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BREVET D'INVENTION ENSEMBLE DE CELLULES COMPORTANT DES APPAREILS ELECTRIQUES
IMMERGES DANS UN LIQUIDE ISOLANT CONTENU DANS UNE CUVE
Invention Paul ROZIER
La présente invention est relative à des ensemble de "cellules" comportant des appareils électriques immergés dans un liquide isolant contenu dans une cuve. Elle concerne plus particulièrement le cas où lesdits appareils sont débrochables, en vue d'accroître la sécurité d'exploitation.
Il est connu d'utiliser les cuves métalliques pour contenir des éléments immergés dans le liquide isolant utilisé, De telles cuves raccordées aux autres parties métalliques des cellules préfabriquées et mises 1 la terre, asprent la protection des personnes en cas de mise sous tension accidentelle, et permettent même l'écoulement du courant de court-circuit.
L'utilisation de cuves métalliques entraîne la réalisa-
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sation de nombreuses ouvertures dans leurs parois pour le passage des conducteurs de liaison entre les éléments logés à l'intérieur et ceux placés à l'extérieur, au moyen de -braver-' sées isolantes.
L'étanchéité de la cuve est à assurer à chaque ouverture par joint individuel disposé entre la. paroi de celleci et les bords de chaque traversée, entraînant ainsi des problèmes d'entretien et créant des risques de fuite, D'autre part, les distances entre conducteurs sous tension à l'intérieur d'une cuve et la paroi de celle-ci mise à la masse, ne peuvent être réduites et empochent de tirer, au point de vue diminution d'encombrement,tout le parti de l'utilisation de liquide isolant.
L'objet de l'invention est de promouvoir une utilisation efficace et fonctionnelle des matériaux tant métalliques qu'isolants par l'obtention d'un matériau composite, comportant des armatures métalliques incorporées dans un matériau, isolant et son emploi dans l'exécution tant des cuves isolantes que des enveloppes des disjoncteurs débrochables.
Un tel matériau permet de résoudre les trois problèmes soulèves par les réalisations des ensembles préfabriqués antérieurs :protection électrique du personnel par mise à la masse des armatures incorporées, étanchéité de la cuve par mise en contact intime, sans joints, des deux matériaux isolants de propriétés voisines; enfin réduction de dimension des cuves grâce à l'épaisseur de matériau isolant comprise entre les conducteurs sous tension et lesdites armatures incorporées.
Un ensemble préfabriqué selon 1'invention, à cellules juxtaposées comportant des cuves contenant des éléments immergés dans le liquide isolant qu'elles contiennent et reliés par des traversées isolantes à des éléments extérieurs, les uns
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fixestels des cibles d'entrée et des câbles de sortie d'éner-
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gie, 9 G'(;
les autres debrochables, notamment des disjoncteur-- à fluide et à enveloppe isolante? est caractérise en co qu'un matériau composite 'constitue parois, au moins celles des récipients 9 cuves et non protégés par les parois extérieures conductrices de leurs cellules respectives et en ce que les traversées isolantcc font partie intégrante des parois des cuves et assurent l'étanchéité de celles-ci.
Les buts et avantages de la présente invention appa-
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raitront dans la description -suivante as<30eiè aux dessins où : - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'une cellule
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comportant une liaison par câble et un disjoncteur débrocliable, - la figure 2 est une vue en coupe d'un élément de paroi, - la figure 3 est une vue en coupe, plus détaillée, d'une des
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cuves de la cellule du la figure avec cloche d'embrochée et départ par cdble double muni d'un transformateur de courant. - la figure 4 est une: vue on coupe d'une cuve comportant un
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transformateur de tension et un alvéole pour 'coupr,-ciroui't., - les 5 5 et 6 (le-. due tro-verouc étanches pour le paot.:a(:,c d'un c<1blc de connexion, avec un appareil électrique dans la cuve.
