CISPR 18-2:1986/AMD2:1996

COMMISSION
CISPR
ÉLECTROTECHNIQUE
18-2
INTERNATIONALE
INTERNATIONAL
AMENDEMENT 2
AMENDMENT 2
ELECTROTECHNICAL
1996-12
COMMISSION
COMITÉ INTERNATIONAL SPÉCIAL DES PERTURBATIONS RADIOÉLECTRIQUES
INTERNATIONAL SPECIAL COMMITTEE ON RADIO INTERFERENCE
Amendement 2
Caractéristiques des lignes et des équipements
à haute tension relatives aux perturbations
radioélectriques –
Partie 2:
Méthodes de mesure et procédure
d’établissement des limites
Amendment 2
Radio interference characteristics of overhead
power lines and high-voltage equipment –
Part 2:
Methods of measurement and procedure
for determining limits
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Bureau central de la Commission Electrotechnique Internationale 3, rue de Varembé Genève Suisse
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M
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− 2 − CISPR 18-2 amend. 2  CEI:1996

AVANT-PROPOS
Le présent amendement a été établi par le sous-comité C du CISPR: Perturbations relatives

aux lignes et aux équipements à haute tension et aux systèmes de traction électrique.

Le texte de cet amendement est issu des documents suivants:

FDIS Rapport de vote
CIS/C/85/FDIS CIS/C/90/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cet amendement.
_________
Page 2
SOMMAIRE
Ajouter les titres de l’article et des paragraphes suivants:
5 Procédures d’établissement des limites de perturbations radioélectriques produites par les
stations de conversion à haute tension continue
5.1 Considérations générales
5.2 Sources d’interférence
5.3 Champs rayonnés par les salles des valves
5.4 Interférence conduite le long des lignes de transmission
5.5 Critères généraux pour établir des limites
Page 54
Ajouter, après 4.5, le nouvel article 5 suivant:
5 Procédures d'établissement des limites de perturbations radioélectriques produites
par les stations de conversion en haute tension continue et par les installations
similaires
5.1  Considérations générales

Les principales sources de génération des perturbations radioélectriques dans une station de
conversion à haute tension continue et dans des installations similaires, comme les
compensateurs statiques de puissance réactive (SVC), employant des thyristors pour leur
fonctionnement, sont au nombre de deux. Tout d'abord, les décharges couronne sur les
conducteurs, les isolateurs et les ferrures provoquent des perturbations semblables à celles
des systèmes en courant alternatif. Ces perturbations couronne peuvent être facilement
maintenues à des niveaux acceptables moyennant une conception électrique correcte des
barres et des ferrures dans la station. En second lieu, les valves de conversion ou de contrôle
provoquent des interférences à la suite de brusques coupures de courant entre l'anode et la
cathode durant l'amorçage des valves. Cette perturbation, qui est indépendante des conditions
atmosphériques, est cependant influencée par les caractéristiques de l'appareillage du
convertisseur et par les conditions de fonctionnement de la valve.

CISPR 18-2 Amend. 2  IEC:1996 − 3 −

FOREWORD
This amendment has been prepared by CISPR sub-committee C: Interference relating to

overhead power lines, high-voltage equipment and electric traction systems.

The text of this amendment is based on the following documents:

FDIS Report on voting
CIS/C/85/FDIS CIS/C/90/RVD
Full information on the voting for the approval of this amendment can be found in the report on
voting indicated in the above table.
_________
Page 3
CONTENTS
Add the titles of the following clause and subclauses:
5 Methods for derivation of limits for the radio noise due to HVDC converter stations
5.1 General considerations
5.2 Sources of interference
5.3 Radiated fields from valve halls
5.4 Conducted interference along the transmission lines
5.5 General criteria for stating limits
Page 55
Add, after 4.5, the following new clause 5:
5 Methods for derivation of limits for the radio noise due to HVDC converter stations
and similar installations
5.1  General considerations
There are principally two different sources of radio noise generation in HVDC converter stations

and similar high-voltage installations, such as static var compensators (SVCs), incorporating
thyristors in their operation. First, corona discharges on conductors, insulators, and hardware
cause noise, similar to that in a.c. systems. This corona noise can be easily held to acceptable
levels by proper electrical design of the busbars and hardware in the station. Second, the
converter or control valves cause interference due to the rapid breakdown of the voltage
between anode and cathode during valve firing. This noise, unlike noise due to corona, is
independent of weather but is influenced by the characteristics of the converter equipment and
by the valve operating conditions.

