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TOPIC: Modifications à réaliser pour cartes 230VAC

Modifications à réaliser pour cartes 230VAC 07 Apr 2013 19:54 #1

Salut (attention, pavé!)

Tout d'abord, félicitations, le projet semble bien avancé, et intéressant.

Il y a tout de même un certain nombre de modifications à réaliser sur les cartes d'entrées/sorties, et les cartes dimmer.

Si j'ai bien compris, les sorties peuvent piloter la tension secteur directement depuis les relais.
Les entrées peuvent aussi recevoir une information qui est potentiellement à la tension secteur? (polarisé à la phase ou au neutre, même s'il n'y a pas 230VAC aux bornes de l'entrée)

Si c'est bien le cas, et vu que la carte SMB peut-être connectée au réseau ethernet, il faut absolument une isolation renforcée (ou double) entre les tensions dangereuses, et la très basse tension.

Je suis parti du principe que les cartes sont dites "communicantes", et doivent donc être conforme à la directive R&TTE (1999/5/CE pour les masochistes). Et la norme qui semble la plus appropriée ici est la norme EN 60950-1. Pour les gens hors d'Europe, c'est peut-être la CEI 60950-1. Ça dépends des législations nationales. La norme EN 60730-1 pourrait peut-être convenir également, c'est un peu flou pour ce type de projet.

Définition des d'isolations :

1 : Alimentation primaire (phase/neutre)
2 : Contacts relais sous tension secteur, ou sous tension de sécurité (TBTS)
3 : Entrées opto-isolées
4 : Très basse tension de sécurité, TBTS

Il faut une isolation renforcée entre :

1 et 2, si 2 est sous TBTS.
1 et 3, si 3 est sous TBTS.
1 et 4.
2 et 3, si un des deux est sous tension dangereuse et l'autre sous TBTS.

Et il faut aussi une isolation renforcée entre deux sorties relais, si on veut pouvoir piloter une tension secteur sur une sortie, et une tension non dangereuse sur une autre sortie.
Idem pour les entrées opto-isolées.

J'ai l'impression que l'alimentation 12V est fourni par un adaptateur séparé. Donc de ce coté, c'est lui qui procure l'isolation. Pas de soucis si vous prenez un transfo du commerce, il n'y a pas trop de surprises point de vue sécurité. Vérifiez tout de même la présence du logo classe II sur ce transfo (deux carrées l'un dans l'autre, les cotés du carrée du centre font la moitié des cotés du carrée extérieur.)
fr.wikipedia.org/wiki/Classe_de_protection

Comment réaliser une isolation renforcée :

Là, c'est la partie intéressante pour les concepteurs hardware!
Donc pour qu'une isolation soit considérée comme renforcée suivant la CEI 60950-1, il faut :

* Ligne de fuite de 5.0mm minimum (matériau type 3b, pollution 2)

* Distance dans l'air de 6.4mm minimum (pollution 2, surtension 4000V)

Donc il ne faut pas de cuivre relié au secondaire sur les cartes électroniques à moins de 6.4mm des contacts relais, et des entrées opto-isolées. Il va falloir que je revérifie la distance de 6.4mm dans la version française de la norme, je trouve ça un peu élevé. D'instinct, j'aurai plutôt dit 5.0mm.

* Essai de rigidité diélectrique de 3000V minimum. Ça veut dire que les composants qui font l'isolation doivent tenir une surtension de 3000V.

pour les relais : 3000V entre bobine et contact
pour les optos : 3000V entre entrée et sortie.

Les relais sont des G5LA de chez Omron (suivant la photo sur votre site). La datasheet indique seulement 2000V entre bobine et contact.
Pour les optos, je ne vois pas bien ce qui a été utilisé. On dirait des CNY17/2 de chez Agilent, mais je ne suis pas sûr. La datasheet indique 5000V entre entrée et sortie, donc les optos sont ok.

