WO2011052109A1 - 真空バルブ - Google Patents

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WO2011052109A1
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coil conductor
electrode
vacuum valve
magnetic field
contact
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Inventor
安部淳一
月間満
吉田友和
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum valve of a vacuum circuit breaker used for opening and closing a circuit in an electric power system.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose longitudinal magnetic field electrodes that use a longitudinal magnetic field in order to improve the shut-off performance of a vacuum valve.
  • a container formed of a cylindrical insulator and a flange is kept in a vacuum, and a fixed contact and a movable contact are disposed inside the container so as to face each other.
  • the fixed electrode is provided with a coil conductor
  • the movable electrode is also provided with a coil conductor.
  • Both coil conductors are obtained by attaching a coil extending in the circumferential direction to the tip of an arm extending in the radial direction from the axial center, and when a current flows in the circumferential direction, a magnetic field parallel to the arc ( A longitudinal magnetic field is generated.
  • a longitudinal magnetic field is applied to the arc in this way, the arc is stabilized by diffusing charged particles in the radial direction.
  • the current density is reduced to suppress a local temperature rise in the electrode portion, and the interruption capability is improved. Can be increased.
  • a cup-shaped electrode is slit. By inserting slits in this way, current flows in the circumferential direction and a longitudinal magnetic field is generated.
  • the longitudinal magnetic field electrode shown in Patent Document 1 generates a longitudinal magnetic field in which a magnetic field generated by a current flowing concentrated on a plurality of current-carrying paths extending radially from the central portion of the disk-shaped coil conductor to which the electrode rod is connected to the outer peripheral portion.
  • the magnetic field in the longitudinal direction is locally weakened because the areas cancel each other.
  • the coil conductor that generates the longitudinal magnetic field has a narrower and longer cross-sectional area, the stronger the magnetic field, but the higher the resistance value, and when the energization current is increased, the amount of heat generated (the square of the current value ⁇ resistance) This increases the problem that the temperature of the vacuum valve conductor increases.
  • the cup-shaped electrode shown in Patent Document 2 has a shorter current path from the central portion connected to the electrode rod to the outer periphery of the coil than the longitudinal magnetic field electrode shown in Patent Document 1, and thus suppresses temperature rise.
  • the vertical magnetic field generation point is an inner portion of the slit. That is, there is a problem that the area of the longitudinal magnetic field generation portion is narrower than the structure shown in Patent Document 1.
  • the present invention eliminates such drawbacks and provides a configuration in which the increase in the temperature of the conductor portion can be suppressed even when the energization current increases, and the cutoff performance is ensured by generating a longitudinal magnetic field over a wide range.
  • the purpose is that.
  • a disk-shaped coil conductor having a central portion connected to one end of the electrode rod to generate a longitudinal magnetic field, and a plate-like shape connected to each of the outer peripheral portions facing the coil conductor.
  • the other electrode provided so as to be able to come into contact with and away from the one electrode are housed in an insulating container whose interior is kept in a vacuum, and the coil conductor is arranged on the outer periphery of the coil conductor.
  • a protrusion connected to the outer periphery of the contact, an external slit extending from the outer edge of the coil conductor in the vicinity of the protrusion, and a center of the protrusion continuously from the external slit. It has an internal slit provided in an arc shape on the inner peripheral side.
  • Example 1 1 is a front view showing the entirety of a vacuum valve according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view of an electrode of the vacuum valve shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the coil conductor 1 that is one member of the electrode shown in FIG. 2
  • FIG. 4 is a plan view of FIG.
  • both end openings of an insulating cylinder 10 generally made of ceramics or glass are sealed with a fixed side flange 13a and a movable side flange 13b to constitute an airtight container.
  • a fixed-side electrode rod 3a is fixed through the fixed-side flange 13a.
  • One end of the fixed electrode rod 3a is connected to the central portion of the disk-shaped coil conductor 1.
  • the opening part of the movable side electrode rod 3b and the movable side flange 13b is airtightly connected by the bellows 11, so that the movable side electrode rod 3b can be operated while maintaining the vacuum in the vacuum valve.
