EP0797226B1 - Disjoncteur à haute tension avec une commande pour l'actionnement - Google Patents

Disjoncteur à haute tension avec une commande pour l'actionnement Download PDF

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EP0797226B1
EP0797226B1 EP97400628A EP97400628A EP0797226B1 EP 0797226 B1 EP0797226 B1 EP 0797226B1 EP 97400628 A EP97400628 A EP 97400628A EP 97400628 A EP97400628 A EP 97400628A EP 0797226 B1 EP0797226 B1 EP 0797226B1
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EP
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rod
resetting
breaker
circuit
spring
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EP97400628A
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EP0797226A1 (fr
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Michel Perret
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Grid Solutions SAS
Original Assignee
GEC Alsthom T&D SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
    • H01H3/3005—Charging means
    • H01H3/301—Charging means using a fluid actuator
    • 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
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator
    • H01H33/302—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator for fluid insulated switchgear, wherein the insulating fluid is also the working fluid

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage circuit breaker in which the cut is filled with a good property gas dielectrics, such as sulfur hexafluoride, under a pressure of a few bars.
  • a good property gas dielectrics such as sulfur hexafluoride
  • An object of the present invention is to provide a circuit breaker having both pneumatic and mechanical, in which the gas used for part of the circuit breaker operations is the isolation gas under breaking chamber pressure.
  • Fig. 1 shows, in elevation, a pole of breaker.
  • reference 1 designates a column insulator of a circuit breaker pole.
  • the column rests on a chassis 2 fixed to the ground, via a column insulator 1A provided with a lower metal flange 1B.
  • a fixed contact 3 is placed in the breaking chamber 4 filled with insulating gas such as hexafluoride sulfur SF6.
  • Room 4 is delimited, at its upper part, by a first flange 5 to which a first socket is fixed of current SA, and, at its lower part, by a second flange 7 to which a second outlet 7A is fixed.
  • the reference 8 designates a fixed blow piston.
  • the movable assembly includes contacts 9 and a nozzle 10 integral with a cylinder 11 cooperating with the piston 8.
  • the cylinder is connected to an operating rod 12 which passes through whether or not the flange 7 is leaktight.
  • This rod 12 is connected to a rod 13 forming part of the command which has been represented in FIG. 1 by the rectangle 14.
  • the control is fixed to the chassis 2 by means that are not represented; it is placed directly under the pole at maneuver.
  • FIG. 2 represents schematically in axial section an order according to the invention, in the configuration corresponding to the circuit breaker tripped during operation.
  • the control comprises a first spring 21, called trigger spring, leaning on the one hand against the lower flange 1B and on the other hand against a crown 22 integral with the rod 13.
  • the rod is immobilized, the spring 21 being compressed, by a stop 23 which can be retracted by an electromagnet comprising a rod 24 actuated by a trigger coil 25.
  • a return spring 25A and stroke limitation pins represented by unreferenced triangles complete the stop equipment 23. Such a stop is described for example in the document FR-A-2 741 473.
  • the order includes a cylindrical element of reset 34 sealingly passes through a wall 32A of an enclosure 32.
  • a low power spring, referenced 31, is arranged around the element 34 and is supported by a part on the upper internal wall 32A of the enclosure 32 and, on the other hand, on a shoulder 34A of the element cylindrical 34.
  • the element 34 is coaxial with the rod of operation 13.
  • the conduit 40 can be obstructed by a valve 41 controllable for example by an electromagnet comprising a coil 42.
  • the conduit 50 includes a small pneumatic pump 51 allowing to push back in the direction going from enclosure 32 in column 1A.
  • valve 41 When the circuit breaker is on, case of Fig. 2, valve 41 is open.
  • the pressure in enclosure 32 is equal to that which prevails in column 1A and which is several atmospheres.
  • the cylindrical element 34 is subjected to a force equal to the quotient of the differential pressure between the inside and the outside of the section enclosure of the cylindrical element. This force tends to move element 34 upwards, against the action of spring 31.
