DE1062312B - Druckgas-Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Leistungsschalter mit komprimiertem Gas als Löschmittel.

Ein allgemeines Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten mit Druckgas arbeitenden Leistungsschalter zu schaffen, der wirksamer als bisher bekannte Schalter arbeitet, und zwar in einem weiten Bereich von Strom und Spannung.

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Druckgasschalter zu schaffen, der eine abgedichtete Lichtbogenlöscheinrichtuug verwendet, in der Gas unter verhältnismäßig hohem Druck enthalten ist. Das Gas soll dabei gute Löscheigenschaften haben. Es soll hierbei ein verbesserter Druckgasschalter der vorgenannten Art geschaffen werden, bei dem die Lichtbogenlöscheinrichtung in einem im wesentlichen vollständig geschlossenen geerdeten Behälter untergebracht ist. der Gas bei einem geringen Druck enthält. Erfindungsgemäß ist die Lichtbogenlöscheinrichtung für sich gasdicht gekapselt. Wie sich für den Fachmann ohne weiteres ergibt, ermöglicht das Gas bei dieser Konstruktion unter hohem Druck in den verschlossenen Lichtbogenlöscheinrichtungen eine wirksame Lichtbogenlöschung, während das Gas in dem umgebenden Gehäuse bei verhältnismäßig geringem Druck speziell für eine große Spannungsfestigkeit ausgelegt werden kann. Auf diese Weise werden die für die Füllung des Behälters nötigen Kosten verringert. Außerdem werden lceine besonders festen Wände für den Behälter benötigt.

In Ausführung der Erfindung wird die Lichtbogenlöscheinrichtung mit dem Gas von verhältnismäßig hohem Druck in bekannter Weise von dem einen Ende einer Durchführung getragen. Am anderen Ende der Durchführung ist ein Hochdruckbehälter vorgesehen. Durch Verbindungsstücke ist eine Verbindung zwischen dem Hochdruckbehälter und der verschlossenen Lichtbogenlöscheinrichtung hergestellt. Diese Anordnung bietet noch den besonderen Vorteil, daß ein Hochdruckmeßgerät mit dem Hochdruckbehälter verbunden sein kann, so daß auch bei einer völlig geschlossenen Behälterkonstruktion des Schalters der Druck an dem außen am Behälter angebrachten Meßinstrument ablesbar ist.

Beim Schalter nach der Erfindung ist der Behälter geerdet. In den geerdeten metallischen Behälter erstrecken sich in an sich bekannter Weise zwei Durchführungen, die die druckfest verschlossenen Lichtbogenlöscheinrichtungen tragen. Der Druck in dem die Löscheinrichtungen umgebenden Behälter kann gering sein. Er ist nur für eine ausreichende Spannungsfestigkeit zu bemessen. Hierbei können jeder Durchführung Rückschlagventile zugeordnet sein. Diese Rückschlagventile sind so angeordnet, daß das unter verhältnismäßig geringem Druck stehende Gas aus Druckgas-Leistungsschalter

Anmelder:
Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruclite Priorität: V. St. v. Amerika vom 10. Dezember 1957

Winthrop M. Leeds und Alva A. Johnson,
Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

dem geerdeten Behälter in das Innere der Durchführung eindringen kann, um dort die Spannungsfestigkeit zu vergrößern. Auch können unterschied- liehe Gase in dem geerdeten Gehäuse und in den verschlossenen Lichtbogenlöscheinrichtungen verwendet werden. Man kann aber auch das gleiche Gas bei unterschiedlichen Drücken verwenden.

Weitere Vorteile ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in denen

Fig. 1 in einem Vertikalschnitt einen Druckgas-Leistungsschalter nach der Erfindung zeigt, bei dem die Wand einer Lichtbogenlöscheinrichtung herausgebrochen ist. Dabei ist nur eine der Lichtbogenlöscheinrichtungen im Schnitt dargestellt. Die Schaltstelle ist teilweise geöffnet.

Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt der linken Lichtbogenlöscheinrichtung nach Fig. 1, wobei die Betätigungsglieder in der Einschaltstellung dargestellt sind.

Fig. 3 ist ein beträchtlich vergrößerter Querschnitt durch einen Teil des Befestigungsflansches der Durchführung, in dem das Kugelrückschlagventil dargestellt ist, das das Eindringen von Gas aus dem Behälter in den Raum der Durchführung ermöglicht.

