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Perfectionnements aux enroulements
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de machinsa électriques.
La présente invention est relative à des perfectionnements aux ,
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enroulements destinés aux-machines électriques, dynamo"él'actriques . ou autres et vise,plus particulièrement mule non exclusivement des enroulements étanches aux fluides et à l'humidité destinés 8. des appareils pouvant âtre appelés à fonctionner dans une atmosphère' très humide et même complètement noyés dans l'eau ou dans un autre . liquide.
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L'invention a pour objet principal un enroulement Qu'élément, bobiné de construction très résistante aux dérangements'mécaniques'" et électriques lorsqu'il est appelé . fonctionner sous des vitesses et des tensions élevées et susceptible de résister à des-vibrations-,
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importantes.. , , .- '
L'invention vise en outre 'un enroulement ou élément bobiné'' . qui est à l*épreuve de l'humidité, de l'entrée des liquides ou de
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lthumidité dans les enroulements. ' .
L'invention vise un noyau magnétique d'induit pour une machi- ne dynamoêleatriqus ou autre machine électrique, ce noyau compor- tant des encoches à enroulements, des enroulements ayant des spires disposées dans.ces encoches, des ttes d'enroulements aux extré-' mités du-noyau, et des.manchons fendus non magnétiques entourant ces spires et s'étendant jusqu'aux ttes des enroulements.
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ïTinvention vise d'autre part un noyau comme défini, ci-dessus dans lequel les 'manchons fendus sont enduits d'une matière isolante compatible avec une matière isolante polymérisable et copolymérisà- ble et dans lequel une masse de matière polymérisable ou copolymé-'
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risable obture les fentes des manchons, enrobe les tétas dtenrâula- ment et boucheries extrémités des manchons, cette masse étant fon-
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due ou soudée su revêtement des manchons de manière à constituer - .- une enveloppe ininterrompue enserrant entièrement les manchons,et les ostés des spires qui y sont logées.. - ": '
L'invention vise en outre un. procédé de fabrication;de ces éléments bobinés perfectionnés.
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La disposition perfectionnée suivant l'invention permet l'cbten- tion d'un. élément étanche aux liquides ou à l'humiclîté tout en réduisant au minimum la perte de l'espace disponible dans les encoches pour loger les enroulements. L'étanchéisation est réalisée sans main-d'oeuvre exagérée de sorte que le prix de revient est maintenu à un chiffre réduit.
L'invention est représentée à titre d'exemple dans les dessins annexés en application au noyau magnétique encoché d'une machine dynamo-électrique. Sur les dessins :
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la fic--.1 est une vue en coupe d'un noyau de moteur et d'un enroulement disposés dans un moule approprié, dans lequel pénètre un cable d'amenée de courant. la fig<2 est une vue perspective partielle d'un manchon encoche à bords longitudinaux en forme de labyrinthe.
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la fig.3 est une vue en bout du manchon de la fig.3 a la sur- face duquel est appliqué un enduit, le manchon étant représenté tel qu'il se trouve à l'intérieur d'une encoche avant l'opérât:
! on de moulage ou de coulée.
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la fig.4 montre le manchon de la fig.3 après 1T op¯ érat9 on de moulage ou de coulée. la fig.5 est une vue en coupe partielle montrant le moteur étanche à l'état terminé. la fig.6 montre une variante du manchon étanche tel qu'il apparait après le moulage ou la coulée.
' la fig.7 représente une autre variante du manchon utilisant des épaisseurs variables de matière isolante protectrice contre l'entrée des fluides et de 1'-humidité. la fig.8 est une vue en coupe à plus grande échelle de l'extrémité d'un manchon faisant saillie de l'extrémité du noyau et montrant le noyau magnétique représente comme comportant des couchas d'enduit isolant séparant chacune des tôles individuelles.
Il est bien connu dans la fabrication des moteurs électriques que les enroulements du moteur; parcourus par un courant, doivent être entièrement protégés contre les rentrées d'humidité et de fluides afin d'éviter les risques de dérangement électrique. Ceci ,doit rester vrai marne lorsque le noyau ainsi'que d'autres éléments de la machina sont entièrement soumis à l'humidité. L'on fait de nombreuses tentatives pour étanchéiser les enroulements des machines dynamo-électriques, comme par exemple en ayant recours au moulage sous pression d'une matière semi-plastique telle qule la bakélite, a l'insertion de tubes fermés dans les encoches du noyau, ainsi.
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qu'à. bien d'autres moyens.
