KR102525869B1 - Optoelectronic sensor with a function to simultaneously detect fire and discharging arc occurring in the switchboard and to find the occuring location and control device thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 축방향으로 이동되면서 수배전반 내부 감시대상이 포함된 복수 개의 구역을 수광소자모듈 표면 전체에 투영시키는 렌즈; 상기 렌즈로부터 투영되는 방전아크에 의해 발생되는 광신호에서 자외선 대역만 감지하는 자외선 센서와, 화재발생시 발생되는 광신호에서 적외선 성분만 감지하는 적외선 센서로 구성된 복수 개의 수광소자화소가 구성된 수광소자모듈;로 구성된 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서를 개시한다. 본 발명은 또한, 광전자센서로부터 전송되는 사고 감지신호를 마이크로프로세서에 입력하는 인터페이스 회로; 및 인터페이스 회로로부터 사고 감지신호를 수신하고, 복수 개의 수광소자모듈과, 복수 개의 구역으로 구분된 수배전반 내부 감시구역에 서로 정합된 상태를 저장 관리하면서 수배전반 내부 특정구역에서 발생된 방전아크 및 화재 발생을 판단하되, 수광소자모듈에 구성된 자외선 센서로부터 자외선을 수신하여 방전아크의 발생 여부를 판단하고, 적외선 센서로부터 적외선을 수신하여 화재 발생 여부를 판단하는 마이크로프로세서;로 이루어진 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서 제어장치를 개시한다. The present invention includes a lens that moves in an axial direction and projects a plurality of areas including objects to be monitored inside a switchboard onto the entire surface of a light receiving element module; a light-receiving element module composed of a plurality of light-receiving element pixels composed of an ultraviolet sensor for detecting only the ultraviolet band in the optical signal generated by the discharge arc projected from the lens, and an infrared sensor for detecting only the infrared component in the optical signal generated when a fire occurs; Disclosed is an optoelectronic sensor having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in a switchboard composed of and finding the location of occurrence. The present invention also includes an interface circuit for inputting an accident detection signal transmitted from an optoelectronic sensor to a microprocessor; and receiving an accident detection signal from the interface circuit, storing and managing a state matched to a plurality of light-receiving element modules and a monitoring area inside a switchboard divided into a plurality of zones, and detecting discharge arcs and fires generated in a specific area inside the switchboard. However, a microprocessor that determines whether a discharge arc is generated by receiving ultraviolet rays from the ultraviolet sensor configured in the light receiving element module and determines whether a fire occurs by receiving infrared rays from the infrared sensor; Disclosed is an optoelectronic sensor control device having a function of simultaneously detecting an arc and finding a location of occurrence.
Description
본 발명은 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서 및 이의 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optoelectronic sensor having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in a switchboard and finding a location of occurrence, and a control device thereof.
본 발명은 더욱 상세하게, 수배전반 내부에 누적된 먼지 및 습기와 같은 이물질로 인하여 절연이 열화되거나 파괴되어 발생하는 방전아크와, 그로 인한 화재를 감지하고 제어하는 수배전반 이상여부 감지 및 제어장치에 관한 것으로써, 수배전반 내부의 부스바, 전선, 절연체 등의 표면에 먼지와 같은 이물질이 수분과 결합 부착되어 절연전압이 낮아지면서 절연체 표면을 따라 발생되는 방전아크에 의한 방전광 및 화재를 감지하고, 그 감지결과에 따라 전원 차단 신호를 송출하여 수배전반 내 화재로 인한 전력기기 소손을 방지함은 물론, 사고 발생구역(위치)도 특정할 수 있도록 한 것이다.More specifically, the present invention relates to a switchboard abnormality detection and control device for detecting and controlling a discharge arc caused by deterioration or destruction of insulation due to foreign substances such as dust and moisture accumulated inside a switchboard and a fire caused therefrom. Therefore, when foreign substances such as dust are combined with moisture on the surface of busbars, wires, insulators, etc. inside the switchgear, the insulation voltage is lowered, and the discharge light and fire caused by the discharge arc generated along the surface of the insulator are detected and detected. Depending on the result, a power cutoff signal is transmitted to prevent damage to power equipment due to a fire in the switchboard, as well as to specify the area (location) where the accident occurred.
일반적으로 수배전반 내부에는 전류가 흐르는 전선 및 부스바와, 지지용 철 구조물 간에 전기적 절연을 유지하기 위하여 절연체를 사용한다. In general, an insulator is used inside a switchgear to maintain electrical insulation between current-carrying wires and busbars and supporting steel structures.
그러나 전기적 절연을 유지하기 위한 절연체는, 오랜 기간 대기 중에 노출되면서 대기 중에 포함된 수분과 먼지가 결합하여 퇴적되며, 이와 같이 누적된 퇴적층에서 절연 파괴가 발생하게 된다. However, the insulator for maintaining electrical insulation is exposed to the air for a long period of time and is deposited by combining moisture and dust contained in the air, and dielectric breakdown occurs in the accumulated deposition layer.
상기 절연체의 절연불량으로 인한 내전압 저하는, 초기에는 절연체의 표면에 부분방전을 야기하고, 일정시간 경과 후에는 아크방전 및 화재발생으로 이어져 전기기기 파손 및 전력공급 차단 사고로 이어진다. The decrease in withstand voltage due to poor insulation of the insulator initially causes partial discharge on the surface of the insulator, and after a certain time elapses, leads to arc discharge and fire, which leads to damage to electrical equipment and power supply interruption.
