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EMI1.1
PBRFBCTIONNJJMNTS AUX SYSTïLS DE DiSTRIbUTION d'ELECTRICITE COMPORTANT DES BARRESOMNIBUS.
La présente invention vise des perfectionnements aux systèmes de distribution d'électricité comportant des barres omnibus, et aux systenes de connexions pour les stations génératrices centrales et les sous-stations des systèmes de distribution-
En vue d'augmenter l'économe la tendance actuelle, dans la fabrication de l'énergie, est dirigée vers des stations centrales de grandes dimensions, avec des groupes générateurs de grandes dimensions- De ceci, il résulte que des grandes quantités d'énergie et de puissance sont concentrées sur une barre omnibus unique, ou sur une section de barre omnibus, et cela
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rend le système sensible aux phénomènes très destructifs résultant des effets électriques, tnermiques et magnétiques qui se produisent en cas d'incidente sur les barres omnibus, ou sur les feeders,
sauf si des moyens convenables de limitation de puissance sont prévus.
Jusqu'ici, il a été de pratique usuelle d'utiliser divers ar- rangements de réastances extérieures, par exemple des réactances dans les con- ducteurs de génératrices, dans les lignes d'assemblage ou dans des connexions en- tre diverses stations, entre diverses sections des barres omnibus des stations, dans les circuits des feeders, et diverses combinaisons des éléments précédents.
Le but principal des enroulements de réactance dans les con- ducteurs de génératrice, consiste à fournir une protection aux enroulements d'ar- mature, ou d'induit, en plus de la réactance self-inductive de la génératrice, en limitant l'intensité du courant qui peut s'écouler depuis ces éléments, lorsqu'il se produit un incident sur la barre omnibus ou les circuits de feeders qui coo- pèrent avec ces éléments, et pour limiter la puissance que la barre omnibus peut retourner dans la génératrice, en cas d'un incident produit dans la génératrice
Les enroulements de réactance, ou les réactances de limitation de puissance, sont intercalés dans les barres omnibus pour diviser en sections les barres omnibus, de manière à limiter la puissance qui peut s'écouler le long des barres omnibus, depuis un côté de la réactance vers l'autre côté,
et limiter ainsi l'intensité du courant qui pourrait, sinon, s'écouler depuis les groupes unitaires, à la barre omnibus, dans une faute ou un incident sur une section dé- terminée*
En même temps, les réactances permettent des opérations dési- rables et pratiquement nécessaires de mise en parallèle de divers groupes général teurs dans la même station, ou bien dans différentes parties du système, et per- mettent aussi un échange de courant , ou bien un déplacement de la charge entre diverses parties du système.
Mais une réactance supérieure à une valeur critique entre les machines synchrones, réduit la puissance synchronisante et peut entraîner un mou- vement de "pompage" continu ou prolongé entre les machines, ou bien une parte com- plète de synchronisme ou de l'inhabilité, pendant les incidents et les perturba- tions du système.
Avec de grandes quantités d'énergie concentrées sur une barre
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omnibus, ou une section de barre omnibus, des réactances encanbrantes et conteuses sont nécessaires pour limiter la Quantité d'énergie qui peut s'écouler depuis toutes les sections de barres omnibus, dans un court-circuit sur une sectione quelconque de barre omnibus, et limiter ou confiner ainsi un incident ou une fau- te à la section d'où il provient.
En plus du prix de revient des réactances et de l'équipement nécessaire de coupure et de commutation, des dépenses considérables sont néces- saires pour fournir un espace suffisant et convenable pour loger les réactances et leurs appareils de coupure et de commutation et ces dépenses, dans les aires métropolitaines, peuvent atteindre plus du double du montant du prix de revient de l'équipemept occupant l'espace.