  • the movement is prohibited by the presence of a stop 43 can be retracted by an electromagnet comprising a rod 44 actuated by a release coil 45.
  • the equipment of the stop 43 is completed by a spring of recall and by lugs of stroke limitations not referenced and symbolized by triangles.
  • the rod 13 and the cylindrical element 34 are extended respectively by a rod 13A and a tube 34B, engaged one in the other. These elements are arranged so that during a trigger, the rod 13A moves without obstacle, and so that during a reclosing, the tube 34B drives the rod 13A.
  • An exemplary embodiment of this arrangement is given with reference to Figs. 6 to 13.
  • Fig. 3 shows the configuration of the control after the triggering.
  • the command can cycle comprising a closure F followed by an opening O.
  • Figs. 6 to 13 illustrate the embodiment and the operation of the rod 13 and of the element 34.
  • the rod 13 is terminated by a portion 13A of lower diameter.
  • a conical portion 13B separates the two portions of the stem.
  • the large diameter portion is secured to a cylinder 51.
  • Element 34 is a rod which is extended by a tubular portion 34B. This rod slides so watertight through the wall 32A of the enclosure 32 previously described.
  • the tubular portion carries at its end housings for balls 52, for example three balls arranged at 120 ° from each other.
  • a movable tube 55 surrounds the rod 13A and the portion tubular 34B.
  • the inner diameter of the tube 55 is chosen to come into contact with the balls 52 when these are based on the portion 13B of the rod 13.
  • the tube 55 has at its end near the cylinder 51, an internal conical ramp 55A, so that the thickness of the tube at its end opposite the cylinder 51 is weaker than that of the rest of the tube.
  • the diameter of the cylinder 51 is chosen so that the tube 55 can come in press against the end of the cylinder and allow pushing from cylinder 51 through tube 55.
  • the tube 55 carries a crown 56 serving to support a end of a spring 57 whose other end is supported on the wall 32A.
  • the spring is surrounded by a sleeve 58 fixed by one end to the wall 32A and carrying to its other end of a crown 59.
  • Fig. 6 corresponds to a configuration in which the circuit breaker is closed.
  • the tube 55 is in contact with the cylinder 51, the spring 57 is relaxed, the end of the tubular portion 34B is engaged around the end of the rod 13A, the balls being in simultaneous contact with the rod 13A and with tube 55.
  • Opening the circuit breaker results in the displacement to the right of the rod 13-13A under the action of the trigger spring described above.
  • Spring 57 is compressed.
  • the balls 52 are located on ramp 13B and in the vicinity of the ramp 55A.
  • a reset operation is manifested by a displacement to the left of the rod 34 which pushes the rod 13A because the balls are then resting on the conical part 13B and trapped by the tube 55.
  • the tube 55, pushed by the spring 57 follows the movement.
  • the crown 56 reaches the crown 59, the movement of the tube 55 is stopped.
  • the rod 34B continues its movement over a few millimeters, which allow the balls to climb on the ramp 13B and disconnect parts 13-13A and 34B (Fig. 8). Movement of element 34-34B has an overtravel of a few millimeters (12 for example) which allows the stop hooking the rod 13-13A back into place.
  • the configuration is then that of Fig. 9.
  • Resetting is carried out by moving towards the right of the rod figure 34-34B (Fig.11). At the beginning of the race, the tube 55 remains stationary. When the balls 52 reach the ramp 13A (Fig.12), the tube 55 is driven to its turn compressing the spring 57. A slight overtravel (3 millimeters for example) allow the stopper to reset to return to position.
  • the command is in the configuration of Fig. 13, ready to perform a closing operation.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

La présente invention est relative à un disjoncteur à haute tension dans lesquel la chambre de coupure est remplie d'un gaz à bonnes propriété diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars.
On connaít, pour la manoeuvre de tels disjoncteurs, des commandes mécaniques, à ressorts, et des commandes hydrauliques.
