JP3568745B2 - 酸化物超電導ケーブル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力輸送用、超電導マグネット、電流リード、発電機、医療機器などとしての応用開発が進められている酸化物超電導体および酸化物超電導ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物超電導ケーブルの一例として、図３に示すように、超電導導体１を銅などからなるパイプ２の周囲に螺旋状に巻回してなる超電導ケーブル３が知られてる。
この超電導導体１は、酸化物超電導コア４が銀などからなるシース５により覆われて形成され、該超電導導体１をパイプ２に対して複数層巻回することにより形成されている。
このような超電導ケーブル３にあっては、図３に示すように、パイプ２の表面に巻回される超電導導体１の一層目６が、いわゆるＳより（右より）の方向に巻回され、かつ、該一層目６に巻回される超電導導体１の二層目７が、いわゆるＺより（左より）の方向に巻回されるような、各層毎に逆方向に巻回するＳ−Ｚ方向のスパイラル巻きや、また、Ｓよりの方向に重ねて巻回するようなＳ−Ｓ方向のスパイラル巻き等が利用されて、積層状態の超電導導体積層８が形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように超電導導体が各層毎に巻かれるような層状構造を持つ酸化物超電導ケーブルの場合、該酸化物超電導ケーブルの自己磁場の影響から、ケーブル最外層の超電導導体に多くの電流が流れ、内側層に向かって実際の電流は小さくなる層間電流勾配が発生することがさけられず、臨界電流密度が低下する傾向があるという問題があった。
そのため、多くの場合、各層の超電導導体に別々に電流を流し込み、各層間の電流のバランスがとれるように層間に抵抗もしくはコンデンサー、コイル等を介在することにより上記問題の解決を図っていたが、これらの方法では、実質的に抵抗が０であるという超電導の特性を充分に生かし切れないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼各超電導導体に流れる電流の値と自己磁場から受ける影響との均等化を図り、超電導導体の層間電流勾配の解消を図ること。
▲２▼臨界電流密度を増大し、酸化物超電導ケーブルの大容量化を図ること。
▲３▼簡単な構造の酸化物超電導ケーブルを提供すること。
▲４▼製造コストを削減すること。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
酸化物超電導コアをシースで覆って形成された超電導導体を素線絶縁し、それらがパイプ状のフォーマの周囲に、複数配された酸化物超電導ケーブルであって、前記超電導導体からなる超電導導体撚り線がフォーマに巻回されたことにより超電導撚り線層が形成され、各超電導導体が、自己磁場の影響を均等にするために前記超電導撚り線層の表層側と内層側とに交互に位置するよう撚り合わされる。
超電導撚り線が、少なくとも２本の超電導導体を撚り合わされて形成されることが好ましい。
超電導導体のコアがＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ （Ｂｉ２２１２相），Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ （Ｂｉ２２２３相），Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ ，などで示される組成を持つものとされ、特に、Ｂｉ系２２２３相またはＢｉ系２２１２相のＢｉ系酸化物超電導材料が選択されることが好ましい。
シースがＡｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属とされることが好ましい。
超電導導体の撚りピッチが、該超電導導体の線径の５００倍〜５０００倍に設定されることが好ましく、より好ましくは、１０００倍に設定される。
超電導導体撚り線がフォーマへ巻回される２際の次ピッチが、該超電導導体の線径の５００倍〜５０００倍に設定されることが好ましく、より好ましくは、１０００倍に設定される。
フォーマの内部は、液体窒素等の冷却媒体の流路とされ、超電導導体の冷却が行われる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る酸化物超電導ケーブルの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１ないし図２において、符号１０は酸化物超電導ケーブル、２０は超電導導体、３０は超電導導体撚り線、４０はフォーマである。
【０００７】
酸化物超電導ケーブル１０は、図１に示すように、パイプ状のフォーマ４０の周囲に、表面を素線絶縁した超電導導体２０が複数配されて例えば円筒状の超電導導体撚り線層１１が形成される。
超電導導体撚り線層１１は、超電導導体２０が撚り合わされた超電導導体撚り線３０により形成され、該超電導導体撚り線３０がフォーマ４０に巻回されることにより形成される。
酸化物超電導ケーブル１０の外側には、図示しない半導体層、絶縁層およびまたは密閉層が形成される。