De ceci, il résulte qu'au point de vue de l'économie et de la sécurité de fonctionnement, il est désirable de réduire le nombre ou d'éliminer les réactances de sectionnement de barres omnibus dans les stations centrales ou les sous-stations de grandes dimensions, et de prévoir d'autres moyens pour per- mettre un fonctionnement en prallèle et des échanges intermédiaires de puissance entre diverses parties du système, et pour limiter la puissance concentrée un un point quelconque du système*
L'invention à aussi pour objet de prévoir des arrangements nouveaux et perfectionnés dans des systèmes interconnectés de distribution élec- trique et des systèmes de barres omnibus de stationsgénératrices centrales et de sous-stations, pour améliorer le contrôle de puissance et la stabilité des sys- tèmes de distribution.
L'invention a encore pour objet de prévoir un système perfec- tionné de connexions pour plusieurs machines dynamo-électriques, grâce auquel les réactances usuelles de sectionnement de barres omnibus ou de limitation de courant, ou bien les réactances dans les lignes entre les stations, ou bien en- tre diverses sections d'une même station, peuvent 'être réduites en nombre ou bien éliminées, tout en fournissant une protection équivalente ou meilleure contre les court-circuits, ou les autres incidents, pouvant se produire dans le système.
La description'qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la nature et les avantages de l'invention* La Figure 1 du dessin représente schématiquement un montage de barres omnibus, conforme à l'invention.
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Les Figures 2 et 3 sont des variantes du système représenté Fig.1
La Figure 4 représente une réalisation de l'invention dans un ' système de barres omnibus comportant une barre omnibus auxiliaire ou de synchro- nisation.
Conformément à l'invention, les génératrices elles-mêmes agissent pour fournir une réactance qui est généralement fournie par les réactances de sectionnement de barres omnibus,
La réactance usuelle de sectionnement de barres omnibus avec un appareil de coupure à huile sur chaque côté, un appareil à huile pour former by-pass par rapport à la réactance, et des appareils de déconnexion de chaque coté de ces appareils à huile, sont remplacés dans une réalisation de l'inven- tion, simplement par un interrupteur ou disjoncteur à huile unique, avec ses disjoncteurs et appareils de déconnexion qui, en cas de fermeture, sont connec- tés directement aux sections de barres omnibus entre elles-
Lorsque le disjoncteur à huile est ouvert,
les sections de bar- res aumibus sont connectés entre elles par des enroulements de génératrice isolée séparément, qui sont connectés respectivement à diverses sections de barres om- nibus, par l'effet de couplage des deux enroulements.
En se reportant à la Figure 1 du dessin, 1 désigne une portion d'une barre omnibus de station, qui peut être du type à bague ou à chaine, dans un système de barres omnibus unique ou doublé. Pour des motifs de simplicité, une représentation schématique à ligne unique a été prévue dans cette figure, ainsi que dans les autres figures, pour montrer tous les circuits, sauf les enroulement! d'induit et d'inducteur des génératrices.
La barre omnibus 1 peut comprendre un nombre quelconque de sec- tions, mais pour des motifs de représentation, on a indiqué seulement six sec- tions désignées respectivement par 2, 3, 4,5, 6 & 7.
Un grand nombre de circuits de feeders peuvent être agencés pour âtre alimentés par chaque section de barres omnibus, et à titre d'exemple, des circuits de feeders uniques 8, 9,10 et 11 sont connectés respectivement à des sections de barre omnibus 3,4, 5 et 6.
Entre les sections de barre omnibus sont interposés des appareils convenables 12 de sectionnement de barres omnibus qui, dans les conditions usuel- les de fonctionnement sont maintenus dans una position de coupure de circuit, et
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qui sont amenés dans une position de circuit fermé, seulement lorsqu'il est dé- sirable de connecter les sections adjacentes de barres omnibus directement en- tre elles-
Ces disjoncteurs et autres appareils, ainsi que les autres dis- joncteurs et interrupteurs représentés dans le schéma des connexions, sont repré- sentés d'une manière très schématique par un simple carré, et ils peuvent être d'un type convenable quelconque,
notamment de divers types d'appareils à huile connus dans la technique'
Entre les deux sections de chacune des autres paires de sections, à savoir les sections 2 et 3,4 et 5, et 6 et 7, on a représenté une interconne- xion , conformément à la pratique courante, comprenant une réactance de barres omnibus 13, avec un interrupteur 12 sur chaque côté et interposé en série avec cet élément, entre les sections de barres omnibus, et des interrupteurs de by- pass 14 qui contrôlent un circuit de dérivation sur chaque réactance 13, et un interrupteur 12 pour permettre une interconnexion directe des sections adjacen- tes.
