KR102039078B1 - 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치 - Google Patents

태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치 Download PDF

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강건민
양주석
박규현
박광우
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주식회사 더블유피
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치가 개시된다. 본 발명의 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치는, 서로 간에 직렬로 연결되는 복수의 태양전지패널 사이의 단선을 감지하는 것으로서, 상기 복수의 태양전지패널 중 가장 일측에 위치한 태양전지패널의 양극 단자와 가장 타측에 위치한 태양전지패널의 음극 단자 사이를 도선으로 연결하며, 상기 도선과 복수의 태양전지패널을 서로 연결하는 스트링으로 탐지전류를 인가하는 단선감지 전류인가유닛; 및 상기 탐지전류 인가를 통해 상기 스트링을 따라 흐르는 전류를 분석하고 주파수 변동구간 감지를 통해 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 주파수 감지부를 구비하는 휴대용 단선감지 확인단말을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 주파수 변동구간 감지 및/또는 자계 변화 감지를 이용한 비접촉 단선 감지구조가 적용되어 단선 구간을 신속하고 용이하게 확인할 수 있으므로 작업자의 노동 강도를 한층 절감시킬 수 있다.

Description

태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치{Disconnection and defect detection apparatus of Photovoltaic System}
본 발명은, 태양전지패널 중 단선이 발생한 부분을 비접촉 방식을 통해 용이하게 검출할 수 있도록 단선 감지구조가 마련된 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 시스템은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것으로서, 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양 전지판(모듈)과 태양전지판에서 생산된 직류 전원을 교류 전원으로 바꾸어주는 인버터를 포함하여 구성된다.
태양광 발전 시스템의 구성을 좀 더 상세히 설명하면, 수광된 태양광에 상응하는 직류 전원을 공급하는 태양 전지 패널과 이를 직렬로 연결한 태양 전지 어레이, 태양 전지 어레이와 인버터 사이에서 많은 배선의 결선을 용이하게 해주고 각종 보호 기능을 수행하는 태양광 접속반, 태양 전지 어레이에서 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터 및 발전된 전력을 소비하는 부하로 구성된다.
태양광 접속반은 태양전지 어레이에서 고장이 발생할 경우 고장 범위를 최소로 축소시켜 사고를 방지하고, 고장점을 찾기 쉽도록 구성된다.
태양 전지 어레이를 구성하는 복수의 태양 전지 패널은 서로 간에 스트링을 통해 직렬로 연결되며, 이러한 연결 부위는 비, 눈, 바람, 기타 환경적인 요인 등에 의해 통전되지 못하고 단선되는 현상이 발생하기도 한다.
작업자는 이러한 단선 부위를 신속하게 발견해서 수리/교체 작업을 진행해야 전체 태양광 발전 시스템의 전력생산 효율성 하락을 최대한 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전력 수요가 급격히 증가하는 때 전력공급에 차질이 발생하는 것 또한 방지할 수 있게 된다.
종래에는 단선 부위를 검출하기 위해 복수의 태양전지 어레이와 연결된 접속반이나 인버터 쪽에 단선 부위를 감지할 수 있는 센서(장치)가 마련되어 있으나, 이러한 경우 직렬로 연결된 복수의 태양전지 어레이 중 적어도 하나에 단선이 발생했음을 감지할 수는 있으나 구체적으로 어느 태양전지 어레이에 단선이 발생했는지를 정확하게 감지할 수 없는 단점이 발생한다.
또한 이러한 감지방식 외에 종래에는 복수의 태양전지 어레이에 개별적으로 단선 감지 센서(장치)를 설치하기도 했으나 이러한 방식은 감지센서의 설치 개수 증가에 따라 전체적으로 비용이 과다하게 발생하는 문제가 있다.
또한 종래에는 작업자가 테스터기를 갖고 이러한 단선 부위를 직접 수작업으로 일일히 찾아야 하는 엄청난 노동력과 강도를 필요로 하였고 이러한 방식은 엄청난 시간과 노력이 요구되는바 신속히 개선되어야 할 필요가 있다. 따라서 본 출원인은 작업자가 좀 더 쉽고 빠르게 단선 부위를 검출할 수 있는 새로운 방식의 단선 검출 장치를 제안하는 바이다.