  • a shield 12 is provided to prevent metal vapor or metal melted pieces scattered from the contact 2 and the coil conductor 1 when the current is interrupted from adhering to the inner surface of the insulating cylinder 10 to deteriorate the creeping insulation performance.
  • the fixed-side electrode rod 3a and the movable-side electrode rod 3b have the same end-portion shape on the contact 2 side of the fixed-side electrode and the movable-side electrode, respectively.
  • the configuration of the electrode will be described with reference to FIG. 2 using the fixed electrode rod 3a or the movable electrode rod 3b as the electrode rod 3.
  • the electrode is housed in the coil conductor 1, the contact 2 connected to the coil conductor 1 at the protrusion 1 a provided on the outer periphery of the coil conductor 1, and the coil conductor 1. And a reinforcing member 4 that joins the bottom surface of the coil conductor 1 and the contact 2.
  • the electrode rod 3 supports the contact 2 via the reinforcing member 4.
  • the coil conductor 1 includes a plurality of protrusions 1a (four in the figure).
  • the protrusion 1 a is formed in an arc shape along the outer periphery of the coil conductor 1, and the protrusion 1 a abuts on the outer periphery of the contact 2 to ensure an electrical connection between the contact 2 and the coil conductor 1.
  • the coil conductor 1 is provided along the inner periphery of the protruding portion 1a provided continuously with the outer slit 5 provided along the protruding portion 1a in the radial direction from the outer edge of the protruding portion 1a. By providing the inner slit 6, a plurality of arc-shaped electric circuits are formed on the outer periphery.
  • the contact 2 is a disk-shaped member.
  • the reinforcing member 4 has a structure in which a round bar is connected under the disc, and the current flowing through the reinforcing member 4 reduces the current flowing through the coil conductor 1 and prevents the magnetic field from being lowered. It is formed of a material having low electrical conductivity and high strength, and is positioned by a circular hole provided in the coil conductor 1.
  • the electrode rod 3 is a cylindrical metal rod and is connected to the central portion of the coil conductor 1.
  • FIG. 4 shows a mode of current flowing through the coil conductor 1.
  • FIG. 5 shows an aspect of current flowing through the coil conductor 1 in the conventional electrode.
  • D1 and D2 in FIG. 5 indicate the direction of the magnetic field
  • D1 is the direction from the back of the paper to the front
  • D2 is the direction from the front to the back of the paper.
  • the energization path is shown by arrows in FIGS. 4 is shorter than the corresponding portion in FIG. 5 (the first energization path 20a to the outer peripheral portion), the coil diameter that is normally used is about 1 to 2 ⁇ . The resistance value can be lowered.
  • FIG. 11 shows an example of the magnetic flux density of the longitudinal magnetic field on the contact 2 surface.
  • the horizontal axis P is a distance from the central axis of the electrode
  • the position P1 is a point on the central axis of the contact 2 surface
  • the position P2 is a point on the outer peripheral portion of the contact 2 surface.
  • the vertical axis represents the magnetic flux density in the longitudinal magnetic field direction per unit current
  • the plotted line L1 represents the case where this embodiment is applied
  • the line L2 represents the conventional electrode shown in FIG. From this figure, it can be seen that in this embodiment, the magnetic flux density on the side of the central axis is higher than that of the conventional electrode, resulting in a flat distribution. Thereby, since the arc generated at the time of interruption can be uniformly dispersed, local melting on the surface of the contact 2 can be prevented, and as a result, the interruption performance can be improved.
  • the longitudinal magnetic field is effectively generated and the resistance value is reduced. Therefore, even if the energizing current is increased, the temperature rise is suppressed, and the application range of the vacuum valve is widened.
  • FIG. 6 is a sectional view of the electrode of the vacuum valve according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a coil conductor 1 which is a member of the electrode. 6 and 7, the same reference numerals are given to portions common to FIGS. 2 and 3, and description thereof is omitted.
  • the coil conductor 1 is made of a cup-shaped conductor and includes a plurality of protrusions 1a, and the protrusions 1a are formed in an arc shape along the outer edge on the outer peripheral portion on the opening side of the cup.
