EP0637829B1 - Stufenschalter für einen Stufentransformator - Google Patents

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EP0637829B1
EP0637829B1 EP94102842A EP94102842A EP0637829B1 EP 0637829 B1 EP0637829 B1 EP 0637829B1 EP 94102842 A EP94102842 A EP 94102842A EP 94102842 A EP94102842 A EP 94102842A EP 0637829 B1 EP0637829 B1 EP 0637829B1
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EP
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spring
output part
contact
tap
switching
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EP94102842A
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Rolf Ing. Grad. Lauterwald
Josef Neumeyer
Wolfgang Dipl.-Ing. Albrecht (Tu)
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0027—Operating mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
    • H01H3/3052—Linear spring motors

Definitions

  • the invention relates to a tap changer for a tap changer according to the preamble of the first claim.
  • tap changers are known from WO 94/02955.
  • tap changers are constructed according to the principle of fast resistance switching for uninterrupted switching from one tap of a tap transformer to another in such a way that the fixed tap contacts, which are electrically connected to the leads of the tap windings, are circular in one or more horizontal planes or planes on an insulating frame or cylinders are arranged and can be connected by rotating contact bridges actuated by concentric drive shafts.
  • the contact bridges are operated abruptly after triggering an energy store, usually a spring force store, which is pulled up by the drive shaft of the switch.
  • the vertically displaceable switching mechanism consists of an elevator carriage that can be driven continuously by the drive shaft, which preselects the new fixed step contact, and an output part that can be pulled up by the elevator carriage by means of an energy store, which after triggering runs after the elevator carriage and thereby the Actual load switchover from the previous tap of the step winding to the preselected new tap.
  • the switching elements required for this are part of the driven part.
  • a disadvantage of this tap changer is that the driven part necessarily has a number of different mechanical guide and electrical contact elements, as well as the switching elements and means for their actuation, and thus overall a not inconsiderable mass. From this it follows inevitably that since the spring energy storage releases the same energy each time it is triggered, the abrupt movement of the stripping part takes place more slowly than downwards, since in the first case the energy content of gravity of the stripping part counteracts the energy content of the spring energy storage while it adds to this in the second case. Such a different switching speed depending on the switching direction is undesirable; rather, it is desirable that, as in the known step switches operated by rotatable horizontal contact bridges, each changeover takes place with at least approximately the same switching speed.
  • the object of the invention is therefore to provide a way to compensate for the weight of the abruptly tracked output part in the aforementioned vertically moved linear tap changers, such that it does not affect the switching speed depending on the direction.
  • the additional spring according to the invention between the elevator carriage and the driven part is, as in Embodiment will be explained in more detail, a simple way to compensate for the dead weight of the output part and thus an equalization of the switching speed regardless of the switching direction with little additional design effort.
  • Both tension and compression springs are suitable as additional springs. If a tension spring is used, it must be arranged between the elevator carriage and the driven part in such a way that when a shifting movement is prepared downwards, i.e.
  • the elevator carriage has already been moved vertically downwards to the next fixed step contact, and the driven part before the energy storage device is triggered, the previous one (Overlying) fixed step contact remains, the tension spring is in the rest position, ie without or with little pretension, and is pulled open during the subsequent abrupt follow-up of the driven part, ie it is tensioned.
  • a compression spring it must be arranged in such a way that it is also in the rest position, ie in the relaxed or largely relaxed state, when the parts are in the described position and is compressed, that is also tensioned, during the subsequent abrupt succession of the driven part. This can be achieved by means of correspondingly selected articulation points for fastening the corresponding spring.
  • tension springs are more advantageous in that tension springs do not need an additional longitudinal guide, while compression springs of a certain length are at risk of kinking when being compressed, which makes additional longitudinal guidance, for example by a surrounding tube, necessary. It has been shown that, in particular when using a tension spring as an additional spring, an almost complete compensation of the kinetic energy caused by gravity is possible. In addition to an appropriately selected spring characteristic, adjustment is also made by simply varying the spring length Different weight and kinematic ratios of the energy storage possible.
  • the tap changer shown in FIG. 1 will first be described in more detail below. Laterally, vertically one above the other, the fixed step contacts K (n-1), K (n), K (n + 1), ..., each consisting of two parallel contact cheeks, extend into the interior of the switch. From the drive 1 arranged above, a threaded spindle 2 leads into the interior of the tap changer. This also has a spring energy store, which consists of a tubular elevator slide 3, which is enclosed by a compression spring 4 and in turn encloses the threaded spindle 2, by which it is driven. A preselecting auxiliary contact 5, each with a contact cheek, is insulated on the elevator slide 3 of the selected fixed step contact K through, and a vertically extending trigger contour 6 is also attached.
