KR101365733B1 - 에너지 공급 조정을 위한 전원 제어 장치 - Google Patents

에너지 공급 조정을 위한 전원 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 에너지 공급 조정을 위한 전원제어장치는, 3상의 전원공급회로에서 공급되는 전력을 차단하는 메인 차단기(10)와 연결되는 주회로(20) 및 상기 주회로에서 분기하는 분기회로(30)의 에너지 사용량을 감지하도록 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각에 설치되어 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각의 에너지 사용 정보 중 하나 이상을 계측하고, 하기의 연산기능장치(120)에서 제공되는 데이터를 수신하는 계측모듈; 상기 계측모듈과 데이터를 송수신하며, 상기 계측모듈의 계측 데이터를 통해 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각의 전압, 전류, 전력, 전력량, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하를 산출하여 상기 계측모듈로 제공하는 연산기능장치(120); 상기 연산기능장치와 연결되어 상기 계측모듈의 정보를 표시하는 종합 디스플레이 장치(130); 및 상기 계측모듈로부터 계측정보를 수신하도록 상기 계측모듈과 연결되고, 상기 분기회로에 설치되어 전원공급회로를 차단하는 분기용 차단기(40)의 종류에 따라 상기 분기용 차단기를 제어하기 위한 제어신호를 선택적으로 출력하는 제어신호 변환모듈(140)을 포함하는 기술을 제공함에 기술적 특징이 있다.

Description

에너지 공급 조정을 위한 전원 제어 장치{Power Control Equipment For Energy Supply Regulation}
본 발명은 에너지 공급 조정을 위한 전원 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전원공급측과 전원수신측 간에 양방향으로 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률, 사용시간, 과부하 경보 등의 실시간 정보를 제공하여 종합적인 에너지 공급 조정, 피크 전력의 제한, 과다 무효 전력의 발생 등의 정보를 제공하고, 이를 통해 전원공급 측에서 에너지 공급을 조정하기 위해 전원수신측의 차단기를 선택적으로 제어하여 에너지 공급 조정을 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 에너지 공급 조정을 위한 전원 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전원공급측과 전원수신측을 포함하는 전력수배전반이라 함은, 전력감시제어반, 고압수전반, 변압기반, 저압반, 분전반 등을 통칭하는 것으로, 주로 계기용 변성기, 보호기기 및 변압기 등의 전력기기와 차단기, 단로기, 스위치, 전자 접촉기와 같은 개폐 기기가 구성되어 공급 및 수신 전원을 감시, 차단, 개폐하거나 제어하는 장치를 말한다.
이와 같은 여러 전력수배전반 중에서도 산업에서 가장 널리 이용되는 수배전반은 발전소나 변전소, 산업 플랜트, 빌딩, 아파트 등의 조명 운전이나 제어, 전동기의 운전 등을 위해 전력용량에 따라 다양하게 설치되는 것으로 외부로부터 공급되는 전력을 배분하여 옥내의 각 요소로 공급함과 동시에 공급 전원을 차단, 개폐하는 기능을 수행한다.
한편, 분전반 및 배전반은 수배전반에서 배분된 간선 회로를 다시 분기 배선하는 장치로 상자함에 메인 차단기와 분기용 차단기 또는 개폐기를 다수로 배열하여 조립한 것이다.
이러한, 분전반 및 배전반은 주회로에 전기에너지를 계측하기 위한 전력량 및 전압, 전류, 주파수, 역률을 계측하는 계측장치를 통상적으로 설치한다.
본 발명의 출원인은 전원공급측과 전원수신측 간에 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 사용을 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 스마트 그리드형 분전반을 개발하여 특허출원하였다(국내 등록특허 제10-0970005호 참조).
이와 같이 최근의 분전반 및 배전반의 경우에는, 각종 센서 및 이와 연결되는 중앙제어장치(CPU)를 포함하는 제어부를 통해 그 분전반 및 배전반 내부의 전기 흐름을 검출하여 외부에 디스플레이 하여 모니터링 하도록 하고 있다.
