KR0168833B1 - 진공차단기 - Google Patents

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KR0168833B1
KR0168833B1 KR1019890009112A KR890009112A KR0168833B1 KR 0168833 B1 KR0168833 B1 KR 0168833B1 KR 1019890009112 A KR1019890009112 A KR 1019890009112A KR 890009112 A KR890009112 A KR 890009112A KR 0168833 B1 KR0168833 B1 KR 0168833B1
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에프.베스텔 어니스트
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에디 이. 스코트
쿠퍼 인더스트리즈, 인코포레이티드
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Abstract

내용 없음.

Description

진공 차단기
제1도는 본 발명에 따른 진공차단기의 일부 절개 단면도.
제2도는 제1도에 나타낸 진공차단기에 조립되는 2개의 전극 구조중의 하나의 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
8, 9 : 단부판 10 : 원통부재
12, 24 ; 컨넥터 14 : 중심구멍,
15 : 진공용기 17,17' : 주전극
19, 21 : 도체판 26, 60 : 코일도체
23, 23' : 지지로드 25 : 가동전극 구조
26, 27 : 슬릿트 28 : 벨로우즈
30 : 고정전극 구조 35,35' : 도체로드
37 : 보어 39,63 : 원형 립
38, 47, 77 : 외측단부 40,51,75 : 내측단부
42 : 캡 44 : 원통체
46 : 로드부 48 : 후면
49, 59 : 구멍 55,56 : 통전로
57, 64 : 내측면 53, 58 : 계단부
66 : 외측면 80 : 몸체부
[산업상의 이용분야]
본 발명은 진공 차단기에 관한 것으로, 특히 진공차단기용의 개선된 전극 구조에 관한 것이다. 더구나, 진공차단기용 전극의 일부를 형성하는 개선된 튜브형의 코일도체에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
일반적으로, 고 전류를 처리하기 위한 진공차단기는, 진공용기내에 설치되어 적어도 하나가 다른 하나에 대해 접근하거나 이격될 수 있도록 된 한쌍의 주전극과, 이들 주전극의 이면에 탑재된 코일도체 및 이들 코일도체의 이면으로부터 진공용기의 외부로 연장되는 도체로드를 포함하고 있다. 전류는 한 도체로드로부터 코일도체와 주전극을 통해 다른 도체로드로 흐르도록 되어 있다. 전류를 차단하기 위해 작동기(actuator)에 의해 도체로드 중 하나를 동작시키면, 주전극중 적어도 하나가 다른 주전극으로부터 이격되고, 이격된 주전극 사이에 아아크전류가 흐르게 된다. 이 아아크 전류는 코일도체를 통해 흐르는 전류에 의해 생성된 자계의 영향으로 다수의 선조(線條 : filament) 형태로 분산된다.
한편, 미국특허 제 3,946,179호에는 작동섹션에 연결된 다수의 도체 아암을 구비한 코일도체에 대해 게재되어 있다. 그 아암은 한쪽 끝이 도체로드에 연결되고, 다른쪽 끝이 방사상으로 분기되어 작동섹션에 연결된다. 이 작동섹션은 상기 아암으로부터 외주방향으로 연장되어 주전극에 연결되고, 접근한 작동섹션 사이에 형성된 간극(clearance)을 갖춘 다수의 아암과 작동섹션은 한바퀴 감겨진 가상코일을 형성한다. 전류는 상기 이격된 아암과 작동섹션을 통해 로드로부터 주전극으로 흐른다. 따라서, 한바퀴 회전된 전류에 의해 축방향 자계가 발생되어 주전극 사이에서 분산된 선조형의 아아크 전류를 발생시키게 된다.
