CN1926405A - 具有非线性驱动机构的用于步进式调压器的聚合物型位置指示器 - Google Patents

Abstract

一种位置指示器包括位置指示器的显示器和机构。聚合物壳体容纳位置指示器的显示器和机构，并且单件式透明聚合物盖包围聚合物壳体内的位置指示器的显示器和机构。位置指示器还包括铰链和将单件式透明聚合物盖固定在聚合物壳体上使得单件式透明聚合物盖可以开启而不使用工具的手动栓锁。

Description

具有非线性驱动机构的用于步进式调压器的 聚合物型位置指示器

技术领域

本发明涉及一种用于调压器的位置指示器。

背景技术

位置指示器可用来指示步进式调压器或变压器内的分接头切换器的位置。通常，位置指示器是暴露于环境状态下的户外装置，从而湿气可进入装置。即使采用耐腐蚀涂层或材料，暴露于环境状态也可造成不利的腐蚀。

发明内容

在一个总体方面，位置指示器包括位置指示器的显示器和机构。聚合物壳体容纳位置指示器的显示器和机构，并且单件式透明聚合物盖包围聚合物壳体内的位置指示器的显示器和机构。

实际应用包括以下一个或多个特征。例如，位置指示器可包括铰链和手动的栓锁，栓锁将单件式透明聚合物盖固定在聚合物壳体上，使得单件式透明聚合物盖可开启而不使用工具。铰链包括与聚合物壳体形成整体的第一部分和与单件式透明聚合物盖形成整体的第二部分。

在另一总体方面，位置指示器包括具有角速度的输入轴。指针指示分接头切换器的位置，分接头切换器具有角速度和连接到输入轴和指针上的驱动机构，其中驱动机构是非线性的，使得输入轴的角速度不与指针的角速度直接相关。

实际应用可包括以下一个或多个特征。例如，驱动机构可包括间隙工作(Geneva)机构。指针的所产生的运动可包括暂停。驱动机构可包括可互换的驱动部件以便改变指针相对于输入轴转动的转动。驱动机构可包括输出驱动部件，并且指针可与输出驱动部件形成整体。驱动机构可包括输出驱动部件，并且位置指示器可包括与输出驱动部件形成整体的最大位置指针致动器。驱动机构可包括输出驱动部件，并且位置指示器可包括与输出驱动部件形成整体的限制开关触发凸轮。

在另一总体方面，位置指示器可包括主位置指示组件和通过手操作紧固件固定在主位置指示组件上的模块化最大位置指示子组件。

实际应用可包括以下一个或多个特征。例如，手动紧固件可包括指旋螺钉。模块化最大位置指示子组件可包括聚合物底座。位置指示器还可包括具有同心圆形间隙的驱动机构，其中模块化最大位置指示子组件在驱动机构内安装在同心圆形间隙内。模块化最大位置指示子组件可构造成不使用工具而固定在主位置指示组件上。该模块化最大位置指示子组件可包括能够接收快速连接的电连接器的电磁线圈。

在另一总体方面，位置指示器可包括壳体、限制开关和保持限制开关的单件式限制开关调节器，并且还包括不使用紧固件将单件式限制开关调节器限制在壳体内的集成功能。

实际应用包括以下一个或多个特征。例如，单件式限制开关调节器可包括模制的聚合物部件。位置指示器还可包括保持环，并且单件式限制开关调节器可包括与保持环上的缺口配合的整体式突片以便将单件式限制开关调节器在壳体内保持就位。壳体可包括通道，并且单件式开关调节器在壳体的通道内滑动。单件式开关调节器可在壳体内的通道内滑动而没有轴承或铰链。单件式限制开关调节器可包括摇臂式速动开关。

所述总体方面和实际应用提供优于传统位置指示器的改进和优点，传统位置指示器通常包括具有刚性金属框架和透明聚合物窗口的多件式盖。在传统位置指示器中，盖可包括多个连接点和铰链，并且在进行位置指示器的维护或修理时，对于最终用户来说，需要很长的组装时间和很长的开启和闭合时间。另外，传统位置指示器内的限制开关调节器通常使用许多功能少的部件来定位和调节限制开关，造成组装时间长和制造成本大。一旦限制开关跳闸，传统位置指示器还使用一系列外部机构来保持限制开关的位置。

