CN114342029A - 具有作为辅助接触***的真空开关管的单柱式隔离开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空气绝缘的高压隔离开关的开关装置，该开关装置至少包括主开关和辅助开关，其中主开关包括单柱式隔离开关，该单柱式隔离开关具有至少一个可动的接触臂和固定的配合接触件；并且辅助开关包括真空开关室，该真空开关室具有电开关和至少一个布置在该开关上的操纵元件，其中真空开关室导电地布置在主开关的配合接触件上；并且其中，真空开关室的电开关被构造为，由主开关的可动的接触臂通过操纵元件建立或中断主开关的配合接触件与主开关的可动的接触臂之间的导电连接，其中，真空开关室的操纵元件被布置为，使得真空开关室的电开关在主开关接通之前接通并且在主开关断开之后断开。

Description

具有作为辅助接触***的真空开关管的单柱式隔离开关

技术领域

本发明涉及一种用于空气绝缘的高压隔离开关的开关装置，该开关装置至少包括主开关和辅助开关，其中，主开关包括单柱式隔离开关，该单柱式隔离开关具有至少一个可动的接触臂和固定的配合接触件；并且辅助开关包括真空开关室，该真空开关室具有电开关和至少一个布置在该开关上的操纵元件，其中，真空开关室导电地布置在主开关的配合接触件上；并且其中，真空开关室的电开关被构造为，由主开关的可动的接触臂通过操纵元件建立或中断主开关的配合接触件与主开关的可动的接触臂之间的导电连接，其中，真空开关室的操纵元件被布置为，使得真空开关室的电开关在主开关接通之前接通并且在主开关断开之后断开。

背景技术

由于在能源转型的过程中发电的地点与电能的耗电器的地点之间的距离越来越大，因此目前对大电流或高电压的安全和低维护的控制变得更加重要。由此，越来越多的电流量通过现有的基础设施进行引导，这对整个***的易故障性产生特别大的影响。就此而言，更安全和更低维护的单个部件变得更加重要。在高压范围内、即特别是在直至1200kV电压的范围内的电流路径的可见的分离的可能性在于单柱式隔离开关的使用。在此，单柱式隔离开关的典型结构包括至少一个触点，该触点具有可动接触件和固定接触件。这种基本设计已被证明是有效的。

专利文献还涉及不同的单柱式隔离开关的结构。

因此，例如DE 10 2016 214 372 AL描述了一种用于单柱式隔离开关的接触臂，该接触臂具有至少一个轮廓体和至少一个接触元件，其中，至少一个轮廓体被构造为杆形，并且其中，至少一个接触元件被构造为杆形，其中，接触元件具有T形轮廓。

此外，DE 3 412 449 AL描述了一种用于高压隔离开关的接触***、尤其是夹钳式隔离开关，其具有主接触件、与其共同作用的配合接触件和能够与这两个接触件并联连接的预接触装置，该预接触装置布置在配合接触件上，可以由主接触件操纵并且用于引导电弧，该预接触装置在两个接触件断开之后断开并且在两个接触件接通之前接通，其中，预接触装置的一部分由配合接触件电绝缘地支承；并且具有在断开位置中可以与预接触装置并联连接的电位平衡接触装置，其中，电位平衡接触装置由配合接触件和预接触装置的可动接触件(14c)形成，并且在电位平衡接触装置接通的情况下，主接触件通过除了存在的气体绝缘材料外设置的固体绝缘部件与配合接触件以及其预接触装置电流隔离。

然而，这种从现有技术已知的解决方案还可以提供进一步的改进潜力、特别是在运行期间的抗故障性和耐损耗性方面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，至少部分地克服从现有技术已知的缺点。特别地，本发明要解决的技术问题是提供一种解决方案，其特征在于部件在运行中的更好的电耐损耗性，并且其满足针对隔离开关类型的越来越高的开关功率要求。

根据本发明，上述技术问题至少部分地通过具有权利要求1的特征的用于空气绝缘的高压隔离开关的开关装置来解决。本发明的优选设计方案在从属权利要求、说明书或附图中给出，其中，在从属权利要求或说明书或附图中描述或示出的其他特征可以单独地或任意组合地构成本发明的主题，除非从上下文中明确地得出相反的情况。

