CN101868840A - 用于开关装置的电弧室和包括所述电弧室的开关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于优选地在低压电系统中使用的具有高中断能力的开关装置的电弧室,所述开关装置尤其是电路断开器、断路器或接触器。本发明所述的电弧室包括多个基本U形的金属板,和由电绝缘材料制成的壳体,该壳体设置有用于插入所述金属板的相对的内部凹槽。该电弧室还包括容纳在对应容置座中的一个或多个极扩展件,该容置座布置在所述壳体内。每个所述容置座都构造成使所述极扩展件与所述金属板绝缘。本发明还涉及一种包括所述电弧室的开关装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于优选地在低压电系统中使用的具有高中断能力的开关装置的电弧室,所述开关装置尤其是电路断开器、断路器或接触器。本发明还涉及一种包括所述电弧室的开关装置。
背景技术
已知的是,开关装置(例如电路断开器、断路器、接触器、限制器)也统称为“开关装置”并且下文中出于简洁的原因而称为开关,包括壳体,一个或多个极杆,可彼此联接和脱离联接的至少一对触头与每个极杆相关联。已知技术的开关还包括控制装置,该控制装置使所述成对的触头相对移动,从而它们能够占据至少一个第一联接位置(电路闭合)和一个第二分离位置(电路断开)。
通常,与开关的每个极杆相关联的是至少一个电弧室,即能够特别适于促进电弧中断的空间区域。电弧室可以是设置在开关的壳体中的简单区域,或者能够包括成形为例如像壳体一样的各种模块化元件,其中该壳体由绝缘材料制成且装配有断弧板。更加先进的模块化电弧室具有可容易更换和可用比例如用于开关的壳体更加合适的材料实现的优点。
通常,可彼此联接和脱离联接的成对触头由第一基本固定元件(固定触头)和第二移动元件(移动触头)组成。而控制装置则包括例如终止于操作性地连接到所述移动触头上的主轴的机构。
存在这样的方案(如,在专利申请No.WO 2006120149中描述的方案),在这些方案中,主轴和移动触头整合成单一构件,即所谓的转动移动元件。由绝缘材料制成的所述构件必须保证相间电绝缘,当然还要保证将运动适当地传递到移动触头,以及能够承受相关的力。这类开关具有明显优点,如数量有限的部件和受限的整体尺寸。轴或移动元件通常经由轴承连接到开关的壳体。
在带有传统类型的主轴的开关中,对应于每个极杆,移动触头分在不同的移动支撑件之间。在带有移动元件的开关中,移动触头则安装在专门设置的开口中,所述开口制成在移动元件自身中。
如已知那样,在开关的使用寿命期间,可能会产生将开关和电网暴露在特别高的应力下的现象。这首先在开关需要支持比标称值高的电流时发生,虽然是短时间。开关和电网暴露到过流下(例如,过载或短路)的时间取决于事件的自然持续时间,或者更有可能地,取决于保护装置将开关有效地设定在安全状态下即中断过流所需的时间。过流的中断是复杂的现象。在技术方面,开关中断给定水平的电流的能力定义为中断能力。开关短时间承受比标称电流高得多的电流的能力定义为“电动力强度”。
过流事件期间在开关和电网中流动并耗散的能量往往导致损害,这取决于电流密度和现象的持续时间,直到故障电流完全中断。最常见的损害可包括被暴露的部件的特性的过早退化,以及因此而导致的开关自身和电网性能的劣化。在一些情况下,所涉及的高温甚至会导致闪光。
如已知的那样,为了限制对电网和开关自身或其部件(接触板、灭弧室、控制装置、绝缘元件)的损害的发生,已试验和开发许多方案,以尽可能快和有效地执行电路断开。各种方案设想到例如使用适当的控制弹簧和适合于承受应力和高温的材料。
其他方案则设想到使用气化装置和/或材料,这些气化装置和/或材料能够在电弧形成区域附近释放灭弧物质;所述装置和/或材料通常由电弧发生时所达到的温度来激发。这些方案的示例在专利申请No.WO 0150488中示出。
