KR100893403B1 - Protective apparatus against a stroke of lightingand surge of power line - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존에 현장에서 사용되고 있는 장비나 주변 연결장치를 그대로 사용하면서 이러한 장비에 전원을 공급하는 외부장치인 어댑터(ADAPTOR)만 교체하여 낙뢰 및 서지에 의한 통신선 연결장치의 파손을 미연에 방지 할수 있도록 한 통신선로 연결장치의 낙뢰 및 서지보호 장치에 관한 것이다. The present invention can prevent damage to the communication line connection device by lightning and surge by replacing only the adapter (ADAPTOR), which is an external device that supplies power to such equipment, while using the equipment or peripheral connection device that is used in the existing field as it is. The invention relates to a lightning and surge protection device for a communication line connection device.
이를 위해 본 발명은 단상 이선식 구조를 가지는 전원 어댑터로 구성하되, 프레임 그라운드 단자를 가지는 단상 삼선식 전원입력 구조를 포함하고, 상기 전원 어댑터는 통신선로로부터 유입되는 낙뢰 및 서지를 전원선로를 통하여 방전시키기 위하여 상기 전원 어댑터로부터 프레임 접지단자로 인출되는 출력 가상접지선과; 상기 전원 어댑터의 각각의 전원라인으로부터 금속산화 바리스터(MOV)를 거쳐 인출된 입력 가상접지선과; 상기 출력가상접지선과 입력 가상접지선간의 일정한 내압까지 절연을 유지하도록 일정간격을 유지하고 통신장치 또는 전원장치의 서지에 의한 고 내압 절연파괴가 발생하기 전 아크 방전에 의한 방전경로를 형성하는 아크 갭을 포함하여 구성된다.To this end, the present invention is composed of a power adapter having a single-phase two-wire structure, including a single-phase three-wire power input structure having a frame ground terminal, the power adapter to discharge the lightning and surge flowing from the communication line through the power line An output virtual ground wire drawn out from the power adapter to a frame ground terminal; An input virtual ground line drawn through a metal oxide varistor (MOV) from each power line of the power adapter; An arc gap is formed to maintain a predetermined interval to maintain insulation to a constant breakdown voltage between the output virtual ground line and the input virtual ground line and to form a discharge path by arc discharge before a high breakdown voltage breakdown caused by a surge in a communication device or a power supply device. It is configured to include.
어댑터, xDSL 모뎀, 통신, 낙뢰 Adapter, xDSL Modem, Telecom, Lightning
Description
도 1 은 종래의 통신선로에 연결된 장치의 접지의 구성과 절연구성도. 1 is a configuration and insulation of the ground of the device connected to the conventional communication line.
도 2 는 도 1의 절연 내전압 분포 등가 회로 구성도. 2 is an equivalent circuit configuration diagram of the insulation withstand voltage distribution of FIG. 1.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 낙뢰 및 서지보호 장치의 구성도. 3 is a block diagram of a lightning and surge protection device according to an embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 어댑터의 내부 회로 구성도. 4 is an internal circuit diagram of an adapter according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
1 : 단상 2선식 전원 어댑터 1: single-phase two-wire power adapter
2 : 어댑터 출력단자2: Adapter output terminal
3 : 출력 가상접지선3: output virtual ground line
5 : 단상 2선식 입력전원선 5: Single phase 2-wire input power line
6 : 금속산화 바리스터(MOV) 6: metal oxide varistor (MOV)
7 : 입력 가상접지선 7: Input virtual ground line
8 : 아크 갭(ARC GAP)8: ARC GAP
9 : 전원변환부 9: power conversion unit
IP LINE : 통신선로 접속선IP LINE: Communication line connection line
TEL LINE : 전화선 TEL LINE: Telephone Line
FG : 프레임 접지단자FG: Frame Ground Terminal
SG : 신호 접지단자 SG: Signal Ground Terminal
본 발명은 통신선로 연결장치의 낙뢰 및 서지보호 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존에 현장에서 사용되고 있는 장비나 주변 연결장치를 그대로 사용하면서 이러한 장비에 전원을 공급하는 외부장치인 어댑터(ADAPTOR) 만 교체하여 낙뢰 및 서지에 의한 통신선 연결장치의 파손을 미연에 방지 할수 있도록 한 통신선로 연결장치의 낙뢰 및 서지보호 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a lightning and surge protection device of a communication line connection device, and more specifically, an adapter (ADAPTOR) which is an external device for supplying power to such equipment while using equipment or peripheral connection devices that are used in the field as it is. The present invention relates to a lightning protection and surge protection device of a communication line connection device which can be replaced to prevent damage of the communication line connection device due to lightning and surge.
