EP2989646A1 - Regelbarer ortsnetztransformator - Google Patents

Regelbarer ortsnetztransformator

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EP2989646A1
EP2989646A1 EP14731577.4A EP14731577A EP2989646A1 EP 2989646 A1 EP2989646 A1 EP 2989646A1 EP 14731577 A EP14731577 A EP 14731577A EP 2989646 A1 EP2989646 A1 EP 2989646A1
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EP
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taps
contactor
transformer
local network
pass
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EP14731577.4A
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EP2989646B1 (de
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Zsolt SUKOSD
Gerd Griepentrog
Karsten Handt
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings having provision for tap-changing without interrupting the load current

Definitions

  • the invention relates to an adjustable local network transformer for transforming a medium voltage, typically in the kV range, in a local network voltage, for example 400 V.
  • Energy distribution networks are subject in particular by the impedances of the network components and by changing loads voltage fluctuations. It is desirable to keep the fluctuations as low as possible.
  • a changeover of the turns ratio is used in transformers between the high and medium voltages. This compensates for the voltage fluctuations occurring during load changes by changing the transmission ratio between the high and medium voltages.
  • at least one of the windings of the transformer is provided with a Rei ⁇ hey of taps that can be electrically connected.
  • a mechanism is provided which makes the changeover between two selector positions without interruption even under load.
  • a Windungskurz gleich is ver ⁇ avoided by the flow of current is briefly via resistors ge ⁇ forced.
  • Photovoltaic systems wind power plants and biomass power plants or smaller cogeneration units. If the electricity generated can not be taken directly, it is necessary to feed it from the low-voltage grid, ie local area network, into the medium-voltage grid in order to enable low-loss transmission over long distances. For this purpose, it is necessary to use a variable translation transformer in the local power transformer. ratio, ie to provide an adjustable local power transformer.
  • the object of the present invention is to provide a controllable local power transformer which is of particularly simple construction. This object is achieved by a controllable local power transformer having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims.
  • the controllable local power transformer according to the invention has a transformer winding on the side of the local network voltage, wherein an end portion of the transformer winding has at least two first taps and the other end of the transformer winding is connected to a second output terminal for the local network voltage.
  • the local network transformer has a connecting line between each of the taps and a first output terminal for the location ⁇ mains voltage, wherein in each of the connecting lines, a three-phase contactor is arranged.
  • the local network transformer comprises a second tap in the end region of
  • Transformer winding which is connected via a three-phase by-pass contactor with the first output terminal, wherein in series with the bypass contactor, a current-limiting element is connected.
  • the contactors in the connecting lines thus allow a selection of the transmission ratio of the Ortsnetztransforma ⁇ sector by a direct connection can be established between the first output terminal and different taps of the winding.
  • the second tap of the low-voltage side transformer winding via a bypass contactor is also ver ⁇ connected with the first output terminal of the local power transformer.
  • the controllable local power transformer created in this way has the advantage of a simplified construction compared to known local power transformers.
  • a Thyristorschaltelements in byway a Steue ⁇ tion for the thyristors expedient that with a time resolution in the range of 10 - 100 ys operates.
  • the by-pass contactor only needs a control accuracy in the range of 10 - 20 ms.
  • the Ortsnetztrans ⁇ formator in the by-pass comprises a current-limiting element, which can be implemented, for example, as a resistor or inductance.
  • the by-pass contactor is preferably one of the utility categories AC3 or AC4. Because of the short time the byway contactor remains on, it is possible to do this
  • the second tap is one of the first taps.
  • the local network ⁇ transformer preferably comprises three taps, of which the middle - in relation to their location on the winding - is connected to the bypass contactor. Alternatively, a different number of taps may be provided, for example, five taps or seven taps.
  • the Mauwegs- contactor is preferably connected to the middle of the taps. In one embodiment of the local power transformer, more than one by-pass with more than one by-pass contactor is provided. These are advantageously connected to the second, fourth, sixth etc. tap counted from the end of the winding.
  • the local network ⁇ transformer contains the local network ⁇ transformer a control device that automatically performs a control of the load switching.
  • the control device expediently means that allow Erken ⁇ tion when a switch should occur.
  • these may be means for determining voltage and / or current on the input or output side. By this it is determined whether a switchover is necessary nö ⁇ tig, for example, by increasing the output side load, the corresponding slight decrease in the output voltage is detected.
  • the control of the load switching can also be taken from outside the local power transformer before ⁇ .
  • the Ortsnetztransforma ⁇ tor expedient means that a control from the outside he ⁇ possible.
  • a preferred, but by no means limitative exporting ⁇ approximately example of the invention will be based on the
  • FIG. 1 shows a line switch in a controllable local power transformer 10, which is shown in single phase for a better overview.
  • the local power transformer 10 has a primary winding 100 and a secondary low-voltage side Wick ⁇ averaging one hundred and first
  • the voltage on the side of primary winding 100 is 10 kV by way of example, while a voltage of 400 V AC is output on the side of the seconding ⁇ därwicklung one hundred and first
  • a first output terminal 19 of the local network transformer 10 is connected to the taps 13, 14, 15 in a more complex manner in order to realize a changeover of the transmission ratio in the local network transformer 10.
  • a second output terminal 12 of the local power transformer 10 is connected to the beginning 11 of the secondary winding 101.
  • the secondary winding 101 has a first tap 13
  • the length of the secondary winding 101 used can be increased or decreased by 10%, if one starts from the middle of the three taps 14.
  • the output terminals are connected to the first output terminal 19 for the switching of the transmission ratio.
  • the contactors 16a, b, c make a connection between the first output terminal 19 and the first, second or third tap 13, 14, 15 ago.
  • the second tap 14 has another connection to the first output terminal 19 in parallel with the second contactor 16b via a byway contactor 17 on. This connection serves to enable an uninterrupted changeover, in which the current is briefly conducted via the by-pass contactor 17. In series with the bypass contactor 17, a current-limiting resistor 20 is arranged.
  • the by-pass contactor 17 In normal operation, the by-pass contactor 17 is opened, while one of the contactors 16a, b, c, a connection with one of the taps 13, 14, 15 is made. If a changeover take place, the by-pass contactor 17 is closed in order to keep the current flow without interruption. After a short waiting time, for example stored in a control, has expired, the currently closed contactor 16a, b, c is opened and another of the contactors 16a, b, c is closed, i. the connection to the currently active tap 13, 14, 15 interrupted and then the connection to another of the taps 13, 14, 15 made. Thereafter, the by-pass contactor 17 is opened again. Between the beginning of the individual switching operations, a short waiting time is expediently observed, for example, in the size of the middle
  • Switching times of the contactors 16a, b, c As a result, unintentional short circuits are avoided.
  • a signal of the actuating coils can be evaluated in order to determine a suitable switching time.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

