CN112578274A - 断路器和移动设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有电子触发单元的断路器，该断路器在超过低压电路中的电流边界值或电流时间边界值的情况下，执行对低压电路中的电流流动的中断或减少。电子触发单元具有至少两个处理器，该至少两个处理器彼此独立地执行在超过电流边界值或电流时间边界值方面的检查。经由第一通信接口将测试信号馈送到断路器，在持续运行中将测试信号馈送到两个处理器中的一个，使得在持续运行期间执行对断路器的测试，其中，同时给出在超过电流边界值或电流时间边界值方面的激活的保护。

Description

断路器和移动设备
技术领域
本发明涉及一种按照本发明的低压断路器、一种按照本发明的移动设备、一种按照本发明的用于低压断路器的方法、一种计算机程序产品和一种计算机可读的介质。
背景技术
断路器是一种保护设备，其功能与保险装置类似。断路器监视借助导体流经该断路器的电流，并且当超过保护参数、诸如电流边界值或电流-时间段边界值(即，当存在针对一定的时间段的电流值)时，中断到能量汇点或耗电器的电流或能量流，这被称为触发。中断例如通过断开断路器的触点来实现。与保险装置不同，这些保护参数或响应值在断路器的情况下是可调节的，例如借助控制单元(例如电子触发单元)。
特别是对于低压电路或低压电网，依据电路中预先给定的电流大小，存在不同类型的断路器。在本发明的意义上，断路器尤其是指如其在低压设备中针对63至6300安培的电流使用的开关。更具体地，封闭式断路器用于63至1600安培的电流、特别是125至630或1200安培的电流。敞开式断路器特别地用于630至6300安培的电流、更具体地1200至6300安培的电流。敞开式断路器也被称为空气断路器，简称ACB，并且封闭式断路器也被称为塑壳断路器或紧凑型断路器，简称MCCB。
低压是指直至1000伏交流电压或1500伏直流电压的电压。此外，低压是指大于小电压的电压，该小电压具有50伏交流电压或120伏直流电压的值。
在本发明的意义上，断路器是指具有电子触发单元的断路器，该电子触发单元用作控制单元，也被称为电子脱扣器(Electronic Trip Unit)，简称ETU。控制单元监视由传感器、例如罗戈夫斯基变压器(Rogowskispule，罗戈夫斯基线圈)所测量的电流的大小，或者附加地以类似的方式监视电路的电压或/和其他参数的大小，并且如果超过阈值，则引起电路中断。
在交付给客户之前，通过例行测试来检查以及证明所有断路器无故障地出厂。在此，还验证了断路器中所实现的保护功能的正确功能性。由于许多断路器安装在关键装置中或者很长时间地处于运行中，因此必须提供一种方法使设备在现场或在应用中也周期性地经受功能测试。为此，向客户提供了不同的方法。
初级电流测试：在初级电流测试中，借助高功率的低压电流源，将信号在惯常的接头或主电流路径处馈入到断路器中，使得该断路器根据经编程的电流时间特性曲线来启动触发。通过对测量到的触发时间进行分析，可以确定开关是否根据规范工作，以及断路器的机械断开是否按照规定正常运行。
次级电流测试：对于次级电流测试，需要访问对主电流路径中的电流进行测量的电流转换器的次级侧。为此，必须从开关设备上拆卸电子触发单元(ETU)。准确的电流值或电压值被施加到电子触发单元的通常为传感器而设置的输入端上，以便证明触发单元的功能。以此方式无法证明断路器的机械功能。
用于检查开关设备的另外的可能性是，经由外部信号向电子触发单元发出触发命令。在该情况下，仅检查开关的基本机械功能。未对电流时间特性曲线进行检查。
上述测试方法存在以下问题：它们要么成本高(初级电流测试，拆卸触发单元以借助成本高的测试仪器来进行次级测试)，要么无法检查全部功能(借助触发命令进行测试)，使得只检查了功能触发链中的小的、不完整的部分。
此外，在保护设备/断路器中实施了越来越复杂的保护算法，无法再借助馈入简单的电流信号和电压信号来检查该保护设备/断路器。
