KR20210055321A - 전동기 자동 건조장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기 자동 건조장치 및 방법에 관한 것으로, 고주파 전류를 발생시켜 전동기의 권선에 공급하여, 권선의 동손 및 철심의 철손을 이용하여 전동기 내부에서 열을 발생시키는 고주파 전류 발생부와, 상기 전동기의 파라미터를 검출하는 파라미터 검출부와, 상기 고주파 전류 발생부의 동작을 제어하며, 상기 파라미터 검출부에서 검출된 파라미터 변화로 건조 완료 시점을 판단하여 상기 고주파 전류 발생부를 정지시키는 제어부를 포함한다.

Description

전동기 자동 건조장치 및 방법{Automatic drying device for motor and drying method thereof}

본 발명은 전동기 자동 건조장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 침수된 전동기를 자동으로 건조시킬 수 있는 전동기 자동 건조 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수중용을 제외한 통상의 전동기는 제조비용 또는 열 방출의 용이성을 고려하여 방수 성능을 고려하지 않고 제작되고 있다.

따라서, 전동기가 가동중 침수되는 경우 대부분 코일이 손상되지만, 가동 대기중의 전동기는 건조 등의 재생과정을 거치면 정상적인 동작이 가능하다.

상수도의 공급 시설의 예로서 배수지는 생산된 수돗물을 일반 가정 등 수요처에 공급하기 전에 임시로 저장하는 시설이며, 표고가 높은 지역에 설치하여 공급과 수요량의 차를 완충하고, 일정한 수압으로 수요처에 공급할 수 있는 시설이다.

수요처가 자연적인 수압에 의해 수돗물을 공급하기 곤란한 고지대인 경우, 펌프 시설을 갖춘 수돗물 공급시설이 가압장이 필요하며, 가압의 조건에 따라 가압장에는 대규모의 전동기가 사용되고 있다.

가압장의 침수 사고 발생시 전동기의 침수는 피할 수 없으며, 전동기 침수로 인해 수돗물의 공급이 중단되는 사고가 발생하게 된다.

가압장의 침수 사고는 전동기의 기동과 기동 대기 상태의 압력 변동에 의해 토출측의 신축관 이탈에 의해 발생할 수 있으며, 이는 잦은 압력 변동, 신축관 설비의 노후, 밸브 고정 미흡 등이 원인이다.

또한, 수충격에 의한 케이싱 파손에 따라 침수된 사례가 있으며, 전동기의 침수 사고시 전동기를 분해하여 자연 건조 및 절연저항 시험 후 재가동을 한다.

종래 전동기의 자연 건조 방법은 전동기의 분해가 필요하고, 가압장 전동기의 규모가 커 자연 건조까지는 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

종래 전동기를 건조시키는 장치로서, 등록실용신안 20-0205483호(모터 건조장치, 2000년 9월 25일 등록)에는 석면체와 다수의 히터를 이용하여 모터를 건조시키는 장치에 대하여 기재하고 있다.

