JP2010259170A - Power supply device for autonomous operation, and grid connected system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自立運転用給電装置及びそれを用いる系統連系システムに関するものである。 The present invention relates to a power supply device for autonomous operation and a grid interconnection system using the same.
近年、地球温暖化対策のため化石燃料の代替エネルギーとして再生可能エネルギーの導入が図られており、一般家庭においても、屋根に設置した太陽電池パネルの出力を交流に変換し、商用交流電源と系統連系運転を行う太陽光発電システムが普及しつつある(例えば特許文献1参照)。 In recent years, renewable energy has been introduced as an alternative to fossil fuels as a countermeasure against global warming. Even in ordinary households, the output of solar panels installed on the roof is converted to AC, and commercial AC power and systems Photovoltaic power generation systems that perform interconnection operation are becoming widespread (for example, see Patent Document 1).
図4(a)は、太陽電池パネルを分散電源として備えた従来の系統連系システムのシステム構成図である。このシステムは、住宅の屋根に設置される太陽電池パネル1と、太陽電池パネル1により発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ2と、住宅用分電盤5とを備えており、パワーコンディショナ2は住宅内、例えば壁の上側位置に設置されている。
Fig.4 (a) is a system block diagram of the conventional grid connection system provided with the solar cell panel as a distributed power supply. This system includes a
住宅用分電盤5には、商用交流電源ACに接続される主幹ブレーカ51と、主幹ブレーカ51の二次側の幹線53に接続される複数の分岐ブレーカ52とが収納されている。
The
パワーコンディショナ2は、図4(b)に示すように、太陽電池パネル1の出力を交流電力に変換するインバータ回路21と、インバータ回路21の出力と幹線53との間に設けられた解列開閉器22と、器体2aの側面に配設され自立運転時にインバータ回路21から供給される交流電力を電気機器8に給電する自立運転用コンセント23と、インバータ回路21の出力と自立運転用コンセント23との間に設けられた自立運転用ブレーカ24と、パワーコンディショナ2の運転モードを系統連系運転又は自立運転の何れかに切り替える切替スイッチ(SW)25と、切替スイッチ25の設定に応じて解列開閉器22、自立運転用ブレーカ24のオン/オフを切り替えることで運転モードの切り替えを行う運転モード切替回路26と、器体2aの前面に設けられたLEDや液晶ディスプレイからなり、太陽電池パネル1による発電状況や運転モード(系統連系運転モード又は自立運転モード)等を表示する状態表示部27とを備えている。
As shown in FIG. 4B, the
ここで、切替スイッチ25を用いて運転モードが系統連系運転モードに切り替えられると、運転モード切替回路26は、解列開閉器22をオン、自立運転用ブレーカ24をオフさせて、インバータ回路21の出力を幹線53に接続させており、分散電源が商用交流電源に系統連系される。
Here, when the operation mode is switched to the grid interconnection operation mode using the
一方、商用交流電源ACの停電時などにパワーコンディショナ2を自立運転モードで動作させる場合、ユーザが切替スイッチ25を用いて運転モードを自立運転モードに切り替える操作を行うと、運転モード切替回路26は、切替スイッチ25からの切替信号に応じて、解列開閉器22をオフさせることで分散電源を商用電力系統から系統分離するとともに、自立運転用ブレーカ24をオンさせてインバータ回路21の出力を自立運転用コンセント23に供給する。この時、状態表示部27はパワーコンディショナ2の運転モードが自立運転モードに切り替えられたことを表示しており、この表示を確認したユーザが所望の電気機器8を自立運転用コンセント23に接続すると、インバータ回路21の出力が自立運転用コンセント23に接続された電気機器8に供給される。尚、図4(a)中の点線aは系統連系運転時の発電電力の流れを、一点鎖線bは自立運転時の発電電力の流れを夫々示している。
On the other hand, when operating the
ところで、図4の系統連系システムではパワーコンディショナ2が宅内に設置されているが、パワーコンディショナ2が宅外に設置された系統連系システムもあり、そのシステム構成図を図5(a)に示す。この系統連系システムでは、パワーコンディショナ2が宅外に設置されているため、自立運転モードにおいて電気機器8に給電するための自立運転用コンセント6や、太陽電池パネル1の発電状況などを液晶ディスプレイLCDや発光ダイオードLDにより表示する表示部7aを備えた発電モニタ7がパワーコンディショナ2とは別体に設けられて、宅内に設置されている。発電モニタ7とパワーコンディショナ2との間では例えばRS485などのシリアル通信によりデータ通信を行っており、パワーコンディショナ2から送られた発電状況などの情報が発電モニタ7に表示される。また、発電モニタ7にはパワーコンディショナ2の運転モードを系統連系運転又は自立運転の何れかに切り替える切替スイッチ(SW)7bが設けられている。
Incidentally, in the grid interconnection system of FIG. 4, the
