CN107658845A - 一种具有漏电流检测及自我故障诊断功能的gfci - Google Patents

一种具有漏电流检测及自我故障诊断功能的gfci Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其包括：火线、零线、脱扣中断线圈电路、复位线圈电路、漏电流检测电路、故障自我检测电路、测试电路、故障指示电路、工作指示电路和电源电路，其中，火线与零线之间连接有一交流电源及一负载，脱扣中断线圈与外部脱扣机构连接，复位线圈电路与外部复位机构连接，漏电流检测电路于检测火线与零线之间的漏电流，故障自我检测电路用于检测自身电路是否出现故障，测试电路用于测试电路能否正常工作，故障指示在电路出现故障时发出故障指示。本发明具有方便操作使用、性能稳定可靠以及安全性高等优点。

Description

一种具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI
技术领域
本发明涉及一种接地故障电流漏电保护器，具体而言，涉及一种具有漏电流检测及自我故障诊断功能的接地故障电流漏电保护器。
背景技术
接地故障电流漏电保护器(GFCI，Ground Fault Circuit Interrupter)用于检测接地故障电流以及零线误接地故障，当检测到接地故障电流或零线误接地故障时，接地故障电流漏电保护器中断交流电源系统中的电力，以避免人畜发生触电危险。当接地故障电流漏电保护器的接地故障保护功能失效时，会立即发出报警信号并切断电源。
目前，市场上的类似产品虽具有接地故障保护功能，但往往不具有自动检测和报警功能，用户有可能在不知情的时候使用一个不具有接地故障保护功能的产品，因而存在安全隐患。
发明内容
本发明提供一种具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，用以在电源与负载回路中出现漏电流时中断负载回路中的电路，同时能够实时诊断自身电路中的故障。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其包括：火线、零线、脱扣中断线圈电路、复位线圈电路、漏电流检测电路、故障自我检测电路、测试电路、故障指示电路、工作指示电路和电源电路，其中：
所述火线与所述零线之间连接有一交流电源及一负载；
所述脱扣中断线圈电路包括脱扣线圈L2、二极管D5、晶闸管Q2、电容C3和电阻R15，其中，脱扣线圈L2、二极管D5和晶闸管Q2依次串联连接，电容C3和电阻R15均与晶闸管Q2的栅极连接，脱扣线圈L2与外部脱扣机构连接；
所述复位线圈电路包括复位线圈L1、晶闸管Q1、电容C1、电阻R1、电容C2、电阻R2、电阻R3和复位开关S1，复位线圈L1与晶闸管Q1串联连接，电阻R3和复位开关S1串联连接，电容C1与电阻R1并联后的其中一端连接至晶闸管Q1的栅极，电容C2与电阻R2并联后的其中一端连接至晶闸管Q1的栅极以及另一端连接至电阻R3，复位线圈L1与外部复位机构连接，复位开关S1接通时触发晶闸管Q1，复位线圈L1产生磁场并带动复位机构复位；
所述漏电流检测电路包括环状线圈A2、电阻R7、电阻R9和集成电路IC1，所述火线和所述零线穿过所述环状线圈A2，集成电路IC1中设置有一第一预设电流差值，线圈A2用于检测火线与零线之间的漏电流并将漏电流的电流值发送至集成电路IC1，集成电路IC1将漏电流的电流值与所述第一预设电流差值相比较；
所述故障自我检测电路包括集成电路IC2、电阻R12、电阻R11、电阻R10、二极管D6、电阻R14和三极管Q3，电阻R10与二极管D6并联且二极管D6的的正极与集成电路IC2，所述故障自我检测电路用于检测所述线圈A2、所述脱扣中断线圈电路和所述漏电流检测电路是否正常工作；
所述测试电路包括电阻R4和测试开关S2，电阻R4与测试开关S2串联连接，当所述测试开关S2闭合时，火线与零线之间产生一电流值大于所述第一预设电流差值的漏电流，集成电路IC1输出控制信号触发晶闸管Q2，晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣；
所述故障指示电路包括发光二极管D7，当所述故障自我检测电路检测到所述线圈A2、所述脱扣中断线圈电路和所述漏电流检测电路其中任一个工作不正常时或集成电路IC1检测到火线与零线之间的漏电流的电流值大于所述第一预设电流差值时，所述集成电路IC2输出控制信号以驱动所述发光二极管D7闪烁以及触发晶闸管Q2，晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣；
