EP0536039B1 - Disjoncteur ultra haute tension - Google Patents

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EP0536039B1
EP0536039B1 EP92402665A EP92402665A EP0536039B1 EP 0536039 B1 EP0536039 B1 EP 0536039B1 EP 92402665 A EP92402665 A EP 92402665A EP 92402665 A EP92402665 A EP 92402665A EP 0536039 B1 EP0536039 B1 EP 0536039B1
Authority
EP
European Patent Office
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tube
chamber
rod
interrupting
switch
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP92402665A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0536039A1 (fr
Inventor
Van Doan Pham
Joseph Martin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Holdings SA
Original Assignee
GEC Alsthom SA
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts

Definitions

  • the present invention relates to a breaking chamber for ultra high voltage comprising a main chamber comprising an insulating envelope containing permanent contacts and arcing contacts and an auxiliary chamber mounted in parallel to the main chamber which comprises an insulating envelope containing a opening varistor associated with a trip switch having an opening delay mechanism.
  • the present invention proposes to combine, inter alia, these two known techniques for producing a breaking chamber for a UHT circuit breaker meeting the overvoltage requirements.
  • an opening varistor instead of a resistor makes it possible to more effectively reduce overvoltages and to avoid having a blowing by compression on the trip switch. Indeed, thanks to its variable resistance with a large coefficient of non-linearity such as zinc oxide, the varistor adapts better with the circuit to reduce the overvoltage. Power outage residual is done automatically without blowing when the voltage decreases to zero.
  • the arrangement of the delay mechanism inside the envelope of the auxiliary chamber makes it possible to protect it from external effects such as rain, wind or hail.
  • the actuating member is a metal hose directly connected to the operating rod of the main chamber.
  • the varistor consists of a stack of varistors in the form of cylindrical pellets placed in an insulating tube.
  • the stop integral with the lower part of the rod is made of polytetrafluoroethylene
  • the invention also relates to a circuit breaker for ultra high voltage, multi-break at SF6, comprising breaking chambers, main and auxiliary, mounted in series, arranged vertically in a candle and equipped with distribution capacitors, with a main switching chamber per support column, the switching chambers of which conform to any one of claims 1 to 4.
  • Figure 1 is a partial sectional front view of a switching chamber according to the invention.
  • Figure 2 is a detail sectional view of the insertion device of the auxiliary chamber.
  • FIG. 3 represents a phase of a UHT circuit breaker equipped with such breaking chambers.
  • FIG. 1 the main switching chamber 1, the auxiliary chamber 2 and partially the support column 3 are shown.
  • the main chamber 1 is of the type of the breaking chamber described in the certificate of addition no. 2 503 448. It comprises an insulating envelope, for example made of ceramic, which comprises at its upper end a plate 5 connected to a first outlet current.
  • the envelope is surmounted by a cover 10 housing the two closing resistors, the first of which is formed by a stack of cylindrical resistive pellets, based on carbon for example, and the second of a stack of annular resistors arranged coaxially and outside the first.
  • a semi-mobile insertion device called an interlock switch, has a tubular insertion contact of the first resistance at its lower end and a tubular insertion contact of the second resistance at its upper part.
  • a second socket is connected to the lower plate 5A.
  • an auxiliary chamber 2 is mounted, the plates 5 and 5A of the main chamber 1 being connected respectively by the conductor 23 and by the conductive support plate 24 to the plates 21 and 22 of the auxiliary chamber 2
  • This chamber 2 comprises an insulating envelope 20, for example made of porcelain, in which is housed an opening varistor 26 associated with a trip switch 30, shown diagrammatically in FIG. 1.
  • a cover 11 extends the envelope 20 in order to allow the housing of the varistor 26 which consists of a stack of varistors in the form of cylindrical pellets, based on zinc oxide, arranged in an insulating tube 27, in a manner known per se.
  • the switch 30 is actuated by a mechanism directly connected to the operating rod 121 of the main chamber 1.
  • the latter is housed in an insulating column 120 supporting the main chamber 1.