상기 등록실용신안에 기재된 건조장치는 전동기의 외부에서 열을 가하여 건조시키는 장치이지만, 규모가 큰 전동기의 내부까지는 열의 전달이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 건조의 종료 시점을 자동으로 파악하기 어려우며, 완전히 건조된 전동기에 열을 계속 가할 경우 열에 의한 전동기의 손상 우려가 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 외부가 아닌 전동기 내부에서 열을 발생시켜 침수된 전동기를 건조시킬 수 있는 전동기 자동 건조장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전동기 내부에서 열을 발생시켜 건조하되, 건조 완료 상태를 자동으로 검출하여 건조열에 의한 전동기 손상을 방지할 수 있는 전동기 자동 건조장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 전동기 자동 건조장치는, 고주파 전류를 발생시켜 전동기의 권선에 공급하여, 권선의 동손 및 철심의 철손을 이용하여 전동기 내부에서 열을 발생시키는 고주파 전류 발생부와, 상기 전동기의 파라미터를 검출하는 파라미터 검출부와, 상기 고주파 전류 발생부의 동작을 제어하며, 상기 파라미터 검출부에서 검출된 파라미터 변화로 건조 완료 시점을 판단하여 상기 고주파 전류 발생부를 정지시키는 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 고주파 전류 발생부는, 교류전원을 정류하는 정류부와, 상기 정류부의 출력 전압을 조절하는 벅 컨버터부와, 상기 제어부의 제어에 따라 스위칭 동작을 하는 인버터와, 상기 인버터의 상태에 따라 인가되는 전류를 공진하여 상기 전동기의 권선에 출력하는 공진부를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 고주파 전류 발생부는, 20 내지 80kHz의 고주파 전류를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 파라미터 검출부는, 권선 온도 또는 공진주파수를 검출하거나, 권선 온도와 공진주파수를 검출할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어부는, 권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점을 건조 완료 시점으로 판단하거나, 공진주파수가 증가하다가 일정하게 유지되는 시점을 건조 완료 시점으로 판단할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어부는, 권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점과 공진주파수가 증가하다가 일정하게 유지되는 시점이 모두 검출되었을 때를 건조 완료 시점으로 판단할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전동기 자동 건조방법은, 제어부에서 건조가 요구되는 전동기의 권선에 고주파 전류 발생부의 고주파 전류를 공급하여, 전동기 내부에서 열을 발생시키는 단계와, 파라미터 검출부를 통해 전동기의 파라미터를 검출하는 단계와, 검출된 파라미터의 변화를 이용하여 제어부에서 건조 완료 여부를 판단하는 단계와, 제어부에서 건조가 완료된 것으로 판단되면 고주파 전류 발생부를 제어하여 고주파 전류의 공급을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 고주파 전류는 20 내지 80kHz의 전류일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 파라미터는, 권선 온도 또는 공진주파수이거나, 권선 온도와 공진주파수일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 파라미터의 변화는, 권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점이거나, 공진주파수가 증가하다가 일정하게 유지되는 시점일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 건조 완료 판단은, 권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점과 공진주파수가 증가하다가 일정하게 유지되는 시점이 모두 검출되었을 때를 건조 완료 시점으로 판단할 수 있다.

본 발명은 전동기에 고주파 신호를 인가하여 내부에서 열을 발생시켜 침수된 전동기를 건조시킴으로써, 대규모 전동기 건조 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 내부 발열을 이용하기 때문에 전동기를 분해할 필요 없이 건조가 가능하기 때문에 작업 시간을 단축하고, 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 자동으로 건조 완료 시점을 검출하여, 건조를 중단함으로써 건조열에 의한 전동기 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 전동기 자동 건조장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 고주파 전류 발생부의 일실시 구성도이다.
도 3은 도 2에서 인버터의 동작 상태도이다.
도 4는 전동기 철심의 철손 그래프이다.
도 5는 건조시 전동기 권선의 온도 변화 그래프이다.
도 6은 본 발명의 건조 완료 시점 판단의 두 파라미터 그래프이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 자동 건조장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동기 자동 건조장치의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 전동기 자동 건조장치는, 침수된 전동기(10)의 권선에 고주파 전류를 공급하여, 전동기(10) 내부에서 열을 발생시키는 고주파 전류 발생부(30)와, 전동기(10)의 건조 상태 정보를 검출하는 파라미터 검출부(40)와, 상기 고주파 전류 발생부(30)의 인버터를 제어하여 고주파 전류가 전동기(10)의 각 권선에 흐르도록 제어하며, 파라미터 검출부(40)의 검출결과에 따라 고주파 전류 발생부(30)를 제어하여 고주파 전류의 인가를 차단하는 제어부(20)와, 상기 제어부(20)에 작업자의 명령을 입력하는 입력부(60)와, 제어 정보를 표시하는 표시부(50)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 전동기 자동 건조장치의 구성과 작용에 대하여 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어부(20)는 프로그램에 따라 제어 동작을 수행하는 프로세서로서, 내부 메모리를 포함한다. 내부 메모리에는 프로그램 및 데이터가 저장되는 것으로 한다.