因此，本发明涉及一种用于空气绝缘的高压隔离开关的开关装置，该开关装置至少包括主开关和辅助开关，其中，主开关包括单柱式隔离开关，该单柱式隔离开关具有至少一个可动的接触臂和固定的配合接触件；并且该辅助开关包括真空开关室，该真空开关室具有电开关和至少一个布置在该开关上的操纵元件，其中，真空开关室导电地布置在主开关的配合接触件上；并且其中，真空开关室的电开关被构造为，由主开关的可动的接触臂通过操纵元件建立或中断主开关的配合接触件与主开关的可动的接触臂之间的导电连接，其中，真空开关室的操纵元件被布置为，使得真空开关室的电开关在主开关接通之前接通并且在主开关断开之后断开。

与从现有技术已知的解决方案相比，这种解决方案可以具有显著的优点，如下面详细描述的那样。特别地，这种布置可以提高整个开关元件的使用寿命并且因此改善强电压电网或高压电网的易故障性。特别地，通过使用真空开关室作为开关***的一部分，可以通过更快地熄灭出现的电弧来减少接触侵蚀。有利地，真空开关室也可以通过选择其单个部件来适应具体存在的开关任务。换向电流通过真空开关室进行控制，在如下意义上：真空开关室在主开关接通时提前运行并且因此保护主开关。在主开关断开时，真空开关室跟随运行并且同样通过换向电流的切换来保护主触点。总之，通过该开关装置得到高的运动均匀性和可切换的换向电流和换向电压的提高。总之，在保护主开关免受过强且不受控制的放电的条件下，这有助于非常可再现的开关过程。

本开关装置适用于空气绝缘的高压隔离开关，并且至少包括主开关和辅助开关。高压开关在此是用于超过1千伏(kV)的电压的电开关，其中，开关装置能够确保电气设备部件的几乎无功率的断开过程以及高负载的接通和关断。开关装置在此包括至少两个不同的电开关，这些电开关要么可以处于状态“导通”要么可以处于状态“不导通”，其中，尤其是两个开关元件的电状态的改变的时间点可以彼此独立地改变。开关装置的合适的规格例如在36kV至800kV的电压范围中并且在直至5000A(80kA-1s)的电流传导能力中。开关装置例如可以符合根据IEC 62271-102的规范。

开关装置的主开关是单柱式隔离开关，其包括至少一个可动的接触臂和固定的配合接触件。因此，主开关是折架式开关(Pantograph)，其通过剪刀臂与母线连接。折架式开关可以实现与母线连接的垂直的分离路径，以及允许对角和平行布置。主开关可以应用于柔性和刚性的母线，并且例如可以满足如IEC、ANSI、GOST R和GB的国家标准和国际标准的要求。电接触在此通过至少一个接触臂建立，该接触臂被可动地构造并且能够处于状态“与电配合接触件分离”和“与电配合接触件连接”。

开关装置的辅助开关是真空开关室，其具有电开关和至少一个布置在该开关上的操纵元件，其中，真空开关室导电地布置在主开关的配合接触件上。因此，真空开关室是气体绝缘的辅助开关，其与主开关的配合接触件永久地处于导电连接。

真空开关室的电开关被构造为，由主开关的可动的接触臂通过操纵元件建立或中断主开关的配合接触件与主开关的可动的接触臂之间的导电连接。真空开关室因此具有操纵元件，该操纵元件与主开关的接触臂机械地相互作用，并且作为主开关的接触臂的位置的功能要么可以被带到导通的位置中要么可以被带到不导通的位置中。同样地，在主开关的接触臂与辅助开关的操纵元件之间没有机械接触的情况下，开关可以处于不导通的位置中。

真空开关室的操纵元件被布置为，使得真空开关室的电开关在主开关接通之前接通。因此，操纵元件基于与主开关的接触臂的机械接触“提前”运行，并且真空室中的电开关在时间上在主开关的接通之前接通(前提是相应的机械操纵)。

真空开关室的操纵元件被布置为，使得真空开关室的电开关在主开关断开之后断开。如果主开关的接触臂没有机械操纵，则辅助开关相应地重新断开。断开的时间点位于主开关的断开之后，使得即使在主开关断开之后，换向电流也流经真空开关室的电路。