그런데, 상술한 미국특허 제 3,946,179호에는 코일도체내의 코일효과를 발생하기 위해 간극을 이용하고 있기 때문에, 간극부분에서 약한 축방향 자계가 형성된다. 그에 따라, 아아크전류는 자계의 세기가 약한 부위로부터 강한 부위로 이동하려는 경향을 갖게 된다. 따라서, 아아크 전류가 간극부분으로부터 이동하여 주전극으로 흘러 주전극의 국부적인 과열을 초래하게 된다. 더욱이, 전류를 차단하는데 주전극 전체를 효과적으로 이용할 수 없기 때문에, 주전극의 크기를 크게 할 필요가 있다.
또한, 통속적으로 양도된 미국특허 출원 제 156,251호에서는, 코일도체에 평행슬릿트를 형성함으로써 균일한 축방향 자계를 발생시키도록 되어 있으나, 이러한 코일도체의 구조는 발생되는 축방향 자계의 크기를 제한하게 된다. 그리고 축방향 자계는, 분기된 코일도체의 하면을 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 방사상의 자계에 의해 부분적으로 소멸된다. 게다가, 코일도체의 구조는 기계적인 피로(fatigue)에 대해 민감하게 되어 있다.
[발명의 목적]
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 개선된 전류차단 능력을 가지고 동작하는 소형의 컴팩트한 진공 차단기를 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
본 발명의 개선된 진공차단기는, 진공용기내에 축방향 자계를 증가시키기 위한 튜브형 코일도체를 갖춘 전극구조를 포함하고 있다. 상기 튜브형 코일도체는 그 한쪽끝에서 외부도체로드를 연결하는 도체판에 의해 둘러싸인 일반적으로 균일한 원통형 구조를 갖는다. 일반적으로 균일한 원통형 구조는 종래기술의 코일도체에서 발생하는 방사상 자계를 감소시키고, 그에 따라 축방향 자계의 바람직하지 않은 소멸을 제거한다. 또 다수의 전기컨넥터가 튜브형 전극의 대향하는 단부에 설치되어 주전극에 전류를 공급하게 된다. 상기 코일도체는 원통형 코일도체의 외주에 대략 한바퀴 반정도 감겨진 통전로를 규정하는 원통형 몸체상에 형성된 적어도 2개의 경사진 슬릿트를 포함하고 있다. 전류는 외부도체로드를 통해 축방향으로, 도체판을 통해서는 방사상으로 흐르고, 그 후 상기 코일도체와 그 위에 규정된 다수의 통전로를 통해 축방향으로 각각 흐르도록 되어 있다.
상기 진공용기내에는 거의 동일한 2개의 전극구조가 설치되어 있어서 대향하는 코일도체 각각의 경사진 슬릿트는 일반적으로 평행이다. 따라서, 전류는 제1외부도체로드로부터 제1도체판을 통한 후, 코일도체에 형성된 다수의 통전로를 통해 전기컨넥터로 흐르게 된다. 이 컨넥터에서, 전류는 제1주전극으로부터 상기 제1전극구조의 반사영상을 나타내는 대향하는 전극구조로 통과하게 된다. 상기 2개의 대향하는 도체코일상에 형성된 슬릿트와 통전로는, 진공용기를 통과할 때 전류가 효과적으로 한바퀴 완전히 돌아 흐르도록 정렬된다. 따라서, 강하고 균일한 축방향 자계가 두 주전극에 인가되고, 이격된 주전극 사이에 발생되는 아아크전류는 주전극의 전체 표면에 더 균일하게 분산되게 된다.
또한, 개선된 진공차단기의 전극구조는 튜브형 코일도체를 통해 주전극으로부터 축방향으로 연장되면서 외부도체 로드내에서 공통 축방향으로 연장되는 구조 지지로드를 포함하고 있다.
이 지지로드는 튜브형 코일도체상의 기계적인 스트레스를 감소시키면서 전극을 동심적으로 정렬시킴으로써, 코일도체 주위에 통전로가 집중되어 유지되도록 한다.