절연체의 표면에서의 아크방전광은 순간적이며 간헐적으로 발생하므로 초기에는 발생위치를 특정하기 어려운 문제가 있다. 또한, 배전반 내부 국소 부분에서의 화재발생도 초기에는 경미하여 멀리 떨어져 있는 중앙감시소에서는 화재의 발생위치를 특정하기 어려운 문제가 있다. Since the arc discharge light on the surface of the insulator is instantaneously and intermittently generated, it is difficult to specify the location at the beginning. In addition, since the occurrence of fire in a local area inside the switchboard is initially minor, it is difficult to specify the location of the fire in a remote central monitoring station.
이와 같은 문제를 해소하기 위하여 수배전반 내부의 아크방전광 발생 및 화재의 발생위치를 모니터링하여 조기에 사고의 위험 및 위치를 정확하게 판단할 수 있는 보다 진보된 기술개발이 필요하다. In order to solve such a problem, it is necessary to develop more advanced technology that can accurately determine the risk and location of an accident in an early stage by monitoring the occurrence of arc discharge light inside the switchgear and the location of fire.
이러한 관점에서 개발된 종래기술로는, 아크방전광 발생을 감지하기 위하여 주변 가시광선의 영향을 최소화하기 위해 아크방전광에서 발생되는 자외선 성분만감지하는 진공관 방식 자외선 감지센서를 사용하거나 또는 화재를 감지하기 위하여 적외선 성분만을 감지하는 적외선 감지센서를 사용하는 방법이 있다. In the prior art developed from this point of view, in order to detect the occurrence of arc discharge light, a vacuum tube type ultraviolet sensor that detects only the ultraviolet component generated from arc discharge light is used to minimize the influence of surrounding visible light or to detect fire. For this, there is a method of using an infrared sensor that detects only infrared components.
그러나 적외선 감지방법은 아크방전광 사고와 화재사고를 구분하기 어려운 문제점이 있고, 자외선 감지방법은 아크방전광 발생이 순간적이며 간헐적이어서 발생위치를 특정하기 어려운 문제점이 있다. However, the infrared detection method has a problem in that it is difficult to distinguish between an arc discharge light accident and a fire accident, and the ultraviolet detection method has a problem in that it is difficult to specify the occurrence location because the arc discharge light is instantaneous and intermittent.
따라서 수배전반 내 절연체의 절연 열화로 인하여 발생하는 아크방전광의 발생위치를 특정할 수 있고, 아크방전광과 화재사고를 구분할 수 있는 또 다른 감시장치의 개발이 필요하다. Therefore, it is necessary to develop another monitoring device capable of specifying the location of the arc discharge light generated due to insulation deterioration of the insulator in the switchboard and distinguishing the arc discharge light from the fire accident.
본 발명은 상기와 같은 종래기술에 내포된 문제점을 개선하기 위하여 이루어진 것을써, 본 발명의 목적은, 수배전반 내부 전기기기의 절연파괴시 발생하는 방전아크에 포함된 자외선과, 이로 인해 발생될 수 있는 화재로부터 적외선을 각각 동시에 감지할 수 있도록 한, 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서를 제공하는데 있다.The present invention has been made to improve the problems inherent in the prior art as described above, and an object of the present invention is to reduce the ultraviolet rays included in the discharge arc generated when the insulation of the electrical equipment inside the switchboard is broken, and It is an object of the present invention to provide an optoelectronic sensor having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in a switchboard and detecting a location of occurrence, which can simultaneously detect infrared rays from a fire.
본 발명의 다른 목적은, 수광소자모듈과 수배전반 내부 감시대상인 복수 개구역을 서로 정합시킨, 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an optoelectronic sensor having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in a switchboard and finding the location of occurrence, in which a light receiving element module and a plurality of areas to be monitored inside the switchboard are matched with each other.
본 발명의 또 다른 목적은, 광의 회절현상을 이용한 렌즈를 통해 수배전반 내부를 수광소자모듈에 투영시킬 수 있도록 한, 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능ㅇ르 갖는 광전자센서를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to have a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in the switchgear and finding the location of the occurrence so that the inside of the switchgear can be projected onto the light receiving element module through a lens using the diffraction phenomenon of light. An optoelectronic sensor is provided.
본 발명의 또 다른 목적은, 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서 제어장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an optoelectronic sensor control device having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in a switchboard and finding the location of the occurrence.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서는An optoelectronic sensor having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in the switchgear of the present invention and finding the location of occurrence of the fire and discharge arc of the present invention for achieving the above object is
축방향으로 이동되면서 수배전반 내부 감시대상이 포함된 복수 개의 구역을 수광소자모듈 표면 전체에 투영시키는 렌즈;A lens that moves in the axial direction and projects a plurality of zones including objects to be monitored inside the switchboard onto the entire surface of the light receiving element module;
상기 렌즈로부터 투영되는 방전아크에 의해 발생되는 광신호에서 자외선 대역만 감지하는 자외선 센서와, 화재발생시 발생되는 광신호에서 적외선 성분만 감지하는 적외선 센서로 구성된 복수 개의 수광소자화소로 구성된 수광소자모듈;로 이루어진 것을 특징으로 한다.A light-receiving element module composed of a plurality of light-receiving element pixels including an ultraviolet sensor for detecting only the ultraviolet band in the optical signal generated by the discharge arc projected from the lens and an infrared sensor for detecting only the infrared component in the optical signal generated when a fire occurs; It is characterized by consisting of.