  • the rod 121 is extended by a metal portion 122 connected to the mobile, conventional equipment of the main bedroom 1. It is also connected to a metal hose 123 fixed to the trip switch 30 and this hose 123 is placed in a rigid metal sheath 124.
  • Rings 200 and 201 are arranged below and above the chambers 1 and 2, in order to reduce the visual emanations (Corona effect) and to improve the dielectric strength of the breaking chamber and of the support insulator.
  • carbon-based resistive pads are mounted in series with the varistor discs 26 to limit the residual current to a certain value, in the event of a high restored voltage cut.
  • FIG. 2 shows precisely the trip switch 30 of the auxiliary chamber 2.
  • This switch is mounted on the lower plate 22 of the auxiliary chamber 2 through which the flexible pipe 123 passes through its sheath 124. More precisely, a metal support tube 31 is fixed on the plate 22 in which another metal tube 32 is slidably mounted. having at its lower end an insulating diametrical bar to which the end of the hose 123 is fixed by means of a washer. An electrical sliding contact connects the two tubes 31 and 32.
  • the upper end of the tube 32 is closed by an insulating washer 35. Inside the tube 32, is arranged a rod 37, for example of high resistance brass, which by its upper part passes through the washer 35 and supports a sleeve contact 53, preferably screwed and copper.
  • the lower part of the rod 37 has a diameter greater than that of the central part of the rod 37 and has a threaded bore 37B drilled at its lower end.
  • a shoulder 37C serves to support a ring 38, with a conical external profile, preferably made of polytetrafluoroethylene, and provided with an O-ring 39.
  • the conical ring 38 is held in place by the head of a bolt 40, screwed into the bore 37B with interposition of seals 41 and 42.
  • the head of the bolt 40 is electrically connected to the tube 32 by at least one contact finger 43.
  • a metal spring 34 is disposed between the shoulder 37C and the washer 35.
  • the tube 32 has a conical inner shoulder intended to receive the conical ring 38 in abutment.
  • a metal closure part 52 retaining the varistors 26 and provided with a tube 50 terminated by contact fingers 51 intended to cooperate with the sleeve 53 .
  • the setting of the insertion and deactivation time of the varistor 26 is done by the dimensioning of the switch 30.
  • a parameter is decisive, namely the length of the rod 37 under the sleeve 53 projecting from the washer 35, when the spring 34 is at the end of compression, and corresponding to the length of the displacement of the tube 32 before driving the rod 37 at the opening.
  • FIG. 3 is a diagrammatic view of a phase of a UHT multi-breaker circuit breaker with SF6, more precisely of 1150 kV comprising four chambers. For a voltage of 1500kV, it would include five chambers in series. The vertical arrangement is by candlelight with one chamber per support column, which facilitates the mechanical strength of the chambers.
  • the chambers are as described above, with their main chamber 1 containing the arrangement of closing resistors 6, the cut-off contacts 7 and the insertion switch 8 of the resistors 6, called the switching switch, and their auxiliary chamber 2 containing the opening varistor 26 and the trip switch 30 with delay mechanism.
  • distribution capacitors 4 are conventionally mounted.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Scissors And Nippers (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte à une chambre de coupure pour ultra haute tension comprenant une chambre principale comportant une enveloppe isolante contenant des contacts permanents et des contacts d'arc et une chambre auxiliaire montée en parallèle à la chambre principale qui comprend une enveloppe isolante contenant une varistance d'ouverture associée à un interrupteur de déclenchement présentant un mécanisme de retardement de l'ouverture.
  • Une telle chambre de coupure est décrite dans le document de brevet EP-A-0 444 568.
  • Il est connu que les surtensions de manoeuvre dans l'air atmosphérique ne suivent pas proportionnellement la hauteur d'isolement. C'est pourquoi, en ultra haute tension (tension supérieure ou égale à 1000 kV, appelée ci-après UHT), des surtensions de manoeuvre extrêmement faibles sont imposées aux disjoncteurs, par exemple 1,6 pu au lieu de 3 pu admis en 245 kV.