一方、パワーコンディショナ2は、図5(b)に示すように、太陽電池パネル1の出力を交流電力に変換するインバータ回路21と、インバータ回路21の出力と幹線53との間に設けられた解列開閉器22と、インバータ回路21の出力と自立運転用コンセント6との間に設けられた自立運転用ブレーカ24と、発電モニタ7に設けられた切替スイッチ7bの設定に応じて解列開閉器22、自立運転用ブレーカ24のオン/オフを切り替えることで運転モードの切り替えを行う運転モード切替回路26と、太陽電池パネル1の発電状況や運転状態などの情報を発電モニタ7に出力して発電モニタ7に表示させる動作情報出力回路28とを備えている。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the
ここで、発電モニタ7に設けられた切替スイッチ7bを用いて運転モードが系統連系運転モードに切り替えられると、運転モード切替回路26が、切替スイッチ7bから入力される切替信号に応じて解列開閉器22をオン、自立運転用ブレーカ24をオフさせて、インバータ回路21の出力を幹線53に接続させており、分散電源が商用交流電源に系統連系される。
Here, when the operation mode is switched to the grid connection operation mode using the
一方、商用交流電源ACの停電時などにパワーコンディショナ2を自立運転モードで動作させる場合、ユーザが切替スイッチ7bを用いて運転モードを自立運転モードに切り替える操作を行うと、運転モード切替回路26が、切替スイッチ7bからの切替信号に応じて、解列開閉器22をオフさせることで分散電源を商用電力系統から系統分離するとともに、自立運転用ブレーカ24をオンさせて、インバータ回路21の出力を自立運転用コンセント6に供給する。この時、発電モニタ7の表示部7aは、動作情報出力回路28から入力された運転モードの情報に基づいて、パワーコンディショナ2の運転モードが自立運転モードに切り替えられたことを表示する。そして、この表示を確認したユーザが所望の電気機器8を自立運転用コンセント6に接続すると、インバータ回路21の出力が自立運転用コンセント6に接続された電気機器8に供給される。
On the other hand, when operating the
上述した前者の系統連系システムに用いられるパワーコンディショナ2は、天井付近の高所に設置されることが多いため、このようなパワーコンディショナ2に、自立運転用コンセント23や切替スイッチ25が設けられている場合、運転モードを系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに切り換える操作や、自立運転用コンセント23に電気機器8のプラグを接続する作業がやりにくいという問題があった。また自立運転用コンセント23が高所にあるため、この自立運転用コンセント23に接続される電気機器8の置き場所に困るという問題もあった。
Since the
また上述した後者の系統連系システムでは、パワーコンディショナ2が宅外に設置されているので、パワーコンディショナ2と別に設けた自立運転用コンセント6及び切替スイッチ7bが宅内に設置されており、自立運転用コンセント6は、一般的なコンセントと同様に、壁面において床に近い高さ位置に設置されるのに対して、切替スイッチ7bを有する発電モニタ7は視認性を考慮して人の目線位置より若干低い高さ位置に設置されている。したがって、自立運転用コンセント6と、発電モニタ7の切替スイッチ7bとが離れた場所に設置されることになり、自立運転用コンセント6から給電させるために、系統連系運転モードから自立運転モードに切り換える切替スイッチ7bが何処にあるのかが分かりにくいという問題があった。
Moreover, in the latter grid connection system mentioned above, since the
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、運転モードを切り替える操作や、自立運転用コンセントに負荷を接続する作業を容易に行えるとともに、運転モードを切り替えるスイッチと自立運転用コンセントとの対応関係が容易に理解できる自立運転用給電装置及びそれを用いる系統連系システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to easily perform an operation for switching the operation mode and an operation for connecting a load to a stand-alone operation outlet, and switch the operation mode. It is an object of the present invention to provide a power supply device for self-sustained operation in which the correspondence between a switch and an outlet for self-sustained operation can be easily understood, and a grid interconnection system using the same.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、分散電源から供給される直流電力を交流に変換する電力変換部と、商用交流電源に接続された幹線と電力変換部との間に挿入される解列開閉器と、自立運転時に給電される負荷と電力変換部との間に挿入される自立運転用ブレーカと、外部から入力されるモード切替信号に応じて解列開閉器及び自立運転用ブレーカをそれぞれ開閉させることで系統連系運転と自立運転との切替を行う運転モード切替回路とを備えた系統連系システムに用いられる自立運転用給電装置であって、切替操作に応じて運転モードを系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに選択的に切り替えるモード切替信号を発生する運転モード切替操作部と、電力変換部から自立運転用ブレーカを介して供給される電力を負荷に給電するための自立運転用コンセント部とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、自立運転用コンセント部に、通電中か否かを表示する通電表示手段が設けられたことを特徴とする。