Confonnément à l'invention, les sections restantes, à savoir les sections 3 et 4, et 5 et 6, sont munies entre elles d'un interrupteur unique in- terposé 12, et sont interconnectées par deux enroulements séparément isolés de la source d'alimentation (pour la barre omnibus) qui est représentée schémati- quement sur le dessin sous forme de génératrice 15 à courant alternatif et à en- roulement double.
Chaque génératrice 15 comprend deux enroulements de stator iso- lés séparément, 16 et 17, et un enroulement d'excitation 18 qui est alimenté par une source convenable d'excitation représentée schématiquement par une batterie 19.
L'enroulement 16 est connecté par l'intermédiaire d'un disposi- tif inductif 20, qui peut prendre la forme d'une réactance usuelle de génératri- ce, comme représenté, ou bien il peut être un transformateur, si cela est jugé désirable, pour exciter les circuits de feeders à une tension plus élevée que la tension qui peut être engendrée dans l'enroulement d'induit des machines dynamo- électriques.
Dans ce dernier cas, la réactance montée entre les enroulements de transformateur tend à jouer le rôle d'une réas.tance à bobine unique.
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Un appareil convenable 21, par exemple un interrupteur à huile du type usuel, est interposé entre le dispositif inductif 20 et la section de barre omnibus, pour couper le circuit à travers le dispositif inductif et l'en- roulement de génératrice 16, en cas de production d'un incident ou d'un court- circuit, ou bien pour isoler le dispositif inductif 20 et un enroulement généra- teur 16 du système, lorsque cela parait désirable ou nécessaire.
L'enroulement 17 est connecté par l'intermédiaire d'un disposi- tif inductif analogue 22 et d'un interrupteur 23, à la section de barre omnibus choisie-
Il existe divers types d'enroulements doubles pour machines à courant alternatif, qui peuvent âtre utilisés pour la réalisation de l'invention-
Un type d'enroulement double comprend deux enroulements complets et indépendants disposés dans la même encoche de stator, avec chaque enroulement établi avec deux cotes de bobine dans chaque encoche. Cela est le type d'enroule- ment double généralement utilisé pour des moteurs d'induction à vitesse multiple dans la technique-
Liais ce système est le type le plus coûteux, car il présente la plus grande quantité d'isolement par encoche, et en conséquence, l'espace de cuivre le plus faible.
En outre, ce n'est pas le type d'enroulement le plus approprié pour deux circuits également chargés, avec des caractéristiques de charge symé- triques, en raison do la petite différence de réactance entre les deux enroule- ments'
Un autre type d'enroulement double, qui peut être utilisé, est constitua par l'enroulement standard à deux circuits, qui est bien connu dans la technique, et qui comprend deux circuits distincts avec des pôles alternés montés en série dans chaque circuit.
Avec une machine à deux pales, par exemple, au lieu de connecter les enroulements, pour chaque pôle, à l'intérieur de la machine, les bornes de chaque enroulement peuvent être amenées à l'extérieur et connectées à des charges séparées.
Cet enroulement est plus économique que le premier type d'enrou- lement mentionné, car il nécessite seulement un isolement, des bobines et des connexions, de type standard ou courant.
Pour des machines à deux pôles, une inégalité quelconque dans
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les charges alimentées par les deux circuits, serait susceptible d'entraîner un déséquilibrage magnétique et cet enroulement ne serait pas pratique commercia- lement dans ce cas-
Mais pour un nombre de ples quelconque plus grand que deux, la connexion alternée de pôles fournit une symétrie magnétique, et permet à la ma- chine de fonctionner de manière satisfaisante lorsque les enroulements sont con- nectés à des sections adjacentes de barre omnibus, éussi bien si elles sont char- . gées également que si elles sont chargées de manière inégale.