향후 통신선로에 부착되어 인터넷망을 활용하는 정보통신용 제품의 종류가 늘어나고 있으며 이미 화상전화기, IP PHONE , IP SET-TOP 등이 상용화 되고 있어 이러한 제품의 낙뢰 및 서지대책이 시급하고 적용범위가 늘어나고 있다.In the future, the number of information and communication products that are attached to communication lines and utilizing the Internet network is increasing, and video telephones, IP phones, and IP SET-TOP are commercially available, and the countermeasures against lightning and surge of these products are urgently increasing. .
일반적으로 xDSL 모뎀 및 장치류에 있어서 통신선로 측 라인(LINE) 포트로부터 모뎀 및 장치류로 인입되는 입력측에 가스방전관등으로 구성된 보호부가 모뎀 및 IP 장비류의 프레임 그라운드와 연결되어 있어 장비의 설치 시 접지와 연결이 되면 이러한 서지에 의한 xDSL 모뎀 및 장치류나 이와 연결된 어댑터 또는 기타 연결장치의 손상을 방지할 수 있으나 , 실제로 일반가정이나 사무실의 접지환경, 특히 낙뢰피해가 큰 농어촌이나 산간벽지, 도서지역과 도시외곽지역의 경우 이러한 접지환경이 구성되어 있지 않아 xDSL 모뎀 및 장치 류의 프레임 접지단자(ground) 를 전원선이 단상 삼선식 구조이더라도 실제 프레임 그라운드가 전원선에서 연결되지 않아 접지에 연결할 수 없는 관계로 통상 개방된 상태로 설치를 하게 되고 이에 따라 통신선로를 통하여 유입된 고전압 서지가 접지선을 따라 방전되지 못하고 xDSL 모뎀 및 장치 류의 선로결합부, 메인보드를 통하여 이와 연결된 어댑터 나 기타 연결장치 통하여 통신선과 전원선간에 발생하게 되며 이때 형성된 고전위차가 절연된 xDSL 모뎀 및 기타 연결장치에 형성이 되어 기기의 허용 절연 내전압이 초과하는 순간 절연을 파괴하면서 발생하는 방전전류가 xDSL 모뎀 및 기타 연결 장치를 통하여 흐르게 되고 전류가 흐르는 경로 간 전위차가 발생하여 회로적인 손상이 발생하게 되는 문제가 있다. In general, xDSL modems and devices are connected to the frame ground of modems and IP devices by the protection part composed of gas discharge tube, etc. on the input side from the line of communication line to the modem and devices. This may prevent damage to xDSL modems and devices, adapters or other connected devices caused by these surges. In case of the outskirts of urban area, the frame ground terminal of xDSL modem and device cannot be connected to the ground because the actual ground is not connected to the power line even though the power line is single-phase three-wire structure. It is usually installed in an open state and accordingly, The input high voltage surge is not discharged along the ground line and occurs between the communication line and the power line through the xDSL modem and the line coupling part of the device, the main board, and the adapter or other connecting device connected thereto. It is formed in other connection devices, and the discharge current generated when the insulation breaks down when the permissible insulation withstand voltage of the device is exceeded flows through the xDSL modem and other connection devices, and the potential difference between the current flow paths causes circuit damage. There is a problem.
