CN103400664A - 25kV电气化铁路接触网用腕臂绝缘子及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其额定工作电压为25kV，结构高度为750～900mm，额定机械弯曲破坏负荷最高为20kN，额定机械拉伸破坏负荷最高为160kN，工频干/湿耐受电压150/190kV，雷电冲击耐受电压的峰值为310kV，最小电弧距离490mm，最小的外绝缘伞裙护套厚度为3mm，0.35mg/cm²盐密或2mg/cm²灰密下工频耐受电压大于36kV，整体爬电距离大于1600mm。本发明还公开了其制作方法。本发明有效杜绝了复合绝缘子脆断和掉串事故，解决瓷绝缘子外绝缘污闪的难题，具有机械电气性能优异、适用于各种极端恶劣的工况环境的优势。

Description

25kV电气化铁路接触网用腕臂绝缘子及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种工频单相交流25kV电气化铁路接触网用腕臂绝缘子，尤其是涉及一种机械、电气性能优异的25kV腕臂瓷复合绝缘子。

背景技术

目前电气化铁路接触网大量使用的腕臂绝缘子有瓷棒形绝缘子和腕臂复合绝缘子。瓷棒形绝缘子抗弯抗扭好、机械性能优异，腕臂复合绝缘子污闪电压高、电气性能卓越，两者已大量使用在电气化铁路接触网供电系统，为铁路系统安全运行和经济社会快速发展做出了巨大贡献。

但是，运行中的瓷棒形绝缘子表面易粘附污秽，天气状况适合可能出现外部闪络，比较笨重，搬运安装相对困难。腕臂复合绝缘子内绝缘芯棒的长期蠕变及少数脆断和端部密封失效可能诱发的掉串，是其最大诟病。而且25kV腕臂瓷复合绝缘子系列产品设计制造均未见报道，因此，研究发明25kV腕臂瓷复合绝缘子系列产品甚为必要。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够有效杜绝复合绝缘子脆断和掉串事故，解决瓷绝缘子外绝缘污闪难题，机械电气性能优异的25kV电气化铁路接触网用腕臂绝缘子及其制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子的额定工作电压为25KV，结构高度为750～900mm，额定机械弯曲破坏负荷最高为20kN，额定机械拉伸破坏负荷最高为160KN，工频干/湿耐受电压150/190kV，雷电冲击耐受电压的峰值为310kV，最小电弧距离490mm，最小的外绝缘伞裙护套的厚度为3mm，0.35mg/cm²盐密或2mg/cm²灰密下工频耐受电压大于36kV，整体爬电距离大于1600mm。

进一步，所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，包括一高铝瓷绝缘子本体、一绝缘伞裙护套和两金具附件，所述的绝缘伞裙护套设置在高铝瓷绝缘子本体的外部，而所述的两金具附件则分别设置在高铝瓷绝缘子本体的两端，并通过变振工艺利用无机硅酸盐胶合剂胶装固定，且每个所述的金具附件的安装内孔的胶装部位为锯齿形，胶装端部为圆弧形，且胶装端部的外包胶部位设有矩形槽。

其中，所述的两金具附件分别为双夹箍金具附件和孔环金具附件。

所述的高铝瓷绝缘子本体中氧化铝的质量百分含量为60-70%，且所述的高铝瓷绝缘子本体端部的胶装部位为倒锥形，且在胶装部位还裹附有釉砂。

所述的绝缘伞裙护套为高温硫化硅橡胶，其结构为以一个大伞两个小伞的顺序间隔排列，且相邻大伞的间距为69mm，而处于高压端的大伞的直径为260mm，并且一个大伞两个小伞形成的每组伞有效泄露距离234mm，运行中的爬电比距最高为58mm/kV。

而所述的绝缘伞裙护套的配方包括以下组分且各组分的重量份数为：110-2甲基乙烯基硅橡胶100份、气相法二氧化硅35份、氢氧化铝微粉115份、色母胶1.5份、氧化锌5份、硅烷1.6份、硅油12份、三乙醇胺0.9份、_γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷5.5份、双二五硫化剂1.2份。

所述的高铝瓷绝缘子本体的端部和金具附件之间还设置有缓冲材料。且所述的缓冲材料为将牛毛毡加工成与金具附件内径一致的圆片，其经过在沥青中浸泡24小时，取出后在室温下晾干的预处理。，

