CN113270291A - 一种抗冲击的快速真空开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：包括永磁机构、电磁斥力机构、固封极柱、平衡块、框架、油缓冲器，所述电磁斥力机构、固封极柱和油缓冲器固定安装在框架上，电磁斥力机构设在固封极柱下方，电磁斥力机构与固封极柱之间可拆卸连接；所述永磁机构和电磁斥力机构通过传动机构连接，永磁机构和电磁斥力机构分别设在传动机构的两侧，所述平衡块设在传动机构上位于永磁机构的同侧用于保证永磁机构与电磁斥力机构和固封极柱保持相对平衡，永磁机构通过传动机构带动电磁斥力机构运动进而带动固封极柱的动触头运动完成合闸或者分闸；所述传动机构上设有撞击件，分闸到位前传动机构通过撞击件撞击油缓冲器进行缓冲。

Description

一种抗冲击的快速真空开关

技术领域

本发明涉及一种抗冲击的快速真空开关，属于中压直流断路器的技术领域。

背景技术

中压直流断路器是直流电网安全运行和保护的关键设备，对防止故障范围扩大有着重大的意义。由于直流电力系统短路电流上升率高，巨大的短路电流将会对系统中的用电设备带来强烈的电-热-磁冲击，要求直流断路器尽快完成分断。快速真空开关作为中压直流断路器快速建立绝缘间隙的前提和保证，其高速分闸特性直接决定了中压直流断路器的分断时间，一般采用具有快速响应和运动速度的电磁斥力机构作为操动机构。根据经验，传统快速真空开关采用电磁斥力机构所产生的斥力峰值为一般为几十千牛，机械最大应力接近材料屈服极限。根据疲劳寿命理论，材料所受应力越接近材料屈服极限，材料疲劳寿命越短，因此传统的电磁斥力机构的使用寿命一般都不长。为了协调快速真空开关运动速度和使用寿命之间的矛盾，一般采用永磁机构与电磁斥力机构相结合的操动方式。

现有的快速真空开关存在以下问题：

1、传统的配备永磁机构的快速真空开关一般为直动式结构，然而对于应用在具有强烈冲击场合的快速真空开关而言，受到外部强冲击情况时，由于加速度很大且运动部分质量较大，运动部件在惯性力的作用下使得快速真空开关误动作，严重影响操作人员的安全和设备正常运行，需大幅度提高永磁分合闸保持力以抵抗冲击力，导致永磁机构及驱动体积难以适应工程应用；

2、传统的配备永磁机构的快速真空开关，其动触头、电磁斥力机构与永磁机构一般为固定连接，由于永磁机构的动铁芯质量较大，会使得电磁斥力机构的可动部件运动质量增加，影响电磁斥力机构的快速响应时间，从而影响快速真空开关快速建立绝缘间隙。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有快速真空开关受到外部强冲击时容易误动作，电磁斥力机构与永磁机构之间固定连接影响快速真空开关快速建立绝缘间隙的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：包括永磁机构、电磁斥力机构、固封极柱、平衡块、框架、油缓冲器，所述电磁斥力机构、固封极柱和油缓冲器固定安装在框架上，电磁斥力机构设在固封极柱下方，电磁斥力机构与固封极柱之间可拆卸连接；

所述永磁机构和电磁斥力机构通过传动机构连接，永磁机构和电磁斥力机构分别设在传动机构的两侧，所述平衡块设在传动机构上位于永磁机构的同侧用于保证永磁机构与电磁斥力机构和固封极柱保持相对平衡，永磁机构通过传动机构带动电磁斥力机构运动进而带动固封极柱的动触头运动完成合闸或者分闸；

所述传动机构上设有撞击件，分闸到位前传动机构通过撞击件撞击油缓冲器进行缓冲。

优选地，所述传动机构包括第一套连杆传动机构和第二套连杆传动机构，所述第一套连杆传动机构包括主轴、连接板一和拐臂一，所述主轴通过轴套固定在框架上并能够在轴套内自由旋转，所述永磁机构的动铁芯通过连接板一与拐臂一的一端可拆卸连接，拐臂一的另一端与主轴连接固定，动铁芯运动通过连接板一带动拐臂一旋转进而带动主轴旋转；