The invention of
請求項3の発明は系統連系システムであって、上記電力変換部と上記解列開閉器と上記自立運転用ブレーカと上記運転モード切替回路とを有するパワーコンディショナと、請求項1又は2の何れか1項に記載の自立運転用給電装置とを具備することを特徴とする。
Invention of
請求項1の発明によれば、自立運転用給電装置が、運転モード切替操作部と自立運転用コンセント部とを両方共に備えているので、系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに運転モードを切り替えるために操作する運転モード切替操作部と、自立運転時に通電される自立運転用コンセント部の対応関係が理解しやすい自立運転用給電装置を提供できるという効果がある。しかも、自立運転用給電装置は、電力変換部や解列開閉器と別に設けられているので、電力変換部や解列開閉器を備えるパワーコンディショナが壁の上方位置に設置される場合でも、自立運転用給電装置を人の手が届く高さ位置に設置することができ、運転モード切替操作部を用いて運転モードを切り換える操作や、自立運転用コンセント部に負荷の電気機器を接続する作業を容易に行えるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, since the power supply device for independent operation includes both the operation mode switching operation unit and the independent operation outlet unit, the operation is performed in either the grid interconnection operation mode or the autonomous operation mode. There is an effect that it is possible to provide a power supply device for self-sustained operation that makes it easy to understand the correspondence between the operation mode switching operation unit that operates to switch modes and the self-sustained operation outlet unit that is energized during self-sustained operation. Moreover, since the power supply device for independent operation is provided separately from the power conversion unit and the disconnection switch, even when the power conditioner including the power conversion unit and the disconnection switch is installed above the wall, The power supply device for self-sustained operation can be installed at a height that can be reached by humans, and the operation mode switching operation unit can be used to switch the operation mode, or the load electrical device can be connected to the self-sustained operation outlet unit. There is an effect that can be easily performed.
請求項2の発明によれば、通電表示手段の表示から、自立運転用コンセント部に通電されているか否かを容易に判別できるという効果がある。 According to the second aspect of the present invention, there is an effect that it can be easily determined from the display of the energization display means whether or not the self-sustained operation outlet is energized.
請求項3の発明によれば、自立運転用給電装置が、運転モード切替操作部と自立運転用コンセント部とを両方共に備えているので、系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに運転モードを切り替えるために操作する運転モード切替操作部と、自立運転時に通電される自立運転用コンセント部との対応関係が理解しやすい系統連系システムを実現できる。しかも、自立運転用給電装置は、電力変換部や解列開閉器を備えるパワーコンディショナと別体に設けられているので、パワーコンディショナが壁の上方位置に設置される場合でも、自立運転用給電装置を人の手が届く高さ位置に設置することができ、運転モード切替操作部を用いて運転モードを切り換える操作や、自立運転用コンセント部に負荷の電気機器を接続する作業を容易に行える系統連系システムを実現できるという効果がある。
According to the invention of
以下に、本発明の技術思想を、分散電源として太陽電池パネルを用いる系統連系システムに適用した実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the technical idea of the present invention is applied to a grid interconnection system using a solar battery panel as a distributed power source will be described with reference to the drawings.