此外，上述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）制作金具附件：选用添加微量金属元素的45#钢，通过锻造机加工工艺生产得到金具附件粗品，金具附件粗品的表面采用热浸锌工艺防腐，浸锌平均厚度大于86微米；然后将金具附件粗品的安装内孔中的胶装部位加工成锯齿形，将金具附件粗品的胶装端部设计变厚并成圆弧形，在该胶装端部的外包胶部位设计成矩形槽，最后逐个通过射线探伤和磁粉探伤剔除其内外部缺陷，最终形成双夹箍金具附件和孔环金具附件两种金具附件；

2）制作高铝瓷绝缘子本体：首先称取制作高铝瓷绝缘子本体的基料原料，然后加入基料原料总重量30%的水得到浆料，然后对浆料进行球磨至浆料过220目筛，然后采用静压成型工艺得到高铝瓷绝缘子本体，最后将高铝瓷绝缘子本体端部的胶装部位设计成倒锥形结构，并在胶装部位裹附釉砂，所述的基料原料中氧化铝的质量百分含量为60-70%；

3）在高铝瓷绝缘子本体的两端胶装步骤1）中制得的金具附件，得到半成品：在瓷棒绝缘子本体的两端裹附釉砂的部位刷涂一层沥青，沥青刷涂均匀且完全覆盖釉砂，室温中放置晾干后进行胶装，首先在金具附件内垫一层缓冲材料，然后采用全自动变频震动胶装工艺利用添加超细硅灰粉配方的无机硅酸盐胶合剂胶装金具附件，同时使用同轴度控制工装和控制方法确保两端的金具附件几何公差，且所述的胶装过程，先胶装夹箍金具附件，通过5天的水浴养护期，然后胶装孔环金具附件，再通过5天的水浴养护期，则胶装完成，得到半成品；

4）将步骤3）中得到的高铝瓷绝缘子本体两端胶装金具附件的半成品放入高温高压的模腔内，采用金具附件外径与合模后模腔内径紧密切合方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出硅橡胶，充满模腔空隙，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙，接着在130摄氏度和100bar锁模力作用下恒温600秒，使绝缘伞裙护套和高铝瓷绝缘子本体的端部密封并一次硫化成型，得到25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明采用优质的生产原料，选择先进的制作工艺，具备优异的机电性能。具体为使用高温硫化硅橡胶作外绝缘伞裙护套，以高强度陶瓷作内绝缘，采用变振工艺用高强度无机硅酸盐胶合剂胶装金具附件而制成的腕臂瓷复合绝缘子，综合了瓷绝缘子和复合绝缘子的优点，克服和解决了瓷绝缘子和复合绝缘子的缺陷和弊端，兼备瓷绝缘子机械性能可靠和复合绝缘子硅橡胶材料耐污闪能力强的特点，有效杜绝了复合绝缘子脆断和掉串事故，同时解决瓷绝缘子外绝缘污闪的难题，是一种机械电气性能优异的新型电气化铁路腕臂绝缘子，适用于各种极端恶劣的工况环境。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为本发明所述的双夹箍金具附件的结构示意图；

图3为本发明所述的高铝瓷绝缘子本体的结构示意图；

图4为本发明所述的绝缘伞裙护套的结构示意图；

图5为传统的端部密封结构示意图；

图6为图5的A部放大图；

图7为本发明所述的端部密封结构示意图；

图8为图7的B部放大图；

图9为本发明所述的产品的包装结构示意图。

1、双夹箍金具附件                    2、缓冲材料                3、绝缘伞裙护套

4、高铝瓷绝缘子本体                  5、无机硅酸盐胶合剂        6、孔环金具附件

11、安装内孔                         12、胶装端部               13、矩形槽

41、倒锥形结构                       42、釉砂                   7、传统金具附件

8、传统瓷绝缘子本体                  9、传统胶合剂              10、PE端盖

11、木质定位块                       12、发泡塑料定位支撑垫

13、瓦楞硬质纸筒                     14、PE塑料薄膜圆筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明一实施例的结构示意图。

如图1所示：25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，包括一高铝瓷绝缘子本体4、一绝缘伞裙护套3和两金具附件，在本实施方式中，所述的金具附件分别为双夹箍金具附件1和孔环金具附件6，所述的绝缘伞裙护套3设置在高铝瓷绝缘子本体4的外部，而所述的两金具附件则分别设置在高铝瓷绝缘子本体4的两端，并通过变振工艺利用无机硅酸盐胶合剂胶装固定。

图2为本发明所述的双夹箍金具附件的结构示意图。

如图2所示：双夹箍金具附件1的安装内孔11的胶装部位为锯齿形，胶装端部12为圆弧形，且胶装端部12的外包胶部位设有矩形槽13。同理，所述的孔环金具附件6的安装内孔的胶装部位也为锯齿形，胶装端部也为圆弧形，且胶装端部的外包胶部位也设有矩形槽。

