KR20100007231A - 고체 절연 개폐기의 개폐기구 - Google Patents

고체 절연 개폐기의 개폐기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체 절연되는 고체 절연 개폐기의 개폐기구를 제공하려는 것으로서, 상기 개폐기구를 내장하게 성형하여 마련되는 고체 절연 주조물을 포함하여 구성된다.
고체 절연 개폐기, 개폐기구, 소호기구

Description

고체 절연 개폐기의 개폐기구{SWITCHING MECHANISM FOR SOLID INSULATED SWITCHGEAR}
본 발명은 고체 절연 개폐기에 관한 것으로서, 특히 고체 절연 개폐기의 개폐기구에 관한 것이다.
수력, 화력 또는 원자력 발전소에서 발전되는 전력은 승압 변압기를 통해 대전력의 장거리 송전에 적당한 전압, 즉 66~345kV 또는 그 이상의 초고압으로 승압하여 1차 송전선로를 통해 1차 변전소로 송전된다. 1차 변전소는 수전한 전력을 22~154kV 정도의 전압으로 강압하고, 다시 2차 송전 선로를 거쳐서 2차 변전소에 보내게 되며, 2차 변전소는 다시 수전한 전력을 11~66kV의 전압을 가진 전력으로 강압한다. 2차 변전소는 다시 3차 송전 선로에 의해서 배전용 3차 변전소로 송전하고, 3차 변전소에서 3.3~6.6Kv정도의 전압을 가진 전력으로 낮추어진 후 배전선로라든가 배전용 변압기를 통해서 수용가에게 공급된다.
이러한 송,배전 계통 중 배전선로(25.8kV)의 지중(地中)선로 상에서 선로구분 및 분기, 부하 개폐를 위해 사용되는 지중선로용 다회로 부하개폐기는, 고압 선로 상에서 부하를 개폐하고 선로를 분기하여야 하기 때문에 3 선로 또는 4 선로를 개폐가능하게 구성되어 다 회로 개폐 기능을 갖는다. 또한 지중선로용 다회로 부하개폐기는 개폐기의 상(phase)간 및 각각의 개폐기 간의 전기적 절연을 유지할 수 있는 기능이 있고, 부하 개방동작 시 아크(ARC) 소호 기능과 각각의 상의 개폐기 외부가 완벽하게 접지처리되어 사용자가 안전하게 운전할 수 있다.
종래기술에 따른 다회로 부하개폐기는 SF6(6불화황)과 같은 소호 가스가 봉입된 금속재 탱크(tank)내에 개폐기구, 다른 표현으로는 소호 기구를 내장시켜 구성되었다.
그러나 이러한 SF6(6불화황)과 같은 소호 가스를 사용하는 종래기술에 따른 다회로 부하개폐기의 소호 기구는 지구온난화의 요인이 되는 가스로서 향후 사용의 제한을 받으며 또한 대기중으로 오염된 소호 가스가 방출된다는 문제가 있었다.
또한, 탱크 내부에서 단락 사고에 따른 소호 동작 시 SF6 (6불화황)과 같은 소호 가스가 순간적으로 팽창하여 압력 상승에 의해 탱크가 폭발할 수 있고, 그에 따라 주위의 인명까지 손상시킬 수 있는 위험이 있었다.
또한, 소호 가스를 이용하는 종래기술에 따른 다회로 부하개폐기의 소호 기구는 가스 압력에 따라 절연 및 소호 능력이 영향을 받으므로, 가스 누설에 대한 유지관리가 수반되어야 함에 따라 유지관리비용이 많이 소요되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 고체 절연 개폐기를 구성하는 데 적합하도록 고체 절연되는 고체 절연 개폐기의 개폐기구를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 고체 절연 개폐기의 개폐기구에 있어서,
상기 개폐기구를 내장하게 성형하여 마련되는 고체 절연 주조물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기의 개폐기구를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 고체 절연 개폐기의 개폐기구는 개폐기구를 내장하게 성형하여 마련되는 고체 절연 주조물을 포함하여 구성되고 소호 가스를 사용하지 않으므로 가스 누설에 의한 지구온난화 영향이 없고 폭발 위험성도 배제되며 가스압의 유지관리도 불필요하게 되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고체 절연 개폐기의 개폐기구는 고체 절연 주조물의 표면에 피복되는 반 도전 층을 추가로 구비하므로, 표면의 전계 완화를 가져올 수 있어 고전압의 전계가 표면의 일 부위에 집중되어 절연파괴를 일으키는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 고체 절연 개폐기의 개폐기구는 가동 축과 주회로 개폐용 진 공 인터럽터 사이에 고무 패킹(packing)을 추가로 포함하여 구성되므로, 가동 축과 주회로 개폐용 진공 인터럽터 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구를 포함하는 고체 절연 개폐기의 전체 외관을 보여주는 외관 사시 도인 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이. 본 발명에 따른 개폐기구를 포함하는 고체 절연 개폐기는 제어함(100), 배터리(battery)(90), 조작기구(actuator)(130), 동력전달장치(150), 개폐기구(160), 열반 모선 부(20), 전압 변성기(30), 접속자(40) 및 접지 부스 바(busbar)(50)를 포함하여 구성된다.