所述工作指示电路包括电阻R13、二极管D1和发光二极管D2，电阻R13、二极管D1和发光二极管D2依次串联连接，正常工作时所述发光二极管D2发光；
所述电源电路包括第一电源电路和第二电源电路，第一电源电路包括二极管桥接整流电路D3、电阻R5和电容C4，第二电源电路包括二极管D4、电阻R8和电容C7，所述第一电源电路用于为集成电路IC1供电，所述第二电源电路用于为集成电路IC2供电。
在本发明的一实施例中，具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI还包括一中性故障检测电路，所述中性故障检测电路包括环状线圈A1、电容C5和电容C6，所述火线和所述零线穿过所述环状线圈A1，集成电路IC1中设置有一第二预设电流差值，线圈A1用于检测所述零线与地之间的漏电流并将漏电流的电流值发送至集成电路IC1，集成电路IC1将漏电流的电流值与所述第二预设电流差值相比较，当漏电流的电流值大于所述第二预设电流差值时，集成电路IC1输出控制信号以触发晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣。
在本发明的一实施例中，所述故障自我检测电路进行自我检测的步骤如下：
S1：集成电路IC2判断电源当前是正本周还是负半周，同时集成电路IC2启动内部计数器进行延时计时；
S2：在电源为正半周时，一第一输出电流经脱扣线圈L2、二极管D5和电阻R10流入集成电路IC2，集成电路IC2与电阻R10相连的管脚产生一第一电压，集成电路IC2根据第一电压判断脱扣线圈L2和二极管D5是否正常，当第一电压为低电平时，集成电路IC2判断脱扣线圈L2或二极管D5发生故障；
S3：在电源为负半周时，一第二输出电流经脱扣线圈L2、二极管D5和电阻R10流入集成电路IC2，集成电路IC2与电阻R10相连的管脚产生一第二电压，集成电路IC2导通三极管Q3中的模拟漏电流，该模拟漏电流被漏电流检测电路检测到并触发晶闸管Q2导通，但是，由于二极管D5的存在，此时线圈L2中无电流流通故无法产生磁场；
S4：集成电路IC2控制第二电压减小，集成电路IC2根据第二电压在电源负半周的变化判断漏电流检测电路工作是否正常，当第二电压为高电平时，集成电路IC2判断漏电流检测电路或电源电路发生故障；
S5：如果漏电流检测电路或电源电路发生故障，集成电路IC2则输出控制信号以驱动所述发光二极管D7闪烁以及触发晶闸管Q2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣，如果漏电流检测电路工作正常，集成电路IC2在延时一定时间后将重复上述自我检测步骤。
在本发明的一实施例中，有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI还包括一外壳，所述外壳上设有一复位按键和一测试按键，所述复位按键和所述测试按键分别与复位开关S1和测试开关S2连接。
在本发明的一实施例中，其中的电器元件均为贴片式电子元件。
在本发明的一实施例中，所述IC1为GPG601，所述IC2为GPG602。
在本发明的一实施例中，具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI还包括一中性故障检测电路，所述中性故障检测电路包括环状线圈A1、导线电阻RN和故障电阻RG，其中，导线电阻RN和故障电阻RG串联在火线和零线之间，当负载/零线与地之间发生故障时，负载/零线对地产生漏电流，环状线圈A1检测到该漏电流并与由环状线圈A1、线圈A2、地线、零线、导线电阻RN和故障电阻RG构成的正反馈回路相互耦合后产生一高频信号，该高频信号经集成电路IC1判断后输出控制信号触发晶闸管Q2脱扣。
综上，本发明提供的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI与现有产品相比，具有以下优点：
(1)外壳上设有复位按键和测试按键，安装方便和操作。
(2)采用贴片电子元件，性能稳定可靠，内部简洁。
(3)具有漏电流检测功能、故障自我检测功能和报警功能，提高了使用安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI的电路图；