本发明所述的金具附件的制备方法为：选用添加微量金属元素的45#钢，通过锻造机加工工艺生产得到金具附件粗品，金具附件粗品的表面采用热浸锌工艺防腐，浸锌平均厚度大于86微米；然后将金具附件粗品的安装内孔11中的胶装部位加工成锯齿形，将金具附件粗品的胶装端部设计变厚并成圆弧形，在该胶装端部12的外包胶部位设计成矩形槽13，最后逐个通过射线探伤和磁粉探伤剔除其内外部缺陷，最终形成双夹箍金具附件1和孔环金具附件6两种金具附件。

选用45#钢能长期有效保证金具附件不被恶劣气候腐蚀损坏，加上表面浸锌防腐，则可确保金具附件在复杂恶劣的极端工况下安全运行。而将安装内孔11设计为锯齿形，则有效增大金具附件的胶装面积，提高其机械强度。胶装端部12的圆弧形变厚可均匀运行中的电场强度，减少电晕，胶装端部12的矩形槽13的设计则有效增大绝缘伞裙护套与金具附件的接触面积，提高胶装端部12密封可靠性，保证产品长期稳定运行，且安装部位端部的壁厚也有所增加，能在成本可控的基础上极大提高金具附件的抗弯强度，再使用磁粉探伤和射线探伤筛选出高质量的金具附件，则可用于制作25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子。

图3为本发明所述的高铝瓷绝缘子本体的结构示意图。

如图3所示：所述的高铝瓷绝缘子本体4中氧化铝的质量百分含量为60-70%，且所述的高铝瓷绝缘子本体41端部的胶装部位为倒锥形41，且在胶装部位还裹附有釉砂42。

所述的高铝瓷绝缘子本体4的制作方法为：首先称取制作高铝瓷绝缘子本体4的基料原料，然后加入基料原料总重量30%的水得到浆料，然后对浆料进行球磨至浆料过220目筛，然后采用静压成型工艺得到高铝瓷绝缘子本体4，最后将高铝瓷绝缘子本体4端部的胶装部位设计成倒锥形结构41，并在胶装部位裹附釉砂42。

图4为本发明所述的绝缘伞裙护套的结构示意图。

如图4所示：利用风洞模拟试验、空气流场测试和空气流场的数值模拟对发明所述的伞形进行了积污及空气流场特性的研究。所述的绝缘伞裙护套3为高温硫化硅橡胶，其结构为以一个大伞31两个小伞32的顺序间隔排列，较之传统的等伞或大小伞可有效提升爬电距离利用率,提高产品耐污能力，且相邻大伞31的间距为69mm，而处于高压端的大伞的直径为260mm，在本实施方式中，所述的大伞31的直径为198mm，小伞32的直径为146mm，增大大伞31间距和大伞31的伸出，可有效提高产品自结性和防强降雨能力，合理的大小伞倾角保证伞盘表面雨雪不滞留，污秽少累积，自结性提高。此外一个大伞31两个小伞32形成的每组伞有效泄露距离234mm，使得单位电弧距离内爬电距离增大，运行中的爬电比距最高为58mm/kV。

上述的绝缘伞裙护套3的制作方法为：利用整体注射工艺在高温高压模具中一次硫化成型并完成端部包胶密封，在本实施方式中，所述的绝缘伞裙护套3的材料性能如表1所示：

表1：绝缘伞裙护套的材料性能表

项目名称	性能参数	项目名称	性能参数
				体积电阻率Ω.m	≥1×1012	斜面法耐漏电起痕及电蚀损	4.5
直流介电强度kV/mm	≥35	阻燃性试验	FV-0级
				交流介电强度kV/mm	≥20	憎水性	HC1
机械抗张强度MPa	≥4	憎水性迁移	HC1
				机械抗撕强度kN/m	≥10	憎水性恢复	HC1

为达到上述优异的机械电气性能，绝缘伞裙护套的配方经过大量实验验证，最终确定配比如表2所示：

表2：绝缘伞裙护套的配方

另外，高铝瓷绝缘子本体4的端部和金具附件之间还设置有缓冲材料2，且所述的缓冲材料2为将牛毛毡加工成与金具附件内径一致的圆片。在本实施方式中，所述的圆片需要经过在沥青中浸泡24小时，取出后在室温下晾干的预处理。

