EP0599742B1 - Mécanisme d'ouverture et de fermeture pour interrupteur électrique moyenne ou haute tension - Google Patents

Mécanisme d'ouverture et de fermeture pour interrupteur électrique moyenne ou haute tension Download PDF

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EP0599742B1
EP0599742B1 EP19930420453 EP93420453A EP0599742B1 EP 0599742 B1 EP0599742 B1 EP 0599742B1 EP 19930420453 EP19930420453 EP 19930420453 EP 93420453 A EP93420453 A EP 93420453A EP 0599742 B1 EP0599742 B1 EP 0599742B1
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EP
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auxiliary
contact
circuit
movable
main
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Roger Bolongeat-Mobleu
Peter Malkin
Olivier Cardoletti
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Schneider Electric SE
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Schneider Electric SE
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    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
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    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6661—Combination with other type of switch, e.g. for load break switches

Definitions

  • the invention relates to a medium or high electric switch or circuit breaker voltage.
  • the invention aims to remedy these drawbacks.
  • the switch further comprises a second auxiliary circuit, by example a vacuum interrupter, arranged in parallel with said main circuit and said auxiliary circuit, and provided with arcing contacts.
  • a second auxiliary circuit by example a vacuum interrupter, arranged in parallel with said main circuit and said auxiliary circuit, and provided with arcing contacts.
  • the invention applies in particular to switches and circuit breakers in which the main circuit and the auxiliary circuit is immersed in an insulating gas with dielectric strength high, such as sulfur hexafluoride (SF6), the second auxiliary circuit being consisting of a vacuum interrupter which also bathes in insulating gas.
  • an insulating gas with dielectric strength high such as sulfur hexafluoride (SF6)
  • SF6 sulfur hexafluoride
  • the second auxiliary circuit being consisting of a vacuum interrupter which also bathes in insulating gas.
  • the tight or non-sealed enclosure 4 of the switch is filled with air or a gas dielectric such as sulfur hexafluoride (SF6) and has an arrival range of current 1 and a starting range of current 2.
  • the arrival range 1 is divided into three conductive branches 1a, 1b and 1c.
  • the two branches 1a and 1b carry respectively at their end two fixed main contacts 30a and 30b, while the branch lc carries at its end a fixed auxiliary contact 35.
  • the fixed main contacts 30a and 30b are capable of cooperating with contacts main mobiles 20a and 20b pivotally mounted about an axis 3; the contact fixed auxiliary 35 cooperates with a movable auxiliary contact 25, also mounted at pivot around axis 3.
  • the axis 3 is carried by two fixed conductive branches 2a and 2b which meet at the level of the starting range 2.
  • the movable auxiliary contact 25 is electrically connected to the branches 2a and 2b, therefore to the start 2, by means of an electrical connection 4.
  • the auxiliary circuit formed by the auxiliary contacts 25, 35 is therefore arranged in parallel to the main circuit formed by the main contacts 20a, 20b, 30a and 30b.
  • two plates 28a and 28b arranged on either side of the contact mobile auxiliary 25, also pivotally mounted about the axis 3, traversed by the drive rod and biased towards each other by means of a spring 27 disposed on an axis 29, each carry two hemispherical housings 26a and 26b.
  • a ball 26 housed in a bore in the movable auxiliary contact 25, is maintained in one or the other pair of housings 26a or 26b.
  • the assembly formed by the movable auxiliary contact 25, the two plates 28a and 28b, the housings 26a and 26b, the spring 27 and the ball 26, constitute a mechanism for ball lock with two pseudo-stable positions, which allows the introduction of variations in relative angular positions between the main contacts on the one hand mobile 20a, 20b and secondly the mobile auxiliary contact 25.