대한민국 등록실용신안 제20-0457335호(2011.12.08. 등록) 대한민국 공개특허 제10-2015-0056763호(2015.05.27 공개)
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 작업자가 태양광 발전소에 설치되어 있는 수백 내지 수천개의 태양전지패널 중 단선이 발생한 부분을 주파수 변동구간 감지 및/또는 자계 변화 감지를 이용한 비접촉 방식을 통해 용이하게 검출할 수 있도록 단선 감지구조가 마련되어 단선 구간을 신속하고 용이하게 확인할 수 있는 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 간에 직렬로 연결되는 복수의 태양전지패널 사이의 단선을 감지하는 것으로서, 상기 복수의 태양전지패널 중 가장 일측에 위치한 태양전지패널의 양극 단자와 가장 타측에 위치한 태양전지패널의 음극 단자 사이를 도선으로 연결하며, 상기 도선과 복수의 태양전지패널을 서로 연결하는 스트링으로 탐지전류를 인가하는 단선감지 전류인가유닛; 및 상기 탐지전류 인가를 통해 상기 스트링을 따라 흐르는 전류를 분석하고 주파수 변동구간 감지를 통해 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 주파수 감지부를 구비하는 휴대용 단선감지 확인단말을 포함하는 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치가 제공된다.
상기 휴대용 단선감지 확인단말은, 상기 스트링 주위에 발생하는 자계를 검출하여 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 자계 검출부를 더 포함할 수 있다.
상기 휴대용 단선감지 확인단말은, 상기 주파수 감지부와 자계 검출부에 의해 감지된 값이 수치화되어 저장되는 메모리; 상기 메모리에 기저장된 값과 상기 주파수 감지부와 자계 검출부를 통해 실시간으로 감지되는 값을 비교하는 비교부; 상기 비교부의 비교값을 전달받아 설정범위 이상의 차이가 발생하는 경우 단선발생으로 판단하는 단선 판단부; 및 상기 단선 판단부의 판단 결과에 따라 이상 신호를 발생하는 이상신호 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 휴대용 단선감지 확인단말은, 상기 메모리의 저장값, 단선 판단부의 출력값을 웹 서버로 전송하는 송신부를 더 포함할 수 있다.
상기 단선감지 전류인가유닛은, 상기 도선에 마련되어 탐지전류 인가 상태를 선택적으로 온오프 가능한 스위치; 및 외부로부터 무선신호를 전달받아 상기 스위치 구동을 온오프 제어하는 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
상기 단선감지 전류인가유닛은, 상기 도선의 양측 단부 영역에 각각 마련되어 스트링을 따라 흐르는 전류가 상기 도선 측으로 유도되는 것을 일정 이상 제한 가능한 저항을 더 포함할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치에 의하면, 주파수 변동구간 감지 및/또는 자계 변화 감지를 이용한 비접촉 단선 감지구조가 적용되어 단선 구간을 신속하고 용이하게 확인할 수 있으므로 작업자의 노동 강도를 한층 절감시킬 수 있다.
또한 휴대용 단선감지 확인단말의 감지값과 저장값을 웹 서버로 전송할 수 있으므로 현장에 있는 작업자가 아닌 관제센터 등에 있는 관리자도 단선 감지에 대한 정보를 실시간으로 획득하여 더욱 신속한 수리 및 교체작업을 진행할 수 있다.
또한 도선에 스위치와 스위치 제어부가 더 마련됨으로써 도선 상의 통전 상태를 항상 유지시키지 않고 필요할 경우에만 원격에서 활성화시킬 수 있으므로 전류제공부의 필요없는 전력 낭비를 최대한 방지하여 단선감지 전류인가유닛의 동작 가능시간을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치가 설치된 상태를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치의 단선감지 전류인가유닛을 구체적으로 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치의 휴대용 단선감지 확인단말을 구체적으로 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 단선 및 불량 검출장치는, 작업자가 태양광 발전소에 설치되어 있는 수백 내지 수천개의 태양전지패널 중 단선이 발생한 부분을 비접촉 방식을 통해 용이하게 검출할 수 있도록 단선 감지구조가 마련되어 있으며, 구체적으로는 주파수 변동구간 감지 및/또는 자계 변화 감지를 통해 단선 구간을 확인할 수 있다. 본 발명은, 비접촉 방식을 통해 단선 구간을 신속하고 용이하게 확인할 수 있으므로 작업자의 노동 강도를 한층 절감시킬 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치는, 서로 간에 직렬로 연결되는 복수의 태양전지패널(10) 사이의 단선을 감지하도록 이루어진 것으로서 단선감지 전류인가유닛(100)과 휴대용 단선감지 확인단말(110)을 포함한다.