例如，从以下专利申请中已知开头提到的类型的断路器：DE 10 2014 217 292A1；DE 10 2014 217 332 A1；DE 10 2015 217 108 A1；DE 10 2014 218 831 A1；DE 102014 218 910 A1；DE 10 2016 201 651 A1；DE 10 2015 226 475 A1；DE 10 2015 216981 A1；DE 10 2016 202 827 A1；DE 10 2016 201 659 A1；DE 10 2015 210 479 A1；DE10 2014 224 173 A1；DE 10 2015 216 023 A1；DE 10 2016 217 425 A1；DE 10 2016 205196 A1；DE 10 2016 221 093 A1；DE 10 2017 211 900 A1；DE 10 2017 201 239 A1；DE10 2017 205 003 A1；DE 10 2017 205 004 A1；DE 10 2017 212 477 A1；DE 10 2017 214903 A1；DE 10 2017 214 907 A1；DE 10 2017 215 820 A1。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，改进开头提到的类型的低压断路器的检查，尤其是特别地与对机械装置的检查相结合地执行对电流边界值和电流时间边界值(电流时间特性曲线)的检查，更具体地讲，这在持续运行中在保持断路器的保护功能的情况下执行。
该技术问题通过具有本发明特征的低压断路器、具有本发明特征的移动设备、具有本发明特征的方法、具有本发明特征的计算机程序产品或者具有本发明特征的计算机可读的介质来解决或支持。
根据本发明，提出了一种用于保护低压电路的断路器，该断路器具有：
-壳体，
-用于低压电路的导体的输入接头和输出接头，输入接头和输出接头在壳体内部通过具有接触系统的电流路径连接，
-电流传感器，用于确定低压电路的至少一个导体的电流的大小，特别是用于利用电流传感器针对低压电路的每个(相)导体确定电流的大小，
-与电流传感器和接触系统连接的电子触发单元，在超过低压电路中的电流边界值或电流时间边界值的情况下，该电子触发单元借助接触系统启动对低压电路中的电流流动的中断或减少，在此，接触系统可以被实现为机电接触系统(中断)或者例如借助半导体开关被实现为电子接触系统(例如减少)，或者被实现为二者的组合。
根据本发明规定，电子触发单元被设计为，设置了至少一个模数转换器，向该模数转换器馈送电流传感器的信号，该信号被数字化并且数字化的信号被并行地馈送到两个处理器，这两个处理器彼此独立地在超过电流边界值或电流时间边界值(或另外的边界值)方面分析该数字化的信号。设置了第一通信接口，其与电子触发单元连接。此外，断路器被设计为，在持续运行中可以经由第一通信接口将测试信号馈送到两个处理器中的一个，使得在(通过另外的处理器，即，未获得测试信号的处理器)激活了在超过电流边界值或电流时间边界值方面的保护功能的同时，在持续运行期间可以执行对断路器的测试。
本发明的优点在于，实现了对断路器、特别是对基本功能的简单检查，其中，可以尽可能准确并且接近实际地检查正确的工作方式。此外，其优点在于，断路器的保护功能在测试运行期间继续被激活，使得必要时能够进行中断(在该情况下不是由于测试信号，而是由于真实的故障)。
在本发明中说明了有利的设计方案。
在本发明的一种有利的设计方案中，第一通信接口是有线接口、特别是USB接口。
这具有特别的优点，即，存在用于馈入测试信号的特别简单且实用的解决方案。
在本发明的一种有利的设计方案中，通过代码来保证第一通信接口或测试信号到处理器的馈入的安全，和/或经由保证安全的通信连接来实现第一通信接口或测试信号到处理器的馈入。
这具有特别的优点，即，只有拥有对应的代码或具有保证安全的通信连接的授权人员才可以进行测试运行，从而避免操纵等。
在本发明的一种有利的设计方案中，设置了或单元，其在输入侧与处理器的输出端连接，并且在输出侧与接触系统的控制输入端连接。
这具有特别的优点，即，给出了对处理器的输出端的简单的链接，以中断低压电路。