所述第二套连杆传动结构包括主轴、拐臂二、连接板二、拐臂三，所述拐臂二的一端设在主轴的两端并与主轴连接固定，拐臂二的另一端通过连接板二与拐臂三的一端可拆卸连接，拐臂三的另一端与电磁斥力机构可拆卸连接，主轴旋转并通过拐臂二带动拐臂三旋转，进而带动电磁斥力机构运动。

优选地，所述拐臂三的另一端设有销，所述销能够在拐臂三的安装孔内自由旋转，所述电磁斥力机构的超程盖板与销采用螺栓固定连接，通过调整超程盖板的上下位置来调整超程。

优选地，所述永磁机构和电磁斥力机构分别设在主轴的两侧，平衡块固定在主轴上，使得主轴两侧等效的质量和力臂产生的转矩相等。

优选地，所述永磁机构采用双稳态结构，包括永磁铁、动铁芯、套筒基座、上盖板、下盖板、分闸线圈和合闸线圈，动铁芯通过分闸线圈通电后运动到与上盖板接触，永磁铁、动铁芯、上盖板和套筒基座构成闭合磁路，形成分闸位置的保持力并保持在分闸位置；动铁芯通过合闸线圈通电后运动到与下盖板接触，永磁铁、动铁芯、下盖板和套筒基座构成闭合磁路，形成合闸位置的保持力并保持在合闸位置。

优选地，所述电磁斥力机构包括包括斥力线圈、斥力盘、触头弹簧、基座、超程套筒、超程限位和超程盖板，斥力线圈固封后固定在基座中，斥力盘在固封后的斥力线圈与基座形成的空间内运动，触头弹簧设在基座内，触头弹簧的两个端面分别与斥力盘以及超程套筒接触并提供合闸后的触头压力，超程套筒与超程盖板固定连接后可在基座内运动，超程限位与斥力盘固定连接后在超程套筒与超程盖板形成的空间内运动。

优选地，所述触头弹簧设在斥力盘下方，电磁斥力机构快速分闸时斥力盘直接带动固封极柱的动触头动作。

优选地，所述固封极柱包括真空灭弧室、上出线、下出线、弹簧触指、绝缘拉杆和转接件，真空灭弧室内设有静触头和动触头，弹簧触指嵌在下出线内，真空灭弧室、上出线和下出线同时嵌入到容易固化的固体绝缘材料形成极柱，动触头与下出线之间通过弹簧触指滑动接触，绝缘拉杆的上端与动触头固定连接，绝缘拉杆的下端与转接件固定连接，实现传动结构的高低压隔离。

优选地，所述固封极柱的转接件与电磁斥力机构的斥力盘通过连接销可拆卸连接。

优选地，所述电磁斥力机构的斥力盘、超程套筒、超程限位和超程盖板、固封极柱的转接件以及连接销采用高硬度的铝合金材料制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将快速真空开关设计成非直动式结构，将电磁斥力机构与永磁机构分别布置在主轴的两侧，使得可动部件分布在主轴两侧，通过配置平衡块，用于主轴两侧的可动部件尽可能相对平衡，使得主轴两侧等效的质量和力臂产生的转矩尽可能基本相等，当受到强冲击时，由惯性力引起的合力矩基本等于零，或者相对于主轴另一侧的可动部件等效的质量和力臂产生的转矩小于永磁机构的合分闸保持力产生的转矩，从而使得快速真空开关的动触头不会发生误动作，从而降低永磁机构为抵抗冲击力所需的合分闸保持力。

电磁斥力机构的斥力盘通过连接销与绝缘拉杆以及动触头可拆卸连接，触头弹簧布置在斥力盘下方，电磁斥力机构快速分闸时斥力盘直接带动动触头动作，相对于传统将触头弹簧布置在斥力盘与动触头之间的方式，能够减少由于触头弹簧以及超程运动带来的固有动作时间，电磁斥力机构的斥力盘与永磁机构的动铁芯采用分体式联合驱动方式，即电磁斥力机构高速分闸时先压缩触头弹簧，再通过传动机构带动永磁机构的动铁芯运动，动触头与下出线之间通过弹簧触指滑动接触，相对传统采用软连接加导电夹的方式能够减小可动部件质量，能够减载提速，提高快速分闸的响应时间，从而使得快速真空开关快速建立绝缘间隙。

