CN102103946A - 大电能系统用断路器及该电源系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有断路器的大电能系统，系统导通与否是受到断路器的控制。该断路器包括一开关装置及一连接装置，该连接装置的两导电端是与电源导接并形成具有一开路部分的回路，且连接装置设有一安全锁供传输导通讯号至该断路控制回路，当开关装置导通件插接至连接装置导电端时，使电源回路连通，并由开关装置中的解锁件驱动安全锁激励该断路控制回路，以容许大电能系统接受电源提供电能。此断路器构造简单，制造成本从而降低，更具备防水结构而可提供绝佳安全保障，且操作简便符合人体工程学，提供多方面改进。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种断路器，尤其是一种大电能系统用的断路器。
【背景技术】
如电动车或部分电力设备，由于所使用的电能甚大，例如数百伏特高压与数十安培的大电流的电能。因此在施工或进行维修时，无论其电压或电流，都可能造成工作人员安全的潜在风险，因此如何有效且安全地断电，在此领域成为一个不容忽视的问题。
良好的断电设计，一方面要能确保作业人员的作业安全，避免造成触电危险；另方面亦需考量到施工与维修作业的便利性，避免耗费不必要的时间与人力。尤其，如何确保在施工或维修完毕前，无法错误供电；并且进一步确认作业确实完成，才能容许复电，藉以提供便利与安全的作业环境。加以，对于能提供高电压或大电流的电源系统，保持其断路装置的绝缘环境，确实提供防水密封，也是提升安全性的另一种机制。
目前既有的安全断电设计如图1～图3所示，是将回路断电器1串接于一具有一个断路控制回路(图未示)的大电能系统，断电器1包含开关装置11及连接装置12，其中开关装置11主要可以区分为本体111及提压杆112。本体111中设置有一组具有被包覆导接插头的导通件113；连接装置12则包括与导接插头对应、且被壳体124所包覆的两组分别位在插孔中的导电端121，两组导电端121分别串接至电源而在两导电端121间形成开路部分
连接装置12上更设置有突出的定轴123及安全锁122，该安全锁122是将一条导接至断路控制回路的电路截断，并将两端分别埋入两个分离插入孔中。开关装置11上则设置与定轴123对应的弧形导槽1122、及与安全锁122对应的解锁件114，解锁件114是设置于提压杆112侧边而与提压杆112连动的一段金属导线；另方面，开关装置本体111上也突出有一个对应于提压杆112所形成的滑槽1121的固定栓1123。
当欲将开关装置11插入连接装置12时，是先将开关装置11提压杆112上的弧形导槽1122对准连接装置12的定轴123，以使得开关装置本体111中的导通件113对齐连接装置12的导电端121。接着，将提压杆112以固定栓1123为轴心顺时针旋转，使弧形导槽1122顺着定轴123导引旋动，从而将开关装置11与连接装置12结合，导通件113插进导电端121而使大电能系统的回路实质上导通，但此时受限于断路控制回路，电源系统的回路中尚无电流。
最后如图3，当提压杆112被旋转至如虚线所示，与开关装置11的本体111大致呈平行后，需再沿箭头方向推动提压杆112，使提压杆112的滑槽1121与弧形导槽1122分别依循固定栓1123与定轴123的导引，推进到实线所示位置。此时，固定栓1123则以其凸缘嵌卡在滑槽1121的扩大端，使开关装置11插入连接装置12契合固定；随提压杆112行进的解锁件114则插入安全锁122中，断路控制回路因而接收到导通讯号，并控制大电能系统的电源进行供电。
如上所述，维修人员进行维修时，先以相反于图3箭头方向反向推出提压杆112，此时解锁件114会远离安全锁122，并驱动断路控制回路对大电能系统的电源执行断电，再旋转提压杆112而将开关装置11卸下，即如图1、图2所示，使电力设备传输线路形成断路，以确保该电力设备确实断电，从而提供相当的安全断电防护效果。