Mais il a été constaté que le moulage par injection ou sous pression de matières semi-plastiques camr;e la bakélite nécessite une main d'oeuvre soignée et importante et que le résultat en est néanmoins inefficace pour protéger lf,enr 011- lement. Cette difficulté se fait particulière,'1ent sentir si le noyau doit etre laissé découvert extérieurement. De plus lorsque la température exigée par le durciss-ement de la matière semi-nlas- tique est élevée, le noyau de la machine se dilate dans une mesure considérable pendant. ce durcissement et la contraction ultérieure du noyau à ses dimensions primitives correspondant à la température ordinaire, entraîne l'apparition d'un jeu entre le noyau et la matière plastique durcie à la chaleur.
Les tensions ainsi engendrées peuvent même être si grandes qu'elles entraînent des fentes dans la matière plastique. En outre, dans lesconditions de service,
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le noyau n'atteint que rarement la température à laquelle la ma-
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.tière semi-plastique a'été durcie et le noyau ne se dilate par suite jamais complètement de manière à combler lespaca compris entre l'en- duit et le. noyau. On comprend par suite que l'humidité et les liqui- des peuvent facilement', s'introduire entre la métal et la matière' . plastique et entrainer une détérioration des enroulements, à moins d'utiliser une masse volumineuse de matière pour protéger complète- ment le noyau par rapport à l'extérieur.
Or une telle masse d'isolant à l'extérieur du noyau présente l'inconvénient de gêner la dissipation de la chaleur et d'entrainer par suite le risque de surchauffe. On a utilisé avec quelque succès des tubes dans les encoches, mais l'opé-
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ration consistant à enfiler chaque fil de 1f arzroulement, à travers ces tubes exige une main-*d'oeuvre considérable et le prix de fabrication en devient prohibitif. En outre beaucoup de procédés connus d'isolement des enroulements consomment une quantité considérable de l'espace disponible dans les encoches et réduisent par suite le nombre d'enrou- lements pouvant être logés dans les encoches du noyau.
Cette réduction du nombre d'enroulements ou.'de spires dans les encoches constitue une réduction dans le facteur d'utilisation ou de remplissage de la machine. De plus, comme déjà, indiqué, la plupart des matières isolantes ne sont pas bonnes conductrices de la chaleur et réduisent par suite la vitesse de transmission de la chaleur à partir des enroulements vers le noyau et de là vers l'atmosphère ambiante, ce qui constitue le procédé normalement utilisable pour le refroidissement des moteurs; électriques.
La présente invention permet de résoudre ces problèmes.
En se reportant à la fig.I du dessin l'invention a été représentée comme appliquée au stator d'une machine dynamo-électrique,
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mais il doit être entendu qu'elle peut s'appliquer à Itétanchéisa- tion des bobinages d'appareillages électriques de tout ordre. Sur' la fig.5 le stator de la machine dynamo-éle'otrique comprend un noyau magnétiqué 10 maintenu par des anneaux terminaux appropriés II. Le noyau est pourvu d'un certain nombre d'encoches ouvertes 24 destinées à loger les côtés 13 des spires des éléments d'enroulement 12.
Afin de constituer un premier facteur de protection contre 1' humidité et d'assurer en meme temps l'amortissement des chocs méca- niques ainsi qu'une isolation contre les courants de Foucault indésirables, chacune des t'oies 20 du noyau peut être enduits d'une mince couche d'isolant 25 avant assemblage du noyau., ,L'élément
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dtenroulernent comporte des tâtes dtenroulement ou connexions ter- minales disposées aux extrémités du noyau 10 et un conducteur d'a- limentation 15 part de la tête d'enroulement 14 et est relié par un moyen approprié à une source d'alimentation de courant.
Il est bien connu que les métaux possèdent la propriété de ne pas etre hygroscopiques, mais sont imperméables, même sous la forme de feuilles .extrêmement minces. Par suite, afin de permettre de donner aux ctés' 13 des spires, des dimensions, aussi grandes que possibles, on insert dans 'les ,encochas des manchons métalliques fendus 17 relativement minces avant d'y introduire les cotés 13 des spires. Les manchons fendus sont constitués de préférence en un nttal non magnétique et l'épaisseur de leurs parois est mainte- nue mince afin de ne pas occuper un espace important dans l'encoche.
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Comme représenté sur la fiK.2 la manchon métallique peut comporter des bords longitudinaux 18 en forme de labyrinthe.
Ce manchon peut éO tre,recouvert sur l'une de ses faces ou mieuy sur les deux faoes c1 T "l"irIL ;-, ; ¯ t..