附图说明

图1为本发明抗冲击的快速真空开关处于合闸状态结构示意图；

图2为本发明抗冲击的快速真空开关处于分闸状态结构示意图；

图3为电磁斥力机构结构剖视图；

图4为电磁斥力机构结构示意图；

图5为固封极柱结构剖视图；

图6为固封极柱结构示意图；

图7本发明实施例中可动部件以及传动结构侧视图；

图8为本发明实施例中可动部件以及传动结构示意图；

附图标记说明如下：

100-永磁机构；101-上盖板；102-分闸线圈；103-套筒基座；104-永磁铁；105-合闸线圈；106-下盖板；107-动铁芯；110-连板1；111-平衡块；112-拐臂1；113-连板2；114-轴；115-拐臂二115；116-主轴；117-拐臂4；118-油缓冲器；119-拐臂三；120-销；130-电磁斥力机构；131-超程盖板；132-超程限位；133-超程套筒；134-基座；135-触头弹簧；136-斥力盘；137-斥力线圈；138-连接销；140-固封极柱；141-转接件；142-绝缘拉杆；143-下出线；144-弹簧触指；145-动触头；146-静触头；147-上出线；148-真空灭弧室；149-绝缘外壳；160-框架。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1至图8所示，本发明一种抗冲击的快速真空开关包括包括永磁机构100、电磁斥力机构130、固封极柱140、平衡块111、框架160、油缓冲器118等。

电磁斥力机构130包括斥力线圈137、斥力盘136、触头弹簧135、基座134、超程套筒133、超程限位132和超程盖板131，斥力线圈137通过环氧树脂固封后固定在基座134中，斥力盘136可在固封后的斥力线圈137与基座134形成的空间内运动，触头弹簧135的两个端面分别与斥力盘136以及超程套筒133接触并提供合闸后的触头压力，超程套筒133与超程盖板131固定连接后可在基座134内运动，超程限位132与斥力盘136固定连接后可在超程套筒133与超程盖板131形成的空间内运动。

永磁机构100采用传统的双稳态结构包括永磁铁104、动铁芯107、套筒基座103、上盖板101、下盖板106、分闸线圈102和合闸线圈105，动铁芯107通过分闸线圈102通电后运动到与上盖板101接触，永磁铁104、动铁芯107、上盖板101和套筒基座103构成闭合磁路，形成分闸位置的保持力并保持在分闸位置，动铁芯107通过合闸线圈105通电后运动到与下盖板106接触，永磁铁104、动铁芯107、下盖板106和套筒基座103构成闭合磁路，形成合闸位置的保持力并保持在合闸位置。

固封极柱140包括绝缘外壳149、真空灭弧室148、上出线147、下出线143、弹簧触指144、绝缘拉杆142、转接件141，真空灭弧室148包括静触头146、动触头145，弹簧触指144嵌在下出线143内，真空灭弧室148、上出线147、下出线143同时嵌入到容易固化的固体绝缘材料形成极柱，动触头145与下出线143之间通过弹簧触指144滑动接触，绝缘拉杆142上端与动触头145固定连接，绝缘拉杆142的下端与转接件141固定连接，实现传动结构的高低压隔离，固封极柱140固定安装在框架160上。

主轴116通过轴套固定在框架160上能够在轴套内自由旋转，连板一110、拐臂一112、主轴116以及永磁机构100的动铁芯107构成第一套四连杆传动结构，拐臂二115、连板二113、拐臂三119、主轴116构成第二套四连杆传动结构，销120安装在拐臂三119上能够在安装轴孔内自由旋转，拐臂一112、拐臂二115、拐臂三119、拐臂四117固定在主轴116上。