但一方面，开关装置11在拆卸与安装过程，需先后旋转及推拉提压杆112，且在过程中，分别需藉助固定栓1123与定轴123的导引，设计的复杂使得产品制造时的精度要求甚高，制造难度提高，成品率因而受限，导致制作成本提升，尤其开关装置11为消耗性产品，累积费用将相当可观。
另方面，断电器1的结构没有防水的设计，一旦将此种断路器用于例如电动车等可能暴露于户外产品上，无疑具有巨大风险；加以，解锁件114与安全锁122配置方向相较于导通件113与导电端121的配置方向彼此垂直，且解锁件114与安全锁122设置突出于本体111及连接装置12外侧，即使勉强在导通件113与导电端121处添加防水装置，仍无法保障整体断路器的水密性能，甚至可能在导通件113与导电端121刚连接时，安全锁122即因漏水而短路，提供错误讯息而使系统供电，对于进行维修或工程的人员造成生命危险。
再者，由于维修保养过程中，开关装置11由连接装置12上被卸下，一旦置放在恶劣环境下受潮而锈蚀，或被油渍等污染，均可能造成导通件113端的电阻增大。当开关装置11被重新组装回连接装置12后，接触点的污染或锈蚀，将造成接触电阻非预期地提高，导通件113与导电端121间因而大量发热，甚至可能烧毁断路器而造成重大危难。更进一步，当断路器被设置于电动车，则电动车因车祸或意外而有急加速或倾倒，则由安全设计的角度，最好也能截断电源系统的能量供应，才能提升系统安全性。
因此，若能提供一种结构简单、作业方便、且具有更具安全的防水设计的断路器，不仅对于大电能系统及整个电机设备提供更完善的保护，而且对于作业人员作业便利性及安全性大幅提高，无疑将成为最佳解决方案。
【发明内容】
本发明之目的在于提供一种结构简单且提供简便的水密设计，提升产品使用安全性的大电能系统用断路器。
本发明之另一目的在于提供一种结构简单、可大幅降低制作成本的大电能系统用断路器。
本发明之又一目的在于提供一种操作简易、符合人体工程学而提升作业效率的大电能系统用断路器。
本发明之再一目的在于提供一种具有安全检测单元，提升自我防护功能的大电能系统用断路器。
本发明之又另一目的在于提供一种可安全于户外操作、维修的大电能系统。
本发明之又再一目的在于提供一种可检测操作环境风险，提升电源系统安全性的大电能系统。
依照本发明揭示的断路器，是供串接于一具有一个断路控制回路的大电能系统；包括一开关装置及一连接装置，该开关装置包括：一个具有一个固扣端的本体；一个设置于该本体、具有两个突出的导接插头的导通件；及一个设置于该本体的解锁件；该连接装置包括一个壳体；一组具有两个形成于该壳体中的插孔的插座，各该插孔中分别设置有供该导通件导接插头插设连接、并分别串接该大电能系统的导电端；一组当该开关装置被组接至该连接装置、使得该等导电端与该导通件形成回路时，受该解锁件的驱动而激励该断路控制回路的安全锁；及一个设于该壳体、可沿一转轴相对该壳体枢转的固定压扣件，该固定压扣件并具有一供卡扣该固扣端而使该开关装置迫紧结合于该连接装置的卡扣部；
其中，开关装置本体设置该导通件处及该连接装置壳体形成该插座处之一是一突出部、其另一是对应该突出部的凹陷部，且该突出部上套设有一挠性封闭件。
由于开关装置与连接装置分别包括一个突出部与凹陷部，且在突出部上设置有挠性封闭件，可以确保开关装置与连接装置间的回路被保持在水密环境中，确保电源系统在户外操作的可能性；加以，由于开关装置的解锁件可与导通件共同被该挠性封闭件保障，断路器及电源系统的安全性可进一步提升。此外，当维修人员在进行拆卸作业时，仅需将固定压扣件拉开，即可同时解除开关装置与连接装置的固定、且使两者稍有分离，让断路控制回路收到断路讯息而截断大电能系统电源的供电，确保操作人员的安全；随后再将开关装置拔出，让连接装置与大电能系统电源间的回路形成开路，使大电能系统呈完全无法供电状态；组装时，更可以手掌将开关装置压合至连接装置，并以手指将固定压扣件锁扣至定位，完全符合人体工程学，而且断路器的结构简单，可同时达到简化操作、降低制造成本、及提升作业安全性的上述所有目的。
【附图说明】
图1为公用的回路断电器架构图；
图2为图1开关装置插入连接装置的示意图
图3为图2旋转并推动提压杆的示意图
