BR112017023323B1 - Método e aparelho para identificação da fase aberta do disjuntor em base de tensão - Google Patents

Método e aparelho para identificação da fase aberta do disjuntor em base de tensão Download PDF

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Abstract

Método e aparelho para identificar uma fase aberta de um disjuntor em função da tensão. O método compreende: um aparelho de proteção mede as tensões trifásicas (Ua, Ub, Uc, UA, UB, UC) em dois lados (M, N) de um disjuntor (B); e, respectivamente, calcula uma diferença de vetor e um valor efetivo das tensões em dois lados do disjuntor, quando as tensões de fase em dois lados são maiores que 80% a 90% de uma tensão nominal e a diferença do vetor de tensão em dois lados do disjuntor de fase ou de duas fases é maior do que uma tensão ajustada, determina que o disjuntor tenha uma fase aberta e acionamento de uma operação alarmante ou de disparo atrasando por um curto período de tempo t. O método e o aparelho correspondente podem resolver o problema da incapacidade de reconhecer uma fase aberta por um critério de corrente de sequência negativa tradicional quando um disjuntor tem uma fase aberta no caso de carga leve; e, além disso, não são necessários diferentes pontos de contato para as três fases, e o método e aparelho também são adequados para um disjuntor ligado a três fases.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A invenção refere-se ao campo de proteção de relé de potência, em particular, refere-se a um método para identificar uma fase aberta de um disjuntor em função da tensão e do aparelho de proteção de relé correspondente ou aparelho de monitoramento.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] Atualmente, a proteção de fase aberta amplamente aplicada para disjuntores no local geralmente é composta por contato inconsistente trifásico, corrente de fase, corrente de sequência zero e critérios de corrente de sequência negativa. Sob a condição de funcionamento da operação sob carga leve, devido à pequena corrente de fase, a corrente de sequência negativa é bastante pequena quando o disjuntor está em uma fase aberta, devido à dificuldade para que a corrente de sequência negativa exceda seu valor, e, assim, a proteção de fase aberta para o disjuntor não pode ser ativada. O disjuntor no lado do gerador geralmente está ligado em três fases, não provido de contato inconsistente trifásico e incapaz de empregar a proteção tradicional de fase aberta. Os acidentes de fase aberta causados pela quebra da barra de uma fase do disjuntor no lado do gerador ocorreram muitas vezes no local. Devido à falta de proteção em fase aberta, a unidade de potência deve suportar a corrente de sequência negativa por um longo período de tempo que ameaça a segurança do gerador. Assim, é necessária uma proteção de fase aberta independente do contato inconsistente trifásico. Em consideração as falhas acima mencionadas existentes na proteção tradicional em fase aberta para disjuntores, é necessário realizar pesquisas sobre um método e aparelho para identificar a fase aberta do disjuntor independente da magnitude atual e do contato inconsistente trifásico.
[003] A publicação de patente chinesa CN 104215897A descreve um método para determinar a fase incompleta de um disjuntor usando diferença de fase entre voltagens de porta. O método compreende medir voltagens de três fases em dois lados do disjuntor usando um dispositivo protetor de disjuntor; respectivamente calculando diferença fundamental de fase de onda entre voltagens em dois lados do disjuntor e valores efetivos; determinar a fase incompleta do disjuntor quando as voltagens de fase nos dois lados do disjuntor ultrapassam a voltagem nominal entre 80 a 90% e a voltagem de porta de uma certa fase ou a diferença de fase entre as voltagens de porta das duas fases é superior a um ângulo fixado; e disparar um alarme ou disparo após um tempo (t) de atraso curto. Conforme o método, o problema que o critério corrente tradicional de sequência negativa não pode identificar fase incompleta durante a fase incompleta do disjuntor sob a condição de carga leve pode ser resolvido. Além disso, o método é adequado para um disjuntor de ligação trifásica sem a ajuda de uma junta com três diferentes fases.
[004] A patente US 4.121.111A descreve um aparelho para a detecção de sincronismo por meio de medida de diferença de vetor.
