KR20120127509A - 전력용 차단기 - Google Patents

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KR20120127509A
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다카카즈 이노우에
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

<과제>
구성 부품수를 증가시키지 않고 폐로 동작시의 충격에 의한 반도(채터링)를 방지하는, 소형이고 염가의 전력용 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다
<해결수단>
중심축방향으로 겹친 상태에서 서로 접하는 위치에 경사면 혹은 곡면이 마련된 링 모양 부재(141-1, 141-2)와 링 모양 부재(142-1)로 이루어지는 반도억제부(140)를 가지고, 폐극시에 가동전극(122)이 고정전극(121)에 충돌했을 때에 발생하는 충격을 압축력으로서 캡쳐하는 미동기구부(130)를 구비하며, 링 모양 부재의 스프링성과 접촉면에서의 마찰력에 의해서, 충돌했을 때의 운동에너지를 마찰에 의한 에너지 흡수에 의해서 소비하여, 반도동작의 발생시간을 감소시키는 것이다.

Description

전력용 차단기 {ELECTRIC-POWER BREAKER}
본 발명은 전력용 차단기에 관한 것이고, 특히, 접리(接離) 가능한 고정전극과 가동전극과의 주접점을 가동방향으로 밀어붙여 접촉하는 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker : VCB) 등의 전력용 차단기에 관한 것이다.
종래의 전력용 차단기로는, 예를 들면 진공차단기(VCB) 등과 같이 고정전극과 가동전극을 맞댐 구조로 한 것이 있다. 이와 같은 차단기에서는 양(兩) 전극의 주접점을 맞대어 접촉시켜, 통전 성능을 가지고 있다.
맞댐 구조이기 때문에, 폐극(閉極)시에는 폐극속도에 의해 양 전극이 충돌하여, 접점의 반도(反跳)(채터링, Chattering)를 발생시키는 경우가 있다.
특허문헌 1에서는, 이 반도(채터링)를 억제하기 위해서 진공밸브(Vacuum Switch Tubes : VST)의 고정단자 측에 「경사면을 가지는 부재」를 마련하고, 이 경사면에 「스프링에 의해 밀어붙여진 또 다른 1조의 경사면을 가지는 부재」를 슬라이딩 가능하게 마련한 구성으로 하고 있다.
이 구성에 의해, 진공차단기(VCB) 투입시의 가동 측 접점이 가지는 운동에너지를 양자 사이의 마찰에너지로 바꾸어 소실시킴으로써, 반도(채터링)를 억제하도록 하고 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특개2006-269202호 공보(0015단, 도 3)
그렇지만, 종래의 전력용 차단기에서는, 상기와 같이 복잡한 구성에 의해 부품수가 많고, 양 경사면 부재의 정합(整合) 조정에 시간이 걸리므로, 부품비용?조립비용이 고가라는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 구성부품수를 증가시키지 않고 폐로(閉路) 동작시의 충격에 의한 반도(채터링)를 방지하는, 소형이고 염가의 전력용 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 전력용 차단기는, 고정전극 및 이 고정전극에 접리 가능하게 마련되는 가동전극으로 이루어지는 스위치부와, 가동전극으로부터 연장하는 가동축과, 가동축을 구동하여 스위치부를 개폐하는 조작기구와, 스위치부 및 가동축을 내부에 유지하는 프레임과, 가동전극의 구동방향에서, 프레임에 고정되는 고정전극의 가동전극과의 접리하는 면과의 반대면의 측에, 중심축방향으로 겹친 상태에서 서로 대응하는 위치에 마련되는 경사면 혹은 곡면에서 접하는 2 이상의 링 모양 부재로 이루어진 반도억제부를 배치하고, 폐로 동작시의 고정전극과 가동전극의 충돌에 의해 발생하는 힘을 반도억제부에서 압축력으로서 트래핑(trapping)하는 미동(微動)기구부를 구비하는 것이다.
본 발명에 의하면, 미동기구부는 겹침 부분에 각각 대응하는 경사 형상 또는 곡면 형상을 마련한 링 모양 부재를 복수 겹쳐서 이루어지는 반도억제부를 가지고, 폐로 동작시의 충격을 압축력으로서 트래핑함으로써, 링 모양 부재의 지름방향으로의 신축에 의한 스프링성과 경사면의 마찰력에 의해 충돌에 의해 발생하는 운동에너지를 흡수할 수 있어, 단순한 구성에 의해 소형이고 염가로 반도를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 가스절연 개폐장치의 전체 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 차단기의 구성을 나타내는 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 미동기구부의 구성을 나타내는 측단면 확대도이다.