  • a third electrical circuit comprising a vacuum interrupter 15 known per se, connected on the one hand to track 1 by the electrical connection 16, and on the other hand to track 2 by electrical connection 19, is arranged in parallel to the main and auxiliary circuits.
  • the movable rod 14 of the vacuum interrupter 15 is connected by a connecting rod 11 fitted with a spring 12 to the crank 9.
  • the spoiler 25a In the open position of the switch ( Figure 3), the spoiler 25a is in abutment on a fixed stop 5 and the ball 26 is positioned in the housings 26a of the two plates 28a and 28b. In other words, the movable auxiliary contact 25 is ahead of the main mobile contacts 20a and 20b.
  • crank 9 In order to close the switch ( Figure 4), the crank 9 is rotated around the axis 10.
  • the crank 9 drives the connecting rod 7, the drive rod 6 and by the even the two movable main contacts 20a and 20b and the two plates 28a and 28b. These in turn drive, through the ball locking mechanism, the movable auxiliary contact 25.
  • the movable auxiliary contact 25 comes into contact with the contact fixed auxiliary 15, the main contacts being always open.
  • the switch is equipped with the third circuit electric comprising the vacuum interrupter 15, the drive of the crank 9 control simultaneously opening and closing the vacuum interrupter 15.
  • the crank 9 and the connecting rod 11 forms a toggle mechanism, so that the closure of the contacts 15a and 15b of the bulb 15 is done only during the opening maneuvers and closing the switch ( Figures 4 and 6). In stable open or closed positions, the contacts 15a and 15b of the vacuum interrupter 15 remain open ( Figures 3 and 5).
  • Figure 7 gives an illustration of an opening and closing diagram of the three electrical circuits (main, auxiliary, vacuum interrupter) as a function of time.
  • O open stable position
  • the three circuits are naturally open.
  • Auxiliary contacts can be made of an arc-resistant material, and with possible compensation against their wear.
  • the preferred example described above is particularly well suited to a switch medium voltage or very high voltage, in which the sealed enclosure 1 is filled a dielectric gas such as SF6; the vacuum interrupter 15 will then bathe in this gas dielectric as already proposed in French patent FR-A-2,655,766.
  • a dielectric gas such as SF6
  • FIGS. 8 to 12 illustrate the claimed invention; their reference numbers are identical to those of the example described above with reference to FIGS. 1 to 7, for the common elements.
  • the drive rod 6 passes through the movable main contact 20a and is connected to the crank 9 by means of a connecting rod 7 articulated on the axis 8.
  • a second drive rod 6a passes through the movable auxiliary contact 25 and is connected to the crank 9 by means of a second connecting rod 7a articulated on the axis 8a.
  • the two rod-crank systems 7 and 7a being distinct and different, it becomes possible to introduce a continuous variation of the angular phase shift between the main contact mobile 20a and the mobile auxiliary contact 25 when the crank 9 is rotated.
  • open position of the switch ( Figure 9) the movable main contact 20a is substantially in phase with the mobile auxiliary contact 25.
  • the movable auxiliary contact 25 is respectively in advance or behind the moving main contact 20a. Therefore the cycles opening (O) and closing (F) of the switch shown in Figure 12 are symmetrical.
  • Figure 11 shows the switch in the closed position.
  • a third electrical circuit comprising a vacuum bulb 15 is arranged in parallel with respect to the main and auxiliary circuits.
  • the opening and closing diagram ( Figure 12) remains perfectly symmetrical.
  • the bulb circuit at vacuum will close first, followed by closing the auxiliary circuit, then the circuit main, and finally the bulb will open again.
  • the bulb circuit will close first, followed by the main circuit, then the auxiliary circuit, and finally the bulb will open at new.

Landscapes

  • Mechanisms For Operating Contacts (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Description