电磁斥力机构130的超程盖板131与销120采用螺栓固定连接，可通过调整超程盖板131的位置来调整超程。

永磁机构100的动铁芯107与第一套四连杆传动结构的连板一110采用轴孔可拆卸连接。

油缓冲器118固定安装在框架160上，拐臂四117固定在主轴116上，分闸时随着主轴116旋转并撞击油缓冲器118，用于实现分闸后的缓冲，使得机构从高速度无损伤的停止。

电磁斥力机构130的斥力盘136、超程套筒133、超程限位132和超程盖板131、固封极柱140的转接件141以及连接销138采用较高硬度的铝合金材料制成，同时满足强度要求与减轻重量。

电磁斥力机构130布置在固封极柱140下方，固封极柱140的转接件141与电磁斥力机构130的斥力盘136通过连接销138可拆卸连接，触头弹簧135布置在斥力盘136下方，电磁斥力机构130快速分闸时斥力盘136直接带动动触头145动作，相对于传统将触头弹簧135布置在斥力盘136与动触头145之间的方式，能够减少由于触头弹簧135以及超程运动带来的固有动作时间。

由动触头145、绝缘拉杆142、转接件141、连接销138、斥力盘136、触头弹簧135、超程套筒133、超程限位132、超程盖板131、销120、拐臂三119、连板二113、拐臂二115、拐臂一112、连板一110以及动铁芯107等构成可动部件，永磁机构100与电磁斥力机构130分别布置在主轴116两侧，通过传动机构连接，将可动部件分布在主轴116两侧。

动触头145与下出线143之间通过弹簧触指144滑动接触，相对传统采用软连接加导电夹的方式能够减小可动部件质量，提高分闸速度。

平衡块111固定在主轴116上，用于主轴116两侧的可动部件尽可能相对平衡，使得主轴116两侧等效的质量和力臂产生的转矩尽可能基本相等，当受到强冲击时，由惯性力引起的合力矩基本等于零，或者相对于主轴116另一侧的可动部件等效的质量和力臂产生的转矩小于永磁机构100的合分闸保持力产生的转矩，从而使得快速真空开关的动触头145不会发生误动作，从而降低永磁机构100为抵抗冲击力所需的合分闸保持力。

本发明的工作原理为：

如图1所示，正常分闸时，永磁机构100的动铁芯107通过分闸线圈106通电后向上并带动第一套四连杆机构运动，使得主轴116逆时针旋转，主轴116再带动第二套四连杆机构运动，使得拐臂三119围绕轴114逆时针旋转，再通过销120带动超程套筒133向下运动，此时由于动触头145与静触头146接触并存在超程，压缩状态的触头弹簧135也驱使斥力盘136向下运动，动触头145保持不动直到超程限位132与超程套筒133接触，此时超程套筒133与斥力盘无法相对移动，动触头145与静触头146处于刚分状态，然后在动铁芯107的持续驱动下，通过超程套筒133、转接件142以及绝缘拉杆143等带动动触头145继续向下运动，动铁芯107运动到与上盖板101接触，永磁铁104、动铁芯107、上盖板101和套筒基座103构成闭合磁路，形成分闸位置的保持力并保持在分闸位置，在正常分闸到位前，主轴115带动拐臂117逆时针旋转并撞击油缓冲器118进行缓冲，使得机构从快速度无损伤的停止，快速真空开关分闸完成状态如图2所示。

如图2所示，正常合闸时，永磁机构100的动铁芯107通过合闸线圈105通电后向下并带动运动第一套四连杆机构运动，使得主轴116顺时针旋转，主轴116再带动第二套四连杆机构运动，使得拐臂三119围绕轴114顺时针旋转，再通过销120带动超程套筒133向上运动，并通过预紧状态的触头弹簧带动斥力盘136向上运动，然后通过转接件142、绝缘拉杆143带动动触头145向上运动直到与静触头146刚合，此时超程套筒133在动铁芯107的驱动下继续向上运动，并压缩触头弹簧135以提供动触头145所需触头压力以及超程，动铁芯107运动到与下盖板106接触，永磁铁104、动铁芯107、下盖板106和套筒基座103构成闭合磁路，形成合闸位置的保持力并保持在合闸位置，快速真空开关合闸完成状态如图1所示。