* Isolation solide de 0.4mm minimum. Inapplicable pour vous, mais je le met tout de même au cas où.

Je crois que je n'oublie rien.

Donc résultat des courses, il va falloir pousser les pistes et les plans de masse qui s'approchent trop près des tensions secteurs. Mais surtout, et c'est une mauvaise nouvelle, il faut changer de relais. Perso, je vous conseille les RT1, ou RYII, ou RZ de chez Tyco, ou les G2RL, ou G5Q de chez Omron. Ils n'ont pas le même format que les G5LA, donc ça peut poser des problèmes de place.

Si vous avez des questions, où besoin d'aide, n’hésitez pas. Si vous voyez une erreur, les corrections sont bienvenues.

Voila. J'espère que c'est pas trop flou, je ne me rends pas toujours compte lorsque je deviens incompréhensible.

Et un dernier détail : pour sécuriser une installation avec les cartes existantes, il suffit de passer par des contacteurs commandés en 24V, pour piloter le 230V. Par contre, ça nécessite un contacteur par sortie, et une alim 24VDC. Pour les entrées, s'il n'y a que du TBTS, il n'y a pas de problème.

A+
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Last Edit: 08 Apr 2013 06:31 by gromain.
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Modifications à réaliser pour cartes 230VAC 07 Apr 2013 21:40 #2

J'ai continué d'approfondir, surtout les entrées opto.

J'ai l'impression que seul la carte 4input-4output et la carte dimmer ont des entrées prévues pour le 230VAC.

Si c'est bien le cas, les autres cartes sont ok, sauf pour les relais. Par contre, il faut bien modifier les entrées sur la carte dimmer, et la carte 4i4o.

Une règle simple pour ne pas être emmerdé avec les optos : On ne passe pas de piste en dessous! Ou du moins le moins possible.

Dernier détail : pour éviter les échauffement trop importants sur une piste 16 ampères, il faut quelle fasse au moins 6 à 8mm de large (pour du 35µm d'épaisseur). Parfois, il suffit juste de doubler la piste de puissance, donc de la faire passer sur les deux faces.

J'ai beaucoup de mal à faire des mesures sur kicad, et je n'arrive pas à ouvrir les gerber avec gerbv. Je trouverai une autre solution pour faire des bonnes mesures plus tard

A+ et bon courage, c'est un beau projet.
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Modifications à réaliser pour cartes 230VAC 07 Apr 2013 22:15 #3

Merci beaucoup pour tes remarques, je ne peux pas y redire grand chose mais Gromain et Nat's ne devraient pas tarder à débarquer pour rendre des comptes quant à leurs potentielles erreurs Whistling
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Modifications à réaliser pour cartes 230VAC 08 Apr 2013 06:29 #4

salut touiouf,

Merci pour toutes ces remarques qui nous aident à améliorer nos cartes Smile

j'avais designé la carte 4in4dim pour qu'elle accepte du 230vac en entrée pour un hypothétique fonctionnement autonome de la carte. a priori cette possibilité ne sera jamais utilisé. En tout cas, elle n'est pas reconduite en l'état pour les futures versions (idem pour les autres cartes d'entrées)
Pour les optos, je ne vois pas bien ce qui a été utilisé. On dirait des CNY17/2
Oui, ce sont des CNY17.
Je note tes conseils, j'éviterai de passer sous les optos à l'avenir. Ça concerne aussi les opto montés CMS ?

pour éviter les échauffement trop importants sur une piste 16 ampères, il faut quelle fasse au moins 6 à 8mm de large (pour du 35µm d'épaisseur). Parfois, il suffit juste de doubler la piste de puissance, donc de la faire passer sur les deux faces.