  • La revue de la CIGRE, Electra de janvier 1989 (n°122, pages 43,44) divulgue que les disjoncteurs UHT seront équipés de résistances de fermeture et de résistances d'ouverture.
  • Dans le certificat d'addition français n°2 503 448 déposé le 31 mars 1981 par la Déposante, est décrit un disjoncteur haute tension à gaz comprimé comprenant deux résistances de fermeture dont les dispositifs d'insertion sont solidaires, celui de la première résistance comprenant un contact semi-mobile tubulaire coopérant avec un contact relié à la seconde résistance qui est constituée d'une pile des résistances annulaires disposée coaxialement et à l'extérieur de la première résistance.
  • Dans ledit document de brevet EP-A-0 444 568 déposée par la Déposante, est divulgué un disjoncteur haute tension assisté par une varistance disposée dans une chambre distincte de la chambre de coupure, dite chambre auxiliaire, et montée en série avec un interrupteur de déclenchement comprenant un contact mobile réalisé sous la forme d'une tige métallique fixée à un flexible métallique reliant les deux chambres par l'intermédiaire d'un retardateur d'ouverture situé à l'extérieur de celles-ci et actionné par la tringle de commande de la chambre de coupure.
  • La présente invention propose d'associer, entre autres, ces deux techniques connues pour réaliser une chambre de coupure pour un disjoncteur UHT répondant aux exigences de surtension.
  • Pour ce faire, la chambre de coupure selon l'invention est caractérisée en ce que
    • la chambre principale comporte deux résistances de fermeture qui sont insérées par un dispositif semi-mobile dit interrupteur d'enclenchement mettant en fonction l'une des résistances, dite première résistance, avant l'autre, dite seconde résistance,
    • le mécanisme de retardement de l'ouverture de l'interrupteur de déclenchement est à inertie et situé à l'intérieur de l'enveloppe de la chambre auxiliaire,
    • cet interrupteur comprend un tube support métallique fixe dans lequel est monté coulissant longitudinalement un autre tube métallique relié électriquement au tube support et relié par son extrémité inférieure à l'extrémité d'un organe d'actionnement, l'extrémité supérieure du tube étant fermée par une rondelle isolante et traversée par une tige métallique reliée électriquement au tube et dont la partie supérieure supporte un manchon de contact coopérant avec des doigts de contact montés à l'extrémité inférieure de la varistance, la partie inférieure de la tige étant pourvue d'une butée conique destinée à coopérer avec un épaulement intérieur de forme conique complémentaire du tube, un ressort étant disposé à l'intérieur du tube et autour de la tige entre l'extrémité supérieur du tube et l'extrémité inférieure de la tige, le ressort étant détendu lorsque l'interrupteur est en position de repos enclenchée ou déclenchée.
  • L'utilisation d'une varistance d'ouverture au lieu d'une résistance permet de réduire plus efficacement les surtensions et d'éviter d'avoir un soufflage par compression sur l'interrupteur de déclenchement. En effet, grâce à sa résistance variable à grand coefficient de non linéarité tel que l'oxyde de zinc, la varistance s'adapte mieux avec le circuit pour réduire la surtension. La coupure du courant résiduel se fait automatiquement sans soufflage lors de la décroissance de la tension vers zéro.
  • La disposition du mécanisme de retardement à l'intérieur de l'enveloppe de la chambre auxiliaire permet de le protéger des effets extérieurs tels que la pluie, le vent ou la grêle.
  • Grâce au mécanisme de retardement à inertie, aucun dispositif retardateur spécifique séparé n'est à monter sur les chambres.
  • Selon un mode de réalisation préféré, l'organe d'actionnement est un flexible métallique directement relié à la tringle de manoeuvre de la chambre principale.
  • Ainsi est réalisée un dispositif de commande unique de la chambre principale et de la chambre auxiliaire particulièrement simple et fiable.
  • De préférence, la varistance est constituée d'une pile de varistances en forme de pastilles cylindriques disposée dans un tube isolant.
