EP1394823A1 - Wandleranordnung zur Speisung eines Auslösemagneten - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a converter arrangement for feeding a Tripping magnet of a circuit breaker with a through a conductor of a main circuit of the circuit breaker formed primary conductor and with a core as a carrier to feed the triggering secondary winding when a short-circuit current occurs in a main current path of the circuit breaker.
- a circuit breaker with a converter arrangement of the above Art is for example in US 4, 689, 712 (corresponds EP 0 193 448).
- the transducer arrangement has additional the task of measuring the values in the main current paths flowing currents over the largest possible measuring range detect and an auxiliary energy for operating a microprocessor device to deliver, which processes the measured values and trigger signals in accordance with specified current-time characteristics leave.
- the processing of measured values in a microprocessor device takes a certain amount of time with the cyclical Working microprocessors and sequential processing of the various tasks. Come in addition a delayed start of measurement processing when the Circuit breaker was turned off and only when turned on the auxiliary energy for operating the microprocessor device is available. These processes are not disruptive when the circuit breaker is loaded with a current which is in the overcurrent range, which is based on the nominal or the rated current of the circuit breaker. In The known tripping characteristics see this range of currents Delays of the order of minutes to seconds before, also taking into account the properties mentioned easily mastered by microprocessor devices become.
- circuit breaker with a current in height of its limit switching capacity is triggered, that means a separation of the switching contacts in the Main power lines without any delay required to Avoid damage.
- circuit breaker according to the mentioned US 4, 689, 712 one of the microprocessor device independent and direct with the output size of the converter arrangements in the main current paths Tripping device provided for instantaneous tripping.
- Inductive current transformers for a large measuring range are relative big and heavy. So the path has already been taken separate converters for providing the Auxiliary energy and to obtain the measured values.
- An ironless Rogowski current sensor is used as the measuring transducer used in conjunction with an integration circuit, a linear output signal from the smallest to the highest currents emits.
- a short circuit current occurs in the Circuit breaker open, is also the case with a Rogowski converter the output signal corresponding to the current is not available at the same time because the required integration circuit has a certain runtime similar to a filter.
- Circuit breaker tripping delayed as little as possible when subjected to a short-circuit current To achieve, it seems desirable to open the switch contacts using as simple and inevitable as possible effective means to achieve. This was in itself with circuit breakers an earlier design, for example after the US 3,154,657 possible where in the course of the main current path of Circuit breaker on directly on a mechanical latch of the switching contacts acting electromagnetic release was ordered. However, such an arrangement is in circuit breakers today's design for various reasons no longer applicable.
- the claimed direct acting electromagnetic release Installation space for the converter arrangement is required for operation a microprocessor-based electronic overcurrent release essential with the properties required today is.
- this is done by such a design Transducer arrangement that the core of the transducer arrangement one has an additional magnetic branch, one with the section of the core provided with the secondary winding and because of its dimension when flowing one Short-circuit current in the main current path in the state of magnetic saturation.
- This ensures that the secondary winding in normal operation of the circuit breaker only a small part of that through the primary conductor excited magnetic field is linked while an essential further part by the additional magnetic branch bypasses the secondary winding.
- the specified Dimensioning of the additional magnetic branch occurs magnetic Saturation on when the short-circuit current reaches is.
- the desired output signal occurring suddenly in the event of a short circuit the transducer arrangement can still be promoted be that the core of the transducer assembly has an air gap having.
- the output size of the secondary winding is thereby very low in normal operation of the circuit breaker.
- the air gap can expediently be in one with the secondary winding provided and by the saturated section bridged section of the core may be arranged.
- FIG. 1 shows a converter arrangement according to the invention, where an air gap of the core in that of the secondary winding enclosed section is arranged.
- the figure shows a perspective view of a transducer arrangement according to FIG. 1.
- FIG. Another exemplary embodiment is shown in FIG. where the secondary winding with one enclosed by it Part of the core formed a separate unit is.
- Figure 4 shows an embodiment with an inverted Arrangement of the magnetic branches, in which the secondary winding with its core outside one of the saturable magnetic branch forming body is arranged.