  • the spring energy store also consists of an essentially U-shaped output part 7. Another component of the output part 7 and thus its jump-like movement after triggering is a switching contact that connects the other contact part of each fixed step contact K-; This switch contact is not visible in the figure, since in the rest position shown it is in the same horizontal plane behind the preselecting auxiliary contact 5.
  • a tension spring 11 is clamped at the top at an attachment point 11.1 of the elevator carriage 3 and at the lower end at an attachment point 11.2 of the driven part 7 in such a way that it is at rest, ie when the leading auxiliary contact 5 and the trailing switching contact are applied to the same fixed step contact, below Preload is present, ie pulled apart from its rest position by a certain amount.
  • the threaded spindle 2 performs a rotary movement and moves the tubular elevator slide 3, which surrounds it, continuously up or down, depending on the direction of rotation.
  • the compression spring 4 of the energy store which is supported against an upper abutment 4.1 or a lower abutment 4.2, is tensioned; the spring energy storage is pulled up.
  • a roller 8 of a trigger bar 9 of the output part 7 runs on the likewise vertically moving trigger contour 6, which has slopes 6.1, 6.2.
  • the preselecting auxiliary contact 5, which is fixedly connected to the elevator carriage 3 moves; it leaves the original fixed step contact K (n) and reaches the next, above or below the fixed step contact K (n + 1), K (n-1).
  • the roller 8 reaches the respective slope 6.1 or 6.2; the trigger bar 9 is shifted horizontally out of the lock 10.n assigned to the fixed step contact K (n) and the complete stripping part 7 abruptly follows the previous movement of the elevator carriage 3 until the release bar 9 is in the lock 10 assigned to the newly reached fixed step contact.
  • FIG. 2 shows the switching processes described again schematically; the corresponding characteristic curves of the force profiles can be seen from FIG. 3. It can be seen that the same conditions prevail regardless of the switching direction.
  • Fig. 4 shows the resulting energy balance in the tap changer described.
  • E1 is the energy content of the energy storage spring 4, E2 that of the gravity acting on the driven part 7 and E3 that of the additional spring 11, namely E3 'for the downward and E3'' when shifting up.
  • E ' is the respective resulting total content with downshift, E''with upshift.
  • FIG. 5 schematically shows the relationships that result when using a compression spring instead of a tension spring.
  • a compression spring when using a compression spring, its articulation or fastening points on the elevator carriage 3 or driven part 7 must be selected differently; otherwise the characteristics of the acting forces and the energy balance remain unchanged.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter für einen Stufentransformator gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
    Solche Stufenschalter sind aus der WO 94/02955 bekannt.
  • Üblicherweise sind Stufenschalter nach dem Prinzip der Widerstandsschnellschaltung zur unterbrechungslosen Umschaltung von einer Anzapfung eines Stufentransformators zu einer anderen so aufgebaut, daß die jeweils mit den Ausleitungen der Stufenwicklungen elektrisch in Verbindung stehenden festen Stufenkontakte in einer oder mehreren horizontalen Ebene bzw. Ebenen kreisförmig an einem Isolierstoffgerüst oder -zylinder angeordnet sind und durch von konzentrischen Antriebswellen betätigte drehbare Kontaktbrücken beschaltbar sind.
    Bei Lastwählern, bei denen die Stufenwahl und die eigentliche Lastumschaltung kombiniert sind, erfolgt die Betätigung der Kontaktbrücken dabei sprungartig nach Auslösung eines von der Antriebswelle des Schalters aufgezogenen Energiespeichers, meist Federkraftspeichers.
  • In der WO 94/02955 ist, abweichend von diesen üblichen Konstruktionen, ein Stufenschalter mit linearer Kontaktbetätigung beschrieben, wobei die festen Stufenkontakte längs einer Bahn sich in das Innere des Schalters erstrecken und von einem verschiebbaren Schaltmechanismus beschaltbar sind, der wiederum von der Antriebswelle angetrieben wird.
  • Der vertikal verschiebbare Schaltmechanismus besteht aus einem kontinuierlich von der Antriebswelle antreibbaren Aufzugsschlitten, der den neuen festen Stufenkontakt vorwählt, und einem durch den Aufzugsschlitten mittels eines Energiespeichers aufziehbarem Abtriebsteil, das nach Auslösung sprungartig dem Aufzugsschlitten nachläuft und dabei die eigentliche Lastumschaltung von der bisherigen Anzapfung der Stufenwicklung auf die vorgewählte neue Anzapfung vollzieht. Die dazu erforderlichen Schaltelemente sind Bestandteil des Abtriebsteiles.