On pourra se référer, pour illustrer l'état de la technique, aux TECHNIQUES DE L'INGENIEUR, Appareillage électrique d'interruption à haute tension, par Eugène MAURY, D 655 a.
Un but de la presente invention est de réaliser un disjoncteur ayant une commande à la fois pneumatique et mécanique, dans laquelle le gaz utilisé pour une partie des manoeuvres du disjoncteur est le gaz d'isolement sous pression de la chambre de coupure.
L'invention a pour objet une commande telle que décrite dans les revendications.
L'invention est précisée par un exemple de mise en oeuvre, décrit ci-après en regard du dessin annexé dans lequel:
  • la figure 1 est une vue en élévation d'un pôle de disjoncteur selon l'invention,
  • la figure 2 est une vue schématique de la commande du disjoncteur, représentée en position enclenchée,
  • la figure 3 est une vue schématique de la commande après une opération de déclenchement,
  • la figure 4 est une vue schématique de la commande, après une opération d'enclenchement consécutive à une première manoeuvre de déclenchement d'un cycle O,0,3sF,O,
  • la figure 5 est une vue schématique de la commande, après la seconde manoeuvre de déclenchement d'un cycle O, 0,3sF,O,
  • les figures 6 à 13 illustrent les diffférentes phases de la manoeuvre de la commande, dans un mode particulier de réalisation.
La Fig.1 représente, en élévation, un pôle de disjoncteur.
Dans cette figure, la référence 1 désigne une colonne isolante d'un pôle de disjoncteur. La colonne repose sur un châssis 2 fixé au sol, par l'intermédiaire d'une colonne isolante 1A munie d'un flasque métallique inférieur 1B.
Un contact fixe 3 est placé dans la chambre de coupure 4 remplie de gaz d'isolement tel que l'hexafluorure de soufre SF6.
La chambre 4 est délimitée, à sa partie supérieure, par un premier flasque 5 auquel est fixée une première prise de courant SA, et, à sa partie inférieure, par un second flasque 7 auquel est fixée une seconde prise de courant 7A.
La référence 8 désigne un piston de soufflage fixe. L'ensemble mobile comprend des contacts 9 et une tuyère 10 solidaires d'un cylindre 11 coopérant avec le piston 8. Le cylindre est relié à une tige de manoeuvre 12 qui traverse de manière étanche ou non le flasque 7.
Cette tige 12 est reliée à une tige 13 faisant partie de la commande qui a été représentée dans la figure 1 par le rectangle 14.
La commande est fixée au châssis 2 par des moyens non représentés; elle est directement placée sous le pôle à manoeuvrer.
On se reportera maintenant à la Fig. 2 qui représente schématiquement en coupe axiale une commande selon l'invention, dans la configuration correspondant au disjoncteur enclenché en fonctionnement.
La commande comprend un premier ressort 21, dit ressort de déclenchement, s'appuyant d'une part contre le flasque inférieur 1B et d'autre part contre une couronne 22 solidaire de la tige 13. La tige est immobilisée, le ressort 21 étant comprimé, par une butée 23 pouvant être escamotée par un électro-aimant comprenant une tige 24 actionnée par une bobine de déclenchement 25. Un ressort de rappel 25A et des ergots de limitation de course représentés par des triangles non référencés complètent l'équipement de la butée 23. Une telle butée est décrite par exemple dans le document FR-A-2 741 473.
La commande comprend un élément cylindrique de réarmement 34 traversant de manière étanche une paroi 32A d'une enceinte 32. Un ressort de faible puissance, référencé 31, est disposé autour de l'élément 34 et s'appuie d'une part sur la paroi interne supérieure 32A de l'enceinte 32 et, d'autre part, sur un épaulement 34A de l'élément cylindrique 34. L'élément 34 est coaxial à la tige de manoeuvre 13.