图4为本发明大电能系统用断路器的第一较佳实施例的示意图；
图5为图4实施例开关装置的架构图；
图6为图4实施例连接装置的架构图；
图7、8为图4实施例开关装置由固定压扣件紧迫至连接装置的示意图
图9、10为本发明第二较佳实施例的大电能系统用断路器的示意图；
图11、12为本发明第三较佳实施例的大电能系统用断路器的示意图；
图13、14为本发明第四较佳实施例的大电能系统用断路器的示意图；以及
图15、16为本发明第五较佳实施例的大电能系统用断路器的示意图。
【主要元件符号说明】
1...断电器 11...开关装置 111...本体
112...提压杆 1121...滑槽 1122...弧形导槽
1123...固定栓 113...导通件 114...解锁件
12...连接装置 121...导电端 122...安全锁
123...定轴 124...壳体 2...断路器
21、21’、21”、21”’、21*...开关装置 211...本体
212、212’...导通件 2121 *、2122 *...导接插头
213、213’、213”、213*...解锁件 214...凸耳
215...固扣端 22、22’、22”、22”’、22*...连接装置
221...壳体 222、222’、222”’、2221 *、2222 *...导电端
223、223’、223”、223””、223*...安全锁
224、224*...固定压扣件 225...推拔状导槽
226...卡扣部 227、227’...挠性封闭件
228...转轴 229”...温度检测器
229”’...电压计 229””...倾斜感测器
3*...导线组 4*...电动车
2131 *、2132 *...导电片 2240*...牺牲段
【具体实施方式】
本发明断路器是供设置于一大电能系统，且该大电能系统也具有一组控制电源供电的断路控制回路，而本案断路器2第一较佳实施例如图4所示，主要包含开关装置21及连接装置22；请一并参照图5及图6，开关装置21包括本体211、导通件212、解锁件213及凸耳214；连接装置22则主要包括壳体221、导电端222、安全锁223及固定压扣件224。其中，导通件、解锁件、导电端、及安全锁的功效与常用技术大致对应，安全锁223是以开路回路连结至一个控制断路控制回路(图未示)，并受开关装置21的解锁件213的驱动而激励该断路控制回路。
在本例中，开关装置21的本体211是以绝缘材料制成，且仅形成有图5所示朝向图上方的单一开口，且朝向图下方形成有一凹陷部(图未示)。由于连接装置22的导电端222是分别导接至电源，为确保操作人员手指不致误触，因此导电端222是分别设置在壳体221所形成的插孔中，从而形成一组具有两插孔的插座，本例中，导电端222是以Anderson power products(APP)端子为例。故在本例中，设置于开关装置21本体211中的导通件212，例释为定位在上述凹陷部中的导电片，并具有两个分别对应上述插座插孔的突出导接插头，藉以导通上述两导电端222。
此外，本例的连接装置22基座部分突出成型有一个对应于上述开关装置21凹陷部的突出部，且插座及导电端222都是设置于该突出部上，设置在插座的一侧的安全锁223也同样设置在该突出部上，对应于该安全锁223的解锁件213则对应设置于开关装置21的凹陷部中；本例中安全锁是例释为分别导接该断路控制回路、使得当该导电片导接其中时提供一导通讯号至该断路控制回路的二导线；并且由于导电端222与导通件212都必须实际承受大电流的流通，必须具有足够大的尺寸，相对而言，安全锁223与例释为一个小导电片的解锁件213的尺寸，分别远小于导电端222与导通件212，使得开关装置21与连接装置22的组合过程，因为尺寸大小差异，具有良好防止反向误插的防呆安全功效。