Dans la cellule de 1,-t 'f.i(;.tl'c 1, des boites olblou tripolaires non T'ùpr{st::n1:t;,;G, COJpOl'tU'li; pour 0h:;tqu.<, phono deux câbles et deux traverse ?s 1, concct' parallèle, ;on1; alisicntës par un jeu de carrR 2, é: 'trvr:r::: un <iisjor.ctu<ar 3 comportant avantsgouccxent ds brocher '1il'ief:ofj 1,Y<;r; le haut et :.?pénétrant ,lz.ns 1=z ai.?<4011r ii olai>tz 6 et 7 i'oxr.i;it cJ,>=iir;J et sit.-i4tJ au-tio,zu3 da disjoncteur. L(';:3 cork,luctcuJ:,a Ho'j
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tension, et non isolés sont situes essentiellement à la partie supérieure de la cellule, et celle-ci comporte deux cuves 8 et emplies d'un liquide isolant de rigidité diélectrique élevée, avantageusement de l'huile.
La zone 10, de la partie supérieure, ne contient pas de liquide isolant et peut ranfermer du matériel à basse tension, tel que des appareils de mesura et des relais.
Les cuves 8 et 9 sont réalisées en résine synthétique isolante comportant des armatures métalliques incorporées. Avec un tel matériau composite on assure à la fois l'isolement et la rigidité diélectrique requise, tout en maintenant la continuité électrique des enveloppes en reliant lesdites armatures à la terre.
Une enveloppe métallique 11 entoure la partie inférieure de la cellule ainsi que le compartiment 10 situé au niveau de la cuve 9.
La figure 2 représente une coupe de la paroi gauche de la cuve 8. Le matériau composite de cette paroi comprenant, res- pectivement de l'extérieur vers l'intérieur de la cuve ; une couche isolante 12 de faible épaisseur;, avantageusement de l'ordre du millimètre, une surface métallique 13 à perforation, reliée au circuit principal de terre de la cellule et enfin une seconde couche isolante 14 sensiblement plus épaisse, avantageusement de l'ordre de trois ù quatre millimètres.
Les perforations de la surface métallique du type tôle perforée, sont de dimension-- suffisantes pour permettre l'accro- chage du matériau isolant; celui-ci formant les couches 12 et 14 est avantageusement constitue d'une résine polyester armée de .'libre de verre. Le choix de l'épaisseur des parois est déterminé par la résistance mécanique et la rigidité @iélectrique du, maté- riau isolant utilise.
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La. disposition adoptée en .'.'l..eaiÂS. i: lu terre une c;::<,loppe métallique incorporée a 1:1 1':11'01, augure la protection 81ectX'.'.qu0 :Je l'utilisateur. La couche isolante 1<µ ii l'ir.1;81'it'U1' d'une cuve est d'épaisseur euZfif.a21\;C pour réduire tl"q renciblement les distances -2:ntru les CO?1,XliC't?'t .1.':s sous C2::'Cit . 11 lntérieur de cslle-ci et l'anJaura incorporée ainsi que-, ±%rentuellement, l'enveloppe cxteri'.?u-re voisine, toutes deux 6tant mises à la masse; alors que l'"'[nploi d'une cuve purement môtal- lique aurait entraîna un accroissement sensible des distances
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électriques nécessaires entre l:iùCNj sous tension et oassc.
L'existence d'un isoicnen4. extérieur le long des parois des cuves permet dgalement deréduire en certains points la longueur des lignes de fuite.
L'enveloppe du disjoncteur triphasé débrochable 3 eat réalisée dans le même matériau composite que les cuves 8 et 9.
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Un tel matériau permet de réa-liser les séparations purement isolantes, usuellement miscs.cctre les pôles des trois phases, en même temps que ladite enveloppe, formant alors partie intégrante de celle-ci.
L'armature métallique, incorporée dans l'isolant des
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cuves ei; destinée à. la protection électrique, peut également servir de moule do polymérisation pour la résine synthétique, supprimant ainsi l'emploi d'un moule séparé.