图2为本发明中的中性故障检测电路另一实施例的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI的电路图，如图所示，本发明提供的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI包括：火线L、零线N、脱扣中断线圈电路、复位线圈电路、漏电流检测电路、故障自我检测电路、测试电路、故障指示电路、工作指示电路和电源电路，其中：
火线L与零线N之间连接有一交流电源及一负载(此部分图中未示出)；
脱扣中断线圈电路包括脱扣线圈L2、二极管D5、晶闸管Q2、电容C3和电阻R15，其中，脱扣线圈L2、二极管D5和晶闸管Q2依次串联连接，电容C3和电阻R15均与晶闸管Q2的栅极连接，脱扣线圈L2与外部脱扣机构连接；
复位线圈电路包括复位线圈L1、晶闸管Q1、电容C1、电阻R1、电容C2、电阻R2、电阻R3和复位开关S1，复位线圈L1与晶闸管Q1串联连接，电阻R3和复位开关S1串联连接，电容C1与电阻R1并联后的其中一端连接至晶闸管Q1的栅极，电容C2与电阻R2并联后的其中一端连接至晶闸管Q1的栅极以及另一端连接至电阻R3，复位线圈L1与外部复位机构连接，复位开关S1接通时触发晶闸管Q1，复位线圈L1产生磁场并带动复位机构复位；
漏电流检测电路包括环状线圈A2、电阻R7、电阻R9和集成电路IC1，火线L和零线N穿过环状线圈A2，集成电路IC1中设置有一第一预设电流差值，线圈A2用于检测火线与零线之间的漏电流并将漏电流的电流值发送至集成电路IC1，集成电路IC1将漏电流的电流值与第一预设电流差值相比较；
故障自我检测电路包括集成电路IC2、电阻R12、电阻R11、电阻R10、二极管D6、电阻R14和三极管Q3，电阻R10与二极管D6并联且二极管D6的的正极与集成电路IC2，故障自我检测电路用于检测线圈A2、脱扣中断线圈电路和漏电流检测电路是否正常工作；
测试电路包括电阻R4和测试开关S2，电阻R4与测试开关S2串联连接，当测试开关S2闭合时，火线与零线之间产生一电流值大于第一预设电流差值的漏电流，集成电路IC1输出控制信号触发晶闸管Q2，晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣；
故障指示电路包括发光二极管D7，当故障自我检测电路检测到线圈A2、脱扣中断线圈电路和漏电流检测电路其中任一个工作不正常时或集成电路IC1检测到火线L与零线N之间的漏电流的电流值大于第一预设电流差值时，集成电路IC2输出控制信号以驱动发光二极管D7闪烁以及触发晶闸管Q2，晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣；
工作指示电路包括电阻R13、二极管D1和发光二极管D2，电阻R13、二极管D1和发光二极管D2依次串联连接，正常工作时发光二极管D2发光；
电源电路包括第一电源电路和第二电源电路，第一电源电路包括二极管桥接整流电路D3、电阻R5和电容C4，第二电源电路包括二极管D4、电阻R8和电容C7，第一电源电路用于为集成电路IC1供电，第二电源电路用于为集成电路IC2供电。
如图1所示，本发明提供的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI还可以视需要进一步包括一中性故障检测电路，中性故障检测电路包括环状线圈A1、电容C5和电容C6，火线L和零线N穿过所环状线圈A1，集成电路IC1中设置有一第二预设电流差值，线圈A1用于检测零线与地之间的漏电流并将漏电流的电流值发送至集成电路IC1，集成电路IC1将漏电流的电流值与第二预设电流差值相比较，当漏电流的电流值大于第二预设电流差值时，集成电路IC1输出控制信号以触发晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣。
本发明中，故障自我检测电路进行自我检测的步骤如下：
S1：集成电路IC2判断电源当前是正本周还是负半周，同时集成电路IC2启动内部计数器进行延时计时；
S2：在电源为正半周时，一第一输出电流经脱扣线圈L2、二极管D5和电阻R10流入集成电路IC2，集成电路IC2与电阻R10相连的管脚产生一第一电压，集成电路IC2根据第一电压判断脱扣线圈L2和二极管D5是否正常，当第一电压为低电平时，集成电路IC2判断脱扣线圈L2或二极管D5发生故障；
S3：在电源为负半周时，一第二输出电流经脱扣线圈L2、二极管D5和电阻R10流入集成电路IC2，集成电路IC2与电阻R10相连的管脚产生一第二电压，集成电路IC2导通三极管Q3中的模拟漏电流，该模拟漏电流被漏电流检测电路检测到并触发晶闸管Q2导通，但是，由于二极管D5的存在，此时线圈L2中无电流流通故无法产生磁场；