도 4는 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 미동기구부의 동작을 설명하는 측단면 확대도이다.
도 5는 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 링 모양 부재의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6]본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 링 모양 부재의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 링 모양 부재의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 링 모양 부재의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 링 모양 부재의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 링 모양 부재의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 링 모양 부재의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관한 전력용 차단기의 실시형태에서의 링 모양 부재의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 전력용 차단기의 각종 실시형태에 대해서 도면에 근거하여 설명한다.
실시형태
도 1은 본 발명의 실시형태로의 전력용 차단기를 적용한 가스절연 개폐장치의 전체 구성을 나타내는 단면 구성도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 가스절연 개폐장치(스위치 기어)(200)의 주회로는 케이블(6), 전류검출기(7), 케이블 부싱(bushing)(4), 접속부재(10), 전력용 차단기로서의 차단기(100), 수전(受電) 단로/접지(斷路/接地) 개폐기(11), 접속부재(9), 모선(母線) 부싱(3), 모선(12)으로 구성된다.
도 1에서, 가대(架臺)(1)상에는 SF6가스 등의 절연성 가스가 봉입(封入)된 차단기 탱크(2)가 지지되어 있다. 차단기 탱크(2)의 상부 단판부(2a)에는 삼상(三相)의 모선 부싱(3)이 마련되며, 모선 부싱(3)에는 모선(12)이 각각 접속되어 있다.
차단기 탱크(2)의 하부 측판부(2b)에는 케이블 부싱(4)이 마련되고, 케이블 부싱(4)에는 베이스(5)에 배치되는 삼상의 케이블(6)이 전류검출기(7)를 통하여 각각 접속되어 있다.
차단기 탱크(2) 내에는 모선(12)과 케이블(6)과의 사이를 전기적으로 접속?차단하는 차단기(100)가 3개 병렬하여 수납되어 있다. 차단기(100)는 장착판(13)에 고정된 절연프레임(101)과, 절연프레임(101) 내에 유지된 차단기 소호실(消弧室)인 진공밸브(120)를 가지고 있다.
또, 차단기 탱크(2) 내에는 차단기(100)와 모선(12)과의 사이를 전기적으로 접속?단로하는 수전 단로/접지 개폐기(11)가 3개 병렬하여 수납되어 있다.
차단기(100)는 진공밸브(120)의 가동전극 측으로부터 수전 단로/접지 개폐기(11)의 일단에 각각 접속되어 있다. 수전 단로/접지 개폐기(11)의 타단은 접속부재(9)를 통하여 모선 부싱(3)에 각각 접속되어 있다.
또, 차단기(100)는 진공밸브(120)의 고정전극 측으로부터 접속부재(10)를 통하여 케이블 부싱(4)에 각각 접속되어 있다.
또한, 케이스(14) 내에는 차단기 조작기구(15), 단로기 조작기구(16) 및 제어유니트(도시생략)가 수납되어 있다. 차단기 조작기구(15) 및 단로기 조작기구(16)는 장착판(13)에 장착되어 지지되어 있다.
도 2는 본 발명의 실시형태로의 차단기(100)의 진공밸브(120) 주변의 구성을 나타내는 확대 측단면도이다. 도 2에서, 진공밸브(120)는 고정전극(121)과, 가동전극(122)과, 스위치부로서의 고정전극(121) 및 가동전극(122)을 덮는 진공스위치부(123)와, 가동전극(122)을 구동하여 고정전극(121)과 접촉?격리 조작하기 위한 가동축으로서의 조작봉 도체(124)로 이루어진다.
진공밸브(120)는 고정전극(121) 측을 지지도체(103)에 고정한다. 지지도체(103)는 가동전극(122)의 가동방향에서 진공밸브(120)가 고정되어 있는 면과는 반대 측의 면에 미동기구부(130)를 구비한다.
미동기구부(130)는, 폐극 동작시에, 가동전극(122)이 고정전극(121)에 접촉 충돌에 의해 발생하는 운동에너지를 흡수하도록 마련된다.
진공밸브(120)는 고정전극(121)이 지지도체(103)를 통하여 접속부재(10)에, 가동전극(122)이 가요도체인 가동 측 회로도체(104)를 통하여 수전 단로/접지 개폐기(11)에 각각 접속되어, 전기회로의 개극, 폐극 동작을 행한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시형태로의 차단기(100)에 구비하는 미동기구부(130)의 구성을 나타내는 확대 측단면도이다. 도 3은 개극하고 있는 상태를 나타내고, 도 4는 폐극 동작한 직후 상태를 나타낸다.