Réciproquement, la présence d'une armature incorporée au matériau isolant n'est impérative pour les parois des cuves
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et celles de l'enveloppe d'un disjoncteur débronab1e que lorsqu'elles ne sont pas protégées par la paroi métallique de la cellule. Ainsi, figure 1, 1 enveloppe du disjoncteur 3 peut tout aussi bien être en matériau purement isolant, celle-ci
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étant protégée par le caisson métallique 11 de la cellule. Cela permet d'avoir une enveloppe de volume plus faible,donc à volume d'huile réduit, les distances entre pièces sous tension du disjoncteur et caisson à la masse étant suffisamment impor- tantes.
Pour résister aux fortes pressions apparaissant durant la coupure, l'enveloppe purement isolante est alors armée de fibres de verre, de disposition et d'orientation cotimale pour assurer la tenue mécanique voulue.
Les coupes des cuves 8 et 9, tant sur la figure 1 que sur la figure 3, donnent une vue d'ensemble de la manière dont sont résolus les problèmes d'étanchéité au niveau d'une cuve ot d'assemblage des cuves dans une même cellule.
Les cloches d'embrochage telles que celles 6 et 7, respectivement.des cuves 8 et 9, ainsi que les manchons iso- lants15 et 16,dans lesquels sorza- fixés les câbles, font corps avec le fond de leurs cuves respectives, éliminant tous les problèmes de l'étanchéité des joints individuels utilisés jusqu'alors entre chaque traversa isolante et la paroi corres- pondante.
Ce mode d'intégration des diverses traversées d'une môme cuve aux parois de celle-ci est facile à étendre au cas des traversées communes à deux cuves juxtaposées:; ainsi, plu- sieurs cuves peuvent être réunies par assemblage du type à bride ou à collage. En particulier, pour la cuve 9 du jeu de barres 2, celui-.ci étant généralement commun à plusieurs cellules, voire à tout l'ensemble préfabriqué, le procédé de réunion de cuves élémentaires permet d'obtenir l'équivalent de ¯.la cuve de grande longueur nécessaire et non représentée sur la Figure 1 .
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Comme le montre la figu.re 3, on a utilisé les câbles traversant les manchons 15 et 16 pour constituer le primaire du transformateur de courant, cols évite de loger dans la cuve, à la fois des conducteurs isolés et des traversées supplémentaires.
Le circuit magnétique dudit transformateur muni de l'enroulement secondaire est représenté en 17, placé tout simplement autour des manchons 15 et 16 d'entrée des deux câbles correspondants d'alimentation en parallèle, de la cellule; grâce au matériau. composite de la cuve 8, la réalisation d'un transformateur de courant se trouve sensiblement simplifiée par cotte possibilité d'intégration à partir des manchons d'amenée de courant et sans cuve additionnelle.
De la même manière, cn peut simplifier le montage du transformateur do tension placée en série avec un coupe-circuit.
Sur la figure 4, le -transformateur le tcnoion 18, monté dans une cuve à part, est relie au coupa-circuit 19 par une connexion 20 et un contact glissant 21 formé par une lame
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fixée sur ledit coupe-circuit : ce d::rnÍl;1' uni lui-ra6ruc relié, on position d'embrochuse, à la connexion 22 par le contact entre la lame 23 fixée sur lu coupe-circuit et la pièce 24 fixée sur ladite connexion 22 d'arrivée de tension.
Il est, en effet, plus économique d'utiliser des
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coupe-circuit de oéris et non ttanchez qui dur; coupe-circuit spéciaux et onéreux, 6tanchr:s . l'huile. Comme, d'autre 1)'11'1., un coupe-circui t inversé danc t.n liquide c::: w ;noir::; facile 1 remplacer qu'un coup3-circui t 1.: X !.rio\lr, iaann i.a:=:> ^r orpr< le fonctionnement du pos : c, on lotù chacun ri J (;:1)X el - un tube isolant 25 pouvant ooul-icsor n l'sn<4rj,;ar rir. la cloche isolantc 26, a étanchéité obtenue {;#-';0 prc1:',jç.r.:h:M, pfiir intégra- tion au fond de la cuve.