− 4 − CISPR 18-2 amend. 2  CEI:1996

Sans aucune mesure de suppression, le niveau de perturbation radioélectrique dû aux valves

de conversion ou de contrôle pourrait s'avérer intolérable, c'est pourquoi il est nécessaire

réduire ce niveau à une valeur acceptable, avec des mesures comme celles indiquées en 5.3.3

et 5.4.3.
L'évaluation des perturbations radioélectriques directement rayonnées par une valve de

convertisseur peut être effectuée au moyen de méthodes analytiques de calcul qui ont été

proposées dans la littérature [75], [76], [77], [78]. La référence [75] fournit aussi des méthodes

de calcul des oscillations de haute fréquence dans la station, méthodes qui utilisent des circuits

simplifiés équivalents.
Les niveaux perturbateurs illustrés aux figures 15 à 22 ne doivent pas être considérés comme

valeurs typiques de référence. Ils sont donnés simplement comme exemples de l'influence sur

les niveaux perturbateurs des différents paramètres considérés (distance de la station,
technologie des valves etc.).
5.2  Sources d'interférence
5.2.1  Mécanisme de génération d'une perturbation radioélectrique
Une station de conversion à haute tension continue se compose généralement de plusieurs
groupes de convertisseurs. Chacun de ces groupes comprend habituellement six valves (des
valves à thyristors et aussi, autrefois, des valves à vapeur de mercure) cycliquement excitées à
la fréquence électrique. Pour obtenir des tensions supérieures, on pourra brancher en série
plusieurs ponts par pôle. Les ponts sont connectés aux transformateurs du convertisseur du
côté courant alternatif, et aux bobines d'inductance d'atténuation sur le côté courant continu.
Une bonne partie des appareillages auxiliaires est aussi connectée aux deux côtés des circuits
du pont.
Un compensateur statique se compose, normalement, de bobines d'inductance contrôlées par
thyristors (TCR) et de condensateurs enclanchés par thyristors (TSC). La structure des valves
à thyristors est similaire à celle des stations de conversion. Pour les TCR, les thyristors sont
enclanchés à des angles différents pour contrôler le courant dans les bobines d'inductance,
tandis que pour les TSC ils sont enclanchés à un point fixe de l'onde de tension (à différence
de tension nulle).
Durant l'opération normale de tels schémas, chaque valve est enclenchée et déclenchée une
fois dans chaque cycle de la tension alternative. L'amorçage de la valve s'effectue donc 6 fois
par cycle de fréquence électrique pour un convertisseur à 6 impulsions ou pour un
convertisseur statique, et 12 fois pour un convertisseur à 12 impulsions. L'atténuation pour les
courants à haute fréquence générés par l'amorçage de la valve est si rapide que, du point de
vue de la perturbation radioélectrique, chaque impulsion peut être considérée comme
totalement amortie avant que les impulsions successives des autres valves ne soient injectées
dans le système. Pour cette raison, et également à cause de la dispersion des angles

d'excitation, même lorsque les valves dans les différents groupes ont les mêmes connexions au
transformateur, le niveau total de l'interférence radioélectrique généré n'est pas
significativement différent de celui généré par une seule valve.
Les temps de commutation aussi bien durant l'enclenchement que durant le déclenchement
sont très courts et généralement de l'ordre de quelques microsecondes. Les valves à thyristors,
lorsqu'elles sont excitées, peuvent avoir un temps de chute de tension jusqu'à 25 μs, contre
celui de 1 μs des valves à vapeur de mercure. La raison en est l'utilisation de circuits
amortissants à l'intérieur des valves à thyristors et le fait qu'une valve à thyristors se compose
de thyristors connectés en série. Par conséquent, la perturbation générée est en principe
inférieure dans les valves à thyristors à celles à vapeur de mercure. La figure 14 illustre les
spectres de fréquence, enregistrés en laboratoire, de deux phénomènes transitoires de la
même amplitude ayant un temps de montée de 1 μs et de 25 μs (valeurs moyennes pour les
valves à vapeur de mercure et à thyristors).

CISPR 18-2 Amend. 2  IEC:1996 − 5 −

Without any suppression measures, the radio noise level from the converter or the control

valves could be intolerable and it is, therefore, necessary to reduce this level to an acceptable

value with appropriate methods like those indicated in 5.3.3 and 5.4.3.

An evaluation of the radio noise radiated directly by a converter valve can be performed by

means of the analytical methods of calculation proposed in the literature [75], [76], [77], [78].

Reference [75] also gives methods of calculating the high-frequency oscillations in the station

using simplified equivalent circuits.