제어함(100)은 고체 절연 개폐기의 개폐제어를 위한 전자회로 부와 원격제어를 위한 통신 부를 포함하는 전자제어 기능 부이다.
배터리(90)는 제어함(100)에 축전한 직류전원을 공급하기 위한 수단이다.
조작기구(130)는 본 발명에 따른 개폐기구(160)의 개폐구동을 위한 동력을 제공하는 동력원으로서, 수동조작 핸들을 접속하여 수동력의 동력발생도 가능하고 전동기에 접속하여 전동조작에 의한 전동동력발생도 가능하다. 조작기구(130)에 대한 더욱 상세한 구성과 동작은 본 발명의 출원인이 2003년 9월 30일 출원하고 2006 년 3월 24일 등록한 대한민국 특허 등록 제566435호를 참고할 수 있다.
동력전달장치(150)는 조작기구(130)로부터의 개폐구동력을 개폐기구(160)에 전달하기 위한 구성부분으로서, 동력전달 축(도 2의 부호 151 참조)과, 동력전달 축(151)에 의해 전달된 회전동력을 개폐기구(160)의 접접 개폐를 위한 상하의 수직방향 동력으로 전환해주는 링크기구를 포함하여 구성된다. 동력전달장치(150)의 더욱 상세한 구성과 작용 설명은 도 2를 참조하여 후술될 것이다.
개폐기구(160)는 본 발명에 따른 부분으로서 일명 소호 기구라고도 불리는 부분으로서, 가동 및 고정 접점부, 가동 접점부와 상기 링크기구를 접속하는 로드(rod), 외부 회로 접속을 위한 부분과, 이들 부분 전체를 전기적으로 절연되게 내장 수용하는 고체 절연 주조물을 포함하여 구성된다. 개폐기구(160)의 더욱 상세한 구성과 작용은 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
열반 모선 부(20)는 개폐기구(160)의 고정접점 부에 접속되고 개폐기구(160)의 상 별 상기 고정접접 부들을 서로 같은 상 끼리 접속해주는 모선 부로서, 도 3에 도시된 바와 같이 같은 상의 각각의 개폐기구(160)들의 고정접점 부들이 열반 모선 부(20)에 의해 서로 접속된다. 고체 절연 개폐기 한대에 있어서, 조작기구(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 전원 측 회로 접속용과 3개의 분기 회로 용으로서 4개가 마련될 수 있고, 각각의 조작기구(130) 마다 3상에 대응되게 3개의 개폐기구(160)가 대응하여 마련될 수 있고, 따라서 열반 모선 부(20)는 4개의 조작기구(130)별 3상용으로 3개의 개폐기구(160)에 대응되게 3개가 각각의 상별로 마련될 수 있다. 이러한 열반 모선 부(20)의 더욱 상세한 구성과 작용효과에 대해 서는 본 발명의 출원인이 2006년12월06일자로 출원(출원번호:10-2006-0123348)하여 2007년 2007.12.28일자로 등록공고된 특허 등록 제0789446호를 참조할 수 있다.
전압 변성기(30)는 상기 열반 모선 부(20)의 한 상(단상)의 교류를 직류로 변환하여 상기 제어함(100) 및 배터리(90)에 제공하기 위한 수단으로서, 예컨대 전압을 강압하는 강압 변압기와, 교류를 직류로 변환하는 정류회로로 이루어진 정류기와, 정류된 전압을 평활시키는 커패시터(capacitor) 등으로 구성될 수 있다.
접속자(40)는 상기 한 상(단상)의 열반 모선 부(20)와 상기 전압 변성기(30)를 전기적으로 접속해주기 위한 전기적 접속수단이다.