并且，该突出部中更套设有一个作为挠性封闭件227的橡胶圈，因此，当开关装置21与连接装置22彼此盖合时，开关装置21的本体211及连接装置22的壳体221经由橡胶圈的协助，完全封闭为一个水密空间，根据实际测试，此处可以达成IP69K的防水等级，且所有上述导通件212、解锁件213、导电端222及安全锁223的接点，均被完整涵盖包覆，使得本案的断路器完全可以在户外、海边或其他具有水气、盐分等恶劣条件的环境使用，不致轻易损坏。
在本例中，开关装置本体211两侧分别形成有二凸耳214，连接装置22上的固定压扣件224则形成有两个分别对应上述凸耳214的导引部，在本例中是如图7、图8所示的推拔状导槽225，当开关装置21被盖合至连接装置22上，且凸耳214已经嵌入推拔状导槽225时，操作人员可将固定压扣件224沿着转轴228相对连接装置壳体221枢转，藉由推拔状导槽225的倾斜角，将开关装置21相对迫紧于连接装置22，也使得前述导通件212与导电端222、及解锁件213与安全锁223的对接关系更稳固可靠。
随后，固定压扣件224被旋转至抵触开关装置21顶面时，突出于固定压扣件224下方的卡扣部226将被卡制进入开关装置本体211顶部所形成的凹陷固扣端215中，一方面提醒操作人员组合完成，另方面减少固定压扣件224误脱离开关装置21的机率。尤其，所有上述组合过程中，操作人员均可以手肘与手掌抵压开关装置21，并以同一手的四指扣住并旋转固定压扣件224，单手即可完成此种压接与扣合动作，完全符合人体工程学，使得操作更简便。
且在本例中，由于开关装置21与该连接装置22相对分离时，解锁件213与安全锁223的距离大于导通件212与导电端222的距离，因此在结合时，由导通件212与导电端222所参与构成的电流回路会先完成导通，安全锁223才会随后被导通，并使断路控制回路激励，获得电流回路已导通的提示，并准许电源对整个大电能系统进行供电。
当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，不一定要在开关装置上形成凹陷部、连接装置上形成突出部，亦可如图9、10所示，将该开关装置21’设置导通件212’及解锁件213’部分改为突出部，连接装置22’设置导电端222’与安全锁223’的插座部分则改为凹陷部，挠性封闭件227’则设置于开关装置21’的突出部处，仍可达成相同的效果。
又者，前述实施例中以导电片作为解锁件，并以导接至断路控制回路的两根导线作为安全锁，仅是一种范例而非局限，本案第三较佳实施例如图11、12所示，解锁件213”是一抵靠部，在本例中例释为一个小突起，且该安全锁223”则是一感压检测器，当安全锁223”受到解锁件213”的压迫时，即可传输一个电讯号给断路控制回路，同样使该断路控制回路得知开关装置21”已经与连接装置22”结合，达成相同功效；当然，其它感测结构如光感测器与光遮断器的组合等各种类似感测结构均可应用于本案。
再者，为避免前述开关装置在维修保养过程中被污染或受潮而导致锈蚀，最终使得断路器中接触点的电阻增大而产生高温，损坏断路器甚至整个电源系统，本例中在安全锁223”旁另设置有一个与安全锁223”电性连接的安全检测单元，本例中例释为温度检测器229”，用以检测例如断路器的温度，并在温度开始异常而尚未形成灾难前，驱动安全锁223”发出讯号，使断路控制回路不激励，藉以阻断电源系统的供电，确保断路器不致起火燃烧。
当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，此处的安全检测单元并不局限于温度感测，亦可如图13所示，在连接装置22”’的两导电端222”’处连接一电压计229”’，度量开关装置(图未示)的导接件(图未示)与导电端222”’间是否有电阻增加而造成电压变化，并在电压变化达一个预定程度时，及早驱使安全锁与断路控制回路作用，制止电源系统的供电，以确保安全。
另外，当断路器与电源系统被设置于电动车时，因电动车可能发生车祸或其他因素而倾斜甚至倾倒，此时，为避免作为电源系统中电源的电池发生额外风险，一般希望也能在此时停止供能，因此如图14所示，亦可在安全锁223””回路中设置一个倾斜感测器229””，藉以度量车辆倾斜程度，决定是否停止电源系统运作。当然，安全检测单元还可以选择例如电阻计以检测回路中的电阻变化、选择设置加速仪而检测车辆是否受到冲击、或设置水感测器而感知结构中是否被水入侵，均可进一步提升采用本案断路器的电源系统的安全性。