如图1所示，短路情况下，需要快速分闸时，电磁斥力机构的斥力线圈137通电后，在斥力盘136内感应出涡流，斥力线圈137和斥力盘136之间产生了几十千牛的电磁斥力，从而驱动斥力盘136带动动触头145向下高速运动，由于斥力盘136与动触头145之间近似于固定连接，因此，动触头145的固有动作时间在百微妙级别，斥力盘136高速向下运动，并压缩触头弹簧135带动超程套筒133、超程盖板131以及销120向下高速运动，巨大的电磁斥力通过传动机构驱动动铁芯107向上运动，动铁芯107运动到与上盖板101接触，永磁铁104、动铁芯107、上盖板101和套筒基座103构成闭合磁路，形成分闸位置的保持力并保持在分闸位置，在快速分闸到位前，主轴115带动拐臂117逆时针旋转并撞击油缓冲器118进行缓冲，使得机构从高速度无损伤的停止，快速真空开关分闸完成状态如图2所示。

如图8所示，在强冲击情况下，由于电磁斥力机构130与永磁机构100分别布置在主轴的两侧，使得可动部件分布在主轴两侧，通过配置一定数量的平衡块111，用于主轴116两侧的可动部件尽可能相对平衡，使得主轴116两侧等效的质量和力臂产生的转矩尽可能基本相等，当受到强冲击时，由惯性力引起的合力矩基本等于零，或者相对于主轴116另一侧的可动部件等效的质量和力臂产生的转矩小于永磁机构100的合分闸保持力产生的转矩，从而使得快速真空开关的动触头145不会发生误动作，从而降低永磁机构100为抵抗冲击力所需的合分闸保持力。

如图1所示，电磁斥力机构130的斥力盘136、超程套筒133、超程限位132和超程盖板131、固封极柱140的转接件142以及连接销141采用较高硬度的铝合金材料制成，同时兼顾强度要求以及减轻重量。动触头145与下出线143之间通过弹簧触指144滑动接触，相对传统采用软连接加导电夹的方式能够减小可动部件质量。电磁斥力机构130布置在固封极柱140下方，固封极柱140的转接件142与电磁斥力机构130的斥力盘136通过连接销141可拆卸连接，电磁斥力机构130的斥力盘136与永磁机构100的动铁芯107以及传动机构部分采用分体式联合驱动方式，触头弹簧135布置在斥力盘136下方，即电磁斥力机构130的斥力盘136高速分闸时先压缩触头弹簧135，再通过传动机构带动永磁机构的动铁芯107运动，相对于传统将触头弹簧135布置在斥力盘136与动触头145之间以及斥力盘136与动铁芯107固定连接的方式，能够减少由于触头弹簧135的超行程带来的固有动作时间以及动铁芯107质量带来的惯性反应时间，提高快速分闸速度。

Claims (10)

1.一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：包括永磁机构(100)、电磁斥力机构(130)、固封极柱(140)、平衡块(111)、框架(160)、油缓冲器(118)，所述电磁斥力机构(130)、固封极柱(140)和油缓冲器(118)固定安装在框架(160)上，电磁斥力机构(130)设在固封极柱(140)下方，电磁斥力机构(130)与固封极柱(140)之间可拆卸连接；

所述永磁机构(100)和电磁斥力机构(130)通过传动机构连接，永磁机构(100)和电磁斥力机构(130)分别设在传动机构的两侧，所述平衡块(111)设在传动机构上位于永磁机构(100)的同侧用于保证永磁机构(100)与电磁斥力机构(130)和固封极柱(140)保持相对平衡，永磁机构(100)通过传动机构带动电磁斥力机构(130)运动进而带动固封极柱(140)的动触头(145)运动完成合闸或者分闸；

所述传动机构上设有撞击件，分闸到位前传动机构通过撞击件撞击油缓冲器(118)进行缓冲。

2.如权利要求1所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述传动机构包括第一套连杆传动机构和第二套连杆传动机构，所述第一套连杆传动机构包括主轴(116)、连接板一(110)和拐臂一(112)，所述主轴(116)通过轴套固定在框架(160)上并能够在轴套内自由旋转，所述永磁机构(100)的动铁芯(107)通过连接板一(110)与拐臂一(112)的一端可拆卸连接，拐臂一(112)的另一端与主轴(116)连接固定，动铁芯(107)运动通过连接板一(110)带动拐臂一(112)旋转进而带动主轴(116)旋转；

