JP2016024963A - 漏電遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】漏電遮断器の電源として半波整流器を用いることにより、漏電遮断器の電源回路の熱損失を減らして負担を軽減する。
【解決手段】本発明の漏電遮断器は、漏電検出回路の電源に半波整流回路を使用し、入力の脈流から半波整流信号検出手段を介し、定電圧回路の出力側で生成した断続電流でテストスイッチ動作を行うように構成した。これにより、低電圧から高電圧までを供用しなければならない漏電遮断器にとって、定電圧回路等の電源回路の熱損失を減らして負担を軽減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主回路の漏電を検知して通電電流を遮断する漏電遮断器に関し、特に、漏電遮断器の駆動電源として半波整流器の脈流から生成された断続電流によりテスト動作を行わせる漏電遮断器に関する。

従来方式の漏電遮断器について、図４により説明する。
図４において、１，１，１は３相の負荷電流を通電する主回路導体、２は主回路をＯＮ／ＯＦＦする開閉用接点部、３は漏電を検知する零相変流器（Ｚｅｒｏ ｐｈａｓｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）（以下、ＺＣＴという）、４は定電圧回路、５は主回路に漏電が検出された際にスイッチング動作を行うサイリスタ、６は開閉用接点部を開く引外し部、７は整流回路、８は定電圧回路、１１はテスト用スイッチである。

このような構成を備えた従来の漏電遮断器１００は、主回路導体１，１，１に異常な漏電が発生すると、零相変流器（ＺＣＴ）３により漏電が検出され二次巻線３ａに電流が流れる。二次巻線３ａに所定のレベルを超えた電流が流れると、漏電検出回路４は、サイリスタ（ＳＣＲ）５のゲート側に電流を流してＳＣＲ５を動作させ、引外し回路６（詳細は省略する）を動作させることで、開閉用接点部２を引外す。

ここで、図４に示す従来例におけるテスト動作時の漏電遮断器の動作について説明する。
テスト用スイッチ１１をＯＮ状態にすると、テストスイッチ用巻線３ｂに電流が流れ、ＺＣＴ３の二次巻線３ａ側に出力信号が発生する。このＺＣＴ出力信号が発生することによって、漏電検出回路４は信号の大きさが所定のレベルを超えた場合に漏電と判定する。所定のレベルの検出は、検出信号の立ち上がりや立ち下がり状態を計測するものであってもよい。たとえば、５０Ｈｚの電源を利用する場合に、一度目の立ち上がり信号を検出し、二度目の立ち上がり信号を一度目の立ち上がり信号の検出から１８から２２ｍｓｅｃ以内すなわち電源の周期の１０％以内誤差範囲内で信号を検出した場合に漏電と判断する。この場合、二度の立ち上がり信号の検出によって漏電と判断することが可能となる。また、ノイズを漏電と検出しにくくなり、漏電状態をより確実に検出することが可能となる。立ち上がり立ち下がりの検出を組み合わせてもよく、さらに複数回の検出を行ってもよい。検出回数を増加させると漏電と判断するまでに時間を要するが、ノイズによって誤って漏電と判断することが少なくなる。
漏電検出回路４によって漏電と判定すると、漏電検出回路４はＳＣＲ５のゲートに電圧を印加してターンオンさせて、ＳＣＲ５を動作させる。これにより引外し部６に電流を流すことで、開閉用接点部２を強制的に開いて漏電遮断を行うものである。

また、テストスイッチの接点間に印加される電圧を低く、且つ、零相変流器のテスト用巻線と二次巻線間の絶縁耐量を低くすることができる漏電遮断器を得ることを課題として、特開２００９−０８９５７４号公報（特許文献１）がある。これは、テストスイッチの接点間に印加される電圧を低く、且つ、零相変流器のテスト用巻線と二次巻線間の絶縁耐量を低くすることができる漏電遮断器を得ることを課題として、交流電路に挿入された零相変流器と、この零相変流器に流れる漏電電流が所定のレベルを越えたとき出力を発生する漏電検出回路と、前記漏電検出回路の出力により前記交流電路に挿入された遮断部を開離する引きはずし回路と、前記交流電路の電圧を整流して前記漏電検出回路に供給する整流回路と、前記零相変流器に巻回されたテスト巻線に擬似漏電電流を流すテスト回路とを備えた漏電遮断器において、前記テスト回路を、前記整流回路の出力側に、前記テスト巻線とテストスイッチと制限抵抗と光絶縁手段との直列接続体を接続したものから構成したものである。