而其他方案则往往有利地利用或者以各种方式控制在电弧的形成和中断区域中产生的电磁现象。在例如专利申请Nos.EP0887832和EP0567614中描述了这类方案。
所有这些方案共同地使用了各类和各种形状的铁磁体元件。可结合到极扩展件的所述铁磁体元件具有通过电磁效应将移动触头朝向断开位置吸引的主要功能,从而有助于电弧的快速中断。该极扩展件直接或间接地固定在开关的内表面上且通常处在与电弧室相邻的位置中,从而触头的脱离联接(即,移动触头相对于固定触头的脱离联接)发生的区域有利地受到所述电磁效应的影响。
尽管这些方案从功能角度看较为有效,但是它们具有尤其是与极扩展件在开关中的定位相关的一些缺陷。事实上,在当前,所述操作尤其证明很大程度地对能够导致短路、失效或者开关断开故障的危险的缺陷非常关键。在这一点上,在当前的方案中,很经常地,极扩展件证明是开关操作的可靠性和稳定性差的原因。事实上,在大多数情况下,它们的常规定位对开关的其他特性具有负面影响。
而且,从构造角度看,可以看到,当前使用的极扩展件显得有些笨重,通常呈现为位于开关内且处在靠近触头之间的接合区域的位置中的大变换器。非常清楚的是,大量金属材料在该位置的存在进一步产生了尤其与需要将所述物质和开关的其余部分绝缘相关的问题。而且,已经注意到,极扩展件当前所占据的位置还能够不利地决定开关的功能的劣化,例如相间的绝缘或机械功能的可靠性。在因短路现象而导致的已蒸发或者升华的金属颗粒被回收和沉积之后,由极扩展件所积累的阻碍可引起所述失效事件。
发明内容
在上述因素的基础上,需要具有可用的替代性技术方案,该技术方案将使上述限制和问题能够得到克服。结果,构成本发明主题的任务是提供一种将会能够解决所述缺陷的开关装置。
在该任务的框架中,本发明的一个目的是,提供一种装配有极扩展件的开关装置,该极扩展件可容易地与组成装置自身的其他部件组装。
本发明的另一目的是,提供一种装配有极扩展件的开关装置,该极扩展件的定位将不会对开关装置的特性产生负面影响。
本发明的再一目的是,提供一种装配有极扩展件的开关装置,该极扩展件的整体尺寸将尽可能地受到限制,并且该极扩展件的构造将使得能够容易与组成开关装置的其他部件绝缘。
形成本发明主题的并非最不重要的目的是,提供一种可靠并较容易以低成本生产的开关装置。
在随后的描述过程中将更加清楚地显现的上述任务以及上述和其他的目的通过一种电弧室实现,它包括多个基本U形的金属板和由绝缘材料制成的、设置有用于插入金属板的相对的内部凹槽的壳体。本发明所述的该电弧室的特征在于,它包括一个或多个极扩展件,该极扩展件容纳在布置于壳体内的对应的容置座中。每个所述容置座都构造成使极扩展件与金属板电绝缘。
本发明所述的电弧室的主要优点在以下事实中得到清楚显现,在电弧室的模块化结构中包含有极扩展件,该极扩展件设置成用于加速开关的触头之间的断开,这将由电弧室自身控制。事实上,通过该方案,正是由于电弧室的模块化用于定位和去除极扩展件,所以用于组装和维护的时间明显减少。所述模块化也可以有利地用于提高其初始构造并不旨在使用极扩展件的开关的性能。换句话说,可以用一电弧室替换传统开关的电弧室,该电弧室在结构上是兼容的而且还设置有根据本发明的原理的极扩展件。
附图说明
进一步的特性和优点将从本发明所述的电弧室的优选但非排它的实施方式的描述中更加清楚地显现,这些实施方式利用附图中的非限制性示例示出,在所述附图中:
图1是本发明所述的电弧室的第一实施方式的立体图;
图2是本发明所述的一般性电弧室的分解图;
图3是本发明所述的电弧室的第二实施方式的立体图;
图4是图3的电弧室的分解图;
图5是本发明所述的电弧室的第三实施方式的立体图;
图6是图5的电弧室的分解图;
图7是包括本发明所述的至少一个电弧室的开关装置的分解构造的第一立体图;
图8是图7的开关装置的第一侧视分解图;
图9至11是图7和8中所示的开关装置的部分的立体图。
具体实施方式