접지 부스 바(bus bar)(50)는 개폐기구(160)의 접지용 진공인터럽터(도 4의 부호 161 참조)를 대지로 접속하기 위해서 상기 접지용 진공 인터럽터와 대지간에 접속되는 수단으로서, 예컨대 도선과 접지봉을 통해 각각 상기 접지용 진공 인터럽터와 대지에 연결될 수 있다.
한편 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구와 구동 기구 및 동력전달 축과 링크기구의 구성을 보여주는 요부 측면 및 부분 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구의 외관을 보여주는 사시 도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구의 상세구성을 보여주는 단면도이다.
본 발명에 따른 고체 절연 개폐기의 개폐기구는, 특징적 구성으로서 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 개폐기구(160)를 내장하게 성형하여 마련되는 고체 절연 주 조물(163)을 포함하여 구성된다. 바람직하게, 고체 절연 주조물(163)의 재료로서 에폭시(epoxy) 수지가 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 개폐기구(160)는, 특징적 구성으로서, 주회로 개폐용 진공 인터럽터(162); 전력의 인입 또는 인출을 위해서 상기 주회로 개폐용 진공 인터럽터(162)에 접속되는 주 도체(167); 및 상기 주 도체(167)와 대지(大地)를 접속하는 접지 위치와 상기 주 도체(167)와 대지간을 단절하는 위치로 전환가능하며, 상기 주 도체(167)에 접속되는 접지용 진공 인터럽터(161)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 주회로 개폐용 진공 인터럽터(162)와 접지용 진공 인터럽터(161)는 세라믹(ceramic) 절연재로 피복된 진공용기 내에 가동 접점과 고정접점이 설치된 잘알려진 바와 같은 진공 인터럽터(vacuum interrupter, VI로도 통칭 됨)로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 개폐기구(160)는, 특징적 구성으로서, 전계의 집중을 완화하기 위해서, 상기 고체 절연 주조물(163)의 표면에 피복되는 반 도전(半 導電) 층(168)을 추가로 포함하여 구성된다.여기서, 반 도전 층(168)은 고체 절연 주조물(163)의 표면 중 일 부위에 고전압의 전계(電界)가 집중하지 않도록 완화하여 절연파괴 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 반 도전 층(168)은 예컨대 도전 플라스틱(plastic)과 같이 에틸렌(ethylene)계 합성 수지 재를 주(主) 원료로 하고 여기에 도전성 분말재료인 예컨대　카본블랙(carbon black)을 혼합한 재료를 피복하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 개폐기구(160)는, 특징적 구성으로서, 상기 주회로 개 폐용 진공 인터럽터(162)에 접속되는 주회로용 푸시 로드(push rod)(164); 및
상기 주회로용 푸시 로드(164)의 주위, 특히 상단부 주위에 설치되어 상기 주회로용 푸시 로드(164)와 상기 주회로 개폐용 진공 인터럽터(162) 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지하는 고무 패킹(rubber packing)(165)을 추가로 포함하여 구성된다. 상기 고무 패킹(165)이 접지용 푸시 로드(122)의 주위에도 설치될 수 있는 것은 물론이다.
도 4에서 미 설명 부호 112는 주회로용 푸시 로드(164)의 하 단부에 접속되는 가동접점부로서 가동자와 미 도시한 가동접점을 포함한다. 도 4에서 미 설명 부호 114는 가동접점부(112)에 마주보게 고정설치되는 고정접점부로서, 주회로 개폐용 진공 인터럽터(162)의 내부로 연장하고 미 도시의 고정접점을 포함한다. 도 4에서 미 설명 부호 169는 고정 측 연결 도체로서 도 3을 참조할 수 있는 바와 같이 하부의 열반 모선 부(20)와 전기적 및 기계적으로 접속된다. 도 4에서 미 설명 부호 122는 접지용 푸시 로드(push rod)로서, 도 2를 참조할 수 있는 바와 같이 상위의 동력전달장치(150)와 접속되어 동력전달장치(150)로부터의 수직 개폐구동력을 주회로 개폐용 진공 인터럽터(162)의 가동접점부(미 도시)에 전달한다. 도 4에서 미 설명 부호 124는 고정접점부로서 접지용 푸시 로드(122)를 대향하게 고정 설치되고 접지용 진공 인터럽터(161)내로 연장하는 일 단 부를 가지며, 타 단 부는 도체를 통해 주 도체(167)에 기계적 및 전기적으로 접속된다. 도 4에서 미 설명 부호 166는 고압 저항으로서, 주 도체(167)에 기계적 및 전기적으로 접속되는 일 단 부와, 활선 확인 또는 주 회로의 전압 측정을 위한 외부 인출용 타 단 부를 가지는 전기적 도체로 구성된다.