【０００８】
超電導導体２０は、幅０．５〜２ｍｍ程度、厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の範囲のものとされ、例えば、幅１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとされて、図１ないし図２に示すように、酸化物超電導コア２１をシース２２で覆って形成され、例えば厚さ１μｍ〜２０μｍ程度のエナメル層からなる絶縁層２３で覆われている。 酸化物超電導コア２１は、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ （Ｂｉ系２２１２相），Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ （Ｂｉ系２２２３相），Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ ，などで示される組成を持つものとされ、例えば、Ｂｉ系酸化物超電導物質のうち、Ｂｉ系２２２３相またはＢｉ系２２１２相により形成される。
シース２２は、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属あるいはそれらの合金とされ、例えば、銀シースとされる。
【０００９】
超電導導体撚り線３０は、図１または図２に示すように、超電導導体撚り線層１１の厚さになるように、例えば２本の超電導導体２０を撚り合わせて形成される。このとき、超電導導体２０の撚りピッチＬが、図２に示すように、該超電導導体２０の線径（幅）の５００倍〜５０００倍、好ましくは、１０００倍程度に設定され、例えば１ｍとされる。
超電導導体撚り線３０は、図１に示すように、フォーマ４０の周囲にスパイラル巻き状に巻回され、この際、超電導導体撚り線３０がフォーマ４０の周囲に巻回する際の２次ピッチが、超電導導体２０の線径（幅）の５００倍〜５０００倍、好ましくは、１０００倍程度に設定されて１ｍとされる。
【００１０】
フォーマ４０は、図１に示すようにパイプ状とされ、例えば内径２８ｍｍ、外径３０ｍの寸法とされる。フォーマ４０の内部は、例えば液体窒素等の冷却媒体の流路とされ、超電導導体２０の冷却が行われれる。
【００１１】
上記のような構成であると、各超電導導体２０が撚り合わされて超電導導体撚り線３０とされ、かつ、該超電導導体撚り線３０がフォーマ４０に巻回されていることにより、超電導導体２０は、撚りピッチＬ毎に超電導導体撚り線層１１の半径方向の位置が、最内側位置から最外側位置まで繰り返して経由しながら酸化物超電導ケーブル１０の軸線方向に延在することになる。
したがって、酸化物超電導ケーブル１０に電流を流した場合には、該酸化物超電導ケーブル１０の半径方向に強さが異なる自己磁場が発生するが、１本の超電導導体２０がこの自己磁場から受ける影響は、各撚りピッチＬ毎に酸化物超電導ケーブル１０の半径方向の位置変化に対応して変化して、超電導導体撚り線３０ごとに相殺される。
そのため、それぞれの超電導導体２０においては、酸化物超電導ケーブル１０の軸線方向に前記自己磁場から受ける影響が均等化する。その結果、各々の超電導導体２０には、等しい値の電流を流すことが可能となり、超電導導体撚り線層１１の半径方向の電流勾配が解消される。
【００１２】
〔実施例〕
Ｂｉ系２２２３相からなるＢｉ系酸化物超電導物質を酸化物超電導コアとし、Ａｇをシース線材とし、厚さ１０μｍのエナメルを絶縁層とした、幅１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの超電導導体２本により、撚りピッチＬを１ｍとして超電導導体撚り線を形成し、該超電導導体撚り線４５本を、外径３０ｍｍのフォーマに１ｍの２次ピッチとして巻回し、酸化物超電導ケーブルを作成した。
この酸化物超電導ケーブルに以下の条件で測定実験を行った。
外部磁場：０Ｔ
温度：７７Ｋ
１本の超電導導体の臨界電流値：５Ａ
酸化物超電導ケーブルの臨界電流値：２００Ａ
１本の超電導導体の電流値：約４．５Ａ
酸化物超電導ケーブルの電流値：２００Ａ
この結果、各超電導導体には、臨界電流値の９０％程度の電流が流れることが測定された。
【００１３】
また、上述の酸化物超電導ケーブルにおいて、超電導導体の撚りピッチＬを変化させたものを作成し、測定実験を行った。その結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
この結果、超電導導体の撚りピッチＬが、超電導導体の線径（幅）の５００倍〜５０００倍、好ましくは、１０００倍に設定されることにより、流れる電流値の向上が図られることが測定された。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の酸化物超電導ケーブルによれば、以下の効果を奏する。
（１）超電導導体により超電導導体撚り線を形成して、超電導導体が超電導導体撚り線層の最内側と最外側とに交互に位置するようにしたので、各超電導導体を流れる電流の値と自己磁場から受ける影響との均等化を図ることができる。