参照上述附图,本发明所述的电弧室1包括多个基本U形的金属板5,这些金属板容纳在由优选为气化的电绝缘材料制成的壳体100内。本发明所述的电弧室1的特征在于,它包括容纳在对应容置座(containment seat)9中的至少一对极扩展件(polar expansion)8,该容置座限定在壳体100内。每个容置座9都构造成使得从电的角度看使对应极扩展件8与金属板5绝缘。
因此,不像传统技术方案那样,根据本发明,极扩展件8整合在电弧室1的结构中。一旦电弧室1组装在开关装置上,极扩展件8即位于它们的操作位置,而不需要进一步的组装操作。显然,这方面导致有利地减少了用于组装的时间,进而减小了装置2的构造的最终成本。而且,适当成形的容置座9的使用使极扩展件8能够电绝缘,从而以确定方式简化了开关的设计,所述设计在大多数情况下因提供适当的绝缘结构的需要而变得复杂。
图1涉及本发明所述的电弧室1的第一实施方式,其中容置壳体100包括两个相对的侧壁11、12,这些侧壁在纵向方向上延展,从而赋予壳体100基本棱形构造。前壁13和与该前壁相对的后壁16沿纵向界定壳体100。该前壁13包括第一开口48,其功能是使电弧室1内由于电弧而产生的气体能够释放,其中所述电弧源自于开关装置2的触头的分离。该后壁16包括处在开关装置2的极杆(pole)的移动触头91与对应固定触头90的联接的位置中的第二开口49(参见图2)。
该壳体100还包括底壁17,该底壁设置有纵向开口45,该开口限定用于开关装置2的移动触头91的运动空间。容置座9在所述纵向开口45的相对侧上沿纵向延伸。从图1中可以看到,该技术方案换句话说使现有的极扩展件8能够无风险地位于和移动触头91的运动空间紧密相邻的位置中。显然,作为该技术方案的结果,对应于极扩展件8的整体尺寸限制在电弧室1的壳体100的结构中。同时,极扩展件8有利地占据最适合于发挥它们的功能的位置。
由于它们定位成靠近触头的接合区域,所以极扩展件能够具有相对受限的整体尺寸,并可有利地通过使用数量减少的材料制成。而且,该材料可以相对于传统上出于相同目的而使用的材料具有更低质量。事实上,在传统方案中,材料的大数量及其高质量(伴随着高成本)必须精确地对极扩展件离触头接合的所述区域较远的位置进行补偿。
适合于本发明目的的用于极扩展件的材料已发现例如是低碳(轧制或烧结)钢、钝化纯铁和塑料粘结磁体(PBM)。对于d.c.(直流)应用情形,通过使用永久磁体可获得非常良好的结果。
图2是图1的电弧室1的分解图,它示出了容置座9的优选实施方式。该容置座具有基本棱形构造,其从制成在壳体100的后壁16中的孔开始延伸,并终止于和前壁13对应的位置。实际上,在该方案中,容置座9基本在沿着底壁17设置的纵向开口45的整个长度上延伸。可替代地,对于例如移动触头91的加速的额定效果较小即足够的那些应用情形,它们能够延伸更加有限的纵向伸长度。
如可从图2的分解图中看到的那样,极扩展件8的构造在几何形状上对应于它们插在其中的座9的构造。术语“构造在几何形状上对应”基本表示极扩展件的纵向侧和对应容置座的纵向侧之间在几何形状方面对应。
根据优选实施方式,所述扩展件8具有至少一个横向加厚部分8B,以便对移动触头朝向断开位置的加速的技术效果进行优化。详细地,所述加厚部分限定在与这样的部分对应的位置中,该部分在使用中(即,当扩展件8插在对应的座9中时)将自身设定在靠近后壁16的后开口49的位置中。以此方式,一旦电弧室1安装在开关装置2中,横向加厚部分8B即位于靠近触头90、91的接合区域的位置,从而最终在分离步骤开始时加速其推斥作用。
根据本发明的优选实施方式,每个容置座9都包括第一壁51,该第一壁由形成壳体100的侧壁11、12中的一个的内侧的第一部分限定。如图2中所示,所述第一部分邻近第二部分,用于插入金属板5的凹槽47设置在该第二部分上。
而且,该容置座9由第二壁52和由与第一壁51相对的第三壁53界定,该第二壁由壳体100的底壁17的内侧限定,该第三壁沿着壳体100的底壁17的纵向开口45的纵向边缘延伸。容置座9的结构通过与第二壁52相对的第四壁54而完成,该第四壁相对于第一壁51和第三壁53横向延伸。