在开关装置的优选的设计方案中，主开关可以包括两个可动的接触臂，并且辅助开关可以包括两个操纵元件。为了特别均匀地接通和关断电流，已经证明具有主开关的两个接触臂的布置是特别合适的。在此，两个接触臂可以使辅助开关的一个或两个独立的操纵元件运动。以这种方式可以实现特别均匀和安全的开关过程。

在开关装置的优选实施方式的范围内，真空开关室可以通过由钢或铝制成的连接件布置在主开关的配合接触件上。这种与主开关的配合接触件的电连接解决方案已被证明是特别可靠和耐用的。在此，钢尤其可以是不锈钢。在开关装置的重量重要的情况下可以优选使用铝。

在开关装置的优选的方面内，真空开关室的操纵元件可以至少部分地具有电绝缘的接触位置。在此，真空开关室的操纵元件的接触位置可以由接触***的材料相应地设计(可动接触位置，例如镀银的铜)，或者通过柔性线路桥接，该柔性线路将长的垂直杆与真空开关室的转动点连接，并且由此确保电流流向操纵元件的长的水平的元件并且最终流向装置的运动的触点。此外，电流流动并且因此可动位置可以绝缘地实施为支承元件，由此预防真空开关室的操纵元件的可动接触位置的焊接。后者需要桥接的柔性线路。该布置可以实现安全且可再现的开关过程。

在开关装置的优选的特性内，真空开关室的操纵元件可以被布置为与真空开关室机械耦合。对于辅助开关的切换的均匀性，已经证明特别有利的是，真空开关室的操纵元件机械地布置在该真空开关室上。这种布置的示例例如在附图中示出。通过这种布置得到高的机械稳定性，在开关行程中仅具有非常小的偏差。这对于开关装置的寿命可能是有利的。

在优选的设计方案内，对于具有高电压和非常低电流(例如电缆放电)的开关要求，真空开关室的外部绝缘部可以通过火花隙被附加保护地设计。优选地，开关装置在此可以附加地具有与真空开关室并联连接的保护火花隙。保护火花隙例如可以在30kV时响应。然而，后者是所选择的真空开关室的规范的函数。此外已经证明特别有利的是，保护火花隙与真空开关室并联连接。在此，飞弧电极可以适宜地安装在真空开关室的旋转轴的端部上，并且第二飞弧电极可以相对地在配合接触件上导电地安装。飞弧电极的有利的构造是圆形的或球形的。可以自由地选择真空开关室的旋转轴的端部以用于安装第一飞弧电极，其中必须确保在一侧与真空开关室有足够的间距或者在另一侧与操纵元件有足够的间距。

在开关装置的另外优选的设计方案内，真空开关室可以附加地具有屏蔽罩，并且真空开关室、操纵元件和屏蔽罩在未接通的状态下分别通过高阻抗的电阻与主开关的配合接触件连接。该设计方案可以使整个开关装置更安全并且此外改善电路在外部区域中在天气影响下的适用性。因此，在断开状态下，上述部件通过高阻抗的电阻与配合接触件接触，其中，高阻抗的电阻对开关操作没有影响。这种布置防止了辅助接触***的关断状态下的电晕放电。屏蔽罩例如可以将真空开关室相对于外部环境屏蔽。在另外的设计方案中，电阻可以附加地具有保护火花隙。这对于额定电压下的低电流的情况可能是有利的。

根据开关装置的优选的实施方式，屏蔽罩可以由铝制成并且至少部分地具有圆形的表面。屏蔽罩的这种形状不仅出于电气考虑而且出于机械考虑被证明在根据本发明的开关装置的范围内是特别合适的。在此，屏蔽罩至少在其表面的部分区域中具有弓形的形状。优选地，屏蔽件可以具有至少部分地对应于完整四分之一圆的表面。

在开关装置的优选的方面内，屏蔽罩可以通过非导电的载体机械地固定在配合接触件上。该载体可以是用于容纳操纵元件的相同的载体(径向支承件)。因为在该载体上不存在电流流动要求，或者说明确地避免了电流流动要求，所以固定面可以与直径无关地实施。这在固定表面上产生小半径，类似于传统的卡圈(Schelle)。这能够实现在配合接触件的圆形形状具有相对较大的半径的情况下使用压力位置或压力点。这种布置基于机械和电气要求被证明是特别合适的。