[005] O pedido internacional publicado WO2012061978A1 descreve um método de sincronização para a proteção de corrente diferencial.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[006] O objetivo principal da invenção é fornecer um método tal como especificado em qualquer das reivindicações 1 a 5, para identificar uma fase aberta de um disjuntor com base na tensão, independente da magnitude da corrente, para resolver o problema de falha na identificação por critérios atuais antes de o disjuntor ter uma abertura de fase sob carga leve e, além disso, uma vez que o contato inconsistente trifásico não seja necessário para o disjuntor, ele também resolve o problema de identificar a fase aberta dos disjuntores ligados trifásicos.
[007] A invenção utiliza a solução técnica que: a análise teórica indica que, quando um disjuntor tiver uma fase aberta, será produzida uma certa diferença vetorial entre as tensões nos dois lados da porta e, portanto, uma fase aberta pode ser determinada identificando a diferença de vetor entre as tensões em dois lados do disjuntor. Um aparelho de proteção mede tensões trifásicas em dois lados do disjuntor; e, respectivamente, calcula a diferença do vetor e o valor efetivo das tensões em dois lados do disjuntor, quando as tensões de fase em dois lados são maiores que 80% a 90% da tensão nominal e a diferença do vetor de tensão em dois lados de um determinado disjuntor de circuito monofásico ou bifásico é maior do que a tensão ajustada, determina-se que o disjuntor possui uma fase aberta, e aciona uma operação de alarme ou disparo após um curto atraso de tempo t.
[008] A invenção também proporciona um dispositivo de proteção de fase aberta para disjuntor em função da tensão, tal como especificado em qualquer das reivindicações 6 a 10, compreendendo um módulo de amostragem, um módulo de cálculo de Fourier, um módulo de compensação e um módulo de identificação e de acionamento, em que: o O módulo de amostragem é usado para o aparelho de proteção em fase aberta para medir as tensões em dois lados do disjuntor; o O módulo de cálculo de Fourier é utilizado para calcular a parte real e a parte imaginária dos vetores de onda fundamental das tensões de fase em dois lados e a amplitude de onda fundamental de acordo com os resultados do módulo de amostragem; o O módulo de compensação é usado para compensar o erro de transmissão entre indutores mútuos de tensão em dois lados de acordo com os resultados do módulo de cálculo de Fourier, de modo que a diferença do vetor de tensão dos indutores mútuos de tensão em dois lados da porta seja 0 no caso de operação normal; o O módulo de identificação e de acionamento é usado para identificar quando a diferença do vetor de voltagens em dois lados do disjuntor excede o limite superior da faixa pré- definida de acordo com os resultados do módulo de cálculo e do módulo de compensação, e dando um sinal de alarme ou disparo e desconectando o relé de disparo após um tempo.
[009] Além disso, no módulo de cálculo de Fourier, o algoritmo de Fourier é utilizado para todas as amplitudes de onda fundamental das tensões trifásicas em dois lados do disjuntor.
[0010] As fórmulas de cálculo para as amplitudes de onda fundamental das tensões de fase de indutores mútuos de tensão em dois lados são as seguintes:
Figure img0001
[0011] Onde N é o tempo de amostragem do aparelho de proteção em cada ciclo de frequência de energia, UΦRe e UΦIm são a parte real e a parte imaginária da onda fundamental de tensão de fase, respectivamente, e UΦ.AM é a amplitude de onda fundamental da tensão de fase.
[0012] Além disso, no módulo de compensação, são introduzidos dois coeficientes de compensação para compensar o erro de transmissão entre indutores mútuos de tensão em dois lados do disjuntor.
[0013] Diferença vetorial das tensões nos dois lados do disjuntor:
Figure img0002
[0014] Onde, r e são vetores de tensão de fase nos lados M e
Figure img0003
são os coeficientes de compensação utilizados para compensar o erro de transmissão entre indutores mútuos de tensão nos dois lados, de modo que a diferença do vetor de tensão dos indutores mútuos de tensão nos dois lados da porta seja 0 no caso de operação normal.
[0015] O algoritmo de Fourier do ciclo completo dos modelos de cosseno é empregado e o coeficiente de ajuste é calculado com base na forma de onda da tensão em condições normais, na condição de que a diferença do fasor dos dois lados seja 0:
Figure img0004
[0016] Quando o disjuntor tem uma fase aberta, a diferença de tensão dos indutores mútuos de tensão em dois lados da porta da fase de falha terá um certo valor, e as características acima formam os critérios para a fase aberta de um interruptor.