このテスト回路は、電源としては主回路に直接接続された全波整流器と光絶縁手段（発光素子）を備え、整流回路の出力側に、テスト巻線とテストスイッチと制限抵抗と光絶縁手段（受光素子）との直列接続体を接続したものから構成したことを特徴としている。

特開２００９−８９５７４号公報

従来の漏電遮断器ではテスト回路に主回路からの交流電流を流すため、テスト回路が高電圧となるという問題点があった。このため、テスト回路はこれに耐える絶縁設計が必要となったり、他の回路との隔離距離を必要としたりで漏電遮断器のスペースを圧迫して小形化の妨げとなっていた。また、漏電のテスト信号の作成は交流電源に類似する信号を生成する必要があるため、その生成方法は容易にできるものではない。そのため、限られた装置構成の中で漏電検出のテスト信号の生成は大きな課題となっている。

また、テストスイッチについても、主回路電圧で使える小形のスイッチは市販されておらず、自社内で板バネなどを用いて製作する必要があるが、接触信頼性等で問題を生じることもあった。

特許文献１においては、テストスイッチの接点間に印加される電圧を低く、且つ、零相変流器のテスト用巻線と二次巻線間の絶縁耐量を低くすることができる漏電遮断器を得ることを課題とし、フォトカプラを利用したという点で類似しているものではあるが、これは、フォトカプラの一次側（発光部）が主回路の交流側に接続されているものである。また、特許文献１においては、整流回路としては全波整流回路が用いられている。

そのため、特許文献１では、零相変流器のテスト用巻線と二次巻線間の絶縁耐量を低くすることができるとの効果は謳っているものの、光絶縁手段の発光素子は依然として主回路の交流電路と全波整流回路の間に挿入されており、小型化された基板上に大きな抵抗を装備する必要があり、小型化に対しての課題が残るものである。

本発明の漏電遮断器においては、漏電検出回路の電源に半波整流回路を使用し、当該半波整流回路の入力電流の脈流から、半波整流信号検出手段を介して定電圧回路の出力側で断続電流を生成し、テスト回路のテスト用スイッチをＯＮとした際に、前記生成した断続電流により漏電遮断器のテスト動作を行うように構成したことを特徴とする。

また、本発明の交流電源の遮断を行う漏電遮断器において、交流電源には、一次巻線と二次巻線が巻きつけられた零相変流手段と、交流電源を半波整流する半波整流手段とが接続され、半波整流された交流電源は疑似的な漏電電流である疑似漏電電流の信号を生成する疑似漏電電流信号発生手段に接続されており、生成された疑似漏電電流の信号を受信した受信手段は、所定の場合に一次巻線に受信した疑似漏電電流の信号に対応する電流を供給し、供給された信号に対応する電流により二次巻線に流れた疑似漏電電流を検出する漏電検出手段は、漏電状態であると検出した場合に交流電源の遮断を行う信号を出力し、回路遮断手段は、遮断を行う信号によって交流電源の遮断を行うことを特徴とする。

本発明によれば、半波整流回路を用いることで遮断信号を容易に生成することが可能となる。

本発明の漏電遮断器の第１の実施例を示す回路構成図 本発明の漏電遮断器の第２の実施例を示す回路構成図 本発明の漏電遮断器の第１の実施例のタイムチャート 従来の漏電遮断器を示す回路構成図

本発明の漏電遮断器は、漏電検出回路の電源に半波整流回路を使用し、入力の脈流から半波整流信号検出手段を介し、定電圧回路の出力側で生成した断続電流でテストスイッチ動作を行うように構成したものである。

また、本発明の漏電遮断器は、漏電検出回路の主回路導体に半波整流回路を接続し、該半波整流回路を漏電検出回路の電源として使用し、該半波整流回路により整流された電流は半波整流信号検出手段の一次側に流され、零相変流器に対して電流が流され、半波整流信号検出手段を介して定電圧回路の出力側で生成した断続電流でテストスイッチ動作を行うように構成したものである。