본 발명에서, 수광소자모듈은 In the present invention, the light receiving element module
가로 N 개와 세로 N 개의 수광소자화소가 격자형태로 배치되거나 또는 가로 N 개와 세로 M 개의 수광소자화소가 격자 형태로 배치된 것을 특징으로 한다.It is characterized in that N horizontal and N vertical light receiving element pixels are arranged in a lattice form or N horizontal and M light receiving element pixels are arranged in a lattice form.
본 발명에서, 복수 개의 수광소자화소는 In the present invention, a plurality of light receiving element pixels
방전아크에 의해 발생되는 광신호에서 자외선 대역만 감지하는 자외선 센서 2 개와, 화재발생시 발생되는 광신호에서 적외선 성분만 감지하는 적외선 센서 2 개가 서로 엇갈리게 2x2 격자형태로 배치되거나 또는 자외선 센서 1 개와 적외선 센서 1 개가 1x1 격자형태로 배치된 것을 특징으로 한다.Two UV sensors detecting only the ultraviolet band in the optical signal generated by the discharge arc, and two infrared sensors detecting only the infrared component in the optical signal generated in the event of a fire are arranged in a 2x2 lattice form, or one UV sensor and an infrared sensor It is characterized in that one is arranged in the form of a 1x1 grid.
본 발명에서, 수광소자모듈에 구성된 복수 개의 수광소자화소는 In the present invention, a plurality of light receiving element pixels configured in the light receiving element module
수배전반 내부 사고 감지를 위해 구분된 복수 개의 구역과 1:1로 대응되도록 구성된 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it is configured to correspond 1:1 with a plurality of divided zones for detecting accidents inside the switchgear.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서 제어장치는 An optoelectronic sensor control device having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in the switchboard of the present invention to achieve the above object and finding the location of occurrence is
축방향으로 이동되면서 수배전반 내부 감시대상이 포함된 복수 개의 구역을 수광소자모듈 표면 전체에 투영시키는 바늘구멍렌즈;A pinhole lens that moves in the axial direction and projects a plurality of zones including objects to be monitored inside the switchboard onto the entire surface of the light receiving element module;
방전아크에 의해 발생되는 광신호에서 자외선 대역만 감지하는 자외선 센서와, 화재발생시 발생되는 광신호에서 적외선 성분만 감지하는 적외선 센서로 구성된 복수 개의 수광소자화소가 구성된 수광소자모듈;로 구성된 광전자센서; A light-receiving element module composed of a plurality of light-receiving element pixels composed of an ultraviolet sensor for detecting only the ultraviolet band in the light signal generated by the discharge arc and an infrared sensor for detecting only the infrared component in the light signal generated when a fire occurs; an optoelectronic sensor composed of;
상기 광전자센서로부터 전송되는 사고 감지신호를 마이크로프로세서에 입력하는 인터페이스 회로; 및 an interface circuit for inputting the accident detection signal transmitted from the optoelectronic sensor to a microprocessor; and
상기 인터페이스 회로로부터 사고 감지신호를 수신하고, 복수 개의 수광소자모듈과, 복수 개의 구역으로 구분된 수배전반 내부 특정구역에서 발생된 방전아크 및 화재 발생을 판단하되, 수광소자모듈에 구성된 자외선 센서로부터 자외선을 수신하여 방전아크의 발생 여부를 판단하고, 적외선 센서로부터 적외선을 수신하여 화재 발생 여부를 판단하는 마이크로프로세서;로 이루어진 것을 특징으로 한다. Receives an accident detection signal from the interface circuit, determines a plurality of light receiving element modules and a discharge arc and a fire occurring in a specific area inside the switchboard divided into a plurality of zones, and detects ultraviolet rays from the ultraviolet sensor configured in the light receiving element module. and a microprocessor for receiving and determining whether a discharge arc has occurred and receiving infrared rays from an infrared sensor to determine whether a fire has occurred.
본 발명에서, 마이크로프로세서는In the present invention, the microprocessor
수광소자모듈에 구성된 복수 개의 수광소자화소가 수배전반 내부 사고 감시를 위해 구분된 복수 개의 구역과 1:1로 대응되도록 프로그래밍되어, 상기 수광소자화소로부터 입력된 사고 감지신호를 분석하여 사고 발생구역을 특정하는 것을 특징으로 한다. A plurality of light receiving element pixels configured in the light receiving element module are programmed to correspond 1:1 with a plurality of divided zones for monitoring accidents inside the switchboard, and the accident detection signal input from the light receiving element pixel is analyzed to specify the accident occurrence zone. It is characterized by doing.
본 발명의 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 사고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서 및 이의 제어장치에 따르면, 수배전반 내부 전기기기의 절연파괴시 발생하는 방전아크에 포함된 자외선을 감지하여 절연파괴의 정도를 판단할 수 있으며, 이와 동시에 적외선도 감지하여 화재가 발생되었는지를 판단할 수 있는 효과가 있다. According to the optoelectronic sensor and its control device having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring within a switchgear and finding the location of an accident of the present invention, the ultraviolet rays included in the discharge arc generated during insulation breakdown of electrical devices inside the switchgear are detected. It is possible to determine the degree of insulation breakdown by detecting it, and at the same time, there is an effect of determining whether a fire has occurred by detecting infrared rays.