本发明所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子的制作方法，包括以下步骤：

1）制作金具附件（如前所示）；

2）制作高铝瓷绝缘子本体（如前所示）；

3）在高铝瓷绝缘子本体4的两端胶装步骤1）中制得的金具附件，得到半成品，具体为：在瓷棒绝缘子本体4的两端裹附釉砂42的部位刷涂一层沥青，沥青刷涂均匀且完全覆盖釉砂42，室温中放置晾干后进行胶装，首先在金具附件内垫一层缓冲材料2，然后采用全自动变频震动胶装工艺利用添加超细硅灰粉配方的无机硅酸盐胶合剂5胶装金具附件，同时使用同轴度控制工装和控制方法确保两端的金具附件几何公差，且所述的胶装过程，先胶装夹箍金具附件1，通过5天的水浴养护期，然后胶装孔环金具附件6，再通过5天的水浴养护期，则胶装完成，得到半成品；

4）将步骤3）中得到的高铝瓷绝缘子本体4两端胶装金具附件的半成品放入高温高压的模腔内，采用金具附件外径与合模后模腔内径紧密切合方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出硅橡胶，充满模腔空隙，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙，接着在130摄氏度和100bar锁模力作用下恒温600秒，使绝缘伞裙护套3和高铝瓷绝缘子本体4的端部密封并一次硫化成型，得到25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子。

上述方法制备的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子的额定工作电压为25KV，结构高度为750～900mm，额定机械弯曲破坏负荷最高为20kN，额定机械拉伸破坏负荷最高为160KN，工频干/湿耐受电压150/190kV，雷电冲击耐受电压的峰值为310kV，最小电弧距离490mm，最小的外绝缘伞裙护套的厚度为3mm，0.35mg/cm²盐密或2mg/cm²灰密下工频耐受电压大于36kV，整体爬电距离大于1600mm。

本发明与传统成型工艺的对比情况如下：

图5为传统的端部密封结构示意图；图6为图5的A部放大图。

如图5和图6所示：传统金具附件7和传统瓷绝缘子本体8直接胶装，即传统成型工艺需要制作带有伞裙的传统瓷绝缘子本体8，经预烘后淋釉烧制，为提高胶装强度，须在传统瓷绝缘子本体8的端部安装位置喷淋砂釉42，但釉砂42疏松且空隙开放，在胶装后，传统瓷绝缘子本体8的少量釉砂42和传统胶合剂9裸露于大气中，运行中会积水积污，在电场作用下形成酸蚀，尽管其强度可靠且耐候性强，但在长期的运行中依然是产品失效的可能。

图7为本发明所述的端部密封结构示意图；图8为图7的B部放大图。

如图7和图8所示：本发明采用加入少量氟硅橡胶改性的高温硫化硅橡胶伞裙护套，耐候、耐老化、耐长期高压电场能力优异，其端部密封在高温高压模具中注射包胶，而多重界面的端部密封在注射包胶后转化成绝缘伞裙护套3的单材料对抗外界侵蚀，减少产品失效的突破口，保证产品能够长期运行，且安全稳定。

本发明采用瓷与硅橡胶完美结合，取其各自优点发明制作的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，目前国际尚无对应检测标准可循，因此，我们参考现有现行标准，结合设计制作过程特点，对其定型试验按照分功能分标准完成。具体检验测试方法即标准如表3所示：

表3：检验测试方法及标准

而针对25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，由于其原料选材合理、机电性能优异、结构设计新颖，因此其包装异于传统的瓷棒形绝缘子和腕臂复合绝缘子。

图9为本发明所述的产品的包装结构示意图。

如图9所示：本发明采用表面过塑处理且带木质定位块11的硬质瓦楞纸筒13做外包装材料，其包装由里及外依次是：本发明所述的产品—PE塑料薄膜圆筒14—发泡塑料定位支撑垫12—瓦楞硬质纸筒13—PE端盖10。

其包装操作步骤是先将绝缘子产品装入PE塑料薄膜圆筒14内，两端绑扎，在产品薄膜外依伞形结构均匀扣装发泡塑料定位支撑垫12，两端金具附件各扣装结构相符的发泡塑料定位支撑垫12，然后从高压端方向装入瓦楞硬质纸筒13至木质定位块11位置，最后盖上PE端盖10并用胶带封装。

上述包装工艺可有效防止伞裙损坏变形，防潮防动物侵蚀，保证搬运、输送过程的产品安全，且所有包装材料采用可再次利用的复合材料，环保无污染。

Claims (9)

1.一种25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子的额定工作电压为25KV，结构高度为750～900mm，额定机械弯曲破坏负荷最高为20kN，额定机械拉伸破坏负荷最高为160KN，工频干/湿耐受电压150/190kV，雷电冲击耐受电压的峰值为310kV，最小电弧距离490mm，最小的外绝缘伞裙护套的厚度为3mm，0.35mg/cm²盐密或2mg/cm²灰密下工频耐受电压大于36kV，整体爬电距离大于1600mm。 