L'invention est relative à un interrupteur ou disjoncteur électrique moyenne ou haute tension.
De manière connue, par exemple d'après le document FR-A-2.494.493, un tel interrupteur comprend notamment :
un circuit principal doté d'au moins un contact principal fixe et d'au moins un contact principal mobile monté à pivotement autour d'un axe;
  • un circuit auxiliaire, encore appelé circuit de shuntage, disposé en parallèle par rapport au circuit principal et doté d'un contact auxiliaire fixe et d'un contact auxiliaire mobile monté à pivotement sur le même axe;
  • un mécanisme d'entraínement destiné à entraíner simultanément en rotation autour de l'axe en question, le contact principal mobile et le contact auxiliaire mobile.
L'inconvénient d'un tel interrupteur réside dans le fait qu'il existe un couplage direct et rigide en rotation entre le contact principal mobile et le contact auxiliaire mobile.
Il est par ailleurs connu, par exemple, d'après les documents US-A-3.215.803 et US-A-5.160.817, de faire varier le déphasage angulaire entre le contact principal mobile et le contact auxiliaire mobile.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
L'interrupteur selon l'invention est décrit dans la revendications 1.
De préférence, l'interrupteur comprend en outre un second circuit auxiliaire, par exemple une ampoule à vide, disposé en parallèle avec ledit circuit principal et ledit circuit auxiliaire, et doté de contacts d'arc.
L'invention s'applique notamment aux interrupteurs et disjoncteurs dans lesquels le circuit principal et le circuit auxiliaire baigne dans un gaz isolant à tenue diélectrique élevée, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), le second circuit auxiliaire étant constitué par une ampoule à vide qui baigne également dans le gaz isolant.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
  • La figure 1 est une vue schématique latérale d'un exemple utile à la compréhension de l'invention.
  • La figure 2 est une vue schématique de face du circuit principal et du circuit auxiliaire de l'exemple selon la figure 1.
  • Les figures 3 à 6 illustrent le fonctionnement de l'exemple selon les figures 1 et 2, l'interrupteur se trouvant respectivement en position ouverte (figure 3), puis en cours de fermeture (figure 4), puis en position fermée (figure 5), et enfin en cours d'ouverture(figure 6).
  • La figure 7 illustre un diagramme possible en ce qui concerne les séquences d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur selon cet exemple. Etant précisé que les figures 1 à 7 montrent des exemples utiles à la compréhension de l'invention.
  • La figure 8 est une vue schématique latérale d'un mode de réalisation de l'invention.
  • Les figures 9 à 11 illustrent le fonctionnement du mode de réalisation selon la figure 8, l'interrupteur se trouvant respectivement en position ouverte (figure 9), en cours de fermeture ou d'ouverture, (figure 10), et enfin en position fermée, (figure 11).
  • La figure 12 illustre un diagramme possible en ce qui concerne les séquences d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur selon le mode de réalisation. Etant précisé que les figures 8 à 12 portent sur l'invention revendiquée.
En référence aux figures 1 et 2, illustrant un exemple utile à la compréhension de l'invention, l'enceinte 4 étanche ou non de l'interrupteur est remplie d'air ou d'un gaz diélectrique tel que l'hexafluorure de soufre (SF6) et comporte une plage d'arrivée de courant 1 et une plage de départ de courant 2. La plage d'arrivée 1 se divise en trois branches conductrices 1a, 1b et 1c. Les deux branches 1a et 1b portent respectivement à leur extrémité deux contacts principaux fixes 30a et 30b, tandis que la branche lc porte à son extrémité un contact auxiliaire fixe 35.
Les contacts principaux fixes 30a et 30b sont susceptibles de coopérer avec des contacts principaux mobiles 20a et 20b montés à pivotement autour d'un axe 3; le contact auxiliaire fixe 35 coopère avec un contact auxiliaire mobile 25, également monté à pivotement autour de l'axe 3.
L'axe 3 est porté par deux branches conductrices fixes 2a et 2b qui se rejoignent au niveau de la plage de départ 2.
Le contact auxiliaire mobile 25 est relié électriquement aux branches 2a et 2b, donc au départ 2, au moyen d'une liaison électrique 4.
Le circuit auxiliaire formé par les contacts auxiliaires 25, 35 est donc disposé en parallèle par rapport au circuit principal formé par les contacts principaux 20a, 20b, 30a et 30b.