Dans la position de la Fig.2, disjoncteur enclenché, le ressort 31 est détendu et l'élément 34 occupe toute la longueur de l'enceinte 32. L'enceinte est reliée à l'intérieur de la colonne 1A, remplie de gaz isolant sous pression, par deux conduits référencés 40 et 50.
Le conduit 40 peut être obstrué par une vanne 41 commandable par exemple par un électro-aimant comprenant une bobine 42.
Le conduit 50 comporte une petite pompe pneumatique 51 permettant de refouler dans la direction allant de l'enceinte 32 à la colonne 1A.
Lorsque le disjoncteur est enclenché, cas de la Fig.2, la vanne 41 est ouverte. La pression dans l'enceinte 32 est égale à celle qui règne dans la colonne 1A et qui est de plusieurs atmosphères. L'élément cylindrique 34 est soumis à une force égale au quotient de la pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte à la section de l'élément cylindrique. Cette force tend à déplacer l'élément 34 vers le haut, contre l'action du ressort 31. Le déplacement est interdit par la présence d'une butée 43 pouvant être escamotée par un électro-aimant comprenant une tige 44 actionnée par une bobine de déclenchement 45. L'équipement de la butée 43 est complété par un ressort de rappel et par des ergots de limitations de course non référencés et symbolisés par des triangles.
La tige 13 et l'élément cylindrique 34 sont prolongés respectivement par une tige 13A et un tube 34B, engagés l'un dans l'autre. Ces éléments sont agencés pour qu'au cours d'un déclenchement, la tige 13A se déplace sans obstacle, et pour qu'au cours d'un réenclenchement, le tube 34B entraíne la tige 13A. Un exemple de réalisation de cet agencement est donné en référence aux Fig. 6 à 13.
Un ordre d'ouverture du disjoncteur se traduit par l'alimentation de la bobine de déclenchement 25, ce qui produit l'effacement de la butée 23 par rotation dans le sens de la flèche F1. Le ressort 21 se détend, entraínant la tige de manoeuvre du disjoncteur.
La Fig. 3 montre la configuration de la commande après le déclenchement.
Dans un délai très court, inférieur à 0,3 seconde, un ordre de réenclenchement est donné. Celui-ci se traduit par l'alimentation de la bobine de réenclenchement 45, ce qui produit l'effacement de la butée 43 par rotation dans le sens de la flèche F2. Sous l'action de la pression différencielle qui s'exerce sur l'élément 34, celui-ci se déplace vers le haut de la Fig. 3, comprimant le ressort 31 et entraínant la tige 13-13A ce qui produit la refermeture du disjoncteur et la recompression du ressort 21. La tige 13 s'accroche sur sa butée 23. En fin de manoeuvre de réenclenchement, la commande présente la configuration de la Fig.4. L'alimentation de la bobine, au début de l'opération de réenclenchement, s'effectue à un instant calculé pour que, compte tenu des temps de réponse des diverses pièces mécaniques, la refermeture s'effectue 0,3 seconde après l'ouverture. Pour permettre la manoeuvre de réenclenchement qui vient d'être décrite, on a donné à la section de l'élément 34 une valeur notablement supérieure à celle de la tige 13, par exemple 80 à 100 mm de diamètre pour l'élément 34 contre 40 mm pour la tige 13.
Si le défaut persiste, un ordre d'ouverture est immédiatement donné et se traduit par l'alimentation de la bobine de déclenchement 25. Le ressort 21 se détend, entraínant la tige 13 et par suite, l'ouverture du disjoncteur.
Après ce cycle O-0,3sF-O, la commande est dans la configuration de la Fig.5.
Le cahier des charge prévoit qu'après une durée de 10 secondes par exemple, la commande puisse effectuer un cycle comprenant une fermeture F suivie d'une ouverture O.
Pour que la commande puisse effectuer ce cycle, il faut que l'élément 34 reprenne sa position initiale (Fig. 2 et 3).