In den Figuren ist mit 1 ein Druckgasschalter bezeichnet, der einen Metallbehälter 2 aufweist. Der Behälter enthält zwei verschlossene Lichtbogenlöscheinrichtungen 4, die an den unteren Enden zweier Durchführungen 5 hängen, die sich vom oberen Teil des geerdeten Behälters 2 nach unten erstrecken. Die Lichtbogenlöscheinrichtungen bestehen, wie inbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, aus einer oberen

9Ü9 579/317

Kappe 6, mit der das sich nach unten erstreckende feste Schaltstück 7 in einem Stück geformt ist. Das feste Schaltstück 7 wirkt mit einem beweglichen Schaltstück 8 zusammen, das sich in Form einer Kolbenstange 9 nach unten erstreckt und eine vertikal 5 verlaufende hin- und hergehende Bewegung eines Blaskolbens 10 bewirkt.

Der Blaskolben 10 hat eine Anzahl diagonal verlaufender Bohrungen 11, die den Raum 12 unterhalb des Kolbens 10 mit dem Raum 13 oberhalb des Kolbens 10 verbinden. Eine bewegliche, aus Isoliermaterial bestehende Düse ist in einem die Schaltstücke umgebenden Rohr 15 angeordnet und wird vom Blaskolben 10 innerhalb des aufrecht stehenden, aus Isoliermaterial bestehenden Zylinders 16 getragen.

Der aufrecht stehende Zylinder 16 hat an seinem unteren Ende eine Metallplatte 17, die mit der Innenwand 18 der Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 verbunden ist. Eine Anzahl öffnungen 19 in der Platte 17 kann dazu dienen, einen Gasumlauf zwischen der oberen und unteren Seite der Platte 17 zu ermöglichen.

Um eine vertikal verlaufende hin- und hergehende Bewegung des beweglichen Schaltstückes 8 bis zur Kontaktgabe mit dem festen Schaltstück 7 bzw. die Trennung zwischen diesen Schaltstücken zu bewirken, ist ein Antriebsgestänge vorgesehen, das als Ganzes mit 21 bezeichnet ist.

Das Antriebsgestänge 21 kann in irgendeiner Weise ausgeführt sein. Es ist jedoch vorzugsweise so durchgebildet, daß es eine geradlinige Bewegung des bewegliehen Schaltstückes 8 und des Blaskolbens 10 ergibt. Im Ausführungsbeispiel wird dies durch einen Hebel 22 erreicht, der bei 23 mit dem unteren Ende der Kolbenstange verbunden ist. Das andere Ende des Hebels 22 ist bei 24 mit dem unteren Ende des Lenkers 25 schwenkbar verbunden. Das obere Ende des Lenkers 25 ist bei 26 an eine seitwärts hervorstehende hebeiförmige Lagerstelle 27 schwenkbar angebracht, die fest mit der unteren Kappe 28 der Lichtbogenlöscheiurichtungen 4 verbunden ist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Hebelarm 29 auf einer sich horizontal erstreckenden Antriebswelle 30 verkeilt, die aus einem unteren vorstehenden Teil 31 der unteren Kappe 28 herausragt. Da im Behälter 2 und der Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 entweder das 4-5 gleiche Gas bei verschiedenen Drücken oder verschiedene Gase bei verschiedenen Drücken verwendet werden sollen, muß die Antriebswelle 30 gasdicht aus dem unteren Teil 31 der Kappe 28 geführt werden. Dazu kann irgendeine geeignete Abdichtung an den gegenüberliegenden Seiten der Welle 30 verwendet werden, die sich durch seitliche öffnungen in den unteren vorstehenden Teil 31 der Kappe 28 erstreckt. Für die Erfindung genügt es jedoch zu wissen, daß die Antriebswelle 30 an den Stellen, an denen sie aus der unteren Kappe 28 in den Raum 32 im Inneren des Gehäuses geführt ist, gasdicht abgeschlossen ist.

Auf gegenüberliegende Seiten der Welle 30 sind die beiden Teile 35 des gabelförmigen Hebels 34 aufgekeilt. Der Hebel 34 ist auch an seinem unteren Ende gabelartig ausgebildet, um eine Rolle 36 aufzunehmen. Die Rollen 36 der beiden in Reihe liegenden Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 wirken mit gegenüberliegenden Enden der aus leitendem Material bestehenden Schaltbrücke 37 zusammen, die zum Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters 1 in vertikaler Richtung hin- und hergehend bewegt wird.

Wie Fig. 1 zeigt, wird die Schaltbrücke 37 von einer Antriebsstange 38 aus Isoliermaterial bewegt, an deren oberem Ende ein geeigneter Antriebs- 7"

mechanismus angebracht ist. Der Antrieb wird nicht näher beschrieben, da er in irgendeiner geeigneten Weise ausgebildet sein kann.