  • Nachteilig bei diesem Stufenschalter ist, daß das Abtriebsteil notwendigerweise eine Anzahl von verschiedenen mechanischen Führungs- und elektrischen Kontaktelementen sowie die Schaltelemente und Mittel zu deren Betätigung und damit insgesamt eine nicht unerhebliche Masse aufweist. Daraus ergibt sich zwangsläufig, daß, da der Federenergiespeicher bei jeder Auslösung die gleiche Energie freigibt, die sprungartige Bewegung des Abtriebsteiles nach oben sich langsamer vollzieht als nach unten, da im ersten Fall der Energieinhalt der Schwerkraft des Abtriebsteiles dem Energiegehalt des Federenergiespeichers entgegenwirkt, während er sich im zweiten Fall zu diesem addiert. Eine solche unterschiedliche Schaltgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Schaltrichtung ist unerwünscht; vielmehr ist anzustreben, daß, wie auch bei den bekannten durch drehbare horizontale Kontaktbrücken betätigten Stufenschaltern, sich jede Umschaltung mit zumindest annähernd der gleichen Schaltgeschwindigkeit vollzieht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Möglichkeit vorzusehen, um bei den eingangs genannten vertikal bewegten linearen Stufenschaltern das Gewicht des sprungartig nachgeführten Abtriebsteiles zu kompensieren, derart, daß es sich nicht richtungsabhängig auf die Schaltgeschwindigkeit auswirkt.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches aufgeführten Mittel gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Durch die erfindungsgemäße Zusatzfeder zwischen dem Aufzugsschlitten und dem Abtriebsteil ist, wie im Ausführungsbeispiel noch näher erläutert werden wird, auf einfache Weise eine Kompensation des Eigengewichtes des Abtriebsteiles und damit eine Vergleichmäßigung der Schaltgeschwindigkeit unabhängig von der Schaltrichtung mit geringem konstruktiven Mehraufwand erreicht.
    Als Zusatzfedern sind sowohl Zug- als auch Druckfedern geeignet. Wird eine Zugfeder verwendet, so ist diese so zwischen Aufzugsschlitten und Abtriebsteil anzuordnen, daß dann, wenn eine Schaltbewegung nach unten vorbereitet wird, d.h. der Aufzugsschlitten bereits vertikal nach unten zum nächsten festen Stufenkontakt bewegt worden ist und das Abtriebsteil vor Auslösung des Energiespeichers noch am bisherigen (darüberliegenden) festen Stufenkontakt verharrt, die Zugfeder sich in Ruhestellung, d.h. ohne bzw. mit geringer Vorspannung, befindet und beim anschließenden sprungartigen Nachfolgen des Abtriebsteiles aufgezogen, d.h. gespannt wird.
    Wird dagegen eine Druckfeder verwendet, so ist diese so anzuordnen, daß sie sich bei der beschriebenen Lage der Teile ebenfalls in Ruhestellung, d.h. im entspannten bzw. weitgehend entspannten Zustand befindet und beim anschließenden sprungartigen Nachfolgen des Abtriebsteiles zusammengedrückt, d.h. ebenfalls gespannt wird.
    Dies ist durch jeweils entsprechend gewählte Anlenkpunkte für die Befestigung der entsprechenden Feder realisierbar.
  • Die Anwendung von Zugfedern ist insofern vorteilhafter, als Zugfedern ohne zusätzliche Längsführung auskommen, während bei Druckfedern einer bestimmten Länge die Gefahr eines Knickens beim Zusammendrücken besteht, was eine zusätzliche Längsführung, durch ein umschließendes Rohr etwa, notwendig macht.
    Es hat sich gezeigt, daß insbesondere bei der Verwendung einer Zugfeder als Zusatzfeder eine nahezu vollständige Kompensation der durch die Schwerkraft bedingten Bewegungsenergie möglich ist. Neben einer entsprechend gewählten Federcharakteristik ist auch durch einfache Variation der Federlänge eine Anpassung an unterschiedliche Gewichts- und kinematische Verhältnisse des Energiespeichers möglich.
  • Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Zeichnungen beispeilhaft noch näher erläutert werden.