도 3에서, 미동기구부(130)는 형상이 다른 링 모양 부재를 교호로 복수 겹쳐서 이루어지는 반도억제부(140)를 가진다. 반도억제부(140)는 링 모양 부재의 겹침 부분에 각각 경사 형상을 가지고, 축방향(A방향)으로부터의 압축력에 대해서 지름방향으로의 신축에 의한 스프링성과 경사면의 마찰력에 의해, 충돌에 의해 발생하는 운동에너지를 흡수하지만, 상세하게는 후술한다.
반도억제부(140)는 지지도체(103)에 볼트(131)로 고정한 하부 스토퍼 피팅(fitting)(132)에 얹어 놓은 상태에서, 위쪽으로부터 상부 스토퍼 피팅(133)에 의해 덮여지고, 하부 스토퍼 피팅(132)과 상부 스토퍼 피팅(133)에 의해 끼워 지지되어 있다.
상부 스토퍼 피팅(133)은 가이드 튜브(134)를 사이에 두고, 절연프레임(101)에 매립된 인서트(102)에 볼트(135)를 이용하여 고정되어 있다. 지지도체(103)는 지지도체(103)에 마련되어 있는 구멍(103a)이 가이드 튜브(134)를 따라서 위쪽(A방향)으로 슬라이딩 가능하게 마련되어 있다.
지지도체(103)의 슬라이딩에 수반하여, 지지도체(103)에 고정되어 있는 하부 스토퍼 피팅(132), 진공스위치관(123) 및 고정전극(121)도 위쪽 방향(A방향)으로 이동 가능하게 마련되어, 지름방향으로의 이동은 억제된다.
도 5에 본 발명의 실시형태에서의 차단기(100)의 반도억제부(140)에 이용하는 링 모양 부재(141-1, 141-2), 도 6에 링 모양 부재(142-1)의 구성을 나타낸다. 도 5 및 도 6에서, 각각 (a)는 상면도, (b)는 측단면도, (c)는 사시도이다.
링 모양 부재(141-1)와 링 모양 부재(141-2)는 같은 형상이며, 도 5에 나타내는 바와 같이, 단면에서 내주면 측의 볼록부가 대략 삼각형 모양이고, 축방향으로 상하 대상의 경사면(141-1a, 141-1b) 및 경사면(141-2a, 141-2b)을 가진다.
링 모양 부재(141-2)는 링 모양 부재(141-1, 141-2)와 외주 형상이 다르며, 링 모양 부재(141-1)와 링 모양 부재(141-2)에 끼워져 겹쳐진다.
링 모양 부재(142-1)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 단면에서 외주면 측의 볼록부가 대략 삼각형 모양이고, 축방향으로 상하 대상의 경사면(142-1a) 및 경사면(142-1b)을 가진다.
링 모양 부재(142)는 끼워져 겹쳐지는 링 모양 부재(141)와 링 모양 부재(141-2)의 경사면(141-1a, 141-1b) 및 경사면(141-2a, 141-2b)에 대응하도록, 경사면(142-1a) 및 경사면(142-1b)이 마련된다.
또, 링 모양 부재(142-1)는 끼워져 겹쳐지는 링 모양 부재(141-1)와 링 모양 부재(141-2)와의 사이가 축방향으로부터의 압축력에 대해서 충분히 스프링성을 발휘할 수 있는 거리를 가지도록 링 모양 부재(142-1)의 외경을 결정할 수 있다.
반도억제부(140)의 스프링성은 링 모양 부재(141-1, 142-1, 141-2)의 높이, 지름의 크기, 단면의 두께, 경사면의 각도나 재질 등에 의해서 제어된다. 또, 반도억제부(140)의 마찰력은 링 모양 부재(141-1, 142-1, 141-2)의 재질, 경사면의 표면 상태 등에 의해서 제어된다.
또한, 본 실시형태에서는, 반도억제부(140)는 링 모양 부재를 3개로 구성하는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 링 모양 부재의 개수를 바꾸는 것에 의해, 스프링성을 제어할 수도 있다.
또, 링 모양 부재의 재료는 담금질한 강으로 표면연마 혹은 경질크롬 도금처리를 시행한 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 겹쳐지는 부분을 경사면으로 했지만, 곡면으로 해도 된다.