在用于容纳操纵元件的载体(径向支承件)的固定的另外有利的设计方案内，该载体可以同时用于固定真空开关室。在这种情况下，载体可以金属地、导电地实施，并且在考虑操纵元件的足够的间距的情况下进行安装，从而出现的飞弧必要时可以在存在的保护火花隙上进行。由此特别产生的优点可以在于，以这样的方式构造卡圈，使得卡圈具有例如以球形的形式的飞弧电极。飞弧电极可以与卡圈相对地定位在长的水平的操纵元件上，从而借助这些圆形的水平的操纵元件形成保护火花隙。

在开关装置的另外优选的设计方案中，真空开关室的操纵元件可以附加地包括由不锈钢制成的弹簧元件。已经证明特别合适的是，真空开关室的电开关通过弹簧元件在没有反作用力的情况下，即在没有通过一个或多个接触臂操纵的情况下，总是强制到断开的开关位置中。这可以提高辅助电路的安全性。在该设计方案中还证实为特别合适的是，弹簧元件由在天气中稳定的材料、如不锈钢制成。该设计方案能够实现特别均匀的开关路径并且也能够补偿出现的高的机械负荷。

在开关装置的优选的设计方案内，主开关的接触臂至少可以在与真空开关室的操纵元件的接触位置处包括由镀银的铜制成的区域。在根据本发明的主开关和辅助开关的设计方案的范围内，这种类型的接触已经证明对于主开关是特别耐用的。该装置适用于宽的电压和电流范围并且维护成本极低。

关于开关装置的其他优点和技术特征参考开关装置的描述、附图和附图的描述，反之亦然。

附图说明

本发明的主题的其他细节、特征和优点由从属权利要求以及由附图的以下描述和所属的示例给出。附图中：

图1示出了根据本发明的开关装置的示意性概览图；

图2示出了根据本发明的开关装置的示意性概览图；

图3A示出了根据本发明的开关装置在断开状态下的示意性概览图；

图3B示出了根据本发明的开关装置在断开状态下的电路的示意图；

图4A示出了在操纵元件的机械接触的情况下的根据本发明的开关装置的示意性概览图；

图4B示出了在操纵元件的机械接触的情况下的根据本发明的开关装置的电路的示意图；

图5A示出了在辅助开关的接通状态下以及在主开关的断开状态下的根据本发明的开关装置的示意性概览图；

图5B示出了在辅助开关的接通状态下以及在主开关的断开状态下的根据本发明的开关装置的电路的示意图；

图6A示出了在辅助开关和主开关的接通状态下的根据本发明的开关装置的示意性概览图；

图6B示出了在辅助开关和主开关的接通状态下的根据本发明的开关装置的电路的示意图。

具体实施方式

图1中示意性示出根据本发明的、具有主开关和辅助开关2的开关装置1。主开关可以具有单柱式隔离开关的结构形式，其中，接触装置可以配备有一个或两个可动的接触臂3，该接触臂由于可动的触点的设计也被称为接触条。具有两个接触臂3的实施方式在图2中示出。已知由具有圆形和/或矩形横截面的铜棒或不锈钢棒制成的触点，以及由铜棒或不锈钢棒制成的固定触点。真空开关室2用作辅助开关，该真空开关室具有操纵元件7。在该示例中，真空开关室2是单柱式隔离开关的固定/配合接触件6的组成部分，并且布置在安装元件5上，该安装元件用于将真空开关室2安装到配合接触件6上。配合接触件6形成与主电流路径的引导电流的连接。操纵元件7是真空开关室2的安装元件5的组成部分。真空开关室2的操纵元件7可以与真空开关室2固定连接，或者如图所示，与真空开关室2解耦地构建。在关断状态下，具有自由电位的所有部件可以通过高阻抗的电阻与配合接触件6连接。高阻抗的电阻对开关操作没有影响，但是防止了在真空开关室2的关断状态下的电晕放电。真空开关室2中的弹簧元件(未示出，13)和/或在操纵元件7之间的弹簧元件13在没有通过作用于操纵元件7的力作用的情况下总是迫使辅助接触***进入“关断”状态。当一个或多个可动的接触臂3的力作用通过远离配合接触件6的运动而被取消时，辅助接触***2通过可动的主接触件***3的力作用接通并且通过辅助接触***的弹簧元件13断开。在此，接触臂3可以由原本可动的元件3和电流流过的接触条4形成。此外，真空开关室2可以在真空开关室2的操纵处具有不锈钢叉形式的操纵引导件8。操纵引导件8能够有助于接触装置1的特别良好的机械引导。操纵元件7可以被实施为铜棒和/或不锈钢棒。通过使用根据本发明的装置得到以下优点：

