KR102431535B1 - 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼상 전원의 위상 결선에 오류가 발생하여도 자동 위상 교정이 이루어지도록 하여, 전동기에 연결되는 세 가닥 전선의 위상연결과 관계없이 개폐 명령(열림 또는 닫힘)에 대응하여 정확하게 명령 방향으로 회전할 수 있도록 한 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기에 관한 것으로서, 삼상에 각각 연결되어, 삼상 전력의 이상 시 부하에 삼상 전력이 공급되는 것을 차단하는 제1 내지 제3 퓨즈에 각각 대응하게 연결되어, 각 상의 전압 변화를 검출하는 제1 내지 제3 바리스터, 제1 바리스터의 출력 전압과 제2 바리스터의 출력 전압과의 위상 차이에 따른 전압 값을 출력하는 광 커플러, 제2 및 제3 퓨즈와 연결되어 입력 전압을 임의의 전압으로 변환하는 트랜스포머, 트랜스포머의 2차 측에서 출력되는 교류를 직류로 변환하는 교류-직류 변환기, 광 커플러로부터 출력되는 전압과 상기 교류-직류 변환기에서 출력되는 전압 값을 비교하여 결선 오류를 판별하고, 결선 오류 시 위상 교정 신호를 발생하는 위상 교정기 및 위상 교정 신호에 따라 부하에 공급되는 전원의 위상을 변경해주는 릴레이를 포함하여, 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기를 구현한다.

Description

자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기{Three-phase forward and reverse magnetic contactor with automatic phase correction function}

본 발명은 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기에 관한 것으로, 특히 삼상 전원의 위상 결선에 오류가 발생하여도 자동 위상 교정이 이루어지도록 하여, 전동기에 연결되는 세 가닥 전선의 위상연결과 관계없이 개폐 명령(열림 명령 또는 닫힘 명령)에 대응하여 정확하게 명령 방향으로 회전할 수 있도록 한 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기에 관한 것이다.

삼상 교류 전원으로 구동되는 전동기는 공급되는 전원의 위상 연결에 따라 회전방향이 바뀌게 된다. 즉, 삼상 전원의 위상은 각각의 상에 대하여 서로 시간상으로 다른 정현파로 진행되며, 이때 세 가닥의 전선으로 공급되는 삼상 전원의 위상은 각각 120°틀어진 R, S, T의 위상으로 구분된다.

또한, 삼상 전원을 공급하는 세 가닥의 전선은 각각 R의 위상, S의 위상, T의 위상으로 구별되고, 이를 구별하기 위하여 세 가닥의 전선에는 각각 적색(R상), 백색(S상), 흑색(T상)으로 정하여 사용한다.

또한, 삼상 전동기도 각각의 고정자 코일이 위상에 따라 U상, V상, W상으로 구분되며, 모터 코일의 위상과 연결되는 삼상 전원의 위상과의 차이에 의거 플레밍의 왼손 법칙에 따라 정회전(시계방향) 하거나 역회전(반시계방향)하게 된다.

즉, 삼상 전원의 R상(적색)이 삼상 전동기의 U상에 연결되고, 전원의 S상(백색)이 전동기의 V상에 연결되며, 전원의 T상(흑색)이 전동기의 W상에 연결되면 전동기는 정회전(시계방향)하고, 이 세 가닥의 전선 중에서 2가닥의 위상이 서로 바뀌어 연결되면 전동기는 역회전(반시계방향) 하게 된다.

이러한 전동기의 정. 역회전의 특성을 이용하여 기계적으로 열림과 닫힘 기능을 활용하는 기계적인 장치 중에서 대표적인 것이 전동모터 밸브, 전동 수문 그리고 자동 댐퍼 등이 있다.

이러한 장치에 사용하는 전동기의 정회전, 역회전 기능을 활용하기 위해서는 2개의 전자 접촉기(A 전자 접촉기, B 전자 접촉기)로 이루어진 정, 역 전자접촉기를 통하여 전동기에 전원을 공급하게 되는 데, A번 전자 접촉기가 여자되면 전동기에 연결된 전원은 정회전 위상으로 공급되어 전동기는 시계방향으로 회전하고, B번 전자 접촉기가 여자되면 전동기에 역회전 위상의 전원이 공급되어 반시계방향으로 회전한다.