Es wird ein Ortsnetztransformator angegeben, aufweisend: - eine Transformatorwicklung auf der Seite der Ortsnetzspannung, wobei ein Endbereich der Transformatorwicklung wenigstens zwei erste Anzapfungen aufweist und das andere Ende der Transformatorwicklung mit einem zweiten Ausgangsanschluss für die Ortsnetzspannung verbunden ist, - eine Verbindungsleitung zwischen jeder der Anzapfungen und einem ersten Ausgangsanschluss für die Ortsnetzspannung, wobei in jeder der Verbindungsleitungen ein dreiphasiges Schütz angeordnet ist, - eine zweite Anzapfung im Endbereich der Transformatorwicklung, die über ein dreiphasiges Nebenwegs-Schütz mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist, - ein strombegrenzendes Element in Serie zum Nebenwegs-Schütz.

Description

Beschreibung
Regelbarer Ortsnetztransformator Die Erfindung betrifft regelbaren Ortsnetztransformator zur Transformation einer Mittelspannung, typischerweise im kV- Bereich, in einer Ortsnetzspannung, beispielsweise 400 V.
Energieverteilnetze sind insbesondere durch die Impedanzen der Netzkomponenten und durch wechselnde Lasten Spannungsschwankungen unterworfen. Es ist erstrebenswert, die Schwankungen so gering wie möglich zu halten. Dafür wird bei Transformatoren zwischen der Hoch- und der Mittelspannung eine Um- schaltung des Windungsverhältnisses verwendet. Diese gleicht die bei Belastungsänderungen auftretenden Spannungsschwankungen aus, indem sie das Übersetzungsverhältnis zwischen der Hoch- und der Mittelspannung ändert. Zu diesem Zweck ist zumindest eine der Wicklungen des Transformators mit einer Rei¬ he von Anzapfungen versehen, die elektrisch angebunden werden können. Weiterhin ist ein Mechanismus vorgesehen, der die Um- schaltung zwischen zwei Wählerpositionen unterbrechungsfrei auch unter Last vornimmt. Ein Windungskurzschluss wird ver¬ mieden, indem der Stromfluss kurzzeitig über Widerstände ge¬ zwungen wird.
Es ist anzunehmen, dass in Zukunft die Energieversorgung im Vergleich zur heutigen Situation dezentraler erfolgt. Das heißt, die Stromerzeugung findet näher zum Verbraucher als heute in einer größeren Zahl von jeweils kleineren Anlagen statt. Solche Anlagen sind beispielsweise
Photovoltaikanlagen, Windkraftwerke und Biomasse-Kraftwerken oder auch kleinere Blockheizkraftwerke. Wenn der erzeugte Strom nicht direkt abgenommen werden kann, ist eine Einspei- sung vom Niederspannungsnetz, d.h. Ortsnetz, in das Mittel- spannungsnetz erforderlich, um eine verlustarme Übertragung über weite Strecken zu ermöglichen. Hierzu ist es erforderlich, im Ortsnetztransformator ein variables Übersetzungsver- hältnis zur Verfügung zu stellen, d.h. einen regelbaren Ortsnetztransformator zu schaffen.
Es sind regelbare Ortsnetztransformatoren bekannt, mit denen eine Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses unter Last unterbrechungsfrei möglich ist. Dazu wird beispielsweise in der DE 10 2008 064 487 AI ein Nebenweg für den Strom über einen Thyristorkreis bereitgestellt. Der Thyristorkreis und damit der Nebenweg wird genau dann leitend geschaltet, wenn der eigentliche Leitungsumschalter den Stromweg unterbricht. Durch eine genaue Ansteuerung des Thyristorkreises wird dabei die Zeit minimiert, in der ein durch die Windungen getriebe¬ ner Kreisstrom über die Anzapfungen, den Thyristorkreis und den Leitungsumschalter fließen kann. Nachteilig ist hieran der hohe Aufwand, der für die zeitlich sehr genaue Ansteue¬ rung der Thyristoren erforderlich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen regelbaren Ortsnetztransformator anzugeben, der besonders einfach aufge- baut ist. Diese Aufgabe wird durch einen regelbaren Ortsnetztransformator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der erfindungsgemäße regelbare Ortsnetztransformator weist eine Transformatorwicklung auf der Seite der Ortsnetzspannung auf, wobei ein Endbereich der Transformatorwicklung wenigstens zwei erste Anzapfungen aufweist und das andere Ende der Transformatorwicklung mit einem zweiten Ausgangsanschluss für die Ortsnetzspannung verbunden ist. Weiterhin weist der Ortsnetztransformator eine Verbindungsleitung zwischen jeder der Anzapfungen und einem ersten Ausgangsanschluss für die Orts¬ netzspannung auf, wobei in jeder der Verbindungsleitungen ein dreiphasiges Schütz angeordnet ist. Ferner umfasst der Orts- netztransformator eine zweite Anzapfung im Endbereich der