그러나, 이러한 분전반 및 배전반은 단순하게 그 분전반 및 배전반에 연결된 부하의 에너지 사용을 모니터링 할 수 있는 뿐이므로, 에너지 공급 조정을 효율적으로 관리할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서 전원공급측과 전원수신측 간에 양방향으로 전압, 전류, 전력, 전력량, 역률, 주파수, 사용시간, 과부하 경보 등의 실시간 정보를 이용하여 에너지 사용의 모니터링 뿐만 아니라, 전원수신측의 분전반 및 배전반에 설치된 차단기를 선택적으로 차단함으로써 에너지 공급 조정을 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 기술의 개발이 요망되고 있다.
국내 공개특허 제10-2012-0135761호 (2012.12.17 공개) 국내 공개특허 제10-2003-0064548호 (2003.08.02 공개) 국내 등록특허 제10-0970005호 (2010.07.15 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점들을 개선하고 상기한 종래 요망사항에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 전원공급측과 전원수신측간에 양방향으로 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 사용시간, 과부하 경보 등의 실시간 정보를 이용하여 종합적인 에너지 공급 조정, 피크전력의 제한, 과다 무효전력의 발생 등의 정보를 제공하고 이를 통해 에너지 사용량을 조정하기 위하여 간결하고 용이하게 전원수신측의 차단기를 선택적으로 차단함으로써 에너지 공급 조정을 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 에너지 공급 조정을 위한 전원 제어 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어장치는, 3상의 전원공급회로에서 공급되는 전력을 차단하는 메인 차단기(10)와 연결되는 주회로(20) 및 상기 주회로에서 분기하는 분기회로(30)의 에너지 사용량을 감지하도록 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각에 설치되어 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각의 에너지 사용 정보 중 하나 이상을 계측하고, 하기의 연산기능장치(120)에서 제공되는 데이터를 수신하는 계측모듈; 상기 계측모듈과 데이터를 송수신하며, 상기 계측모듈의 계측 데이터를 통해 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각의 전압, 전류, 전력, 전력량, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하를 산출하여 상기 계측모듈로 제공하는 연산기능장치(120); 상기 연산기능장치와 연결되어 상기 계측모듈의 정보를 표시하는 종합 디스플레이 장치(130); 및 상기 계측모듈로부터 계측정보를 수신하도록 상기 계측모듈과 연결되고, 상기 분기회로에 설치되어 전원공급회로를 차단하는 분기용 차단기(40)의 종류에 따라 상기 분기용 차단기를 제어하기 위한 제어신호를 선택적으로 출력하는 제어신호 변환모듈(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연산 기능장치(120)는, 상기 메인 차단기와 연결되는 전원공급라인을 통해 전원을 입력받는 전원 입력부(121); 상기 전원 입력부에 인가된 교류전압을 정격전압으로 변환하여 상기 계측모듈로 공급하는 전원 공급부(123); 상기 계측모듈과 신호를 송수신하는 제1 통신부(125); 상기 디스플레이 모듈과 데이터를 송수신하는 제2 통신부(127); 및 상기 계측모듈로부터 계측 정보를 수신하여 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각의 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하를 검출하여 상기 계측모듈 및 상기 디스플레이 모듈로 각각 전송하는 제어부(129)를 포함한다.
또한, 상기 제어신호 변환모듈(140)은, 상기 계측모듈로부터 신호를 수신하는 신호 입력부(141); 상기 신호 입력부(141)에서 수신한 신호를 통신 신호 및 접점 신호로 각각 변환하는 신호 변환부(143); 상기 신호 변환부에서 변환된 통신 신호 및 접점 신호를 각각 출력하는 신호 출력부(145); 및 상기 차단기의 종류에 따라 상기 신호 출력부에서 통신 신호 및 접점 신호 중 어느 하나의 신호를 출력하도록 상기 신호 출력부를 제어하는 제어부(147)를 포함한다.
또한, 상기 제어신호 변환모듈(140)은, 상기 계측모듈 및 상기 제어신호 변환모듈과 상호 통신으로 연결하는 방식을 모듈러 잭을 이용하여 연결하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연산기능장치를 내장한 종합 디스플레이부 및 상기 계측모듈 간의 직렬로 연결되는 직렬 배선을 이용하여 전원공급측과 전원수신측 간의 양방향 제어신호를 전달하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 계측모듈은 CT(Current Transformer) 계측모듈을 포함한다.