아울러 이러한 전동모터 밸브, 전동 수문, 전동문(자동 댐퍼) 등은 각각 닫힘과 열림 사이에 일정한 행정거리가 있고, 정해진 행정거리 이내에서만 작동되어야 하며, 이를 제어하기 위하여 닫힘과 열림의 종단에는 행정거리 이상 전동기가 움직이지 않도록 제한하기 위하여 리미트 스위치를 사용하고 있다.

이러한 리미트 스위치는 전동모터 밸브가 닫힘 작동시 시계방향으로 회전하여야 닫힘 리미트 스위치가 작동되고, 열림 동작시에는 반시계방향으로 회전하여야 열림 리미트 스위치가 작동된다.

이때, 전동기 전원 연결시 위상을 잘못 연결하여 전원을 공급하면, 전동모터 밸브가 닫힘 또는 열림 명령시 정해진 회전 방향으로 움직이지 않고 명령과는 서로 반대방향으로 회전되므로, 닫힘과 열림의 행정거리 종단에 설치된 리미트 스위치가 작동하지 않고 기계적 멈춤 장치에 의해 멈추게 되므로, 전동기에 공급되는 전원이 행정거리를 초과한 경우에도 끊어지지 않고 계속 공급되어 전동기는 실속(Stall) 상태가 된다. 전동기가 실속 상태가 되면 과도한 실속전류가 전동기의 고정자 코일에 흐르게 되므로, 고정자 코일은 줄 법칙에 의한 열이 발생하고, 급격한 온도상승을 초래한다. 이로 인해 전동기 코일은 고온현상으로 절연이 파괴되고 합선에 의한 소손으로 전동기는 고장이 발생한다.

따라서 삼상 교류 전원을 사용하는 전동기의 전원 연결시 위상을 잘못 연결한 경우에도 전동기의 고장을 방지하기 위한 대책이 요구된다.

한편, 하기의 <특허문헌 1> 에는 삼상 교류 전원을 이용하는 전동기의 제어장치에 대해 종래에 제안된 기술의 예시이다.

<특허문헌 1> 은 컨버터와 인버터 사이에 배치된 복수의 커패시터 전압의 이상 유무를 판단하여, 이상 판단시 전원을 차단함으로써, 컨버터와 인버터 사이에 배치되는 복수의 커패시터의 전압 불균형에 의한 전동기 소손을 방지한다.

그러나 이러한 종래기술도 전동기의 전원 연결시 위상을 잘못 연결한 경우에 전동기의 고장을 방지하기에는 한계가 있다.

대한민국 공개특허 10-2009-0113625(2009.11.02. 공개)(전동기 제어장치)

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 삼상 교류 전원을 사용하는 전동기의 전원 연결시 위상 연결 오류 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 삼상 전원의 위상 결선에 오류가 발생하여도 자동 위상 교정이 이루어지도록 하여, 전동기에 연결되는 세 가닥 전선의 위상연결과 관계없이 개폐 명령(열림 명령 또는 닫힘 명령)에 대응하여 정확하게 명령 방향으로 회전할 수 있도록 한 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기"는,