図2は系統連系システムの概略的なシステム構成図であり、本システムは、例えば住宅の屋根RFに設置される太陽電池パネル1と、パワーコンディショナ2と、自立運転用給電装置Aと、住宅用分電盤5とを備えている。
FIG. 2 is a schematic system configuration diagram of the grid interconnection system. This system includes, for example, a
住宅用分電盤5は、図1に示すように、商用交流電源ACに接続される主幹ブレーカ51と、主幹ブレーカ51の二次側の幹線53に接続される複数の分岐ブレーカ52とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
またパワーコンディショナ2は、図1に示すように、運転モードの切替などの全体的な制御を行う制御部20(運転モード切替回路)と、太陽電池パネル1の出力を交流電力に変換するインバータ回路21(電力変換部)と、インバータ回路21の出力と幹線53との間に設けられた解列開閉器22と、インバータ回路21の出力と自立運転用給電装置Aとの間に設けられた自立運転用ブレーカ24とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
制御部20は、自立運転用給電装置Aから入力されるモード切替信号に応じて、解列開閉器22及び自立運転用ブレーカ24をそれぞれ開閉させることで系統連系運転と自立運転との切替を行うものである。ここで、系統連系運転に切り替えるモード切替信号が入力された場合、制御部20は解列開閉器22をオン、自立運転用ブレーカ24をオフさせて、分散電源である太陽電池パネル1を商用交流電源に系統連系させる。また商用交流電源ACの停電時などに自立運転に切り替えるモード切替信号が制御部20に入力された場合、制御部20は解列開閉器22をオフさせて、分散電源を商用電力系統から系統分離するとともに、自立運転用ブレーカ24をオンさせて自立運転用給電装置Aに給電を行う。
The
自立運転用給電装置Aは、図1〜図3に示すように運転モード切替操作部としての切替スイッチ3と、自立運転用コンセント部としてのコンセント4とで構成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the power supply device A for autonomous operation includes a
切替スイッチ3は、器体の前面に揺動自在に配置された操作ハンドル31と、操作ハンドル31の揺動操作に応じてオン/オフする接点部32とを備え、接点部32の接点信号が制御部20に入力される。
The change-over
コンセント4は器体40の前面に、電気機器8の備えるプラグ8aが差込接続されるプラグ接続部41を一口備えている。プラグ接続部41は、器体40の前面に開口してプラグ8aの栓刃がそれぞれ挿入される一対の栓刃挿入口42と、栓刃挿入口42を通して器体40内部に挿入される栓刃を受ける一対の刃受部材43とで構成される。そして、器体40の内部には、一対の刃受部材43の間に接続される抵抗RとネオンランプLとの直列回路が収納されており、ネオンランプLの発光部は器体40の前面に露設されている。
The
これら切替スイッチ3及びコンセント4は共通の取付枠60を用いて造営材に埋込配設される。取付枠60は、埋込型の配線器具を造営材に埋込配設するために用いられ、図3(b)に示すように矩形枠状に形成され、長手方向に沿う左右の側片61には配線器具を取り付けるための器具取付孔62が3組ずつ設けられている。また取付枠60の長手方向において対向する取付片63には、図示しない埋込ボックスに取り付けるためのボックスねじ用の長孔64と、壁を構成する石膏ボードなどに取り付けるための従来周知のはさみ金具(図示せず)が取着される取着孔65と、前面に化粧プレート70を取り付けるためのプレートねじ用のねじ孔66とが設けられている。
The
取付枠60には、単位寸法に形成された埋込型の配線器具が3個まで取付可能であり、切替スイッチ3の器体は単位寸法の1個分の大きさ(1個モジュール寸法)、コンセント4の器体は単位寸法の2個分の大きさ(2個モジュール寸法)にそれぞれ形成されているので、切替スイッチ3とコンセント4とを共通の取付枠60を用いて埋込配設することが可能である。
Up to three embedded wiring devices formed in unit dimensions can be attached to the mounting
ここで、ユーザが切替スイッチ3の操作ハンドル31を系統連系運転側に切り替える操作を行うと、操作ハンドル31の操作に応じて接点部32がオン又はオフされ、運転モードを系統連系運転モードに切り替える接点信号がパワーコンディショナ2に入力される。このとき、制御部20は、切替スイッチ3からの接点信号に応じて解列開閉器22をオン、自立運転用ブレーカ24をオフさせて、インバータ回路21の出力を幹線53に接続し、太陽電池パネル1からなる分散電源を商用電源系統に系統連系させる。
Here, when the user performs an operation of switching the operation handle 31 of the