[실시예]
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 진공차단기는 통속적으로 양도된 미국특허출원 제156, 251호에 게재된 차단기의 구조를 개선한 것이다. 제1도를 참조하면, 본 발명의 제안된 실시예에 따른 진공차단기는, 진공용기(15)와, 이 진공용기(15)의 중심축을 따라 설치된 가동전극 구조(25), 이 가동전극 구조(25)와 대향하여 진공용기(15)의 중심축을 따라 배치된 고정전극구조(30) 및, 상기 진공용기(15)내에서 축방향으로 가동전극구조(25)를 변위시키기 위한 벨로우즈(28)를 포함하고 있다. 상기 고정전극구조(30)로부터 가동전극구조(25)를 변위시킴으로써, 상기 두 전극 사이의 공극에 후술하는 바와 같은 아아크전류가 흐르게 된다.
제1도를 더 참조하면, 상기 진공용기(15)는 원통부재(10)의 양 끝에 탑재된 한쌍의 단부판(8, 9)을 더 구비하고 있다. 이 단부판(8, 9)은 반경(r)을 갖고 중심에 원통구멍(14)을 갖춘 일반적인 원통구조를 갖는다. 또한, 상기 원통부재(10)도 반경(r)을 갖고, 전기적으로 절연성 재료로 이루어져 있다. 상기 단부판(8, 9)은 진공용기(15) 내부에 제어된 환경을 규정하도록 원통부재(10)의 양 끝에 밀폐고정되어 있다.
제1도와 제2도를 더 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고정전극구조(30)는, 단부판(9)의 중심구멍(4)를 통해 연장되는 외부도체로드(35)와, 도체판(19), 이 도체판(19)에 한쪽 끝이 전기적으로 연결되는 튜브형 코일도체(20), 이 코일도체(20)에 전기적으로 연결되는 주전극(17) 및, 상기 고정전극구조(30)의 중심축을 따라 연장되는 지지로드(23)를 구비하고 있다.
상기 외부도체로드(35)는, 전기적으로 전도성 재료로 형성되고, 외측단부(38)와, 이 외측단부(38)보다 약간 작은 외경을 갖는 내측단부(40), 이들 외측 및 내측단부(38)(40)의 접합에 의해 규정되는 원형 립(39)을 포함하고 있다. 또한, 외부도체로드(35)는 이 로드(35)를 통해 축방향으로 연장되는 중심보어(central bore ; 37)를 포함하고 있다. 조립시에, 상기 원형 립(39)은 중심구멍(14)에 인접한 단부판(9)을, 진공용기(15)의 외측으로 연장되는 도체로드(35)의 외측단부(38) 및, 상기 진공용기(15)의 중심축을 따라 진공용기(15)의 내측으로 중심구멍(14)을 통해 돌출되는 도체로드(35)의 내측단부(40)와 결합시킨다. 상기 중심보어(37)는 상기 전극구조(25)(30)를 기계적으로 지지하고 동심적으로 정렬시키기 위해 지지로드(23)의 한쪽끝을 수납한다.
한편, 상기 도체판(19)은 코일도체(20)의 한쪽끝을 결합하기 위한 계단부(53)를 규정하도록 코일도체(20)의 외경과 거의 같은 제1외경 및 상기 코일도체(20)의 내경보다 약간 작은 제2외경을 갖는 전기적으로 전도성 재료의 원형판으로 이루어진다. 또한, 상기 도체판(19)은 상기 도체로드(35)의 내측단부(40)를 수납하기 위한 축방향으로 연장되는 구멍(49)을 포함하고 있다.
상기 도체판(19)은 그 구멍(49)이 단부판(9)의 중심구멍(14)과 공통축으로 정렬된 상태로 단부판(9)에 고정부착되며, 상기 도체로드(35)의 내측단부(40)가 상기 도체판(19)의 구멍(49)을 통해 연장되어 고정전극구조(30)를 안정하게 고정시킨다.