삼상 교류 전원의 각상에 각각 연결되어, 삼상 전력의 이상 시 부하에 삼상 전력이 공급되는 것을 차단하는 제1 내지 제3 퓨즈; 상기 제1 내지 제3 퓨즈에 각각 대응하게 연결되어, 각 상의 전압 변화를 검출하는 제1 내지 제3 바리스터(VARISTER); 상기 제1 바리스터의 출력 전압과 제2 바리스터의 출력 전압과의 위상 차이에 따른 전압 값을 출력하는 광 커플러; 상기 제2 및 제3 퓨즈와 연결되어 입력 전압을 임의의 전압으로 변환하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 2차 측에서 출력되는 교류를 직류로 변환하는 교류-직류 변환기; 상기 광 커플러로부터 출력되는 전압과 상기 교류-직류 변환기에서 출력되는 전압 값을 비교하여 결선 오류를 판별하고, 결선 오류 시 위상 교정 신호를 발생하는 위상 교정기; 상기 위상 교정기에서 출력되는 위상 교정 신호에 따라 부하에 공급되는 전원의 위상을 변경해주는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 위상 교정기는 상기 광 커플러에서 출력되는 전압의 위상과 상기 교류-직류 변환기에서 출력되는 전압의 위상을 비교하여 결선 오류를 판별하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위상 교정기는 삼상 전원의 결선 오류를 판별한 결과, 결선 오류로 판별되면 정역 모터의 정회전 전원과 역회전 전원을 개폐 명령에 대응하게 변경하여 위상을 교정하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 릴레이는 상기 위상 교정기에서 발생하는 위상 교정 신호에 따라 부하에 공급하는 전원의 연결을 변경하여 결선 오류 시에도 개폐 명령과 대응하는 위상의 전원을 공급해주는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 삼상 전원의 위상 결선에 오류가 발생하여도 자동 위상 교정이 이루어지도록 하여, 전동기에 연결되는 세 가닥 전선의 위상연결과 관계없이 개폐 명령(열림 명령 또는 닫힘 명령)에 대응하여 정확하게 명령 방향으로 회전할 수 있도록 제어하여 위상 연결 오류에도 전동기의 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기의 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기의 개략도이고,
도 3은 본 발명에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기를 전동모터 밸브에 적용한 회로도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기의 회로도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기는, 삼상 전력의 이상 시 부하에 삼상 전력이 공급되는 것을 차단하는 제1 내지 제3 퓨즈(FS1 - FS3)가 삼상 교류 전원의 각상(예를 들어, R상, S상, T상)에 각각 연결된다.

아울러 상기 제1 내지 제3 퓨즈(FS1 - FS3)에는 각 상의 전압 변화를 검출하는 제1 내지 제3 바리스터(VARISTER)(MV1 - MV3)가 각각 대응하게 연결된다.

또한, 상기 제1 바리스터(MV1)의 출력 전압과 제2 바리스터(MV2)의 출력 전압에는 제1 바리스터(MV1) 출력전압과 제2 바리스터(MV2)의 출력 전압과의 위상 차이에 따른 전압 값을 출력하는 광 커플러(10)가 연결되어 있다.

아울러 상기 제2 퓨즈(FS2) 및 제3 퓨즈(FS3)의 출력단에는 입력 전압을 임의의 전압으로 변환하는 트랜스포머(TR)가 연결되고, 상기 트랜스포머(TR)의 출력단에는 상기 트랜스포머(TR)의 2차 측에서 출력되는 교류를 직류로 변환하는 교류-직류 변환기(AC-DC Converter)(20)가 구비된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기는, 상기 광 커플러(10)로부터 출력되는 전압과 상기 교류-직류 변환기(20)에서 출력되는 전압 값을 비교하여 결선 오류를 판별하고, 결선 오류 시 위상 교정 신호를 발생하는 위상 교정기(Phase Discriminator)(30)가 구비된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기는, 상기 위상 교정기(30)에서 출력되는 위상 교정 신호에 따라 부하에 공급되는 전원의 위상을 변경해주는 릴레이(50)가 구비된다. 릴레이(50)는 릴레이 코일(Ra, Rb)과 릴레이 스위치(RA1, RA2)로 이루어진다.

도 1에서 참조부호 R1 - R3은 저항을 나타내고, CC(Close Contactor)는 폐 접촉자를 나타내고, OC(Open Contactor)는 개 접촉자를 나타낸다.

도 2는 상기와 같은 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기의 개략도로서, 참조부호 ①은 A번 전자 접촉기(정회전용), ②는 B번 접자 접촉기(역회전용), ③은 보조 접점, ④는 주전원 연결단자, ⑤는 전자접촉기 코일전원 연결단자, ⑥은 자동위상교정장치를 나타낸다.

여기서 자동위상교정장치(⑥)가 제1 내지 제3 바리스터(MV1 - MV3), 광 커플러(10), 트랜스포머(TR), 직류-교류 변환기(20), 위상 교정기(30) 및 릴레이(40)를 포함하는 구성이라고 할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 내지 제3 퓨즈(FS1 - FS3)는 삼상 전력의 각 상(예를 들어, R상, S상, T상)에 연결되어, 입력 전원에 과도 전압(과도 전류)이 유입되어 단락되어 공급 전원 이상 시 부하에 과도한 삼상 전력이 공급되는 것을 차단하는 역할을 한다.