    • Fig. 1
    zeigt einen erfindungsgemäßen Stufenschalter mit einer Zugfeder als Zusatzfeder in seitlicher Schnittdarstellung
    Fig. 2
    zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltsequenz eines solchen Stufenschalters
    Fig. 3
    zeigt, ebenfalls schematisch, die entsprechenden Kennlinien der bei dieser Schaltsequenz wirksamen Kräfte
    Fig. 4
    zeigt die vereinfachte Energiebilanz bei dieser Schaltsequenz
    Fig. 5
    zeigt wiederum in schematischer Darstellung eine zweite Schaltsequenz eines anderen Stufenschalters, bei dem statt einer Zug- eine Druckfeder als Zusatzfeder verwendet wird.
  • Nachfolgend soll zunächst der in Fig. 1 dargestellte Stufenschalter näher beschrieben werden.
    Seitlich erstrecken sich, vertikal übereinander angeordnet, die festen Stufenkontakte K(n-1), K(n), K(n+1),..., die jeweils aus zwei parallelen Kontaktwangen bestehen, ins Innere des Schalters. Vom oberhalb angeordneten Antrieb 1 führt eine Gewindespindel 2 in das Innere des Stufenschalters. Dieser weist weiterhin einen Federenergiespeicher auf, der aus einem rohrförmigen Aufzugsschlitten 3 besteht, der von einer Druckfeder 4 umschlossen wird und seinerseits die Gewindespindel 2 umschließt, von der er angetrieben wird. Am Aufzugsschitten 3 sind isoliert eine vorwählender Hilfskontakt 5, der jeweils eine Kontaktwange des jeweils gewählten festen Stufenkontaktes K(...) überstreicht, sowie weiterhin eine sich vertikal erstreckende Auslösekontur 6 befestigt. Der Federenergiespeicher besteht weiterhin aus einem im wesentlichen U-förmigen Abtriebsteil 7. Weiterer Bestandteil des Abtriebsteiles 7 und damit dessen sprungartige Bewegung nach Auslösung mitvollziehend ist ein Schaltkontakt, der das jeweils andere Kontaktteil jedes festen Stufenkontaktes K(...) beschaltet; in der Figur ist dieser Schaltkontakt nicht sichtbar, da er sich in der gezeigten Ruhestellung in der gleichen horizontalen Ebene hinter dem vorwählenden Hilfskontakt 5 befindet. Eine Zugfeder 11 ist oben an einem Befestigungspunkt 11.1 des Aufzugsschlittens 3 und am unteren Ende an einem Befestigungspunkt 11.2 des Abtriebsteiles 7 so zwischen diesen eingespannt, daß sie in Ruhestellung, d.h. wenn der voreilende Hilfskontakt 5 und der nacheilende Schaltkontakt am gleichen festen Stufenkontakt anliegen, unter Vorspannung steht, d.h. um einem bestimmten Betrag aus ihrer Ruhelage auseinandergezogen ist.
  • Soll eine Umschaltung erfolgen, vollführt die Gewindespindel 2 eine Drehbewegung und bewegt den rohrförmigen Aufzugsschlitten 3, der sie umgibt, je nach Drehrichtung kontinuierlich nach oben oder unten. Dadurch wird die Druckfeder 4 des Energiespeichers, die sich gegen ein oberes Widerlager 4.1 bzw. ein unteres Widerlager 4.2 abstützt, gespannt; der Federenergiespeicher wird aufgezogen.
  • Bei dieser Bewegung des Aufzugsschlittens 3 relativ zum noch stillstehenden Abtriebsteil 7 läuft eine Rolle 8 eines Auslöseriegels 9 des Abtriebsteiles 7 auf der sich ebenfalls vertikal bewegenden Auslösekontur 6, die Schrägen 6.1, 6.2 aufweist.
    Gleichzeitig bewegt sich der fest mit dem Aufzugsschlitten 3 isoliert verbundene vorwählende Hilfskontakt 5; er verläßt den ursprünglichen festen Stufenkontakt K(n) und erreicht den nächsten, darüber oder darunter befindlichen festen Stufenkontakt K(n+1), K(n-1).
    Anschließend erreicht die Rolle 8 die jeweilige Schräge 6.1 oder 6.2; der Auslöseriegel 9 wird horizontal aus der dem festen Stufenkontakt K(n) zugeordneten Arretierung 10.n verschoben und das komplette Abtriebsteil 7 folgt sprunghaft der vorausgegangenen Bewegung des Aufzugsschlittens 3, bis sich der Auslöseriegel 9 in der dem neu erreichten festen Stufenkontakt zugeordneten Arretierung 10.n+1 bzw. 10.n-1 wieder verrastet. Dabei verläßt der Schaltkontakt nunmehr ebenfalls den bisherigen festen Stufenkontakt und erreicht eine Kontaktwange des neuen Stufenkontaktes, auf dessen anderer bereits der Hilfskontakt 5 aufliegt.