구체적으로 복수의 태양전지패널(10)이 서로간에 직렬 연결되어 하나의 태양전지패널군을 형성하고 이러한 태양전지패널군이 서로 병렬 연결되어 전체 발전 시스템을 이루게 되는데, 본 발명은 각각의 태양전지패널군에서 태양전지패널(10) 간의 단선 및 불량부위를 주파수 변동구간 확인, 자계 변화 구간 확인과 같은 비접촉 방식을 통해 검출하도록 이루어진다.
먼저, 단선감지 전류인가유닛(100)은 복수의 태양전지패널(10) 중 가장 일측에 태양전지패널(10)의 양극 단자와 가장 타측에 위치한 태양전지패널(10)의 음극 단자 사이를 도선(101)으로 연결하고 도선(101)과 복수의 태양전지패널(10)을 서로 연결하는 스트링(102)으로 탐지전류를 인가한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 단선감지 전류인가유닛(100)은, 전류제공부(103), 스위치(104), 스위치 제어부(105) 및 저항(106)을 포함한다.
전류제공부(103)는 실질적으로 도선(101)과 스트링(102)을 따라 전류가 인가되도록 정상적인 태양광 발전시 스트링(102)을 따라 유도되는 전류와는 구분되어 단선감지를 위해 단선감지 전류를 인가하기 위한 것으로서, 일종의 배터리 등으로 적용 가능하다. 따라서 전류제공부(103)는 수개월 단위로 교체하여 설치할 필요가 있다.
스위치(104)는 도선(101) 상에 마련되어 탐지전류 인가 상태를 선택적으로 온오프할 수 있도록 마련되며, 스위치 제어부(105)는 외부로부터 무선신호를 전달받아 스위치(104) 구동을 선택적으로 온오프 제어하도록 마련된다.
여기서 스위치 제어부(105)는 와이파이 등의 무선신호를 송신하는 무선신호 수신부(미도시)와 상기 무선신호 수신부(미도시)의 전달신호를 받아 스위치(104) 구동을 실질적으로 제어하는 스위치구동부(미도시)를 포함한다.
본 발명은, 스위치(104)와 스위치 제어부(105)를 통해 도선(101) 상의 통전 상태를 항상 유지시키지 않고 필요할 경우에만 원격에서 활성화시킬 수 있으므로 전류제공부(103)의 필요없는 전력 낭비를 최대한 방지하여 단선감지 전류인가유닛(100)의 동작 가능시간을 증가시킬 수 있다.
한편, 서로 직렬 연결된 복수의 태양전지패널(10)이 정상적인 상태일때 즉 서로 간에 단선됨이 없이 정상적으로 전류를 접속반(11) 측으로 인가시킬 경우, 스트링(102)을 따라 흐르는 전류가 필요 이상으로 도선(101) 측으로 유도되면 태양광 발전 시스템의 전력 생산 효율이 저감하는 단점이 발생할 수 있다.
부연하자면, 본 발명에서 스트링(102)과 도선(101)의 연결은 단지 스트링(102)과 도선(101)으로 탐지전류를 인가시켜 스트링(102) 사이의 단선을 감지하는 용도일뿐, 전술한 바와 같이 정상적으로 기능하여 정상적으로 생성된 태양광 발전 전류가 스트링(102)을 따라 흐르다가 도선(101) 측으로 필요이상 유도될 경우에는 접속반(11) 측으로 유도되는 전류의 손실이 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 전력 손실을 최소화하면서 스트링(102), 도선(101) 사이를 통전시켜 탐지전류가 유도 가능하도록 저항(106)이 더 마련된다.