On n'a pas de piste pour passer du 16A, les relais G5LA étant de toute façon donné pour 10A max.
Les relais sont des G5LA de chez Omron (suivant la photo sur votre site). La datasheet indique seulement 2000V entre bobine et contact.
Pour la prochaine carte (8in DC/8r) on passe sur des relais simple contact travail Omron GT5 (4000VAC d'isolement bobine/contact)

Dès que j'ai finalisé la 8 in / 8 relais je te proposerai de la vérifier Wink

Romain
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Modifications à réaliser pour cartes 230VAC 08 Apr 2013 10:52 #5

Salut Gromain

Pas de soucis, ça me fait plaisir que des bidouilleurs libres prennent la domotique en main. Du coup, si je peux donner un coup de main, ce n'est que mieux.
Dès que j'ai finalisé la 8 in / 8 relais je te proposerai de la vérifier Wink

Ok, il faut juste que je trouve un outil de mesure sur gerber de bonne qualité. Gerbv est sympa, mais bizarrement je n'arrive pas à ouvrir les gerber générés sous kicad. C'est peut-être un soucis de version. Dès que tu as terminé, préviens moi sur ma boite mail STP.
Oui, ce sont des CNY17.
Je note tes conseils, j'éviterai de passer sous les optos à l'avenir. Ça concerne aussi les opto montés CMS ?

Oui, ça concerne tous les optos. Par contre, s'ils ne sont pas traversants, tu peux passer des pistes sur l'autre face, du moment que l'épaisseur du CIP est suffisante (0.4mm mini pour la 60950)

En fait, cette règle n'est là que pour éviter des soucis d'isolement. Ça dépends donc du niveau d'isolation que tu veux obtenir à travers tes optos.

Pour le cas de tes entrées, si tu ne connectes que de la très basse tension de sécurité (42VAC max ou 60VDC max par rapport à la terre), et vu que le secondaire est de sécurité aussi, tu n'as besoin que d'une isolation fonctionnelle. Donc tu peux te permettre de rapprocher l'entrée de ton opto (photodiode) de la sortie (phototransistor). En plus le différentiel de tension est faible, donc il n'y a pas trop de problème. Mais pour éviter tout fonctionnement imprévu, tu peux écarter les circuits que tu veux isoler de 1mm, voir moins en cas de manque de place. Attention, le 1mm n'est valable que pour une isolation fonctionnelle.

*** Pour ceux que ça intéresse, un peu plus d'explications :

Il y 4 niveaux d'isolations différents. Et suivant ce qui est présent à chaque "bout" de ton isolation, tu dois définir le niveau d'isolation requis, et appliquer en conséquence un certain nombre de règle.

Les quatre niveaux sont :
* Isolation fonctionnelle, elle ne sert qu'au fonctionnement correct de ton circuit, et ne nécessite pas grand chose. Elle n'est pas de sécurité.
* Isolation principale, c'est le premier niveau d'isolation. On s'en sert principalement lorsqu'il y a présence d'un terre de sécurité.
* Isolation supplémentaire, c'est le second niveau d'isolation. Il sert à éviter un problème lorsque l'isolation principale est défaillante.
* Isolation double, c'est la juxtaposition d'une isolation principale et d'une isolation supplémentaire. On la met entre une tension dangereuse et un tension de sécurité.
* Isolation renforcée, le petit dernier, qui est l’équivalent d'une isolation double, mais en un seul morceau. C'est le niveau d'isolation le plus élevé, celui qui procure la sécurité maximale.

J'ai dit 4 niveaux d'isolation, mais j'en ai décrit 5, parce qu'on considère que l'isolation double et l'isolation renforcée sont équivalentes.

Il y a aussi plusieurs niveau de tension :

* Très basse tension de sécurité (TBTS en français, SELV en anglais) : tension inférieure à 42VAC ou 60VDC par rapport à la terre, et isolé galvaniquement d'un tension dangereuse. C'est une tension non dangereuse.