또한, 수광소자모듈과 수배전반 내부 감시대상인 복수 개의 구역을 서로 1:1로 대응시켜 수배전반 내부 전기기기의 절연파괴에 의한 방전아크의 발생 구역과 화재의 발생 구역을 특정할 수 있다. In addition, it is possible to specify a zone where a discharge arc occurs and a zone where a fire occurs due to insulation breakdown of electric devices inside the switchboard by making a 1:1 correspondence between the light receiving element module and a plurality of zones to be monitored inside the switchboard.
또한, 고가의 자외선 렌즈 사용을 지양하고, 광의 회절현상을 이용한 바늘구멍 렌즈를 통해 수배전반 내부를 수광소자모듈에 투영시켜 방전아크와 화재를 동시에 감지할 수 있도록 함으로써 경제적인 광학계 구현이 가능하다. In addition, it is possible to implement an economical optical system by avoiding the use of expensive ultraviolet lenses and projecting the inside of the switchgear to the light receiving element module through the pinhole lens using the diffraction phenomenon of light so that discharge arcs and fires can be detected at the same time.
다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.Other effects will become apparent to those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 바늘구멍 렌즈를 통해 수배전반 내부를 수광소자모듈에 투영시켜 사고 발생위치를 찾아내는 광전자센서의 동작 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 화재와 방전아크를 동시에 감지하는 수광소자모듈의 구성도로써,
도 2a는 NxN 격자 형태를 갖는 수광소자모듈의 구성도,
도 2b는 NxM 격자 형태를 갖는 수광소자모듈의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 화재와 방전아크를 동시에 감지하는 소광소자모듈의 수광소자화소의 구성도로써,
도 3a는 NxN 형태를 갖는 수광소자화소의 구성도,
도 2b는 NxM 형태를 갖는 수광소자화소의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광전자센서를 이용한 수배전반 제어장치의 제어 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 가공된 자외선신호 및 적외선신호가 발생되는 계통을 단위 셀로 나타낸 도면.
도 6은 도 5에 도시된 단위 셀로부터 가공된 자외선신호 및 적외선신호가 마이크로프로세서에서 처리되어 외부로 전송되는 계통도.1 is a conceptual view of the operation of a photoelectric sensor that detects an accident location by projecting the inside of a switchboard to a light receiving element module through a pinhole lens according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of a light receiving element module for simultaneously detecting a fire and a discharge arc according to an embodiment of the present invention;
2a is a configuration diagram of a light receiving element module having an NxN lattice form;
2B is a configuration diagram of a light-receiving element module having an NxM lattice form;
3 is a block diagram of a light receiving element pixel of a light quenching element module for simultaneously detecting a fire and a discharge arc according to an embodiment of the present invention;
3A is a configuration diagram of a light receiving element pixel having an NxN form;
2B is a configuration diagram of a light-receiving element pixel having an NxM form;
4 is a control block diagram of a switchgear control device using an optoelectronic sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a system in which ultraviolet and infrared signals processed according to an embodiment of the present invention are generated in unit cells.
6 is a schematic diagram in which ultraviolet and infrared signals processed from the unit cell shown in FIG. 5 are processed in a microprocessor and transmitted to the outside;
이하, 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. In addition, in describing an embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function hinders understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description will be omitted.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
도 1은 본 발명의 실시예애 따라 바늘구멍 렌즈를 통해 수배전반 내부를 수광소자모듈에 투영시켜 사고 발생구역을 특정하도록 하는 광전자센서의 동작 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 화재와 방전아크를 동시에 감지하는 수광소자모듈의 구성도로써, 도 2a는 NxN 격자 형태를 갖는 수광소자모듈의 구성도, 도 2b는 NxM 격자 형태를 갖는 수광소자모듈의 구성도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 화재와 방전아크를 동시에 감지하는 수광소자모듈의 수광소자화소의 구성도로써, 도 3a는 NxN 형태를 갖는 수광소자화소의 구성도, 도 3b는 NxM 형태를 갖는 수광소자화소의 구성도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광전자센서를 이용한 수배전반 제어장치의 제어 블록도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 가공된 자외선신호 및 적외선신호가 발생되는 계통을 단위 셀로 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5에 도시된 단위 셀로부터 가공된 자외선신호 및 적외선신호가 마이크로프로세서에서 처리되어 외부로 전송되는 계통도이다. 1 is a schematic diagram of an operation of an optoelectronic sensor for specifying an area where an accident occurs by projecting the inside of a switchboard to a light receiving element module through a pinhole lens according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a light receiving element module for simultaneously detecting a fire and a discharge arc according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a configuration diagram of a light receiving element module having an NxN grid shape, and FIG. It is a configuration diagram of a device module. 3 is a configuration diagram of a light receiving element pixel of a light receiving element module for simultaneously detecting a fire and a discharge arc according to an embodiment of the present invention. It is a configuration diagram of a light receiving element pixel having 4 is a control block diagram of a switchgear control device using an optoelectronic sensor according to an embodiment of the present invention. 5 is a diagram showing a system in which a processed ultraviolet signal and an infrared signal are generated in unit cells according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram in which ultraviolet and infrared signals processed from the unit cell shown in FIG. 5 are processed in a microprocessor and transmitted to the outside.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 방전아크 및 화재를 동시에 감지하기 위한 사고 감지센서로서의 광전자센서(2)는 바늘구멍렌즈(3)와, 수광소자모듈(4)로 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the
상기 바늘구멍렌즈(3)는 전선 또는 부스바, 절연체, 금속지지대 등 감시대상이 설치된 수배전반(1)의 내부를 수광소자모듈(4)에 투영시키는 것으로써, 일반렌즈용 유리를 사용한 렌즈로 구성될 수 있다. The pinhole lens (3) projects the inside of the switchgear board (1) in which objects to be monitored, such as wires, busbars, insulators, metal supports, etc. It can be.