Jede Durchführung 5 enthält einen hohlen Bolzen 40, der eine Verbindung 41 zwischen dem Hochdruckbehälter 42 am oberen Ende der Durchführung 5 außerhalb des Behälters 2 und dem Raum 43 im oberen Teil der Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 bildet.

Um den rohrförmigen Bolzen 40 ist ein Wickel 44 aufgebracht, z. B. durch Bewickeln des Bolzens mit einem geeigneten papierähnlichen Material, wobei, falls erforderlich, Metallfolien, die die Kondensatorbeläge der Durchführung bilden, eingebracht sind. Zwei wetterfeste Gehäuse 45, 46 umgeben die Kerne 44 und werden durch geeignete Druckfedern unter Druck gesetzt. Die Druckfedern sind in bekannter Weise in der oberen Kappe 42 der Durchführung angeordnet. Zwischen den Porzellanüberwürfen 45, 46 liegt ein geerdeter Zwischenflansch 47 mit sich seitwärts erstreckenden Flanschteilen 48, 49, die über nicht dargestellte Dichtungen mit den gegenüberliegenden inneren Stirnflächen der Porzellanüberwürfe 45, 46 verbunden sind.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die obere Kappe 46 der Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 mit einem Gewinde am unteren Ende des rohrartigen Durchführungsbolzens 40 befestigt und drückt über nicht dargestellte Dichtungen auf das untere Porzellangehäuse 46. Stromwandler 50, die den Tragflansch 47 umgeben, dienen zum Messen des den Schalter durchfließenden Stromes und zum Steuern der Relais.

In der Wand des Flanschrohres 51 des Tragflansches 47 liegt ein Rückschlagventil 52, das in der Fig. 3 näher dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt, daß das Ventil 52 aus einer Kugel 53 besteht, die durch eine Druckfeder 54 gegen eine Öffnung 55 im Flanschrohr 51 gedrückt wird. Ein U-förmiger Bügel 56 hält die Druckfeder 54 und steuert damit die Bewegung der Ventilkugel 53. Daher kann, wenn der Druck im Raum 57 (Fig. 1) im Inneren der Durchführung um einen beträchtlichen Wert fällt, der Druck des Gases im Raum 32 im Inneren des Behälters 2 die Vorspannung der Druckfeder 54 überwinden, so daß sich die Ventilkugel von der Öffnung 55 abhebt und Gas aus dem Rohr 32 im Behälter 2 durch die Öffnung 55 in den Raum 57 innerhalb der Durchführung 5 eindringen kann, um dort die Spannungsfestigkeit der Durchführung 5 zu erhöhen.

In der Einschaltstellung des Schalters 1 verläuft der Strompfad vom Bolzen 58 durch die Behälterkappe 42, den rohrförmigen Durchführungsbolzen 40, die obere Abdeckkappe 6, das feste Schaltstück 7, das bewegliche Schaltstück 8, die Kolbenstange 9, durch das leitende Gestänge 21 und die Rolle 36 auf das linke Ende der Schaltbrücke 37. Der Stromkreis verläuft dann in gleicher Weise durch die rechts gelegene Lichtbogenlöscheinrichtung 4. Zum Ausschalten des Leistungsschalters wird ein geeigneter äußerer Antrieb betätigt, der nicht dargestellt ist. Die Antriebsstange 38 wird nach unten bewegt. Mit ihr bewegt sich auch die Schaltbrücke 37 nach unten, so daß die Druckfedern 59 in den Gehäusen 18 die Kolbenstangen 9 nach unten drücken. Die Rolle 36 bleibt deshalb in Berührung mit der Schaltbrücke 37.

Bei der nach unten gehenden Bewegung des beweglichen Schaltstückes 8 bildet sich ein Lichtbogen 60 zwischen dem festen und beweglichen Schaltstück 7 und 8. Gleichzeitig wird durch die nach unten gerichtete Bewegung der Düse 14 mit den Kolben 10