입력부(60)를 통해 건조 동작 명령이 입력되면 제어부(20)는 고주파 전류 발생부(30)를 제어하여 전동기(10)의 권선에 고주파 전류를 공급한다. 상기 표시부(50)는 제어부(20)의 동작 상태를 표시하며, 건조 과정을 작업자가 모니터링 할 수 있게 한다.

위의 예에서는 입력부(60)와 표시부(50)를 별개의 구성으로 도시하고 설명하였으나, 터치스크린과 같이 입력부(60)와 표시부(50)를 통합한 장치를 사용할 수 있다.

고주파 전류 발생부(30)는 20 내지 80kHz의 고주파 전류를 발생시켜 전동기(10)의 권선에 공급한다.

고주파 전류 발생부(30)의 구성은 매우 다양하게 구성될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 LC 공진 방식의 고주파 전류 발생부(30)의 구성에 대하여 설명한다.

도 2는 고주파 전류 발생부(30)의 회로도이다.

도 2를 참조하면 고주파 전류 발생부(30)는, 교류전원(31)을 정류하는 정류부(32)와, 출력 전압을 조절하는 벅 컨버터부(Buck Converter, 33)와, 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 인버터(34)와, 상기 인버터(34)의 상태에 따라 인가되는 전류를 공진하여 전동기(10)의 권선에 출력하는 공진부(35)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 고주파 전류 발생부(30)의 구성에서 인버터(34)는 4개의 트랜지스터(Q1~Q4)를 포함하며, 제1트랜지스터(Q1)와 제2트랜지스터(Q2)가 상호 직렬 연결되며, 제3트랜지스터(Q3)와 제4트랜지스터(Q4)가 상호 직렬 연결되며, 상기 공진부(35)의 일단이 제1트랜지스터(Q1)와 제2트랜지스터(Q2)의 접점에 연결되고 공진부(35)의 타단이 제3트랜지스터(Q3)와 제4트랜지스터(Q4)의 접점에 연결되어 풀 브리지 회로를 구성한다.

상기 제1 내지 제4트랜지스터(Q1~Q4)는 제어부(20)의 제어에 의해 온 또는 오프된다.

도 3은 상기 인버터(34)의 4가지 동작 상태 회로도이다.

도 3의 (a)는 제1트랜지스터(Q1)와 제2트랜지스터(Q2)가 턴온된 상태이고, 제3트랜지스터(Q3)와 제4트랜지스터(Q4)는 오프된 상태를 나타내며, (b)는 제1트랜지스터(Q1)와 제4트랜지스터(Q4)가 턴온된 상태이고, 제2트랜지스터(Q2)와 제3트랜지스터(Q3)가 오프된 상태를 나타낸다.

또한, (c)는 제1트랜지스터(Q1)와 제2트랜지스터(Q2)가 오프된 상태이고, 제3트랜지스터(Q3)와 제4트랜지스터(Q4)는 온된 상태를 나타내며, (d)는 제1트랜지스터(Q1)와 제4트랜지스터(Q4)가 오프된 상태이고, 제2트랜지스터(Q2)와 제3트랜지스터(Q3)가 온된 상태를 나타낸다.

이와 같은 동작상태를 반복하면서 고주파 전류를 생성하며 전동기(10) 권선에 고주파 전류를 공급한다.

고주파 전류가 전동기(10)의 권선에 공급되면, 전동기(10)의 내부에서 발열이 일어난다.

이때의 발열은 두 가지 원리에 의해 발생한다. 고주파 전류가 직접 공급되는 권선은 동손에 의해 열이 발생하며, 전동기(10)의 철심은 철손에 의해 열이 발생한다.

도 4는 전동기(10)의 철심의 철손 그래프이다.

도 4에 도시한 바와 같이 발생하는 전동기(10) 내부 열의 온도는 고주파 전류의 주파수가 높을수록 증가한다. 또한, 단위 질량당 철손의 크기는 정현파 보다는 펄스폭 변조 구동 방식으로 생성된 고주파 전류에서 더 크게 나타난다.