다음으로, 본 발명의 실시형태에서의 차단기(100)의 반도억제부(140)의 동작에 대해서, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다. 우선, 도 3에 나타내는 개로(開路) 상태로부터 전기회로를 닫는 동작이 개시하면, 가동전극(122)은 순간적으로 A방향으로 밀어올려져, 고정전극(121)과 충돌해 접촉한다.
가동전극(122)이 고정전극(121)에 충돌하면, 충격이 진공스위치관(123) 및 지지도체(103)를 통하여 반도억제부(140)에 전해지고, 반도억제부(140)는 그 충격에너지를 운동에너지로서 흡수한다.
즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 지지도체(103)는 하부 스토퍼 피팅(132)과 상부 스토퍼 피팅(133)에서 끼워 지지되는 링 모양 부재(141-1, 142-1, 141-2)를 A방향으로 압축하면서, 스프링성 및 마찰력에 저항하여 가이드 튜브(134)를 따라서 A방향으로 슬라이딩한다.
A방향으로부터 압축되면, 링 모양 부재(141-1, 141-2)는 링 모양 부재(142-1)의 경사면(142-1a, 142-1b)이 쐐기식으로 삽입되어 반경방향으로 넓어지고, 링 모양 부재(142-1)는 각각 대응하는 링 모양 부재(141-1, 141-2)의 경사면(141-1a, 141-2b)에 의해 내경방향으로 수축된다.
넓어진 링 모양 부재(141-1, 141-2)가 수축하려고 하는 힘과, 수축된 링 모양 부재(142-1)가 넓어지려고 하는 힘에 의해, 반도억제부(140)는 스프링성을 발휘한다.
이와 같이, 반도억제부(140)는 링 모양 부재(141-1, 142-1, 141-2) 자체의 스프링성과 경사면에서의 마찰력에 의해서, 가동전극(122)이 고정전극(121)에 충돌했을 때의 운동에너지를 마찰에 의한 에너지 흡수에 의해서 소비함으로써 반도동작의 발생시간을 감소시킬 수 있다.
또, 반도억제부(140)는 폐극시에 진공밸브(120)가 지름방향으로 기울어 움직였다 하여도 그것과 같은 방향으로, 링 모양 부재가 추종(追從)함으로써 반도동작을 발휘할 수 있다. 반도억제부(140)는 겹쳐지는 링 모양 부재가 많을수록 추종성이 향상한다.
도 7은 15개의 링 모양 부재를 겹쳤을 경우의 추종 상태에 있는 반도억제부의 측면도이다. 진공밸브(120)가 지름방향으로 기울어 움직였을 경우, 교호로 겹쳐진 링 모양 부재(141-1, 141-2 ‥ 141-8) 및 링 모양 부재(142-1, 142-2 ‥ 142-7)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 추종한다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 미동기구부(130)는 중심축방향으로 겹친 상태에서 서로 대응하는 위치에 경사면 혹은 곡면이 마련된 링 모양 부재(141-1, 141-2)와 링 모양 부재(142-1)로 이루어지는 반도억제부(140)를 가지고, 폐극시에 가동전극(122)이 고정전극(121)에 충돌했을 때에 발생하는 충격을 압축력으로서 트래핑하도록 하였기 때문에, 링 모양 부재의 지름방향으로의 신축에 의한 스프링성과 접촉면에서의 마찰력에 의해서, 충돌했을 때의 운동에너지를 마찰에 의한 에너지 흡수에 의해서 소비하여, 반도동작의 발생시간을 감소시킬 수 있다. 또, 단순한 구성에 의해 소형이고 염가로 반도를 억제할 수 있다.
또한, 폐극시에 진공밸브(120)가 지름방향으로 기울어 움직였을 경우라도, 링 모양 부재가 추종함으로써 반도동작을 발휘할 수 있다.
또, 반도억제부(140)는 링 모양 부재(141-1, 141-2, 142-1)의 높이, 지름의 크기, 단면의 두께, 겹침 개수, 경사면의 각도나 재질 등을 선택함으로써, 용이하게 스프링성을 제어할 수 있다.