Une tige d'entraínement 6, parallèle à l'axe 3, traverse les contacts principaux mobiles 20a et 20b et est reliée à une manivelle 9 montée en rotation autour de l'axe 10 par l'intermédiaire d'un bielle 7 articulée sur l'axe 8.
Sur la figure 2, deux plaques 28a et 28b, disposées de part et d'autre du contact auxiliaire mobile 25, également montées à pivotement autour de l'axe 3, traversées par la tige d'entraínement et sollicitées l'une vers l'autre au moyen d'un ressort 27 disposé sur un axe 29, portent chacune deux logements hémisphériques 26a et 26b. Une bille 26 logée dans un alésage pratiqué dans le contact auxiliaire mobile 25, est maintenue dans l'une ou l'autre paire de logements 26a ou 26b.
L'ensemble formé par le contact auxiliaire mobile 25, les deux plaques 28a et 28b, les logements 26a et 26b, le ressort 27 et la bille 26, constituent un mécanisme de verrouillage à bille à deux positions pseudo-stables, qui permet d'introduire des variations des positions angulaires relatives entre d'une part les contacts principaux mobiles 20a, 20b et d'autre part le contact auxiliaire mobile 25.
En outre, selon un mode de réalisation préféré, un troisième circuit électrique comprenant une ampoule à vide 15 connue en soi, reliée d'une part à la plage 1 par la liaison électrique 16, et d'autre part à la plage 2 par la liaison électrique 19, est disposée en parallèle par rapport aux circuits principal et auxiliaire. La tige mobile 14 de l'ampoule à vide 15 est relié par une bielle 11 équipée d'un ressort 12 à la manivelle 9. On pourra avantageusement se reporter au document FR-A-2.655.766 qui décrit le mécanisme associé à l'ampoule à vide.
Le fonctionnement du mécanisme va maintenant être décrit en détail en référence aux figures 3 à 6.
En position ouverte de l'interrupteur (Figure 3), le becquet 25a se trouve en butée sur une butée fixe 5 et la bille 26 est positionnée dans les logements 26a des deux plaques 28a et 28b. En d'autres termes, le contact auxiliaire mobile 25 est en avance sur les contacts principaux mobiles 20a et 20b.
En vue de la fermeture de l'interrupteur (Figure 4), la manivelle 9 est mise en rotation autour de l'axe 10. La manivelle 9 entraíne la bielle 7, la tige d'entraínement 6 et par la même les deux contacts principaux mobiles 20a et 20b et les deux plaques 28a et 28b. Ces dernières entraínent à leur tour, au travers du mécanisme de verrouillage à bille, le contact auxiliaire mobile 25.
Dans un premier stade, le contact auxiliaire mobile 25 entre en contact avec le contact auxiliaire fixe 15, les contacts principaux étant toujours ouverts.
Puis dans un second stade (Figure 5), la pointe 25b du contact auxiliaire 25 vient heurter une butée 35a du contact auxiliaire fixe 35, ce qui a pour effet de basculer le mécanisme de verrouillage à bille dans la position 26b; simultanément, les contacts principaux mobiles 20a et 20b se ferment sur les contacts principaux fixes 30a et 30b.
Dans ce second stade, on s'apercevra donc que le mécanisme de verrouillage à bille activé en fin de course de fermeture, a permis de modifier le déphasage angulaire entre les contacts principaux mobiles 20a et 20b, et le contact auxiliaire mobile 25a. Ce déphasage est en fait devenu très faible, de sorte que lors de l'ouverture suivante de l'interrupteur (Figure 6), l'ouverture des contacts principaux et auxiliaires s'effectuera sensiblement au même moment. De préférence, l'ouverture des contacts principaux précèdera très légèrement l'ouverture du contact auxiliaire.
En fin de course d'ouverture, le becquet 25a vient heurter la butée 5 (Figure 3), ce qui a pour effet de basculer le mécanisme de verrouillage à bille dans la position initiale 26a, donc de faite varier le déphasage angulaire de sorte que lors de la fermeture suivante, la fermeture des contacts auxiliaires précède à nouveau la fermeture des contacts principaux.
Si, selon le mode de réalisation préféré, l'interrupteur est équipé du troisième circuit électrique comprenant l'ampoule à vide 15, l'entraínement de la manivelle 9 commande simultanément l'ouverture et la fermeture de l'ampoule à vide 15. La manivelle 9 et la bielle 11 forme un mécanisme à genouillère, de sorte que la fermeture des contacts 15a et 15b de l'ampoule 15 se fait uniquement au cours des manoeuvres d'ouverture et fermeture de l'interrupteur (Figures 4 et 6). En positions stables ouverte ou fermée, les contacts 15a et 15b de l'ampoule à vide 15 restent ouverts (Figures 3 et 5).