尤其依照本案的揭示，亦可将此种断路器与电池组搭配使用。目前在电动车中通常设置有数百颗电池单体组成的电池组，并在车体外表面开启一个如同燃油车辆加油口的充电口，电力降低时，即将电动车驶至充电站，接受充电站所提供、如同加油枪的充电枪连接充电；本案的断路器即可在此扮演例如充电口连接器与充电枪的角色。
如图15及16第五实施例所示，是以本案的连接装置22*作为电动车充电口的连接器；并由充电站以本案的开关装置21*经一股导线组3*导接至作为充电站电源的充电枪，使得车用电池组(图未示)的大电能系统的导电端2221 *、2222 *，可藉由接纳充电枪中彼此隔离的两导接插头2121 *、2122 *，使得车用电池组与充电站电源间形成回路。在本例中，由于各家车辆的电池电压与电流设定不同，充电站的充电枪必须与电动车中的控制单元连接，藉以确认该电池组的需求，才能正确充电。故在本例中，安全锁223*是一对连通至电动车控制单元的导电片，而充电枪中的解锁件213*则是导接至充电站处理系统的对接导电片2131 *、2132 *，藉此，充电站的处理系统可以藉由导电片与对接导电片，与电动车4*的控制单元相互传输资讯或软件，以直接获得该电动车4*电池组资讯，从而决定充电至怎样状态为饱和。
尤其，为避免有粗心驾驶人未拔除充电枪即驶离，造成充电枪或电动车的严重损坏，本例中特地在该连接装置22*固定压扣件224*位置，形成有一段较其他部分宽度更窄的牺牲段2240*，藉以在开关装置21*与连接装置22*被粗暴分离时，因为应力集中效应而在此脆弱部分断裂，维持充电枪的完好，也确保连接至电池组的连接装置22*壳体不致轻易受损，仅需要更换单独的固定压扣件224*即可。当然，脆弱部分并非局限于固定压扣件处，亦可形成在例如连接装置壳体，均无碍于本案的实施。
藉由以上实施例揭示，利用例如数百枚电池芯组合而成的大电能系统系，可以被顺利使用，且一旦运用本发明所提供的断路器，与公用技术相互比较时，更具有下列之优点：
1.在进行作业时，仅需将固定压扣件扳扣或拉开，操作上更为简单因此对于进行大量重复且相同的作业时可增工作效率。
2.开关装置与连接装置连结的接缝完全密封，不仅达IP69K防水等级的保护，更可避免作业人员在进行作业时手指不小心误碰，可避免因为有水渗入而对电力设备产生误供电的工业安全风险，对于进行维修或工程的人员更有保障。
3.对于因为在作业时常需要拆卸作动的开关装置，因为损坏而需替换的机率较高，然而本发明断路器的结构简单，不仅制作容易且制作成本便宜，因此可大幅降低时常替换时所累积的耗费。
4.尤其在连接装置处设置安全检测单元，更可进一步在组装完成后，自动确保电源系统的运转安全，并在危险发生前截断供电，确保运作安全，也使得本发明所揭示的电源系统可被放心地用于需要极高安全系数的电动车上。
惟以上所述者，仅本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (19)
1.一种大电能系统用断路器，是供串接于一具有一个断路控制回路的大电能系统，其特征在于，它包括：
一开关装置，包括：
一个具有一个固扣端的本体；
一个设置于该本体、具有两个突出的导接插头的导通件；及
一个设置于该本体的解锁件；
一连接装置，包括：
一个壳体；
一组具有两个形成于该壳体中的插孔的插座，各该插孔中分别设置有供该导通件导接插头插设连接、并分别串接该大电能系统的导电端；
一组当该开关装置被组接至该连接装置、使得所述导电端与该导通件形成回路时，受该解锁件的驱动而激励该断路控制回路的安全锁；及
一个设于该壳体、可沿一转轴相对该壳体枢转的固定压扣件，该固定压扣件并具有一供卡扣该固扣端而使该开关装置压紧结合于该连接装置的卡扣部；
其中，该开关装置本体设置该导通件处及该连接装置壳体形成该插座处的一突出部、其另一是对应该突出部的凹陷部，且该突出部上套设有一挠性封闭件。