La réactance prévue entre les enroulements est évidemment très élevée,, en raison de la grande séparation entre les phases correspondantes de divers circuits, et lorsqu'il est désirable ou nécessaire de prévoir des moyens pour échanger du courant ou pour déplacer une charge depuis diverses sections de barres omnibus différentes, ou diverses parties du système, il est nécessaire d'utiliser un type d'enroulement qui présente une réactance faible, de valeur désirable, entre les enroulements séparés, ainsi que c'est le cas pour le type d'enroulement qui a été précédemment décrit.
Un troisième type d'enroulement double, plus particulièrement convenable pour les génératrices de grandes dimensions, et qui présente les meil- leures caractéristiques pour fournir les conditions combinées de protection con- tre les incidents, et pour les échanges intermédiaires de puissance entre les sections de barres omnibus de diverses parties du système, présente la caracté- ristique principale que deux enroulements complets sont disposés dans des enco- ches alternées du noyau du stator.
Cet enroulement comprend deux circuits séparés, avec les con- ducteurs des ceintures de phases correspondantes des divers circuits distribué' dans des encoches alternées autour de la périphérie complète du noyau de stator.
Etant donné que les tensions dans les deux circuits au-dessous d'un pôle, sont déphasées d'un angle correspondant au pas d'une encoche, il est nécessaire d'alterner les circuits qui sont en avance sous des pôles adjacents.
Ce système d'enroulement ne nécessite aucun isolement supplémentaire,ni aucun' espace au-delà de ce qui est connu pour un type courant d'enroulement à deux sec- tions dont il a été question plus haut.
Le système représenté figure 1 permet de réaliser une subdivi- sion accrue d'une barre omnibus, lorsqu'on système unique à barre omnibus est utilisé, sans augmenter le nombre aes réactances, des interrupteurs, des dis-
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joncteurs et des autres organes d'équipement qui, sinon, seraient nécessaires avec le procédé usuel de subdivision en sections.
Cette subdivision accrue est particulièrement importante en rai- son du fait qu'on doit prévoir des mesures, dans un centre de commutation quel- conque, pour isoler complètement une section qui développe un incident résultant, soit d'un incident à la section de barre omnibus, soit dans les appareils qui sont directement connectés à la section de barre omnibus
En conséquence, il est évident que la quantité de la capacité de la génératrice, qui est connectée à une section unique de barre omnibus, et la quantité de la charge qui est prise sur une section unique de barre omnibus, ne doivent pas dépasser un pourcentage déterminé de la capacité totale du sys- tème.
En examinant la question à un autre point de vue, la capacité d'une section quelconque qui doit être retirée, ne doit pas être plus grande qu'une quantité qui peut être retirée du système sans gêner gravement le fonc- tionnement du système.
De ceci, il résulte que, lorsque les groupes unitaires généra- teurs sont augmentés dans leur débit, les conditions qui militent en faveur de l'accroissement de la subdivision de la barre omnibus peuvent être facilement appréciées.
Avec le système représenté Figure 1, il est entièrement possible et commercialement pratique d'établir une génératrice ayant une capacité attei- gnant par exemple 160.000 kilowatts et ayant tous les avantages d'un groupe uni- taire générateur de grande capacité, et ayant néanmoins la moitié du débit total d'une'telle machine connectée directement à une section de barre omnibus unique.
Sur la figure 2, on a représente une variante du système de la figure 1, dans laquelle les réactances de subdivision en sections des barres omnibus usuelles et les interrupteurs usuels, ont été remplacés par un interrup- teur unique 12, et dans laquelle les diverses sections de barres omnibus sont in- terconnectêes par les deux circuits individuels 16 et 17 des génératrices 15.
Les dispositifs inductifs 20 et 22, représentés comme réactances, et les interrupteurs 21 et 23 sont agencés de manière analogue aux dispositifs inductifs correspondants et aux interrupteurs de la figure 1.
En fonctionnement normal, l'interrupteur de liaison ou d'inter-
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connexion de barres omnibus 12 est ouvert, et il est fermé seulement lorsque la génératrice alimentant les deux sections adjacentes, se trouve hors service.