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Le tube 25 est monté sur un tiroir coulissant 27 dont le guidage est assure par une tigo 28 solidaire dudit tiroir et se déplaçant à l'intérieur dos tubes 29 et 30. Le tube 30 forme lui-même butéc pour l'excroissance 31 montée à l'extrémité de la tige 28, opposée au tiroir 27 et arrête celui-ci en position de débrochage, interdisant ainsi l'accès à la pièce métallique 24 sous tension et placée au fond de la cloche 26 : le tube isolant 25 no peut plus, en effet, être sorti de la clcche 26.
Les tubes 29 et 30 sont rcliés aux armatures métalliques mises à la tcrro. Le remplacement d'un coupe-circuit 19 sc fait en dépla- çant vers le bas le tiroir 27 et, lorsque ce dernier se trouve on position do débrochago, on enlève ledit coupe-circuit en le tirant vers le bas et en faisant légèrement pivoter vers la droite son extrémité inférieure.
L'invention a égale. nent pour objet des dispositifs pour la liaison' étanche, à travers la paroi do la cuve, entre un conducteur do connexion c@ un appareil immergé dans ladite cuve.
Dans le dispositif selon la figure 5, la liaison électrique entre le conducteur et l'appareil immergé est réalisée au moyen d'un manchon isolant cylindrique rigide, à l'intérieur duquel .:.st scellée l'extrémité du câble à raccordors
La figure 6 montre ce même dispositif utilisé comme circuit primaire isolé d'un croups de transformateurs à basse tension immergés dans la cuir, constituant l'équipement.
La figure 5 représente le raccordement entre un appareil quelconque, itué à l'intérieur d'une cuve métallique 41 @mplie d (un liquide isolant 42 et 'Un câble 43.
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Une bride isolante ou métallique de traversée 44, comportant deux plans de joints, assure l'étanchéité a la fois par rapport à la cuve 41 et par rapport à un cornet métallique 45 soudé directement sur la gainemétallique du câble. L'étanchéité est obtenu-.? au moyen de doublas joints toriques soûles 46, comprimés par le serrage de boulons tels que 47 fixant une bride 44 respectivement sur la cuve 41 et sur le cornet 45.
On peut également réaliser cette double étanchéité en utilisant une bague cylindrique filetée 43 comprimant la face supérieure du cornet 45 sur une portée appropriée de la bride 44 à l'aide de joints analogues aux précédents. Un épaulement 53 de la chambre isolante, assurant la pénétration de chaque câble dans la cuve, repose sur cette portée et est applique sur la bride 44 par l'intermédiaire d'un joint déformable assurant l'étanchéité entre le liquide contenu dans la cuve et l'intérieur de la traversée.
Le montage d'une extra'mité de câble ne comportant qu'un seul conducteur s'effectua comme suit : on prépare l'extré- mité du conducteur en dégageant une ligne de fuite suffisante entre la cosse et le déflecteur. On réalise ensuite les arrêts d'huile éventuels, et on reconstitue le déflecteur au moyen de tresses plombées. On sertit à l'extrémité du câble une cosse métallique portant à sa partie supérieure un cône de contact 56 qui permettra d'effectuer la liaison avec les appareils immergés dans la cuve. Après la préparation de chacune des extrémités des câbles, les conducteurs sont engagés dans des manchons isolants 50 qui sont eux-mêmes en place dan3 la bride 44 at @@@ut à la cuve 41.
Le câble est poussé jusqu'à la partie supérieure du manchon 50 dans la pièce de raccordement avec l'appareil immergé, et le cornet 45 est soudé à la .saine de plomb du câble. Après
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mise en place des joints, on serre 1'ensemble au moyen des boulons 47 et de la bague filetée 48 décrite précédemment.