  • the electrical contact between the contact 2 and the coil conductor 1 is ensured by contacting the contact 2.
  • the coil conductor 1 includes an external slit 5 provided along the protruding portion 1a in the radial direction from the outer edge of the protruding portion 1a, and an internal slit provided along the inner periphery of the cup bottom surface continuously with the external slit 5. 6 constitutes a plurality of arc-shaped electric circuits on the outer periphery.
  • the action and effect of generating the longitudinal magnetic field is the same as in the first embodiment described above, but in this embodiment, the coil conductor 1 has a cup-like cross-sectional area as compared with the first embodiment. Since it increases, there is an effect that the resistance value is further reduced and the temperature rise can be further suppressed.
  • FIG. 8 is an overall front view showing the vacuum valve according to the third embodiment, and has a pair of electrodes constituted by a movable side and a fixed side.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of one electrode in the vacuum valve
  • FIG. 10 is a plan view of the coil conductor 1 in the electrode.
  • the pair of electrodes basically have the same configuration, and therefore the fixed coil conductor a or the movable coil conductor 9 b is represented as a cylindrical coil conductor 9. .
  • the vacuum valve includes a fixed coil conductor 9a and a movable coil conductor 9b made of a cylinder, and each of the cylindrical coil conductors 9a and 9b includes a plurality of projecting portions 1a formed in an arc shape on the circumference of the cylinder.
  • a vertical slit 7 is provided perpendicularly to the axis of the cylinder from the end of the portion 1a, and a horizontal slit 8 is provided in the circumferential direction of the cylinder continuously to the vertical slit 7 to form a coil.
  • the projecting portion 1a is in contact with the contact point 2 so as to ensure electrical connection between the contact point 2 and the cylindrical coil conductors 9a and 9b.
  • the contact 2 is held by the reinforcing member support 14 via the reinforcing member 4.
