JP2009168566A - Device and method for measuring power consumption amount - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、商用電源系から配電網または配電設備を経て電力が供給される複数の負荷における電力消費量を測定する装置および方法に関し、特に電力負荷の変動の原因となった負荷を特定する方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for measuring power consumption in a plurality of loads to which power is supplied from a commercial power supply system via a distribution network or distribution equipment, and in particular, a method for identifying a load that causes a variation in power load. About.
一般家庭において省エネを推進するためには、機器毎の電力消費実績を捕らえることが重要である。このためには、機器毎に消費電力または消費電流の測定装置を取り付けるのが理想ではあるが、測定対象とする機器に測定器を取り付けるスペースがないか、美観および安全上の問題から取り付けができないケースが多い。例えば、測定対象と機器が電力の供給を受けるコンセントの位置が家具の裏であったり、エアコン用コンセントのように高所であったり、またシーリングライトやIHクッキングヒータのように、測定対象機器内に給電点が隠蔽されてしまう等、多くの測定対象において実質的に測定器を取り付けたり固定する余地がない。 In order to promote energy saving in ordinary households, it is important to capture the power consumption performance of each device. For this purpose, it is ideal to install a measuring device for power consumption or current consumption for each device, but there is no space for mounting the measuring device on the device to be measured, or it cannot be installed due to aesthetic and safety issues There are many cases. For example, the position of the outlet from which the measurement target and the device are supplied with power is behind the furniture, is high, such as an air conditioner outlet, or is in the measurement target device, such as a ceiling light or IH cooking heater. There is virtually no room for attaching or fixing the measuring device in many measuring objects, such as the feeding point being hidden.
前記のように個別の機器を計測するのではなく、分電盤の分岐回路毎に測定装置を取り付け、ある一定の配電範囲毎に消費実績を捕らえる方法も考えられる。この場合、本来目的としている個別の使用機器を特定することはできない。また、多数の系統を測定する必要があり、測定用の引き出し線が増えるため分電盤の蓋を閉めることができなくなり、操作性や安全性に加え、美観的にも問題が出る。また、家庭用分電盤は昨今分電盤の小型化により、分岐回路間隔が狭あい化しており、電流センサの取り付け自体が困難と言う問題もある。
稼動中の負荷を少ない測定箇所で識別し、それぞれの消費電力を特定できる測定装置および方法が望まれる。例えば分電盤のメインブレーカーの直近等、給電点の一箇所での測定で稼動している機器(負荷)を識別できるのが理想である。 There is a demand for a measuring apparatus and method that can identify a load during operation at a small number of measurement points and specify each power consumption. For example, it is ideal to be able to identify a device (load) that is operating by measurement at one point of the feeding point, such as in the immediate vicinity of the main breaker of the distribution board.
給電点付近の一箇所での測定により負荷の稼動状況を推定する手法として、消費電流に含まれる高調波成分の分布を求め、予め求めた負荷毎に求めた分布と照合することにより、稼動している負荷を推定する方法が提案されている(非特許文献1)。これは、負荷の種類や運転状態により消費電流に含まれる高調波成分の分布が異なることを利用したものである。 As a method of estimating the operating status of the load by measuring at one location near the feeding point, the distribution of harmonic components contained in the current consumption is obtained, and the operation is performed by collating with the distribution obtained for each load obtained in advance. A method for estimating a load that is present has been proposed (Non-patent Document 1). This utilizes the fact that the distribution of harmonic components contained in the current consumption differs depending on the type of load and the operating state.
しかし、従来エアコン等一部の大型家電にしか搭載されていなかったインバータが、より小型の家電にも広く搭載されるようになり、類似の高調波分布を持つ機器が増えたこと、高調波に対する規制の強化から、1機種から発生する高調波の絶対量や基本波に対する高調波の占める割合が以前より減少していること等により、負荷推定のための特徴抽出が難しくなってきた。 However, inverters that were previously installed only in some large home appliances such as air conditioners are now widely used in smaller home appliances, and the number of devices with similar harmonic distribution has increased. Due to stricter regulations, it has become difficult to extract features for load estimation due to the absolute amount of harmonics generated from one model and the proportion of harmonics with respect to the fundamental wave being reduced.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、負荷の推定において前記高調波分布に例示される負荷固有の情報のみでなく、負荷の接続位置までの経路を反映した情報を取得することにより、電力負荷の変動の原因となった負荷を特定する、より汎用性をもった電力消費量測定装置および方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to reflect not only the load-specific information exemplified in the harmonic distribution in the load estimation but also the route to the load connection position. It is an object of the present invention to provide a more versatile power consumption measuring device and method for identifying the load that causes the fluctuation of the power load by acquiring the information.