Le câble étant ainsi placé dans sa position définitive et électriquement raccordé à l'appareil immergé, on emplit le manchon 50 d'un compound ou d'une résine polymérisable à froid 51.
Après solidification ou polymérisation du compound ou de la lésine, chaque conducteur du câble se trouve scellé de façon étanche dans son manchon 50, et est ainsi mis à l'abri des contacts avec l'huile emplissant la cuve 41.
Le compound ou la résine (matériau choisi do façon à éviter toute altération par le liquide isolant de la cuve) assure une étanchéité complète à la partie supérieure du manchon 50, et permet d'obtenir un isolement homogène, puisque le liquide isolant de la cuve recouvre entièrement les manchons, et élimine en particulier les inclusions d'air, difficilement évitables dans des boites unipolaires munies d'un couvercle.
De la même façon, le bloc de compound ou de résine contenu dans chacun des manchons 50 constitue un bouchon solide, résistant aux variations de pression qui peuvent apparaître à l'intérieur du câble, et évite ainsi le reflux dans la cuve dos matières d'imprégnation des conducteurs ou, inversement, l'écoulement dans le câble du liquide isolant de la cuve.
Selon une variante, la boîte formée de 1'extrémité du câble et du manchon peut être montée complètement emplie ct sertie à l'extérieur de la cuve, puis fixée sur la bride 44 solidaire du fond de la cuve 41. Il suffit ensuite de connecter la boite ainsi constituée aux appareils immergés dans la cuve.
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;c type d'cxtrtmité peut également itro utilise pour raccorder des cetblcs à des appareils dans des cuves à parois isolan ::!:# ;f1..1' ce cas, les manchons isolante peuvent faire partie d la cuve. Il suffit alors de fficttru en placo I-Î-,e3 brides "ur lesquelles sont déjà, montes 1(j,." cornets 45 et les câbles 43. Los rauchons isolants 50 peuvent cotre rendue
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solidaires de la cuve au moyen d'une soudure par rapprochement
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à haute fréquence. Ils peuvent 4cal>;ùi=nt faire partie de la cuve et être obtenus par 0xemtlu par déformation sous vide des
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parois.
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l'appareil itué dans la cuve ufit raccordé li un câble comportant plusieurs conducteurs, on intorcalc entru le cornet 45 et la bride 44 ux, rÓcipiont intvrm4di<airJ dans lequel on fait diverger les conducteurs du câble nprla;3 1'ooon8titution de l'isolement.
Le cG 1W:; plu8icurn conducteurs pénètre dans le récipient en i.rc.;rc:r:3e.nt le cornet 45 fixé do façon étanche sur la bride il1féri:JuTI- des récipients intercn diaires. Les conducteurs du c 3).c, après avoir divurge, triaversent séparément une bride .nut;a't.ruu montre de façon 11;anchc à la partie f.up6ri(;uru du recopient ù.;;Lirù4<iifiirc. L'cniJci;ble constitué par le cabic-ccmetj le récipient intermédiaire et 1
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bride, est ensuite fixé au fond de la cuve 41 par boulonnée
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avec interposition ,du joints a:r.trc les bridon 44 et la cuve, de la mOtBe façon qu... peui '''lU c:"'r,3.:. ne comportant qu'un hul conducteur.
Le dispositif selun l'invention peraet du ràli,ii;ir la pénétration dans un plan quelconque, de tout type '.E: câble à un ou plusieurs conducteurs. 1, 1 'i:.>t41,1;vr fi ';ii.; cuve cont'3-" nar.t un liquide isolant et C011PO)"Ül)'.-+': dec pure; 1:talliqu(,;[J ou isolantes. D;:;I1G la zonu du câble ou sont rl;ali:J6.;tJ la p6nût1'lttion et 1,'Ctanch4it4, lé C'3'.C'.:'-s4 C0mport'} non isolation complète et (:3 C .3W r'.. ia.ß::..^.i protêt :r;:-.1J; J..-...:z r.C'j.'.i: G''.:'.drl'
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La mise en oeuvre de cc dispositif ne fait appel qu'à des technologies courantes dans la réalisation des boites
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à câbles, et perzct f3 réduire le volume des rrt.C'"^±:, : #acconstitution dos isolements.