Transformatorwicklung, die über ein dreiphasiges Nebenwegs- Schütz mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist, wobei in Serie zum Nebenwegs-Schütz ein strombegrenzendes Element geschaltet ist.
Die Schütze in den Verbindungsleitungen erlauben somit eine Auswahl des Übersetzungsverhältnisses des Ortsnetztransforma¬ tors, indem zwischen dem ersten Ausgangsanschluss und verschiedenen Anzapfungen der Wicklung eine direkte Verbindung herstellbar ist. Um für den Strom einen Nebenweg zu realisieren, ist die zweite Anzapfung der niederspannungsseitigen Transformatorwicklung über ein Nebenwegs-Schütz ebenfalls mit dem ersten Ausgangsanschluss des Ortsnetztransformators ver¬ bunden .
Der so geschaffene regelbare Ortsnetztransformator weist ge- genüber bekannten Ortsnetztransformatoren den Vorteil eines vereinfachten Aufbaus auf. So ist beispielsweise bei der Ver¬ wendung eines Thyristorschaltelements im Nebenweg eine Steue¬ rung für die Thyristoren zweckmäßig, die mit einer zeitlichen Auflösung im Bereich von 10 - 100 ys arbeitet. Das Nebenwegs- Schütz hingegen benötigt lediglich eine Steuergenauigkeit im Bereich von 10 - 20 ms. Da mit dem Nebenwegs-Schütz ein
Kreisstrom nicht so gut verhindert werden kann wie mit einem Thyristorkreis im Strom-Nebenweg, umfasst der Ortsnetztrans¬ formator im Nebenweg ein strombegrenzendes Element, das bei- spielsweise als Widerstand oder Induktivität realisiert sein kann .
Bevorzugt ist das Nebenwegs-Schütz eines der Gebrauchskatego¬ rien AC3 oder AC4. Wegen der kurzen Zeit, die das Nebenwegs- Schütz eingeschaltet bleibt, ist es möglich, hierfür ein
Schütz zu verwenden, dessen Belastbarkeit geringer ist als der Nennstrom im Ortsnetztransformator. Ein solches Schütz ist verhältnismäßig klein und verringert somit den Bauraum, der im Ortsnetztransformator benötigt wird, deutlich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die die zweite Anzapfung eine der ersten Anzapfungen. Mit anderen Worten greift der Strom-Nebenweg an einer der ersten Anzapfungen an. Damit wird eine zusätzliche Anzapfung nur für den Strom- Nebenweg unnötig und kann eingespart werden. Der Ortsnetz¬ transformator umfasst bevorzugt drei Anzapfungen, von denen die mittlere - in Bezug auf ihre Lage an der Wicklung - mit dem Nebenwegs-Schütz verbunden ist. Alternativ kann auch eine andere Anzahl an Anzapfungen vorgesehen sein, beispielsweise fünf Anzapfungen oder sieben Anzapfungen. Das Nebenwegs- Schütz ist bevorzugt mit der mittleren der Anzapfungen verbunden. In einer Ausgestaltung des Ortsnetztransformators ist mehr als ein Nebenweg mit mehr als einem Nebenwegs-Schütz vorgesehen. Diese sind vorteilhaft mit der zweiten, vierten, sechsten etc. Anzapfung vom Ende der Wicklung aus gezählt verbunden . Zweckmäßig, aber nicht zwangsläufig, enthält der Ortsnetz¬ transformator eine Steuerungseinrichtung, die selbsttätig eine Steuerung der Lastumschaltung vornimmt. Dazu weist die Steuerungseinrichtung zweckmäßig Mittel auf, die eine Erken¬ nung ermöglichen, wann eine Umschaltung erfolgen sollte. Bei- spielsweise kann es sich dabei um Mittel zur Bestimmung von Spannung und/oder Strom auf der Eingangs- oder Abgangsseite handeln. Durch diese wird ermittelt, ob eine Umschaltung nö¬ tig ist, indem beispielsweise bei erhöhter abgangsseitiger Last die entsprechende leichte Senkung der Ausgangsspannung detektiert wird. Alternativ kann die Steuerung der Lastumschaltung auch von außerhalb des Ortsnetztransformators vor¬ genommen werden. In diesem Fall weist der Ortsnetztransforma¬ tor zweckmäßig Mittel auf, die eine Steuerung von außen er¬ möglichen. Dabei kann es sich um eine indirekte, beispiels- weise digitale Fernsteuerung handeln, die im Ortsnetztrans¬ formator durch eine Steuereinrichtung umgesetzt wird in die tatsächliche Ansteuerung des Schalters. Es kann sich auch um eine direkte, analoge Steuerung von außen handeln, die ggfs. sogar ohne interne Steuereinrichtung erfolgen kann, bei- spielsweise durch direkte Beaufschlagung eines Aktors des Schaltelements von außen mit Strom. Ein bevorzugtes, jedoch keinesfalls einschränkendes Ausfüh¬ rungsbeispiel für die Erfindung wird nunmehr anhand der
Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale stark schematisiert und nicht maßstäblich dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 einen Leitungsumschalter in einem regelbaren Ortsnetztransformator 10, der für die bessere Übersicht einphasig dargestellt ist. Der Ortsnetztransformator 10 weist eine Primärwicklung 100 und eine niederspannungsseitige Sekundärwick¬ lung 101 auf. Die Spannung auf Seite der Primärwicklung 100 beträgt beispielhaft 10 kV, während auf der Seite der Sekun¬ därwicklung 101 eine Spannung von 400 V AC ausgegeben wird.
Ein erster Ausgangsanschluss 19 des Ortsnetztransformators 10 ist auf komplexere Weise mit den Anzapfungen 13, 14, 15 ver- bunden, um eine Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses im Ortsnetztransformator 10 zu realisieren. Mit dem Anfang 11 der Sekundärwicklung 101 ist ein zweiter Ausgangsanschluss 12 des Ortsnetztransformators 10 verbunden. Die Sekundärwicklung 101 weist eine erste Anzapfung 13 bei
9/11, eine zweite Anzapfung 14 bei 10/11 und eine dritte An¬ zapfung 15 bei 11/11 ihrer Länge auf; letztere also am Ende der Sekundärwicklung 101. Bei dieser Lage der Anzapfungen 13, 14, 15 kann also die Länge der verwendeten Sekundärwicklung 101 um 10% erhöht oder verringert werden, wenn man von der mittleren der drei Anzapfungen 14 ausgeht.
Für die Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses sind Schüt¬ ze 16a, b, c vorgesehen, deren Ausgangsanschlüsse mit dem ersten Ausgangsanschluss 19 verbunden sind. Die Schütze 16a, b, c stellen eine Verbindung zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 19 und der ersten, zweiten oder dritten Anzapfung 13, 14, 15 her. Zweckmäßig ist nur eines der Schütze 16a, b, c zu einer Zeit geschlossen und die verbleibenden Schütze sind ge- öffnet.
Die zweite Anzapfung 14 weist eine weitere Verbindung zum ersten Ausgangsanschluss 19 parallel zum zweiten Schütz 16b über ein Nebenwegs-Schütz 17 auf. Diese Verbindung dient dazu, eine unterbrechungsfreie Umschaltung zu ermöglichen, in dem der Strom kurzzeitig über das Nebenwegs-Schütz 17 geleitet wird. In Serie zum Nebenwegs-Schütz 17 ist ein strombe- grenzender Widerstand 20 angeordnet.
Im normalen Betriebsfall ist das Nebenwegs-Schütz 17 geöffnet, während über eines der Schütze 16a, b, c eine Verbindung mit einer der Anzapfungen 13, 14, 15 hergestellt ist. Soll eine Umschaltung stattfinden, so wird das Nebenwegs-Schütz 17 geschlossen, um den Stromfluss unterbrechungsfrei zu halten. Nach Ablauf einer kurzen, beispielsweise in einer Steuerung hinterlegten Wartezeit wird das derzeit geschlossene Schütz 16a, b, c geöffnet und ein anderes der Schütze 16a, b, c ge- schlössen, d.h. die Verbindung zur derzeit aktiven Anzapfung 13, 14, 15 unterbrochen und dann die Verbindung zu einer anderen der Anzapfungen 13, 14, 15 hergestellt. Danach wird das Nebenwegs-Schütz 17 wieder geöffnet. Zwischen dem Beginn der einzelnen Schaltvorgänge wird zweckmäßig eine kurze Wartezeit eingehalten, beispielsweise in der Größe der mittleren
Schaltzeiten der Schütze 16a, b, c. Dadurch werden unbeabsichtigte Kurzschlüsse vermieden. Alternativ kann auch ein Signal der Betätigungsspulen ausgewertet werden, um einen geeigneten SchaltZeitpunkt zu ermitteln.