따라서 고가의 렌즈로 구성된 광학계를 사용하지 않고도 적외선 및 자외선 성분을 손실없이 흡수하여 수광소자모듈(4)에 전달할 수 있다. Accordingly, infrared and ultraviolet components can be absorbed without loss and transmitted to the light receiving
상기 바늘구멍렌즈(3)는 축방향으로 이동이 가능하도록 구성되며, 이에 따라 감시대상인 수배전반 내부가 빠짐없이 수광소자모듈(4)의 표면 전체에 투영되도록 조정될 수 있다. The
상기 수광소자모듈(4)은 수배전반 내부의 특정 구역이 수광소자모듈(4)의 특정 수광소자화소(5)와 1:1로 정합되도록 구성되며, 이에 따라 사고발생 구역이 특정될 수 있다. The light-receiving
상기 수배전반 내부의 특정 구역은 예를 들어, 방전아크 및 화개가 발생할 수 있는 전선 또는 부스바, 절연체, 금속지지대 등을 포함하여 복수 개 구역으로 구분된 구역 중 사고가 발생된 구역을 의미한다. The specific area inside the switchgear means, for example, an area where an accident has occurred among areas divided into a plurality of areas including wires or busbars, insulators, metal supports, etc. where discharge arcs and sparks may occur.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 수광소자모듈(4)은 복수 개의 자외선 센서(6)와 복수 개의 적외선 센서(7)들로 구성된 복수 개의 수광소자화소(5)로 구성될 수 있다. As shown in FIGS. 2A and 2B , the light receiving
상기 자외선 센서(6)는 GaN 반도체를 사용하고, 방전아크에 의해 발생되는 자외선 중 UVA 대역과 UVB 대역에 해당하는 약 240~370nm 파장대역을 감지할 수 있다. The
상기 적외선 센서(7)는 실리콘 반도체를 사용하고, 화재발생시 발생되는 적외선 중 약 770~1000nm 파장대역을 감지할 수 있다. The
상기 수광소자모듈(6)은 도 2a에 도시된 바와 같이 가로 N 개와 세로 N 개의 수광소자화소(5)가 격자형태로 배치되거나 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 가로 N 개와 세로 M 개의 수광소자화소(5)가 격자 형태로 배치될 수 있다. The light-receiving
상기 수광소자모듈(4)에서 가로 N 개와 세로 N 개 또는 가로 N 개와 세로 M 개의 수광소자화소(5)를 격자 배치하는 방법은, 상기 수배전반 내부 감시대상이 포함된 복수 개 구역을 어떻게 구분하느냐에 따라 적절하게 적용된다. The method of lattice-arranging N horizontal and N vertical or N horizontal and M vertical light-receiving
즉 방전아크 및 화재가 발생할 수 있는 전선 또는 부스바, 절연체, 금속지지대 등을 포함하는 구역을 가로 4 개와 세로 4 개로 구성하여 총 16 개 구역으로 구분하면, 도 2a와 같이 수광소자모듈(4)을 배치하고, 가로 4 개와 세로 3 개로 구성하여 총 12 개 구역으로 구분하면, 도 2b와 같이 수광소자모듈(4)을 배치하면 될 것이다. That is, if a total of 16 zones are divided into four horizontal zones and four vertical zones, including wires or busbars, insulators, metal supports, etc., where discharge arcs and fires may occur, the light receiving
이와 같은 배치구성은, 수배전반 내부 감시대상에서 발생되는 적외선 및 자외선을 가장 효과적으로 수신할 수 있는 배치구성이 되도록 수배전반 내부 감시대상의 배치구성에 따라 달라질 수 있을 것이다.Such an arrangement may be changed according to the arrangement of the subject to be monitored inside the switchgear so that it can most effectively receive the infrared rays and ultraviolet rays generated from the subject to be monitored inside the switchgear.