  • the opening of the movable side coil conductor 9b made of a cylinder and the movable side flange 13b is hermetically connected by the bellows 11, so that the movable side coil conductor 9b can be operated while maintaining the vacuum in the vacuum valve.
  • the action and effect of generating the longitudinal magnetic field is the same as in the first and second embodiments described above, but in this embodiment, the electrode rod and the cylindrical coil conductors 9a and 9b are integrated as compared with the first and second embodiments, respectively. As a result, the number of parts can be reduced.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

 電極棒の一端に中心部が接続されて縦磁界を発生する円板状のコイル導体、および上記コイル導体と対向してそれぞれの外周部で接続される板状の接点を有した一方の電極と、上記一方の電極と接離可能に設けられた他方の電極とが、内部を真空に保持した絶縁容器に収納された真空バルブにおいて、上記コイル導体は、上記コイル導体の外周部に設けられて上記接点の外周部と接続される突出部と、上記突出部の近傍の上記コイル導体の外縁から中心へ向かって伸びる外部スリットと、上記外部スリットと連続して上記突出部の内周側に円弧状に設けられた内部スリットとを有するようにした。

Description

真空バルブ
この発明は、電力系統において、回路の開閉に用いられる真空遮断器の真空バルブに関するものである。
真空バルブの遮断性能を向上させるため縦磁界を利用する縦磁界電極は、例えば特許文献1、2に開示されている。特許文献1に記載されたものは、筒状絶縁物とフランジで形成された容器が真空に保たれ、その内部には、固定接点と可動接点が対向して配置されている。固定側の電極にコイル導体を備えるとともに、可動側の電極にもコイル導体を備えている。両コイル導体は、軸中心から半径方向に延びた腕の先端に、周方向に伸びるコイルを取り付けたものであり、このコイルに電流が周方向に流れることにより、アークに対して平行な磁界(縦磁界)が発生する。このようにしてアークに縦磁界を加えると、荷電粒子を径方向に拡散させることでアークを安定させ、その結果、電流密度を小さくして電極部の局所的な温度上昇を抑え、遮断能力を増大させることができる。一方、特許文献2に示す縦磁界電極では、カップ状の電極にスリットを入れている。このようにスリットを入れることにより電流が円周方向に流れて縦磁界が発生する。
特開昭57―199126号公報 特開2002―298708号公報
特許文献1に示す縦磁界電極は、電極棒が接続される円盤状のコイル導体の中心部から放射状に外周部まで伸びる複数の通電経路に集中して流れる電流が発生する磁場が、縦磁場発生箇所で、互いに打消し合うため、縦方向の磁場が局所的に弱まるという問題がある。また、縦磁界を発生させるコイル導体は、断面積を狭く、長くした方が磁場は強くなるが、抵抗値が高くなり、通電電流を上げた場合、発熱量(電流値の二乗×抵抗)が増えるため、真空バルブ導体部の温度が上昇するという問題があった。
また、特許文献2に示すカップ状電極は、電極棒と接続される中心部からコイル外周部までの通電経路が特許文献1に示す縦磁界電極よりも短く、低抵抗となるので温度上昇は抑えられるが、次のような問題がある。電流は最短経路を通って流れるため、縦磁場発生箇所はスリットが入った箇所の内側部分となる。すなわち、特許文献1に示した構造よりも縦磁場発生箇所の面積が狭くなるという問題があった。
本発明は、このような欠点を解消することで、通電電流が増大しても、導体部の温度上昇が抑えられ、縦磁界を広範囲に発生させることで遮断性能が確保される構成を提供することを目的としている。
この発明に係る真空バルブにおいては、電極棒の一端に中心部が接続されて縦磁界を発生する円板状のコイル導体、および上記コイル導体と対向してそれぞれの外周部で接続される板状の接点を有した一方の電極と、上記一方の電極と接離可能に設けられた他方の電極とが、内部を真空に保持した絶縁容器に収納され、上記コイル導体は、上記コイル導体の外周部に設けられて上記接点の外周部と接続される突出部と、上記突出部の近傍の上記コイル導体の外縁から中心へ向かって伸びる外部スリットと、上記外部スリットと連続して前記突出部の内周側に円弧状に設けられた内部スリットとを有するものである。