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d'une couche très mince d'enduit isolant 25 sonb7.r.:.ble . celle prévue sur chacune dos tôles du noyau. Cet enduit isolant 25 remplit la double but d'isoler le manchon métallique 17 par -rs:nnor t la paroi de l'encoche et d'assurer en marne temps un revêtement pro- tecteur pour le manchon, empêchant l'arrivée des poussières et de graisse sur la surface du manchon pendant le bobinage du moteur.
L'enduit 25 est de -préférence constitué en une matière compatible avec celle qui est ultérieurement utilisée pour mouler l'enveloppe isolante finale. En d'autres termes, l'enduit 25 doit être soluble dans la matière isolante liquide 26 ou du moins susceptible de se souder avec elle.
Cependant l'enduit 25 n'est pas indispensable
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quand les manchons sont nettoyés et protégés au cours de l'asse'11- blage, ce qui permet d'obtenir une liaison solide entre la matière finalement moulée et les manchons,
Les manchons 17 ayant été insérés dans les encoches 24, on peut procéder au bobinage du noyau 10, soit en introduisant les
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fils un Ù, un à travers les fentes des manchons métalliques, soit en ayant recours z. des enroulements formés it l'avance, les côtés des spires étant dans ce dernier cas simplement écartés et glissés dans les encoches du noyau unà un.
Un conducteur d'amenée de courant 15 est prévu pour l'enroule- ment, ce conducteur 15 étant recouvert d'une matière isolante 16,
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la matière lô comme la matière 25 du manchon et des tôles du noyau doit être compatible avec la matière isolante fluide 26 ou du moins .susceptible de se souder avec elle par fusion par exemple. On com- prend aisément qu'alorsla matière isolante 16 se dissout et se trouve complètement remplacée par la matière 26 ou bien qu'il se produit sur sa surface une zone complètement fondue ou soudée qui empêche la pénétration de l'humidité entre l'isolant 16 et l'iso- lant 26 vers les enroulements.
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Le terme "compatible" sert ici à désigner une matière soluble dans le me'me solvant que celui utilisé pour la matière isolante de moulage 26 et qui durcit dans les me'mes conditions qu'elle. Les manchons 17 et les t'oies 2e peuvent en sorte être recouverts de la même matière 26.
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Sur la fig.8 les extrémités des !oanchons 17 et du revêtement de ceux-ci s'étendent au delà des extrémités des encoches du nayau
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,10 ou ils sont accessibles z, la matière isolante de moulage 26.
La nature de l'isolant 26 utilisé pour enserrer les tétas 14
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des enroulements et pour combler et boucher les itntes des manchons 17 ainsi que celle de la matière 5 servant sel recouvrir les tôles et les manchons de la machine constituent des facteurs importants. Pour le revêtement des surfaces des tôles 20 et des manchons 17 on a constaté pouvoir utiliser avec profit une matière isolante qui présente des propriétés corrosives à l'état liquide mais qui est chimiquement neutre à l'état solide. Une matière de ce genre est préférée pour la raison que dans l'état liquide elle forme des pi-
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quras et des irrégularités sur,les surfaces, ce qui assure une adhé- rence meilleure avec la matière une fois celle-ci solidifiée.
Il est nécessaire cependant que ces matières ne soient plus corrosiv,s à leur état solide ou polymérise car il serait défavorable que l'action corrosive se prolongeât. Toutes les matières isolantes ne
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sont pas aiécessaireL1811t corrosives à t,état liquide , La propriété d'être corrosive peut etre communiquée 8, la, matière par l'adjonc- tion d'un acide organique polymérisable.
Ces acides assurant les
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propriétés corrosives recherchées à l'état de monomère, mais sont chimiquement inactifs à 1+état polymère..' '
Les demandeurs ont constaté que de grands nombres de matières @ caoutchouteuses peuvent être dissoutes par un solvant approprié et @ imprégnées d'un inhibiteur pour permettre d'obtenir un fluide sus- ceptible d'être coulé , l'état de couche relativement mince. Une matière de ce genre demeure à 1'état fluide pendant un temps prolongé à moins que l'action .de l'inhibiteur ne soit combattue par un cata- lyseur approprié et que l'on fournisse ên outre de la chaleur exté- rieure.
Il n'est cependant pas toujours nécessaire de prévoir un inhibiteur ou un catalyseur. Par exemple,, si la matière caoutchou- téuse est dissoute et utilisée aussitôt, dans certains cas au moins ni un inhibiteur ni un catalyseur ne seront nécessaires.