이처럼 고주파 전류의 공급에 의한 전동기(10) 내부 열을 이용하여 수분을 증발시키기 때문에 침수된 전동기의 건조를 위해 전동기를 분해할 필요가 없어 건조 작업이 용이하고 건조 작업 시간을 단축할 수 있다.

또한, 외부에서 열을 가하는 종래의 방식에 비해 효율을 높여 건조 효율을 높일 수 있다.

이와 같이 침수된 전동기(10)에 고주파 전류를 공급하여 전동기(10) 내부에서 열을 발생시키고, 그 열에 의해 권선 내부에 침투한 수분을 건조시킬 수 있다.

이때 수분이 완전히 건조된 상태에서 계속 고주파 전류를 전동기(10)에 공급하게 되면, 내부에서 발생된 열에 의해 전동기(10)가 손상될 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 파라미터 검출부(40)를 통해 전동기(10) 파라미터를 검출하고, 검출된 파라미터를 이용하여 건조 동작의 종료 시점을 확인하는 방식을 제안한다.

전동기(10)의 권선에 수분이 침투하게 되면, 정전용량이 변화된다.

정전용량은 전하를 저장할 수 있는 능력을 나타내는 물리량으로 도체의 모양과 도체 사이에 위치하는 부도체의 유전 성질로 결정된다.

수분이 권선에 침투하면 유전체가 공기에서 물로 바뀌기 때문에, 권선에 수분이 침투할 경우 정전용량이 변화되며, 리액턴스는 감소된다. 리액턴스의 변화에 따라 수분 침투시 과대전류가 흐르게 된다.

따라서, 상기와 같이 전동기(10)에 고주파 전류를 공급하여 내부에서 열을 발생시키고, 발생된 열에 의해 건조가 진행되는 동안 정전용량은 다시 감소하게 되며, 이때 공진주파수는 증가하게 된다.

이처럼 공진주파수는 건조가 진행되는 동안 증가하다가, 건조가 완료되면 일정하게 유지되는 특징이 있다.

위의 공진주파수와는 다른 파라미터로서 침수된 전동기(10)의 내부 열로 건조시킬 때, 권선 온도의 변화를 이용하여 건조 완료 여부를 확인할 수 있다.

도 5는 건조시 전동기 권선의 온도 변화 그래프이다.

도 5를 참조하면 권선의 온도는 고주파 전류가 공급됨에 따라 증가하게 되며, 물이 기화하는 온도인 100℃(1기압 기준)에서 건조가 이루어지며, 이때 기화열에 의해 고주파 전류가 공급됨에도 불구하고 권선의 온도가 증가하지 않고 유지되는 구간이 발생하게 된다.

건조가 완료되면 다시 권선 온도는 증가하게 된다.

따라서 권선 온도를 검출하여 온도가 증가하지 않다가 증가하는 시점을 건조 완료 시점으로 판단할 수 있다.

즉, 상기 파라미터 검출부(40)는 공진주파수를 검출하거나, 권선 온도를 검출하거나, 공진주파수와 권선 온도 모두를 검출하는 것일 수 있으며, 제어부(20)는 상기 파라미터 검출부(40)에서 검출된 공진주파수 또는 권선 온도의 변화를 이용하여 전동기(10)의 건조가 완료된 시점을 판단하고, 건조가 완료되면 상기 고주파 전류 발생부(30)의 동작을 정지시켜 전동기(10)에 공급되는 고주파 전류를 차단한다.

본 발명에서는 보다 정확한 고주파 전류 차단시점을 확인하여, 수분을 완전히 건조시킴과 아울러 열에 의한 전동기(10) 손상을 방지하기 위하여, 권선 온도와 공진주파수의 두 파라미터를 모두 사용할 수 있다.

도 6은 본 발명의 건조 완료 시점 판단의 두 파라미터 그래프이다.

도 6에 도시한 바와 같이 제어부(20)는 권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점(a)과, 공진주파수가 건조 과정에서 증가하다가 일정하게 유지되는 시점(b)을 이용하여 건조 완료 여부를 결정한다.

상기 두 시점(a, b)이 일치하는 경우라면 해당 시점에서 상기 고주파 전류 발생부(30)의 동작을 정지시킨다.