  • De préférence, la butée solidaire de la partie inférieure de la tige est en polytétrafluoroéthylène L'invention concerne également un disjoncteur pour ultra haute tension, multicoupure à SF6, comportant des chambres de coupure, principales et auxiliaires, montées en série, disposées verticalement en chandelle et équipées de condensateurs de répartition, avec une chambre de coupure principale par colonne support, dont les chambres de coupure sont conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 4.
  • L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode de réalisation.
  • La figure 1 est une vue de face en coupe partielle d'une chambre de coupure conforme à l'invention.
  • La figure 2 est une vue en coupe de détail du dispositif d'insertion de la chambre auxiliaire.
  • La figure 3 représente une phase d'un disjoncteur UHT équipé de telles chambres de coupure.
  • Sur la figure 1, sont représentées la chambre de coupure principale 1, la chambre auxiliaire 2 et partiellement la colonne support 3.
  • La chambre principale 1 est du type de la chambre de coupure décrite dans le certificat d'addition n°2 503 448. Elle comprend une enveloppe isolante, par exemple en céramique, qui comporte à son extrémité supérieure un plateau 5 relié à une première prise de courant. L'enveloppe est surmontée d'un capot 10 logeant les deux résistances de fermeture, dont la première est formée d'un empilage de pastilles résistives cylindriques, à base de carbone par exemple, et la seconde d'une pile de résistances annulaires disposées coaxialement et à l'extérieur de la première. Un dispositif semi-mobile d'insertion, dit interrupteur d'enclenchement, comporte à son extrémité inférieure un contact d'insertion tubulaire de la première résistance et à sa partie supérieure un contact d'insertion tubulaire de la seconde résistance. Une seconde prise de courant est reliée au plateau inférieur 5A.
  • En parallèle à cette chambre principale 1, est montée une chambre auxiliaire 2, les plateaux 5 et 5A de la chambre principale 1 étant reliés respectivement par le conducteur 23 et par la plaque conductrice de support 24 aux plateaux 21 et 22 de la chambre auxiliaire 2. Cette chambre 2 comprend une enveloppe isolante 20, par exemple en porcelaine, dans laquelle est logée une varistance d'ouverture 26 associée à un interrupteur de déclenchement 30, schématisé sur la figure 1. Un capot 11 prolonge l'enveloppe 20 afin de permettre le logement de la varistance 26 qui est constituée d'une pile de varistances en forme de pastilles cylindriques, à base d'oxyde de zinc, disposée dans un tube isolant 27, de façon connue en soi.
  • L'interrupteur 30 est actionné par un mécanisme directement relié à la tringle de manoeuvre 121 de la chambre principale 1. Cette dernière est logée dans une colonne isolante 120 supportant la chambre principale 1. La tringle 121 est prolongée par une portion métallique 122 reliée à l'équipage mobile, classique, de la chambre principale 1. Elle est également reliée à un flexible métallique 123 fixé à l'interrupteur de déclenchement 30 et ce flexible 123 est placé dans une gaine rigide métallique 124.
  • Des anneaux 200 et 201 sont disposés au-dessous et au-dessus des chambres 1 et 2, afin de réduire les effluves visuels (effet Corona) et d'améliorer la tenue diélectrique de la chambre de coupure et de l'isolateur de support.
  • De préférence, des pastilles résistives à base de carbone sont montées en série avec les disques de varistance 26 pour limiter le courant résiduel à une certaine valeur, en cas de coupure de tension rétablie élevée.
  • La figure 2 représente précisément l'interrupteur de déclenchement 30 de la chambre auxiliaire 2.
  • Cet interrupteur est monté sur le plateau inférieur 22 de la chambre auxiliaire 2 au travers duquel passe le flexible 123 dans sa gaine 124. Plus exactement est fixé sur le plateau 22 un tube support métallique 31 dans lequel est monté coulissant longitudinalement un autre tube métallique 32 présentant à son extrémité inférieure une barrette diamétrale isolante à laquelle est fixée par l'intermédiaire d'une rondelle l'extrémité du flexible 123. Un contact glissant électrique relie les deux tubes 31 et 32.