（２）各超電導導体において流れる電流と自己磁場から受ける影響とが等しいため、超電導導体撚り線層における電流勾配を解消して、内側に位置する超電導導体にも電流を流すとともに、臨界電流密度を増大し、酸化物超電導ケーブルの大容量化を図ることができる。
（３）、超電導導体の層毎に生じる電流勾配をコンデンサ、抵抗等により均一化する必要がないため、簡単な構造の酸化物超電導ケーブルを提供することができる。
（４）上記により製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酸化物超電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の酸化物超電導ケーブルにおける超電導導体撚り線を示す拡大斜視図である。
【図３】従来の酸化物超電導ケーブルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…酸化物超電導ケーブル，１１…超電導導体撚り線層，２０…超電導導体，２１…酸化物超電導コア，２２…シース，２３…絶縁層，３０…超電導導体撚り線，４０…フォーマ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力輸送用、超電導マグネット、電流リード、発電機、医療機器などとしての応用開発が進められている酸化物超電導体および酸化物超電導ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物超電導ケーブルの一例として、図３に示すように、超電導導体１を銅などからなるパイプ２の周囲に螺旋状に巻回してなる超電導ケーブル３が知られてる。
この超電導導体１は、酸化物超電導コア４が銀などからなるシース５により覆われて形成され、該超電導導体１をパイプ２に対して複数層巻回することにより形成されている。
このような超電導ケーブル３にあっては、図３に示すように、パイプ２の表面に巻回される超電導導体１の一層目６が、いわゆるＳより（右より）の方向に巻回され、かつ、該一層目６に巻回される超電導導体１の二層目７が、いわゆるＺより（左より）の方向に巻回されるような、各層毎に逆方向に巻回するＳ−Ｚ方向のスパイラル巻きや、また、Ｓよりの方向に重ねて巻回するようなＳ−Ｓ方向のスパイラル巻き等が利用されて、積層状態の超電導導体積層８が形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように超電導導体が各層毎に巻かれるような層状構造を持つ酸化物超電導ケーブルの場合、該酸化物超電導ケーブルの自己磁場の影響から、ケーブル最外層の超電導導体に多くの電流が流れ、内側層に向かって実際の電流は小さくなる層間電流勾配が発生することがさけられず、臨界電流密度が低下する傾向があるという問題があった。
そのため、多くの場合、各層の超電導導体に別々に電流を流し込み、各層間の電流のバランスがとれるように層間に抵抗もしくはコンデンサー、コイル等を介在することにより上記問題の解決を図っていたが、これらの方法では、実質的に抵抗が０であるという超電導の特性を充分に生かし切れないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼各超電導導体に流れる電流の値と自己磁場から受ける影響との均等化を図り、超電導導体の層間電流勾配の解消を図ること。
▲２▼臨界電流密度を増大し、酸化物超電導ケーブルの大容量化を図ること。
▲３▼簡単な構造の酸化物超電導ケーブルを提供すること。
▲４▼製造コストを削減すること。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
酸化物超電導コアをシースで覆って形成された超電導導体を素線絶縁し、それらがパイプ状のフォーマの周囲に、複数配された酸化物超電導ケーブルであって、前記超電導導体からなる超電導導体撚り線がフォーマに巻回されたことにより超電導撚り線層が形成され、各超電導導体が、自己磁場の影響を均等にするために前記超電導撚り線層の表層側と内層側とに交互に位置するよう撚り合わされる。
超電導撚り線が、少なくとも２本の超電導導体を撚り合わされて形成されることが好ましい。
超電導導体のコアがＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ （Ｂｉ２２１２相），Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ （Ｂｉ２２２３相），Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ ，などで示される組成を持つものとされ、特に、Ｂｉ系２２２３相またはＢｉ系２２１２相のＢｉ系酸化物超電導材料が選択されることが好ましい。
シースがＡｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属とされることが好ましい。
超電導導体の撚りピッチが、該超電導導体の線径の５００倍〜５０００倍に設定されることが好ましく、より好ましくは、１０００倍に設定される。
超電導導体撚り線がフォーマへ巻回される２際の次ピッチが、該超電導導体の線径の５００倍〜５０００倍に設定されることが好ましく、より好ましくは、１０００倍に設定される。