-在隔离开关的接通过程中在前运行，从而保护主触点(切换换向电流，真空开关室2接通)

-在隔离开关的断开过程中在后运行，从而保护主触点(切换换向电流，真空开关室2断开)

-由于更快地熄灭电弧减少接触侵蚀，可以通过铜棒和/或不锈钢棒、即操纵元件7和真空开关室2(类型和特征值)调节在后运行或在前运行，并且

-提高可切换的换向电流和换向电压

-高的运动均匀性

图2示出了根据本发明的开关装置1的设计方案。示出了主开关的两个接触臂3和作为辅助开关的真空开关室2。真空开关室2由操纵元件7通过主开关的接触臂3机械地开关。

图3A示出了可能的根据本发明的开关装置1，其具有作为辅助开关的真空开关室2的特定剖面。示出了主开关的接触臂3，该主开关是单柱式隔离开关。示出了在断开位置中的开关，并且因此接触臂3不接触真空开关室2的配合接触件6。此外，真空开关室2的操纵元件7不被接触臂3接触，因此真空开关室2的开关是断开的。真空开关室2的开关在此经由固定接触位置15和可动接触位置14与操纵元件7连接。在接通开关装置1的电流路径时，可动的接触臂3首先接近作为辅助触点的真空开关室2的操纵元件7。操纵元件3可以实施为铜棒和/或不锈钢棒。真空开关室2的开关在该时间点仍然断开，并且在主触点与辅助触点之间不会出现飞弧或电弧。

图3B示出了在图3A中示出的状况的相应的电路图。在电路图中可以看到，主开关11和辅助开关12分别是断开的。真空开关室2的电开关12例如可以通过机械弹簧元件13保持在“断开”的开关状态中。只有在通过主开关11的接触臂3机械地操纵操纵元件7的情况下，开关12才运动到接通位置中(在此未示出)。

图4A示出了可能的根据本发明的开关装置1，其具有作为辅助开关的真空开关室2的特定剖面。可动的接触臂3继续向“接通”的方向运动并且接触真空开关室2的操纵元件7。真空开关室2的开关在此经由固定接触位置15和可动接触位置14与操纵元件7连接。可动的臂3现在与作为辅助接触***的真空开关室2的操纵元件7电连接和机械连接。可动的主接触***与主接触***的配合接触件还有足够的距离，使得不会发生电飞弧(例如由于换向电压)。

图4B示出了在图4A中示出的状况的相应的电路图。从现在起，存在于真空开关室中的弹簧元件13通过接触臂3的进一步运动而张紧，并且将真空开关室2的开关13运动到“接通”状态中。主开关11的触点仍相互分离处于“关断”位置。

图5A示出了可能的根据本发明的开关装置1，其具有作为辅助开关的真空开关室2的特定剖面。在电流路径的进一步的运动过程中，真空开关室2通过可动的接触***、即接触臂3对操纵元件7的机械力作用而切换到“接通”状态。在主触点3经由主电流路径接通之前，施加的电压(例如换向电压)可以经由接通的真空开关室2流出。

图5B示出了在图5A中示出的状况的相应的电路图。在电路图中可以看到，主开关11仍然断开并且辅助开关12已经接通。弹簧元件13被张紧。

图6A示出了可能的根据本发明的开关装置1，其具有作为辅助开关的真空开关室2的特定剖面。主触点11和辅助触点12都被接通。换向电流通过辅助触点引导，并且主触点保持被保护，使得其能够无电压地进入，而不会因电弧作用而损坏主接触***。到“接通”的运动过程在主接触***的固定触点3的止挡处结束，并且辅助触点的现有的弹簧元件完全地张紧。真空开关室2是接通的并且在正常运行中处于分流中并且因此除了别的之外也相应地抗短路。