在本发明的一种有利的设计方案中，(仅)一个处理器与接触系统的控制输入端连接。处理器彼此连接。未与控制输入端连接的处理器将触发命令发送到与接触系统的控制输入端连接的处理器，以中断低压电路。
这具有特别的优点，即，给出了替换的控制，并且通过另外的处理器的触发命令通知与控制输入端连接的处理器，使得必要时与控制输入端连接的处理器可以执行另外的检查。
在本发明的一种有利的设计方案中，设置了电源，该电源一方面与电流路径连接，并且另一方面与电子触发单元连接。
这具有特别的优点，即，给出了断路器的内部电流供应，可以省去外部电流供应。
在本发明的一种有利的设计方案中，第一通信接口仅与两个处理器中的一个连接。
这具有特别的优点，即，给出了一种特别简单的实现方式，该实现方式对于许多情况已经足够。
在本发明的一种有利的设计方案中，断路器被设计为，在测试断路器时在持续运行期间，在测试信号超过电流边界值或电流时间边界值的情况下，抑制接触系统的激活，使得通过测试信号不进行对低压电路中的电流流动的中断或减少。例如可以通过断路器上的显示和/或经由第一通信接口来实现将成功的测试反馈给移动设备，该移动设备显示成功的测试。
根据本发明，还要求保护一种用于生成测试信号的移动设备。
根据本发明，移动设备具有显示单元、操作单元和具有第二通信接口的通信单元。根据本发明，移动设备被设计为，特别是通过(内部)计算单元，该移动设备可以生成用于根据本发明的断路器的测试信号，并且经由第二通信接口输出该测试信号。
这具有特别的优点，即，存在用于生成测试信号的特别简单的设备。
在本发明的一种有利的设计方案中，测试信号等效于由模数转换器输出的数字信号。
这具有特别的优点，即，可以进行对测试信号的特别简单的馈入。
在本发明的一种有利的设计方案中，移动设备是计算机、特别是便携式计算机。该计算机具有生成测试信号的计算机程序。
这具有特别的优点，即，存在特别低成本和实用的解决方案。
根据本发明，还要求保护一种并行的方法。
根据本发明的用于具有电子触发单元的断路器(该断路器在超过低压电路中的电流边界值或电流时间边界值的情况下，执行对低压电路中的电流流动的中断或减少)的方法的特征在于，电子触发单元具有至少两个处理器，其彼此独立地执行在超过电流边界值或电流时间边界值方面的检查。可以经由第一通信接口将测试信号馈送到断路器，在持续运行中将或者可以将该测试信号馈送到两个处理器中的一个，使得在持续运行期间执行/可以执行对断路器的测试，其中，(通过另外的处理器，即，未获得测试信号的处理器)同时给出在超过电流边界值或电流时间边界值方面的激活的保护。
这具有特别的优点，即，给出了一种用于对断路器、特别是基本功能进行简单检查的方法，其中，可以尽可能准确并且接近实际地检查正确的工作方式。此外，其优点在于，断路器的保护功能在测试运行期间继续被激活，使得必要时能够进行中断(在该情况下不是由于测试信号，而是由于真实的故障)。
在本发明的一种有利的设计方案中，可以可选地将测试信号馈送到一个处理器或另外的处理器。
这具有特别的优点，即，可以利用两个处理器的对应的分析例程，特别是在超过电流边界值或电流时间边界值方面、但是还有在另外的边界值方面，来检查两个处理器，其中，总是通过另外的传感器来给出保护。
根据本发明，还要求保护一种并行的计算机程序产品和计算机可读的介质。
所有设计方案，无论是与本发明相关，还是仅与本发明的各个特征或特征组合相关，都导致低压断路器的改进。
附图说明
结合以下对结合附图更详细地阐述的实施例的描述，所描述的本发明的特性、特征和优点以及如何实现其的方式将变得更加清楚并且更显著地容易理解。
在此，附图中：
图1示出了断路器的原理图；
图2示出了电子触发单元的原理图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于低压电路(在示例中，具有三个相导体L1、L2、L3和中性导体N的三相交流电路)的断路器LS，其具有：
-例如在壳体GEH上的用于低压电路的第一接头LE1、LE2、LE3、LEN，该第一接头经由(壳体内部的)主电流路径HB1、HB2、HB3、HBN与例如在壳体GEH上的用于低压电路的第二接头LA1、LA2、LA3、LAN连接；