この目的を達成するために、本発明は、電力消費量の時間に対する変化(以降電力消費量の時間変化と記す)と、供給電力とは異なる周波数で、かつ1種類以上の異なる周波数におけるインピーダンスの時間に対する変化(以降インピーダンスの時間変化と記す)とを求め、予め求めた負荷毎の電力消費量の時間変化およびインピーダンスの時間変化と照合し、それらの一致により、電力消費量の時間変化の原因となった負荷を特定し、当該電力消費量の時間変化分を該負荷の消費分として割り当てる。 In order to achieve this object, the present invention relates to a change in power consumption with respect to time (hereinafter referred to as a time change in power consumption) and impedance at a frequency different from the supplied power and at one or more different frequencies. Change with time (hereinafter referred to as impedance change over time) is obtained and collated with the time change in power consumption and impedance over time obtained for each load in advance. The resulting load is identified, and the time change of the power consumption is assigned as the consumption of the load.
ここで、「時間変化」は、数分から数十分間のオーダーで見るような「時間変動パタン」を指す。ただし、特定の精度を上げるため、時間微分値を併用してもよい。 Here, “time change” refers to a “time variation pattern” as seen on the order of several minutes to several tens of minutes. However, in order to increase the specific accuracy, a time differential value may be used in combination.
次に、本発明の原理について説明する。 Next, the principle of the present invention will be described.
負荷として例えばスイッチング電源装置を内蔵した薄型テレビと照明とを例にとり、それぞれを起動させた場合の電力消費量の違いについて説明する。電力消費量の変化は両者共似通っている場合が多く、必ずしも区別をつけるのは容易ではない。ここで、電力消費量の変化前後において、例えば2つの異なる周波数において線間インピーダンスを測定する。一つの周波数は、例えば10kHz〜50kHzのような装置内の電源の制御状態を反映しやすい周波数域で、かつ装置内に設置されているノイズフィルタの影響を比較的受けにくい周波数域より選択する。なお、法規制の問題がなければ、さらに10kHz未満の周波数域で測定するとなおよい。もう一つの周波数は、例えば3MHz〜30MHzのように装置内に設置されているノイズフィルタの影響を受ける周波数で、測定点から被測定対象負荷までの配線長に近い波長を有する周波数域より選択する。 Taking, for example, a thin television with a built-in switching power supply as a load and illumination, the difference in power consumption when each is activated will be described. Changes in power consumption are often similar to each other, and it is not always easy to distinguish them. Here, before and after the change in power consumption, for example, the line impedance is measured at two different frequencies. One frequency is selected from a frequency range that easily reflects the control state of the power supply in the device, such as 10 kHz to 50 kHz, and a frequency region that is relatively less susceptible to noise filters installed in the device. In addition, if there is no problem of legal regulation, it is better to further measure in a frequency range of less than 10 kHz. The other frequency is a frequency affected by a noise filter installed in the apparatus, such as 3 MHz to 30 MHz, and is selected from a frequency range having a wavelength close to the wiring length from the measurement point to the load to be measured. .
前者である第1の周波数におけるインピーダンスは、主に負荷内の電源の制御状態や負荷の運転状態を反映する。また、後者である第2の周波数におけるインピーダンスは、ノイズフィルタの存在により装置内電源や運転状態の変化を反映しにくくなるが、代わりに装置までの途中の配線長や分岐状態の変化を良く反映する。 The former impedance at the first frequency mainly reflects the control state of the power source in the load and the operation state of the load. In addition, the impedance at the second frequency, which is the latter, makes it difficult to reflect changes in the power supply and operating state in the device due to the presence of the noise filter, but instead reflects changes in the wiring length and branching state on the way to the device. To do.