通过刚刚描述的技术方案,有利地利用壳体100的外部结构以限定容置座9。从实践角度看,这使座9能够与壳体100制成为单一件,例如通过注射模制过程。从而,可有利地减少生产成本。可以使用气化材料以生产座进一步有利于消灭电弧的过程。
在任何情况下落入本发明的框架内的是,通过提供适当的联接装置而单独地提供容置座9和壳体100结构的可能方案。在这种假设下,例如容置座9可由极扩展件8容纳在其中的中空棱形轮廓件限定。所述轮廓件随后可通过利用联接元件而插在壳体100内,该联接元件设置在中空轮廓件的外表面上和沿纵向界定壳体100的壁11、12和17的内表面上。同样在这种假设下,壳体100可在底部处开口,即没有所述底壁17。事实上,一旦中空轮廓件将要插在壳体100中,其一侧即可限定一壁,该壁在构造上与在“单一件”方案中设置的底壁17对应。
根据另一实施方式,例如在图5和6中所示,该电弧室1能够包括壳体100,该壳体包括多个部分31、32,这些部分可单独地制成并在对应于联接表面99的区域中装配在一起。鉴于例如由开关和电弧室的形状和构造特性决定的生产要求,会建议采用由多个部分组成的电弧室。
详细地,在所示方案中,该壳体100包括顶部分31和底部分32。该顶部分31限定用于插入金属板5的相对凹槽47,并在底部处开口,以使金属板5能够插入。不同地,该底部分32限定两个容置座9,每个容置座都用于容纳极扩展件8。所述座9构造成沿纵向平行。两个部分31和32装配在一起,在整体上构成了在概念上与图1至5中示出的壳体等同的壳体。已看出的是,相对于前两个方案,所述方案对用于尺寸相对较为受限的开关装置2的电弧室1特别有效。
根据本发明的优选实施方式,设置在容置座9的外侧上的是带有凹部88的表面,每个凹部都在几何形状上与设计用于支撑金属板5的其中一个凹槽47对准。参照例如图2中所示的情形,在对应于每个容置座9的第四壁54的外侧的位置处,设置多个凹部88,每个凹部都与凹槽47对准,该凹槽限定在侧壁11或12的与其壁相邻的内侧上。该方案有利地使金属板5能够更加稳定和牢固地定位在壳体100内。
图3和4涉及电弧室1的另一实施方式,它与前面所述的实施方式的不同之处在于壳体100的构造不同。更加准确地,所述电弧室1设计成确定出这样的开关装置2,该开关装置的尺寸与设计图1、2、5和6中所示的电弧室1所针对的尺寸不同。
壳体100的侧壁的外侧成形为使得与容纳空腔70在几何形状上相匹配,该容纳空腔存在于开关2的结构中、用于接纳电弧室1自身。特别地,壳体100的侧壁11和12包括纵向部分,该纵向部分的轮廓成形为使得在几何形状上与由所述容纳空腔70的表面限定的对应联接部分75、76相匹配。以相同方式,前壁13和后壁16的轮廓成形为使得构成承载在开关2的壁上的对应“互补表面(contrast surface)”,从而一旦电弧室设在容纳空腔70内即沿轴向封挡电弧室。
本发明还涉及开关装置2,它包括外部壳体、可彼此联接和脱离联接的至少一对触头90、91、用于使所述至少一对触头90、91断开和接合的控制装置67,和用于启动所述控制装置67的保护装置78。该开关装置2的特征在于,它包括本发明所述的电弧室1。
在这一点上,图7至11涉及本发明所述的开关装置2的可能的实施方式,并且更准确地,涉及用于低压系统的双断开关。所示开关属于四极杆双断类型,并且对于每个极杆都包括两个移动触头和两个对应的固定触头。显然可以理解的是,在本创造性构思的描述的框架中所提出的原理和技术方案也对带有一个或多个极杆的单断开关有效。
所述装置2的外部壳体示出为由第一壳71和第二壳72形成,它们通过可拆卸连接装置76而装配在一起,所述可拆卸连接装置例如可以是螺丝攻。保护装置78包括例如操作性地连接到容纳在第一壳71中的控制装置67上的电子继电器。该控制装置67可由保护装置78致动(例如,在短路现象之后),或者由用户利用对应的操纵杆69启动。