[0017] Além disso, no módulo de identificação e acionamento, se qualquer um dos critérios na Fórmula (1) ~ Fórmula (3) for satisfeito, uma fase aberta pode ser identificada e o aparelho de proteção aciona uma operação de alarme ou disparo após um curto período de tempo t.
[0018] Critério para uma fase aberta na Fase A do disjuntor:
Figure img0005
[0019] Onde, Ua.AM e UA.AM são as tensões de amplitudes da Fase A nos lados M e N, respectivamente, UΦN é a fase nominal de tensão,
Figure img0006
é a amplitude da diferença vetorial de tensão na Fase A em dois lados, ΔUset é a diferença do valor programado da tensão em dois lados, n é geralmente avaliado como 80~90, e min representa a tomada de valor mínimo de dois valores.
[0020] Critério para uma fase aberta na Fase B do disjuntor:
Figure img0007
[0021] Critério para uma fase aberta na Fase C do disjuntor:
Figure img0008
[0022] Além disso: O valor programado da diferença de vetor ΔUset pode ser calculado entre 0.1~10.0V.
[0023] Além disso: O aparelho de proteção aciona uma operação de alarme ou disparo após um curto atraso de tempo t, e o valor ajustado do tempo de atraso pode ser avaliado na faixa de 0,1 ~ 10s.
[0024] A invenção tem as vantagens de não ser necessário identificar a magnitude atual e resolve o problema de falha na identificação de uma fase aberta pelo critério de corrente de sequência negativa tradicional quando o disjuntor possui uma fase aberta sob carga leve; uma vez que não é necessário identificar o contato inconsistente trifásico, também é adequado para disjuntores trifásicos ligados, enquanto que o princípio anterior de proteção em fase aberta não pode identificar a fase aberta de disjuntores ligados trifásicos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0025] A FIGURA 1 mostra o diagrama de medição das tensões trifásicas em dois lados da porta quando o disjuntor tem uma fase aberta de acordo com a invenção, na qual, G é um gerador, T é um transformador conectado ao gerador, L é a linha, B é um disjuntor trifásico, m e n são as portas do disjuntor, TVM é o indutor inverso de tensão no lado M do disjuntor, TVN é o indutor de tensão mútua no lado N do disjuntor, Ua, Ub e Uc são as tensões trifásicas no lado M, e UA, UB e UC são as tensões trifásicas no lado N.
[0026] A FIGURA 2 é o diagrama estrutural do aparelho proporcionado pela invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0027] A solução técnica da invenção será descrita abaixo em detalhes em conjunto com os desenhos.
[0028] Na FIGURA 1, as tensões trifásicas em dois lados são medidas nos indutores mútuos de tensão nos dois lados da porta do disjuntor; e as amplitudes de onda fundamental das tensões nos dois lados são calculadas usando o algoritmo Fourier de ciclo completo.
[0029] As fórmulas de cálculo para as amplitudes de onda fundamental de indutor mútuo de tensão da tensão de fase em dois lados são as seguintes:
Figure img0009
[0030] Onde N é o tempo de amostragem da proteção do aparelho em cada ciclo de frequência de força, UΦ.Re e UΦ.Im são a parte real e a parte imaginária da tensão de fase da onda fundamental, respectivamente, e UΦ.AM a amplitude da onda fundamental da fase de tensão.
[0031] Diferença vetorial de voltagens em dois lados da porta do interruptor:
Figure img0010
[0032] Onde
Figure img0011
são os vetores de tensão de fase nos lados M e N,
Figure img0012
são os coeficientes de compensação usados para compensar a transmissão de erro entre os indutores mútuos de tensão nos dois lados, de forma que a diferença vetorial de tensão dos indutores mútuos de tensão dos dois lados da porta seja 0 no caso de operação normal.