また、本発明の漏電遮断器の半波整流信号検出手段は、フォトカプラ等の光絶縁手段である。

本発明の漏電遮断器は、漏電検出回路の主回路導体に接続した半波整流回路により、テストスイッチの動作時に、漏電電流の交流電流を疑似した低電流の断続した電流を作り出し、この半波整流回路の電流でフォトカプラ等の光絶縁手段を点滅させ漏洩電流を疑似した断続電流を得、これにより零相変流器を動作するように構成したものである。

さらに、本発明の漏電遮断器においては、テスト回路として能動素子として構成した電流制限回路を接続し、テスト電流の大きさおよび開閉を制御するように構成したものである。

以下、本発明の漏電遮断器の実施例を図１、図２を用いて説明する。図１は、漏電検出回路の電源を単相電流とした場合の実施例１の回路構成図である。

図１において、１，１，１は負荷電流を通電する主回路導体、２は主回路をＯＮ／ＯＦＦする開閉用接点部、３は漏電を検知する零相変流器（ＺＣＴ）、４は定電圧回路、５は主回路に漏電が検出された際にスイッチング動作を行うサイリスタ、６は開閉用接点部を開く引外し部引外し部（具体的には引き外しコイル）、７は半波整流回路、８は定電圧回路、９はフォトカプラ（発光側９ａ，受光側９ｂ）、１０はスイッチング回路またはスイッチング素子、１１はテスト用スイッチ、１２及び１３はツェナーダイオードである。なお、テスト用スイッチとスイッチング回路またはスイッチング素子１０はまとめてひとつの素子としても装置構成として成立するが、電気的な接続を考慮すると、フォトカプラの二次側９ｂに直接テスト用スイッチを接続することは望ましくない。この場合は、部品点数を削減することができ、装置構成が簡単にすることができる。

ここにおいて、定電圧回路８とフォトカプラ９の発光側（一次側）９ａには半波整流回路７を介して半波整流された電圧が供給される。実施例１は漏電検出回路の電源を単相電流とした場合であるので、半波整流回路７は、主回路１，１，１のＲ相，Ｔ相，Ｓ相のいずれか一つの主回路に接続されており、後段の増幅用のＩＣ等を動作させる電源として機能する。

ここで、図１に示す本発明の第１の実施例における漏電遮断器の動作について説明する。
主回路導体１，１，１のＲ相，Ｔ相，Ｓ相に流れる電流のバランスが崩れると、ＺＣＴ３により検知し、それによりＺＣＴ３は、二次巻線３ａに矢印ａのように電流を流す。この電流の矢印の方向はいずれでも構わない。
すると、この電流は漏電検出回路４によって検出され、漏電検出回路４はサイリスタ（ＳＣＲ）５のゲートに電圧を印加してターンオンさせて、ＳＣＲ５を動作させる。これにより引外し部６に電流を流すことで、開閉用接点部２を強制的に開いて漏電遮断を行うものである。

次に、図１に示す本発明の第１の実施例におけるテスト動作時の漏電遮断器の動作について説明する。
まず、テスト用スイッチ１１がＯＦＦ状態のときには、フォトカプラ受光側（二次側）９ｂには矢印ｂの電流は流されていない状態である。
ここで、テスト用スイッチ１１をＯＮ状態にすると、フォトカプラの二次側９ｂに電流が流れ、スイッチング回路としてのＴｒ１０が動作し、テストスイッチ用巻線３ｂに電流が流れる。
ここでテスト用スイッチは物理的な接触を行う単一スイッチ（タクティールスイッチ）として説明する。なお、単一スイッチ（タクティールスイッチ）に限らず、半導体スイッチやメンブレンスイッチを用いた場合には埃等に強く耐久性が高い。
また、漏電遮断器に搭載されるテスト用スイッチのみならず、漏電遮断器とは異なる装置（図示しない）からの信号を受信することによってスイッチがＯＮ状態と判定するものであってもよい。この場合は、ユーザがスイッチを直接操作することなく、前記異なる装置から漏電遮断テストによる遮断動作を行わせることができる。
また、テストのみならず、漏電遮断器の二次側に接続される装置を遠隔操作にて一次側と遮断することが実現可能となる。
他の実施例においても同様にスイッチング素子を上記した他の構成を用いることができ、この場合には用いた素子による効果を有する。
テストスイッチ用巻線３ｂに電流（図３のＺＣＴ巻線電流（Ｄ））が流れることによって、ＺＣＴ３の二次巻線３ａ側に出力信号（図３のＺＣＴ出力信号（Ｅ））が発生する。
このＺＣＴ出力信号（Ｅ）が発生することによって、漏電検出回路４は信号の立ち上がりを検出し、その場合には漏電していると判定する。この場合には、誤動作防止のために、２回目の立ち上がり等を検出した際に漏電と判定しても良いし、一定間隔で所定回数の信号の立ち上がりを検出した際に漏電と判定しても良い。
漏電検出回路４によって漏電と判定すると、漏電検出回路４はサイリスタ（ＳＣＲ）５のゲートに電圧を印加してターンオンさせて、ＳＣＲ５を動作させる。これにより引外し部６に電流を流すことで、開閉用接点部２を強制的に開いて漏電遮断を行う。