상기와 같은 구성된 본 발명에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치에 의하면, 전력공급측과 전원수신측 간에 양방향으로 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 사용시간, 과부하 경보 등의 실시간 정보를 이용하여 종합적인 에너지 공급 조정, 피크 전력의 제한, 과다 무효전력의 발생 등의 정보를 제공하고, 이를 통해 에너지 사용량을 조정하기 위한 전원수신측의 차단기를 간결하고 용이하게 선택적으로 제어하여 에너지 공급을 효율적으로 관리할 수 있다.
또한 종래의 차단기를 제어하는 방법은 별도의 제어회로 배선에 의해 제어신호를 보내어 제어장치 등을 이용하여 차단기를 각각 제어하도록 되어 있으나, 본 발명의 전원제어 장치에서는 연산기능장치를 내장한 종합 디스플레이부와 상기 계측모듈 간의 통신방식의 연결되는 직렬 배선을 이용하여 전원공급측과 전원수신측 간의 양방향 제어신호를 전달하도록 함으로써 제어회로의 배선이 간결하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치의 결선 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치의 연산 기능을 갖춘 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치의 제어신호 변환모듈을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치의 제어신호 변환모듈의 외형도이다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치는 전원공급측인 고압의 수배전반에서 배선된 간선과 연결되어 전원수신측의 분전반의 부하로 전원을 공급한다.
이러한 본 실시 예에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치는, 분전반 및 배전반의 간선과 연결되는 메인 차단기(10)와, 이 메인 차단기(10)에 연결되는 주회로(20)와, 이 주회로(20)에서 에너지를 사용하는 각 부하로 전력을 공급할 수 있도록 주회로(20)와 연결되는 분기회로(30)를 포함한다. 이때, 주회로(20)에는 전원공급회로의 차단을 위한 메인 차단기(10)가 설치되고, 각각의 분기회로(30)에도 에너지를 사용하는 각 부하로 공급되는 전원공급을 차단하기 위한 분기용 차단기(40)가 각각 설치된다.
또한, 본 실시 예에 따른 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치는, 주회로(20) 및 분기회로(30)의 에너지 사용량, 전류, 전력 중 하나 이상을 계측하고 표시하는 계측모듈과, 이 계측모듈로부터 계측데이터를 수신하여 주회로(20) 및 분기회로(30) 각각의 에너지 사용 정보를 종합 디스플레이 장치(130)에 보내어 내부에 장치된 연산장치의 연산기능을 통하여 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률, 전원공급시간, 과부하 정보를 표시하는 종합 디스플레이 장치(130)와, 차단기(10,40)의 각각의 종류에 따라 차단기(10,40)를 제어하기 위한 신호를 선택적으로 출력하는 제어신호 변환모듈(140)을 더 포함한다.
여기서, 상기 계측모듈은 본 실시예에서는 전류를 계측하고 표시하는 CT(Current Transformer)계측모듈(110)을 사용하며 이에 한정하여 설명하지만, 다른 계측 모듈을 사용하여 주회로(20) 및 분기회로(30)의 에너지 사용 정보 중 하나 이상을 계측하고 표시하도록 구성하여도 되는 것임은 당해 기술 분야에 통상의 기술을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 차단기를 제어하기 위하여 제어신호를 수신하는 방법이 차단기에 따라 다른 통신신호 또는/및 접점신호방식을 사용할 수 있으며, 이에 따라 차단가의 종류가 구분되므로 상기에서는 차단기의 각각의 종류라 표현하였다.
주회로(20)는 3상 3선식 또는 3상 4선식으로 R, S, T, N에 각각 연결되도록 배치되며, 메인 차단기(10)에 의해 공급되는 전원공급회로가 선택적으로 차단된다. 또한, 분기회로(30)는 주회로(20)에서 분기되어 분기용 차단기(40)를 통해 주회로(20)에서 공급되는 전원공급회로가 선택적으로 차단된다.