The disturbance levels shown in figures 15 to 22 are not to be considered as typical reference

values. They are simply given as examples of the influence of the different parameters

considered (distance from the station, technology of the valves, etc.) on the levels of

disturbance.
5.2  Sources of interference
5.2.1  Mechanism of radio noise generation
An HVDC converter station is generally made up of several converter groups. Each one of
these groups normally comprises six valves (thyristor valves and also mercury arc valves in the
past) fired cyclically at the power frequency. For obtaining higher voltages, several bridges may
be connected in series per pole. The bridges are connected to the converter transformers on
the a.c. side, and to the smoothing reactors on the d.c. side. A large amount of auxiliary
equipment is also connected on both sides of the bridge circuits.
An SVC installation usually consists of a set of thyristor controlled reactors (TCRs) and thyristor
switched capacitors (TSCs). The physical arrangement of the thyristor valves is similar to that
of HVDC converter stations. The thyristors for the TCRs are switched over a range of firing
angles to control the current to the reactors, while those for the TSCs are switched at a fixed
point-on-wave (zero cross-over).
During the normal operation of such schemes, each valve is turned on and off once in every
cycle of the alternating voltage. The valve firing thus occurs thus 6 times per cycle of the power
frequency for a 6-pulse converter or SVC installation, and 12 times for a 12-pulse converter.
The attenuation of the high-frequency currents generated by valve firing is so rapid that each
pulse can, from a radio noise standpoint, be considered fully damped before additional pulses
from other valves are injected in the system. For this reason, and due to the spread in the firing
angles even if valves in different groups have the same transformer connections, the total level
of the radio interference generated is not significantly different from that generated by a single
valve.
The switching times during both turn-on and turn-off are very small, being usually of the order

of a few microseconds. Thyristor valves, when fired, may have a voltage collapse time of up to
25 μs, compared with 1 μs for mercury arc valves. The reason for this is the use of damping
circuits within the thyristor valve and the fact that the thyristor valve is composed of a number
of thyristors connected in series. As a consequence the generated noise is in principle lower for
thyristor than for mercury arc valves. Figure 14 shows the frequency spectra, recorded in the
laboratory, of two transient phenomena of the same amplitude with rise times of 1 μs and 25 μs
(average values for mercury arc and thyristor valves, respectively).

− 6 − CISPR 18-2 amend. 2  CEI:1996

Aussi bien durant l'enclenchement que durant le déclenchement des valves, des tensions et

des courants transitoires apparaissent dans le système comme un résultat de la redistribution

de l'énergie stockée dans les éléments réactifs avant qu'un nouvel état d'équilibre ne soit

atteint. Durant le déclenchement, une grande partie de l'énergie est stockée dans l'inductance

des enroulements des transformateurs. Ainsi, la transition vers une nouvelle condition

d'équilibre s'accomplit essentiellement aux fréquences naturelles relativement basses du

transformateur et du système. Durant l'amorçage cependant, l'énergie devant être redistribuée

est essentiellement stockée dans les différentes capacitances parasites et concentrées. Cela

produit un système d'oscillations plutôt complexe dont le spectre ne dépend pas seulement de

l'amplitude et de la forme de la chute de tension à travers la valve, mais aussi de la
configuration des connexions et de l'appareillage branché. La fréquence du spectre de
perturbation atteint quelques mégahertz.

Cette perturbation radioélectrique peut être générée directement par les valves et par les
appareillages qui y sont branchés qui, dans ce cas, comprennent principalement les barres
d'alimentation et les barres de la station de conversion. Ces barres ont souvent une longueur
considérable et peuvent aussi faire fonction de radiateurs efficients. Naturellement, la station
de conversion sera reliée à des circuits en courant alternatif et en courant continu en entrée et
en sortie, lesquels pourront être des lignes aériennes. La perturbation radioélectrique sera
guidée et rayonnée par ces lignes aériennes.
5.2.2  Influence de la conception de la station sur l'interférence radioélectrique
Ainsi que déjà énoncé, l'interférence radioélectrique générée est influencée par l'inclinaison de
la tension d'amorçage de la valve. C'est pourquoi la perturbation radioélectrique générée par
les valves à thyristors sera plus basse que celle produite par les valves à vapeur de mercure.
Outre l'amplitude de la chute de tension à l'amorçage des valves et la durée de cette chute, la
perturbation générée par les valves est tout d'abord influencée par la hauteur de la terre et par
la capacitance vers la terre de chaque valve. L'interférence radioélectrique a donc tendance à
s'accroître suivant les caractéristiques de tension et de courant des valves, étant donné qu'à
des caractéristiques supérieures correspondent des dimensions supérieures des valves.
D'autre part, la perturbation est peu influencée par le nombre de valves en fonctionnement
dans une station, ce qui a aussi été confirmé par les mesurages dans des stations de
conversion en service.
La configuration du poste ainsi que la hauteur et la longueur des barres ont aussi une grande
influence sur la génération de perturbations. Une conception compacte du poste aura donc des
effets favorables sur la génération de perturbations radioélectriques. Une solution pratique
consiste à déplacer les transformateurs du convertisseur à l'intérieur de la salle des valves et à
utiliser les traversées du transformateur comme des traversées de la salle des valves. Cette
solution abaisse significativement les interférences radioélectriques étant donné que le circuit
de rayonnement entre les valves et les transformateurs est petit puisqu'il se situe entièrement à