フォーマの内部は、液体窒素等の冷却媒体の流路とされ、超電導導体の冷却が行われる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る酸化物超電導ケーブルの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１ないし図２において、符号１０は酸化物超電導ケーブル、２０は超電導導体、３０は超電導導体撚り線、４０はフォーマである。
【０００７】
酸化物超電導ケーブル１０は、図１に示すように、パイプ状のフォーマ４０の周囲に、表面を素線絶縁した超電導導体２０が複数配されて例えば円筒状の超電導導体撚り線層１１が形成される。
超電導導体撚り線層１１は、超電導導体２０が撚り合わされた超電導導体撚り線３０により形成され、該超電導導体撚り線３０がフォーマ４０に巻回されることにより形成される。
酸化物超電導ケーブル１０の外側には、図示しない半導体層、絶縁層およびまたは密閉層が形成される。
【０００８】
超電導導体２０は、幅０．５〜２ｍｍ程度、厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の範囲のものとされ、例えば、幅１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとされて、図１ないし図２に示すように、酸化物超電導コア２１をシース２２で覆って形成され、例えば厚さ１μｍ〜２０μｍ程度のエナメル層からなる絶縁層２３で覆われている。 酸化物超電導コア２１は、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ （Ｂｉ系２２１２相），Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ （Ｂｉ系２２２３相），Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ ，などで示される組成を持つものとされ、例えば、Ｂｉ系酸化物超電導物質のうち、Ｂｉ系２２２３相またはＢｉ系２２１２相により形成される。
シース２２は、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属あるいはそれらの合金とされ、例えば、銀シースとされる。
【０００９】
超電導導体撚り線３０は、図１または図２に示すように、超電導導体撚り線層１１の厚さになるように、例えば２本の超電導導体２０を撚り合わせて形成される。このとき、超電導導体２０の撚りピッチＬが、図２に示すように、該超電導導体２０の線径（幅）の５００倍〜５０００倍、好ましくは、１０００倍程度に設定され、例えば１ｍとされる。
超電導導体撚り線３０は、図１に示すように、フォーマ４０の周囲にスパイラル巻き状に巻回され、この際、超電導導体撚り線３０がフォーマ４０の周囲に巻回する際の２次ピッチが、超電導導体２０の線径（幅）の５００倍〜５０００倍、好ましくは、１０００倍程度に設定されて１ｍとされる。
【００１０】
フォーマ４０は、図１に示すようにパイプ状とされ、例えば内径２８ｍｍ、外径３０ｍの寸法とされる。フォーマ４０の内部は、例えば液体窒素等の冷却媒体の流路とされ、超電導導体２０の冷却が行われれる。
【００１１】
上記のような構成であると、各超電導導体２０が撚り合わされて超電導導体撚り線３０とされ、かつ、該超電導導体撚り線３０がフォーマ４０に巻回されていることにより、超電導導体２０は、撚りピッチＬ毎に超電導導体撚り線層１１の半径方向の位置が、最内側位置から最外側位置まで繰り返して経由しながら酸化物超電導ケーブル１０の軸線方向に延在することになる。
したがって、酸化物超電導ケーブル１０に電流を流した場合には、該酸化物超電導ケーブル１０の半径方向に強さが異なる自己磁場が発生するが、１本の超電導導体２０がこの自己磁場から受ける影響は、各撚りピッチＬ毎に酸化物超電導ケーブル１０の半径方向の位置変化に対応して変化して、超電導導体撚り線３０ごとに相殺される。
そのため、それぞれの超電導導体２０においては、酸化物超電導ケーブル１０の軸線方向に前記自己磁場から受ける影響が均等化する。その結果、各々の超電導導体２０には、等しい値の電流を流すことが可能となり、超電導導体撚り線層１１の半径方向の電流勾配が解消される。
【００１２】
〔実施例〕
Ｂｉ系２２２３相からなるＢｉ系酸化物超電導物質を酸化物超電導コアとし、Ａｇをシース線材とし、厚さ１０μｍのエナメルを絶縁層とした、幅１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの超電導導体２本により、撚りピッチＬを１ｍとして超電導導体撚り線を形成し、該超電導導体撚り線４５本を、外径３０ｍｍのフォーマに１ｍの２次ピッチとして巻回し、酸化物超電導ケーブルを作成した。
この酸化物超電導ケーブルに以下の条件で測定実験を行った。
外部磁場：０Ｔ
温度：７７Ｋ
１本の超電導導体の臨界電流値：５Ａ
酸化物超電導ケーブルの臨界電流値：２００Ａ
１本の超電導導体の電流値：約４．５Ａ
酸化物超電導ケーブルの電流値：２００Ａ