CT 계측모듈(110)은 주회로(20) 및 분기회로(30)의 R, S, T의 3상 각각에 설치되어 전류를 감지하는 CT(Current Transformer)와 이 CT에 의해 계측된 정보에 의해 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 전력량, 주파수, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하 정보를 제공한다.
이러한 CT 계측모듈(110)은 상기 CT에서 감지한 계측정보를 종합 디스플레이 장치(130)에 내장된 연산기능장치(120)로 송신하고, 이 연산기능장치(120)에서 산정한 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 전력량, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하 정보를 수신하여 상기 종합 디스플레이 장치(130)에 표시한다.
종합 디스플레이 장치(130)에 내장된 연산기능장치(120)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 메인 차단기(10)와 연결되는 전원공급라인을 통해 전원을 공급받는 전원 입력부(121)와, 이 전원 입력부(121)에 인가된 교류전압을 사용전압으로 변환하여 CT 계측모듈(110)로 공급하는 전원 공급부(123)와, CT 계측모듈(110)과 신호를 송수신하는 제1 통신부(125)와, 디스플레이 장치(130)와 계측데이터를 송수신하는 제2 통신부(127)와, CT 계측모듈(110)의 CT로부터 계측데이터를 수신하여 주회로(20) 및 분기회로(30) 각각의 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하를 검출하여 CT 계측모듈(110) 및 종합 디스플레이장치(130)로 각각 전송하는 제어부(129)를 구비한다.
또한, 종합 디스플레이 장치(130)에 내장된 연산기능장치(120)는 주회로(20) 및 분기회로(30) 각각의 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하를 검출하여 외부의 감시 서버(200)로 전송한다. 이때, 연산기능장치(120)는 감시 서버(200)와 유무선 통신을 통해 데이터를 송수신한다.
종합 디스플레이장치(130)는 연산기능장치(120)에서 전송하는 단위 분전반 및 배전반, 즉 1개 분전반 및 배전반의 각각의 분기회로에 연결된 개별부하 감시, CT 계측모듈(110)의 계측표시 등의 기능을 수행하게 되며, 분전반 및 배전반의 주시 용이한 위치에 구비된다.
한편, 분기용 차단기(40)는 분기회로(30)에서 전력을 공급하는 부하의 종류에 따라 배선용차단기(MCCB: Modeled Case Circuit Breakers), 누전차단기(LCB: Earth Leakage Circuit Breakers), 전자접촉기(MC: Magnetic Contactor), 계전기(Relay) 등이 사용되며, 각각의 종류에 맞도록 제어신호 변환모듈(140)로부터 제어신호가 입력된다.
제어신호 변환모듈(140)은 분기용 차단기(40)의 종류에 따라 각각 연결되도록 설치되며, 분기용 차단기(40)의 종류에 맞도록 제어신호를 전송하여 분기용 차단기(40)를 제어한다.
이를 위하여, 제어신호 변환모듈(140)은, 도 3에 도시한 바와 같이, CT 계측모듈(110)로부터 중앙감시반(200)에서 연산기능장치(120)를 통하여 전송된 제어신호를 수신하는 신호 입력부(141)와, 이 신호 입력부(141)에서 수신한 신호를 통신신호 및 접점신호로 각각 변환하는 신호 변환부(143)와, 이 신호 변환부(143)에서 변환된 통신신호 및 접점 신호를 각각 출력하는 신호 출력부(145)와, 분기용 차단기(40)의 종류에 따라 신호 출력부(145)에서 통신신호 및 접점 신호 중 어느 하나의 신호를 출력하도록 신호 출력부(145)를 제어하는 제어부(147)를 구비한다.
신호 입력부(141)는 도 4에 도시한 바와 같이 CT 계측모듈(110)과의 상호 간의 연결이 용이하도록 통신용 모듈러 잭 형태로 제공된다.
신호 출력부(145)는 도 4에 도시한 바와 같이 분기용 차단기(40)의 종류에 따라 분기용 차단기(40)와 각각 연결되도록 복수 개 설치되며, 제어부(147)의 제어에 따라 통신신호 및 접점 신호를 각각 출력할 수 있도록 통신신호 출력부(145a)와 접점 신호 출력부(145b)를 각각 구비한다.