La matière isolante et le solvant utilisés doivent être d'un type. susceptible de se polymériser et de se oopolymériser lors de 1 addition d'un oatalyseur approprié et éventuellement lors d'un chauffage, pour donner une matière imperméable à l'humidité ou non hygroscopique rprésentant des propriétés 'isolantes élevées et présen- tant une bonne résistance à la traction ainsi qu'une résistance satisfaisante vis à vis des agents chimiques tels que les acides, les alcalis, lés produits corrosifs et les gaz. Il doit être entendu qu'aucune action corrosive ntest demandée pour la matière moulable ou de coulée 26 que l'on verse dans le moule assemblé pour enrober les connections terminales et combler les fentes des manchons.
A titre d'exemple pour la matière pouvant être utilisée pour le corps 26 et à laquelle on peut ajouter un acide organique approprié pour donner l'effet corrosif voulu lorsqu'on l'utilise pour enduite les manchons ou lestôles, on peut indiquer la suivant: un élastomère qui peut être le caoutchouc naturel, le néoprène, l'isoprène, le. butadiène dissous dans un styrène monomère ou ses dérivés. On peut ajouter un catalyseur et un inhibiteur appropriés ainsi qu'un plas- tifiant compatible approprié. Dans l'exemple ci-dessus, on peut substituer au styrène monomère n'importe quel monomère liquide qui dissout l'élastomère utilisé et qui soit susceptible de se poly- mériser ou de se copolymériser avec lui.
Le monomère liquide uti- lisé doit dissoudre' l'élastomère dans une mesure suffisante pour donner après polymérisation une masse résultante d'un degré d' élasticité voulu. Des monomères appropriés sont par exemple 1'acide acrylique et'ses dérivés ainsi queles esters tels que le métha- crylate de méthyle.
Le noyau magnétique ayant été équipé de ses manchons recouverts d'enduit, bobiné et introduit dans le moule comme décrit plus loin, 'on utilise alors la matière fluide 26 pour combler entièrement toutes les lacunes à l'intérieur et autour des têtes des enroule- ments et pour combler les fentes des manchons 17. Des tampons appro- priés 22 (fig.3) peuvent au préalable, si on le désire, être insérés dans les fentes des manchons pour éviter que la matière fluide 26 ne remplisse les interstices des enroulements..
La fig.I représente un stator électrique assemblé en'place dans un moule et enveloppé de matière isolante. Bien que l'on puisse recourir a tout moule convenable, celui représenté comporte un moule supérieur 32 et un moule inférieur 33 disposes aux extré- ' mités du noyau et un mandrin central disposé axialement par rapport au noyau et aux moules terminaux.
L'ensemble formé par le noyau, lesmoules terminaux et le mandrin assureune cavité de moulage entièrement fermée dans laquelle on.peut verser la matière isolante
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liquide.Un entonnoir de coulée 34 est prévu sur le moule supérieur 32 pour la commodité du remplissage.Une ouverture 19 est en outre prévue pour le passa du cable d'amenée de courant 15 et forme un emmanchement serre autour de ce cable.La fig.I représente un moule dans lequel la matière 26 est simplement versée ,
mais les demandeurs ont constaté pouvoir obtenir une qualité de moulage quelque peu meilleure en produisant dans le moule une légère dé- pression pendant le remplissage.Quand la matière est versée dans le moule à l'état fluide le solvant qu'elle contient attaque l'en- duit 25 dé jà existant sur le manchon et sur le noyau et dissout celui-ci entièrement ou tout au moins le ramollit suffisamment pour qu'il en résulte une bonne soudure après durcissement de la matière 26.Ainsi les enduits se soudent entre eux,le premier enduit ou en- duit primaire,sur le manchon et les tôles se dissolvant partiel- lement et se soudant à la matière 26 ou encore se dissolvant en- tièrement pour être remplacé par la matière 26.Le fait de prévoir de la matière isolante 25 sur le manchon17 supprime la necessité de faire pénétrer entièrement la matière 26,
pour enrober les côtés des enroulements 13 et assure en outre la propreté des surfaces pour faciliter adhérence de la matière 26 après dissolution de l'enduit 25 sur le manchon dans la zone des bords longitudinaux 18.
En somme les deux matières se soudent et se raccordent pour former un corps continu.
On remarquera sur les fig.3,4,5 et 7 que chacun des man- chons,quelle que soit sa forme assure un chemin long et tortueux pour l'humidité qui pourrait pénétrer dans les tôles du noyau 10 et atteindre le manchon.Sur la fig.2 on prévoit un labyrinthe qui augmente encore la distance que doit parcourir l'humidité avant de pouvoir atteindre l'intèrieur du manchon au cas où elle arriverait pénétrer sous l'enduit extérieur.du manchon.