この結果、各超電導導体には、臨界電流値の９０％程度の電流が流れることが測定された。
【００１３】
また、上述の酸化物超電導ケーブルにおいて、超電導導体の撚りピッチＬを変化させたものを作成し、測定実験を行った。その結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
この結果、超電導導体の撚りピッチＬが、超電導導体の線径（幅）の５００倍〜５０００倍、好ましくは、１０００倍に設定されることにより、流れる電流値の向上が図られることが測定された。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の酸化物超電導ケーブルによれば、以下の効果を奏する。
（１）超電導導体により超電導導体撚り線を形成して、超電導導体が超電導導体撚り線層の最内側と最外側とに交互に位置するようにしたので、各超電導導体を流れる電流の値と自己磁場から受ける影響との均等化を図ることができる。
（２）各超電導導体において流れる電流と自己磁場から受ける影響とが等しいため、超電導導体撚り線層における電流勾配を解消して、内側に位置する超電導導体にも電流を流すとともに、臨界電流密度を増大し、酸化物超電導ケーブルの大容量化を図ることができる。
（３）、超電導導体の層毎に生じる電流勾配をコンデンサ、抵抗等により均一化する必要がないため、簡単な構造の酸化物超電導ケーブルを提供することができる。
（４）上記により製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酸化物超電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の酸化物超電導ケーブルにおける超電導導体撚り線を示す拡大斜視図である。
【図３】従来の酸化物超電導ケーブルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…酸化物超電導ケーブル，１１…超電導導体撚り線層，２０…超電導導体，２１…酸化物超電導コア，２２…シース，２３…絶縁層，３０…超電導導体撚り線，４０…フォーマ
Claims (2)
- 酸化物超電導コアをシースで覆って形成された超電導導体を素線絶縁し、それらが、パイプ状のフォーマの周囲に複数配された酸化物超電導ケーブルであって、前記超電導導体からなる超電導導体撚り線をフォーマに巻回して超電導撚り線層が形成され、各超電導導体が、自己磁場の影響を均等にするために前記超電導撚り線層の表層側と内層側とに交互に位置するようフォーマの周囲に配され、
前記超電導導体の撚りピッチが、該超電導導体の線径の５００倍〜５０００倍に設定されることを特徴とする酸化物超電導ケーブル。 - 前記超電導導体撚り線が、超電導導体を２本撚り合わせて形成されたことを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導ケーブル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21952297A JP3568745B2 (ja) | 1997-08-14 | 1997-08-14 | 酸化物超電導ケーブル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21952297A JP3568745B2 (ja) | 1997-08-14 | 1997-08-14 | 酸化物超電導ケーブル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1166981A JPH1166981A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3568745B2 true JP3568745B2 (ja) | 2004-09-22 |
Family
ID=16736804
Family Applications (1)
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| JP21952297A Expired - Fee Related JP3568745B2 (ja) | 1997-08-14 | 1997-08-14 | 酸化物超電導ケーブル |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3568745B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100772823B1 (ko) | 2007-01-12 | 2007-11-01 | 엘에스전선 주식회사 | 초전도 선재의 배열 안정성이 향상된 초전도 케이블 |
-
1997
- 1997-08-14 JP JP21952297A patent/JP3568745B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1166981A (ja) | 1999-03-09 |
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