Il convient de noter que, dans ce systeme, les diverses sections de barres omnibus sont synchronisées et reliées ou solidarisées entre elles, par l'intermédiaire des deux enroulements des génératrices individuelles. La réac- tance introduite entre les sections et la réactance des deux dispositifs induc- tifs 20 et 22, la réactance de chaque enroulement de génératrice et la réactance antre les deux enroulements des génératrices.
De cette façon, la réactance'en série des deux circuits de géné- ratrice est interposée entre des sections de barres omnibus, de sorte que la quantité ou la valeur de la puissance s'écoulant depuis une section de barre omnibus vers l'autre, est plus limitée que lorsqu'on utilise unedimension admis- sible de réactance de subdivision en sections de barres omnibus, conformément à la pratique antérieure connue.
De ceci il résulte un abaissement de la valeur des court-circuits en kilovoltampères obtenus sur un incident quelconque de section de barres omni- bus, pour une capacité déterminée de génératrice connectée au système.
D'autre part, il convient d'observer que des génératrices .adja- centes différentes sont reliées entre elles par la même section de barre omnibus, et les deux dispositifs inductifs de génératrices, de sorte que les génératrices sont synchronisées par l'intermédiaire d'une réactance insérée plus faible que ce qui est possible avec le système de subdivision usuel en sections utilisant des réactances entre les machines individuelles, ce qui a pour effet de renfor-
Car la marche en parallèle et d'accroître la stabilité du système.
D'autre part, étant donné que les deux enroulementsdes généra- trices d'un groupe unitaire unique se trouvent sur la même structure de noyau de stator et possèdent une excitation commune, ils ne peuvent pas tomber en dehors du synchronisme*
Sur la figure 3, on a représenté une variante du système de la figure 2, pour obtenir une sécurité accrue en service. Il peut n'être pas dé- sirable d'utiliser seulement un interrupteur de sectionnement de barre omnibus par section, car un accident sur un appareil unique pourrait avoir des répercus- , sions sur les deux sections adjacentes qui sont in@erconnectées par cet appareil
Une telle condition est évitée en utilisant deux interrupteurs
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d'interconnexion 12 et 12t en série, pour les barres omnibus.
Dans ce cas, on réalise l'économie d'un interrupteur et d'une réactance par section par rapport à la pratique usuelle de subdivision en sections par la réactance, en plus du renforcement de la marche en parallèle et de l'accroissement de la stabilité de fonctionnement, résultant de la nature de la liaison entre les machines synchro- nes du système.
'L'interconnexion des sections de barres omnibus au moyen de sour- ces d'énergie électrique à enroulements doubles, conformément à l'invention, comme représenté figures 2 et 3, a pour effet, non seulement de permettre l'éli- mination de réactances de barres omnibus et de réduire le nombre des appareils nécessaires, mais d'une manière générale, cela permet de réduire le taux ou l'étalonnage en ampères des interrupteurs à huile de génératrice, à la moitié de l'étalonnage qui serait nécessaire avec une source d'énergie électrique à en- roulement unique.
D'autre part, cela a aussi pour effet de réduire sensiblement la capacité de coupure qui est nécessaire, car une réactance plus grande peut être prévue dans le système, avec les machines à enroulements doubles, que lorsque des réactances à barres omnibus sont utilisées, et cela sans comporter l'inconvénient de la réactance élevée qui affecte la marche en parallèle et la stabilité du sys. tème.
Pour apprécier la signification des avantages précédents, il est important de distinguer entre la capacité de transport en ampères d'un interrup- teur, c'est-à-dire le nombre d'ampères qui peut être transporté de manière con- tinuelle, et la capacité de coupure en kilovoltampères d'un interrupteur.
Par exemple, une machine de 160.000 kilowatts utilisée dans un système démarres omnibus, conformément à la pratique antérieure, avec une ten- sion de machine de 11.000 volts, nécessite un interrupteur capable de recevoir environ 8.400 ampères; et si le facteur de sécurité usuel est utilisé, on doit recourir à un interrupteur ayant une capacité de 10.000 ampères.
Avec le système de connexions de barres omnibus,'conforme à l'in- ventian, il est possible d'utiliser des groupes de 5. 000 ampères pour chaque circuit, lorsque la capacité composée des génératrices qui sont connectées à une barre omnibus, atteint 160.000 kilowatts.