例えばテレビ内のスイッチング電源と白熱電球や銅鉄型安定器を使用した蛍光灯の照明とを比較すると、第1の周波数のインピーダンスが異なる値を示すため、インピーダンスの変化だけでどちらが起動したかを識別できる。 For example, when comparing a switching power supply in a television with a fluorescent lamp that uses an incandescent bulb or copper-iron ballast, the impedance of the first frequency shows a different value. Can be identified.
また、照明がインバータ式であって、力率改善回路の特性によっては、テレビ内のスイッチング電源の特性と類似する場合もあり、第1の周波数におけるインピーダンスの変化だけでは識別が困難になる場合もある。この場合であっても、測定点からそれぞれの機器までの配線経路が異なるため、第2の周波数におけるインピーダンスの変化を利用すれば、これを識別できる。特に、照明を壁スイッチ操作で点灯した場合、配線長および末端のインピーダンスが明確に変化するためこれを検出できる。 In addition, the lighting is an inverter type, and depending on the characteristics of the power factor correction circuit, it may be similar to the characteristics of the switching power supply in the television, and it may be difficult to identify by changing the impedance at the first frequency alone. is there. Even in this case, since the wiring path from the measurement point to each device is different, this can be identified by using the change in impedance at the second frequency. In particular, when lighting is turned on by a wall switch operation, the wiring length and the terminal impedance change clearly, which can be detected.
このように、適切に周波数を選択してインピーダンスを測定することにより、電力消費量の変化を起こした負荷を特定することができる。 As described above, by appropriately selecting the frequency and measuring the impedance, it is possible to identify the load causing the change in the power consumption.
以上の説明では、インピーダンスを測定する周波数を2種類としたが、配線や負荷の組み合わせにより適切な周波数は異なる。このため、より多くの種類の周波数を使用するか、連続的に周波数を変化させてインピーダンスを測定することにより、負荷特定の精度を上げることができる。 In the above description, two types of frequencies for measuring impedance are used, but appropriate frequencies differ depending on the combination of wiring and load. For this reason, the accuracy of load specification can be raised by using more types of frequency or measuring impedance by changing the frequency continuously.
上記原理を利用し、予め機器毎に起動してから所定の時間の間の電力消費量の時間変化と、所定周波数におけるインピーダンスの時間変化とを求めてこれらをデータベース化しておく。電力消費量の変化が起きた際に、その時間変化と所定の周波数におけるインピーダンスの時間変化とを求め、前記データベースに格納された情報と照合し、それらの一致度により負荷を特定することができる。その上で、前記電力消費量の変動分を、特定した負荷の消費分として割り当てる。 Utilizing the above principle, the time change of the power consumption during a predetermined time after activation for each device and the time change of the impedance at a predetermined frequency are obtained and stored in a database. When a change in power consumption occurs, the time change and the time change in impedance at a predetermined frequency can be obtained, collated with the information stored in the database, and the load can be specified by the degree of coincidence thereof. . Then, the fluctuation amount of the power consumption is allocated as the consumption amount of the specified load.
本発明によれば、インピーダンスの測定に使用する周波数を適切に組み合わせることにより、測定対象となる負荷の情報に加え、測定点から負荷までの配線の状態の違いを反映した情報を取り込むことができる。これにより、機器の性情が類似であっても、設置位置や配線方法が異なれば、これを識別することが可能となる。なお、前述の配線の状態の違いを反映した情報とは、配線長、経路途中の分岐の組み方、他の負荷の接続数や接続の有無を意味する。 According to the present invention, by appropriately combining the frequencies used for impedance measurement, in addition to information on the load to be measured, information reflecting the difference in the state of the wiring from the measurement point to the load can be captured. . Thereby, even if the nature of the equipment is similar, it can be identified if the installation position and the wiring method are different. Note that the above-described information reflecting the difference in the wiring state means the wiring length, the way of assembling branches along the route, the number of connections of other loads, and the presence or absence of connections.