삼상 교류 전원이 정상적으로 공급되면, 제1 퓨즈(FS1)를 통한 전원은 제3 바리스터(MV3)를 통해 전압이 검출되고, 제2 퓨즈(FS1)를 통한 전원은 제1 바리스터(MV1)를 통해 전압이 검출되고, 검출된 전압은 광 커플러(10)에 입력된다. 아울러 제3퓨즈(FS3)를 통해 출력되는 전압은 제2 바리스터(MV2)를 통해 전압이 검출되고, 검출된 전압은 광 커플러(10)에 입력된다.

광 커플러(10)는 상기 제1 바리스터(MV1)에서 검출된 전압과 제2 바리스터(MV2)에서 검출된 전압과의 위상 차이에 따른 전압 값을 위상 교정기(30)에 출력한다. 여기서 광 커플러(10)에서 출력되는 위상 차이에 따른 출력 값은 위상 교정기(30)의 아날로그-디지털 입력단을 통해 디지털 전압으로 변환된다.

한편, 상기 위상 교정기(30)의 다른 입력단에는 상기 제2 퓨즈(FS2) 및 제3 퓨즈(FS3)의 출력 전압을 임의의 전압으로 변환하여 2차 측으로 출력하는 트랜스포머(TR)의 교류 출력 전압을 직류로 변환하는 교류-직류 변환기(AC-DC Converter)(20)의 출력 전압이 입력된다.

상기 위상 교정기(30)는 상기 광 커플러(10)로부터 출력되는 전압과 상기 교류-직류 변환기(20)에서 출력되는 전압 값을 비교하여 결선 오류를 판별한다.

즉, 상기 위상 교정기(30)는 상기 광 커플러(10)에서 출력되는 전압의 위상과 상기 교류-직류 변환기(20)에서 출력되는 전압의 위상을 비교하여, 그 위상 차에 따라 결선 오류를 판별한다.

아울러 상기 위상 교정기(30)는 삼상 전원의 결선 오류를 판별한 결과, 결선 오류로 판별되면 정역 모터의 정회전 전원과 역회전 전원을 개폐 명령에 대응하게 변경하여 위상을 교정하는 위상 교정 신호를 발생한다. 즉, 삼상 전원의 결선 오류로 판별이 되면, 모터의 정회전 전원 입력단과 역회전 전원 입력단에 연결된 전원의 연결을 변경하여, 결선과는 무관하게 개 명령시에는 정회전 전원의 위상이 연결되도록 하고, 폐 명령시에는 역회전 전원의 위상이 연결되도록 한다.

만약, 상기 삼상 전원의 결선 오류를 판별한 결과, 결선 오류가 없는 정상적인 결선 상태이면, 즉 위상 교정 신호를 발생하지 않고 개폐 명령에 따라 정상적인 릴레이 연결이 이루어지도록 한다. 즉, 삼상 전원의 결선 오류가 없는 정상상태이면, 모터의 정회전 전원 입력단과 역회전 전원 입력단에 연결된 전원의 연결을 그대로 유지하여, 개 명령시에는 정회전 전원의 위상이 연결되도록 하고, 폐 명령시에는 역회전 전원의 위상이 연결되도록 한다.

릴레이(40)는 릴레이 코일(RA, RB)과 릴레이 스위치(RA1, RB1) 한 쌍으로 연동하며, 결선 오류가 없는 정상적인 상태에서 정회전시에는 릴레이 코일(RA)과 릴레이 스위치(RA1)의 a 접점이 연결되고, 릴레이 코일(RB)과 릴레이 스위치(RA2)의 b 접점이 연결된다. 역회전시에는 릴레이 코일(RA)과 릴레이 스위치(RA1)의 b 접점이 연결되고, 릴레이 코일(RB)과 릴레이 스위치(RA2)의 a 접점이 연결된다.

만약, 위상 교정기(30)에서 출력되는 신호가 결선 오류가 발생하여 위상 교정 신호가 발생하면, 정회전시에는 릴레이 코일(RA)과 릴레이 스위치(RA1)의 b 접점이 연결되고, 릴레이 코일(RB)과 릴레이 스위치(RA2)의 a 접점이 연결되어, 위상 결선 오류 시에는 전동기(부하)에 공급되는 위상을 변환하여 공급한다. 역회전시에는 릴레이 코일(RA)과 릴레이 스위치(RA1)의 a 접점이 연결되고, 릴레이 코일(RB)과 릴레이 스위치(RA2)의 b 접점이 연결된다.