S4：集成电路IC2控制第二电压减小，集成电路IC2根据第二电压在电源负半周的变化判断漏电流检测电路工作是否正常，当第二电压为高电平时，集成电路IC2判断漏电流检测电路或电源电路发生故障；
S5：如果漏电流检测电路或电源电路发生故障，集成电路IC2则输出控制信号以驱动发光二极管D7闪烁以及触发晶闸管Q2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣，如果漏电流检测电路工作正常，集成电路IC2在延时一定时间后将重复上述自我检测步骤。
图2为本发明中的中性故障检测电路另一实施例的电路图，如图所示，中性故障检测电路包括环状线圈A1、导线电阻RN和故障电阻RG(图2的其余部分与图1相同，故未重复描述)，其中，导线电阻RN和故障电阻RG串联在火线和零线之间，当负载/零线与地之间发生故障时，负载/零线对地产生漏电流，环状线圈A1检测到该漏电流并与由环状线圈A1、线圈A2、地线、零线、导线电阻RN和故障电阻RG构成的正反馈回路相互耦合后产生一高频信号，该高频信号经集成电路IC1判断后输出控制信号触发晶闸管Q2脱扣。
本发明提供的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI还可以包括一外壳，外壳上可以设置一复位按键和一测试按键，复位按键和测试按键分别与复位开关S1和测试开关S2连接，以方便的通过复位按键和测试按键对本发明进行复位或测试。
与直插式元件相比，贴片式电子元件具有体积小，性能稳定可靠等优点，因此，本发明中的电器元件可以优先选择使用贴片式电子元件。
另外，本发明中的IC1可以采用GPG601，IC2可以采用GPG602，该两种芯片均是常见芯片，其性能和作用为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。
综上，本发明提供的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI与现有产品相比，具有以下优点：
(1)外壳上设有复位按键和测试按键，安装方便和操作。
(2)采用贴片电子元件，性能稳定可靠，内部简洁。
(3)具有漏电流检测功能、故障自我检测功能和报警功能，提高了使用安全性。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其特征在于，包括：火线、零线、脱扣中断线圈电路、复位线圈电路、漏电流检测电路、故障自我检测电路、测试电路、故障指示电路、工作指示电路和电源电路，其中：
所述火线与所述零线之间连接有一交流电源及一负载；
所述脱扣中断线圈电路包括脱扣线圈L2、二极管D5、晶闸管Q2、电容C3和电阻R15，其中，脱扣线圈L2、二极管D5和晶闸管Q2依次串联连接，电容C3和电阻R15均与晶闸管Q2的栅极连接，脱扣线圈L2与外部脱扣机构连接；
所述复位线圈电路包括复位线圈L1、晶闸管Q1、电容C1、电阻R1、电容C2、电阻R2、电阻R3和复位开关S1，复位线圈L1与晶闸管Q1串联连接，电阻R3和复位开关S1串联连接，电容C1与电阻R1并联后的其中一端连接至晶闸管Q1的栅极，电容C2与电阻R2并联后的其中一端连接至晶闸管Q1的栅极以及另一端连接至电阻R3，复位线圈L1与外部复位机构连接，复位开关S1接通时触发晶闸管Q1，复位线圈L1产生磁场并带动复位机构复位；
所述漏电流检测电路包括环状线圈A2、电阻R7、电阻R9和集成电路IC1，所述火线和所述零线穿过所述环状线圈A2，集成电路IC1中设置有一第一预设电流差值，线圈A2用于检测火线与零线之间的漏电流并将漏电流的电流值发送至集成电路IC1，集成电路IC1将漏电流的电流值与所述第一预设电流差值相比较；
所述故障自我检测电路包括集成电路IC2、电阻R12、电阻R11、电阻R10、二极管D6、电阻R14和三极管Q3，电阻R10与二极管D6并联且二极管D6的的正极与集成电路IC2，所述故障自我检测电路用于检测所述线圈A2、所述脱扣中断线圈电路和所述漏电流检测电路是否正常工作；
所述测试电路包括电阻R4和测试开关S2，电阻R4与测试开关S2串联连接，当所述测试开关S2闭合时，火线与零线之间产生一电流值大于所述第一预设电流差值的漏电流，集成电路IC1输出控制信号触发晶闸管Q2，晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣；