一方、ユーザが切替スイッチ3の操作ハンドル31を自立運転側に切り替える操作を行うと、操作ハンドル31の操作に応じて接点部32がオフ又はオンされ、運転モードを自立運転モードに切り替える接点信号がパワーコンディショナ2に入力される。このとき、制御部20は、切替スイッチ3からの接点信号に応じて解列開閉器22をオフさせるとともに、自立運転用ブレーカ24をオンさせており、分散電源が商用電源系統から系統分離され、コンセント4に給電される。ここで、インバータ回路21の出力がコンセント4に供給されると、抵抗Rを介してネオンランプLに電流が流れ、ネオンランプLが点灯するので、ユーザはネオンランプLの点灯状態からコンセント4に通電されたことを確認できる。そして、ユーザが所望の電気機器8のプラグ8aをコンセント4のプラグ接続部41に接続すると、太陽電池パネル1で発電されインバータ回路21で交流に変換された電力が電気機器8に供給されるので、例えば停電などの異常で商用電源系統から受電できない場合でも、自立運転用のコンセント4に接続された電気機器8を動作させることができる。
On the other hand, when the user performs an operation of switching the operation handle 31 of the
以上説明したように自立運転用給電装置Aは、運転モード切替操作部としての切替スイッチ3と、自立運転用コンセント部としてのコンセント4とを両方共に備えているので、、系統連系運転モードから自立運転モードに切り替えるために操作する切替スイッチ3と、自立運転時に通電されるコンセント4との対応関係が容易に理解できる。すなわち、自立運転時にコンセント4から給電させるために、どのスイッチを操作すればよいかが容易に判別できるから、ユーザの使い勝手が向上する。また、コンセント4および切替スイッチ3を備えた自立運転用給電装置Aは、インバータ回路21や解列開閉器22を備えるパワーコンディショナ2とは別体に設けられているので、パワーコンディショナ2が壁の上方位置に設置される場合でも、自立運転用給電装置Aを人の手が届く高さ位置に設置することができ、切替スイッチ3を用いて運転モードを切り換える操作や、コンセント4に負荷の電気機器を接続する作業を容易に行うことができる。
As described above, the power supply device A for autonomous operation includes both the
尚、本実施形態では埋込型配線器具の1個モジュール寸法に形成された切替スイッチ3と2個モジュール寸法に形成されたコンセント4とを共通の取付枠60に取り付けて自立運転用給電装置Aを構成しているが、取付枠60に取り付けられる1つの器体に、切替操作に応じて運転モードを系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに選択的に切り替えるモード切替信号を発生する運転モード切替操作部と、自立運転用ブレーカから入力される電力を前記負荷に給電するための自立運転用コンセント部とを設けてもよい。また、自立運転用給電装置Aは埋込型のものに限定されるものではなく、造営面に露設される共通の器体に運転モード切替操作部と自立運転用コンセント部とを設けてもよい。
In the present embodiment, the
また更にパワーコンディショナ2の自立運転時には、コンセント4に設けた通電表示手段としてのネオンランプLが点灯するので、このネオンランプLの点灯状態から、コンセント4に通電されているか否かを容易に判別することができる。尚、本実施形態では一対の刃受部材43の間に、抵抗Rを介して接続されたネオンランプLで通電表示手段を構成しているが、刃受部材43への通電状態を検知する通電センサと、通電センサの検知結果を音或いは光で報知するブザーやランプなどの報知手段で通電表示手段を構成してもよい。
Further, since the neon lamp L as an energization display means provided in the
また自立運転用給電装置Aからは、運転モードを切り換えるモード切替信号として接点信号を出力しているので、自立運転用給電装置Aにパワーコンディショナ2との間で通信を行う通信回路を設ける必要がなく、自立運転用給電装置Aの回路構成を簡単にできる。
Further, since the power supply device A for independent operation outputs a contact signal as a mode switching signal for switching the operation mode, it is necessary to provide a communication circuit for performing communication with the
なおパワーコンディショナ2には、接点信号の入力インターフェイスを備える必要があり、既設の系統連系システムに自立運転用給電装置Aを追加する場合に、既設のパワーコンディショナ2が接点信号の入力インターフェイスを備えていなければ、高価なパワーコンディショナ2を置き換える必要がある。そこで、パワーコンディショナ2が元々備えているシリアル通信インターフェイス(例えばRS485の通信ポートなど)を利用し、自立運転用給電装置Aから入力される接点信号を、パワーコンディショナ2が備えるシリアル通信インターフェイスの通信プロトコルに変換して、パワーコンディショナ2側に送信する信号中継用アダプタを自立運転用給電装置Aとパワーコンディショナ2との間に設けても良く、既設のパワーコンディショナ2をそのまま利用できるから、高額の設備を置き換えることなく、本実施形態の自立運転用給電装置Aを利用することができる。また、上述のような信号中継用アダプタを備える代わりに、自立運転用給電装置Aに、パワーコンディショナ2が元々備えている通信インターフェイスとの間で通信を行う通信回路を設け、当該通信回路からモード切替信号を送信させるようにしてもよい。