도 1 은 종래의 통신선로에 연결된 장비의 접지의 구성과 절연 구성도를 나타낸 것이며, 절연상태 만을 표시하기 위하여 기능적회로 구성은 생략하고 절연된 트랜스(TRANS) 와 접지의 종류 및 내압의 분포를 결정하는 콘덴서의 구성만을 개략적으로 나타낸 것이다.Figure 1 shows the configuration of the grounding and insulation of the equipment connected to the conventional communication line, in order to indicate only the insulation state, the functional circuit configuration is omitted to determine the type of insulated transformer (TRANS) and ground and the distribution of the breakdown voltage Only the configuration of the capacitor is shown schematically.
도 2 는 절연이 유지되는 상태에서 통신선로에 서지가 유입되었을 경우 통신선과 전원선간의 전위의 분포상태를 계산하기 위한 절연 내전압 분포 등가 회로도를 나타낸 것이다. 2 shows an equivalent insulation voltage distribution equivalent circuit diagram for calculating a distribution state of potential between a communication line and a power line when a surge flows into a communication line while the insulation is maintained.
통신선로는 공용 선으로 연결장치로 부터의 잡음, 전기적 손상 등의 유입을 방지하기 위하여 통신선로와 연결 장치는 트랜스(T2)의 절연트랜스( TRANS)에 의하여 필수적으로 절연을 유지하여야 한다.In order to prevent noise, electrical damage, etc. from the connecting device on the common line, the communication line and the connecting device must be insulated by the insulation transformer of T2.
전원장치의 경우 가정용 벽 전원과 연결되는 장치로 전원장치에 연결된 장치 류는 사람이 직접적으로 접촉을 할 수 있으므로 감전이나 화재의 위험을 방지하기 위하여 벽 전원으로부터 절연을 강제화하고 있으며 전원트랜스(T1)에 의하여 일정수준 이상의 내전압에 견딜 수 있는 구성이어야 한다.In case of power supply, it is a device that is connected to the home wall power, and the devices connected to the power supply can be directly contacted by human beings, which insulates the wall power to prevent the risk of electric shock or fire. It shall be configured to withstand the withstand voltage above a certain level.
콘덴서(C1)는 전원장치의 잡음(noise) 특성을 개선하기 위한 콘덴서로서, 교류 3 KV의 절연내압을 견디어야 하고, 콘덴서(C2)는 모뎀의 잡음 및 절연내압을 분압하기 위하여 사용하는 콘덴서로서 교류 1 - 2 KV의 절연내압을 견딜 수 있는 것을 사용해야 한다.Capacitor (C1) is a capacitor to improve the noise characteristics of the power supply. It must withstand the insulation breakdown voltage of 3 KV, and capacitor (C2) is a capacitor used to divide the noise and insulation breakdown voltage of the modem. It must be used to withstand the dielectric breakdown voltage of AC 1-2 KV.
바리스터(SG2, SG3)는 통신선로와 프레임 접지단자(FG) 간에 발생되는 서지를 흡수하는 소자로서 일반적으로 가스방전관을 주로 사용하며 프레임 접지단자가 연결되지 않고 방전전류가 흐르지 않으면 등가적으로 단락상태이며 절연내압이 영(0)이 된다. Varistors (SG2, SG3) absorb the surge generated between the communication line and the frame ground terminal (FG). Generally, gas discharge tubes are mainly used, and if the frame ground terminal is not connected and discharge current does not flow, it is equivalently shorted. The insulation breakdown voltage is zero.
그 외 콘덴서(C3, C4)는 어댑터 이외의 장치가 접속될 경우의 등가 콘덴서로서, 피시(PC) 본체 나 각종 셋탑(SET-TOP) 제품 등의 전원장치에 연결된 콘덴서를 의미하나 모두 합하여 콘덴서(C1)로 통합하여 계산할 수 있다.Other capacitors C3 and C4 are equivalent capacitors when devices other than adapters are connected, and they mean capacitors connected to a power supply such as a PC main body or various set-top products. Can be integrated into C1).
도 2에서 각 접지 간 내전압 분포를 계산하면 다음과 같다. In FIG. 2, the withstand voltage distribution between each ground is calculated as follows.