Claims (14)

das Gas im Raum 12 unter Druck gesetzt. Dieses Gas strömt nach oben durch die diagonalen öffnungen 11 -und die Düsenöffnung 61, die durch die Düsenteile 14 gebildet wird. Das Gas kommt in innige Berührung mit dem Lichtbogen 60 und bewirkt dessen Löschung. In gleicher Weise arbeitet die rechts gelegene Lichtbogenlöscheinrichtung 4. Der Stromkreis wird infolgedessen unterbrochen, und die noch andauernde nach unten gerichtete Bewegung der Kolbenstange 38 und der Schaltbrücke 37 ergibt zwei isolierende Trennstrecken zu den Rollen 36. Zum Einschalten des Schalters wird von dem außenliegenden Antrieb die Stange 38 und damit die Schaltbrücke 37 angehoben, bis sie die Rollen 36 berührt. Von diesem Zeitpunkt ab wird das Gestänge 21 in die in Fig. 2 dargestellte Lage bewegt, so daß die Schaltstücke geschlossen werden. Die beschriebene Bauart ist für die Verwendung von Gasen, wie z. B. SF6 oder SeF6 oder Mischungen eines oder beider vorgenannter Gase mit Luft, Stickstoff, Argon, Helium oder Kohlendioxyd, in den Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 geeignet. Das Gas wird unter einem hohen Druck gehalten, da bekanntlich die Löschwirkung eines Gases mit zunehmendem Druck wächst. Infolgedessen kann Schwefelhexafluorid oder Selenhexafluorid oder die vorgenannte Mischung, z. B. bei einem Druck von 4 bis 7 at, im Raum 43 der Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 verwendet werden. Ein ähnliches Gas kann im Raum 32 innerhalb des Behälters 2 bei einem geringen Druck von beispielsweise 2 V2 bis 4 at vorgesehen sein. Dabei kann auch ein anderes Gas, das nicht unbedingt als Löschmittel geeignet ist, verwendet werden, wie z. B. Perchlorylfluorid ClO3F. Wenn Durchführungen verwendet werden sollen, die nicht mit Öl gefüllt sind, so wird man den Durchtritt des Gases aus dem Raum 32 im Behälter 2 in den Raum 57 innerhalb des Porzellangehäuses 45, 46 ermöglichen und z. B. durch ein Ventil 52 steuern. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß " eine Schalterkonstruktion mit zwei verschiedenen Gasdrücken und einem geerdeten Gehäuse geschaffen wurde. Die Erfindung kann bei einem Leistungsschalter mit einem Stahlbehälter verwendet werden, der mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit, wie z. B. SF6, bei einem verhältnismäßig geringen Druck, z. B. von 1 bis 2V2 at, gefüllt ist, während die Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 von dem übrigen Behälter abgeschlossen sind und mit einem Gas hohen Druckes, z. B. von 4 bis 7 at, arbeiten, um die benötigte Löschwirkung zu erreichen. Wenn der Stahlbehälter 2 bis zu dem höheren Druck gefüllt würde, ergäben sich unnötige Kosten für zusätzliche Gase und starke Wände des Behälters. An Stelle der sonst verwendeten Öldurchführung wird durch eine öffnung von der Durchführung zum Behälter 2 Isoliergas zur Verfügung gestellt, das nicht durch die Einwirkung des Lichtbogens verschmutzt ist und unter einem so geringen Druck steht, daß die Porzellangehäuse 45, 46 nicht überbeansprucht werden. Um das für das Hochdruckgas zur Verfügung stehende Volumen zu vergrößern und eine nach außen sichtbare Druckanzeige zu schaffen, verbindet der hohl ausgeführte Durchführungsbolzen 40 die Hochdrucklichtbogenlöscheinrichtung 4 und einen Hochdruckbehälter 42 in der Kappe der Durchführung. Die Unterbrechung wird dadurch erreicht, daß Hochdruckgas durch die Düsenöffnung 61 um die Schaltstücke 7 und 8 gepumpt wird, wobei die dafür benötigte Energie den Federn 59 entnommen wird. Die Federn 59 werden zusammengedrückt, wobei auch die Schaltstücke 7 und 8 geschlossen werden, indem das Gestänge 21 durch eine abgedichtet eingeführte Welle 30 über einen Hebel und eine Rolle 36 durch die Hauptschaltbrücke 37 angehoben wird. Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß der geringe Druck im Behälter 2 von einem anderen Gas erzeugt werden kann als in den verschlossenen Lichtbogenlöscheinrichtungen 4. Dies hat den ganz besonderen Vorteil, daß für den Hauptbehälter 2 ein Gas mit besten dielektrischen Eigenschaften ausgewählt werden kann, während das andere Gas für die Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 nach seiner besten Löschwirkung ausgewählt werden kann. Es wurde ferner ausgeführt, daß für den Fall, daß im oberen Teil der Durchführung Leckverluste auftreten, der dadurch bedingte Druckverlust das Ventil 52 zur Wirkung bringt, so daß das Gas in der Durchführung 5 durch Gas, das aus dem Hauptbehälter 2 strömt, ersetzt wird. Sollte andererseits der Hauptbehälter 2 undicht sein, so daß der Druck darin bis auf Null abnimmt, so ist durch das Rückschlagventil 52, das mit jeder Durchführung verbunden ist, sichergestellt, daß innerhalb des Raumes 57 jeder Durchführung Gas verbleibt, so daß die Durchführung ihre Spannungsfestigkeit behält, obgleich der Druck im Hauptbehälter 2 abgesunken ist. Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß ein neuer Druckgasschalter geschaffen wurde, der für die Verwendung entweder eines Gases bei verschiedenen Drücken oder verschiedener Gase bei verschiedenen Drücken geeignet ist. Das Gas im Behälter 2 wird nach seinen dielektrischen Eigenschaften ausgewählt, während das Gas in den Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 nach seinen Löscheigenschaften gewählt wird. Dieses Gas wird unter dem hohen Druck gehalten, um die Wirksamkeit der Lichtbogenlöschung noch zu vergrößern. Da das Volumen der Lichtbogenlöscheinrichtungen verhältnismäßig klein ist, ergibt sich eine Ersparnis, da das unter hohem Druck stehende Löschmittel nicht den ganzen großen Behälter 2 ausfüllt. Die Erfindung gestattet es ferner, das gleiche Gas, das wegen seiner dielektrischen Eigenschaften ausgewählt und im Behälter 2 verwendet wird, auch in den Durchführungen 5 anzuwenden, falls keine ölgefüllte Durchführung verwendet werden soll. Man kann den Behälter 42 auch am äußeren Ende der Durchführung anbringen, wenn eine ölgefüllte Durchführung verwendet wird. Der Druckbehälter 42 hält den Druck innerhalb der Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 aufrecht und bietet gleichzeitig die Möglichkeit, Gas unter hohem Druck in die Lichtbogenlöscheinrichtungen 4 zu pumpen. Obgleich zur Erläuterung der Erfindung eine bestimmte Konstruktion gezeigt und beschrieben wurde, sind ohne weiteres Abwandlungen und Veränderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Patentansprüche.