    Bei einer Schaltung von K(n) nach K(n+1) wird durch den vorwählenden Aufzugsschlitten 3 die Zugfeder 11 zusätzlich zu ihrer bereits in Ruhestellung vorhandenen Vorspannung noch weiter ausgelenkt, so daß sich beim Nachfolgen des Abtriebsteiles 7 die Energie der Druckfeder 4 des ausgelösten Energiespeichers und die der sich teilweise entspannenden Zugfeder 11 addieren.
  • Bei einer Schaltung von K(n) nach K(n-1) hingegen wird durch den vorwählenden Aufzugsschlitten 3 die Zugfeder 11 entspannt, so daß beim Nachfolgen des Abtriebsteiles 7 ein Teil der Bewegungsenergie für ein teilweises Spannen der Zugfeder 11 erforderlich ist - der Einfluß des Gewichtes ist ausgeglichen.
  • Fig. 2 zeigt diese beschriebenen Schaltvorgänge nochmals schematisch, aus Fig. 3 sind die entsprechenden Kennlinien der Kraftverläufe zu entnehmen. Es ist zu erkennen, daß unabhängig von der Schaltrichtung die gleichen Verhältnisse herrschen. Fig. 4 zeigt die resultierende Energiebilanz beim beschriebenen Stufenschalter.
    E1 ist dabei jeweils der Energieinhalt der Energiespeicherfeder 4, E2 der der auf das Abtriebsteil 7 wirkenden Schwerkraft und E3 der der Zusatzfeder 11, und zwar E3' bei der Abwärts- und E3'' bei der Aufwärtsschaltung. E' ist der jeweilige resultierende Gesamtinhalt bei Abwärtsschaltung, E'' der bei Aufwärtsschaltung. Dabei gelten E' = E'' und weiterhin E3' + E3'' = 2 E2.
  • In Fig. 5 sind schematisch die Verhältnisse gezeigt, die sich bei der Verwendung einer Druck- statt einer Zugfeder ergeben. Wie bereits erläutert, müssen bei Verwendung einer Druckfeder deren Anlenk- bzw. Befestigungspunkte am Aufzugsschlitten 3 bzw. Abtriebsteil 7 anders gewählt werden; im übrigen bleiben die Kennlinien der wirkenden Kräfte als auch die Energiebilanzen unverändert.
  • Für die Erfindung ist es dabei insgesamt unwesentlich, ob die jeweilige Zusatzfeder beim Schaltvorgang nach unten vollständig oder nur teilweise entspannt wird; entscheidend ist die relative Änderung der Vorspannung der Zusatzfeder in Abhängigkeit von der Schaltrichtung, um die gewünschte Kompensationswirkung zu erzielen.

Claims (3)

  1. Stufenschalter für Stufentransformatoren, wobei feste Stufenkontakte längs einer linearen Bahn angeordnet sind und durch einen verschiebbaren Schaltmechanismus beschaltbar sind, der aus einem kontinuierlich antreibbaren Aufzugsschlitten und einem durch diesen mittels eines Energiespeichers aufziehbaren Abtriebsteil, das nach Auslösung sprungartig dem Aufzugsschlitten nachläuft, besteht,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen Aufzugsschlitten (3) und Abtriebsteil (7) eine Zusatzfeder (11) angeordnet ist, derart, daß bei Abwärtsbewegung des Abtriebsteiles (7) die Zusatzfeder (11) gespannt und bei Aufwärtsbewegung des Abtriebsteiles (7) die Zusatzfeder (11) entspannt wird.
  2. Stufenschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zusatzfeder (11) annähernd vertikal angeordnet ist und mit ihrem oberen Ende am Aufzugsschlitten (3) und mit ihrem unteren Ende am Abtriebsteil (7) befestigt ist.
  3. Stufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zusatzfeder (11) eine Zugfeder ist.
EP94102842A 1993-08-04 1994-02-25 Stufenschalter für einen Stufentransformator Expired - Lifetime EP0637829B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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DE4326127 1993-08-04

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EP0637829A1 EP0637829A1 (de) 1995-02-08
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JPH07153633A (ja) 1995-06-16
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JP3599246B2 (ja) 2004-12-08
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