1) 통신선로 - 전원선 간 인가전압 : Vs 1) Communication line-Supply voltage between power line: Vs
2) 전원선로 - 프레임 접지단자(FG) 간 : Vs 2) Power Line-Between Frame Ground Terminal (FG): Vs
3) 신호접지단자(SG) - 프레임 접지단자(FG) 간 인가전압 : Vs x C1 / (C1+C2) 3) Voltage applied between signal ground terminal (SG) and frame ground terminal (FG): Vs x C1 / (C1 + C2)
==> 피시(PC) 관련 콘덴서(C3, C4)값은 무시함. ==> Ignore PC (PC) related capacitor (C3, C4).
4) 전원선로 - 신호접지단자(SG) 간 인가내압 : Vs x C2 / (C1+C2) 4) Withstand voltage between power line and signal ground terminal (SG): Vs x C2 / (C1 + C2)
이다.to be.
즉 통신선로로부터 고전압의 서지가 인가되더라도 실제로 전원장치와 통신장치의 내부 인가전압은 콘덴서의 용량 값에 반비례하여 분압이 이루어진다. In other words, even if a high voltage surge is applied from the communication line, the internal voltage of the power supply and the communication device is actually divided in inverse proportion to the capacitance value of the capacitor.
또한 전원 트랜스(T1)의 전, 후단은 교류 3 KV 이상의 고전압에 견디도록 설계되어 있으며 일반적으로 통신장치의 절연트랜스(T2)는 교류 1 KV의 내압에 견디도록 해야 하며 통상적으로 콘덴서(C1)의 용량 값이 콘덴서(C2) 보다 커서 콘덴서(C1)쪽으로 내전압이 많이 걸리게 된다.In addition, the front and rear ends of the power transformer (T1) are designed to withstand high voltages of 3 KV AC or higher. In general, the insulation transformer (T2) of a communication device must withstand an internal pressure of 1 KV AC, and is usually Since the capacitance value is larger than the capacitor C2, the withstand voltage is increased to the capacitor C1.
따라서 상기한 전압(Vs)이 교류 4 KV 정도 인가 되더라도 대부분의 통신장치 및 연결 전원장치는 절연파괴가 되지 않으며 그 이상의 전압이 인가되면 트랜스(T1,T2) 중 어느 하나가 먼저 절연파괴가 일어나고 이어서 나머지도 절연이 파괴가 되어서 방전전류가 장치의 회로부를 통하여 흐르게 되므로 회로의 손상을 유발하게 되는 문제가 있었다.Therefore, even if the above voltage Vs is applied to AC of about 4 KV, most communication devices and connected power supplies do not have insulation breakdown. If more voltage is applied, one of the transformers (T1, T2) first breaks down the insulation. In the other case, insulation is broken and discharge current flows through the circuit part of the apparatus, thereby causing damage to the circuit.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하고자 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 통신선로에 연결된 장치와 전원 어댑터의 주요회로를 관통하는 절연파괴로 인한 방전전류에 의하여 장치의 손상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 별도의 방전경로를 만들어 주어 회로의 손상을 방지하고 고압인가 시 파괴된 절연구조가 전압이 강하되면 다시 정상적인 절연상태를 유지하도록 하는 통신선로 연결 장치의 낙뢰 및 서지보호 장치를 제공함에 있다. Therefore, the present invention is proposed to solve the above problems of the prior art, the object of the present invention is that the damage of the device is caused by the discharge current due to the insulation breaks through the main circuit of the power adapter and the device connected to the communication line It provides a separate discharge path to prevent the damage and prevents damage to the circuit and provides lightning and surge protection device of communication line connecting device to maintain the normal insulation state when the voltage breaks down when the insulation structure destroyed when high voltage is applied. Is in.