在传统位置指示器中，步进式调压器的分接头切换器和位置指示器之间的驱动系统通常包括柔性轴、松动的机械接头和/或造成运动损失的其它结构，这造成不正确的位置显示和限制开关的不正确致动。最大位置指示器和位置指示器上的复位子系统可在主位置指示系统之前失效。某些使用者希望更换子系统而不是整个位置指示器装置，这涉及到干扰位置指示器的其它部件或功能。

其它的特征将从说明书和附图以及权利要求中得以明白。

附图说明

图1是具有非线性驱动机构的聚合物位置指示器的视图；

图2是图1的聚合物型位置指示器在开启位置的视图；

图3是图1的聚合物位置指示器的分解视图；

图4a和4b是来自于图1的聚合物位置指示器的非线性驱动机构的链轮的视图；

图5-7是图1的聚合物位置指示器的非线性驱动机构的间隙工作轮的视图；

图8是图1的聚合物位置指示器的最大位置指示子组件的视图；

图9是图8的最大位置指示器子组件的分解视图；

图10是用于图1聚合物位置指示器的限制开关调节器的视图。

类似的参考标号在多个附图中表示类似的元件。

具体实施方式

有载分接头切换器或步进式调压器可用来控制由于负载变化造成的电压变化，并且例如对于50或60Hz的系统来说，可以用于2400伏(60kV BIL)到34500(200kV BIL)的分配电路。有载分接头切换器是采用次级电压检测器来启动机械连接以有选择地接合绕组的分接头部分的不同分接头以响应电压变化从而同时在负载下控制变压器或调压器的输出电压的装置。分接头切换器可用来控制单相调压器或三相变压器的电压。

一个公共有载分接头选择器是转动的有载分接头切换器。转动分接头切换器启动连接到固定选择器标度盘上的转动分接头臂，使得转动分接头臂可传导和机械地接合固定触点，固定触点继而传导地连接到绕组分接头上。转动分接头臂在固定触点之间驱动以便响应负载变化。有载分接头切换器可将电控制装置的输入和输出电压之间的关系从额定值改变例如±10％。例如，有载分接头切换器可包括十六个分接头，每个分接头将该关系调节5/8％，使得可能的总调节可以高这10％(即16×5/8％)。极性转换开关或反相转换开关允许这种调节可以是正的或者是负的，使得步进式调压器将电压从“10％升高”调节到“10％降低”。

参考图1，位置指示器105可连接到步进式调压器上，以便指示步进式调压器内分接头切换器的位置。位置指示器105使用不受天气影响的聚合物材料，该材料不容易如同传统位置指示器那样腐蚀。该位置指示器105包括一由聚合物模制成的单件盖110。铰链115和快速松开的弹簧栓锁118将盖110密封到位置指示器壳体120上。柔性垫片200(图2)夹在盖220和壳体120之间以便形成密封件。快速松开的弹簧栓锁118使得使用者可以只使用一只手来接触位置指示器105的内部，而不使用工具。快速松开的弹簧栓锁118提供优于传统位置指示器的优点，传统位置指示器需要使用工具来开启盖并将其固定在位置指示器壳体上。在这种指示器中，使用多个进出点来将盖固定在位置指示器壳体上，从而需要工具开启传统的位置指示器的盖，以便在例如需要进行维护或修理时接触器内部机构。

参考图2，位置指示器105的盖110可被开启，以便接近由盖110保护而不受环境影响的部件。盖110围绕通过圆柱形销217保持在一起的铰链115摆动。在快速松开栓锁118开启之后，盖110可摆动离开壳体120。盖110和壳体120各自具有与之制成一体的铰链215a和215b。盖铰链215a和壳体铰链215b进行配合，使得圆柱形销217可定位成连接两个部件，造成壳体120和盖110围绕由销217限定的轴线相对转动。快速松开栓锁118在与铰链215b直径相对的位置上安装在壳体120上。栓锁118连接到盖110内与之制成一体的连接器上，以便在栓锁118闭合时将盖110定位成与壳体120平齐。栓锁118通过手操作，而不使用工具。定位在壳体120内的凹槽220内的柔性垫片200与盖110的周向凸缘225接合，以便在盖和壳体之间提供密封。