この結果、例えば受電点一箇所の測定で、負荷毎の電力消費量を求めることができ、センサの数や測定用引き出し線の数を大幅に減らすことができる。具体的には、電力消費量検出用の電流センサと、インピーダンス測定および電圧および電圧位相検出用の取出し線があればよい。例えばメインブレーカー直近であれば、配線間隔も広く、電流センサの挿入が容易である。また、インピーダンス測定および電圧および電圧位相測定用の取出し線は兼用とすることも可能であり、従来の分岐回路毎にセンサを挿入する場合に比べ、引き出し線数を大幅に減少させることができ、分電盤の蓋を締めることも容易となる。さらに、負荷固有の情報に加え、負荷までの配線を反映した情報を併用することから、従来に比べ類似性情を有する負荷の稼動をより容易に識別できる。 As a result, for example, the power consumption for each load can be obtained by measuring one power receiving point, and the number of sensors and the number of lead lines for measurement can be greatly reduced. Specifically, a current sensor for power consumption detection and an extraction line for impedance measurement and voltage and voltage phase detection are sufficient. For example, if it is close to the main breaker, the wiring interval is wide and the insertion of the current sensor is easy. In addition, the lead wires for impedance measurement and voltage and voltage phase measurement can be combined, and the number of lead wires can be greatly reduced compared to the case where a sensor is inserted for each conventional branch circuit, It is easy to tighten the lid of the distribution board. Furthermore, since the information reflecting the wiring up to the load is used in addition to the information specific to the load, it is possible to more easily identify the operation of the load having similarity information than in the past.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態の電力消費量測定装置のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of a power consumption measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の電力消費量測定装置1は、商用電源2より複数の負荷4-1〜4-nに電力を供給する配電設備3に接続され、電力消費量測定部11とインピーダンス測定部12と負荷電力消費量解析部13と表示部14を有する。電力消費量測定部11は、商用電源2より供給される電力の、周波数(50ヘルツまたは60ヘルツ)における消費量を測定する。インピーダンス測定部12は、前記電力の周波数以外の少なくとも1種類の周波数を発振する周波数発振部を含み、前記電力の周波数以外の少なくとも1種類の周波数におけるインピーダンスを測定する。負荷電力消費量解析部13は、電力消費量測定部11で測定された電力消費量の時間変化と、インピーダンス測定部12で測定された配線間インピーダンスの時間変化を、予め測定した、各負荷4-1〜4-nの電力消費量の時間変化と、配線間インピーダンスの時間変化と照合することで、前記消費電力量の時間変化の原因となった負荷を特定し、該時間変化を該特定された負荷による電力消費分として割り当てる。表示部14は、特定した負荷の消費の割り当て結果を表示する。
The power consumption measuring device 1 of the present embodiment is connected to a distribution facility 3 that supplies power from a commercial power source 2 to a plurality of loads 4-1 to 4-n, and includes a power
インピーダンス測定部12が計測する配線間インピーダンスは、接続点(測定点)における「合成インピーダンス」となる。
The inter-wiring impedance measured by the
具体的には、
・測定点から見て上流側:原理的には、変電所までのインピーダンスや隣の家の機器(負荷)まで見えるが、実際にはあまり低い周波数を使用しないことと、通常注入する高周波の出力を適度に抑えるので、柱状変圧器までの配線とせいぜい当該変圧器までが見える。
・測定点から見て下流側:複数の機器までの配線および各機器に入力インピーダンスの合成値(ただし、機器の途中にスイッチがある場合は当該スイッチまでの配線インピーダンス)。
In particular,
・ Upstream side from the measurement point: In principle, the impedance up to the substation and the equipment (load) of the next house can be seen, but in practice, a very low frequency is not used, and the high frequency output that is normally injected Therefore, it is possible to see the wiring to the columnar transformer and the transformer at best.
-Downstream from the measurement point: Wiring to multiple devices and the combined value of input impedance for each device (however, if there is a switch in the middle of the device, wiring impedance to the switch).
想定される測定点はメインブレーカーの真下である。ただし、ここである必要はなく、より下流でもよい。 The assumed measurement point is directly under the main breaker. However, it does not have to be here, and may be further downstream.