Avec la tendance actuelle'aux groupes unitaires générateurs de
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plus en plus grands, l'importance de moyens pour permettre l'emploi d'interrup- teurs ayant un étalonnage en ampères plus faible, peut être appréciée lorsqu'on constate que le type d'interrupteur à huile qui est utilisé de manière courante, ne peut pas être obtenu avec un étalonnage ep ampères dépassant sensiblement
6.000 ampères.
Sur la Figure 4, on a représenté une réalisation de l'invention qui est agencée pour être utilisée en combinaison avec des systèmes existants utilisant une barre omnibus auxiliaire pour des buts de synchronisation.
Dans ce système, la barre omnibus auxiliaire ou de synchronisa- tion est désignée par 24 et est agencée pour être utilisée comme barre omnibus de transfert pour les machines 15 à enroulements doubles, et comme barre omni- bus de synchronisation pour les machines existantes du système, désignées par
25 et 26.
Les machines 25 et 26 sont représentées schématiquement comme génératrices à courant alternatif triphasé, à enroulement unique, qui sont con- nectées à des sections de barres omnibus 27 et 28, respectivement, par l'inter- médiaire d'un dispositif inductif convenable, ou une réactance, et des interrup- teurs qui sont désignés respectivement par 20 et 21, en vue de faciliter l'iden- tification avec les éléments correspondants analogues représentés sur les figures 1 - 2 et 3.
' Les sections de bhrres omnibus 27 et 28 sont connectées respec- tivement aux effeders 29 et 30. Les génératrices 25 et 26 sont connectées à la barre omnibus 24 auxiliaire ou;de synchronisation, par l'Intermédiaire d'une réactance convenable 32 et d'un interrupteur 31.
Deux interrupteurs 12 et 12' sont montés entre les sections adja- centes, qui sont interconnectées par les génératrices 15 à double enroulement, comme représenté sur la figure 3, et une réactance de barre omnibus 13 et des interrupteurs 12 et 14, comme représenté sur la figure 1, sont utilisés pour in- terconnecter la barre omnibus 27 du système existant,ou de la portion prévue de la barre omnibus prinsipale des génératrices à Enroulement unique, et la sec- tion adjacente de barres omnibus qui est excitée par les génératrices 15 à dou- ble enroulement, pour assurer une liaison de synchronisation entre les sections de génératrices à enroulement double et les sections de génératrices à enroule- ment simple.
' Le montage précédemment décrit constitue un système de barres
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omnibus utilisant des génératrices à enroulement double avec une barre omnibus de transfert, le montage étant tel que la capacité disponible sur une section quelconque du système de barres omnibus, puisse être transmise à une autre sec- tion quelconque
Normalement, lorsqu'aucun transfert de puissance n'est nécessaire les interrupteurs 12 et 12', interposés entre les sections de barres omnibus adjacentes interconnectées par une génératrice à double enroulement 15, sont maintenus ouverte
Une section de barre omnibus quelconque, sur ce système, peut obtenir l'énergie depuis trois sources différentes à savoir depuis l'un quel- conque des enroulements d'une génératrice 15 à double enroulement,
ou députe les génératrices 25 et 26, par l'intermédiaire de la barre omnibus auxiliaire 24
Une connexion est établie entre les interrupteurs 12 et 12' de chaque génératrice à double enroulement, vers la barre omnibus 24, par l'inter- médiaire des interrupteurs 33. Dans ces conditions, s'il est désirable que la génératrice 25 fournisse de là puissance dans la section de barre omnibus ali- mentant le feeder 11, les Interrupteurs 33 et 12' sont formés, et une connexion directe est obtenue avec la génératrice 25, par l'intermédiaire de : la réactan- ' ce de synchronisation 32 et l'interrupteur 31, la barre omnibus auxiliaire 24 , l'interrupteur 33, l'interrupteur 12' et le feeder 11.
Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessus, à titre d'exemple, ne sont nullement limitatives, et qu'on peut s'en écarter sans pour cela sortir du cadre de l'invention.