开启位置指示器105将暴露在其上指示分接头位置的面板230。面板230还可作为用于位置指示器105的某些内部部件的保持环。此环的中间是空的，使得面板120不是传统位置指示器那样的实心盘。面板120标示有数字，并且具有与可能的分接头切换器位置相对应的标记。标记围绕面板230的外边缘上的弧线布置。标记的范围从“16降低”到“N”或“中间”到“16升高”。在标尺上具有33个刻度，以表示分接头切换器可以占据的33个可能的位置。

分接头切换器的当前位置通过主指针231在盘面上指示，指针当前指向大致“N”。模块化最大位置指示器子组件270包括指示在升高和降低方向上所实现的最大位置的两个辅助指针232a和232b。指针232a指示在降低方向上实现的最大位置是“4降低”，而指针232b指示在升高方向上实现的最大位置是“4升高”。朝着面板230的底部的两个突片233a和233b指示内部限制开关调节器(未示出)的设置点，调节器防止分接头切换器运动通过所需的极限。在此实例中，下部限制突片233a设置在“16降低”，并且上部机械突片233b设置在“16升高”，使得可以进行全部范围的操作。子组件270通过指旋螺钉272保持就位。

位置指示器105通常在户外使用，而不管它是否暴露于环境状态。位置指示器105提供优于传统位置指示器的优点，其中它不太容易受到由于湿气和其它环境因素造成的腐蚀。

参考图3，位置指示器105包括模块化和手操作部件，这些部件有助于维护，而不需要使用工具来接近位置指示器部件。如上所述，位置指示器105包括使用插入穿过铰链215的圆柱形销217而连接到位置指示器壳体120上的单件式聚合物盖110。盖110和壳体120包围位置指示器105的机构。快速松开弹簧栓锁118用来将盖110固定在壳体120上，并且可以手动操作。面板230具有标记以便指示分接头切换器的位置，并且它用作位置指示器105的某些内部部件的保持环。面板230通过一个和多个紧固件(例如螺钉335)保持在壳体120上。限制开关调节器340包括摇臂式限制开关341和构造成将限制开关341保持就位并且使其在没有铰链或轴承的情况下运动的单件式聚合物部件343。具有两个对称但不同的限制开关调节器340，一个开关用于升高侧，而另一开关用于降低侧。

在面板230的内部空间内具有两个同心部件。第一部件是间隙工作轮360，该轮和链轮365一起形成补偿驱动系统中从分接头切换器到位置指示器105运动损失的非线性驱动机构。主指针231安装在间隙工作轮360上，使得主指针231随着间隙工作轮的转动而运动。间隙工作轮360通过安装在壳体上的面板230保持在固定转动轴线上。间隙工作轮360内部空间由模块化最大位置指示器子组件270所占据。子组件270通过可以通过手紧固和松开的指旋螺钉272保持就位，而不使用任何工具。子组件270使得所容纳的机构可以修理或更换，而不干扰位置指示器105的任何其它部件或功能。

输入轴380在步进式调压器内的分接头切换器处将位置指示器105连接到转动机构上。此结构使得可以通过手来操作和维护位置指示器105，而不使用工具。

参考图4a和5，间隙工作轮与链轮365相互作用，以便驱动主指针，从而指示分接头切换器的位置。链轮365的销466安装在间隙工作轮轮的后侧均匀分布的槽561中。链轮365连接到图3的输入轴380上，输入轴在步进式调压器内开始于分接头切换器。输入轴380在图3的壳体120的外侧从分接头切换器连接到转动驱动装置上。输入轴380延伸通过位置指示器壳体120的后部，并且在位置指示器壳体120内连接到聚合物链轮365上。分接头切换器处的转动驱动装置造成输入轴380转动，继而造成链轮365转动。

从链轮365的一面延伸并且具有圆形截面的圆柱形销466安装在聚合物间隙工作轮360上的槽561内。各销466在直径上相对。当链轮365转动时，销466在间隙工作轮360上运动进入和离开槽561，使其转动。不象分接头切换器上的机构所使用的一个销那样，使用两个销466造成间隙工作轮360随着链轮365每转动180度转过一个位置，而不是随着链轮365每转动365度转过一个位置。

间隙工作轮360上的槽561每隔9度进行定位，使得链轮365每半转造成间隙工作轮360转动9度。回来参考图2，面板230上的标记围绕一个圆弧以9度的增量布置，使得在输入轴在每个分接头位置之间通过分接头切换器转动180度时，主指针231与连续的字符对准。