또한 본 발명의 다른 목적은 기존에 설치된 장비의 교체나 변경없이 간단하게 어댑터만 교체하여 별도의 서지의 방전경로를 만들어주므로써 통신선로에 의하여 유기된 서지로부터 통신선로의 연결장치 나 전원장치의 손상을 미연에 방지하고자 함에 있다.In addition, another object of the present invention is to simply replace the adapter without replacing or changing the existing equipment to make a separate discharge path of the surge to damage the connection or power supply of the communication line from the surge induced by the communication line To prevent this in advance.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신선로 연결 장치의 낙뢰 및 서지보호 장치는, 단상 이선식 구조를 가지는 전원 어댑터로 구성하되, 상기 전원 어댑터는 통신선로로부터 유입되는 낙뢰 및 서지를 전원선로를 통하여 방전시키기 위하여 상기 전원 어댑터로부터 프레임 접지단자로 인출되는 출력 가상접지선과; 상기 전원 어댑터의 각각의 전원라인으로부터 금속산화 바리스터(MOV)를 거쳐 인출된 입력 가상접지선과; 상기 출력가상접지선과 입력 가상접지선 간의 일정한 내압까지 절연을 유지하도록 일정간격을 유지하고 통신장치 또는 전원장치의 서지에 의한 고 내압 절연파괴가 발생하기 전 아크 방전에 의한 방전경로를 형성하는 아크 갭을 포함하는 것을 특징으로 한다. Lightning and surge protection device of the communication line connection device according to the present invention for achieving the above object is composed of a power adapter having a single-phase two-wire structure, the power adapter is a lightning line and surge flowing from the communication line to the power line An output virtual ground line drawn out from the power adapter to a frame ground terminal for discharging therethrough; An input virtual ground line drawn through a metal oxide varistor (MOV) from each power line of the power adapter; Maintain an interval to maintain insulation to a constant internal voltage between the output virtual ground line and the input virtual ground line, and form an arc gap that forms a discharge path by arc discharge before high breakdown voltage breakdown caused by a surge in a communication device or a power supply device occurs. It is characterized by including.
또한, 상기한 아크 갭의 절연거리와 절연파괴 내전압은 통상적인 전원장치의 안전규격에 준하는 최소한의 거리 및 내전압을 만족할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the insulation distance and dielectric breakdown voltage of the arc gap is characterized in that it is configured to satisfy the minimum distance and withstand voltage in accordance with the safety standard of the conventional power supply.
또한, 상기한 아크 갭은 전자기판 상의 일정간격을 가지는 패턴 또는 금속제 스파크 갭으로 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the arc gap is characterized by consisting of a spark gap or a pattern having a predetermined interval on the electromagnetic plate.
또한, 상기한 금속산화 바리스터(MOV)는 가스방전관 또는 정류소자로 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the metal oxide varistor (MOV) is characterized in that consisting of a gas discharge tube or a rectifying element.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 낙뢰 및 서지보호 장치의 구성도를 나타낸 것으로서, 단상 이선식 어댑터(1)와, 연결 장치의 전원을 공급하는 출력단자(2) 와, 어댑터(1)에서 인출되어 연결 장치의 프레임 접지단자(FG)와 연결된 출력가상접지선(3)으로 구성된 외형적 구조를 나타낸다.3 is a block diagram of a lightning and surge protection device according to an exemplary embodiment of the present invention, which includes a single-phase two-wire adapter 1, an