한편, 도 2a 및 도 2b에서 자외선 센서(6)와 적외선 센서(7)가 각각 2 개씩 함께 세트로 구성된 수광소자화소(5) 복수 개를 수배전반 내부 감시를 위한 복수 개의 구역 중 어느 하나의 구역에 대한 감시기능을 수행하도록 설정할 수도 있다. 이러한 경우, 도 2a의 구역은 16 개 구역보다 감소할 수 있고, 도 2b의 경우 12 개 구역보다 감소할 수 있다. On the other hand, in FIGS. 2A and 2B, a plurality of light receiving
도 2와 같이 구성하면, 상기 전선 또는 부스바, 절연체, 금속지지대 등을 포함하는 복수 개의 구역 중 특정 구역에서 발생되는 적외선 및 자외선이 바늘구멍렌즈(3)를 통해 복수 개의 수광소자화소(5) 중 상기 특정 구역과 정합된 특정 수광소자화소에 입력되고, 이에 따른 신호가 인터페이스를 통해 마이크로프로세서에 입력되어 처리됨에 따라 수배전반 내부 어느 구역에서 방전아크 또는 화재 등의 사고가 발생하였는지를 판단할 수 있다. When configured as shown in FIG. 2, infrared rays and ultraviolet rays generated in a specific area among a plurality of areas including the wire or bus bar, insulator, metal support, etc. pass through the
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수광소자화소(5)는 자외선 센서(6)와, 적외선 센서(7)로 구성될 수 있으며, 도 3a에 도시된 바와 같이 자외선 센서(6) 2 개와 적외선 센서(7) 2 개가 서로 엇갈리게 2x2 격자형태로 배치되거나 또는 도 3b에 도시된 바와 같이 자외선 센서(6) 1 개와 적외선 센서(7) 1 개가 1x1 격자형태로 배치되고, 이들 자외선 센서(6)와 적외선 센서(7)는 수배전반 내부 구역과 정확하게 정합되도록 최대한 근접 배치될 수 있다.As shown in FIG. 3, the light receiving
이와 같은 배치구성은, 수배전반 내부 감시대상에서 발생되는 적외선 및 자외선을 가장 효과적으로 수신할 수 있는 배치구성이 되도록 수배전반 내부 감시대상의 배치구성에 따라 달라질 수 있을 것이다.Such an arrangement may be changed according to the arrangement of the subject to be monitored inside the switchgear so that it can most effectively receive the infrared rays and ultraviolet rays generated from the subject to be monitored inside the switchgear.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광전자센서를 이용한 수배전반 제어장치(10)는 바늘구멍렌즈(3)와, 수광소자모듈(4)과, 인터페이스 회로(8)와, 마이크로프로세서(9)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 4, the
도시하지는 않았으나, 상기 광전자센서(2)로부터 전송되는 사고 감지신호를 처리 분석하는 마이크로프로세서(9)의 제어에 따라 수배전반 사고를 알리는 경보음이나 경보멘트를 외부로 출력할 수 있는 경보부 및 표시부가 마이크로프로세서(9)의 제어신호를 수신할 수 있도록 구성될 수 있다.Although not shown, an alarm unit and a display unit capable of outputting an alarm sound or a warning ment notifying an accident in a switchgear to the outside under the control of the
상기 마이크로프로세서(9)는 도 2에 도시된 복수 개의 수광소자모듈(5)과, 복수 개의 구역으로 구분된 수배전반 내부 감시구역에 서로 정합된 상태를 저장 관리하면서 수배전반 내부 특정구역에서 발생된 방전아크 및 화재 발생을 판단할 수 있도록 프로그래밍된다. The
상기 마이크로프로세서(9)는 또한, 수광소자모듈(5)에 구성된 자외선 센서(6)로부터 자외선을 수신하여 방전아크의 발생 여부를 판단하고, 적외선 센서(7)로부터 적외선을 수신하여 화재 발생 여부를 판단한다. The
상기 수광소자모듈(4)의 특정 수광소자화소(5)와 수배전반 내부 특정 구역이 서로 1:1로 대응되어 있으므로 마이크로프로세서(9)가 인터페이스회로(8)를 통해 수광소자화소(5)로부터 입력된 사고 감지신호를 분석하고 사고 발생구역을 특정하게 된다. Since the specific light receiving
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공된 자외선신호가 발생되는 계통은, 버퍼(11), 저역신호통과필터(12), 증폭기(13), 가변감쇠기(14), 비교기(15)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 5, the system in which the processed ultraviolet signal according to the present invention is generated includes a
버퍼(11)는 상기 자외선센서(6)에 의해 감지된 자외선감지신호를 일시 저장한다.The
저역신호통과필터(12)는 감지된 방전아크에 포함되는 신호중에서 사고로 분류될 수 있는 하한의 저역신호를 통과시킨다. The low-pass
증폭기(13)는 상기 사고로 분류된 저역신호를 소정레벨의 신호로 증폭시킨다. The
가변감쇠기(14)는 증폭기(13)를 거친 신호의 감쇠량을 변화시킨다. The
비교기(15)는 감지신호 하단의 펄스 지속시간을 감지하여 상응하는 펄스폭을 갖는 구형파를 발생한다.The
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공된 적외선신호가 발생되는 계통은, 버퍼(21), 저역신호통과필터(22), 증폭기(23), 가변감쇠기(24), 비교기(25)를 포함하여 구성될 수 있다. In addition, as shown in FIG. 5, the system in which the processed infrared signal according to the present invention is generated includes a
버퍼(21)는 상기 적외선센서(7)에 의해 감지된 적외선감지신호를 일시 저장한다.The
저역신호통과필터(22)는 감지된 불꽃에 포함되는 신호중에서 사고로 분류될 수 있는 하한의 저역신호를 통과시킨다. The low-pass
증폭기(23)는 상기 사고로 분류된 저역신호를 소정레벨의 신호로 증폭시킨다. The
가변감쇠기(24)는 증폭기(23)를 거친 신호의 감쇠량을 변화시킨다. The
비교기(25)는 감지신호 하단의 펄스 지속시간을 감지하여 상응하는 펄스폭을 갖는 구형파를 발생한다.The
한편, 도 5에서 정전압발생기(30)는 자외선센서(6) 및 적외선센서(7)에 의해 감지된 자외선감지신호 및 적외선감지신호를 처리하여 가공된 자외선신호 및 적외선신호를 발생하기 위한 계통의 안정적인 동작을 위한 직류전압을 공급한다.On the other hand, in FIG. 5, the