当两链轮销466在相邻槽561内对称定位时，间隙工作轮360存在瞬时暂停点。在此点处，一个销466一直向上运动，并且离开槽561，而另一销466一直向下运动，并且进入槽561。换言之，任何销466的运动是在朝着或离开间隙工作轮360的中心指向的方向上运动；该运动的任何一部分都不垂直于槽561。这将不造成间隙工作轮360转动，因此间隙工作轮360存在瞬时暂停点。使用两个销466而不是一个销466只造成瞬时暂停，而不会象单销式链轮365在销不在槽内运行时有转动180度或更大角度的暂停。

链轮销466和间隙工作轮槽561的关系使得在链轮365的角速度和间隙工作轮360的所产生的角速度之间具有间接关系。此类型的机构在输入轴380和指针231的转动之间产生非线性关系。所产生的指针运动是有利的，这是由于它补偿了系统中分接头切换器和位置指示器之间的运动损失，使得位置指示器显示更加准确，并且限制开关(例如图3的限制开关341)更加可靠地跳脱。

与用于传统位置指示器的齿轮的驱动装置相比，间隙工作的驱动系统还具有较少的运动部件。在间隙工作驱动系统中，只有三个运动部件：输入轴380、链轮365和间隙工作轮360。

间隙工作轮360还包括作为槽形模制在间隙工作轮相同侧上的限制开关凸轮652。限制开关凸轮562在间隙工作轮360运动通过限制开关时使它们(例如图3的限制开关341)跳脱。

参考图4b，表示链轮365的另一示例性应用。在此应用中，销467具有非圆形截面形状。销467包括带有倒圆拐角的三个弯曲侧面。此类型的销形状还增加输入轴380和指针321的转动之间的非线性关系。例如，具有销467的链轮能够产生大约35度的暂停，并且还完全达到与圆形截面销466相同的运动范围。在其它应用中。可以使用其它类型的销形状。

参考图6，间隙工作轮360相对于输入轴380和链轮365的转动的转动方向取决于间隙工作轮槽561的结构。与槽图案561相比，当链轮365的轴线进一步离开间隙工作轮360轴线时，由于图6所示的逆向Geneva机构，链轮365和间隙工作轮360在相反方向上转动。另一方面，与槽561相比，当链轮365的轴线更靠近间隙工作轮360轴线定位时，如图5所示，链轮365和间隙工作轮360在相同方向上转动。这通常指的是逆向间隙工作机构。根据由分接头切换器和输入轴所提供的转动，可能需要上述两种情况，并且可以在位置指示器105中实现任一情况。这不可能通过相对于间隙工作轮360运动链轮365的位置来完成。而是通过移动间隙工作论360上的槽561位置来完成。因此，与需要调节多个部件来颠倒输入轴转动方向的传统机构不同，只需要调节一个部件来颠倒输入轴和指针的转动方向。

参考图7，间隙工作轮360进行转动以便指示分接头切换器的位置。主指针231结合在间隙工作轮360的前部内。当间隙工作轮360转动时，主指针231指向当前分接头切换器位置。最大位置指针致动器763也模制在间隙工作轮360的前侧上。当主指针231运动通过一个最大位置指针(例如图2最大位置指针232a和232b)时，最大位置指针致动器763将图2的最大位置指针232a和232b推动到具有新最大值的点上。将主指针231和最大位置指针致动器763结合成间隙工作轮360的一部分造成位置指示器内部件数量总体减小。相比之下，传统位置指示器内的主指针通常通过将穿过面板的轴连接到驱动机构上而连接在面板的后部上。

参考图8，模块化最大位置指示器和复位子组件270可以在开启位置指示器盖110之后拆卸和重新组装，而不干扰位置指示器105的其它部件或功能。模块化最大位置指示子组件270包括在间隙工作轮360上安装在同心圆形间隙内的聚合物底座871。底座871连接到位置指示器壳体120上。穿过底座871安装有内轴和一外轴，它们各自具有连接到底座871显示侧上的最大位置指针232a和232b。指针232a和232b在间隙工作轮360转动时被其上的最大位置指针致动器763接合。子组件270接着在壳体120内定位在间隙工作轮360内，并且将子组件270连接到壳体120上的指旋螺钉272通过手紧固，以便完成组装过程。