- the converter arrangement 1 according to FIG. 1 is for detection of the current flowing in a primary conductor 2 is provided.
- the transducer arrangement 1 has one of the cross-sectional shape of the primary conductor 2 adapted core 3, the one Has air gap 4 with a gap width L.
- the one with the air gap 4 provided section of the core 3 is of a secondary winding 5 enclosed in a known manner on a Coil body is arranged.
- An additional magnetic Branch 6 forms a magnetic bridging of the secondary winding 5 enclosed section of the core 3 and has a cross section showing a magnetic saturation is subject to when the primary conductor 2 from a short circuit current is flowed through.
- the secondary winding 5 is used to feed a trigger magnet 7, the opening by actuating a key switch 8 one or more switch contact arrangements 10 one Circuit breaker causes.
- the trigger magnet 7 can directly with the secondary winding 5 or, as shown in Figure 1 is, with the interposition of a rectifier bridge circuit 11 are connected.
- the converter arrangement 1 according to FIG. 1 is shown in FIG. 2 shown in perspective.
- the core 3 can do this both layered from punched sheets and by winding be made of ribbon material.
- the air gap 4 can by an interposed non-magnetic and thus magnetically corresponding intermediate piece be educated.
- the further embodiment of a converter arrangement 12 according to Figures 3 and 4 differs from that previously described Embodiment in that a main part 13 of the core 14 together with the additional magnetic Branch 6 can be produced undivided.
- the secondary winding 5 forms together with a remaining portion 15 of the Kerns 14 an independent assembly 16.
- This can be used for formation the complete transducer arrangement 12, for example also with the insertion of non-magnetic spacers the main part 13 of the core 14 can be added.
- Like the figure 4 can be seen corresponds to the finished transducer arrangement 12 largely in shape according to the converter arrangement 1 of Figure 2, so that with the same installation space in a circuit breaker one or the other design used can be.
- the third embodiment of the invention in the figures 5 and 6 transducer arrangement 17 is distinguished by a somewhat reverse arrangement of the core 18, the secondary winding 19 and the additional magnetic Branch 20 out.
- This is through a body with a design similar to the core 13 in Figure 1 and encloses the primary conductor 2. However, this body is dimensioned so that it becomes magnetically saturated when the primary conductor 2 is traversed by a short-circuit current.
- the core 18 the secondary winding 19 is located outside of the Body of the additional magnetic branch 20 enclosed Space and extends essentially only over the length the secondary winding 19. With magnetic saturation of the additional magnetic branch 20 behaves the transducer arrangement 17 similar to a current transformer after the DE 198 15 153, which also does not completely complete the primary conductor enclosing core.
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Abstract
Eine Wandleranordnung (1) weist einen Kern (3) auf, der sich im Magnetfeld eines zur Hauptstrombahn eines Leistungsschalters gehörenden Stromleiters (2) befindet. Ein Abschnitt des Kerns (3), der von einer Sekundärwicklung (5) umschlossen ist, wird durch einen zusätzlichen magnetischen Zweig (6) überbrückt, der aufgrund seiner Bemessung beim Fließen eines Kurzschlussstromes im Leistungsschalter in den Zustand der magnetischen Sättigung gelangt. Die Wandleranordnung (1) dient zur direkten Speisung eines Auslösemagneten (7) eines Leistungsschalters und spricht beim Auftreten eines Kurzschlussstromes in dem Primärleiter (2) unmittelbar an. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft eine Wandleranordnung zur Speisung eines
Auslösemagneten eines Leistungsschalters mit einem durch
einen Stromleiter einer Hauptstrombahn des Leistungsschalters
gebildeten Primärleiter und mit einem Kern als Träger einer
zur Speisung des Auslösemagneten dienenden Sekundärwicklung
beim Auftreten eines Kurzschlussstromes in einer Hauptstrombahn
des Leistungsschalters.