저항(106)은 도선(101)의 양측 단부 영역에 각각 마련되어 스트링(102)을 따라 흐르는 전류가 도선(101) 측으로 유도되는 것을 일정 이상 제한하게 되며, 이에 따라 스트링(102) 상의 전류가 필요이상으로 도선(101) 측으로 유도되는 것을 일정 부분 제한하게 된다.
다음, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 휴대용 단선감지 확인단말(110)은 단선감지 전류인가유닛(100)의 탐지전류 인가를 통해 스트링(102)을 따라 흐르는 전류를 분석하여 복수의 태양전지패널(10) 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 것으로서, 작업자가 휴대하면서 태양전지패널(10)에 비접촉 방식으로 근접하게 배치시키고 복수의 태양전지패널(10)의 스트링(102) 부위와 대응하도록 이동시키면서 단선 구간을 확인할 수 있다.
구체적으로, 휴대용 단선감지 확인단말(110)은 스트링(102)의 전류 인가시 스트링(102) 주변에 형성되는 주파수를 감지하기 위한 주파수 감지부(111)를 포함하고, 단선 구간 발생시 스트링(102) 주변에 형성되는 주파수 변동구간을 감지하여 단선 구간을 확인하게 된다. 예를 들면, 전기적인 통전이 이루어지는 구간에서는 전류 흐름에 따라 기설정된 정상적인 주파수가 검출될 것이지만 단선된 이후 구간에서는 그 주파수 진폭이 미약하거나 미검출될 수 있으므로, 작업자는 주파수 감지부(111)의 주파수 변동구간 감지를 통해 단선 구간을 쉽게 찾을 수 있게 된다.
또한 휴대용 단선감지 확인단말(110)은 전류 인가시 스트링(102) 주변에 형성되는 자계를 검출하기 위한 자계 검출부(112)를 더 포함하고, 마찬가지로 단선구간 발생시 스트링(102) 주변에 형성되는 자계의 세기 변화를 감지하여 단선 구간을 확인하게 된다. 예를 들면, 자계 검출부(112)는 자계 검출 코일을 포함하고, 마찬가지로 전기적인 통전이 이루어지는 구간에서는 전류 흐름에 따라 기설정된 정도의 자계 세기가 검출될 것이지만 단선된 이후 구간에서는 그 자계 검출 세기가 미약하거나 미검출될 수 있으므로, 작업자는 자계 검출부(112)의 자계검출 변동구간 감지를 통해 단선 구간을 쉽게 찾을 수 있게 된다.
본 발명은 주파수 변동구간 감지를 통해서 단선 구간확인을 할 수 있지만 이에 더해서 자계 세기 변동을 추가적으로 감지해서 단선 구간 확인을 하도록 함으로써, 더욱 확실한 태양전지패널(10)간 단선을 확인할 수 있는 이점이 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 휴대용 단선감지 확인단말(110)은, 메모리(113), 비교부(114), 단선 판단부(115), 이상신호 발생부(116) 및 송신부(117)를 포함한다.
메모리(113)는 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)에 의해 감지된 값이 수치화되어 저장된다.
비교부(114)는 메모리(113)에 기저장된 값과 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)를 통해 실시간으로 감지되는 값을 비교한다.
단선 판단부(115)는 비교부(114)의 비교값을 전달받아 실질적으로 단선 구간이 발생했는지 여부를 판단하는 것으로서, 구체적으로 비교부(114)의 값을 기설정된 설정값과 비교한 후 설정 범위 이상의 차이가 발생하는 경우 단선 발생으로 판단하게 된다. 좀 더 부연하자면, 단선 판단부(115)는 비교부(114)의 값과 기설정값 차이가 설정 범위 미만인 경우에는 단선 발생으로 판단하지 않고 기타 환경적인 요인이나 점검 오차로 판단한다.
또한, 단선 판단부(115)는 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)에 의해 감지된 주파수 변동이나 자계 세기 변동 중 적어도 하나가 전술한 바와 같이 비교부(114)의 값과 기설정값 차이가 설정 범위 이상으로 판단되면 단선 발생으로 판단하도록 한다.