The
また本実施形態では、分散電源として太陽電池パネルを用いる系統連系システムを例に説明を行ったが、系統連系システムを上記の形態に限定する趣旨ではなく、分散電源として燃料電池や風力発電設備などを用いたものでもよい。 Further, in the present embodiment, the grid interconnection system using a solar cell panel as a distributed power source has been described as an example. However, the grid interconnection system is not limited to the above form, and a fuel cell or wind power generation is used as the distributed power source. The thing using equipment etc. may be used.
A 自立運転用給電装置
AC 商用交流電源
1 太陽電池パネル(分散電源)
2 パワーコンディショナ
3 切替スイッチ(運転モード切替操作部)
4 コンセント(自立運転用コンセント部)
5 住宅用分電盤
20 制御部(運転モード切替回路)
21 インバータ回路(電力変換)
22 解列開閉器
24 自立運転用ブレーカ
32 接点部
53 幹線
60 取付枠
A Power supply device for autonomous operation AC Commercial
2
4 Outlets (Outlet for independent operation)
5
21 Inverter circuit (power conversion)
22
Claims (3)
切替操作に応じて運転モードを系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに選択的に切り替えるモード切替信号を発生する運転モード切替操作部と、
電力変換部から自立運転用ブレーカを介して供給される電力を前記負荷に給電するための自立運転用コンセント部とを備えたことを特徴とする自立運転用給電装置。 A power conversion unit that converts DC power supplied from a distributed power source into AC, a disconnection switch that is inserted between the main line connected to a commercial AC power source and the power conversion unit, and power is supplied during independent operation A grid-connected operation by opening and closing a breaker for independent operation and a breaker for independent operation according to a mode switching signal input from the outside, and a breaker for independent operation inserted between a load and the power converter. A power supply device for self-sustaining operation used in a grid interconnection system including an operation mode switching circuit that performs switching with self-sustaining operation,
An operation mode switching operation section for generating a mode switching signal for selectively switching the operation mode to either the grid interconnection operation mode or the independent operation mode according to the switching operation;
A self-sustained operation power supply apparatus comprising: a self-sustained operation outlet section for supplying power supplied from a power converter through a breaker for self-sustained operation to the load.
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