Ein Leistungsschalter mit einer Wandleranordnung der genannten
Art ist zum Beispiel in der US 4, 689, 712 (entspricht
EP 0 193 448) beschrieben. Dabei hat die Wandleranordnung zusätzlich
die Aufgabe, Messwerte der in den Hauptstrombahnen
fließenden Ströme über einen möglichst großen Messbereich zu
erfassen und eine Hilfsenergie zum Betrieb einer Mikroprozessoreinrichtung
zu liefern, welche die Messwerte verarbeitet
und Auslösesignale nach Maßgabe vorgegebener Strom-Zeit-Kennlinien
abzugeben.
Die Verarbeitung von Messwerten in einer Mikroprozessoreinrichtung
beansprucht eine gewisse Zeit, die mit dem taktweisen
Arbeiten von Mikroprozessoren und der sequentiellen Bearbeiten
der verschiedenen Aufgaben zusammenhängt. Hinzu kommt
ein verzögerter Beginn der Messwertverarbeitung, wenn der
Leistungsschalter ausgeschaltet war und erst mit dem Einschalten
die Hilfsenergie zum Betrieb der Mikroprozessoreinrichtung
zur Verfügung steht. Diese Vorgänge sind nicht störend,
wenn der Leistungsschalter mit einem Strom belastet
ist, der in dem Überstrombereich liegt, der sich an den Nenn-
oder Bemessungsstrom des Leistungsschalters anschließt. In
diesen Bereich von Strömen sehen die bekannten Auslösekennlinien
Verzögerungen in der Größenordung von Minuten bis Sekunden
vor, die auch unter Berücksichtigung der erwähnten Eigenschaften
von Mikroprozessoreinrichtungen problemlos beherrscht
werden.
Wird der Leistungsschalter jedoch mit einem Strom in der Höhe
seines Grenzschaltvermögens beansprucht, so ist eine Auslösung,
dass heißt eine Trennung der Schaltkontakte in den
Hauptstrombahnen, ohne jede Verzögerung erforderlich, um
Schäden zu vermeiden. Hierzu ist bei dem Leistungsschalter
nach der erwähnten US 4, 689, 712 eine von der Mikroprozessoreinrichtung
unabhängige und direkt mit der Ausgangsgröße
der Wandleranordnungen in den Hauptstrombahnen beaufschlagte
Auslöseeinrichtung für unverzögerte Auslösung vorgesehen.
Induktive Stromwandler für einen großen Messbereich sind relativ
groß und schwer. Deshalb wurde bereits der Weg beschritten,
getrennte Wandler für die Bereitstellung der
Hilfsenergie und zur Gewinnung der Messwerte zu verwenden.
Dabei wird als Messwandler ein eisenloser Rogowski-Stromsensor
in Verbindung mit einer Integrationsschaltung benutzt,
der von kleinsten bis zu höchsten Strömen ein lineares Ausgangssignal
abgibt. Tritt jedoch ein Kurzschlussstrom im
Leistungsschalter auf, so steht auch bei einem Rogowski-Wandler
das dem Strom entsprechende Ausgangssignal nicht
zeitgleich zur Verfügung, weil die benötigte Integrationsschaltung
ähnlich einem Filter eine gewisse Laufzeit aufweist.
Jedoch kann nach der US 4,733,321 für die Zwecke einer
unverzögerten Kurzschlussauslösung das unbearbeitete Ausgangssignal
eines Rogowski-Stromsensors, das der Stromänderung
je Zeiteinheit proportional ist (di/dt), benutzt werden.
Dies setzt allerdings eine Bewertungsschaltung voraus, welche
zu erkennen vermag, ob der Anstieg des Stromes auf einem
Kurzschluss oder einer sonstigen Laständerung beruht. Andernfalls
kann es zu einer unerwünschten Auslösung des Leistungsschalters
kommen.