또한 제어신호 변환모듈(140)은 전원공급측의 감시 서버(200)에서 집적된 에너지 정보를 통하여 종합적인 에너지 공급 조정, 피크 전력의 제한, 과다 무효전력의 발생 등의 정보를 도출하여 해당하는 차단기(10,40)를 제어하기 위한 제어신호를 연산기능 장치(120)를 내장한 종합 디스플레이 장치(130)에 보내며, 이를 각각의 부하회로별로 연결되는 CT 계측모듈(110)의 통신방식의 직렬배선(50)을 통하여 보내지고, 이를 다시 제어신호 변환모듈(140)에 직렬배선(50)으로 연결되어 제어신호를 공급받도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : CT 계측 모듈
120 : 디스플레이 장치에 내장된 연산기능장치
121 : 전원입력부 123 : 전원공급부
125 : 제1통신부 127 : 제2통신부
129 : 제어부 130 : 종합 디스플레이 장치
140 : 제어신호변환모듈 141 : 신호입력부
143 : 신호변환부 145 : 신호출력부
147 : 제어부

Claims (6)

  1. 3상의 전원공급회로에서 공급되는 전력을 차단하는 메인 차단기(10)와 연결되는 주회로(20) 및 상기 주회로에서 분기하는 분기회로(30)의 에너지 사용량을 감지하도록 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각에 설치되어 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각의 에너지 사용 정보 중 하나 이상을 계측하고, 하기의 연산기능장치(120)에서 제공되는 데이터를 수신하는 계측모듈;
    상기 계측모듈과 데이터를 송수신하며, 상기 계측모듈의 계측 데이터를 통해 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각의 전압, 전류, 전력, 전력량, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하를 산출하여 상기 계측모듈로 제공하는 연산기능장치(120);
    상기 연산기능장치와 연결되어 상기 계측모듈의 정보를 표시하는 종합 디스플레이 장치(130); 및
    상기 계측모듈로부터 계측정보를 수신하도록 상기 계측모듈과 연결되고, 상기 분기회로에 설치되어 전원공급회로를 차단하는 분기용 차단기(40)의 종류에 따라 상기 분기용 차단기를 제어하기 위한 제어신호를 선택적으로 출력하는 제어신호 변환모듈(140)을 포함하며,
    상기 연산기능장치(120)는,
    상기 메인 차단기와 연결되는 전원공급라인을 통해 전원을 입력받는 전원 입력부(121);
    상기 전원 입력부에 인가된 교류전압을 정격전압으로 변환하여 상기 계측모듈로 공급하는 전원 공급부(123);
    상기 계측모듈과 신호를 송수신하는 제1 통신부(125);
    상기 디스플레이 모듈과 데이터를 송수신하는 제2 통신부(127); 및
    상기 계측모듈로부터 계측 정보를 수신하여 상기 주회로 및 상기 분기회로 각각의 에너지 사용량 및 전압, 전류, 전력, 역률, 온도, 전원공급시간 및 과부하를 검출하여 상기 계측모듈 및 상기 디스플레이 모듈로 각각 전송하는 제어부(129)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 조정을 위한 전원제어장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어신호 변환모듈(140)은,
    상기 계측모듈로부터 신호를 수신하는 신호 입력부(141);
    상기 신호 입력부에서 수신한 신호를 통신 신호 및 접점 신호로 각각 변환하는 신호 변환부(143);
    상기 신호 변환부에서 변환된 통신 신호 및 접점 신호를 각각 출력하는 신호 출력부(145); 및
    상기 차단기의 종류에 따라 상기 신호 출력부에서 통신 신호 및 접점 신호 중 어느 하나의 신호를 출력하도록 상기 신호 출력부를 제어하는 제어부(147)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어신호 변환모듈(140)은, 상기 계측모듈 및 상기 제어신호 변환모듈과 상호 통신으로 연결하는 방식을 모듈러 잭을 이용하여 연결하는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연산기능장치를 내장한 종합 디스플레이부 및 상기 계측모듈 간의 직렬로 연결되는 통신 라인을 이용하여 전원공급측과 전원수신측 간의 양방향 제어신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 계측모듈은 CT(Current Transformer)계측모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 조정을 위한 전원제어 장치.
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