* Très basse tension de protection (TBTP, ou PELV) : tension idem à la TBTS, mais relié à la terre à un de ses potentiels (masse par exemple). On s'en sert la plupart du temps pour des problèmes de CEM. C'est souvent le cas pour les ordinateurs de bureaux. C'est une tension non dangereuse dans une bonne installation.

* Très basse tension (TBT) : tension idem à la TBTS ou TBTP, mais insuffisamment isolé vis à vis d'une tension dangereuse. C'est une tension dangereuse.

* Basse tension (BT) : tension entre 42VAC et 1000VAC. C'est une tension dangereuse

* Haute tension (HT) : tension supérieur à 1000VAC. Non présent ici.

Pour savoir quelle isolation utiliser, il faut définir des "blocs"
C'est une simplification maximale du schéma point de vue sécurité.

On utilise souvent ces différents blocs :

* Parties accessibles : tout ce que l'utilisateur final peut toucher, en fonctionnement normal, et monté comme en usage normal (donc capot fermé, et dans le tableau). Elles doivent être absolument de sécurité.

* Primaire : généralement les tensions phase/neutre. Les parties de terre, bien que faisant partie du primaire, ont un rôle de sécurité particulier, et sont donc traités à part. Ce sont des tensions dangereuses. (phase/neutre, pas terre hein!)

* Secondaire : toutes les tensions derrière un transformateur. Si c'est un transformateur de sécurité, et que la tension ne dépasse pas 42VAC ou 60VDC (TBTS), on considère quelle peuvent être accessible à l'utilisateur.

* Terre de sécurité : tout ce qui est relié à la terre pour créer une "barrière d'isolement". Il y a un certain nombre de prescription (taille de la piste, résistance, moyen de connexion...). La sécurité repose sur le disjoncteur différentiel, et sur une mise à la terre correcte chez l'utilisateur final. On essaye de l'utiliser le moins possible pour une utilisation domestique.

Contacts relais : ils peuvent être sous tension dangereuses, ou sous très basse tension de sécurité! Ça dépends complètement de l'utilisation du circuit. De ce fait, si on veut un niveau de sécurité maximal, on met une isolation renforcée. Du coup, si le secondaire est de sécurité, et qu'on commute une tension dangereuse sur les contacts du relais, on a pas de problème. Idem si le secondaire est dangereux et que l'on commute une tension non dangereuse.

Entrées isolés : Idem relais, ça dépends de l'utilisation voulue! Ces deux blocs (entrées et sorties) sont en général les plus problématiques, car une mauvaise définition peut entraîner des problèmes. Dans votre cas, il n'y a pas de problème si on ne connecte pas le secteur sur ces entrées. Pour des entrées avec secteur, il faut les modifier, mais c'est tout à fait possible.

Bon, c'est pas forcement plus clair pour vous, et il faudrait que je songe à faire un vrai résumé des bonne pratiques de sécurité. Dès que j'ai plus de temps je pense m'y coller.

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Modifications à réaliser pour cartes 230VAC 08 Apr 2013 11:58 #6

Salut,
je n'ai plus beaucoup de temps en ce moment, mais je suis d'accord sur les points soulevés et plutôt content que tu en fasses un résumé parce que c'est un sujet que j'ai souvent soulevé sans prendre le temps de le détailler.

La 60950 est bien celle à appliquer j'ajouterais que normalement si les cartes sont packagé avec des boitiers qui peuvent être manipulé par l'utilisateur final en fonctionnement on est sensé ajouter la sécurité du boitier et assurer que la distance de creep de 5mm soit aussi appliqué pour toute éventuelles visserie.

Pour les distances à ma connaissance on fait tout en 5mm ici, et je pense que l'histoire des 6.4mm c'est pour les lignes de fuites extérieur sur les équipements de mesure (à verifier).

Pour les mesures sur Gerber malheureusement à ma connaissance il n'y en a pas de gratuit qui le fasse, mais vous pouvez essayer la version gratos de GC-Preview (Windows mais marche sous wine).
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