도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 어댑터의 내부 회로 구성도를 나타낸 것으로서, 어댑터(1)는 내부적으로 단상 이선식 입력전원선(L1,L2)(5)과, 이에 연결된 절연소자인 두 개의 금속산화 바리스터(MOV)(6)와, 상기 두 개의 금속산화 바리스터(MOV)(6)가 상호 접속된 입력 가상접지선(7)과, 출력 가상접지선(3)의 사이에 아크 방전 시 방전전류의 경로를 형성하는 아크 갭(8)으로 구성된다.4 shows an internal circuit diagram of an adapter according to an exemplary embodiment of the present invention, in which the adapter 1 is internally provided with a single-phase two-wire input power line (L1, L2) 5 and an insulating element connected thereto. Path of discharge current during arc discharge between an input varistor (MOV) 6, an input
즉, 단상 이선식 구조를 가지는 전원 어댑터(1)로 구성하되, 상기 전원 어댑터(1)는 통신선로로부터 유입되는 낙뢰 및 서지를 전원선로를 통하여 방전시키기 위하여 상기 전원 어댑터(1)로부터 프레임 접지단자(FG)로 인출되는 출력 가상접지선(3)과; 상기 전원 어댑터(1)의 각각의 전원라인으로부터 금속산화 바리스터(MOV)(6)를 거쳐 인출된 입력 가상접지선(7)과; 상기 출력가상접지선(3)과 입력 가상접지선(7)간의 일정한 내압까지 절연을 유지하도록 일정간격을 유지하고 통신장치 또는 전원장치의 서지에 의한 고 내압 절연파괴가 발생하기 전 아크 방전에 의한 방전경로를 형성하는 아크 갭(8)을 포함하여 구성된다.That is, it is composed of a power adapter 1 having a single-phase two-wire structure, the power adapter 1 is a frame ground terminal from the power adapter (1) to discharge the lightning and surge flowing from the communication line through the power line ( An output
전원변환부(9)는 기능적으로 본래의 어댑터로서 그의 출력단자(2)가 연결장치의 전원을 공급하는 역할을 하며, 출력단자(2)의 신호접지단자(SG)가 연결장치 및 그의 접속장치인 피시(PC) 의 기능적 접지단자로 사용된다.The
도 3의 통신선로 단자(IP LINE)에서 입력된 음성신호, 데이터 신호등은 필터를 거쳐 전화선(TEL LINE)으로 신호를 전달하며, 데이터는 다수의 금속산화 바리스터(SG1-SG3)로 구성된 1차 서지보호부(4)를 통하여 통신선로 연결장치의 프레임 접지단자(FG)와 접속된다.The voice signal and data signal input from the communication line terminal (IP LINE) of FIG. 3 transmit a signal through a filter to a telephone line (TEL LINE), and the data is a primary surge composed of a plurality of metal oxide varistors (SG1-SG3). The protection unit 4 is connected to the frame ground terminal FG of the communication line connecting device.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 도4에 도시된 바와 같이 아크 갭(8)의 절연거리와 절연파괴 내전압은 통상적인 전원장치의 안전규격에 준하는 최소한의 거리 및 내전압을 만족할 수 있도록 구성되어야 하며, 어댑터(1)의 손상에 따른 감전이나 화재의 위험이 없어야 한다.First, as shown in FIG. 4, the insulation distance and breakdown withstand voltage of the
또한, 상기 단상 이선식 입력전원선(L1,L2)(5)과 입력 가상접지선(7) 사이에 접속되는 두 개의 금속산화 바리스터(MOV)(6)는 가스방전관이나 기타의 정류소자를 사용할 수 있으며, 정상적인 전원전압에서 단상 이선식 입력전원선(5)과 입력 가상접지선(7)과의 절연을 유지할 수 있어야 한다.In addition, two metal oxide varistors (MOVs) 6 connected between the single-phase two-wire input power lines L1 and
또한, 아크 갭(8)의 구조는 전자기판 상의 일정간격을 가지는 패턴을 사용할 수가 있으며, 방전전류에 의하여 열화 하는 경우를 대비하여 금속제의 스파크 갭(SPARK GAP)을 적용할 수도 있다. In addition, the structure of the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 통신선로 연결장치의 낙뢰 및 서지보호 장치는, 통신선로를 통하여 유입되는 낙뢰 및 서지로 인한 통신선로 연결장치의 손상을 미연에 방지할 수 있으며 어댑터의 구성이 외부에서 탈,착 할 수 있는 전원장치이므로 기존에 현장에 설치되어 운용중인 장비에 대하여도 어댑터만 손쉽게 교체하면 되므로 낙뢰 및 서지로부터 장치를 용이하게 보호할 수가 있어 경제적인 효과가 지대하다.As described above, the lightning and surge protection device of the communication line connection device according to the present invention can prevent the damage of the communication line connection device due to the lightning and surge introduced through the communication line in advance. As it is a power supply device that can be attached and detached from, the economical effect is great because it can easily protect the device from lightning and surge because only the adapter can be easily replaced even for the equipment that has been installed and operated in the field.
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