2.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，其中该连接装置更包括一检测到异常状况时，驱使该安全锁不激励该断路控制回路的安全检测单元。
3.如权利要求2所述的断路器，其特征在于，其中该安全检测单元是一温度检测器。
4.如权利要求2所述的断路器，其特征在于，其中该安全检测单元是一电压计。
5.如权利要求2所述的断路器，其特征在于，其中该安全检测单元是一倾斜感测器。
6.如权利要求1、2、3、4、或5所述的断路器，其特征在于，其中该开关装置的该本体及该连接装置的该固定压扣件之一形成有多个凸耳，其另一则形成有多个分别对应该等凸耳、且当该固定压扣件沿该转轴枢转时相对抵制该等凸耳而将该开关装置相对压紧至该连接装置的导引部。
7.如权利要求6所述的断路器，其特征在于，其中该开关装置形成有二凸耳，且该等导引部是形成于该固定压扣件上并对应该二凸耳的二推拔状导槽。
8.如权利要求1、2、3、4、或5所述的断路器，其特征在于，其中该解锁件与该导通件是被共同设置于该突出/凹陷部。
9.如权利要求1、2、3、4、或5所述的断路器，其特征在于，其中该解锁件是一导电片，且该安全锁分别导接该断路控制回路、使得当该导电片导接其中时提供一导通讯号至该断路控制回路的二导线。
10.如权利要求1、2、3、4、或5所述的断路器，其特征在于，其中该解锁件是一抵靠部，且该安全锁是一感压检测器。
11.如权利要求1、2、3、4、或5所述的断路器，其特征在于，其中该挠性封闭件是一橡胶圈，藉此，该开关装置与该连接装置的接合部分达到IP69K防水等级。
12.如权利要求1、2、3、4、或5所述的断路器，其特征在于，其中该解锁件远小于该导通件并设置于该导通件的一侧，藉此，防止该开关装置与该连接装置被反向连接。
13.如权利要求1、2、3、4、或5所述的断路器，其特征在于，其中当该开关装置与该连接装置相对分离时，该解锁件与该安全锁的距离大于该导通件与该导电端的距离。
14.一种具有断路器的大电能系统，其特征在于，它包括：
一个电源；
一个控制该电源的断路控制回路；
一个串接于该电源的断路器，包括：
一开关装置，包括：
一个具有一个固扣端的本体；
一个设置于该本体、具有两个突出的导接插头的导通件；及
一个设置于该本体的解锁件；
一连接装置，包括：
一个壳体；
一组具有两个形成于该壳体中的插孔的插座，各该插孔中分别设置有供该导通件导接插头插设连接、并分别串接该大电能系统的导电端；
一组当该开关装置被组接至该连接装置、使得该等导电端与该导通件形成回路时，受该解锁件的驱动而激励该断路控制回路的安全锁；及
一个组设于该壳体、可沿一转轴相对该壳体枢转的固定压扣件，该固定压扣件并具有一供卡扣该固扣端而使该开关装置压紧结合于该连接装置的卡扣部；
其中，该开关装置本体设置该导通件处及该连接装置壳体形成该插座处之一是一突出部、其另一是对应该突出部的凹陷部，且该突出部上套设有一挠性封闭件。
15.如权利要求14所述的大电能系统，其特征在于，其中该断路器的该连接装置更包括一检测到异常状况时，驱使该安全锁不激励该断路控制回路的安全检测单元。
16.如权利要求14所述的大电能系统，其特征在于，其中该电源是多个串接充电电池。
17.如权利要求14、15、或16所述的大电能系统，其特征在于，其中该开关装置形成有二凸耳，该固定压扣件形成有对应该二凸耳、且当该固定压扣件沿该转轴枢转时相对抵制该等凸耳而将该开关装置相对迫紧至该连接装置的推拔状导槽；以及该解锁件是一导电片，且该安全锁是分别导接该断路控制回路、使得当该导电片导接其中时提供一导通讯号至该断路控制回路的二导线。
18.如权利要求14、15、或16所述的大电能系统，其特征在于，其中该固定压扣件具有一个结构脆弱的牺牲段。
19.如权利要求14、15、或16所述的大电能系统，其特征在于，其中该解锁件包括二导电片，且该安全锁包括二分别对应该解锁件该二导电片、并供接收/传输来自该二导电片资讯的对接导电片。
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