제1도 및 제2도를 더 참조하면, 제안된 실시예에 따른 튜브형 코일도체(20)는, 도체판(19)의 계단부(53)와 결합되는 외측단부(47)를 갖춘 원통체(44)와, 내측단부(51) 및 원통체(44)상에 절삭형성된 다수의 경사진 슬릿트(26)을 구비하고 있다. 여기서, 상기 원통체(44)는 일반적으로 고정된 반경을 갖는 도전성 재료로 형성되어 상기 도체판(19)과 전기적으로 연결된다. 슬릿트(26)는 원통체(44)의 내측단부(51)로부터 연장되어 원통체(44)의 원주를 따라 약 180°가량 나사선형태로 형성된다. 복수의 슬릿트(26)는 일반적으로 원통체(44)의 표면을 따라 일정하게 이격되어, 튜브형 코일도체(20)의 원주에 대해 약 한바퀴 반 정도로 감겨진 형태의 다수의 통전로(55)를 규정하게 된다. 제2도의 실시예에서는, 3개의 슬릿트(26)가 3개의 통전로(55)를 구성하고 있지만, 이에 한정되지 않고 슬릿트(26)의 수는 2개 이상이어도 좋다. 그리고, 각 슬릿트(26)와 코일(20)의 내측단부(51) 사이의 각도는 임의로 선택할 수 있으나, 본 발명의 제안된 실시예에서는 약 20°정도이다.
튜브형 코일도체(20)의 내측단부(51)는 각 통전로(55)와 각각 결합되는 다수의 전도성 컨넥터(12)를 매개로 주전극(17)에 전기적으로 접속된다. 제2도의 제안된 실시예에 나타낸 바와 같이, 상기 컨넥터(12)는 슬릿트(26)에 인접한 통전로(55)의 끝에서 코일도체(20)의 내측단부(51)에 영구히 탑재되는 전도성 클립을 구비할 수도 있고, 또 통속적으로 양도된 미국특허출원 제 156,251호에 게재된 바와 같이 컨넥터(12)를 코일도체(20)의 내측단부(51) 또는 주전극(17)의 접합면상에 형성한 돌출부를 구비할 수도 있다.
제1도 및 제2도를 더 참조하면, 상기 주전극(17)은 코일도체(20)의 컨넥터(12)에 전기적으로 연결되는 전기적으로 전도성의 원판을 구비하고 있다.
주전극(17)은 코일도체(20)의 직경과 거의 같은 직경을 갖고, 대향하는 주전극(17')과 면하는 내측면(57)과, 코일도체(20)의 내측단부(51)에 면하고 컨넥터(12)와 접하는 후면(48)을 규정한다.
제1도 및 제2도를 더 참조하면, 상기 지지로드(23)는 고유전제로 형성되고, 주전극(17)의 후면(48)에 고정부착되는 캡(42)과, 진공용기(15)의 중심축을 따라 상기 고정전극구조(30)를 통해 연장되는 로드부(46)를 포함하고 있다. 캡(42)은 코일도체(20)와 주전극(17)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는다. 지지로드(23)의 로드부(46)는 도체로드(35)의 보어(37)의 내경보다 약간 작은 직경을 갖는다. 이 로드부(46)는 코일도체(20)와 도체판(19) 및 단부판(9)을 통해 외부도체로드(35)의 보어(37)안으로 연장됨으로써, 고정전극구조(30)를 공통축 방향으로 정렬시켜 코일도체(20)와 주전극(17)의 기계적인 스트레스를 감소시킨다.
제1도를 참조하면, 가동전극구조(25)는 전술한 고정전극구조(30)와 거의 같은 방법으로 구성되지만, 한가지 차이점은 고정전극구조(30)의 도체판(19)과 코일도체(20)의 구조에 관한 것이다. 가동전극 구조(25)는 단부판(8)의 중심부(14)를 통해 연장되는 외부도체로드(35')와, 도체판(21), 이 도체판(21)에 전기적으로 연결된 튜브형 코일도체(60), 이 코일도체(60)에 전기적으로 연결된 주전극(17') 및, 가동 전극구조(25)의 중심축을 통해 연장되는 지지로드(23')를 구비하고 있다. 상기 외부도체로드(35')와 주전극(17') 및 지지로드(23')는 상술한 고정전극구조(30)와 같은 구성으로 되어 있다.