Claims

Patentansprüche
1. Regelbarer Ortsnetztransformator (10), aufweisend:
- eine Transformatorwicklung (101) auf der Seite der Orts- netzspannung, wobei ein Endbereich der Transformatorwicklung (101) wenigstens zwei erste Anzapfungen (13, 14, 15) aufweist und das andere Ende der Transformatorwicklung (101) mit einem zweiten Ausgangsanschluss (12) für die Ortsnetzspannung verbunden ist,
- eine Verbindungsleitung zwischen jeder der Anzapfungen (13, 14, 15) und einem ersten Ausgangsanschluss (19) für die Ortsnetzspannung, wobei in jeder der Verbindungsleitungen ein dreiphasiges Schütz (16a, b, c) angeordnet ist,
- eine zweite Anzapfung (14) im Endbereich der Transformator- wicklung (101), die über ein dreiphasiges Nebenwegs-Schütz
(17) mit dem ersten Ausgangsanschluss (19) verbunden ist,
- ein strombegrenzendes Element (20) in Serie zum Nebenwegs- Schütz (17) .
2. Regelbarer Ortsnetztransformator (10) gemäß Anspruch 1, bei dem das Nebenwegs-Schütz (17) eines der Klasse AC3 oder AC4 ist.
3. Regelbarer Ortsnetztransformator (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Anzapfung (14) eine der ersten Anzapfungen (13, 14, 15) ist.
4. Regelbarer Ortsnetztransformator (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das strombegrenzende Element (20) ein Widerstand (20) ist.
5. Regelbarer Ortsnetztransformator (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit genau drei ersten Anzapfungen (13, 14, 15) .
6. Regelbarer Ortsnetztransformator (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 mit genau fünf ersten Anzapfungen (13, 14, 15) , wobei ein weiterer Nebenweg mit einem weiteren Neben- wegs-Schütz und einem weiteren strombegrenzenden Element in Serie zum weiteren Nebenwegs-Schütz vorgesehen ist, wobei da Nebenwegs-Schütz (17) mit einem zweiten der fünf ersten Anzapfungen (13, 14, 15) verbunden ist und das weitere Nebenwegs-Schütz mit einem vierten der fünf ersten Anzapfungen (13, 14, 15) verbunden ist.
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