한편 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 개폐기구의 동작 및 본 발명에 따른 개폐기구를 개폐구동하는 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전동 또는 수동 조작에 의해서 동력을 발생시키는 조작 기구(130)로부터의 시계방향 또는 반 시계방향의 회전 동력은 동력전달 축(151)을 통해 동력전달장치(150)로 전달되어, 동력전달장치(150)는 상기 시계방향 또는 반 시계방향의 회전 동력을 하부의 개폐기구(160)의 접지회로 개폐기{120, 실질적으로 접지용 진공 인터럽터(161)에 해당}와 주회로 개폐기(110)를 개폐 구동할 수 있는 수직방향의 개폐구동력으로 변환하여 제공한다.
도 2에서 동력전달장치(150)는, 일 단이 상기 조작기구(130)에 연결되는 동력전달 축(151)과; 상기 주회로 개폐기(110) 및 상기 접지회로 개폐기(120)의 상측에 배치되어 상기 동력전달 축(151)과 연동하며 캠(175)이 구비된 캠 축(171)과; 일 단(하단)이 상기 동력전달 축(151)에 접속되고 타 단(상단)이 상기 캠 축(171)에 접속되어 상기 동력전달 축(151)의 회전동력을 캠 축(171)에 전달하여 캠 축(171)을 회전 구동하는 커넥팅 로드(connecting rod)(152)와; 상기 주회로 개폐기(110) 및 상기 접지회로 개폐기(120)의 각 상측에 배치되는 제1 동작 축(181) 및 제2 동작 축(191)과; 상기 주회로 개폐기(110)의 가동접점부에 연결되는 주회로 접압 스프링유닛(부호 미지정)과; 상기 접지회로 개폐기(120)의 가동접점부에 연결되는 접지회로 접압 스프링유닛(부호 미지정)과; 상기 제1 동작 축(181)과 상기 주회로 접압 스프링유닛에 각각 연결되는 제1링크 및 제2링크를 구비하여 연결부위가 상기 캠(175)의 일 측에 접촉되는 주회로 링크 부(251)와; 상기 제2 동작 축(191)과 상기 접지회로 접압 스프링유닛에 각각 연결되는 제3링크 및 제4링크를 구비하여 연결부위가 상기 캠(175)의 타 측에 접촉되는 접지회로 링크 부(261)를 포함하여 구성되어 있다.
프레임(140)은, 하 판(141)과, 상기 하 판(141)의 상측에 배치되는 상판(143)과, 상기 하 판(141) 및 상 판(143)의 일 측에 배치되는 측 판(145)을 구비하고 있다. 상기 상 판(143)은 복수의 지지 로드(rod)(147)에 의해 하 판(141)에 대해 이격 지지되어 있다. 상기 측 판(145)에는 상기 조작기구(130)가 설치되어 있으며, 상기 하 판(141)에는 상기 주회로 개폐기(110) 및 접지회로 개폐기(120)의 상부 측이 삽입될 수 있게 복수의 관통 공이 형성되어 있다.
한편, 도 2와 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 개폐기구의 동작을 설명하면 다음과 같다.
사용자가 조작 기구(130)에 조작 핸들(미 도시)을 접속하여 수동으로 시계방향 또는 반 시계방향으로 회전시키거나, 사용자가 전동조작하면, 조작 기구(130)는 동력전달 축(151)을 통하여 시계방향 또는 반 시계방향의 회전 구동력을 제공한다. 그에 따라 동력전달 축(151)에 하단이 접속된 커넥팅 로드(152)가 설정된 각도만큼 회전함과 동시에 상승 또는 하강함에 의해서, 커넥팅 로드(152)의 상단과 접속된 캠 축(171)이 시계방향 또는 반 시계방향으로 회전하고 따라서 캠(175)이 같은 방향으로 따라서 회동하게 된다. 도 2에서 캠(175)이 반 시계방향으로 회전하면, 캠(175)의 외주면에 의해 가압되는 접지회로 링크 부(261)가 펴지면서 접지용 푸시 로드(122)가 하강하고 따라서 도 4에 있어서 접지용 진공 인터럽터(161)의 내부 가동접점이 고정접점에 접촉하여, 도 4에 있어서 주 도체(167)를 통해 흐르는 주 회로 통전 전류는 대지로 방출될 수 있게 된다.