-接触系统KS，其可以中断主电流路径HB1、HB2、HB3、HBN，以便引起低压电路的中断；
-传感器单元SI，其采集主电流路径HB1、HB2、HB3、HBN或至少一个主电流路径或低压电路的电流或另外的电子参数；
-电子触发单元ETU(控制单元)，其与传感器单元SI和接触系统KS连接，并且在超过电子参数的至少一个边界值的情况下借助接触系统KS导致主电流路径HB1、HB2、HB3、HBN的中断；
-电源NT，其与电子触发单元ETU和主电流路径HB1、HB2、HB3、HBN连接，用于电子触发单元ETU(控制单元)的能量供应；例如，在常见的设计中，主电流路径形成电源的能量转换器的初级侧；
-与电子触发单元ETU连接的第一通信接口(COM)。该第一通信接口可以布置在壳体GEH的内部或外部，如通过虚线所示。
图1中，还为移动设备MG设置了(未示出的)通信单元、显示单元和操作单元，该通信单元具有能够与第一通信接口实现通信连接的第二通信接口。此外，移动设备具有(未示出的)计算单元。第一通信接口可以是有线接口、特别是USB接口。替换地或附加地，第一通信接口也可以是无线接口。这同样适用于第二通信接口，该第二通信接口可以是有线接口、特别是USB接口，或/和无线接口。两个接口之间的通信应当得到保障。
图2示出了根据本发明的断路器LS的电子触发单元ETU(控制单元)的原理图，其具有：
-(可选的)模拟的信号整理单元AFE，传感器单元SI的信号被馈送到该模拟的信号整理单元，或者该模拟的信号整理单元与传感器单元SI连接，用于模拟地整理(过滤、放大、积分或/和偏移等)传感器单元SI的信号；
-与模拟的信号整理单元AFE连接的模数转换器ADU，其将所馈送的模拟信号转换为数字信号；替换地，可以将传感器单元SI的信号直接馈送到模数转换器ADU；
-两个处理器Proc1、Proc2，模数转换器ADU的数字化的信号被并行地馈送到两个处理器，这两个处理器彼此独立地在超过电流边界值和/或电流时间边界值或/和另外的边界值(电压、频率、谐波、差分电流、接地故障电流等)方面分析该数字化的信号，其中，一个处理器也可以分析与另一个处理器不同的或比另一个处理器更多的边界值；
-第一通信接口COM，其可以设置在电子触发单元ETU的内部或外部，其中，在根据图2的示例中，第一通信接口COM与第二处理器Proc2连接；替换地或附加地，第一通信接口COM也可以与第一处理器Proc1连接；
-或单元OF，其在输入侧与第一处理器和第二处理器Proc1、Proc2的输出端连接，并且在输出侧与接触系统KS(的控制输入端)连接，或单元OF提供(逻辑)或功能。
断路器LS或电子触发单元ETU被设计为，在持续运行中经由第一通信接口COM，测试信号(理想地，该测试信号等效于由模数转换器输出的数字信号，即，相应于传感器单元SI的数字化的信号)被馈送或可以被馈送到两个处理器(或两个处理器Proc1、Proc2)中的一个，使得在持续运行期间(尤其是当低压电路引导电流并且通过断路器已经保护了或保护了该低压电路时)可以执行或将可以执行对断路器的测试。通过对应的未加载以测试信号的处理器，在此，尤其是在超过电流边界值或电流时间边界值方面，确保(同时)激活的保护功能。
第一通信接口COM可以是有线接口、特别是USB接口。替换地或附加地，第一通信接口也可以是无线接口。特别地，可以以常见的方式通过代码等来保证第一通信接口和/或经由第一通信接口将测试信号馈入到处理器的安全。替换地或附加地，可以建立保证安全的通信连接。
可选地，可以依次地或交替地将测试信号馈送到一个处理器或另外的处理器。
有利地，在测试运行中，当启动或识别到测试运行时，例如通过对应的功能，可以抑制电气低压电路的中断，该对应的功能例如在一个或两个处理器Proc1、Proc2的固件中。
在将测试信号馈送到两个处理器时，可以例如借助固件，通过处理器内部的激活，即切换到测试信号，来启动测试运行。在此，应当有利地确保只有一个处理器处于测试运行。
替换地，也可以通过转换开关来进行测试信号从通信接口到相应的处理器的馈送。