도 6에 도시된 바와 같이, 도 5에 도시된 단위 셀로부터 가공된 자외선신호 및 적외선신호가 마이크로프로세서에서 처리되어 원격지 관제센터 등 외부로 전송되는 계통은, 단위 셀(100)과, 버퍼(110)(210)와, 마이크로프로세서(9)와, 통신인터페이스를(300)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 6, the system in which the ultraviolet signal and infrared signal processed from the unit cell shown in FIG. 5 are processed by the microprocessor and transmitted to the outside, such as a remote control center,
상기 단위 셀(100)은 도 5에 도시된 바와 동일한 것으로써, 도 2 및 도 3을 이용하여 설명된 자외선센서 및 적외선센서의 구성이 포함된 것이다.The
버퍼(110)(210)는 수신되는 자외선신호 및 적외선신호와 마이크로프로세서(9)의 입력회로가 정합될 수 있도록 인터페이스 역할을 한다. The buffers 110 and 210 serve as an interface so that the input circuit of the
마이크로프로세서(9)는 도 4를 이용하여 설명된 바와 같이, 복수 개의 구역으로 구분된 수배전반 내부 감시구역에 서로 정합된 상태를 저장 관리하면서 수배전반 내부 특정구역에서 발생된 방전아크 및 화재 발생을 판단할 수 있도록 프로그래밍되고, 수광소자모듈(5)에 구성된 자외선센서(6)로부터 자외선을 수신하여 특정구역에서의 방전아크의 발생 여부를 판단하고, 적외선센서(7)로부터 적외선을 수신하여 특정구역에서의 화재 발생 여부를 판단한다. As described with reference to FIG. 4 , the
통신 인터페이스(300)는 상기 마이크로프로세서(9)에서 처리된 결과를 외부로 표시할 수 있도록 외부장치, 예를 들어 원격 관제센터 등으로의 전송을 담당하는 구성이다. 원격 관제센터는 상기 마이크로프로세서(9)의 처리결과에 따라 경보음을 발생하거나 또는 경고멘트를 표시할 수 있다. 또한, 관리자로 하여금 사고가 발생한 것으로 판단된 수배전반 현장에서의 직접적인 조치가 이루어지도록 관리자 단말기로 응급 신호를 전송할 수 있다.The
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 물론이다.As described above, the detailed description of the present invention has been described with respect to the preferred embodiments of the present invention, but this is the best embodiment of the present invention exemplarily described, but does not limit the present invention. In addition, it is of course possible for anyone having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
따라서 본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 그리고 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.Therefore, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. And without departing from the subject matter of the present invention claimed in the claims, anyone with ordinary knowledge in the art to which the invention pertains is considered to be within the scope of the claims of the present invention to various extents that can be modified.
수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서 및 이의 제어장치를 구현하기 위한 실시예가 기술되었다. 위에 기술된 실시예는 본원발명에 기술되는 원리를 나타내는 많은 구체적 실시예중에서 일부 실시예를 예시하는 것이다. 따라서 본원발명의 실시예를 이용함에 따라 당업자들이 본원발명의 청구항에 의해 정의된 범위내에서 많은 다른 배열들을 쉽게 구현해낼 수 있을 것이다.An embodiment for realizing a photoelectric sensor having a function of simultaneously detecting a fire and a discharge arc occurring in a switchboard and finding a location of occurrence and a control device thereof has been described. The embodiments described above are illustrative of some of the many specific embodiments that demonstrate the principles described herein. Therefore, by using the embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to easily implement many other arrangements within the scope defined by the claims of the present invention.
1 : 수배전반 내부 사고 감시대상 2 : 광전자센서
3 : 바늘구멍렌즈 4 : 수광소자모듈
5 : 수광소자화소 6 : 자외선 센서
7 : 적외선 센서 8 : 인터페이스 회로
9 ; 마이크로프로세서 10 : 수배전반 제어장치
11, 21 ; 버퍼 12, 22 : LPF
13, 23 : 증폭기 14, 24 : 가변 감쇠기
15, 25 : 비교기 30 : 정전압발생기
100 ; 단위 셀 300 ; 통신 인터페이스1: Target for monitoring accidents inside switchgear 2: Photoelectric sensor
3: pinhole lens 4: light receiving element module
5: light receiving element pixel 6: ultraviolet sensor
7: infrared sensor 8: interface circuit
9; Microprocessor 10: switchgear control device
11, 21;
13, 23:
15, 25: comparator 30: constant voltage generator
100;
Claims (6)
상기 렌즈로부터 투영되는 방전아크에 의해 발생되는 광신호에서 자외선 대역만 감지하는 자외선 센서와, 화재발생시 발생되는 광신호에서 적외선 성분만 감지하는 적외선 센서로 구성된 복수 개의 수광소자화소로 구성된 수광소자모듈;로 이루어지고,
상기 수광소자모듈은 가로 N 개와 세로 N 개의 수광소자화소가 격자형태로 배치되거나 또는 가로 N 개와 세로 M 개의 수광소자화소가 격자 형태로 배치되고,
상기 복수 개의 수광소자화소는 방전아크에 의해 발생되는 광신호에서 자외선 대역만 감지하는 자외선 센서 2 개와, 화재발생시 발생되는 광신호에서 적외선 성분만 감지하는 적외선 센서 2 개가 서로 엇갈리게 2x2 격자형태로 배치되거나 또는 자외선 센서 1 개와 적외선 센서 1 개가 1x1 격자형태로 배치되고, 수배전반 내부의 특정 구역이 특정 수광소자화소와 1:1로 정합되도록 구성되어 사고발생 구역이 특정되는 것을 특징으로 하는 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서.