なお、本発明の実施例においては、検出された半波整流信号の送受手段としてフォトカプラを具体的な実施例として説明したが、半波整流信号を検出できる手段（半波整流信号検出手段）であれば、例えば、音波や超音波や可視光や赤外線（赤外光）等の信号により送受することも可能である。一次側と二次側を絶縁するために電気的な接続をせずに、信号を送受信できる素子やモジュールであることが望ましい。本願発明においては、サイズや雑音に強いフォトカプラを用いて説明する。
また、半波整流回路においても、具体的な実施例としてはダイオードにより実現したが、これにおいてもダイオードに限るものではなく、半波整流回路が実現できる構成であれば構わない。

本実施例１のテスト回路には、能動素子で構成した電流制限回路を接続しており、テスト電流の大きさおよび開閉を制御できるように構成する。この電流制限回路は能動素子と、３つの抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の組み合わせにより構成されており、能動素子は、トランジスタ１０により構成されている。抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４はテスト用スイッチ１１と直列に接続され、能動素子のトランジスタ１０のベースは、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の間に接続されている。このように、能動素子（トランジスタ）で構成した電流制限回路を備えたスイッチング回路１０においては、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の抵抗値を適宜選択することにより、スイッチング回路１０に流れる電流を適宜設定することが可能である。つまり、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の分圧比により、テスト電流の大きさ及び開閉を制御することができる。

次に本発明の実施例２を説明する。図２は、漏電検出回路の電源を三相電流とした場合の実施例２の回路構成図である。なお、実施例１と同じ機能の構成は、同じ符号を付して説明し、説明は簡略化した部分がある。

図２において、１，１，１は負荷電流を通電する主回路導体、２は主回路をＯＮ／ＯＦＦする開閉用接点部、３は漏電を検知するＺＣＴ、４は定電圧回路、５は主回路に漏電が検出された際にスイッチング動作を行うサイリスタ、６は開閉用接点部を開く引外し部、７は半波整流回路、８は定電圧回路、９はフォトカプラ（発光側９ａ，受光側９ｂ）、１０はスイッチング回路、１１はテスト用スイッチ、１２及び１３はツェナーダイオードである。

ここにおいて、定電圧回路８とフォトカプラ９の発光側（一次側）９ａには半波整流回路７を介して半波整流された電圧が供給される。実施例２は漏電検出回路の電源を３相電流とした場合であるので、半波整流回路７は、主回路１，１，１のＲ相，Ｔ相，Ｓ相の夫々に接続されたダイオードから構成されており、後段の増幅用のＩＣ等を動作させる電源として機能する。

ここで、図２に示す本発明の第２の実施例における漏電遮断器の動作について説明する。
主回路導体１，１，１のＲ相，Ｔ相，Ｓ相に流れる電流のバランスが崩れると、ＺＣＴ３により検知し、それによりＺＣＴ３は、二次巻線３ａに矢印ａのように電流を流す。すると、この電流は漏電検出回路４によって検出され、漏電検出回路４はＳＣＲ５のゲートに電圧を印加してターンオンさせて、ＳＣＲ５を動作させる。これにより引外し部６に電流を流すことで、開閉用接点部２を強制的に開いて漏電遮断を行う。