Pour réaliser l'ôta#eh4itô des extrémités de câbles, on peut utilicer des cospounss or!. de.3 r6oir:.\;8 polymérisabltes à froid telles que les résines époxyd.os 0JÁ les résines polyester. On -o,,ut noter un particulier que le rcmnlacement des compounds coules à chaud par dcn résines polyïaeri- sables à froid simplifie beaucoup la réalisation des boîtes à cibles.
En variante, pour réaliser la pénétration d'un câble dans une cuva contenant un liquide isolante on peut reconstituer l'étanchéité au moyen d'un ruban-age disposé 10 long de la corde du câble, et laisser pénétrer le liquide isolant do la cuve dans un manchon 50. Cette solution évite mêe l'emploi de
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résines polymcrioablos ou de compounds. Le dispositif selon 1'invention est utilisable quel que soit le typo do câble employé. Dans chaque cas, on fait correspondre la nature du compound ou de la résine de scellement au typo d'isolant du
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cttblc et, on pout procéder :linf1i pour toutes les variétés de câble à huile, stabilisée ou non, et de câbles à isolement plastique.
Selon la figure 6, dos noyaux de transformateurs 52, comportant un tore en métal magnétique et un bobinage secon- daire, sont places autour du manchon 50 traversé par des câbles
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Lic raccordenént aux appareils irnsn4ak ;t constituant 1c primaire des transfo:l.'md. tours. Culte disposition permet d'éviter d'inclure dans l'équipement contenu dans la cuve des conducteurs isolés, C:'1 vue do constituer le primaire des transfo!'l:1a.tcurs tores.
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On pjut 1&ai,-r#ni i:.2orporcr 'i.<.' 1.;1: tus.;i icol.l1:1t.:" Constituant 1;.> ronchons 50, 0:-:' boi>1:n,>, ;,1;:. 1, ;,1, sua*fit< -.'xt-ric'Ur0, des écrans c4:aliiq,J.:r foX".:J,:1.'1 co>i:1;#,ùa.iu,ai'J et rxx'Rcttant, rcû tt un; capacité >,>eon4ui 1 '*t ?: un 16tf.. C"tl')Ul. ; lampe, de contrôler ciircctemén.: iii pi6j,nci 'ii.; tonr'ion sur 1,.: extrémités du cable.
On doit comprendra ;jau la présente description n'a été donn,equlà titre d' uxct1plc non. limitatif út '1'\ t or. pi:ut, sans sortir du son cadru dtapplicat4-oii, due loinbru= changoments du détails de non'';agù ou de coi,ihi;ia1301:J t do dispositions des eldiicnts.
Ainsi, Itensorpblc 'ljr6fabriq..é il été décrit pour une alimentation triphasée; mais peut aussi bijn !-tria adapte . u".'1C
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alimentation.monophasée.
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La groupe de m's;r' do tension comprend souvent deux transformateurs monophasés imorgés, couplés on V, ffi8is tout autre groupe de mesure pi'at ttro utilisa. De raSmo, 10 coupecircuit dispose on séria' da.n,,; le circuit do --r,-sura do tension p-,ut 6tro autre que le fuBib''.<3 re:prÓscnté.
Le Datériau comp08itç puut égalemuit etro réalisé à
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partir de résine époxyde ou de toute autre résine isolante
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polymérisabla, arndc ou non do fibres do vorro.
Enfin, les travorsëcc étanches sont réalisables aussi bien par déformation do paroi de cuvo que par mowl:>c;J à part et polymérisation en commun sur .la paroi de la cuve ',,;. 'bien on
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exécution indépendante et ensuite collage sur la cuve.