在简单的设计方案中，只有一个处理器可以获得测试信号，例如，仅设置从通信接口到处理器的一个连接，其中，在两个处理器(Proc1、Proc2)上，以相同的、在断路器上设置的阈值来激活相同的例程(双重)。因此，可以检查所设置的参数是否导致所期望的触发特性。由于两个处理器上的例程和阈值相同，因此可以假定另一个处理器的行为相同。
下面，以不同的措词再次示出本发明及其优点。
通过计算机或移动设备MG上的软件(计算机程序产品)，可以生成或模拟简单和复杂的负载情况作为用于断路器的测试信号。软件对这些信号进行整理，使得可以借助第二通信接口将这些信号发送或传输到断路器LS或电子触发单元ETU的第一通信接口。
根据本发明，在模数转换器与处理器之间或在处理器处馈入测试信号，使得电子触发单元或处理器将这些测试信号作为真实的实际信号、特别是电流信号来获得或感知。例如，电子触发单元ETU不会处于特殊的测试运行，而是应当如正常运行中一样执行该电子触发单元实现的并且在该电子触发单元的处理器(例如，微控制器(MCU))上运行的保护算法。处理器(微控制器)以与该处理器也在模数转换器的数字化的信号中所做的完全相同的形式查看以及评估测试信号或其采样值(数字化的信号)。
通过在此描述的解决方案，对于保护算法的执行，实际信号或所馈入的测试信号之间没有区别。断路器始终在正常运行下工作。没有假设地预先给定触发命令和所期望的触发时间。在此，相对于现有技术的已知解决方案，存在明显的优势。
由于实际信号以及测试信号都特别是经由相同的通道被馈送到触发单元，并且特别地没有进行物理分离，因此例如可以在任何时候用实际信号来覆盖测试信号。因此确保在故障情况下在任何时候都确保了对装置的保护。
此外，利用当前所设置的保护参数，测试了电子触发单元ETU。由于不存在测试运行，因此始终在真实环境中进行对设备的检查。在馈入测试信号期间保护参数的变化直接影响预期的触发行为。
另外的优点是，可以检查触发特性曲线(电流时间边界值)的每个点。不再依赖于进行馈入的信号源(初级电流测试或次级电流测试)的效率和准确性。甚至，可以生成不与纯正弦波对应的信号。因此，可以准确地表示既有的负载状况，并且可以测试所有的激活的保护功能。
客户或技术人员可以测试各个保护功能。为此，在软件/计算机程序产品中在移动设备(例如，笔记本电脑)上向客户或技术人员建议了对应的测试信号。但是，所有的保护功能(如所设置的)处于激活。因此，还可以验证所期望的保护功能是否已起作用(检查错误设置)。系统响应与对断路器的真实的保护规定对应。
该软件可以特别地以代码存储在计算机可读的介质(诸如软盘、CD-ROM、U盘等)上，以便能够使用现场既有的移动设备。
可以通过馈入任意测试信号来一并检查断路器的所有的激活的保护功能。
特别地，经由安全的通信来进行测试信号的馈入。由此，可以防止或减少滥用。
尽管已经在细节上通过实施例更详细地示出和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以从中得出其他变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于保护低压电路的断路器(LS),其具有：
-壳体(GEH)，
-用于低压电路的导体(L1，L2，L3，N)的输入接头(LE1，LE2，LE3，LEN)和输出接头(LA1，LA2，LA3，LAN)，所述输入接头和输出接头在壳体内部通过具有接触系统(KS)的电流路径(HB1，HB2，HB3，HBN)连接，
-电流传感器(SI)，用于确定低压电路的至少一个导体的电流的大小，
-与电流传感器(SI)和接触系统(KS)连接的电子触发单元(ETU)，在超过低压电路中的电流边界值或电流时间边界值的情况下，所述电子触发单元借助所述接触系统(KS)启动对低压电路中的电流流动的中断或减少，
其特征在于，
所述电子触发单元(ETU)具有至少一个模数转换器(ADU)，向所述模数转换器馈送电流传感器(SI)的信号，所述信号被数字化并且被并行地馈送到两个处理器(Proc1，Proc2)，所述两个处理器彼此独立地在超过电流边界值或电流时间边界值方面分析所述信号，