l'intérieur de la salle des valves électromagnétiquement blindée. Une réduction additionnelle de
l'interférence radioélectrique par les lignes de connexion pourrait être effectuée si les
transformateurs du convertisseur étaient construits avec des blindages électrostatiques liés à la
masse entre les deux enroulements.
Les valves à thyristors refroidies par huile requièrent un réservoir métallique. Dans ce cas, les
circuits des valves sont effectivement électromagnétiquement blindés et le problème des
interférences radioélectriques est significativement réduit.

CISPR 18-2 Amend. 2  IEC:1996 − 7 −

During both turn-on and turn-off of the valve, transient voltages and currents appear in the

system as a result of the redistribution of the energy stored in the reactive elements before a

new steady state is reached. During turn-off, most of the energy is stored in the inductance of

the transformer windings. Thus, the transition to the new steady-state condition is achieved

essentially at the relatively low natural frequencies of the transformer and the system. During

turn-on, however, the energy to be redistributed is stored essentially in the various stray and

lumped capacitances. This produces a rather complex system of oscillations whose spectrum

depends not only on the amplitude and shape of the voltage collapse across the valve, but also

on the layout of the connections and equipment connected. The noise spectrum extends in

frequency up to a few megahertz.

This radio noise may be emitted directly from the valves and associated equipment comprising,

in this instance, mainly the feeders and the busbars of the converter station. These busbars will
often be of considerable length and well able to act as efficient radiators. The converter station
will be, of course, connected to incoming and outgoing a.c. and d.c. circuits and these may
consist of overhead lines. The radio noise will be guided and emitted from such overhead lines.
5.2.2  Influence of station design on radio interference
As anticipated, the radio interference generated is influenced by the steepness of the valve
firing voltage. For this reason, the radio noise generated by thyristor valves will be lower than
that produced by mercury arc valves.
Besides the amplitude of the voltage collapse at the valve firing and the time of this collapse,
the noise from the valves is primarily influenced by the height and capacitance to ground of
individual valves. The radio interference has therefore a tendency to increase by the voltage
and current rating of the valves as an increased rating means increased valve size. On the
other hand, the noise is little influenced by the number of operating valves in a station. This has
also been confirmed by measurements in operating converter stations.
The switchyard layout and the height and length of the busbars have also a great influence on
the generated disturbance. A compact design of the switchyard will therefore have favourable
effects on the radio noise generation. A practical solution consists of moving the converter
transformers into the valve hall and using the transformer bushings as valve hall bushings. This
solution lowers the radio interference significantly because the radiating loop between valves
and transformers is small as it is entirely located inside the electromagnetically screened valve
hall. Additional reduction of the radio interference from connecting lines could be achieved if
the converter transformers were built with grounded electrostatic screens between the two
windings.
Oil-cooled thyristor valves will require a metallic tank. In this case, the valve circuits will be
effectively screened electromagnetically, and the radio interference problem will be significantly
reduced.
− 8 − CISPR 18-2 amend. 2  CEI:1996

5.3  Champs rayonnés par les salles des valves

5.3.1  Spectres de fréquence
Des exemples de spectres de fréquence dus au rayonnement direct par une station de
conversion sont illustrés aux figures 15 et 16 pour des stations de conversion équipées avec
des valves à vapeur de mercure et des valves à thyristors. On ne remarque aucune différence
qualitative entre les spectres des interférences radioélectriques générées par les

convertisseurs de valves à vapeur de mercure et à thyristors.