이상신호 발생부(116)는 단선 판단부(115)의 판단 결과에 따라 이상 신호를 선택적으로 발생하는 것으로서 단선구간이 발생한 것으로 확인되면 작업자에게 단선 발생 사실을 시각, 청각적인 효과를 이용하여 제공할 수 있으며, led, 스피커 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 휴대용 단선감지 확인단말(110)은 메모리(113)의 저장값, 단선 판단부(115)의 출력값을 관제센터의 관제서버(미도시) 또는 웹 서버(120)로 전송하는 송신부(117)를 더 포함한다. 송신부(117)는 LTE, Wifi 무선 통신망을 이용하여 상기한 값들을 웹 서버(120)로 전송할 수 있으며, 태양광 발전소 작업 현장에 직접적으로 위치하지 않은 다른 관리자(작업자)는 웹 서버(120)에 업로딩된 정보를 기반으로 태양전지패널의 단선 정보를 원거리에서도 쉽게 확인할 수 있게 된다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 태양전지패널 100: 단선감지 전류인가유닛
101: 도선 102: 스트링
103: 전류제공부 104: 스위치
105: 스위치 제어부 106: 저항
110: 단선감지 확인단말 111: 주파수 감지부
112: 자계 검출부 113: 메모리
114: 비교부 115: 단선 판단부
116: 이상신호 발생부 117: 송신부
120: 웹 서버

Claims (6)

  1. 서로 간에 직렬로 연결되는 복수의 태양전지패널(10) 사이의 단선을 감지하는 것으로서,
    상기 복수의 태양전지패널(10) 중 가장 일측에 위치한 태양전지패널의 양극 단자와 가장 타측에 위치한 태양전지패널의 음극 단자 사이를 도선(101)으로 연결하며, 상기 도선(101)과 복수의 태양전지패널을 서로 연결하는 스트링(102)으로 탐지전류를 인가하되, 상기 도선에 마련되어 탐지전류 인가 상태를 선택적으로 온오프 가능한 스위치(104)와 상기 스위치(104) 구동을 온오프 제어하는 스위치 제어부(105)를 포함하는 단선감지 전류인가유닛(100); 및
    상기 탐지전류 인가를 통해 상기 스트링(102)을 따라 흐르는 전류를 분석하고 주파수 변동구간 감지를 통해 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 주파수 감지부(111)를 구비하는 휴대용 단선감지 확인단말(110)을 포함하되,
    상기 스위치 제어부(105)는 원격 무선신호를 전달받아 상기 스위치(104)의 구동을 제어하는 것으로서,
    원거리에서 송신된 스위치 동작 무선신호를 수신하는 무선신호 수신부; 및
    상기 무선신호 수신부의 신호를 전달받아 스위치(104)의 온오프를 구동하는 스위치구동부를 포함하며,
    상기 휴대용 단선감지 확인단말(110)은,
    상기 스트링(102) 주위에 발생하는 자계를 검출하여 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 자계 검출부(112);
    상기 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)에 의해 감지된 값이 수치화되어 저장되는 메모리(113);
    상기 메모리(113)에 기저장된 값과 상기 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)를 통해 실시간으로 감지되는 값을 비교하는 비교부(114);
    상기 비교부(114)의 비교값을 기설정된 설정값과 비교한 후 설정범위 이상의 차이가 발생하는 경우 단선발생으로 판단하는 단선 판단부(115); 및
    상기 단선 판단부(115)의 판단 결과에 따라 이상 신호를 선택적으로 발생하는 이상신호 발생부(116)를 더 포함하며,
    상기 휴대용 단선감지 확인단말은 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)를 통해 전기적인 단선을 2중으로 감지하되,
    상기 단선 판단부(115)는 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)에 의해 감지된 주파수 변동이나 자계 세기변동 모두의 실시간 감지값을 이용한 비교부(114)의 주파수 변동 비교값과 자계 세기변동 비교값이 모두 기설정된 설정값과 설정 범위 이상 차이가 발생하는 경우 단선 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 휴대용 단선감지 확인단말(110)은, 상기 메모리(113)의 저장값, 단선 판단부(115)의 출력값을 웹 서버(120)로 전송하는 송신부(117)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단선감지 전류인가유닛(100)은,
    상기 도선의 양측 단부 영역에 각각 마련되어 스트링을 따라 흐르는 전류가 상기 도선 측으로 유도되는 것을 일정 이상 제한 가능한 저항(106)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 단선 및 불량 검출장치.


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