La figure 7 donne à titre illustratif un diagramme d'ouverture et de fermeture des trois circuits électriques (principal, auxiliaire, ampoule à vide) en fonction du temps. En position stable ouverte (O), les trois circuits sont naturellement ouverts. Lorsque la manoeuvre de fermeture est enclenchée, on assiste d'abord à la fermeture du circuit auxiliaire, puis à la fermeture de l'ampoule à vide, ensuite seulement la fermeture du circuit principal, et enfin, en fin de course de la manivelle 9, à la réouverture de l'ampoule à vide.
Par conséquent en position stable fermée (F), les circuits principal et auxiliaire sont fermés, tandis que l'ampoule à vide est ouverte. Lorsque la manoeuvre d'ouverture est déclenchée, on assiste d'abord à la fermeture de l'ampoule à vide, puis après un certain moment, à l'ouverture du circuit principal suivi immédiatement de l'ouverture du circuit auxiliaire, et enfin l'ouverture de l'ampoule à vide, pour se retrouver en position stable ouverte (O).
L'avantage d'une telle séquence réside dans le fait que lors de la fermeture de l'interrupteur, la fermeture du circuit auxiliaire précède la fermeture de l'ampoule à vide, le préamorçage se fait donc au niveau du circuit auxiliaire, éliminant ainsi les phénomènes bien connus de réamorçages multiples associés aux ampoules à vide qui génèrent des surtensions néfastes pour certaines applications, par exemple les moteurs moyenne tension.
En outre cela permet de réduire l'érosion sur les contacts principaux, ainsi que la force nécessaire à la fermeture des contacts principaux. Les contacts auxiliaires peuvent être réalisés en un matériau résistant à l'arc, et avec une éventuelle compensation contre leur usure.
L'exemple préféré décrit ci-dessus est particulièrement bien adapté à un interrupteur moyenne tension ou très haute tension, dans lequel l'enceinte étanche 1 est remplie d'un gaz diélectrique tel que le SF6; l'ampoule à vide 15 baignera alors dans ce gaz diélectrique tel qu'il a déjà été proposé dans le brevet français FR-A-2.655.766.
Les figures 8 à 12 illustrent l'invention revendiquée ; leurs numéros de référence sont identiques à ceux de l'exemple décrit ci-dessus en référence aux figures 1 à 7, pour les éléments communs.
On retrouve notamment l'enceinte 4, les plages d'arrivée et de départ 2, le contact principal fixe 30a, le contact auxiliaire fixe 35, le contact principal mobile 20a et le contact auxiliaire mobile 25, ces deux derniers étant montés à pivotement autour de l'axe 3. Le circuit auxiliaire est disposé en parallèle par rapport au circuit principal.
La tige d'entraínement 6 traverse le contact principal mobile 20a et est relié à la manivelle 9 par l'intermédiaire d'une bielle 7 articulée sur l'axe 8.
Une seconde tige d'entraínement 6a traverse le contact auxiliaire mobile 25 et est reliée à la manivelle 9 par l'intermédiaire d'une seconde bielle 7a articulée sur l'axe 8a. Les deux systèmes bielle-manivelle 7 et 7a étant distincts et différents, il devient possible d'introduire une variation continue du déphasage angulaire entre le contact principal mobile 20a et le contact auxiliaire mobile 25 lors de la rotation de la manivelle 9. En position ouverte de l'interrupteur (Figure 9) le contact principal mobile 20a est sensiblement en phase avec le contact auxiliaire mobile 25. En cours de fermeture ou d'ouverture (Figure 10), le contact auxiliaire mobile 25 est respectivement en avance ou en retard par rapport au contact principal mobile 20a. Par conséquent les cycles d'ouverture (O) et de fermeture (F) de l'interrupteur représentés à la figure 12 sont symétriques.
La figure 11 montre l'interrupteur en position fermée.
Selon un mode préféré, un troisième circuit électrique comprenant une ampoule à vide 15 est disposé en parallèle par rapport aux circuits principal et auxiliaire.
Si l'on adjoint l'ampoule à vide 15, cette dernière étant commandée de manière identique au premier mode de réalisation, le diagramme d'ouverture et de fermeture (Figure 12) reste parfaitement symétrique. A la fermeture, le circuit de l'ampoule à vide se fermera tout d'abord, suivi de la fermeture du circuit auxiliaire, puis du circuit principal, et enfin l'ampoule s'ouvrira à nouveau.
Inversement à l'ouverture, le circuit de l'ampoule se fermera tout d'abord, suivi de l'ouverture du circuit principal, puis du circuit auxiliaire, et enfin l'ampoule s'ouvrira à nouveau.