Pour cela, dès la fin du cycle O-0,3sF-O, un ordre est donné d'alimentation de la bobine 42 qui entraíne la fermeture de la vanne 41. Dès que cette vanne est fermée, la pompe à vide 51 est mise en route; en quelques secondes, la pression dans l'enceinte 32 est ramenée à une valeur suffisamment faible pour que la pièce 34, sous l'action de la pression différentielle résultant de la différence entre la pression atmosphérique et la pression résiduelle dans l'enceinte 32, et avec l'aide du ressort 31, reprenne la position initiale. La butée 43 est remise en position. La pompe 51 est arrêtée et la vanne 41 ouverte. La commande est alors prête pour un nouveau cycle F-O.
Les Fig. 6 à 13 illustrent le mode de réalisation et le fonctionnement de le tige 13 et de l'élément 34.
La tige 13 est terminée par une portion 13A de diamètre inférieur. Une portion conique 13B sépare les deux portions de la tige. La portion de grand diamètre est solidaire d'un cylindre 51.
L'élément 34 est une tige qui se prolonge par une portion tubulaire 34B. Cette tige coulisse de manière étanche à travers la paroi 32A de l'enceinte 32 précédemment décrite. La portion tubulaire porte à son extrémité des logements pour des billes 52, par exemple trois billes disposées à 120° l'une de l'autre.
Un tube mobile 55 entoure la tige 13A et la portion tubulaire 34B. Le diamètre intérieur du tube 55 est choisi pour venir en contact avec les billes 52 lorsque celles-ci s'appuient sur la portion 13B de la tige 13.
Le tube 55 présente à son extrémité voisine du cylindre 51, une rampe conique intérieure 55A, de sorte que l'épaisseur du tube à son extrémité en regard du cylindre 51 est plus faible que celle du reste du tube. Le diamètre du cylindre 51 est choisi pour que le tube 55 puisse venir en appui contre l'extrémité du cylindre et permette le poussage du cylindre 51 par le tube 55.
Le tube 55 porte une couronne 56 servant d'appui à une extrémité d'un ressort 57 dont l'autre extrémité s'appuie sur la paroi 32A. Le ressort est entouré par un manchon 58 fixé par une extrémité à la paroi 32A et portant à son autre extrémité une couronne 59.
La Fig. 6 correspond à une configuration dans laquelle le disjoncteur est fermé. Le tube 55 est en contact avec le cylindre 51, le ressort 57 est détendu, l'extrémité de la portion tubulaire 34B est engagée autour de l'extrémité de la tige 13A, les billes étant en contact simultané avec la tige 13A et avec le tube 55.
Une ouverture du disjoncteur (Fig.7) se traduit par le déplacement vers la droite de la tige 13-13A sous l'action du ressort de déclenchement décrit plus haut. Le ressort 57 est comprimé. En fin de manoeuvre d'ouverture, les billes 52 sont situées sur la rampe 13B et au voisinage de la rampe 55A.
Une manoeuvre de réenclenchement se manifeste par un déplacement vers la gauche de la tige 34 qui pousse la tige 13A car les billes sont alors en appui sur la partie conique 13B et emprisonnées par le tubee 55. Le tube 55, poussé par le ressort 57, suit le mouvement. Lorsque la couronne 56 atteint la couronne 59, le mouvement du tube 55 est arrêté. La tige 34B continue son mouvement sur quelques millimètres, qui permettent aux billes de monter sur la rampe 13B et de désolidariser les pièces 13-13A et 34B (Fig.8). Le mouvement de l'élément 34-34B présente une surcourse de quelques millimètres (12 par exemple) ce qui permet à la buté d'accrochage de la tige 13-13A de se remettre en place. La configuration est alors celle de la Fig.9.
Les billes 52 étant libérées, rien ne s'oppose à une réouverture du disjoncteur. Celle-ci se traduit comme précédemment par le déplacement de la tige 13-13A, la tige 34-34B restant immobile pendant la course (Fig.10).