하지만 두 시점(a, b)가 여러가지 오차로 인해 일치하지 않을 수 있으며, 이때는 권선 온도의 시점(a)과 공진주파수의 시점(b)이 모두 나타났을 때 건조 완료 상태로 판단할 수 있다. 즉, 권선 온도의 시점(a)은 검출되었으나 공진주파수의 시점(b)이 검출되지 않은 상태이면 공진주파수의 시점(b)이 검출될 때까지 건조 동작을 유지하고, 공진주파수의 시점(b)이 검출되면 상기 고주파 전류 발생부(30)의 동작을 정지시킨다.

반대로 공진주파수의 시점(b)이 검출되었으나 권선 온도 시점(a)이 검출되지 않은 경우에 권선 온도의 시점(a)이 검출될 때까지 건조 동작을 유지하고, 권선 온도의 시점(a)이 검출되면 고주파 전류 발생부(30)를 정지시킨다.

이와 같은 과정을 통해 본 발명은 전동기를 안전하게 건조시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10:전동기 20:제어부
30:고주파 전류 발생부 40:파라미터 검출부
50:표시부 60:입력부

Claims (11)

1. 고주파 전류를 발생시켜 전동기의 권선에 공급하여, 권선의 동손 및 철심의 철손을 이용하여 전동기 내부에서 열을 발생시키는 고주파 전류 발생부;
   상기 전동기의 파라미터를 검출하는 파라미터 검출부; 및
   상기 고주파 전류 발생부의 동작을 제어하며, 상기 파라미터 검출부에서 검출된 파라미터 변화로 건조 완료 시점을 판단하여 상기 고주파 전류 발생부를 정지시키는 제어부를 포함하는 전동기 자동 건조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고주파 전류 발생부는,
   교류전원을 정류하는 정류부;
   상기 정류부의 출력 전압을 조절하는 벅 컨버터부;
   상기 제어부의 제어에 따라 스위칭 동작을 하는 인버터; 및
   상기 인버터의 상태에 따라 인가되는 전류를 공진하여 상기 전동기의 권선에 출력하는 공진부를 포함하는 전동기 자동 건조장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고주파 전류 발생부는,
   20 내지 80kHz의 고주파 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 전동기 자동 건조장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 파라미터 검출부는,
   권선 온도 또는 공진주파수를 검출하거나,
   권선 온도와 공진주파수를 검출하는 것을 특징으로 하는 전동기 자동 건조장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점을 건조 완료 시점으로 판단하거나,
   공진주파수가 증가하다가 일정하게 유지되는 시점을 건조 완료 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동기 자동 건조장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점과 공진주파수가 증가하다가 일정하게 유지되는 시점이 모두 검출되었을 때를 건조 완료 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동기 자동 건조장치.
7. 제어부에서 건조가 요구되는 전동기의 권선에 고주파 전류 발생부의 고주파 전류를 공급하여, 전동기 내부에서 열을 발생시키는 단계;
   파라미터 검출부를 통해 전동기의 파라미터를 검출하는 단계;
   검출된 파라미터의 변화를 이용하여 제어부에서 건조 완료 여부를 판단하는 단계; 및
   제어부에서 건조가 완료된 것으로 판단되면 고주파 전류 발생부를 제어하여 고주파 전류의 공급을 차단하는 단계를 포함하는 전동기 자동 건조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 고주파 전류는 20 내지 80kHz의 전류인 것을 특징으로 하는 전동기 자동 건조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 파라미터는,
   권선 온도 또는 공진주파수이거나, 권선 온도와 공진주파수인 것을 특징으로 하는 전동기 자동 건조방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 파라미터의 변화는,
    권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점이거나, 공진주파수가 증가하다가 일정하게 유지되는 시점인 것을 특징으로 하는 전동기 자동 건조방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 건조 완료 판단은,
    권선 온도가 일정하게 유지되다가 증가하는 시점과 공진주파수가 증가하다가 일정하게 유지되는 시점이 모두 검출되었을 때를 건조 완료 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동기 자동 건조방법.

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