제1도를 더 참조하면, 상기 도체판(21)과 튜브형 코일도체(60)는, 상기 도체판(21)이 균일한 직경 [도체판(19)상의 계단부(53)가 없음]으로 되어 있고, 상기 코일도체(60)의 외측단부에 상기 도체판(21)의 외경보다 약간 크면서 코일도체(60)의 내측단부의 내경보다 약간 큰 내경을 가짐으로써, 상기 코일도체(60)의 외측 및 내측 사이의 거의 중간정도의 코일도체(60)의 내면에 완만한 계단부(58)가 형성된 것을 제외하고, 상술한 고정전극 구조(30)에 따른 구성과 동일하게 되어 있다.
상기 가동전극구조(25)의 도체판(21)은, 내측면(64)과 외측면(66), 축방향으로 연장되는 구멍(59) 및, 벨로우즈(28)를 결합하기 위해 상기 구멍(59)에 대해 외측면(66)으로 돌출된 원형 립(63)을 더 구비하고 있고, 이 원형 립(63)을 통해 상기 도체로드(35')가 구멍(59)을 관통하여 끼워져 고정되어 있다. 도체판(21)은 코일도체(60)의 계단부(58)에 고정부착되어 있는 내측면(64)의 외주연(外周緣)에서 코일도체(60)의 내면과 접하며, 상기 원형 립(63)은 상기 벨로우즈(28)에 끼워져 있다.
상기 벨로우즈(28)는 도체판(21)과 결합되는 내측단부(75)와 상기 단부판(8)에 탑재되는 외측단부(77) 및 외부도체로드(35')를 통해 연장되는 몸체부(80)를 갖춘 통상적인 벨로우즈 어셈블리이다. 내측단부(75)에는 도체판(31)의 원형 립(63)이 끼워진다. 그리고, 상기 몸체부(80)의 대부분이 코일도체(60) 내부에 위치됨으로써, 진공용기(15)내의 전계로부터 벨로우즈(28)가 차폐되게 된다. 벨로우즈(28)는 도체로드(35')를 축방향으로 이동시키기 위해 도체로드(35')상에 탑재되는 작동기(도시하지 않음)를 구동한다.
가동전극구조(25)의 튜브형 코일도체(60)는 고정전극구조(30)의 코일도체(20)와 마찬가지로, 다수의 슬릿트(27)와, 다수의 통전로(56)를 규정하는 전기 컨넥터(24)를 구비하고 있다. 통속적으로 양도된 미국특허 출원 제 156, 251호에도 게재되어 있는 바와 같이, 경사진 슬릿트(26,27)는 일직선으로 정렬된 전기 컨넥터(12, 24)에 의해 서로 거의 평행하게 위치되어 있다.
작동시에는, 가동전극구조(25)가 전류흐름을 차단하도록 고정전극구조(30)로부터 이격 되면, 상기 전극구조(25,30)를 가로질러 아아크 전류가 흐르게 된다. 이 전류는 통전로(55)와 컨넥터(12), 주전극(17,17'), 컨넥터(24) 및 통전로(56)를 통과 함으로써 한바퀴 돌아 흐르게 된다.