Le réarmement s'effectue par le déplacement vers la droite de la figure de la tige 34-34B (Fig.11). Au début de la course, le tube 55 reste immobile. Lorsque les billes 52 atteignent la rampe 13A (Fig.12), le tube 55 est entraíné à son tour comprimant le ressort 57. Une légère surcourse (3 millimètres par exemple) permettent à la butée de réenclenchement de se remettre en position.
En fin de manoeuvre de réarmement, la commande est dans la configuration de la Fig.13, prête à effectuer une manoeuvre de fermeture.
La commande de l'invention est simple et peu coûteuse à la réalisation et au fonctionnement. Elle s'applique à la manoeuvre des disjoncteurs à haute et très haute tension.

Claims (3)

  1. Disjoncteur à haute tension comprenant au moins une chambre de coupure remplie par un gaz diélectrique sous pression, une tige de manoeuvre (13) traversant de manière étanche un flasque (1B) d'extrémité du disjoncteur, et une commande pour l'actionnement de ladite tige, ladite commande comprenant un ressort de déclenchement (21) maintenu bandé lorsque le disjoncteur est fermé par une butée de déclenchement (23) commandable, caractérisé en ce que ladite commande comprend un système de réenclenchement comprenant une enceinte fermée étanche (32) communiquant avec la chambre de coupure sous pression par un premier conduit (40) obturable par une vanne (41) et par un second conduit (50) dans lequel est placé en série une pompe à vide (51), le système comprenant en outre un élément de réenclenchement (34) coulissant de manière étanche à l'intérieur de ladite enceinte et rappelé vers l'intérieur de l'enceinte par un ressort (31), ledit élément étant associé à une butée (43) de réenclenchement commandable, ledit élément étant disposé dans l'axe de ladite tige (13), ledit élément (43) étant agencé pour permettre le réenclenchement du disjoncteur sans gêner une opération ultérieure de déclenchement.
  2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de réenclenchement (34) est une tige dont la section traversant la paroi (32A) de ladite enceinte (32) est bien supérieure à la section de la tige de manoeuvre (13) traversant ledit flasque d'extrémité (1B).
  3. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de réenclenchement (34) est une tige prolongée par une portion tubulaire (34B) munie à son extrémité d'orifices pour des billes (52), ladite tige de manoeuvre (13) étant prolongée par une portion de diamètre inférieur (13A) séparée par une rampe conique (13B), un tube (55) étant disposé autour de ladite portion tubulaire (34B) et de ladite tige 13A, le diamètre intérieur dudit tube (55) étant choisi pour assurer un coulissement à frottement doux lorsque les billes (52) se trouvent dans une section de la partie (13A) à diamètre réduit de la tige de manoeuvre, ledit tube (55) comportant une extrémité conique (55A) telle que lorsque les billes (52) sont disposées à la fois au droit de cette extrémité conique et au droit de ladite rampe conique (13B) le déplacement de l'élément de réenclenchement (34-34B) dans le sens du réenclenchement du disjoncteur provoque le déplacement de la tige de manoeuvre (13-13A) dans le sens de l'enclenchement, la commande comprenant en outre un manchon (58) fixe entourant le cylindre (55) et la partie cylindrique (34B) de l'élément de réenclenchement, ledit manchon comportant à une première extrémité une couronne (59) coopérant avec une couronne extérieure (56) du cylindre (55), un ressort (57) étant disposé entre ladite couronne extérieure et la seconde extrémité du manchon (58).
EP97400628A 1996-03-22 1997-03-20 Disjoncteur à haute tension avec une commande pour l'actionnement Expired - Lifetime EP0797226B1 (fr)

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FR9603604 1996-03-22
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EP0797226A1 EP0797226A1 (fr) 1997-09-24
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US (1) US5959274A (fr)
EP (1) EP0797226B1 (fr)
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AT (1) ATE219602T1 (fr)
DE (1) DE69713425T2 (fr)
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