在传统位置指示器中，这些组件可大多数使用黄铜和锌涂覆的钢部件。

参考图9，最大位置指示器子组件270包括在适当时刻保持和松开最大位置指针232a和232b的结构。指旋螺钉272插入通过最大位置指示器子组件270的底座871的表面以便将子组件270保持在位置指示器壳体120上。连接到底座871的内侧上的内轴和外轴上的最大位置指针复位机构950将指针232a和232b保持就位，直到触发松开为止。最大位置指针复位机构950包括内轴944a、外部轴944b、棘齿轮951a和951b以及时钟表式扭转弹簧953。电磁线圈974通过支架975安装在底座971上，在电磁线圈974激励时，通过松开弹簧加载的栓锁976，使得指针232a和232b返回。通过延伸通过位置指示器105的线材，电能供应到电磁线圈974。去往电磁线圈的线材连接件979是快速连接、滑动类型的连接器，该连接器不需要用于连接的工具。位置指示器盖(例如图1和2的位置指示器盖110)上的手动栓锁(例如图1和2的手动栓锁118)、快速电连接器979的组合和使用指旋螺钉272连接使得模块可用手组装和更换，而不使用任何工具。

图10表示两个限制开关调节器340之一。限制开关调节器之一设置在用于升高位置的最大分接头切换器位置上，而另一个限制开关调节器设置在用于降低位置的最大分接头切换器位置上。单件式限制开关调节器340包括使得限制开关340卡扣就位的整体结构，而不使用紧固件。限制开关调节器340包括聚合物部件343，该部件具有用于多种功能的整体结构。卡扣结构1048结合到每个调节器的几何形状中，以便定位和夹紧限制开关341。每个调节器340是弧形的，以便适合装在位置指示器壳体(例如图2的位置指示器壳体120)的几何形状。调节器的内半径处的凸缘1047通过与形成在壳体120内的通道的配合而在径向上就位。限制开关调节器340上的凸缘1047和壳体120上的相应通道使得调节器围绕与间隙工作轮(例如图3的间隙工作轮360)和保持环/面板(例如图2和3的保持环/面板230)相同的轴线转动，而没有轴承或铰链。

每个限制开关调节器340通过最大位置子组件270的底座贴靠内半径上的凸缘1047和在外半径上接触保持环/面板230的固定突片1045而在轴向上受到限制。每个调节器上的柔性突片1045与保持环/面板230上位于预定位置处的一系列槽配合。这些槽沿着面板230的内直径布置并且与分接头切换器的位置相对应。调节器上的柔性突片1045可被推动离开所述槽以便将限制开关调节器340滑动到另一位置。在柔性突片1045与保持环/面板230上的任何槽配合时防止限制开关调节器340转动。

回来参考图5，在间隙工作轮360转动时，从间隙工作轮360的具有槽一侧伸出的凸轮562拨动(toggle)限制开关341，以便将主指针231对准限制开关调节器340设置的位置。限制开关341是摇臂式电开关，该开关进行拨动以保持操作位置。限制开关341还具有使其在限制调节器的聚合物部分343上卡扣就位的结构。

所述的结构提供优于传统位置指示器结构的优点。例如，在传统位置指示器中，多个部件可连接到面板后部。例如，限制开关调节器可安装在面板的后部，并且包括通过杠杆触发的“速动”开关。拨动凸轮可用来接触开关杠杆，并且即使启动臂运动通过限制开关被设置成跳脱的位置，将限制开关保持在跳脱位置。在其它的传统位置指示器中，某些内部机构可安装在位置指示器壳体内部，而不是在面板的后部，但是它们的功能是相同的。另外，在两种类型的传统位置指示器中，整个面板必须拆卸，以便对最大位置和复位机构进行任何修理。

另外，传统位置指示器可使用正齿轮减小来自分接头切换器的输入轴的转动，以便实现主指针适当角度的转动，这在输入轴880和主指针之间的角度运动中形成线性关系。根据输入轴的转动方向，正齿轮和主指针的转动方向需要颠倒，以便适当指示分接头切换器的位置。在此传统结构中，驱动系统中齿轮的数量必须改变，以改变相对的转动方向。