[0033] O algoritmo de Fourier do ciclo completo dos modelos de cosseno é empregado e o coeficiente de ajuste é calculado com base na forma de onda da tensão em condições normais, na condição de que a diferença do fasor dos dois lados seja 0:
Figure img0013
[0034] Quando o disjuntor tem uma fase aberta, a diferença de tensão dos indutores mútuos de tensão em nos lados da porta da fase de falha terá um certo valor e as características acima formam os critérios para a fase aberta do interruptor.
[0035] Critério para uma fase aberta na Fase A do disjuntor:
Figure img0014
[0036] Onde UΦ.AM e UA.AM são as amplitudes de tensão na Fase A no lado M e no lado N, respectivamente, UΦN é a tensão de fase nominal,
Figure img0015
é a amplitude da diferença de vetor de tensão na Fase A em dois lados, △Uset é o conjunto de valores da diferença de tensão, geralmente variando entre 0.1~10V, n é geralmente valorado como 80~90, e min representa o menor valor entre os dois valores.
[0037] Critério para uma fase aberta na Fase B do disjuntor:
Figure img0016
[0038] Critério para uma fase aberta na Fase C do disjuntor:
Figure img0017
[0039] Se uma condição de Fórmula (6) ~ Fórmula (8) estiver satisfeita, o aparelho de proteção aciona uma operação de alarme ou disparo após um curto atraso de tempo t, e o valor ajustado do tempo de atraso geralmente é avaliado no intervalo de 0,1 ~ 10s.
[0040] Além disso, a invenção também proporciona um dispositivo de proteção em fase aberta para disjuntor em função da tensão, conforme mostrado na FIGURA 2, compreendendo um módulo de amostragem, um módulo de cálculo de Fourier, um módulo de compensação e um módulo de identificação e de acionamento, em que:
[0041] O módulo de amostragem é usado para o aparelho de proteção em fase aberta para provar as tensões em dois lados do disjuntor;
[0042] O módulo de cálculo de Fourier é utilizado para calcular a parte real e a parte imaginária dos vetores de onda fundamental das tensões de fase em dois lados e as amplitudes de onda fundamental de acordo com os resultados do módulo de amostragem;
[0043] O módulo de compensação é usado para compensar o erro de transmissão entre indutores mútuos de tensão em dois lados de acordo com os resultados do módulo de cálculo de Fourier, de modo que a diferença do vetor de tensão dos indutores mútuos de tensão em dois lados da porta é 0 no caso de operação normal;
[0044] O módulo de identificação e de acionamento é usado para identificar quando a diferença do vetor de tensões em dois lados do disjuntor excede o limite superior da faixa predefinida de acordo com os resultados do módulo de cálculo e do módulo de compensação, e dando um sinal de alarme ou disparo e desconectando o relé de disparo após um tempo.

Claims (10)

1. Método para identificação da fase aberta de disjuntor em base de tensão, o método sendo caracterizado por compreender: um aparelho de proteção mede as tensões trifásicas em um lado M e um lado N do disjuntor (B) com os indutores mútuos de voltagem (TVM, TVN) nos dois lados do disjuntor (B); calcula, respectivamente, uma diferença de vetor e as amplitudes de cada uma das voltagens de três fases nas duas das ondas fundamentais de tensões nos dois lados do disjuntor (B); quando para pelo menos uma das fases as amplitudes das voltagens de fase em ambos os lados são maiores do que o limiar ajustado e a amplitude da diferença do vetor de tensão nos dois lados é maior que o valor ajustado, este determina que o disjuntor (B) tem uma fase aberta; e ativa uma operação de alarme ou disparo após o atraso de tempo t; Onde as amplitudes de ondas fundamentais das tensões trifásicas nos dois lados são todas calculadas usando um algoritmo de Fourier de ciclo completo, Onde as fórmulas de computação para calcular a amplitude de onda fundamental das tensões de cada fase em cada indutor mútuo de tensão são as seguintes:
Figure img0018
Onde, k é o número de ordem da amostra, N são os tempos de amostragem do aparelho de proteção em cada ciclo de frequência de energia, Φ é a fase da tensão trifásica, UΦ.Re e UΦ.1m são as partes reais e imaginárias da onda fundamental da fase de tensão, respectivamente, e UΦ.Am é a amplitude da onda fundamental da tensão de fase; e onde são introduzidos dois coeficientes de compensação para compensar o erro de transmissão dos indutores mútuos de tensão nos dois lados do disjuntor (B), a diferença vetorial das tensões nos dois lados do disjuntor (B) é calculada como a seguir:
Figure img0019
Onde, para cada fase
Figure img0020
são vetores de fase de tensão dos lados M e N,
Figure img0021
são os coeficientes de compensação usados para compensar o erro de transmissão de indutor mútuo de tensão nos dois lados, de forma que a diferença do vetor de tensão dos indutores mútuos de tensão nos dois lados de uma porta correspondente do disjuntor (B) seja 0 no caso de operação normal, sendo UΦM.Re e UΦM.im a parte real e imaginária da onda fundamental da fase de tensão no lado M, e UΦN.Re e UΦN.im a parte real e imaginária da onda fundamental da fase de tensão no lado N; onde um algoritmo de Fourier de ciclo completo dos modelos de cosseno é empregado e o coeficiente de ajuste é calculado com base na forma de onda da tensão em condições normais, na condição de que a diferença do fasor dos dois lados seja 0:
Figure img0022
Onde o valor ajustado é tal que, quando o disjuntor (B) tem uma fase aberta, a diferença de tensão dos indutores mútuos de tensão nos dois lados da porta da fase de falha será maior do que o valor ajustado e as características acima formam os critérios para identificar a fase aberta do disjuntor (B).
2. Método para identificação de fase aberta de disjuntor em base de tensão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado -por o limiar ajustado ser de 80% a 90% da tensão nominal.
3. Método para identificação da fase aberta de disjuntor em base de tensão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, se um dos critérios na Fórmula (1) ~ Fórmula (3) seguinte for satisfeito, uma fase aberta é identificada, e o aparelho de proteção ativa uma operação de alarme ou disparo após o atraso de tempo t; Critério para uma fase aberta na Fase A do disjuntor (B):
Figure img0023
Critério para uma fase aberta na Fase B do disjuntor (B):
Figure img0024
Critério para uma fase aberta na Fase C do disjuntor (B):
Figure img0025
Onde, Ua.AM e UA.AM são as amplitudes de tensão na Fase A e nos lados M e N, respectivamente, Ub.AM e UB.AM são as amplitudes de tensão na Fase B e nos lados M e N, respectivamente, Uc.AM e UC.AM são as amplitudes de tensão na Fase C e nos lados M e N, respectivamente,
Figure img0026
é a amplitude da diferença de vetor de tensão na Fase A nos dois lados,
Figure img0027
é a amplitude da diferença de vetor de tensão na Fase B nos dois lados,
Figure img0028
I é a amplitude da diferença de vetor de tensão na Fase C nos dois lados, UΦN é uma fase de tensão nominal, △Uset é o valor ajustado da diferença de tensão dos dois lados, n é um fator de escala, e min representa o menor valor entre os dois valores.
4. Método para identificação da fase aberta de disjuntor em base de tensão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o valor ajustado da diferença de vetor ser avaliado no intervalo de 0,1 ~ 10,0 V.
5. Método para identificação da fase aberta de disjuntor em base de tensão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o tempo de atraso ser avaliado na faixa de 0,1 ~ 10s.