次に、図１に示す本発明の第１の実施例におけるテスト動作時の漏電遮断器の動作について説明する。
まず、テスト用スイッチ１１がＯＦＦ状態のときには、フォトカプラ受光側（二次側）９ｂには矢印ｂの電流は流されていない状態である。ここで、テスト用スイッチ１１をＯＮ状態にすると、フォトカプラ二次側９ｂに電流が流れ、スイッチング回路のＴｒ１０が動作し、テストスイッチ用巻線３ｂに電流が流れる。

テストスイッチ用巻線３ｂに電流（図４のＺＣＴ巻線電流）が流れることによって、ＺＣＴ３の二次巻線３ａ側に出力信号（図４のＺＣＴ出力信号）が発生する。このＺＣＴ出力信号が発生することによって、漏電検出回路４は信号の大きさが所定のレベル（値）を超えた場合に漏電していると判定する。
漏電検出回路４によって漏電と判定すると、漏電検出回路４はサイリスタ（ＳＣＲ）５のゲートに電圧を印加してターンオンさせて、ＳＣＲ５を動作させる。これにより引外し部６に電流を流すことで、開閉用接点部２を強制的に開いて漏電遮断を行う。
ここにおいて、実施例２においても、能動素子で構成した電流制限回路は同一であるので説明は省略する。

次に、本発明の第１の実施例の漏電遮断器の動作、電流、信号等のタイムチャートにより、動作の手順を説明する。
図３のタイムチャート（Ａ）はテスト用スイッチ（テスト釦）のＯＮ時のタイミングであり、（Ｂ）は定電圧回路の入力電圧であり、（Ｃ）はフォトカプラの発光出力であり、（Ｄ）はＺＣＴのテストスイッチ用巻線の電流であり、（Ｅ）はＺＣＴの出力信号（漏電検出回路の入力信号）であり、（Ｆ）は漏電検出回路のサイリスタ駆動出力であり、（Ｇ）は引外しコイルの電流である。
（１）図４の（Ａ）の立ち上がりのタイミングでテスト用スイッチ（釦）１１がＯＮされて信号が発せられる。
（２）図４の（Ｂ）のテスト用スイッチ１１のＯＮまでの小さい波形は、漏電の待機電流である。テスト用スイッチ１１のＯＮによって疑似漏電電流（Ｂ）が流れる。
（３）フォトカプラ９の一次側９ａには半波整流された電流が流れるため、波形（Ｂ）に対応するように発光する。
（４）テスト用スイッチ１１のスイッチＯＦＦ状態ではスイッチング素子１０によって電流が流れないため、ＺＣＴ３のテストスイッチ用巻線３ａには電流は発生しない。テスト用スイッチ１１のスイッチＯＮ状態でスイッチング素子１０がＯＮとなるため、テストスイッチ用巻線３ａに電流が発生する。

ここでの電流が斜めになっているのは、ＺＣＴのインダクタ成分によるものである。実際には積分波形になる場合が多い。説明簡略化のため、線形として記載した。
（５）ＺＣＴの出力信号（Ｅ）はＺＣＴ３のテストスイッチ用巻線３ａの電流（Ｄ）に対応して動作するため、立ち上がりと立ち下がりの動作（矢印）をする。
（６）図３では、サイリスタ５の駆動出力（Ｆ）は、ＺＣＴの出力信号（Ｅ）の２回目の立ち上がりを検出するＩＣを用いた場合を示している。その理由は、１度目の立ち上がりでサイリスタ５を駆動させると、ノイズ等でＺＣＴの出力信号（Ｅ）が立ち上がってしまった場合に回路を遮断することとなるのを防ぐためのものである。
これ以外にも、３回目の立ち上がりを検出することにより動作させる実施例も考えられる。また、立ち上がりの間隔は５０あるいは６０Ｈｚを基準としているので、あまりに短い間隔では反応しないようになっている実施例も考えられる。例えば、１パルス目の立ち上がりを検出してから１８から２２ｍｓｅｃ程度で再度立ち上がりを検出した場合に遮断動作を行う実施例もが考えられる。さらに、これらに続く先の１８から２２ｍｓｅｃの間の１０ｍｓｅｃ程度での立ち下がりを検出しなければ動作しないという実施例も考えられる。
（７）漏電検出回路４により、上記（６）のステップで漏電と判定された場合に引外し動作を行うために、引外し部（コイル）６に電流を流す。引外し部６への電流は、漏電検出回路のサイリスタ駆動出力（Ｆ）の立ち上がりに対応し、引外し動作が達成される。