Il doit être bien entendu qu'on pourrait apporter diverses modifications de détail à la construction et à la disposition du métal et de l'enduit sans s'écarter de l'esprit de l'invention qui consiste à assurer un tra- jet difficile à franchir pour l'humidité avant de pénétrer aux cô- tés des spires,tout en occupant dans les encoches le plus faiblezx volume possible.C'est ainsi par exemple que dans la variante du manchon,comme représenté sur la fig.7 on prévoit une enveloppe intérieure en tissu résistant 23 en contact avec les enroulements,
une enveloppe intermédiaire en matière isolante et une enveloppe extérieure en métal imperméable au voisinage des parois de l'enco- che.On lamine le manchon ou on lui fait subir un autre traitement tel que la partie du manchon comprise entre ses deux bords soit presque complètement dégagée de l'enveloppe intermédiaire en matiè- re isolante pour obtenir une section transversale mince.
Les manchons peuvent avoir la forme d'une feuille de matiè- re isolante moulable,intercalée entre deux autres feuilles de matiè' re différente ces deux autres feuilles étant plus étroites,que la matière intermédiaire,de manière à laisser des surfaces dégagées sur celles-ci,et étant encastrées dans les surfaces de celle-ci de manière à réaliser une épaisseur en section droite qui n'est pas supérieure à celle de ces surfaces dégagées de la feuille intermé- diaire, la masse de matière isolante ou moulable étant soudée aux zones découvertes de la feuille intermédiaire de manière à englober entièrement l'enroulement du noyau.
Après remplissage du moule comme décrit ci-dessus,tout l'en- semble peut être placé dans une atmosphère chauffée, dans un four par exemple,et être porté a une température qui est sensiblement
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la température de fonctionnement des enroulements en service. On peut réaliser un moulage légèrement meilleur en maintenant l'en- semble sous une légère pression au cours de ce chauffage.
On utilise en général une matière isolante dont le durcissement se produit à une température qui ne dépasse pas de beaucoup la tem- pérature de fonctionnement du moteur,ou même depréférence infé- rieure à cette température. L'une des caractéristiques principales de l'invention consiste à envelopper complètement les enroulements- du noyau d'un revêtement uniforme de matière plastique qui' ne se fende pas dans des conditions de fonctionnement.
Pour cela on choi- sit d'une part une matière môulable de préférence à une matière semi-solide qui serait à mouler par injection ou sous pression+ parce qu'une matière coulable qui est bien fluide ne risque pas de repousser les cotés des spires contre les parois des encoches ni.de déplacer d'aucune autre manière l'enroulement. D'autre part on choisira une matière susceptible de durcir à une température voisine de la température de fonctionnement du moteur. Ce choix assure la certitude que le noyau et les enroulements se dilatent jusqu'à ' avoir à peu près leur dimension de fonctionnement normale pendant le durcissement de la matière moulable.
La matière moulable s'étant solidifiée et le noyau s'étant refroidi, ce dernier ne se contracte pas dans une mesure notable, étant donné qu'à aucun moment il n'a été fortement chauffé, comme cela aurait été le.cas si lton avait utilisé une matière durcissante à une température élevée. La faible contraction qui se produit inévitablement ne présente aücun'incon- vénint par suite de l'élasticité de la matière 26. En résumé on choisit pour envelopper les enroulements du noyau une matière qui peut aisément entourer ces enroulements dans les d@ranger et qui se durcit autour d'un noyau dilaté à ses dimensions de fonctionne- ment normales.
La fig. 5 représente un moteur utilisant un noyau et des en- roulements isolés obtenus par les procédés décrits ci-dessus.
Les enroulements du moteur sont complètement enrobés dans une enveloppe étanche constituée par une combinaison de matière iso- lante et de manchons métalliques. La matière isolante a une grande épaisseur aux endroits où il n'y a pas de métal. et empêcha ainsi toute pénétration d'humidité tandis qu'elle est relativement mince' dans les zones protégées par le métal étanche et occupe'par suite un espace utileminimum. Il a été constaté que le procédéd'étan- chéisation des moteurs électriques suivant l'invention ne réduit que très peu le facteur dtutilisation ou de remplissage et que les' moteurs ainsi fabriqués sont susceptibles de fonctionner complè- tement noyés dans lreau pendant des durées indéterminées sans arrangement électrique.
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