1. Leistungsschalter mit einem geerdeten Schaltergehäuse, das mit einem unter Druck stehenden gasförmigen Isoliermittel gefüllt ist und eine Lichtbogenlöscheinrichtung enthält, die von einer in das Schaltergehäuse ragenden Durchführung getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die

Lichtbogenlöscheinrichtung für sich gasdicht gekapselt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases in der Kapsel für die Lichtbogenlöscheinrichtung größer ist als der Druck des Gases in dem geerdeten Schaltergehäuse.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases in der Kapsel das Zwei- bis Dreifache des Druckes beträgt den das Gas in dem geerdeten Schaltergehäuse aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Kapsel für die Lichtbogenlöscheinrichtung ein anderes Gas als in dem geerdeten Schaltergehäuse befindet.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Kapsel für die Lichtbogenlöscheinrichtung Schwefelhexafluorid und/ oder Selenhexafluorid befindet.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Leiter der Durchführung hohl ausgebildet ist und die Kapsel für die Lichtbogenlöscheinrichtung mit einem außerhalb des geerdeten Schaltergehäuses gelegenen Druckbehälter verbindet.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der außerhalb des geerdeten Schaltergehäuses gelegene Druckbehälter von der Abdeckkappe der Durchführung gebildet wird.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter mit einem Manometer ausgerüstet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gehäuses der Durchführung mit dem Inneren des Schaltergehäuses verbunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gehäuses der Durchführung mit dem Inneren des Schaltergehäuses über ein Rückschlagventil verbunden ist, das den Gasdurchtritt nur vom Schaltergehäuse in die Durchführung gestattet.

11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlöscheinrichtung in an sich bekannter Weise mit mechanischen Mitteln zur Erzeugung einer Löschmittelströmung, wie z. B. Kolben, Flügeln od. dgl., aus gerüstet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschmittelströmung in an sich bekannter Weise durch eine vorzugsweise bewegliche Düsenanordnung auf den Lichtbogen gerichtet ist.

13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des beweglichen Schaltstückes der Lichtbogenlöscheinrichtung eine über ein Gestänge in eine hin- und hergehende Bewegung umgewandelte Drehbewegung einer in die Kapsel eingeführten Welle dient.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle einen Kurbelarm aufweist, der an dem der Weile abgekehrten Ende mit einer Rolle versehen ist und über diese Rolle mit einer hin- und hergehend bewegten Schaltbrücke zusammenwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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