本発明によれば、漏電遮断器の電源として半波整流器を用いることにより、低電圧から高電圧までを供用しなければならない漏電遮断器にとって、定電圧回路等の電源回路の熱損失を減らして負担を軽減することができる。
また、本発明によれば、半波整流器を用いることにより、テスト回路を低電圧化することができ、絶縁設計の軽減に貢献できる。

１，１，１・・・主回路導体（Ｒ相，Ｔ相，Ｓ相）
２・・・開閉用接点部
３・・・零相変流器
３ａ・・・二次巻線
３ｂ・・テストスイッチ用巻線（一次巻線）
４・・・漏電検出回路
５・・・サイリスタ（ＳＣＲ）
６・・・引外し部
７・・・半波整流回路（半波整流手段）
８・・・定電圧回路
９・・・フォトカプラ（光絶縁手段、疑似漏電電流信号発生手段）
９ａ・・・発光側
９ｂ・・・受光側
１０・・・スイッチング回路（スイッチング素子）
１１・・・テスト用スイッチ
１２・・・ツェナーダイオード
１３・・・ツェナーダイオード

Claims (9)

1. 漏電遮断器において、漏電検出回路の電源に半波整流回路を使用し、当該半波整流回路の入力電流の脈流から、半波整流信号検出手段を介して定電圧回路の出力側で断続電流を生成し、テスト回路のテスト用スイッチをＯＮとした際に、前記生成した断続電流により漏電遮断器のテスト動作を行うように構成したことを特徴とする漏電遮断器。
2. 前記半波整流信号検出手段は、光絶縁手段であることを特徴とする請求項１記載の漏電遮断器。
3. 前記テスト回路には、能動素子で構成した電流制限回路を接続し、テスト電流の大きさおよび開閉を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の漏電遮断器。
4. 前記電流制限回路は能動素子と抵抗の組み合わせにより構成されており、該能動素子はトランジスタにより構成されていることを特徴とする請求項３記載の漏電遮断器。
5. 交流電源の遮断を行う漏電遮断器において、
   前記交流電源には、一次巻線と二次巻線が巻きつけられた零相変流手段と、前記交流電源を半波整流する半波整流手段とが接続され、
   半波整流された前記交流電源は疑似的な漏電電流である疑似漏電電流の信号を生成する疑似漏電電流信号発生手段に接続されており、
   生成された前記疑似漏電電流の信号を受信した受信手段は、所定の場合に前記一次巻線に受信した前記疑似漏電電流の信号に対応する電流を供給し、
   供給された前記信号に対応する電流により前記二次巻線に流れた疑似漏電電流を検出する漏電検出手段は、漏電状態であると検出した場合に前記交流電源の遮断を行う信号を出力し、
   回路遮断手段は、前記遮断を行う信号によって交流電源の遮断を行うこと
   を特徴とする漏電遮断器。
6. 請求項５記載の漏電遮断器であって、
   前記一次側と前記二次側とが電気的に絶縁されていること
   を特徴とする漏電遮断器。
7. 請求項５または６記載の回路遮断器であって、
   前記受信手段にはスイッチング素子が接続されており、
   前記所定の場合とは、前記スイッチング素子の入力状態によって前記信号に対応する電流を供給する場合であること
   を特徴とする漏電遮断器。
8. 請求項５乃至７のいずれか一項に記載の漏電遮断器において、
   前記交流電源は単相交流電源あるいは三相交流電源であることを特徴とする漏電遮断器。
9. 請求項５乃至８のいずれか一項に記載の漏電遮断器において、
   前記疑似漏電電流信号発生手段は、可視光または赤外線または紫外線または超音波または音波によって前記疑似漏電電流の信号を生成すること
   を特徴とする漏電遮断器。

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