[발명의 효과]
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 튜브형 코일도체(20, 60)가 균일한 원통형 구조로 구성되어 있기 때문에, 기계적인 열화현상이 제거됨과 더불어, 방사상 자계가 감소되어 축방향 자계의 소멸현상이 제거됨으로써, 전류를 효과적으로 차단할 수 있다. 더욱이, 슬릿트(26, 27)를, 코일도체(20, 60)에 의한 방사상 자계의 발생을 효과적으로 억제하도록 필요에 따라 더 많이 설치할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 주전극(17)을 갖추고서 진공용기(15)내에 설치된 제1전극구조(30)와, 주전극(17')을 갖추고서 상기 진공용기(15)내에 설치된 제2전극구조(25), 상기 제1, 2전극구조(30, 25)중 어느 하나를 다른 하나의 축방향으로 이동시키기 위한 수단(28) 및, 상기 제1, 2 전극구조(30, 25)의 상기 주전극(17, 17')에 대해 축방향 자계를 발생시키기 위한 수단(20, 60)을 구비하여 구성되고, 상기 자계발생 수단(20, 60)은 상기, 제1, 2전극구조(30, 25)가 이격될 때 상기 주전극(17, 17') 사이의 아아크전류를 균일하게 분산시키기 위해 자계의 방사상의 성분을 최소화하도록 되어 있으며, 상기 발생수단(20, 60)은 상기 제1전극구조(30)의 주전극(17, 17')에 부착되어 상기 제1전극구조(30)를 통해 연장되는 지지로드(23, 23')를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자계발생 수단이, 제1, 2단부(51, 47)를 갖춘 원통형 도체(20)와, 이 원통형 도체(20)의 제1단부(51)로부터 예각의 원주방향으로 서로 이격되게 연장형성된 다수의 경사진 슬릿트(26) 및, 상기 원통형 도체(20)의 제2단부(47) 끝에 결합되어 전기적으로 연결된 도체판(19)을 구비하여 구성되고, 상기 다수의 슬릿트(26)가 상기 원통형 도체(20)의 원통형상에 의해 최소의 방사상 성분을 갖는 축방향 자계를 발생시키는 코일형 통전로(55)를 형성하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  3. 진공용기(15)내에 설치된 제1전극구조(30)와 이 제1전극구조(30)로부터 축방향으로 이격되거나 접근하면서 상기 진공용기(15)내에 설치된 제2전극구조(25)를 구비하여 구성되고, 상기 제1전극구조(30) 및 제2전극구조(25)는 각각 균일한 원통형 코일도체(20,60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 원통형 코일도체(20, 60)는 다수의 통전로(55, 56)를 규정하는 다수의 경사진 슬릿트(26, 27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1전극구조(30) 및 상기 제2전극구조(25)는 상기 원통형 코일도체(20,60)의 단부에 위치하면서 상기 각 통전로(55, 56)와 결합되는 다수의 컨넥터(12,24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 각 통전로(55, 56)가 상기 원통형 코일도체(20, 60)에 반쯤 감겨져 형성된 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1전극구조(30)에 형성된 다수의 경사진 슬릿트(26)가 상기 제2전극구조(25)에 형성된 다수의 슬릿트(27)와 거의 병렬로 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1전극구조(30)상의 다수의 컨넥터(12)가 상기 제2전극구조(25)상의 다수의 컨넥터(24)와 거의 일직선으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  9. 제1단부판(9)과 제2단부판(8)을 갖춘 진공용기(15)와, 제1도체판(19), 이 제1도체판(19)에 전기적으로 연결되면서, 일부분에 다수의 경사진 슬릿트(26)가 형성되어 다수의 통전로(55)가 형성되고, 이 통전로(55)의 끝에 컨넥터(12)가 위치된 제1튜브형 코일도체(20), 상기 컨넥터(12)에 전기적으로 연결된 제1주전극(17), 상기 제1단부판(9)과 제1도체판(19)을 통해 연장된 제1도체로드(35), 상기 제1주전극(17)에 부착되면서, 상기 제1코일 도체(20)를 통해 연장되어 상기 제1도체로드(35)내에 끼워진 제1지지로드(23), 상기 제1주전극(17)에 근접위치된 제2주전극(17'), 이 제2주전극(17')에 전기적으로 연결되면서, 일부분에 다수의 경사진 슬릿트(27)가 형성되어 다수의 통전로(56)가 형성된 제2튜브형 코일도체(60), 이 제2튜브형 코일도체(60)에 전기적으로 연결된 제2도체판(21), 상기 제2단부판(8)과 제2튜브형 코일도체(60)를 통해 연장된 제2도체로드(35'), 상기 제2주전극(8)에 부착되면서, 상기 제2코일도체(60)를 통해 연장되어 상기 제2도체로드(35')내에 끼워진 제2지지로드(23')를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 진공차단기.
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