5.3.2  Atténuation transversale

L'interférence générée par la salle des valves est dominée par le rayonnement direct des

valves du convertisseur et de leurs connexions aux autres pièces de l'appareillage. La
dimension physique des circuits de rayonnement est petite comparée à la longueur de l'onde
de la perturbation dans la bande des fréquences qui intéressent (0,15 MHz à 30 MHz). Par
conséquent, du point de vue du rayonnement, les convertisseurs peuvent être traités comme
des dipôles électriques verticaux (avec une impédance de rayonnement capacitif pure). En
première approximation, on peut utiliser les formules analytiques dérivées de la théorie de
l'antenne pour prévoir l'atténuation transversale de la salle des valves.
L'atténuation du niveau de perturbation est approximativement proportionnelle à l'inverse du
carré de la distance pour des fréquences jusqu'à 1 MHz et elle devient proportionnelle à
l'inverse de la distance pour des fréquences plus élevées (>10 MHz).
L'atténuation du niveau perturbateur calculée comme une fonction de la distance est fournie à
la figure 17 pour différentes fréquences.
5.3.3 Réduction de l'interférence radioélectrique due au rayonnement direct généré par la
salle des valves
Le blindage électromagnétique de la salle des valves s'est avéré efficace pour réduire la
perturbation rayonnée par les valves de conversion. On peut utiliser des plaques métalliques
solides, des plaques perforées et des grilles métalliques pour achever la protection désirée. Il
convient cependant de faire des considérations attentives au sujet des techniques de
construction, de la disponibilité des matériaux et des coûts globaux, avant de conclure la
conception de la salle des valves.
Des blindages métalliques sous forme de plaques solides et de grilles, ayant une grande
conductivité et de préférence également une haute perméabilité, sont généralement utilisés
pour les murs et les plafonds de la salle des valves afin de fournir une protection
électromagnétique. Avec la grille à la masse en fil métallique incorporée au sol, ils forment une
cage de Faraday autour des valves. En prenant les précautions adéquates pour assurer un bon

contact entre les différentes sections qui forment cette cage de Faraday, l'interférence
rayonnée peut être atténuée de 40 dB à 60 dB. Toute discontinuité, espace vide ou trou dans
cette enceinte blindée, réduira naturellement cette atténuation.
Les connexions entre les valves et les sections en courant alternatif et continu du poste
extérieur établissent un couplage conducteur qui se manifeste en un rayonnement entre les
barres et les différents éléments du poste lui-même. Ce rayonnement peut ainsi devenir
beaucoup plus important que celui généré par la salle des valves, ainsi le blindage de la salle
des valves peut ne pas suffire à couvrir les exigences du champ rayonné par la station de
conversion. Dans ce cas aussi le champ rayonné par le poste doit être réduit. Pour ce faire, il y
a au moins deux possibilités. La première est de réduire la perturbation passant par les
traversées de la salle des valves en installant des filtres. Une autre est de blinder électro-
magnétiquement le poste tout entier. Lorsque une réduction de la perturbation à l'intérieur
d'une largeur de bande étroite est requise, on adopte généralement la première méthode.

CISPR 18-2 Amend. 2  IEC:1996 − 9 −

5.3  Radiated fields from valve halls

5.3.1  Frequency spectra
Examples of frequency spectra due to direct radiation from a converter station are given in
figures 15 and 16 for converter stations equipped with mercury arc and thyristor valves,
respectively. No qualitative differences can be remarked between the radio noise spectra
generated by mercury arc and thyristor valves converters.

5.3.2  Lateral attenuation
The interference from the valve hall is dominated by direct radiation from the converter valves

and their connections to other pieces of equipment. The physical size of the radiating loops

is small compared to the wavelength of the noise in the range of frequencies of interest
(0,15 MHz to 30 MHz). Therefore, the converters can, from a radiation standpoint, be treated
as vertical electrical dipoles (with a pure capacitive radiation impedance). As a first
approximation, the analytical formulae derived from the antenna theory can be used to predict
the lateral attenuation from the valve hall.
The attenuation of the noise level is approximately proportional to the inverse of the square of
the distance for frequencies up to 1 MHz and becomes proportional to the inverse of the
distance for higher frequencies (>10 MHz).
The attenuation of the radio interference levels calculated as a function of the distance is given
in figure 17 for different frequencies.
5.3.3  Reduction of the radio interference due to direct radiation from the valve hall
The electromagnetic screen of the valve hall has proved to be effective for reducing the
radiated noise from the converter valves. Solid metallic sheets, perforated sheets, and wire
mesh may be used to achieve the desired shielding. However, due con
...