所述第二套连杆传动结构包括主轴(116)、拐臂二(115)、连接板二(113)、拐臂三(119)，所述拐臂二(115)的一端设在主轴(116)的两端并与主轴(116)连接固定，拐臂二(115)的另一端通过连接板二(113)与拐臂三(119)的一端可拆卸连接，拐臂三(119)的另一端与电磁斥力机构(130)可拆卸连接，主轴(116)旋转并通过拐臂二(115)带动拐臂三(119)旋转，进而带动电磁斥力机构(130)运动。

3.如权利要求2所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述拐臂三(119)的另一端设有销(120)，所述销(120)能够在拐臂三(119)的安装孔内自由旋转，所述电磁斥力机构(130)的超程盖板(131)与销(120)采用螺栓固定连接，通过调整超程盖板(131)的上下位置来调整超程。

4.如权利要求2所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述永磁机构和电磁斥力机构分别设在主轴(116)的两侧，平衡块(111)固定在主轴(116)上，使得主轴(116)两侧等效的质量和力臂产生的转矩相等。

5.如权利要求1所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述永磁机构(100)采用双稳态结构，包括永磁铁(104)、动铁芯(107)、套筒基座(103)、上盖板(101)、下盖板(106)、分闸线圈(102)和合闸线圈(105)，动铁芯(107)通过分闸线圈(102)通电后运动到与上盖板(101)接触，永磁铁(104)、动铁芯(107)、上盖板(101)和套筒基座(103)构成闭合磁路，形成分闸位置的保持力并保持在分闸位置；动铁芯(107)通过合闸线圈(105)通电后运动到与下盖板(106)接触，永磁铁(104)、动铁芯(107)、下盖板(106)和套筒基座(103)构成闭合磁路，形成合闸位置的保持力并保持在合闸位置。

6.如权利要求2所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述电磁斥力机构(130)包括包括斥力线圈(137)、斥力盘(136)、触头弹簧(135)、基座(134)、超程套筒(133)、超程限位(132)和超程盖板(131)，斥力线圈(137)固封后固定在基座(134)中，斥力盘(136)在固封后的斥力线圈(137)与基座(134)形成的空间内运动，触头弹簧(135)设在基座(134)内，触头弹簧(135)的两个端面分别与斥力盘(136)以及超程套筒(133)接触并提供合闸后的触头压力，超程套筒(133)与超程盖板(131)固定连接后可在基座(134)内运动，超程限位(132)与斥力盘(136)固定连接后在超程套筒(133)与超程盖板(131)形成的空间内运动。

7.如权利要求6所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述触头弹簧(135)设在斥力盘(136)下方，电磁斥力机构(130)快速分闸时斥力盘(136)直接带动固封极柱(140)的动触头(145)动作。

8.如权利要求1所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述固封极柱(140)包括绝缘外壳(149)、真空灭弧室(148)、上出线(147)、下出线(143)、弹簧触指(144)、绝缘拉杆(142)和转接件(141)，真空灭弧室(148)内设有静触头146和动触头(145)，弹簧触指(144)嵌在下出线(143)内，真空灭弧室(148)、上出线(147)和下出线(143)同时嵌入到容易固化的固体绝缘材料形成极柱，动触头(145)与下出线(143)之间通过弹簧触指(144)滑动接触，绝缘拉杆(142)的上端与动触头(145)固定连接，绝缘拉杆(142)的下端与转接件(141)固定连接，实现传动结构的高低压隔离。

9.如权利要求7所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述固封极柱(140)的转接件(141)与电磁斥力机构(130)的斥力盘(136)通过连接销(138)可拆卸连接。

10.如权利要求9所述的一种抗冲击的快速真空开关，其特征在于：所述电磁斥力机构(130)的斥力盘(136)、超程套筒(133)、超程限位(132)和超程盖板(131)、固封极柱(140)的转接件(141)以及连接销(138)采用高硬度的铝合金材料制成。

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