所述故障指示电路包括发光二极管D7，当所述故障自我检测电路检测到所述线圈A2、所述脱扣中断线圈电路和所述漏电流检测电路其中任一个工作不正常时或集成电路IC1检测到火线与零线之间的漏电流的电流值大于所述第一预设电流差值时，所述集成电路IC2输出控制信号以驱动所述发光二极管D7闪烁以及触发晶闸管Q2，晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣；
所述工作指示电路包括电阻R13、二极管D1和发光二极管D2，电阻R13、二极管D1和发光二极管D2依次串联连接，正常工作时所述发光二极管D2发光；
所述电源电路包括第一电源电路和第二电源电路，第一电源电路包括二极管桥接整流电路D3、电阻R5和电容C4，第二电源电路包括二极管D4、电阻R8和电容C7，所述第一电源电路用于为集成电路IC1供电，所述第二电源电路用于为集成电路IC2供电。
2.根据权利要求1所述的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其特征在于，还包括一中性故障检测电路，所述中性故障检测电路包括环状线圈A1、电容C5和电容C6，所述火线和所述零线穿过所述环状线圈A1，集成电路IC1中设置有一第二预设电流差值，线圈A1用于检测所述零线与地之间的漏电流并将漏电流的电流值发送至集成电路IC1，集成电路IC1将漏电流的电流值与所述第二预设电流差值相比较，当漏电流的电流值大于所述第二预设电流差值时，集成电路IC1输出控制信号以触发晶闸管Q2导通并输出一脱扣信号至脱扣线圈L2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣。
3.根据权利要求1所述的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其特征在于，所述故障自我检测电路进行自我检测的步骤如下：
S1：集成电路IC2判断电源当前是正本周还是负半周，同时集成电路IC2启动内部计数器进行延时计时；
S2：在电源为正半周时，一第一输出电流经脱扣线圈L2、二极管D5和电阻R10流入集成电路IC2，集成电路IC2与电阻R10相连的管脚产生一第一电压，集成电路IC2根据第一电压判断脱扣线圈L2和二极管D5是否正常，当第一电压为低电平时，集成电路IC2判断脱扣线圈L2或二极管D5发生故障；
S3：在电源为负半周时，一第二输出电流经脱扣线圈L2、二极管D5和电阻R10流入集成电路IC2，集成电路IC2与电阻R10相连的管脚产生一第二电压，集成电路IC2导通三极管Q3中的模拟漏电流，该模拟漏电流被漏电流检测电路检测到并触发晶闸管Q2导通，但是，由于二极管D5的存在，此时线圈L2中无电流流通故无法产生磁场；
S4：集成电路IC2控制第二电压减小，集成电路IC2根据第二电压在电源负半周的变化判断漏电流检测电路工作是否正常，当第二电压为高电平时，集成电路IC2判断漏电流检测电路或电源电路发生故障；
S5：如果漏电流检测电路或电源电路发生故障，集成电路IC2则输出控制信号以驱动所述发光二极管D7闪烁以及触发晶闸管Q2，脱扣线圈L2产生磁场并带动脱扣机构脱扣，如果漏电流检测电路工作正常，集成电路IC2在延时一定时间后将重复上述自我检测步骤。
4.根据权利要求1所述的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其特征在于，还包括一外壳，所述外壳上设有一复位按键和一测试按键，所述复位按键和所述测试按键分别与复位开关S1和测试开关S2连接。
5.根据权利要求1所述的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其特征在于，其中的电器元件均为贴片式电子元件。
6.根据权利要求1所述的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其特征在于，所述IC1为GPG601，所述IC2为GPG602。
7.根据权利要求1所述的具有漏电流检测及自我故障诊断功能的GFCI，其特征在于，还包括一中性故障检测电路，所述中性故障检测电路包括环状线圈A1、导线电阻RN和故障电阻RG，其中，导线电阻RN和故障电阻RG串联在火线和零线之间，当负载/零线与地之间发生故障时，负载/零线对地产生漏电流，环状线圈A1检测到该漏电流并与由环状线圈A1、线圈A2、地线、零线、导线电阻RN和故障电阻RG构成的正反馈回路相互耦合后产生一高频信号，该高频信号经集成电路IC1判断后输出控制信号触发晶闸管Q2脱扣。
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