図2は図1の負荷電力消費量解析部13の詳細を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing details of the load power
負荷電力消費量解析部13は電力消費量時間変化抽出部15とインピーダンス時間変化抽出部16と記憶部17と負荷特定部18と負荷電力消費量確定部19を含む。電力消費量時間変化抽出部15は電力消費量の時間変化を抽出する。インピーダンス時間変化抽出部16は、インピーダンスの時間変化分を抽出する。記憶部17は、負荷4-1〜4-nに対して予め求めた所定の時間内における電力消費量の時間変化および前記電力周波数以外の周波数におけるインピーダンスの時間変化を記憶する。負荷特定部18は、測定された前記電力消費量の時間変化と前記インピーダンスの時間変化を、記憶部17内の情報と照合して、それらの一致度から前記消費電力量の時間変化の原因となった負荷を特定する。電力消費量確定部19は、測定された電力消費量の時間変化分を、特定した負荷の消費として割り当てる。
The load power
次に、本実施形態の電力消費量測定装置の動作を図3のフローチャートを参照して説明する。 Next, the operation of the power consumption measuring apparatus of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、各負荷4-1〜4-nを起動して、負荷4-1〜4-n毎の基礎データを求める(図3左側)。電力消費量測定部11で電力消費量を測定し(ステップ101)、その結果から電力消費量時間変化抽出部15で電力消費量の時間変化分を抽出する(ステップ102)。これと並行して、供給される電力の周波数とは異なる1つ以上の周波数におけるインピーダンスをインピーダンス測定部12で測定し(ステップ103)、その結果からインピーダンスの時間変化分をインピーダンス時間変化抽出部16で抽出する(ステップ104)。両ステップ102と104の結果を負荷4-1〜4-n毎の基礎データとして記憶部17に格納する(ステップ105)。
First, the loads 4-1 to 4-n are activated to obtain basic data for the loads 4-1 to 4-n (left side in FIG. 3). The power
次に、実際の電力消費量を測定し、その時間変化の原因となった負荷を特定する(図3右側)。まず、電力消費量測定部11で電力消費量を測定し(ステップ201)、測定した結果から、電力消費量時間変化抽出部15にて電力消費量の時間変化分を抽出する(ステップ202)。これと並行して、インピーダンス測定部12で、供給電力の周波数以外の周波数における配線間インピーダンスを測定し(ステップ203)、その時間変化分をインピーダンス時間変化抽出部16にて抽出する(ステップ204)。次に、負荷特定部18にて、電力消費量の変化が認められた場合は(ステップ205)、測定された電力消費量の時間変化と、インピーダンスの時間変化の結果を、記憶部17に予め記憶された、負荷4-1〜4-nに対して求めた電力消費量およびインピーダンスの時間変化のパタンと照合し、それらの一致度から電力消費量の変化の原因となった負荷を確定する(ステップ206)。さらに、負荷電力消費量確定部19にて、電力消費量時間変化抽出部15で抽出した電力消費量の時間変化分を負荷特定部18にて特定した負荷の消費分として確定し(ステップ207)、記憶部17に格納する(ステップ208)。また、記憶部17には、電力消費量測定部11にて測定した、割当前の負荷毎の総電力消費量を併せて格納する(ステップ208)。なお、必要に応じて、前記の格納した結果を表示部14にて表示する(ステップ209)。
Next, the actual power consumption is measured, and the load that caused the time change is specified (right side of FIG. 3). First, the power
本実施形態では負荷特定の基となる負荷毎の電力消費量およびインピーダンスの時間変化パタンを予め求めて記憶部17に格納している。ここで言う予め求めたデータは、本来目的とする電力消費量測定前に所定の負荷単体で測定したものでもよいし、また実際の電力消費量測定の中で、求めたデータであってもよい。また、インピーダンスを測定に使用する周波数は、複数の単一周波数を離散的に設定するものでもよいし、所定の周波数範囲内で連続的に変化させたものや、一定の帯域幅を有する周波数帯であってもよい。また、記憶部17に、接続された負荷に対応して「時間変動パタン」に代えて、「時間微分値データ」を記憶させ、このデータと測定データとを照合させるようにしてもよい。さらに、本実施形態では表示部14を設けているが、測定結果を外部に無線や信号線経由で送出したり、あるいは外部より必要に応じて測定結果を読み取りに来るようにすれば、必ずしも表示部14を本測定装置に設ける必要はない。
In the present embodiment, the power consumption for each load, which is a basis for specifying the load, and the time change pattern of the impedance are obtained in advance and stored in the storage unit 17. The data obtained in advance here may be data measured with a predetermined load alone before measuring the intended power consumption, or may be data obtained during actual power consumption measurement. . In addition, the frequency used for the measurement of impedance may be a plurality of discrete single frequencies, a frequency continuously changed within a predetermined frequency range, or a frequency band having a certain bandwidth. It may be. Further, instead of the “time variation pattern” corresponding to the connected load, “time differential value data” may be stored in the storage unit 17, and this data and the measurement data may be collated. Furthermore, although the
なお、本発明の計測系内に同種の機器(負荷)が2つ以上、ほぼ等距離で設置された場合でも、実際の屋内配線の敷設の仕方が全く同じケースは極めて稀であることから、本願発明は殆どの場合有効である。 In addition, even when two or more of the same kind of devices (loads) are installed in the measurement system of the present invention at almost the same distance, it is extremely rare that the actual way of laying indoor wiring is the same. The present invention is effective in most cases.