图6B示出了在图6A中示出的状况的相应的电路图。在电路图中可以看到，主开关11和辅助开关12分别是接通的。弹簧元件13是张紧的。

在关断期间，发生以下过程：

1.在关断期间，主触点3向“关断”方向运动。

2.在主触点3开始分离时，真空开关室2仍然接通并且引导换向电流。主触点3受到保护并且可以无电压地离开，而主接触***不会由于电弧作用而损坏。辅助接触***2现在开启，通过由集成的弹簧元件13存储的力进行断开，并且操纵元件7跟随可动的主接触***3的运动。因此，保持主接触***3和副接触***7之间的电气和机械连接。弹簧元件13产生必要的接触压力，以便将操纵元件7压向可动的主接触***的主触点3，或者产生必要的力，以便在下一步骤中断开真空开关室2。

3.在进一步的过程中，辅助接触***2与可动的主接触***3的离开运动并行地被其中包含的弹簧元件13进一步断开。真空开关室2切换为“关断”并且立即熄灭触点断开的电弧，从而几乎不产生触点侵蚀。主接触***3的间距如此大，以至于不再可能发生飞弧/回燃。在无源***中，电弧会一直燃烧，直到辅助接触***2的可动触点7远离足够远，使得电弧熄灭。

4.可动的主接触***3现在可以无电压地离开辅助接触***2的操纵元件7。在可动的主接触***3和辅助接触***7之间的电气连接和机械连接断开。

附图标记列表

1 开关装置

2 辅助开关

3 接触臂

4 接触条

5 安装元件

6 配合接触件

7 操纵元件

8 操纵引导件

9 安装元件

10 屏蔽罩

11 主开关

12 辅助开关

13 弹簧元件

14 可动接触位置

15 固定接触位置

Claims (10)

1.一种用于空气绝缘的高压隔离开关的开关装置(1)，至少包括主开关和辅助开关，

其特征在于，

所述主开关包括单柱式隔离开关，所述单柱式隔离开关具有至少一个可动的接触臂(3)和固定的配合接触件(6)；并且

所述辅助开关包括真空开关室(2)，所述真空开关室具有电开关和布置在所述开关上的至少一个操纵元件(7)，其中，所述真空开关室(2)导电地布置在所述主开关的配合接触件(6)上；并且

其中，所述真空开关室(2)的电开关被构造为，由所述主开关的可动的接触臂(3)通过所述操纵元件(7)建立或中断在所述主开关的配合接触件(6)与所述主开关的可动的接触臂(3)之间的导电连接，其中，所述真空开关室(2)的操纵元件(7)被布置为，使得所述真空开关室(2)的电开关在所述主开关接通之前接通并且在所述主开关断开之后断开。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述主开关包括两个可动的接触臂(3)，并且所述辅助开关包括两个操纵元件(7)。

3.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，所述真空开关室(2)通过由钢或铝制成的连接件(5)布置在所述主开关的配合接触件(6)上。

4.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其中，所述真空开关室(2)的操纵元件(7)至少部分地具有电绝缘的接触位置。

5.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其中，所述真空开关室(2)的操纵元件(7)与所述真空开关室(2)机械耦合地进行布置。

6.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其中，所述真空开关室(2)附加地具有屏蔽罩(10)，并且所述真空开关室(2)、所述操纵元件(7)和所述屏蔽罩(10)在未接通的状态下分别经由高阻抗的电阻与所述主开关的配合接触件(6)连接。

7.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其中，所述开关装置(1)附加地具有与所述真空开关室(2)并联连接的保护火花隙。

8.根据权利要求6或7所述的开关装置，其中，所述屏蔽罩(10)通过非导电的载体机械地固定在所述配合接触件(6)上。

9.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其中，所述真空开关室(2)的操纵元件(7)附加地包括由不锈钢制成的弹簧元件(13)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其中，所述主开关的接触臂(3)至少在与所述真空开关室(2)的操纵元件(7)的接触位置处包括由镀银的铜制成的区域(4)。

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