2.根据权利要求1所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，包括一高铝瓷绝缘子本体、一绝缘伞裙护套和两金具附件，所述的绝缘伞裙护套设置在高铝瓷绝缘子本体的外部，而所述的两金具附件则分别设置在高铝瓷绝缘子本体的两端，并通过变振工艺利用无机硅酸盐胶合剂胶装固定，且每个所述的金具附件的安装内孔的胶装部位为锯齿形，胶装端部为圆弧形，且胶装端部的外包胶部位设有矩形槽。 

3.根据权利要求2所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，所述的两金具附件分别为双夹箍金具附件和孔环金具附件。 

4.根据权利要求2所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，所述的高铝瓷绝缘子本体中氧化铝的质量百分含量为60-70%，且所述的高铝瓷绝缘子本体端部的胶装部位为倒锥形，且在胶装部位还裹附有釉砂。 

5.根据权利要求2所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，所述的绝缘伞裙护套为高温硫化硅橡胶，其结构为以一个大伞两个小伞的顺序间隔排列，且相邻大伞的间距为69mm，而处于高压端的大伞的直径为260mm，并且一个大伞两个小伞形成的每组伞有效泄露距离234mm，运行中的爬电比距最高为58mm/kV。 

6.根据权利要求5所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，所述的绝缘伞裙护套的配方包括以下组分且各组分的重量份数为：110-2甲基乙烯基硅橡胶100份、气相法二氧化硅35份、氢氧化铝微粉115份、色母胶1.5份、氧化锌5份、硅烷1.6份、硅油12份、三乙醇胺0.9份、γ-三氟 丙基甲基聚硅氧烷5.5份、双二五硫化剂1.2份。 

7.根据权利要求2所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，所述的高铝瓷绝缘子本体的端部和金具附件之间还设置有缓冲材料。 

8.根据权利要求72所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子，其特征在于，所述的缓冲材料为将牛毛毡加工成与金具附件内径一致的圆片，其经过在沥青中浸泡24小时，取出后在室温下晾干的预处理。 

9.根据权利要求1所述的25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子的制作方法，其特征在于，包括如下步骤： 

1）制作金具附件：选用添加微量金属元素的45#钢，通过锻造机加工工艺生产得到金具附件粗品，金具附件粗品的表面采用热浸锌工艺防腐，浸锌平均厚度大于86微米；然后将金具附件粗品的安装内孔中的胶状部位加工成锯齿形，将金具附件粗品的胶装端部设计变厚并成圆弧形，在该胶装端部的外包胶部位设计成矩形槽，最后逐个通过射线探伤和磁粉探伤剔除其内外部缺陷，最终形成双夹箍金具附件和孔环金具附件两种金具附件； 

2）制作高铝瓷绝缘子本体：首先称取制作高铝瓷绝缘子本体的基料原料，然后加入基料原料总重量30%的水得到浆料，然后对浆料进行球磨至浆料过220目筛，然后采用静压成型工艺得到高铝瓷绝缘子本体，最后将高铝瓷绝缘子本体端部的胶装部位设计成倒锥形结构，并在胶装部位裹附釉砂，所述的基料原料中氧化铝的质量百分含量为60-70%； 

3）在高铝瓷绝缘子本体的两端胶装步骤1）中制得的金具附件，得到半成品：在瓷棒绝缘子本体的两端裹附釉砂的部位刷涂一层沥青，沥青刷涂均匀且完全覆盖釉砂，室温中放置晾干后进行胶装，首先在金具附件内垫一层缓冲材料，然后采用全自动变频震动胶装工艺利用添加超细硅灰粉配方的无机硅酸盐胶合剂胶装金具附件，同时使用同轴度控制工装和控制方法确保两端的金具附件几何公差，且所述的胶装过程，先胶装夹箍金具附件，通过5天的水浴养护期，然后胶装孔环金具附件，再通过5天的水浴养护期，则胶装完成，得到半成品； 

4）将步骤3）中得到的高铝瓷绝缘子本体两端胶装金具附件的半成品放入 高温高压的模腔内，采用金具附件外径与合模后模腔内径紧密切合方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出硅橡胶，充满模腔空隙，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙，接着在130摄氏度和100bar锁模力作用下恒温600秒，使绝缘伞裙护套和高铝瓷绝缘子本体的端部密封并一次硫化成型，得到25kV电气化铁路接触网用腕臂瓷复合绝缘子。 

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