Um eine so wenig wie möglich verzögerte Auslösung eines Leistungsschalters
bei Beanspruchung durch einen Kurzschlussstrom
zu erreichen, erscheint es erwünscht, die Öffnung der Schaltkontakte
unter Verwendung möglichst einfacher und zwangsläufig
wirkender Mittel zu erreichen. Dies war an sich bei Leistungsschaltern
einer früheren Bauart etwa nach der
US 3,154,657 möglich, wo im Verlauf der Hauptstrombahn des
Leistungsschalters ein direkt auf eine mechanische Verklinkung
der Schaltkontakte wirkender elektromagnetischer Auslöser
angeordnet war. Eine solche Anordnung ist jedoch in Leistungsschaltern
heutiger Bauart aus verschiedenen Gründen
nicht mehr anwendbar. Zunächst wird der seinerzeit durch den
direkt wirkenden elektromagnetischen Auslöser beanspruchte
Bauraum für die Wandleranordnung benötigt, die für den Betrieb
eines mikroprozessorgestützten elektronischen Überstromauslösers
mit den heute verlangten Eigenschaften unerlässlich
ist. Andererseits befindet sich die Einschaltverklinkung
heutiger Leistungsschalter an einer von dem früheren
Einbauort des direkt wirkenden elektromagnetischen Auslösers
entfernten Stelle und ist daher mechanisch nur schwer erreichbar.
Die Erfindung zieht diese veränderten Bedingungen
in Betracht und geht daher davon aus, dass ein elektronischer
Überstromauslöser für den langzeit- und kurzzeitverzögerten
Betrieb zur Verfügung steht und die Entklinkung der Schaltkontakte
durch Elektromagnete erfolgt, die an die Betätigung
durch den elektronischen Überstromauslöser elektrisch und mechanisch
besonders angepasst sind. Mit dieser Voraussetzung
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kurzschluss-Schnellauslösung
eines Leistungsschalters mit möglichst einfachen
Mittels zu bewirken, die unabhängig und zuverlässig
wirken.
Gemäß der Erfindung geschieht dies durch eine derart gestaltete
Wandleranordnung, dass der Kern der Wandleranordnung einen
zusätzlichen magnetischen Zweig aufweist, der einen mit
der Sekundärwicklung versehenen Abschnitt des Kerns überbrückt
und der aufgrund seiner Bemessung beim Fließen eines
Kurzschlussstromes in der Hauptstrombahn in den Zustand der
magnetischen Sättigung gelangt. Hierdurch wird erreicht, dass
die Sekundärwicklung im normalen Betrieb des Leistungsschalters
nur mit einem geringen Teil des durch den Primärleiter
erregten Magnetfeldes verknüpft ist, während ein wesentlicher
weiterer Teil durch den zusätzlichen magnetischen Zweig an
der Sekundärwicklung vorbeigeleitet wird. Durch die angegebene
Bemessung des zusätzlichen magnetischen Zweiges tritt magnetische
Sättigung ein, wenn der Kurzschlussstrom erreicht
ist. Das von dem Primärleiter ausgehende entsprechend stärkere
Magnetfeld wirkt nun sprungartig stärker auf die Sekundärwicklung
der Wandleranordnung ein und stellt eine direkt zum
Betrieb des Auslösemagneten geeignete Energie bereit. Somit
werden keine aktiven elektronischen Schaltungen wie Verstärker,
Schwellwertschalter oder elektronische Schaltstufen benötigt.
Das erwünschte bei Kurzschluss sprungartig auftretende Ausgangssignal
der Wandleranordnung kann noch dadurch gefördert
werden, dass der Kern der Wandleranordnung einen Luftspalt
aufweist. Die Ausgangsgröße der Sekundärwicklung ist hierdurch
im normalen Betrieb des Leistungsschalters sehr gering.
Zweckmäßig kann hierzu der Luftspalt in einem mit der Sekundärwicklung
versehenen und durch den gesättigten Abschnitt
überbrückten Abschnitt des Kernes angeordnet sein.
Zu einer für die Fertigung vorteilhaft einfachen Bauform der
Wandleranordnung kann dadurch beigetragen werden, dass der
mit der Sekundärwicklung versehene Abschnitt des Kerns durch
einen zweiten Luftspalt von dem verbleibenden Hauptteil des
Kerns getrennt ist und dass der zusätzliche magnetische Zweig
die Enden des Hauptteils miteinander verbindet. Hierdurch
wird die Möglichkeit geschaffen, die Sekundärwicklung mit dem
zugehörigen Abschnitt des Kerns als eine von dem übrigen Teil
der Wandleranordnung unabhängige Einheit zu fertigen und diese
mit dem gesondert hergestellten Hauptteil in geeigneter
Weise zu verbinden.