  • L'extrémité supérieure du tube 32 est fermée par une rondelle isolante 35. A l'intérieur du tube 32, est disposée une tige 37, par exemple en laiton de haute résistance, qui par sa partie supérieure traverse la rondelle 35 et supporte un manchon de contact 53, de préférence vissé et en cuivre.
  • La partie inférieure de la tige 37 est de diamètre supérieur à celui de la partie centrale de la tige 37 et présente un alésage fileté 37B percé à son extrémité inférieure. A proximité de l'extrémité inférieure de la partie 37A, un épaulement 37C sert d'appui à une bague 38, à profil extérieur conique, réalisée de préférence en polytétrafluoroéthylène, et munie d'une bague torique 39. La bague conique 38 est maintenue en place par la tête d'un boulon 40, vissé dans l'alésage 37B avec interposition de joints 41 et 42. La tête du boulon 40 est connectée électriquement au tube 32 par au moins un doigt de contact 43. Un ressort métallique 34 est disposé entre l'épaulement 37C et la rondelle 35.
  • Le tube 32 présente un épaulement intérieur conique destiné à recevoir en butée la bague conique 38.
  • A l'extrémité inférieure de la pile de varistances 26 logée dans le tube isolant 27 est montée une pièce de fermeture 52 métallique retenant les varistances 26 et pourvue d'un tube 50 terminé par des doigts de contact 51 destinés à coopérer avec le manchon 53.
  • Le fonctionnement de cet interrupteur de déclenchement est le suivant:
    • en position fermée (figure 2), le manchon de contact 53 est en contact avec les doigts 51, la varistance est insérée et le ressort 34 est détendu;
    • à l'ouverture de l'interrupteur 30, le tube 32 est tiré vers le bas par le flexible 123, comprimant le ressort 34; en raison de leur inertie, la tige 37 et le manchon 53 restent immobiles, de sorte que la varistance reste insérée grâce à cet agencement que l'on peut qualifier de retardateur; lorsque le ressort 34 arrive en fin de compression, la tige 37 est entraînée vers le bas sans à-coup grâce à l'épaulement conique du tube 32 coopérant avec la bague conique 38 et sa bague torique 39; le manchon 53 et les doigts 51 se séparent et la varistance 26 est désinsérée.
  • Le réglage du temps d'insertion et de désinsertion de la varistance 26 se fait par le dimensionnement de l'interrupteur 30. En particulier, un paramètre est déterminant, à savoir la longueur de la tige 37 sous le manchon 53 faisant saillie de la rondelle 35, lorsque le ressort 34 est en fin de compression, et correspondant à la longueur du déplacement du tube 32 avant entraînement de la tige 37 à l'ouverture.
  • La figure 3 est une vue schématique d'une phase d'un disjoncteur UHT multicoupure à SF6, plus précisément de 1150 kV comportant quatre chambres. Pour une tension de 1500kV, il comprendrait cinq chambres en série. La disposition est verticale en chandelle avec une chambre par colonne support, ce qui facilite la tenue mécanique des chambres.
  • Les chambres sont telles que décrites ci-dessus, avec leur chambre principale 1 contenant l'agencement de résistances de fermeture 6, les contacts de coupure 7 et l'interrupteur d'insertion 8 des résistances 6, dit interrupteur d'enclenchement, et leur chambre auxiliaire 2 contenant la varistance d'ouverture 26 et l'interrupteur de déclenchement 30 à mécanisme de retardement. Aux bornes de ces chambres, sont montés de façon classique des condensateurs de répartition 4.
  • Le fonctionnement d'un tel disjoncteur est le suivant:
    • à la fermeture,
      l'interrupteur d'enclenchement 8 est fermé en premier lieu et insère la première résistance de fermeture dans le circuit environ 10ms avant l'entrée en contact des contacts d'arc de la chambre principale; environ 5ms avant l'entrée en contact des ces contacts d'arc, on insère la seconde résistance de fermeture et en même temps l'interrupteur de déclenchement 30 se referme mettant la varistance 26 dans le circuit; la fermeture des contacts d'arc court-circuite ensuite à la fois les résistances de fermeture 6 et la varistance d'ouverture 26.