1 電力消費量測定装置
2 商用電源
3 配電設備
4−1〜4−n 負荷
11 電力消費量測定部
12 インピーダンス測定部
13 負荷電力消費量解析部
14 表示部
15 電力消費量時間変化抽出部
16 インピーダンス時間変化抽出部
17 記憶部
18 負荷特定部
19 負荷電力消費量確定部
101〜105,201〜209 ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power consumption measuring device 2 Commercial power supply 3 Distribution equipment 4-1 to 4-
Claims (6)
前記配電網または配電設備上の一測定点における電力消費量を測定する電力消費量測定部と、
供給される前記電力の周波数以外の少なくとも1種類の周波数における配線間インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記電力消費量の時間変化と、前記配線間インピーダンスの時間変化を、予め測定した前記各負荷の、電力消費量の時間変化と、配線間インピーダンスの時間変化と照合することで、前記消費電力量の時間変化の原因となった負荷を特定し、該時間変化を該特定された負荷による電力消費分として割り当てる負荷電力消費量解析部と
を有する電力消費量測定装置。 An apparatus for measuring power consumption in a plurality of loads to which power is supplied from a commercial power supply system via a distribution network or distribution equipment,
A power consumption measuring unit that measures power consumption at one measurement point on the distribution network or distribution facility;
An impedance measuring unit that measures an impedance between wires at at least one frequency other than the frequency of the supplied power;
By comparing the time change of the power consumption and the time change of the inter-wiring impedance with the time change of the power consumption of each load measured in advance and the time change of the inter-wiring impedance, the power consumption A load power consumption measuring device comprising: a load power consumption analysis unit that identifies a load that causes a time change of the load and assigns the time change as a power consumption by the specified load.
前記配電網または配電設備上の一測定点における電力消費量を測定する電力消費量測定ステップと、
供給される前記電力の周波数以外の少なくとも1種類の周波数における配線間インピーダンスを測定するインピーダンス測定ステップと、
前記電力消費量の時間変化と、前記配線間インピーダンスの時間変化を、予め測定した前記各負荷の、電力消費量の時間変化と、配線間インピーダンスの時間変化と照合することで、前記消費電力量の時間変化の原因となった負荷を特定し、該時間変化を該特定された負荷による電力消費分として割り当てる負荷電力消費量解析ステップと
を有する電力消費量測定方法。 A method for measuring power consumption in a plurality of loads to which power is supplied from a commercial power supply system via a distribution network or distribution equipment,
A power consumption measuring step for measuring power consumption at one measurement point on the distribution network or distribution facility;
An impedance measurement step of measuring an inter-wiring impedance at at least one frequency other than the frequency of the supplied power;
By comparing the time change of the power consumption and the time change of the inter-wiring impedance with the time change of the power consumption of each load measured in advance and the time change of the inter-wiring impedance, the power consumption A load power consumption analysis step of identifying a load that causes a time change of the load and assigning the time change as a power consumption by the specified load.
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