縦磁界を効果的に発生させつつ、通電電流が増大しても温度上昇が抑制される電極を提供することができる。
この発明の実施の形態1に係る真空バルブの全体を示す部分断面をとった正面図である。 この発明の実施の形態1に係る真空バルブの電極の断面図である。 この発明の実施の形態1に係る真空バルブの電極の一部材であるコイル導体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る真空バルブの電極の一部材であるコイル導体を示す平面図である。 従来技術での真空バルブの電極のコイル導体を流れる電流の態様を示す説明図である。 この発明の実施の形態2に係る真空バルブの電極の断面図である。 この発明の実施の形態2に係る真空バルブの電極の一部材であるコイル導体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態3による真空バルブの全体を示す部分断面をとった正面図である。 この発明の実施の形態3による真空バルブの電極を示す斜視分解図である。 この発明の実施の形態3による真空バルブの電極の一部材であるコイル導体を示す平面図である。 この発明の実施の形態1に係る真空バルブの接点表面での縦磁界方向の磁束密度の分布を示す図である。
実施例1
図1は、この発明の実施の形態1に係る真空バルブの全体を示す正面図であり、図2は、図1に示した真空バルブの電極の断面図である。図3は、図2に示した電極の一部材であるコイル導体1を取り出して示す斜視図であり、図4は、図3の平面図である。
図1に示すように、真空バルブは、一般にセラミックスまたはガラスによりなる絶縁円筒10の両端開口が、固定側フランジ13a、可動側フランジ13bでそれぞれ密封され、気密な容器を構成している。固定側フランジ13aには、固定側電極棒3aが貫通固定されている。固定側電極棒3aの一端には、円板状のコイル導体1の中心部と接続されている。一方、可動側電極棒3bと可動側フランジ13bの開口部がベローズ11により気密に連結され、これにより真空バルブ内の真空を保持しつつ可動側電極棒3bを動作させることができる。また、電流遮断時に接点2及びコイル導体1から飛散する金属蒸気や金属溶解片が絶縁円筒10の内面に付着し、沿面の絶縁性能が低下するのを防ぐためにシールド12が設けられている。
この実施の形態では、固定側電極棒3aおよび可動側電極棒3bを、それぞれ構成部品とする固定側の電極および可動側の電極の接点2側の端部形状を同一としているので、以下においては、固定側電極棒3a又は可動側電極棒3bを電極棒3として、図2にて上記電極の構成を説明する。
上記電極は、円板状のコイル導体1と、コイル導体1の外周部に設けられた突出部1aにてコイル導体1と接続される接点2と、コイル導体1の内部に収納され、接点2の裏面に当接してコイル導体1の底面と接点2とを結合する補強部材4とを備えている。電極棒3は、補強部材4を介して、接点2を支えている。
図3および4に示すように、コイル導体1は、突出部1aを複数個(図では4個)備えている。突出部1aは、コイル導体1の外周に沿った円弧状に形成され、突出部1aが接点2の外周部に当接してこの接点2とコイル導体1との間で電気的な接続を確保している。また、コイル導体1は、突出部1aの外縁から径方向に突出部1aに沿って設けられた外部スリット5、および外部スリット5と連続して設けられ突出部1aの内周に沿って設けられた内部スリット6を設けることで、外周に複数の円弧状の電路を構成している。
接点2は、円板状の部材である。補強部材4は、円板の下に丸棒が接続された構造であり、補強部材4に電流が流れることで、コイル導体1に流れる電流が低減して、磁場を低下させることを防ぐため、導電率が低く、強度が高い材料で形成され、コイル導体1に設けられた円形の穴によって位置決めされる。電極棒3は円柱状の金属棒で、コイル導体1の中心部と接続される。
図4には、コイル導体1を流れる電流の態様を示している。これと対比するため、図5に、従来電極におけるコイル導体1を流れる電流の態様を示す。図5中のD1およびD2は磁場の方向を示しており、D1は紙面裏から表に向かう方向、D2は紙面表から裏へ向かう方向である。また、図4および5に矢印で示したのが通電経路である。図4の通電経路の断面積が狭い箇所が、図5の対応する箇所(外周部までの第1通電経路20a)より短くなるため、通常用いられるコイル径において約1~2μΩ程度、通電路の抵抗値を下げることができる。
また、この実施の形態では、コイル導体1の中心部から外周部の上記円弧状の電路までの電流が分散して流れるので、従来の電極のように、電流が第1通電経路20aおよび第2通電経路20bを集中して流れて、これらの電流が発生する磁場が縦磁場発生箇所21で互いに打消し合う方向に働くことがなく、この打消しにより発生する局所な縦磁場強度の低下が生じないので、広い面積で強い一様な縦磁界を発生させることができる。図11に接点2表面の縦磁界の磁束密度の一例を示す。同図中、横軸Pは、電極の中心軸からの距離であり、位置P1は、接点2表面の上記中心軸上の点、位置P2は、接点2表面の外周部の点である。また、縦軸は、単位電流あたりの縦磁界方向の磁束密度、プロットされた線L1は、この実施の形態を適用した場合、線L2は、図5に示す従来電極の場合である。同図より、この実施の形態の方が、従来電極よりも上記中心軸の側の磁束密度が上がり、平坦な分布になっていることが分かる。これにより、遮断時に発生するアークを均一に分散させることができるので、接点2表面での局所的な溶融を防止でき、その結果として遮断性能を向上させることができる。