이로써 삼상 교류 전원의 결선 오류가 발생하면, 전동기에 연결되는 세 가닥의 전선의 위상연결과는 관계없이 전동기의 닫힘 명령에는 항상 닫힘 방향(시계방향 회전)이 되도록 전원 위상을 전동기에 공급하고, 열림 명령에는 항상 열림 방향(반시계방향 회전)이 되도록 전원 위상을 전동기에 공급하여, 위상 결선 오류에도 전동기가 고장 나는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기를 전동모터 밸브에 적용한 회로도이다.

삼상 교류 전원의 결선 오류가 발생하여도, 전동기의 모터 밸브(50)를 구성하는 모터(M)에는 세 가닥의 전선의 위상연결과는 관계없이 전동기의 닫힘 명령에는 항상 닫힘 방향(시계방향 회전)이 되도록 전원 위상을 전동기에 공급하고, 열림 명령에는 항상 열림 방향(반시계방향 회전)이 되도록 전원 위상을 전동기에 공급하여, 위상 결선 오류에도 전동기가 고장 나는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

FS1 - FS3: 제1 내지 제3 퓨즈
MV1 - MV3: 제1 내지 제3 바리스터
R1 - R3: 저항
CC: Close Contactor
OC: Open Contactor
TR: 트랜스포머
10: 광 커플러
20: 교류-직류 변환기
30: 위상 교정기
40: 릴레이

Claims (4)

1. 삼상 교류 전원의 각상에 각각 연결되어, 삼상 전력의 이상 시 부하에 삼상 전력이 공급되는 것을 차단하는 제1 내지 제3 퓨즈;
   상기 제1 내지 제3 퓨즈에 각각 대응하게 연결되어, 각 상의 전압 변화를 검출하는 제1 내지 제3 바리스터(VARISTER);
   상기 제1 바리스터의 출력 전압과 제2 바리스터의 출력 전압과의 위상 차이에 따른 전압 값을 출력하는 광 커플러;
   상기 제2 및 제3 퓨즈와 연결되어 입력 전압을 임의의 전압으로 변환하는 트랜스포머;
   상기 트랜스포머의 2차 측에서 출력되는 교류를 직류로 변환하는 교류-직류 변환기;
   상기 광 커플러로부터 출력되는 전압과 상기 교류-직류 변환기에서 출력되는 전압 값을 비교하여 결선 오류를 판별하고, 결선 오류 시 위상 교정 신호를 발생하는 위상 교정기; 및
   상기 위상 교정기에서 출력되는 위상 교정 신호에 따라 부하에 공급되는 전원의 위상을 변경해주는 릴레이를 포함하고,
   상기 위상 교정기는 상기 광 커플러에서 출력되는 전압의 위상과 상기 교류-직류 변환기에서 출력되는 전압의 위상을 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 위상 차로 결선 오류를 판별하며,
   상기 위상 교정기는 삼상 전원의 결선 오류로 판별이 되면, 모터의 정회전 전원 입력단과 역회전 전원 입력단에 연결된 전원의 연결을 변경하여, 결선과는 무관하게 개 명령시에는 정회전 전원의 위상이 연결되도록 하고, 폐 명령시에는 역회전 전원의 위상이 연결되도록 하여, 전동기에 연결되는 세 가닥의 전선의 위상연결과는 관계없이 전동기의 닫힘 명령에는 항상 닫힘 방향(시계방향 회전)이 되도록 전원 위상을 전동기에 공급하고, 열림 명령에는 항상 열림 방향(반시계방향 회전)이 되도록 전원 위상을 전동기에 공급하여, 위상 결선 오류에도 전동기가 고장 나는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기.
   
2. 삭제
3. 청구한 1에서, 상기 위상 교정기는 삼상 전원의 결선 오류를 판별한 결과, 결선 오류로 판별되면 정역 모터의 정회전 전원과 역회전 전원을 개폐 명령에 대응하게 변경하여 위상을 교정하는 것을 특징으로 하는 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기.
   
4. 청구항 1에서, 상기 릴레이는 상기 위상 교정기에서 발생하는 위상 교정 신호에 따라 부하에 공급하는 전원의 연결을 변경하여 결선 오류 시에도 개폐 명령과 대응하는 위상의 전원을 공급해주는 것을 특징으로 하는 자동위상교정 기능을 구비한 삼상 정역 전자접촉기.
   
   
   
   
   

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