Im Übrigen ist auch eine gegenüber der vorangehend beschriebenen
Ausführungsform umgekehrte Anordnung möglich, bei der
der zusätzliche magnetische Zweig als den Primärleiter umschließender
Körper ausgebildet ist und dass der die Sekundärwicklung
tragende Kern durch einen nach außen von dem zusätzlichen
magnetischen Zweig abzweigenden Schenkel gebildet
ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine Wandleranordnung nach der Erfindung,
bei der ein Luftspalt des Kerns in dem von der Sekundärwicklung
umschlossenen Abschnitt angeordnet ist.
Die Figur zeigt eine perspektivische Ansicht einer Wandleranordnung
gemäß der Figur 1.
In der Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
bei dem die Sekundärwicklung mit einem von ihr umschlossenen
Teil des Kerns eine gesonderte Baueinheit ausgebildet
ist.
Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer umgekehrten
Anordnung der magnetischen Zweige, bei welcher die Sekundärwicklung
mit ihrem Kern außerhalb eines den sättigbaren
magnetischen Zweig bildenden Körper angeordnet ist.
Die Wandleranordnung 1 gemäß der Figur 1 ist zur Erfassung
des in einem Primärleiter 2 fließenden Stromes vorgesehen.
Hierzu weist die Wandleranordnung 1 einen der Querschnittsform
des Primärleiters 2 angepassten Kern 3 auf, der einen
Luftspalt 4 mit einer Spaltweite L besitzt. Der mit dem Luftspalt
4 versehene Abschnitt des Kerns 3 wird von einer Sekundärwicklung
5 umschlossen, die in bekannter Weise auf einem
Spulenkörper angeordnet ist. Ein zusätzlicher magnetischer
Zweig 6 bildet eine magnetische Überbrückung des von der Sekundärwicklung
5 umschlossenen Abschnittes des Kerns 3 und
weist einen Querschnitt auf, der einer magnetischen Sättigung
unterliegt, wenn der Primärleiter 2 von einem Kurzschlussstrom
durchflossen ist.
Die Sekundärwicklung 5 dient zur Speisung eines Auslösemagneten
7, der durch Betätigung eines Schaltschlosses 8 die Öffnung
einer oder mehrerer Schaltkontaktanordnungen 10 eines
Leistungsschalters bewirkt. Der Auslösemagnet 7 kann direkt
mit der Sekundärwicklung 5 oder, wie dies in der Figur 1 gezeigt
ist, unter Zwischenschaltung einer Gleichrichterbrückenschaltung
11 verbunden werden. Durch die Einfachheit dieser
Schaltung wird erreicht, dass beim Auftreten eines Kurzschlussstromes
im Primärleiter 2 die Öffnung der Schaltkontaktanordnungen
10 mit der geringst möglichen Verzögerung erfolgt.
Die Wandleranordnung 1 gemäß der Figur 1 ist in der Figur 2
perspektivisch dargestellt. Wie man erkennt, erstreckt sich
der zusätzliche magnetische Zweig 6 bezogen auf den von dem
Kern 3 umschlossenen Raum nach außen. Der Kern 3 kann hierbei
sowohl aus gestanzten Blechen geschichtet als auch durch Wickeln
von bandförmigem Material hergestellt sein. Wird der
Kern 3 beispielsweise an einer dem Luftspalt 4 gegenüberliegenden
Stelle nochmals geteilt, und wird die Teilung auch in
dem zusätzlichen magnetischen Zweig 6 vorgesehen, so können
zwei gleiche Kernteile gefertigt werden, die nach dem Einsetzen
der Sekundärwicklung 5 in geeigneter Weise miteinander
verbunden werden, zum Beispiel durch Kleben. Der Luftspalt 4
kann dabei durch ein zwischengelegtes unmagnetisches und somit
in magnetischer Hinsicht der Luft entsprechendes Zwischenstück
gebildet sein.