    • à l'ouverture,
      grâce au mécanisme retardateur de l'interrupteur 8, les résistances de fermeture 6 ne sont pas insérées dans le circuit à la séparation des contacts d'arc; les contacts permanents se séparent en premier lieu puis c'est le tour des contacts d'arc; environ 10ms après la séparation des contacts d'arc de la chambre principale 1, les contacts de l'interrupteur de déclenchement 30 se séparent pour couper le courant résiduel traversant la varistance 26.

Claims (5)

  1. Chambre de coupure pour ultra haute tension comprenant une chambre principale (1) comportant une enveloppe isolante contenant des contacts permanents et des contacts d'arc et une chambre auxiliaire (2) montée en parallèle à la chambre principale (1) qui comprend une enveloppe isolante (20) contenant une varistance d'ouverture (26) associée à un interrupteur de déclenchement (30) présentant un mécanisme de retardement de l'ouverture,
       caractérisée en ce que
    - la chambre principale (1) comporte deux résistances de fermeture (6) qui sont insérées par un dispositif semi-mobile dit interrupteur d'enclenchement (8) mettant en fonction l'une des résistances, dite première résistance, avant l'autre, dite seconde résistance,
    - le mécanisme de retardement de l'ouverture de l'interrupteur de déclenchement (30) est à inertie et situé à l'intérieur de l'enveloppe (20) de la chambre auxiliaire (2),
    - cet interrupteur (30) comprend un tube support métallique fixe (31) dans lequel est monté coulissant longitudinalement un autre tube métallique (32) relié électriquement au tube support (31) et relié par son extrémité inférieure à l'extrémité d'un organe d'actionnement (123), l'extrémité supérieure du tube (32) étant fermée par une rondelle isolante (35) et traversée par une tige (37) métallique reliée électriquement au tube (32) et dont la partie supérieure supporte un manchon de contact (53) coopérant avec des doigts de contact (51) montés à l'extrémité inférieure de la varistance (26), la partie inférieure de la tige (37) étant pourvue d'une butée conique (38) destinée à coopérer avec un épaulement intérieur de forme conique complémentaire du tube (32), un ressort (34) étant disposé à l'intérieur du tube (32) et autour de la tige (37) entre l'extrémité supérieur du tube (32) et l'extrémité inférieure de la tige (37), le ressort (34) étant détendu lorsque l'interrupteur (30) est en position de repos enclenchée ou déclenchée.
  2. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'actionnement est un flexible métallique (123) directement relié à la tringle de manoeuvre (121) de la chambre principale (1).
  3. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la varistance (26) est constituée d'une pile de varistances en forme de pastilles cylindriques disposée dans un tube isolant (27).
  4. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la butée (38) solidaire de la partie inférieure de la tige (37) est en polytétrafluoroéthylène
  5. Disjoncteur pour ultra haute tension, multicoupure à SF6, comportant des chambres de coupure, principales (1) et auxiliaires (2), montées en série, disposées verticalement en chandelle et équipées de condensateurs de répartition (4), avec une chambre de coupure principale (1) par colonne support (3), caractérisé en ce que les chambres de coupure sont conformes à l'une quelconque des revendications précédentes.
EP92402665A 1991-10-02 1992-09-29 Disjoncteur ultra haute tension Expired - Lifetime EP0536039B1 (fr)

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FR9112118 1991-10-02
FR9112118A FR2682219B1 (fr) 1991-10-02 1991-10-02 Disjoncteur ultra haute tension.

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EP0536039A1 EP0536039A1 (fr) 1993-04-07
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EP (1) EP0536039B1 (fr)
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AT (1) ATE146896T1 (fr)
BR (1) BR9203847A (fr)
CA (1) CA2079555C (fr)
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