特别参照图9,该控制装置67操作性地连接到移动元件83上,移动触头91安装在该移动元件上。所述移动元件可转动地安装在第二壳72内,从而分别在代表装置2的断开和闭合状态的两个位置之间移动。根据构造的已知形式,移动触头91承受确保适当接触压力的弹性装置92的作用。
图10是详细示出第二壳72的结构的立体图。特别地,可以看到,对于开关的每个极杆,都设置两个容纳空腔70,至少其中一个容纳空腔(优选为两个)设计成容纳本发明所述的电弧室1。每个空腔都具有由一对相互正对的侧表面75、76限定的基本棱形构造,该侧表面具有与本发明所述的电弧室的侧壁11、12的外侧相匹配的几何轮廓。更加详细地,该侧表面75、76在与移动元件83的转轴基本正交的方向上延伸,从而在相同方向上进行电弧室1的插入。
采用该方案,空腔70的侧表面75、76在空腔自身内对电弧室1的插入进行引导,从而在各部分之间提供稳定的联接,如可从图10和11中看到的那样。在所述附图中,可以看到本发明所述的开关的另一有利特性。事实上,可以看到,对于每个极杆,两个对应容纳空腔70设置在相对于移动元件83的转轴成相反的位置中。在这一点上,容纳空腔70设定成使得:可能地,使电弧室1能够插在第二壳72的相对侧上。在此情况下,第一电弧室将插在第二壳72的第一侧72B上,该第一侧设计成与第一壳71的对应侧联接,而第二电弧室将通过进入孔插在对应空腔70中,该进入孔限定在与第一侧72B相对的第二侧72C上。
如从图9中清楚看到的那样,一旦两个壳71、72组装,第二壳72的第二侧72C实际上即构成装置2的外部壳体的一侧。在这一点上,在所示附图中,设置在第二壳的第二侧72C上的是可拆卸覆盖元件86,该覆盖元件在开关装置2的正常操作期间封闭通至电弧室1的通道。为了能够对电弧室1进而对位于其内的极扩展件8进行检查、维护和/或更换操作,有利地,所述元件86可拆下。
显然,在一定程度上,该技术方案的有利之处在于,通过仅仅拆下覆盖元件86而不需要对开关装置2的结构进行进一步干涉,该技术方案就使例如电弧室1能够拔出。以此方式,明显减少了维护操作和对应的成本。
本发明所述的电弧室和开关装置所采用的技术方案使预设任务和目的能够完全实现。特别地,极扩展件在电弧室的壳体内的定位使得能够容易地组装开关装置,而且简化了对应的维护操作。该技术方案还能够使极扩展件在位置上的定位最适合于它们的操作,从而显著限制了对应的整体尺寸。
如此构思的电弧室和开关装置可以进行多种修改和变化,所有这些修改和变化都落入本创造性概念的框架内;另外,所有元素都可以由在技术上等同的其他元素构造。
在实践中,根据需要和技术状态,所使用的材料以及具体尺寸和形状可以是任意的。
Claims (16)
1.一种用于低压开关(2)的电弧室(1),包括:
多个基本U形的金属板(5);以及
由电绝缘材料制成的壳体(100),所述壳体设置有用于插入所述金属板(5)的相对的内部凹槽(47),
所述电弧室的特征在于,所述电弧室包括容纳在对应的容置座(9)中的一个或多个极扩展件(8),所述容置座布置在所述壳体(100)内,每个所述容置座(9)都构造成使所述极扩展件(8)与所述金属板(5)绝缘。
2.如权利要求1所述的电弧室(1),其特征在于,所述壳体(100)包括两个相对的侧壁(11,12),所述侧壁在前壁(13)和后壁(16)之间沿纵向延伸,所述侧壁(11,12)在内部构造成限定所述内部凹槽(47),所述前壁(13)和所述后壁(14)各自包括至少一个开口(48,49),所述壳体(100)包括设置有纵向开口(45)的至少一个底壁(17),所述电弧室(1)包括相对于所述纵向开口(45)相互正对的一对容置座(9)。
3.如权利要求2所述的电孤室(1),其特征在于,每个所述容置座(9)都具有棱形构造,并且从所述壳体(100)的所述后壁(16)开始延伸。