Das weitere Ausführungsbeispiel einer Wandleranordnung 12 gemäß
den Figuren 3 und 4 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Hauptteil
13 des Kerns 14 zusammen mit dem zusätzlichen magnetischen
Zweig 6 ungeteilt herstellbar sind. Die Sekundärwicklung 5
bildet zusammen mit einem verbleibenden Abschnitt 15 des
Kerns 14 eine eigenständige Baugruppe 16. Diese kann zur Bildung
der vollständigen Wandleranordnung 12 beispielsweise
gleichfalls unter Einfügung unmagnetischer Zwischenstücke an
den Hauptteil 13 des Kerns 14 angefügt werden. Wie der Figur
4 zu entnehmen ist, entspricht die fertige Wandleranordnung
12 in ihrer Gestalt weitgehend der Wandleranordnung 1 gemäß
der Figur 2, so dass bei gleichem Einbauraum in einem Leistungsschalter
die eine oder die andere Bauform eingesetzt
werden kann.
Die als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Figuren
5 und 6 gezeigte Wandleranordnung 17 zeichnet sich
durch eine gewissermaßen umgekehrte Anordnung des Kerns 18,
der Sekundärwicklung 19 und des zusätzlichen magnetischen
Zweiges 20 aus. Dieser wird durch einen Körper mit einer Gestaltung
ähnlich dem Kern 13 in der Figur 1 auf und umschließt
den Primärleiter 2. Jedoch ist dieser Körper so bemessen,
dass er in magnetische Sättigung gerät, wenn der Primärleiter
2 von einem Kurzschlussstrom durchflossen ist. Der Kern 18
der Sekundärwicklung 19 befindet sich außerhalb des von dem
Körper des zusätzlichen magnetischen Zweiges 20 umschlossenen
Raumes und erstreckt sich im wesentlichen nur über die Länge
der Sekundärwicklung 19. Bei magnetischer Sättigung des zusätzlichen
magnetischen Zweiges 20 verhält sich die Wandleranordnung
17 ähnlich wie ein Stromwandler nach der
DE 198 15 153, der gleichfalls keinen den Primärleiter vollständig
umschließenden Kern besitzt.
Claims (5)
- Wandleranordnung (1; 12; 17) zur Speisung eines Auslösemagneten (7) eines Leistungsschalters mit einem durch einen Stromleiter einer Hauptstrombahn des Leistungsschalters gebildeten Primärleiter (2) und mit einem Kern (3; 13; 18) als Träger einer zur Speisung des Auslösemagneten (7) dienenden Sekundärwicklung (5; 19) beim Auftreten eines Kurzschlussstromes in dem Primärleiter (2) des Leistungsschalters,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (3; 13; 18) der Wandleranordnung (1; 12; 17) einen zusätzlichen magnetischen Zweig (6; 20) aufweist, der einen mit der Sekundärwicklung (5; 19) versehenen Abschnitt des Kerns (3; 13; 18) überbrückt und der aufgrund seiner Bemessung beim Fließen eines Kurzschlussstromes in dem Primärleiter (2) in den Zustand der magnetischen Sättigung gelangt. - Wandleranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (3) einen Luftspalt (4) aufweist. - Wandleranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (4) in einem mit der Sekundärwicklung (5) versehenen und durch den zusätzlichen magnetischen Zweig (6) überbrückten Abschnitt des Kernes (3) angeordnet ist. - Wandleranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Sekundärwicklung (5) versehene Abschnitt (12) des Kerns (13) durch einen zweiten Luftspalt (4) von dem verbleibenden Hauptteil des Kerns (15) getrennt ist und dass der zusätzliche magnetische Zweig (6) die Enden des Hauptteils (14) miteinander verbindet. - Wandleranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche magnetische Zweig (20) als den Primärleiter (2) umschließender Körper ausgebildet ist und dass der die Sekundärwicklung (19) tragende Kern (18) durch einen nach außen von dem zusätzlichen magnetischen Zweig (20) abzweigenden Schenkel gebildet ist.
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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