其它示例性的传统位置指示器可使用安装在位置指示器面板的后部上的蜗轮和小齿轮以便减小来自于调压器以驱动主指针的输入轴的转动。类似于正齿轮，蜗轮和小齿轮也在输入轴的转动和主指针的转动之间造成线性关系。在输入轴不通过后部而是通过一个侧面进入位置指示器壳体的情况下，蜗轮还可改变输入轴的转动方向。根据输入轴的转动方向，蜗轮、小齿轮和主指针的转动方向可能需要颠倒。为此，蜗轮螺旋的方向以及小齿轮的螺旋角必须改变，以改变转动的相对方向。

已经描述了多种应用。尽管如此，将理解到可以进行多种变型。因此，其它应用也在以下权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种位置指示器，包括：

位置指示器的显示器和机构；

容纳位置指示器的显示器和机构的聚合物壳体；以及

包围聚合物壳体内的位置指示器的显示器和机构的单件式透明聚合物盖。

2.如权利要求1所述的位置指示器，其特征在于，还包括：

铰链；以及

将单件式透明聚合物盖固定在聚合物壳体上使得单件式透明聚合物盖可以开启而不使用工具的手动栓锁。

3.如权利要求2所述的位置指示器，其特征在于，铰链包括与聚合物壳体形成整体的第一部分和与单件式透明聚合物盖形成整体的第二部分。

4.一种位置指示器，包括：

具有角速度的输入轴；

指示分接头切换器的位置并且具有角速度的指针；以及

连接到输入轴和指针上的驱动机构，其中驱动机构是非线性的，使得输入轴的角速度不与指针的角速度直接相关。

5.如权利要求4所述的位置指示器，其特征在于，驱动机构包括间隙工作机构。

6.如权利要求4所述的位置指示器，其特征在于，指针的所产生的运动包括暂停。

7.如权利要求4所述的位置指示器，其特征在于，驱动机构包括可互换的输出驱动部件，以便改变指针相对于输入轴转动的转动。

8.如权利要求4所述的位置指示器，其特征在于，驱动机构包括输出驱动部件，并且指针与该输出驱动部件形成整体。

9.如权利要求4所述的位置指示器，其特征在于，驱动机构包括输出驱动部件，并且位置指示器还包括与该输出驱动部件形成整体的最大位置指针致动器。

10.如权利要求4所述的位置致动器，其特征在于，驱动机构包括输出驱动部件，并且位置指示器还包括与该输出驱动部件形成整体的限制开关触发凸轮。

11.一种位置指示器，包括：

主位置指示组件；以及

通过手动紧固件固定在主位置指示组件上的模块化最大位置指示于组件。

12.如权利要求11所述的位置指示器，其特征在于，手动紧固件包括指旋螺钉。

13.如权利要求11所述的位置指示器，其特征在于，模块化最大位置指示子组件包括聚合物底座。

14.如权利要求11所述的位置指示器，其特征在于，还包括具有同心圆形间隙的驱动机构，其中模块化最大位置指示子组件在驱动机构内安装在同心圆形间隙内。

15.如权利要求11所述的位置指示器，其特征在于，模块化最大位置指示子组件构造成固定在主位置指示组件上，而不使用工具。

16.如权利要求11所述的位置指示器，其特征在于，模块化最大位置指示子组件包括能够接收快速连接电连接器的电磁线圈。

17.一种位置指示器，包括：

壳体；

限制开关；以及

保持限制开关的单件式开关调节器，并且还包括限制在壳体内的单件式限制开关调节器而不使用紧固件的集成功能。

18.如权利要求17所述的位置指示器，其特征在于，单件式限制开关调节器包括模制的聚合物部件。

19.如权利要求17所述的位置指示器，其特征在于，还包括保持环，其中单件式限制开关调节器包括与保持环上的缺口配合以便在壳体内将单件式限制开关调节器保持就位的整体式突片。

20.如权利要求17所述的位置指示器，其特征在于，壳体包括通道，并且单件式限制开关调节器在壳体内的该通道内滑动。

21.如权利要求20所述的位置指示器，其特征在于，单件式限制开关调节器在壳体内的该通道内滑动，而没有轴承或铰链。

22.如权利要求17所述的位置指示器，其特征在于，单件式限制开关调节器包括摇臂式速动开关。

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