4.如权利要求3所述的电弧室(1),其特征在于,每个所述容置座(9)都包括由所述壳体(100)的所述侧壁(11,12)中的一个的内侧限定的第一壁(51),每个所述容置座(9)都包括由所述壳体(100)的所述底壁(17)的内侧限定的第二壁(52)。
5.如权利要求4所述的电弧室(1),其特征在于,每个所述容置座(9)都包括与所述第一壁(51)相对的第三壁(53),所述第三壁沿着所述底壁(17)的所述纵向开口(45)的纵向边缘延伸,每个所述容置座(9)都包括与所述第二壁(52)相对的第四壁(54)。
6.如权利要求5所述的电弧室(1),其特征在于,所述第四壁(54)包括多个凹部(88)设置在其中的外表面,每个凹部都与所述凹槽(47)中的一个对准。
7.如权利要求1至6中一或多项所述的电弧室(1),其特征在于,所述容置座(9)与所述壳体(100)制成为单一件。
8.如权利要求1至7中一项或多项所述的电弧室(1),其特征在于,所述壳体(100)由多个部分(31,32)制成,所述部分能够在对应的联接表面(99)处联接在一起。
9.如权利要求8所述的电弧室(1),其特征在于,所述壳体(100)包括顶部分(31)和底部分(32),所述顶部分(32)在内部、于相对侧上限定所述相对的凹槽(47)并在底部处开口,所述底部分(32)限定用于所述极扩展件(8)的所述容置座(9)。
10.如权利要求1至9中一或多项所述的电弧室(1),其特征在于,所述极扩展件(8)具有棱形形状且设置有横向加厚部分(8B),所述横向加厚部分限定在这样的部分附近,该部分在所述电弧室安装在所述开关装置(2)中之后位于靠近所述后壁(16)的所述第二开口(49)的位置中。
11.如权利要求1至10中一或多项所述的电弧室(1),其特征在于,所述极扩展件(8)由从由低碳烧结钢、低碳轧制钢、钝化纯铁、PBM组成的组中选出的材料制成。
12.一种用于低压系统的单极杆或多极杆开关装置(2),包括:
外部壳体;
至少一对触头(90,91),所述触头包括能够与对应的固定触头(90)联接和脱离联接的移动触头(91);
控制装置(67),所述控制装置用于断开和闭合所述至少一对触头(90,91);以及
保护装置(78),所述保护装置操作性地连接到所述控制装置(67),
所述开关装置的特征在于,所述开关装置包括容纳空腔(70),如权利要求1至11中一或多项所述的电孤室(1)插在所述容纳空腔中。
13.如权利要求12所述的开关装置(2),其特征在于,所述外部壳体包括第一壳(71)和第二壳(72),所述第一壳和所述第二壳通过可拆卸连接装置(76)装配在一起,所述第一壳(71)容纳所述控制装置(67),所述开关装置(2)包括移动元件(83),移动触头(12)安装在所述移动元件上,所述移动元件(83)容纳在所述第二壳(72)内并在至少两个特征位置之间由所述控制装置(67)致动,所述特征位置限定装置断开和装置闭合的状态。
14.如权利要求13所述的开关装置(2),其特征在于,对于每个极杆,所述开关装置都包括能够彼此联接和脱离联接的第一对触头和第二对触头,所述开关装置包括如权利要求1至10中一或多项所述的一对电孤室(1),所述电弧室(1)相对于所述移动元件(83)的转轴设在相反的位置中。
15.如权利要求14所述的开关装置(2),其特征在于,第一电弧室(1)能够插在经由所述第二壳(72)的第一侧(72B)而形成的对应的空腔中,第二电孤室(1)插在经由所述第二壳(72)的与所述第一侧(72B)相对的第二侧(72C)而形成的对应的空腔(70)中。
16.如权利要求15所述的开关装置(1),其特征在于,所述第二壳(72)的所述第二侧(72B)包括可拆卸覆盖元件(86),所述可拆卸覆盖元件使得能够接触到所述电弧室(1)并使之能够从所述第二侧(72C)插入。
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