Claims (7)

  1. Interrupteur électrique comprenant :
    un circuit principal doté d'au moins un contact principal fixe (30a, 30b) et d'au moins un contact principal mobile (20a, 20b) monté à pivotement autour d'un axe (3);
    un circuit auxiliaire disposé en parallèle par rapport au circuit principal et doté d'un contact auxiliaire fixe (35) et d'un contact auxiliaire mobile (25) articulé autour dudit axe (3);
    un mécanisme d'entraínement (6 à 10) destiné à entraíner simultanément en rotation autour dudit axe (3), le contact principal mobile et le contact auxiliaire mobile, ledit mécanisme d'entraínement incluant un mécanisme de déphasage angulaire variable (26, 28a, 28b ; 6a, 7a, 8a, 9, 10) apte à faire varier les positions angulaires relatives du contact auxiliaire mobile et du contact principal mobile lors des manoeuvres de l'interrupteur, caractérisé par le fait que ledit mécanisme de déphasage angulaire comprend deux mécanismes bielle-manivelle simultanément entraínés par un arbre moteur commun, un premier mécanisme bielle-manivelle (6, 7, 8) associé au contact principal mobile et un second mécanisme bielle-manivelle associé (6a, 7a, 8a) au contact auxiliaire mobile, de manière à autoriser des variations continues du déphasage angulaire lors des manoeuvres de l'interrupteur.
  2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit circuit principal et ledit circuit auxiliaire baigne dans un gaz à forte tenue diélectrique tel que le SF6.
  3. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un second circuit auxiliaire (15) disposé en parallèle avec ledit circuit principal et ledit circuit auxiliaire, et doté de contacts d'arc.
  4. Interrupteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit second circuit auxiliaire comprend un contact d'arc mobile et un contact d'arc fixe, que lors d'une manoeuvre de fermeture, la fermeture des contacts d'arc s'effectue avant la fermeture des contacts auxiliaires, et que lors d'une manoeuvre d'ouverture l'ouverture des contacts auxiliaires précède l'ouverture des contacts d'arc.
  5. Interrupteur selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé par le fait que ledit second circuit auxiliaire (15) baigne également dans un gaz à forte tenue diélectrique tel que le SF6.
  6. Interrupteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que ledit second circuit auxiliaire est constitué par une ampoule à vide.
  7. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il constitue le circuit d'interruption d'un disjoncteur moyenne tension.
EP19930420453 1992-11-26 1993-11-16 Mécanisme d'ouverture et de fermeture pour interrupteur électrique moyenne ou haute tension Expired - Lifetime EP0599742B1 (fr)

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FR9214356 1992-11-26

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EP0599742A1 EP0599742A1 (fr) 1994-06-01
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JP (1) JPH06236717A (fr)
CN (1) CN1034304C (fr)
CA (1) CA2109986A1 (fr)
DE (1) DE69323160T2 (fr)
ES (1) ES2130239T3 (fr)

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