A lens disposed at the front end of the light-receiving element module to project the light signal due to the discharge arc and the fire signal generated in the plurality of areas including the monitoring target inside the switchboard to the entire surface of the light-receiving element module by using the diffraction phenomenon of light. ; and
A light-receiving element module composed of a plurality of light-receiving element pixels including an ultraviolet sensor for detecting only the ultraviolet band in the optical signal generated by the discharge arc projected from the lens and an infrared sensor for detecting only the infrared component in the optical signal generated when a fire occurs; made up of,
The light-receiving element module has N horizontally and vertically N light-receiving elements arranged in a lattice form or N horizontally and M vertical light-receiving elements arranged in a lattice form,
In the plurality of light-receiving element pixels, two ultraviolet sensors detecting only the ultraviolet band in the optical signal generated by the discharge arc and two infrared sensors detecting only the infrared component in the optical signal generated when a fire occurs are alternately arranged in a 2x2 grid form, or Alternatively, one ultraviolet sensor and one infrared sensor are arranged in a 1x1 lattice form, and a specific area inside the switchboard is configured to be matched 1: 1 with a specific light receiving element pixel so that the area where the accident occurs is specified. An optoelectronic sensor with the function of simultaneously detecting fire and discharge arc and finding the location of occurrence.
상기 방전아크에 의해 발생되는 광신호에서 자외선 대역만 감지하는 자외선 센서와, 화재발생시 발생되는 광신호에서 적외선 성분만 감지하는 적외선 센서로 구성된 복수 개의 수광소자화소로 구성된 수광소자모듈;로 구성된 광전자센서;
상기 수광소자모듈은 가로 N 개와 세로 N 개의 수광소자화소가 격자형태로 배치되거나 또는 가로 N 개와 세로 M 개의 수광소자화소가 격자 형태로 배치되고,
상기 복수 개의 수광소자화소는 방전아크에 의해 발생되는 광신호에서 자외선 대역만 감지하는 자외선 센서 2 개와, 화재발생시 발생되는 광신호에서 적외선 성분만 감지하는 적외선 센서 2 개가 서로 엇갈리게 2x2 격자형태로 배치되거나 또는 자외선 센서 1 개와 적외선 센서 1 개가 1x1 격자형태로 배치되고, 수배전반 내부 사고 감지를 위해 구분된 복수 개의 구역과 1:1로 대응되도록 구성됨;
상기 광전자센서로부터 전송되는 사고 감지신호를 마이크로프로세서에 입력하는 인터페이스 회로;
상기 마이크로프로레서는 수광소자모듈에 구성된 복수 개의 수광소자화소가 수배전반 내부 사고 감지를 위해 구분된 복수 개의 구역과 1:1로 대응되도록 프로그래밍되어, 상기 수광소자화소로부터 입력된 사고 감지신호를 분석하여 사고 발생구역을 특정함; 및
상기 인터페이스 회로로부터 사고 감지신호를 수신하고, 복수 개의 수광소자모듈과, 복수 개의 구역으로 구분된 수배전반 내부 특정구역에서 발생된 방전아크 및 화재 발생을 판단하되, 수광소자모듈에 구성된 자외선 센서로부터 자외선을 수신하여 방전아크의 발생 여부를 판단하고, 적외선 센서로부터 적외선을 수신하여 화재 발생 여부를 판단하는 마이크로프로세서;로 이루어진 것을 특징으로 하는 수배전반 내에서 발생하는 화재와 방전아크를 동시에 감지하고 발생위치를 찾아내는 기능을 갖는 광전자센서 제어장치. A lens disposed at the front end of the light-receiving element module to project the light signal due to the discharge arc and the fire signal generated in the plurality of areas including the monitoring target inside the switchboard to the entire surface of the light-receiving element module by using the diffraction phenomenon of light. ;
A light-receiving element module composed of a plurality of light-receiving element pixels composed of an ultraviolet sensor for detecting only the ultraviolet band in the optical signal generated by the discharge arc and an infrared sensor for detecting only the infrared component in the optical signal generated when a fire occurs; an optoelectronic sensor composed of ;
The light-receiving element module has N horizontally and vertically N light-receiving elements arranged in a lattice form or N horizontally and M vertical light-receiving elements arranged in a lattice form,
In the plurality of light-receiving element pixels, two ultraviolet sensors detecting only the ultraviolet band in the optical signal generated by the discharge arc and two infrared sensors detecting only the infrared component in the optical signal generated when a fire occurs are alternately arranged in a 2x2 grid form, or Or, one ultraviolet sensor and one infrared sensor are arranged in a 1x1 grid form, and configured to correspond 1:1 to a plurality of zones divided for detecting accidents inside the switchgear;
an interface circuit for inputting the accident detection signal transmitted from the optoelectronic sensor to a microprocessor;
The microprocessor is programmed so that a plurality of light-receiving element pixels configured in the light-receiving element module correspond 1:1 to a plurality of zones divided for detecting an accident inside the switchboard, and analyzes the fault detection signal input from the light-receiving element pixel specifying the area where the accident occurred; and
Receives an accident detection signal from the interface circuit, determines a plurality of light receiving element modules and a discharge arc and a fire occurring in a specific area inside the switchboard divided into a plurality of zones, and detects ultraviolet rays from the ultraviolet sensor configured in the light receiving element module. A microprocessor that receives and determines whether a discharge arc occurs and receives infrared rays from an infrared sensor to determine whether a fire occurs; Optoelectronic sensor control device having a function.
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KR1020220168753A KR102525869B1 (en) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | Optoelectronic sensor with a function to simultaneously detect fire and discharging arc occurring in the switchboard and to find the occuring location and control device thereof |
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2022
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