또, 반도억제부(140)는 링 모양 부재(141-1, 141-2, 142-1)의 재질, 경사면의 표면 상태 등을 선택함으로써, 용이하게 마찰력을 제어할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 링 모양 부재에 단면에서 내주면 측 또는 외주면 측의 볼록부가 대략 삼각형 모양인 것을 이용했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 도 8은 본 발명의 실시형태로의 다른 구성으로서의, (a) 링 모양 부재(151-1, 151-2) 및 (b) 링 모양 부재(152-1)를 나타내는 측단면도이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 링 모양 부재(151-1, 151-2, 152-1)는 단면에서 내주면 또는 외주면의 볼록부가 대략 사다리꼴 형상이라도 된다. 이 경우도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 도 9는 본 발명의 실시형태로의 다른 구성으로서의, (a) 링 모양 부재(161-1, 161-2) 및 (b) 링 모양 부재(162-1)를 나타내는 측단면도이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 링 모양 부재(161-1, 161-2, 162-1)는 링의 지름방향으로 구멍(161-c, 161-2c, 162-1c)을 마련한 구조를 하고 있다. 이 경우, 구멍(161-c, 161-2c, 162-1c)의 개수, 형상을 선택함으로써, 링이 스프링성을 제어할 수 있다.
또, 도 10은 본 발명의 실시형태에서의 다른 구성으로서의, 링 모양 부재(171-1, 171-2)를 나타내는 상면도이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 링 모양 부재(171-1, 171-2)는 링의 일부분에 각각 슬릿(171-1d, 171-2d)을 마련한 구조를 하고 있다. 이 경우, 슬릿(171-1d, 171-2d)의 폭을 선택함으로써, 링이 스프링성을 제어할 수 있다.
또한, 링 모양 부재(171-1, 171-2)에 끼워지는 링 모양 부재(172-1)(도시생략)에도 슬릿(172-1d)을 마련해도 동일한 효과를 얻는 것은 말할 필요도 없다.
또, 도 11 및 도 12는 본 발명의 실시형태로의 다른 구성으로서의, 링 모양 부재(181-1, 181-2) 및 링 모양 부재(182-1)를 나타낸다. 도 11 및 도 12에서, 각각 (a)는 상면도, (b)는 측단면도, (c)는 사시도이다.
도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 링 모양 부재(181-1, 181-2, 182-1)는 단면이 상하 대칭인 곡면 또는 경사면으로 이루어진 판상부재로 구성된다. 이 경우, 링 모양 부재를 프레스 등의 제조방법에 의해 용이하게 저비용으로 형성할 수 있다.
15 차단기 조작기구 100 차단기
101 절연프레임 121 고정전극
122 가동전극 124 조작봉 도체
130 미동기구부 140 반도억제부
141-1, 141-2 링 모양 부재
141-1a, 141-1b, 141-2a, 141-2b경사면
142-1 링 모양 부재 142-1a, 142-1b 경사면

Claims (7)

  1. 고정전극 및 이 고정전극에 접리(接離) 가능하게 마련되는 가동전극으로 이루어지는 스위치부와,
    상기 가동전극으로부터 연장하는 가동축과,
    상기 가동축을 구동하여 상기 스위치부를 개폐하는 조작기구와,
    상기 스위치부 및 상기 가동축을 내부에 유지하는 프레임과,
    상기 가동전극의 구동방향에서, 상기 프레임에 고정되는 상기 고정전극의 상기 가동전극과의 상기 접리하는 면과의 반대면의 측에, 중심축방향으로 겹친 상태에서 서로 대응하는 위치에 마련되는 경사면 혹은 곡면에서 접하는 2 이상의 링 모양 부재로 이루어진 반도(反跳)억제부를 배치하고, 폐로(閉路) 동작시의 상기 고정전극과 상기 가동전극의 충돌에 의해 발생하는 힘을 상기 반도억제부에서 압축력으로서 트래핑(trapping)하는 미동(微動)기구부를 구비하는 전력용 차단기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    반도억제부는 단면에서 내주면 측에 경사면 또는 곡면을 가지는 링 모양 부재와, 외주면에 경사면 또는 곡면을 가지는 링 모양 부재를 겹쳐서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력용 차단기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    링 모양 부재는 판상부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력용 차단기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    링 모양 부재는 단면에서 내주면 측 또는 외주면 측이 대략 삼각형 모양의 볼록부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력용 차단기.
  5. 청구항 2에 있어서,
    링 모양 부재는 단면에서 내주면 측 또는 외주면 측이 대략 사다리꼴 형상의 볼록부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력용 차단기.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    링 모양 부재는 지름방향으로 구멍을 마련하는 것을 특징으로 하는 전력용 차단기.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    링 모양 부재는 일부분에 슬릿을 마련하는 것을 특징으로 하는 전력용 차단기.
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