이러한 접지 동작은 통상 선로의 분기, 교체 등의 작업시 회로를 차단한 후, 선로 상의 잔여 전류에 의한 감전사고를 예방하고 작업자의 안전을 도모하기 위해서 실시된다.
도 2에서 캠(175)이 시계방향으로 회전하면, 캠(175)의 외주 면에 의해 가압되는 주회로 링크 부(251)가 펴지면서 가동 접점부(112)가 하강하고, 더욱 구체적으로는 도 4에 있어서 주회로용 푸시 로드(164)가 하강하고 따라서 주회로 개폐용 진공 인터럽터(162)의 내부 가동접점이 고정접점에 접촉하여, 도 4에 있어서 주 도체(167)와 주회로 개폐용 진공 인터럽터(162)의 하부에 접속된 열반 모선 부(도3의 부호 20 참조)가 전기적으로 접속되므로, 개폐기구(160)에 외부 전원 측 선로가 접속되는 경우 전력의 인입이 이루어지고, 개폐기구(160)에 분기선로가 접속되는 경우 분기선로를 통한 전력의 분전이 이루어지게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기의 개폐기구는 개폐기구를 내장하게 성형하여 마련되는 고체 절연 주조물을 포함하여 구성되고 소호 가스를 사용하지 않으므로 가스 누설에 의한 지구온난화 영향이 없고 폭발 위험성도 배제되며 가스압의 유지관리도 불필요하게 되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고체 절연 개폐기의 개폐기구는 고체 절연 주조물의 표면에 피복되는 반 도전 층을 추가로 구비하므로, 표면의 전계 완화를 가져올 수 있어 고 전압의 전계가 표면의 일 부위에 집중되어 절연파괴를 일으키는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 고체 절연 개폐기의 개폐기구는 가동 축과 주회로 개폐용 진공 인터럽터 사이에 고무 패킹(packing)을 추가로 포함하여 구성되므로, 가동 축과 주회로 개폐용 진공 인터럽터 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구를 포함하는 고체 절연 개폐기의 전체 외관을 보여주는 외관 사시 도이고,
도 2는 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구와 구동 기구 및 동력전달 축과 링크기구의 구성을 보여주는 요부 측면 및 부분 단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구의 외관을 보여주는 사시 도이고,
도 4는 본 발명에 따른 고체 절연 개폐기용 개폐기구의 상세구성을 보여주는 단면도이다.
*도면의 주요부에 대한 부호의 설명
20: 열반 모선 부 30: 전압 변성기
40: 접속자 50: 접지 부스바
90: 배터리 100: 제어함
110: 주회로 개폐기 112: 가동접점부
114: 고정접점부 120: 접지회로 개폐기
122: 가동접점부 124: 고정접점부
130: 조작기구 140: 프레임
141: 하판 143: 상판
145: 측판 147: 지지 로드
150: 동력전달장치 151: 동력전달 축
152: 커넥팅 로드
160: 개폐기구 161: 접지용 진공 인터럽터
162: 주회로 개폐용 진공 인터럽터
163: 고체 절연 주조물
164: 주회로용 푸시 로드 165: 고무 패킹
166: 고압 저항 167: 주 도체
168: 반 도전 층 169: 고정 측 연결 도체
171: 캠 축 175: 캠
181: 제1동작 축 191: 제2동작 축
251: 주회로 링크 부 261: 접지회로 링크 부

Claims (4)

  1. 고체 절연 개폐기의 개폐기구에 있어서,
    상기 개폐기구를 내장하게 성형하여 마련되는 고체 절연 주조물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 절연 개폐기의 개폐기구.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 개폐기구는,
    주회로 개폐용 진공 인터럽터;
    전력의 인입 또는 인출을 위해서 상기 주회로 개폐용 진공 인터럽터에 접속되는 주 도체; 및
    상기 주 도체와 대지를 접속하는 접지 위치와 상기 주 도체와 대지간을 단절하는 위치로 전환가능하며, 상기 주 도체에 접속되는 접지용 진공 인터럽터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 절연 개폐기의 개폐기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전계의 집중을 완화하기 위해서 상기 고체 절연 주조물의 표면에 피복되는 반 도전 층을 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 절연 개폐기의 개폐기기구.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주회로 개폐용 진공 인터럽터에 접속되는 주회로용 푸시 로드(push rod); 및
    상기 주회로용 푸시 로드의 주위에 설치되어 상기 주회로용 푸시 로드과 상기 주회로 개폐용 진공 인터럽터 사이에 이물질이 침투하는 것을 방지하는 고무 패킹(packing)을 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 절연 개폐기의 개폐기기구.
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