以上より、この実施の形態では、縦磁界を効果的に発生させると共に、抵抗値が減るので、通電電流を増やしても温度上昇が抑えられ、真空バルブの適用範囲が広がる効果がある。
実施例2
 図6は、この実施の形態2に係る真空バルブの電極の断面図である。図7は、上記電極の一部材であるコイル導体1を示す斜視図である。図6および7において、図2および3と共通する箇所には同一符号を付して説明を省略する。
この実施の形態に係るコイル導体1は、カップ状の導体からなり、突出部1aを複数個備え、突出部1aは、カップの開口側の外周部に外縁に沿った円弧状に形成されており、接点2に当接してこの接点2とコイル導体1との間の電気的な接続を確保している。また、コイル導体1は、突出部1aの外縁から径方向に突出部1aに沿って設けられた外部スリット5、および外部スリット5と連続してカップ底面の内周に沿って設けられた内部スリット6によって外周に複数の円弧状の電路を構成している。
縦磁界発生の作用および効果は、上述の実施の形態1と同じであるが、この実施の形態では、実施の形態1と比べてコイル導体1をカップ状にすることでコイル部の断面積が増えるため、更に抵抗値が減り、温度上昇を一層抑えられるという効果がある。
実施例3
図8は、この実施の形態3に係る真空バルブを示す全体正面図であり、可動側と固定側とで構成される一対の電極を有している。図9は、前記真空バルブにおける一方の電極の斜視分解図、図10は前記電極におけるコイル導体1の平面図である。これらの図において、図1乃至7と共通する箇所には同一符号を付して説明を省略する。また、図9および10においては、上記一対の電極が基本的には同じ構成を有していることから、固定側コイル導体a又は可動側コイル導体9bを円筒形のコイル導体9として表している。
真空バルブは、円筒からなる固定側コイル導体9a、可動側コイル導体9bを備え、これら円筒コイル導体9a、9bは、円筒の周上に円弧状に形成された突出部1aを複数個備え、突出部1a端から円筒の軸に垂直に垂直スリット7が設けられ、垂直スリット7に連続して円筒の周方向に水平スリット8が設けられ、コイルを形成する。突出部1aが接点2に当接して、それぞれ接点2と円筒コイル導体9a、9bとの間で電気的な接続を確保するように構成されている。
また、接点2は、補強部材4を介して補強部材支え14によって保持されている。円筒からなる可動側コイル導体9bと可動側フランジ13bの開口部がベローズ11により気密に連結され、これにより真空バルブ内の真空を保持しつつ可動側コイル導体9bを動作させることができる。
縦磁界発生の作用および効果は上述の実施の形態1および2と同じであるが、この実施の形態では、実施の形態1および2と比べて、それぞれ電極棒と円筒コイル導体9a、9bが一体化しているので、部品点数を削減できる効果がある。
  1 コイル導体
 1a 突出部
  2 接点
  3 電極棒
 3a 固定側電極棒
 3b 可動側電極棒
  4 補強部材
  5 外部スリット
  6 内部スリット
  7 垂直スリット
  8 水平スリット
  9 円筒形のコイル導体
 9a 固定側コイル導体
 9b 可動側コイル導体
 10 絶縁円筒
 11 ベローズ
 12 シールド
13a 固定側フランジ
13b 可動側フランジ
 14 補強部材支え
20a 外周部までの第1通電経路
20b 外周部までの第2通電経路
 21 縦磁場発生箇所

Claims (3)

  1. 電極棒の一端に中心部が接続されて縦磁界を発生する円板状のコイル導体、および上記コイル導体と対向してそれぞれの外周部で接続される板状の接点を有した一方の電極と、上記一方の電極と接離可能に設けられた他方の電極とが、内部を真空に保持した絶縁容器に収納された真空バルブにおいて、
    上記コイル導体は、上記コイル導体の外周部に設けられて上記接点の外周部と接続される突出部と、上記突出部の近傍の上記コイル導体の外縁から中心へ向かって伸びる外部スリットと、上記外部スリットと連続して前記突出部の内周側に円弧状に設けられた内部スリットとを有することを特徴とする真空バルブ。
  2. 一方の電極を他方の電極と同形状としたことを特徴とする請求項1記載の真空バルブ。
  3. コイル導体は、底面にて電極棒と接続されたカップ形状であり、上記カップ形状の開口側の外周部に突出部を設けたことを特徴とする請求項1記載の真空バルブ。
PCT/JP2010/003137 2009-10-28 2010-05-07 真空バルブ WO2011052109A1 (ja)

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