6. Aparelho de proteção em fase aberta para disjuntor em base de tensão conforme o método para identificação da fase aberta definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender um módulo de amostragem, um módulo de cálculo de Fourier, um módulo de compensação e um módulo de identificação e de acionamento, em que: o módulo de amostragem compreende indutores mútuos (TVM, TVN) de voltagem adaptados para amostrar voltagens de três fases em um lado M e um lado N do disjuntor (B); o módulo de cálculo de Fourier é usado para calcular a parte real e a parte imaginária de vetores de onda fundamental de cada uma das tensões de fase nos dois lados e as amplitudes de onda fundamentais correspondentes usando um algoritmo de Fourier de ciclo completo conforme dita Fórmula (4) com base nos resultados do módulo de amostragem; o módulo de compensação é adaptado para compensar o erro de transmissão dos indutores mútuos de tensão nos dois lados de acordo com os resultados do módulo de cálculo de Fourier, de modo que uma diferença do vetor de tensão das ondas fundamentais das voltagens amostradas pelos indutores mútuos de tensão nos dois lados de cada porta do disjuntor (B) é 0 no caso de operação normal; o módulo de identificação e de acionamento é adaptado para identificar uma fase aberta do disjuntor (B) quando, para pelo menos uma das fases, a amplitude de onda fundamental das tensões de fase nos dois lados são ambas superiores a um limiar e a amplitude da diferença do vetor de tensão nos dois lados do disjuntor (B) excede a faixa pré-definida de acordo com os resultados do módulo de cálculo e do módulo de compensação e dando um sinal de alarme ou disparo após um período de tempo; e onde. o módulo de compensação é adaptado para introduzir dois coeficientes de compensação para compensar o erro de transmissão dos indutores mútuos de tensão nos dois lados do disjuntor (B), calcular para cada fase a diferença vetorial das tensões nos dois lados do disjuntor (B) conforme a seguir:
Figure img0029
onde, para cada fase, ' e '-'^são vetores de tensão de fase dos lados M e
Figure img0030
são os coeficientes de compensação usados para compensar o erro de transmissão do indutor mútuo de tensão nos dois lados, de forma que a diferença do vetor de tensão dos indutores mútuos de tensão nos dois lados da porta correspondente do disjuntor (B) seja 0 no caso de operação normal, sendo UΦM.Re e UΦM.im a parte real e imaginária da onda fundamental da fase de tensão no lado M, e UΦN.Re e UΦM.1m a parte real e imaginária da onda fundamental da fase de tensão no lado N; onde é empregado um algoritmo de Fourier de ciclo completo dos modelos de cosseno e o coeficiente de ajuste é calculado com base na forma de onda da tensão em condições normais, na condição de que a diferença do fasor dos dois lados seja 0:
Figure img0031
onde o valor ajustado é tal que quando o disjuntor (B) tem uma fase aberta, a diferença de tensão dos indutores mútuos de tensão nos dois lados da porta da fase de falha será maior do que o valor ajustado e as características acima formam os critérios para a fase aberta do disjuntor (B).
7. Aparelho de proteção em fase aberta para disjuntor em base de tensão de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por os valores das tensões trifásicas nos dois lados serem retirados dos reatores mútuos de tensão trifásica nos dois lados do disjuntor.
8. Aparelho de proteção em fase aberta para disjuntor em base de tensão de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por: o aparelho para proteção ser adaptado para identificar uma fase aberta se qualquer dos critérios das seguintes Fórmula (1) ~ Fórmula (3) for satisfeito, , e acionar uma operação de alarme ou de disparo após o atraso de tempo t; Critério para uma fase aberta na Fase A do disjuntor (B):
Figure img0032
Critério para uma fase aberta na Fase B do disjuntor(B):
Figure img0033
Critério para uma fase aberta na Fase C do disjuntor (B):
Figure img0034
Onde, Ua.AM e UA.AM são as amplitudes de tensão na Fase A nos lados M e N, respectivamente, Ub.AM e UB.AM são amplitudes de tensão na Fase B nos lados M e N, respectivamente, Uc.AM e UC.AM são amplitudes de tensão na Fase C nos lados M e N, , respectivamente, IA' I é amplitude da diferença do vetor de tensão na Fase A nos dois lados,
Figure img0035
é amplitude da diferença do vetor de tensão na Fase B nos dois lados,
Figure img0036
é amplitude da diferença do vetor de tensão na Fase C nos dois lados,
Figure img0037
é uma fase de tensão nominal, △ Uset é a diferença do valor de tensão ajustado dos dois lados, n é um fator de escala, e min representa o valor mínimo dos dois valores.
9. Aparelho de proteção em fase aberta para disjuntor em base de tensão de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o valor ajustado da diferença de vetor △Uset ser avaliado no intervalo de 0,1 ~ 10,0 V.
10. Aparelho de proteção em fase aberta para disjuntor em base de tensão de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o aparelho para proteção acionar uma operação de alarme ou disparo após um atraso de tempo t e o valor ajustado do tempo de atraso ser avaliado dentro da faixa de 0,1 ~ 10s.
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