Tension de mode différentiel induite par un champ magnétique dans un câble

coaxial à écran tressé ............................................................................................ 116

B.7 – Courants dans le conducteur externe d’un câble coaxial ......................................... 118

B.8 – Câble bifilaire perturbé par un fil voisin, à la tension U ........................................ 122

ext

C.1 – Câbles coaxiaux avec conducteurs de terre parallèles ............................................ 124

C.2 – Câble coaxial avec deux conducteurs externes....................................................... 126

C.3 – Impédances de transfert dans une paire blindée équilibrée ..................................... 128

C.4 – Exemple de la variation de l’impédance de transfert en fonction de la fréquence..... 130

C.5 – Inductance mutuelle et champ magnétique pour un conduit ou chemin de câbles .... 130

C.6 – Couvercles isolés placés sur un conduit ................................................................. 132

---------------------- Page: 8 ----------------------
61000-5-2 © IEC:1997 – 7 –
Page
Annexes

A – Examples of earthing systems and cable implementation ........................................... 97

B – Applying cable theory to enhance EMC ...................................................................... 109

C – Benefits of additional conductors parallel to a cable................................................... 125

D – Bibliography .............................................................................................................. 1 35

Annex figures

A.1 – Example of topology for a hybrid earthing system.................................................... 99

A.2 – EMC cabinet for the protection of sensitive electronics............................................ 101

A.3 – Earthing system for a drive with converter and associated electronics ..................... 103

A.4 – Earthing configuration for a power supply system with associated electronics ......... 103

A.5 – Initial arrangement of the power and control cables................................................. 105

A.6 – Improved design with appropriate shield connections ............................................. 107

B.1 – Unbalanced transport of signals.............................................................................. 109

B.2 – Behaviour of Z' as function of frequency for several coaxial cable configurations ... 111

B.3 – Unbalanced transmission system connected to earth at one end ............................ 113

B.4 – Balanced transmission system ............................................................................... 113

B.5 – Current paths in a coaxial cable ............................................................................. 115

B.6 – Differential-mode voltage induced by a magnetic field in a cable

with braided shield ................................................................................................. 117

B.7 – Currents in the outer conductor of a coaxial cable .................................................. 119

B.8 – A two-lead cable perturbed by a nearby lead at the voltage U ............................. 123

ext

C.1 – Coaxial cables with parallel-earthing conductors .................................................... 125

C.2 – A coaxial cable with two outer conductors .............................................................. 127

C.3 – Transfer impedances in a shielded balanced pair ................................................... 129

C.4 – Example of transfer impedance for an aluminum conduit as a function of frequency 131

C.5 – Mutual inductance and magnetic field for a conduit or cable tray ............................ 131

C.6 – Insulated covers over a conduit ............................................................................. 133

---------------------- Page: 9 ----------------------
– 8 – 61000-5-2 © CEI:1997
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
_________
COMPATIBILITÉ ÉLECTROMAGNÉTIQUE (CEM) –
Partie 5: Guides d’installation et d’atténuation –
Section 2: Mise à la terre et câblage
AVANT-PROPOS

1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée

de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de

favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de

l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes Internationales.

Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le

sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en

liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation

Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.

2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques, représentent, dans la mesure

du possible un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés

sont représentés dans chaque comité d’études.

3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés

comme normes, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités nationaux.

4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de

façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes Internationales de la CEI dans leurs normes

nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale correspondante doit

être indiquée en termes clairs dans cette dernière.

5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité

n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.

6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire

l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour

responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.

La tâche principale des comités d’études de la CEI est l’élaborer des Normes internationales.

Exceptionnellement, un comité d’études peut proposer la publication d’un rapport technique de

l’un des types suivants:

• type 1, lorsque, en dépit de maints efforts, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur

de la publication d’une Norme internationale;

• type 2, lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique

ou lorsque, pour une raison quelconque, la possibilité d’u
...

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