设置了第一通信接口(COM)，所述第一通信接口与所述电子触发单元(ETU)连接，
所述断路器(LS)还被设计为，在持续运行中能够经由所述第一通信接口(COM)将测试信号馈送到两个处理器中的一个，使得在激活了在超过电流边界值或电流时间边界值方面的保护功能的同时，在持续运行期间能够执行对断路器的测试。
2.根据权利要求1所述的断路器(LS)，
其特征在于，
所述第一通信接口(COM)是有线接口、特别是USB接口。
3.根据权利要求1或2所述的断路器(LS)，
其特征在于，
通过代码来保证所述第一通信接口(COM)或所述测试信号到所述处理器(Proc1，Proc2)的馈入的安全，和/或经由保证安全的通信连接来实现所述第一通信接口或所述测试信号到所述处理器的馈入。
4.根据权利要求1或2或3所述的断路器(LS)，
其特征在于，
设置了或单元(OF)，所述或单元在输入侧与处理器(Proc1，Proc2)的输出端连接，并且在输出侧与接触系统(KS)的控制输入端连接。
5.根据权利要求1或2或3所述的断路器(LS)，
其特征在于，
处理器与接触系统(KS)的控制输入端连接，
所述处理器(Proc1，Proc2)彼此连接，
未与控制输入端连接的处理器将触发命令发送到与控制输入端连接的处理器，以中断电流流动。
6.根据上述权利要求任一项所述的断路器(LS)，
其特征在于，
设置了电源(NT)，所述电源一方面与所述电流路径(HB1，HB2，HB3，HBN)连接，并且另一方面与所述电子触发单元(ETU)连接。
7.根据上述权利要求任一项所述的断路器(LS)，
其特征在于，
所述第一通信接口(COM)仅与两个处理器中的一个连接。
8.一种移动设备(MG)，其具有显示单元、操作单元和通信单元，所述通信单元具有第二通信接口，
其特征在于，
所述移动设备(MG)被设计为，特别是通过计算单元，所述移动设备能够生成用于根据权利要求1至7中任一项所述的断路器的测试信号，并且经由所述第二通信接口输出所述测试信号。
9.根据权利要求8所述的移动设备(MG)，
其特征在于，
所述测试信号等效于由模数转换器(ADU)输出的数字信号。
10.根据权利要求8或9所述的移动设备(MG)，
其特征在于，
所述移动设备是计算机、特别是便携式计算机，并且具有计算机程序，所述计算机程序生成测试信号。
11.根据权利要求8或9或10所述的移动设备(MG)，
其特征在于，
所述设备被设计为，将代码添加到所生成的测试信号和/或能够实现保证安全的通信连接。
12.一种用于具有电子触发单元(ETU)的断路器(LS)的方法，所述断路器在超过低压电路中的电流边界值或电流时间边界值的情况下，执行对低压电路中的电流流动的中断或减少，
其特征在于，
所述电子触发单元(ETU)具有至少两个处理器(Proc1，Proc2)，所述至少两个处理器彼此独立地执行在超过电流边界值或电流时间边界值方面的检查，
经由第一通信接口(COM)将测试信号馈送到所述断路器，在持续运行中将所述测试信号馈送到两个处理器中的一个，使得在持续运行期间执行对断路器的测试，其中，同时给出在超过电流边界值或电流时间边界值方面的激活的保护。
13.根据权利要求要求12所述的方法，
其特征在于，
能够可选地将所述测试信号馈送到一个处理器或另外的处理器(Proc1，Proc2)。
14.根据权利要求要求12或13所述的方法，
其特征在于，
通过代码来保证测试信号的馈送的安全，和/或经由保证安全的通信连接来实现测试信号的馈送。
15.一种计算机程序产品，其包括计算机程序，其中，所述计算机程序能够加载到计算单元的存储器装置中，其中，当在所述计算单元上实施所述计算机程序时，能够利用所述计算机程序执行根据权利要求12至14中任一项所述的方法的子步骤。
16.一种计算机可读的介质，在所述计算机可读的介质上存储计算机程序，其中，所述计算机程序能够加载到计算单元的存储器装置中，其中，当在所述计算单元上实施所述计算机程序时，能够利用所述计算机程序执行根据权利要求12至14中任一项所述的方法的子步骤。
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